Устройство автомобилей



Управляемость автомобиля




Управляемость автомобиля – это его способность сохранять заданное направление движения в определенной дорожной обстановке или изменять его при воздействии водителя на рулевое управление.

Основная функция, которую выполняет водитель при транспортных перевозках – управление автомобилем. В системе «водитель-автомобиль-дорога» автомобиль является объектом управления, а водитель – оператором. Анализируя дорожную обстановку, водитель, воздействуя на органы управления автомобилем, изменяет характер его движения.
Различные автомобили отличаются реакциями на управляющие воздействия со стороны водителя. Так поворот рулевого колеса на один и тот же угол на различных автомобилях вызовет различные изменения курсового угла. Усилия, необходимые для поворота рулевого колеса на различных автомобилях тоже неодинаковы.

Управляемость автомобиля оценивают следующими показателями:

  • критическая скорость по управляемости;
  • поворачиваемость автомобиля;
  • соотношение углов поворота управляемых колес;
  • стабилизация управляемых колес и их угловые колебания.

***

Критическая скорость по условиям управляемости

На рисунке 1 приведена схема сил, действующих на автомобиль при его движении на повороте.

управляемость автомобиля

Автомобиль будет двигаться по траектории, предусмотренной углами поворота управляемых колес до тех пор, показ не начнется боковое скольжение под действием центробежной (боковой) силы, вызывающей увод автомобиля, т. е. до тех пор, пока сумма продольной и поперечной реакций дороги на колеса не достигнет предела по сцеплению.

В этом случае имеет место равенство:

Рφ = √(Rx12 + Ry12)

или

Rу1 = √( Рφ2 - Rx12).         (1)

Продольная реакция дороги Rx1 для заднеприводного автомобиля равна силе сопротивления качению колес переднего моста:

Rx1 = Rz1f.

Тогда сила сцепления:

Pφ = Rz1φ,

где Rz1 – вертикальная составляющая реакции дороги на колеса переднего моста.

Следовательно, поперечная составляющая реакции дороги на передние колеса может быть определена по формуле:

Rx1 G1√(φ2 – f2),         (2)

где G1 – вес автомобиля, приходящийся на передний мост.

В то же время боковая реакция дороги Rу1 противодействует боковой силе Ру и центробежной силе Рц1, в результате чего соблюдается условие

Rу1 = Ру1 + Рц1,         (3)

где Ру1 – поперечная составляющая торкающей силы Р со стороны ведущего моста;
Рц1 – центробежная сила, действующая на переднюю часть автомобиля.




Исходя из приведенных зависимостей можно записать:

Ру1 – G1f tgθ,         (4)

Рц1 – m1v12п,

где ρп – радиус поворота, равный расстоянию от центра поворота до середины переднего моста;
v1 – скорость движения середины переднего моста;
m1 – масса автомобиля, приходящаяся на передний мост.

Так как v1 = ρпз, при этом ρп = ρз cos θ, то справедлива зависимость:

Рц1 = m1v12/(ρз cos θ) – m1v12 tg θ/(L cos θ).         (5)

Подставив в уравнение (3) выражения (2), (4) и (5) и решив их относительно скорости, получим:

vупр = √{√[φ2 – f2]/(tg θ – f)gL cosθ}.         (6)

Полученная скорость vупр называется критической скоростью по управляемости, поскольку это максимальная скорость, с которой автомобиль может двигаться на повороте без поперечного скольжения (заноса) управляемых колес.

Если скорость автомобиля превысит критическую скорость по управляемости vупр, то управляемые колеса при повороте проскальзывают в поперечном направлении, и поворот колес не изменяет направления движения автомобиля. Чем больше угол θ, т. е. чем меньше радиус поворота, тем меньше должна быть скорость автомобиля.

Если vупр = 0, то автомобиль вообще теряет управляемость, так как при любой отличной от нуля скорости движения происходит поперечное скольжение управляемых колес.

Критическая скорость vупр будет равна нулю, если:

√[φ2 – f2]/(tg θ – f) = 0,      т. е.      φ = f/cos θ.

На дорогах с твердым покрытием обычно φ значительно больше f, поэтому автомобиль сохраняет управляемость. При движении на дороргах с неровным обледенелым покрытием, а также по песку или снегу значения коэффициентов φ и f сближаются по величине, что приводит к снижению критической скорости.
Когда φ ≤  f/cos θ автомобиль становится неуправляемым при данном значении угла поворота управляемых колес θ. Если уменьшить угол θ, то управляемость автомобиля может быть восстановлена.

При полном скольжении передних колес (например, в результате торможения) поперечная реакция дороги возникнуть не может, так как возможности сцепления колес с дорогой уже исчерпаны, и автомобиль теряет управляемость даже при самых малых углах поворота управляемых колес.

***

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля