Центробежная сила и смещение на повороте
Центробежная сила и смещение на повороте
При движении на любом повороте возникает центробежная сила, стремящаяся занести автомобиль или опрокинуть его (см.рисунок 1). 
m – масса автомобиля; V – скорость движения автомобиля; R – радиус поворота автомобиля
Рисунок 1 – Возникновение центробежной силы на повороте
Как видно из рисунка величина центробежной силы, Fтр, увеличивается пропорционально квадрату скорости, V, поэтому на повороте в первую очередь нужно снижать скорость. Выполнять поворот необходимо таким образом, чтобы траектория движения снижала вероятность смещения автомобиля на полосу, предназначенную для встречного движения под действием центробежной силы. Поэтому необходимо начинать поворот с внешней границы полосы движения (чем больше радиус прохождения поворота, тем меньше центробежная сила).
На величину центробежной силы влияет и масса транспортного средства, поэтому наиболее устойчив автомобиль против опрокидывания без груза и пассажиров (с меньшей массой). При меньшей массе центр тяжести автомобиля будет ниже, поэтому будет и меньше опрокидывающий момент от центробежной силы.
Водителям необходимо помнить, что при маневрировании (при поворотах, разворотах, перестроениях) передние и задние колеса (тем более колеса прицепа автопоезда относительно тягача или автобуса с гармошкой) имеют разные траектории движения. Смещение будет тем сильнее, чем дальше задние колёса автомобиля (колеса прицепа или гармошки автобуса) от передних колес (рисунок 2). Смещение всегда будет происходить к центру поворота.
Рисунок 2 – Смещение колес на повороте
Автошкола «Профессионал» желает безаварийной езды. Успехов в изучении ПДД.
Хотите записаться на обучение в автошколу, но у вас остались вопросы?
Позвоните нам по телефону +7 (902) 446-17-35
Или приходите в офис по адресам ул. Техническая 32, ул. Сибирский тракт 8Д, офис 210
Источник статьи: http://profi196.ru/pages/centrobezhnaya-sila-i-smeschenie-na-povorote-56
Как автомобиль поворачивает
Последнее обновление: 31.05.2020
Комментариев нет
В этой статье речь пойдет не о том, как устроено рулевое управление автомобиля, а о том, как автомобиль ведет себя на дороге во время поворота. О том, как в этот момент распределяются силы по колесам, и как весь этот процесс движения автомобиля на повороте, когда автомобиль поворачивает, влияет на безопасность его движения на дуге поворота.
Это необходимо знать в первую очередь для того, чтобы понять по каким причинам автомобиль может произвольно «уйти» с заданной траектории движения. Произвольно – это когда водитель этого не хотел, но так получилось, вопреки всем стараниям удержать автомобиль на дороге.
Что такое поворот автомобиля
Что такое поворот автомобиля (из области физических понятий). Поворот автомобиля – это изменение направления его движения отличного от прямолинейного. Что это означает?
Когда передние колеса находятся в положении «прямо», то автомобиль движется прямолинейно, т.е. по прямой. Если передние колеса повернуть на любой, самый незначительный угол, то автомобиль начнет поворачивать. Радиус поворота автомобиля зависит от величины угла поворота передних колес. Чем больше повернуты колеса, тем меньше радиус поворота.
Поскольку поворот колес осуществляется механизмом рулевого управления, то рассуждая о движении автомобиля в повороте, принято говорить не об углах поворота передних колес, а повороте рулевого колеса. Даже незначительный поворот руля «уведет» автомобиль с прямолинейной траектории.
Если повернуть руль, зафиксировать его в одном положении и приступить к движению, то автомобиль опишет окружность. Центр окружности, вдоль которой поворачивает автомобиль, всегда лежит на «продолжении» задней оси автомобиля, а радиус поворота автомобиля изменяется вращением рулевого колеса (углом поворота передних колес).
Итак, ответ на вопрос, что такое поворот автомобиля – это изменение направления его движения, осуществляемое путем вращения рулевого колеса на некоторый угол в определенную сторону (влево или вправо) в процессе движения. Это не официальное определение, но оно вполне понятно для осмысления процесса движения автомобиля на повороте.
Силы, действующие на автомобиль в повороте
Машина остается управляемой, когда колеса имеют контакт с дорогой достаточный для того, чтобы колеса, цепляясь за дорогу, катились, а не скользили. С увеличением скорости этот контакт несколько ослабевает, и в зависимости от качества (состояния) дорожного покрытия может исчезнуть совсем. Это свойство заметно проявляется на скользкой поверхности дороги (песок, мокрая глина, дождь, слякоть, снег, гололед).
Автомобиль опирается на дорогу четырьмя колесами (для упрощения понимания действия сил рассмотрим легковой автомобиль). Сложная система подвески помогает преодолевать неровности дороги и обеспечивает водителю и пассажирам определенный комфорт, но важно понять, что сцепление с дорожным покрытием автомобилю обеспечивают только четыре пятна контакта его колес.
В состоянии покоя, когда автомобиль стоит на месте, вес автомобиля равномерно распределен по всем его колесам. Можно сказать, что вес равномерно «давит» на все четыре колеса автомобиля.
В момент начала движения (старта) и набора скорости (разгона) вес автомобиля перемещается назад. В момент замедления автомобиля (торможения, в т.ч. используя двигатель, или сброс газа) и его остановки, вес перемещается вперед. Этот механизм загрузки-разгрузки по осям описан в статье Осторожно скользкая дорога.
Когда автомобиль наберет скорость и движется прямолинейно на постоянной тяге (число оборотов двигателя остается неизменным), вес автомобиля почти равномерно распределяется по всем колесам. И если полотно дороги более-менее ровное и сцепление колес с дорожным полотном хорошее, тогда автомобиль на дороге устойчив и управляем – он легко слушается руля.
Но реальность такова, что дорога не всегда прямолинейна и не без изъянов. Приходится все время корректировать линию движение поворотом руля, как на прямой дороге, так и на ее изгибах.
Поворачивать приходится и на перекрестках, и на дорожных развязках, которые могут оказаться достаточно крутыми, и на естественных изгибах дороги. Вращение руля приходится использовать везде и в разных условиях: хотя бы для того чтобы выехать из двора (прилегающей территории), повернуть на дорогу, объехать яму и пр.
Что происходит с автомобилем, когда он поворачивает? Поскольку любой автомобиль имеет вес и обладает инерцией, то когда автомобиль приступает к повороту, его вес как бы продолжает двигаться по прямой, т.е. центр массы автомобиля стремится за пределы окружности поворота с силой, которую дает ему ускорение (чтоб было понятнее — скорость). Вектор силы направлен перпендикулярно радиусу поворота.
Это стремление «вырваться» за пределы дуги поворота тем сильнее, чем меньше радиус поворота (чем больше выкручен руль) и чем выше скорость автомобиля в повороте. Именно по этой причине скорость необходимо снизить еще до входа в поворот, а непосредственно дугу поворота необходимо пройти на постоянной (неизменной) скорости (на ровной «тяге»).
Последствия перемещения веса в процессе поворота автомобиля неминуемо сказываются на качестве сцепления колес с дорожным покрытием. Во время движения автомобиля в повороте происходит перераспределение его веса на каждом! из его четырех колес. Что это значит?
Это значит, что при повороте автомобиля сцепление с дорогой у всех колес неравномерное. Самым нагруженным колесом становится «внешнее» переднее колесо относительно дуги поворота. На правом повороте этим колесом становится переднее левое, а на левом повороте – переднее правое.
Соответственно, у этих колес на повороте будет самое сильное сцепление с дорожным полотном. У остальных колес сцепление с дорогой на поворотах в разной степени ослабевает. Этот процесс изменения качества сцепления происходит непрерывно с каждым поворотом рулевого колеса!
Автомобиль остается управляемым и слушается поворота руля только благодаря хорошему сцеплению колес с дорожным покрытием. Хорошее сцепление – это когда колеса автомобиля катятся и цепляются за дорогу, а не скользят. Причем, не важно, автомобиль движется в повороте или он едет по прямой дороге, и неважно, действие происходит летом на сухой дороге или зимой, во время гололеда.
Решающий фактор – скорость. Если автомобиль начинает терять сцепление с дорогой, значит его скорость в данных дорожных условиях высокая. Следовательно, нужно снизить скорость и не доводить ситуацию до критических обстоятельств.
Разница между особенностями движения на летней и зимней дороге состоит лишь в том, что на зимней скользкой дороге автомобиль потеряет сцепление с дорогой (заскользит) на значительно меньшей скорости, чем на летней сухой дороге при прочих равных условиях движения!
На одном и том же полотне дороги во время движения автомобиля на повороте его колеса заскользят быстрее, чем на прямолинейном движении. Чем выше скорость на дуге поворота, тем выше вероятность срыва колес в скольжение (и как следствие, это снос или занос). Это правило необходимо учитывать во время движения на скользкой дороге.
Перераспределение веса по колесам автомобиля происходит при каждом повороте руля, в том числе и при корректировке движения на прямой дороге. Поэтому руль всегда необходимо поворачивать плавно. Быстро, но плавно, не делая резких движений.
В таких ситуациях хорошую помощь оказывают электронные системы стабилизации, но не стоит полностью полагаться только на автомобильную электронику.
Электронные помощники, коими оснащаются современные машины, безусловно, очень сильно облегчают вождение. Они способны исправить многие ошибки водителя в технике управления автомобилем, и способствуют выходу из критических ситуаций, но лучше эти ситуации не допускать. Есть пределы, за которыми электроника бессильна.
Главный за рулем – это водитель, а электронный помощник – это всего лишь умный помощник в умелых руках.
В дополнение изложенному материалу предлагаю ознакомиться с содержанием следующих статей:
Автор: Сергей Довженко
Последняя редакция: 31.05.2020
Если есть желание поделиться прочитанным, ниже кнопки на выбор. Жмем, не стесняемся.
Источник статьи: http://avtonauka.ru/electronika/kak-avtomobil-povorachivaet.html
Силы, действующие автомобиль при повороте
1.2 Силы, действующие автомобиль при повороте
Процесс движения автомобиля на повороте включает в себя три фазы (рисунок 1.3, а): вход в поворот (участок АБ), поворот (БВ) и выход из него (ВГ).
При входе в поворот управляемые колеса двигавшегося прямолинейно автомобиля поворачиваются, и он движется по кривой уменьшающегося радиуса.
При повороте управляемые колеса повернуты на определенный угол, и движение происходит по кривой постоянного радиуса.
При выходе из поворота управляемые колеса возвращаются в нейтральное положение, и автомобиль движется по кривой увеличивающегося радиуса, а затем — прямолинейно.
Во время движения на повороте на автомобиль (рисунок 1.3, б) действуют следующие силы: центробежная рц и ее поперечная ру и продольная рх составляющие, а также поперечные реакции дороги: Ry1 — на передний и Ry2 — на задний мосты.
Основной действующей силой при повороте является поперечная составляющая ру центробежной силы, которая направлена перпендикулярно продольной оси автомобиля и представляет собой сумму трех сил:
(5)
Сила P’у всегда возникает при криволинейном движении. Она пропорциональна квадрату скорости и действует в процессе всего поворота. Сила P’’у появляется в результате изменения угла поворота управляемых колес и действует при входе и выходе из поворота. Сила P’’’у возникает вследствие изменения скорости движения и действует только при неравномерном движении на повороте. Из трех указанных составляющих наибольшее значение имеет сила P’у, на долю которой приходится 90 % силы Pу. Поэтому для автомобилей общего назначения и специализированных автомобилей силами P’у и P’’у пренебрегают.
Рисунок 1.3. Поворот автомобиля:
а — фазы процесса попорота; б — силы, действующие при повороте;
А – Г — характерные точки траектории поворота автомобиля;
v1, v2 — векторы скоростей передних и задних колес
Их учитывают только для специальных автомобилей (пожарные, автомобили «скорой помощи» и др.), движущихся на поворотах с более высокими скоростями.
При равномерном движении на повороте поперечная составляющая центробежной силы
(6)
Она пропорциональна квадрату скорости движения, поэтому быстро возрастает при увеличении скорости.
Поперечные реакции дороги на передний и задний мосты при равномерном движении на повороте
(7,8)
Из этих выражений следует, что центробежные силы, действующие на передний и задний мосты, можно считать пропорциональными приходящемуся на них весу G1, и G2 [1] .
2 ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТОМОБИЛЯ
2.1 Установка управляемых колес
На управляемость автомобиля оказывают влияние различные конструктивные и эксплуатационные факторы. К ним относятся установка и стабилизация управляемых колес, подвеска и шины, техническое состояние рулевого управления, блокировка колес при торможении, колебания управляемых колес, усилители рулевого управления, кузов автомобиля, квалификация водителя и др.
Для создания наименьшего сопротивления движению, уменьшения износа шин и снижения расхода топлива управляемые колеса должны катиться в вертикальных плоскостях, параллельных продольной оси автомобиля. С этой целью управляемые колеса устанавливают на автомобиле с развалом в вертикальной и со схождением в горизонтальной плоскости.
Углом развала управляемых колес ар называется угол (рисунок 2.1, а), заключенный между плоскостью колеса и вертикальной плоскостью, параллельной продольной оси автомобиля. Угол развала считается положительным, если колесо наклонено от автомобиля наружу, и отрицательным при наклоне колеса внутрь.
Угол развала необходим для того, чтобы обеспечить перпендикулярное расположение колес по отношению к поверхности дороги при деформации деталей моста под действием веса передней части автомобиля. Этот угол уменьшает плечо поворота — расстояние между точкой пересечения продолжения оси поворота (шкворня) и точкой касания колеса плоскости дороги. В результате существенно уменьшается момент, необходимый для поворота управляемых колес, и, следовательно, облегчается поворот автомобиля.
При установке колеса с развалом возникает осевая сила, прижимающая ступицу с колесом к внутреннему подшипнику, раз мер которого обычно больше, чем размер наружного подшипника. Вследствие этого разгружается наружный подшипник ступицы колеса. Угол развала обеспечивается конструкцией управляемого моста путем наклона поворотной цапфы и составляет 0. 2″.
Рисунок 2.1. Схемы установки управляемых колес:
а — развал; б — схождение; О — точка пересечения продолжения оси колеса с плоскостью дороги; А, Б — расстояния между задними и передними частями колес
При наличии развала управляемое колесо стремится катиться в сторону от автомобиля по дуге вокруг точки О (рисунок 2.1, а) пересечения продолжения его оси с плоскостью дороги. Так как управляемые колеса связаны между собой, то их качение по расходящимся дугам сопровождалось бы боковым скольжением. Для предотвращения такого скольжения управляемые колеса устанавливают со схождением, т.е. не параллельно, а под некоторым углом к продольной оси автомобиля.
Угол схождения управляемых колес δС (рисунок 2.1, б) определяется разностью расстояний А и Б между колесами, которые измеряют сзади и спереди по краям ободьев на высоте оси колес. Угол схождения колес у автомобилей находится в пределах 0°20′. 1°, а разность расстояний А и Б между колесами сзади и спереди составляет 2. 12 мм.
Установка управляемых колес с одновременным развалом и схождением обеспечивает их прямолинейное качение по дороге без бокового скольжения. При этом должно быть правильно подобрано соотношение между углами развала и схождения. Каждому углу развала соответствует определенный угол схождения, при котором сопротивление движению, расход топлива и износ шин будут минимальными. Обычно оптимальный угол схождения управляемых колес составляет в среднем 15. 20% угла их развала. Однако в процессе эксплуатации управляемые колеса часто устанавливают со схождением несколько большим, чем требуется для компенсации их развала. Это вызвано тем, что у колес вследствие наличия зазоров и упругости рулевого привода может появиться отрицательное схождение. В результате даже при их положительном развале возрастают сопротивление движению, расход топлива и износ шин [3] .
Источник статьи: http://www.kazedu.kz/referat/178255/1