10.7. Крен кузова при криволинейном движении
Автомобиль представляет собой совокупность подрессоренной и неподрессоренных масс, между которыми имеются шарнирно-упругие связи. В процессе криволинейного движения под действием поперечной составляющей центробежной силы инерции подрессоренная масса автомобиля (Мп) испытывает крен (рис. 61), в результате чего центр ее тяжести смещается относительно своего обычного положения на некоторую величину Sкр.
Рис. 61. Крен кузова
Положение оси крена 0 и величина плеча крена (hкр) зависят от особенностей конструкции подвесок передних и задних колес. Угол крена определятся действием поперечной составляющей силы инерции (Pjу), а также силой тяжести самой подрессоренной массы (Gп). Найдем этот угол. Моменты сил Pjу и Gп уравновешиваются моментом сил упругости подвески, величина которого прямо пропорциональна углу крена:
Pjуп hкр + GпSкр = сжкр, (246)
где сж - угловая жесткость подвески автомобиля;
hкр - плечо крена, т. е. расстояние от оси крена до центра тяжести подрессоренной массы (hкр);
кр - угол крена.
Учитывая, что угол крена относительно невелик, величину смещения центра тяжести подрессоренной массы можно представить так:
Sкр hкр кр. (247)
Подставив (247) в (246) и решив его, получим значение угла крена:
кр
=
.
(248)
Из полученной формулы следует, что угол крена кузова тем больше, чем больше поперечная составляющая силы инерции, действующая на кузов; плечо крена и сила тяжести самого кузова. Уменьшению крена способствует повышение угловой жесткости передней и задней подвесок:
сж = сж1 + сж2. (249)
Угловая жесткость зависимой подвески определяется по формуле:
сж = 0,5 рсрВр2, (250)
где р - коэффициент учета скручивания упругих элементов подвески (для листовых рессор hр=1,05 - 1,25);
ср - вертикальная жесткость упругих элементов подвески;
Вр - расстояние между серединами упругих элементов подвески.
Угловая жесткость независимой подвески определяется по формуле:
сж = 0,5 спрНк2, (251)
где спр - приведенная к колесу жесткость упругого элемента;
Нк - расстояние между колесами (колея).
р1 – при зависимой подвеске, а р 1 – при независимой подвеске.
11. Управляемость и маневренность
11.1. Поворачиваемость автомобиля
Управляемость - это эксплуатационное свойство автомобиля подчиняться управляющим воздействиям водителя, т.е. изменять кинематические параметры своего движения в соответствии с задаваемым водителем режимом поворота рулевого колеса.
При нейтральной поворачиваемости приложение в центре тяжести боковой возмущающей силы возникает боковое смещение автомобиля, но при этом он способен сохранять прямолинейность своего движения (рис. 62,а).
а б
Рис. 62. Поведение АТС при нейтральной поворачиваемости
Для сохранения прямолинейного движения, водитель должен так расположить автомобиль на дороге, чтобы продольная ось последнего составляла с осевой линией дороги угол, равный 1 = 2 (рис. 62,б).
При недостаточной поворачиваемости автомобиль обладает повышенной способностью противостоять действию боковых возмущающих сил. Это обусловлено особенностями его реакции на боковые возмущающие силы, в результате которых каждый раз возникает противодействие возмущающим факторам.
При криволинейном движении автомобиля реакцией на возрастание суммарного поперечного усилия (вследствие приложения боковой возмущающей силы либо повышения скорости) является увеличение радиуса поворота. Возрастание R, в свою очередь, приводит к снижению поперечной составляющей силы инерции, в результате чего суммарное боковое усилие понижается. Поэтому криволинейное движение автомобиля с недостаточной поворачиваемостью носит относительно устойчивый характер. Устойчиво и прямолинейное движение автомобиля. Механизм противодействия возмущающим силам здесь таков. При приложении боковой возмущающей силы 1 > 2, и мгновенный центр поворота автомобиля оказывается на стороне, противоположной той, откуда действует боковая возмущающая сила (рис. 63).
Рис. 63. Поведение АТС при недостаточной поворачиваемости
Вследствие этого поперечная составляющая силы инерции уравновешивает боковую возмущающую силу, благодаря чему кривизна траектории снижается. Поэтому движение относительно устойчиво, и автомобиль не склонен к заносам или опрокидываниям.
Как отмечалось выше, при избыточной поворачиваемости радиус поворота автомобиля при движении с большой скоростью становится меньше, чем при малой. С одной стороны, это облегчает управление автомобилем, т.к. требует меньшего поворота управляемых колес. Однако уменьшение R, с другой стороны, способствует снижению устойчивости движения, т.к. приводит к возрастанию поперечной составляющей силы инерции, в результате которого возможно боковое скольжение или занос. Неустойчиво и прямолинейное движение такого автомобиля, т.к. при действии боковой возмущающей силы прямолинейное движение переходит в криволинейное таким образом, что угол увода заднего моста оказывается больше, чем переднего. В результате искривления траектории движения мгновенный центр поворота располагается на той же стороне, откуда действует возмущающая сила (рис. 64). Появление поперечной составляющей силы инерции, направленной в ту же сторону, что и возмущающая, приводит к прогрессивному нарастанию кривизны траектории и росту самой силы инерции. В результате возникает опасность опрокидывания или заноса.
Рис. 64. Поведение АТС при избыточной поворачиваемости
Однако следует иметь в виду, что на поворачиваемость автомобиля оказывает влияние и другие факторы, используя которые можно изменить тип поворачиваемости. К таким факторам относятся, прежде всего, давление воздуха в шинах и тип шин, которые определяют коэффициент сопротивления уводу. Так, за счет увеличения давления воздуха в шинах задних колес и снижения в передних можно добиться перехода от избыточной к недостаточной поворачиваемости. В некоторых случаях такого же изменения можно достичь, используя на передних колесах диагональные шины, а на задних радиальные. Существенное влияние на поворачиваемость может оказывать и перераспределение в процессе поворота нормальных реакций на колесах, изменение положения управляемых колес вследствие крена кузова и некоторые другие факторы.