Поперечная устойчивость автомобиля что это такое

Устройство и принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости

Стабилизатор поперечной устойчивости – один из обязательных элементов подвески в современных автомобилях. Неприметная на первый взгляд деталь уменьшает крен кузова при поворотах и препятствует опрокидыванию автомобиля. Именно от этого компонента зависит устойчивость, управляемость и маневренность автомобиля, а также безопасность водителя и пассажиров.

Принцип работы

Основное назначение стабилизатора поперечной устойчивости – перераспределять нагрузку между упругими элементами подвески. Как известно, в поворотах автомобиль кренится, и именно в этот момент включается в работу стабилизатор поперечной устойчивости: стойки смещаются в противоположные стороны (одна стойка поднимается, а другая – опускается), при этом средняя часть (стержень) начинает закручиваться.

Принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости

В результате на той стороне, где автомобиль «завалился» на бок, стабилизатор приподнимает кузов, а на противоположной – опускает. Чем больше машина наклоняется, тем сильнее сопротивление этого элемента подвески. В итоге автомобиль выравнивается по отношению к плоскости дорожного полотна, снижается крен и улучшается сцепление с дорогой.

Элементы стабилизатора поперечной устойчивости

Стабилизатор поперечной устойчивости состоит из трех компонентов:

• стальной трубы (стержня) П-образной формы;
• двух стоек (тяг);
• креплений (хомуты, резиновые втулки).

Рассмотрим данные элементы подробнее.

Стержень

Стержень – это упругая поперечная распорка, изготовленная из пружинной стали. Располагается поперек кузова автомобиля. Стержень – основной элемент стабилизатора поперечной устойчивости. В большинстве случаев стальной прут имеет сложную форму, так как под днищем кузова машины имеется много других деталей, расположение которых нужно учитывать.

Стойки стабилизатора

Стойка стабилизатора поперечной устойчивости (тяга) – это элемент, соединяющий концы стального стержня с рычагом или амортизаторной стойкой подвески. Внешне стойка стабилизатора представляет собой шток, длина которого варьируется от 5 до 20 сантиметров. На обоих ее концах расположены шарнирные соединения, защищенные пыльниками, с помощью которых она крепится к другим компонентам подвески. Шарниры обеспечивают подвижность соединения.

В процессе движения на тяги приходится существенная нагрузка, из-за которой шарнирные соединения разрушаются. В результате, тяги очень часто выходят из строя, и менять их приходится раз в 20-30 тысяч километров.

Крепления

Крепления стабилизатора поперечной устойчивости представляют собой резиновые втулки и хомуты. Обычно он крепится к кузову автомобиля в двух местах. Главная задача хомутов – надежно закрепить стержень. Резиновые втулки нужны для того, чтобы балка могла вращаться.

Виды стабилизаторов

В зависимости от места установки различают передний и задний стабилизаторы поперечной устойчивости. В некоторых легковых машинах задняя поперечная стальная распорка не устанавливается. Передний же стабилизатор на современных автомобилях устанавливается всегда.

Активный стабилизатор поперечной устойчивости

Различают также активный стабилизатор поперечной устойчивости. Данный элемент подвески является управляемым, так как он изменяет свою жесткость в зависимости от типа дорожного покрытия и характера движения. Максимальная жесткость обеспечивается в крутых поворотах, средняя – на грунтовой дороге. В условиях бездорожья эта часть подвески обычно отключается.

Жесткость стабилизатора изменяется несколькими способами:

• применение гидроцилиндров вместо стоек;
• использование активного привода;
• применение гидроцилиндров вместо втулок.

В гидравлической системе за жесткость стабилизатора отвечает гидравлический привод. Конструкция привода может различаться в зависимости от установленной на автомобиль гидравлической системы.

Недостатки стабилизатора

Основные минусы стабилизатора – это уменьшение хода подвески и ухудшение проходимости внедорожников. При поездках по бездорожью есть риск “вывешивания” колеса и потери контакта с опорной поверхностью.

Автопроизводители предлагают решить эту проблему двумя способами: отказаться от стабилизатора в пользу адаптивной подвески, либо использовать активный стабилизатор поперечной устойчивости, изменяющий жесткость в зависимости от типа дорожного покрытия.

Источник статьи: http://techautoport.ru/hodovaya-chast/podveska/stabilizator-poperechnoy-ustoychivosti.html

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:

• v_з – максимальная (критическая) скорость движения автомобиля по окружности (на повороте), соответствующая началу бокового скольжения его колес;
• v_о – максимальная (критическая) скорость движения автомобиля по окружности (на повороте), соответствующая началу его опрокидывания;
• β_з – максимальный (критический) угол наклона, при котором начинается поперечное скольжение колес;
• β_о – максимальный (критический) угол наклона, при котором начинается опрокидывание автомобиля.

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.

На участке 1 – 2 автомобиль движется прямолинейно и его ведущие колеса находятся в нейтральном положении. На участке 2 – 3 водитель поворачивает управляемые колеса, и автомобиль начинает двигаться по кривой переменного радиуса (первой переходной кривой). На участке 3 – 4 положение колес, повернутых на угол θ , остается неизменным, так же, как и радиус ρ_з траектории середины заднего моста. На участке 4 – 5 (второй переход кривой) водитель поворачивает управляемые колеса в обратном направлении (выравнивает их вдоль оси автомобиля), и радиус ρ_з постепенно увеличивается. На участке 5 – 6 автомобиль снова движется прямолинейно.

При равномерном движении на участке 3 – 4 (кривая постоянного радиуса) из центра поворота О через центр тяжести автомобиля на него действует центробежная сила Р_ц , пропорциональная квадрату скорости автомобиля v и его массе m , и обратно пропорциональная расстоянию ρ_ц от центра поворота до центра тяжести автомобиля (радиусу поворота):

где ω – угловая скорость автомобиля при повороте: ω = v/ρ_ц .

Расстояние ρ_ц 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:

Р_ц = mv 2 /(ρ_з cos γ) = mv 2 θ/(L cos γ) .

Поперечная составляющая этой силы:

При равномерном движении (переходные кривые на рис. 1) на автомобиль действует также сила Р_уII , вызванная изменением кривизны траектории. Поперечная составляющая этой силы пропорциональна скорости v автомобиля и угловой скорости ω_ук управляемых колес. Величина этой угловой скорости зависит от скорости движения: чем больше скорость, тем быстрее приходится поворачивать колеса, чтобы вписаться в поворот:

В случае неравномерного движения на автомобиль действует еще и сила Р_уIII :

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 Р_уII действует только в процессе поворота рулевого колеса. При входе автомобиля в поворот сила Р_уII положительна и вместе с силой P_уI она увеличивает вероятность заноса и опрокидывания автомобиля.

При выходе автомобиля из поворота скорость ω_ук отрицательна и сила Р_уII частично уравновешивает силу Р_уI , и автомобиль может двигаться с большей скоростью без потери устойчивости.

Сила Р_уIII 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 Р_уIII отрицательны.

В результате поворота автомобиля вокруг центра тяжести возникает инерционный момент М_и , который пропорционален угловому ускорению и моменту инерции автомобиля.

Поперечная инерционная сила Р_у уравновешивается поперечными реакциями дороги R_у1 и R_у2 , действующими на колеса автомобиля. Инерционный момент влияет на перераспределение этих реакций, но так как это влияние на устойчивость автомобиля сравнительно невелико, то его можно не учитывать при расчетах.

Источник статьи: http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/7_teoria_avto_ustoygh_1/index.shtml

Устойчивость автомобиля. Виды устойчивости

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 следующие виды устойчивости автомобиля:

• продольную
• поперечную
• боковую устойчивость

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.

Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/bez-rubriki/ustojchivost-avtomobilya-i-eyo-vidy/

Стабилизатор поперечной устойчивости.

При повороте центробежная сила наклоняет автомобиль, со стороны наружных колес увеличивается нагрузка, со стороны внутренних – уменьшается и, как следствие, наблюдается крен и раскачивание кузова. Все это может привести к опрокидыванию автомобиля. Для уменьшения кренов в поворотах применяется стабилизатор поперечной устойчивости.

Стабилизатор поперечной устойчивости является частью автомобильной подвески, соединяющей противоположные колеса с помощью упругого элемента торсионного типа (работает на скручивание). В настоящее время стабилизатор поперечной устойчивости обязательный элемент различных видов независимой подвески легковых автомобилей. Стабилизатор устанавливается как на передней, так и на задней оси автомобиля. В легковых автомобилях, использующих в качестве задней подвески торсионную балку, стабилизатор поперечной устойчивости не устанавливается. Его функции выполняет сама подвеска.

Конструктивно стабилизатор поперечной устойчивости представляет собой стержень (штангу) круглого сечения, имеющий П-образную форму. Стабилизатор изготавливается из пружинной стали. Он располагается поперек кузова автомобиля и крепится к нему в двух местах с помощью резиновых втулок и хомутов. Втулки позволяют стабилизатору вращаться. Стабилизатор имеет, как правило, сложную форму, которая учитывает положение узлов и агрегатов автомобиля, расположенных под днищем кузова.

Концы стабилизатора поперечной устойчивости шарнирно соединяются с элементами подвески автомобиля – рычагами (многорычажная подвеска, подвеска на двойных поперечных рычагах), амортизаторными стойками (подвеска McPherson). Соединение стабилизатора с подвеской может быть как непосредственным, так и с помощью двух тяг (стоек). Наибольшее распространение получило соединение с помощью тяг.

Работа стабилизатора поперечной устойчивости основана на перераспределении нагрузки между упругими элементами подвески. При боковом крене (поперечных угловых колебаниях) концы стабилизатора (тяги) перемещаются в разные стороны (один поднимается, другой опускается). Средняя часть стабилизатора закручивается. Со стороны крена стабилизатор пытается как–бы приподнять кузов, с другой – опустить. Чем больше крен кузова, тем сильнее сопротивление стабилизатора. Таким образом, обеспечивается выравнивание автомобиля по отношению к плоскости дороги. Помимо снижения крена, достигается улучшение сцепных свойств шин в повороте.

Необходимо отметить, что в силу свое конструкции стабилизатор поперечной устойчивости не препятствует вертикальным и продольным угловым колебаниям подвески автомобиля. Так, при вертикальных колебаниях левое и правое колеса движутся вместе, а стабилизатор проворачивается во втулках.

Эффективная работа стабилизатора поперечной устойчивости обеспечивается его жесткостью. Жесткость стабилизатора определяется свойствами материала, формой, геометрией крепления. Чем жестче стабилизатор, тем большую нагрузку он переносит с внешнего колеса и соответственно более крутые повороты может позволить автомобилю. Устанавливая на переднюю и заднюю ось автомобиля стабилизаторы разной жесткости можно изменять тяговые свойства на осях, тем самым достигать желаемый баланс управления (избыточная или недостаточная поворачиваемость автомобиля).

При всех очевидных преимуществах стабилизатор поперечной устойчивости имеет ряд недостатков. Его применение приводит к частичной потере свойств независимой подвески – передаче ударов с одного колеса на другое, уменьшение хода подвески. В идеале при прямолинейном движении автомобиля стабилизатор поперечной устойчивости не нужен.

Кардинально данную проблему решает адаптивная подвеска, позволяющая полностью отказаться от стабилизатора поперечной устойчивости. Дальше всех в этом вопросе пошел Mercedes-Benz, разработав и внедрив на своих автомобилях систему активного контроля кузова (Active Body Control, ABC). Электронная система АВС позволяет контролировать положение кузова, исключающее крены, в различных условиях движения, в том числе при повороте, ускорении и торможении.

Стабилизатор поперечной устойчивости ухудшает проходимость внедорожников. При движении по бездорожью стабилизатор может привести к вывешиванию колеса и потере его контакта с дорогой. Борются с данной проблемой несколькими способами.

Самый распространенный способ – использование в качестве стойки стабилизатора гидроцилиндра. В нормальном положении гидроцилиндр заперт, стабилизатор выполняет свои функции в полном объеме. При необходимости движения по бездорожью гидроцилиндр разблокируется с помощью кнопки на панели приборов, стабилизатор поперечной устойчивости отключается. Для предотвращения опрокидывания при достижении определенной скорости движения предусмотрено автоматическое включение стабилизатора (блокировка гидроцилиндра).

Более сложную систему управления стабилизатором поперечной устойчивости предлагает фирма TRW. Система включает датчик бокового ускорения, блок управления, гидронасос и гидроцилиндры в качестве стоек стабилизатора. При прямолинейном движении гидронасос выключен, стабилизатор разблокирован, подвеска работает в комфортном режиме. При повороте блок управления включает насос, в гидроцилиндрах создается давление, стабилизатор поперечной устойчивости блокируется. Регулируя величину давления в гидроцилиндре, система управляет жесткостью стабилизатора в соответствии с режимом движения.

Компания Toyota разработала иную систему управления стабилизаторами поперечной устойчивости, которую с 2004 года устанавливает на свои внедорожники. Система кинетической стабилизации подвески (Kinetic Dynamic Suspension System, KDSS) представляет собой замкнутый гидравлический контур, объединяющий два гидроцилиндра, гидроаккумулятор, клапаны, блок управления и датчики. В отличие от предыдущей системы гидроцилиндры в системе KDSS соединяют стабилизатор поперечной устойчивости с кузовом.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/id/5ad061a7a936f4899b1a2fbc/-stabilizator-poperechnoi-ustoichivosti-5ad85dec55876b0c067c899f