Устройство автомобилей
Устойчивость автомобиля
Факторы, вызывающие нарушение устойчивости автомобиля
Во время движения на автомобиль действуют не только управляющие силы со стороны водителя, корректирующие направление его перемещения по дороге, но и различного рода случайные силы, вызванные различными причинами, и стремящимися изменить направление движения автомобиля. К этим причинам относятся, например, неровности дороги и ее наклон, боковые порывы ветра, инерционные силы, обусловленные прохождением поворота и т. п.
Следует отметить, что некоторые из этих сил могут действовать на автомобиль и во время стоянки, пытаясь вывести его из состояния равновесия. В результате действия всех этих сил автомобиль может потерять устойчивость. При этом различают устойчивость поперечную и продольную.
Нарушение поперечной устойчивости проявляется в боковом скольжении колес или опрокидывании автомобиля в плоскости, перпендикулярной продольной оси.
Нарушение продольной устойчивости проявляется в буксовании колес, вызывающее сползание автомобиля при преодолении им крутого подъема. Опрокидывание автомобиля в продольной плоскости маловероятно и практически невозможно, поскольку у современных автомобилей центр тяжести располагается достаточно низко.
Поперечная устойчивость автомобиля
Показатели поперечной устойчивости
Показателями поперечной устойчивости автомобиля являются максимально возможная скорость при его движении на повороте данного радиуса и угол поперечного наклона дороги (косогора), при котором автомобиль потеряет устойчивость. Оба показателя могут быть определены из условия поперечного скольжения колес (заноса) и опрокидывания автомобиля.
Таким образом, имеются четыре показателя поперечной устойчивости:
Силы, действующие на автомобиль при повороте
При движении автомобиля на повороте его поперечная устойчивость может быть нарушена в результате действия инерционных сил, направленных перпендикулярно к продольной оси автомобиля. Чтобы определить эти силы рассмотрим схему, показанную на рисунке 1.
При расчетах будем считать, что автомобиль является плоской фигурой и движентся по горизонтальной дороге, а шины в поперечном направлении не деформируются.
Расстояние ρц от центра тяжести автомобиля до центра поворота О можно определить из геометрического соотношения (см. рис. 1):
где L – расстояние между передней и задней осями автомобиля (база).
При больших скоростях движения потеря устойчивости автомобиля наиболее опасна из-за вероятности заноса и даже опрокидывания. А так как в этих случаях угол поворота управляемых колес θ незначителен, то им можно пренебречь, тогда:
Таким образом, центробежная сила, стремящаяся откинуть автомобиль от центра поворота, при равномерном движении может быть определена по формуле:
Поперечная составляющая этой силы:
В случае неравномерного движения на автомобиль действует еще и сила РуIII :
где j – ускорение движения автомобиля.
Таким образом, поперечная инерционная сила, вызывающая занос и опрокидывание автомобиля при движении на повороте, в общем случае может быть определена по формуле:
Сила РуII действует только в процессе поворота рулевого колеса. При входе автомобиля в поворот сила РуII положительна и вместе с силой PуI она увеличивает вероятность заноса и опрокидывания автомобиля.
Сила РуIII увеличивается с увеличением угла θ и ускорения j автомобиля. Поэтому во время вхождения автомобиля в поворот нарушение его устойчивости будет наиболее вероятно при разгоне, чем при движении накатом, когда ускорение j и сила РуIII отрицательны.
Устойчивость автомобиля
Устойчивость автомобиля — это его способность двигаться без опрокидывания и бокового заноса. Значение устойчивости повышается при движении в условиях сильно пересеченной местности, по скользкой дороге, на крутых закруглениях пути.
Различают продольную, поперечную и боковую устойчивость автомобиля.
Под продольной устойчивостью понимают способность автомобиля сохранять устойчивость в продольном направлении (вдоль дороги) при преодолении подъемов и движении на спусках. Чем короче база автомобиля (расстояние между осями), меньше тяговое усилие на ведущих колесах, круче уклон дороги, тем меньше продольная устойчивость. При движении на подъеме нагрузка на задние колеса увеличивается, а на передние уменьшается. Уменьшение давления передних колес на дорогу также уменьшает продольную устойчивость. Однако потеря автомобилем продольной устойчивости (опрокидывание через переднюю или заднюю ось) сравнительно редкое явление и может быть в исключительных случаях — при очень крутом спуске в горных условиях и т. п.
Способность автомобиля сохранять устойчивость в поперечном направлении (поперек дороги) называется поперечной устойчивостью, например при движении по дороге с поперечным уклоном или по косогору. Потеря автомобилем поперечной устойчивости (опрокидывание через левые или правые колеса) тем менее вероятна, чем шире колея (расстояние между колесами) и ниже расположен центр тяжести. Значительное повышение центра тяжести вследствие высоты груза снижает поперечную устойчивость автомобиля.
Боковой устойчивостью называют способность автомобиля противостоять влиянию боковых сил, вызывающих скольжение задней или передней оси в сторону (боковой занос).
Загородное шоссе иногда имеет выпуклый поперечный профиль, часто переходящий на повороте в односторонний уклон как в сторону центра поворота, так и в сторону от центра поворота. В последнем случае боковая устойчивость автомобиля резко снижается, так как боковая сила, вызывающая занос, и центробежная сила, опрокидывающая автомобиль, направлены в одну сторону от центра поворота.
Известны случаи, когда боковой занос заканчивается опрокидыванием автомобиля. Опрокидывание автомобиля может также произойти от резкого поворота руля на высокой скорости автомобиля, и, чтобы удержать равновесие в этом случае, нужно быстро вернуть руль в прежнее положение.
При вождении не следует создавать условий, в которых устойчивость автомобиля понижается. Для этого надо избегать резкого трогания с места, резкого торможения, резких поворотов руля, высоких скоростей движения на скользкой дороге, закруглениях и уклонах, обращать особое внимание на правильную укладку и крепление груза в кузове, чтобы избежать искусственного повышения центра тяжести автомобиля.
Устойчивость автомобиля
Устойчивость автомобиля — это его способность двигаться без опрокидывания и бокового заноса. Значение устойчивости повышается при движении в условиях сильно пересеченной местности, по скользкой дороге, на крутых закруглениях пути.
Различают продольную, поперечную и боковую устойчивость автомобиля.
Под продольной устойчивостью понимают способность автомобиля сохранять устойчивость в продольном направлении (вдоль дороги) при преодолении подъемов и движении на спусках. Чем короче база автомобиля (расстояние между осями), меньше тяговое усилие на ведущих колесах, круче уклон дороги, тем меньше продольная устойчивость. При движении на подъеме нагрузка на задние колеса увеличивается, а на передние уменьшается. Уменьшение давления передних колес на дорогу также уменьшает продольную устойчивость. Однако потеря автомобилем продольной устойчивости (опрокидывание через переднюю или заднюю ось) сравнительно редкое явление и может быть в исключительных случаях — при очень крутом спуске в горных условиях и т. п.
Способность автомобиля сохранять устойчивость в поперечном направлении (поперек дороги) называется поперечной устойчивостью, например при движении по дороге с поперечным уклоном или по косогору. Потеря автомобилем поперечной устойчивости (опрокидывание через левые или правые колеса) тем менее вероятна, чем шире колея (расстояние между колесами) и ниже расположен центр тяжести. Значительное повышение центра тяжести вследствие высоты груза снижает поперечную устойчивость автомобиля.
Боковой устойчивостью называют способность автомобиля противостоять влиянию боковых сил, вызывающих скольжение задней или передней оси в сторону (боковой занос).
Загородное шоссе иногда имеет выпуклый поперечный профиль, часто переходящий на повороте в односторонний уклон как в сторону центра поворота, так и в сторону от центра поворота. В последнем случае боковая устойчивость автомобиля резко снижается, так как боковая сила, вызывающая занос, и центробежная сила, опрокидывающая автомобиль, направлены в одну сторону от центра поворота.
Известны случаи, когда боковой занос заканчивается опрокидыванием автомобиля. Опрокидывание автомобиля может также произойти от резкого поворота руля на высокой скорости автомобиля, и, чтобы удержать равновесие в этом случае, нужно быстро вернуть руль в прежнее положение.
При вождении не следует создавать условий, в которых устойчивость автомобиля понижается.
Для этого надо избегать резкого трогания с места, резкого торможения, резких поворотов руля, высоких скоростей движения на скользкой дороге, закруглениях и уклонах, обращать особое внимание на правильную укладку и крепление груза в кузове, чтобы избежать искусственного повышения центра тяжести автомобиля.
Виды задних подвесок и Механизмы обеспечения их устойчивости.
В данной «статье» рассмотрю виды задних подвесок и способы сохранения курсовой устойчивости.
Задняя подвеска должна сохранять курсовую устойчивость и нужную кинематику колеса при разного типа воздействиях:
— при работе подвески (вертикальном перемещении колеса)
— при боковых нагрузках (н-р, в поворотах)
— при передаче воздействия по траектории движения (разгоне, если задний мост ведущий и торможении в любом случае).
— чтобы элементы подвески не «выламывали» друг друга (н-р, если использовать реактивные тяги, параллельные продольным рычагам совместно с мостом, то при «синхронной» работе подвески всё будет хорошо, а вот при перекашивании они будут скручивать мост и сильно нагружать сайлентблоки и места их креплений).
Что такое курсовая устойчивость?
Представьте, например, что при наезде на кочку (вертикальном смещении колеса), колесо меняет плоскость вращения. И не только в вертикальном (что типично), но и в горизонтальном направлении. Т.е. машину при этом «бросит в сторону». Если скорость, как у телеги, то это ерунда, а вот если побольше — может кончиться печально. Этому уделяется довольно много внимания, потому такое поведение — скорее нонсенс.
Более характерно, особенно при неисправной подвеске, изменение направления движения при наборе скорости или торможении. Думаю, те кто ездил на «классике» по «классике» (йэдэт — агонъ!), помнят, что это такое.
Есть целая серия книг по кинематике и эластичности подвесок от тов. Раймпеля: publ.lib.ru/ARCHIVES/R/RA…_Yornsen/_Raympel’_Y.html
mexalib.com/view/18902
«Фишка» в том, что автор рассматривает не только кинематику, но и влияние пластичности (упругой деформации) подвески.
Я не буду вдаваться в тонкости — их лучше почитать у автора, благо, написано и переведено очень хорошо, а я ограничусь «зоосадом».
Итак:
Независимые подвески — кинематика колес независимая, соотв. и независимые механизмы обеспечения устойчивости.
— На поперечных рычагах. Отличная боковая и курсовая устойчивость, кинематика аналогична передним.
Минусы — занимает ОЧЕНЬ МНОГО МЕСТА. Если спереди она размещается по бокам двигателя, то в багажнике гражданского автомобиля это НЕПРИЕМЛЕМО. Ну а если не надо ездить на дачу, то почему бы не использовать? Например, Mercedes McLaren SLR:
Из «фишек» — использование в качестве верхнего рычага полуосей на Ягуаре.
— стойки (типа МакФерсона) боковые нагрузки и вертикальную кинематику воспринимают стойки телескопическим механизмом амортизаторов. Соотв. амортизаторы должны быть ДЛИННЫМИ И КРЕПКИМИ чтобы было, чем воспринимать нагрузки. Кинематика — колесо ходит ровно по амортизатору. Продольные нагрузки и устойчивость обеспечивает поперечный, продольный, или косой рычаг.
— продольный или косой рычаг. Всё то же самое, только колесо жестко связано с рычагом, а не стойкой (амортизатором) и ВСЕ НАГРУЗКИ держит этот рычаг. Кинематика — да, колесо чутка ходит по образующей, бОльше крены колеса, зато нет нагрузки на амортизатор — он может быть коротким и хилым.
Промежуточное положение между продольным рычагом и балкой занимает Полузависимая задняя подвеска. или Торсионная балка. Совмещает в себе функции рычагов и стабилизатора поперечной устойчивости. Торсионных балок 2 типа — которые к кузову перекладиной
Полунезависимая — только первый вариант — по кинематике ближе к продольным рычагам.
Второй вариант уже ближе к мосту (зависимой подвеске).
Зависимые подвески — колеса связаны друг с другом. С одной стороны если одно колесо наезжает на кочку, то наклоняется и второе и теряет пятно контакта с дорогой, с другой стороны, на ровном асфальте при любом крене кузова и любом положении подвески, оба колеса стоят ровно и с полным пятном контакта, чего не наблюдается на независимых подвесках. Наверное, хорошо для «Наскара» :-). Ну и у внедорожников мост пользуется заслуженной популярностью. Потому что железный, крепкий и весь привод закрыт от внешних воздействий.
НО возникает ряд сложностей по обеспечению устойчивости моста относительно кузова. А связаны они с тем, что мост жесткий и обеспечение поперечной устойчивости превращается в нетривиальную задачу. Потому что большинство решений, применяемых в независимой подвеске, будет выламывать друг друга через жесткий мост.
Также есть такое понятие как «козление», характерное как раз для мостов.
3. Подвеска с А-образным рычагом. Грубо говоря, взяли предыдущий вариант и сделали два тяги совсем наклонными и соединили их в один А-образный рычаг. Надо сказать, что данный тип подвески не страдает недостатками предыдущего (так как имеет 3 точки крепления к мосту, а не 4), отлично держит мост во всех направлениях и допускает установку шарниров (подшипников) вместо сайлентблоков.
Устойчивость автомобиля
Под устойчивостью понимают способность автомобиля противостоять заносу (скольжению) и опрокидыванию. В зависимости от направления скольжения или опрокидывания различают продольную и поперечную устойчивость. Более вероятно нарушение поперечной устойчивости, возникающее вследствие действия боковых сил: центробежной силы, поперечной составляющей силы тяжести, бокового ветра, ударов о неровности дороги.
Устойчивость движущегося автомобиля зависит от следующих факторов: массы автомобиля, высоты его центра тяжести, базы, ширины колеи; размера шин, их конструкции и состояния; радиусов кривизны дороги и состояния ее поверхности; конструкции и состояния тормозов; скорости и направления движения; умения управлять автомобилем.
Установлено, что чем выше расположен центр тяжести автомобиля и чем уже колея, тем выше вероятность опрокидывания. Для повышения устойчивости колея должна быть возможно шире, а центр тяжести — ниже. Наличие груза в кузове, особенно крупногабаритного (контейнеров, тюков, прессованного сена и т. д.), увеличивает высоту центра тяжести, тем самым снижая устойчивость.
На повороте существенное влияние на устойчивость кроме перечисленных факторов оказывает также скорость поворота управляемых колес. Резкий поворот может в определенных условиях явиться основным фактором, вызвавшим нарушение устойчивости автомобиля.
Движение по косогору и по кривой связано с некоторыми дополнительными явлениями, усиливающими вероятность опрокидывания автомобиля. Сюда относится, например, перемещение пассажиров и грузов в сторону действия поперечной силы. Это перемещение вызывает изменение положения центра тяжести подрессоренных масс, вследствие которого возрастает опасность опрокидывания автомобиля. Под действием поперечных сил происходит деформация шин одновременно в двух направлениях — радиальном и поперечном.
При больших значениях поперечных сил шина соприкасается с проезжей частью дороги не только протектором, но и частью боковины, менее эластичной по сравнению с протектором. При весьма больших перегрузках возможно также полное сплющивание шин и врезание обода колеса в верхний слой дорожного покрытия. Механическое зацепление, возникающее в этом случае, резко увеличивает общую силу поперечного сцепления шин с дорогой, а вместе с этим и вероятность опрокидывания автомобиля.
Максимальную допустимую скорость движения автомобиля на поворотах до появления бокового скольжения можно определить по следующей формуле:
где Vз — максимальная скорость на повороте до появления бокового скольжения автомобиля, мс;
g — ускорение силы тяжести, м/с2;
R — радиус поворота автомобиля, м;
фу-коэффициент поперечного сцепления шины с дорогой.
Во всех случаях заноса на автомобиль действует поперечная (центробежная) сила, которая появляется при всяком отклонении автомобиля от прямолинейного направления. Как видно из последней формулы, возникновение заноса наиболее вероятно при крутых поворотах автомобиля на скользкой дороге.
В практике редко наблюдается одновременное скольжение обеих осей в поперечном направлении. Гораздо чаще начинают скользить колеса одной оси передней или задней. Наиболее вероятен занос задней оси автомобиля, на колеса которой при разгоне и преодолении больших сопротивлений действует касательная реакция, в десятки раз большая, чем на переднюю ось. Во время торможения же сила сцепления задних колес уменьшается вследствие перераспределения нагрузки, что также способствует их заносу. Занос задней оси у большинства автомобилей не только вероятнее, но и опаснее заноса передней оси. Последний погашается автоматически, так как возникающие центробежная сила и инерционный момент противодействуют повороту передней части автомобиля в сторону заноса. Для гашения заноса задней оси обычно рекомендуется поворачивать управляемые колеса в сторону заноса, уменьшая тем самым величину центробежной силы. Если передние колеса будут повернуты на достаточно большой угол, центробежная сила направится в сторону, противоположную заносу, и он прекратится.
Однако резкий поворот передних колес на чрезмерно большой угол может вызвать скольжение задней оси в обратную сторону и движение автомобиля в направлении повернутых колес. Поэтому сразу после прекращения заноса передние колеса следует повернуть в обратном направлении и вывести автомобиль на прямолинейное движение.
Поперечная сила может вызвать также опрокидывание автомобиля относительно опоры внешних колес. Максимальная скорость движения на повороте до опрокидывания определяется по формуле
где В — ширина колен автомобиля, м; h — высота центра тяжести, м.
Формула дает несколько завышенное (на 10 — 12 %) значение допустимой скорости. Это объясняется тем, что в ней не учитывается ряд факторов, в частности таких, как крен кузова, неравномерное распределение груза по ширине кузова и т. д, Как видно из формулы, чем выше расположен центр тяжести автомобиля, тем ниже допустимая скорость движения на повороте по условиям опрокидывания,
В практике эксплуатации автомобилей потеря поперечной устойчивости наблюдается чаще всего при торможении. В этом случае в контактах шин с дорогой действуют большие тормозные силы, и колеса утрачивают способность воспринимать поперечные силы. При полной блокировке колес их движение становится неустойчивым. В случае блокировки колес задней оси автомобиль легко входит в состояние прогрессирующего заноса, из которого, однако, его можно вывести поворотом передних колес, если они еще не использовали полностью силу сцепления и не заблокированы. Если — же раньше блокируются колеса передней оси, то прогрессирующего заноса автомобиля не возникает; однако он полностью утрачивает управляемость, так как поворот заблокированных колес не меняет направления движения.
Безопасность движения автомобиля должна быть сохранена в течение всего срока его работы. Из многочисленных факторов, изменяющихся во время эксплуатации, на устойчивость в большей степени влияет техническое состояние шин и тормозов.
По мере износа протектора шин ухудшается сцепление колеса с дорогой и увеличивается вероятность бокового заноса. Коэффициент сцепления шины, протектор которой изношен до полного исчезновения рисунка, почти вдвое меньше коэффициента сцепления новой шины. Поэтому эксплуатация автомобиля с изношенными шинами недопустима и запрещена правилами движения.
Неправильная регулировка тормозов может привести к различной величине тормозных моментов на колесах правой и левой сторон автомобиля, а возникающий при этом поворачивающий момент — вызвать потерю устойчивости. Неравномерность тормозных усилий на передних колесах опаснее, чем на задних.
Для безопасного вождения на высоких скоростях необходимо стремиться к повышению устойчивости автомобиля. Это достигается понижением центра тяжести, удлинением базы и расширением колеи автомобиля, а также правильной регулировкой тормозов и соблюдением скорости движения, соответствующей состоянию дороги.
Читайте также
Совет № 89 Определить расстояние до автомобиля ночью несложно. Если вы можете различить свет обеих фар, значит, до автомобиля осталось примерно 300 метров
Совет № 89 Определить расстояние до автомобиля ночью несложно. Если вы можете различить свет обеих фар, значит, до автомобиля осталось примерно 300 метров Навстречу вам движется автомобиль. Как определить примерное расстояние до него? Если вы можете различить свет обеих
Устойчивость к вирусным болезням
Устойчивость к вирусным болезням Ну хорошо, если трудно бороться с возбудителем (а это и впрямь нелегко), то нельзя ли сделать так, чтобы само растение препятствовало распространению вируса более активно? То есть наделить растение способностью к самозащите!На этот
6. Стабильность и устойчивость экосистем
6. Стабильность и устойчивость экосистем Понятия «стабильность» и «устойчивость» в экологии часто рассматриваются как синонимы, и под ними понимают способность экосистем сохранять собственную структуру и функциональные свойства при действии внешних факторов.Более