Устройство автомобилей



Предельные факторы устойчивости автомобиля




Критическая скорость заноса и опрокидывания

Как известно из теоретической механики, центробежная сила, направленная от центра вращения тела, прямо пропорциональна квадрату скорости v тела, его массе m, и обратно пропорциональная радиусу ρ кривизны траектории.
Применительно к автомобилю, выполняющему вираж, боковая сила Ру, возникающая при прохождении поворота, во многом зависит от квадрата скорости движения. Под действием силы Ру может начаться боковое скольжение колес по дороге. В этом случае возникающие относительно центра поворота внутренние и наружные поперечные реакции Rув и Rун дороги на колеса (рис. 2) достигают предела по сцеплению.
Если автомобиль равномерно движется при неизменном угле поворота управляемых колес, то:

Rув + Rун = Gφу = Ру = mv2θ/L,

где φу – коэффициент поперечного сцепления шин с дорогой;
G - вес автомобиля;
θ - угол поворота управляемой оси (см. рис.1 на предыдущей странице);
L - расстояние между мостами (база).

Отсюда можно определить критическую скорость автомобиля по условиям заноса:

vз = √(φуLg/θ) = √(ρзу).       (5)

Таким образом, при равномерном движении автомобиля со скоростью vз по дороге, характеризуемой коэффициентом сцепления φу и прохождении поворота радиусом ρз, начинается поперечное скольжение его колес (занос).

Под действием этой же боковой силы Ру возникает момент, который может опрокинуть автомобиль относительно оси, проходящей через центры контактов шин наружных колес с дорогой. Составив уравнение моментов относительно этой оси, получим:

0,5GB – РуhцΣR = 0,       (6)

где ΣR – сумма нормальных реакций дороги, действующая на внутренние колеса автомобиля;
hц – высота центра тяжести автомобиля;
В – колея автомобиля (расстояние между центрами контактов с дорогой левых и правых колес).

критическая скорость автомобиля по условию заноса и опрокидывания

В момент начала опрокидывания внутренние колеса автомобиля отрываются от дороги и их суммарная реакция ΣR становится равной нулю. Тогда уравнение (6) примет вид:

0,5GB = Руhц.

Если автомобиль движется на повороте равномерно, подставим в полученное уравнение значение силы Ру из формулы (2):

0,5GB = mv2θhц/L,

откуда можно определить критическую скорость по условиям опрокидывания:

vо = √[BLg/(2hцθ)],

а с учетом формулы (1):

vо = √[зg/(2hц)].       (7)

При равномерном движении автомобиля со скоростью vо на повороте радиусом ρз автомобиль с колеей В и высотой центра тяжести hц опрокинется.

***



Критический угол наклона дороги

Критический угол наклона дороги по условиям занося (бокового сползания) определяется из уравнения проекцией всех сил на плоскость дороги (рис. 3):

G sin β = ΣR + ΣR.

Но по условиям сцепления шин с дорой сумма поперечных реакций в момент начала заноса

ΣРув + ΣРун = G cos βφу.

Следовательно, критический угол наклона дороги по условиям заноса

βз = arctg φу.       (8)

критический угол наклона дороги по условию устойчивости автомобиля

При движении с уклоном из центра тяжести автомобиля действует поперечная составляющая G sin β силы тяжести автомобиля. Эта составляющая имеет плечо hц и образует момент, который стремиться опрокинуть автомобиль.
Составим уравнение моментов относительно оси, проходящей через точку контактов середины шин наружных колес с дорогой:

ΣRВ + G sin βhц0,5GB cos β.

В момент начала опрокидывания сумма реакций ΣR внешних колес автомобиля равна нулю. Тогда из последнего уравнения получим:

tg β = B/(2hц).

Отсюда получим формулу для определения критического угла наклона дороги по условиям опрокидывания:

βо = arctg[B/(2hц)].       (9)

При прямолинейном движении автомобиля с колеей В и высотой центра тяжести hц по косогору с углом уклона βо начнется его опрокидывание. Опрокидывание автомобиля опаснее его заноса, поэтому для безопасного движения должны выполняться условия:

vо > vз,   откуда   В > 2hцφу;             (10)

βо > βз,   откуда   В > 2hцφу.       (11).

Таким образом, потери устойчивости автомобиля в виде заноса оказываются одинаковыми в случае его движения по кривой и при его движении по дороге с уклоном. Выполнение условия (10) уменьшает вероятность опрокидывания, но не исключает его полностью. Например, двигаясь с боковым скольжением, автомобиль может удариться своими колесами о бордюр, в результате чего его скольжение прекратится и начнется опрокидывание.

***

Как избежать заноса и опрокидывания автомобиля?



Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты