Устойчивость автомобиля. Опрокидывание и его причины
Устойчивость – это совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения автомобильного транспортного средства (АТС) или его звеньев.
Признаком потери устойчивости является скольжение АТС или его опрокидывание. В зависимости от направления скольжения или опрокидывания АТС различают поперечную и продольную устойчивость.
Во время движения автомобиль имеет инерцию, а в момент начала поворота, помимо центробежной силы возникает дополнительная поперечная сила (составляющая сила инерции), направленная в том же направлении, что и центробежная сила. При очень большой скорости движения и резком повороте (поперечная составляющая сила инерции и центробежная) суммарная сила может привести даже к опрокидыванию автомобиля.
Поперечная сила С стремится нарушить устойчивость автомобиля, а сила G стремится удержать его в устойчивом положении. Колеса образуют крайние опоры автомобиля, а центр тяжести (ЦТ) расположен на равном удалении от правого и левого колес и на определенной высоте hn от поверхности дороги. Чем выше центр тяжести и уже колея автомобиля, тем больше он подвержен опасности опрокидывания.
Рис. Схема сил влияющих на поперечную устойчивость автомобиля
Опрокидывание автомобиля
Опрокидывание автомобиля может произойти как в продольной, так и в поперечной плоскости.
Опрокидывание в продольной плоскости относительно задней оси происходит в момент, когда сила давления передних колес на дорогу уменьшается до нуля. Практически до начала опрокидывания наступает буксование колес на подъеме, автомобиль сползает назад вследствие недостаточного сцепления колес с дорогой.
Возможно переворачивание автомобиля вперед при резком торможении на крутом спуске, если автомобиль имеет короткую базу и высоко расположенный центр тяжести. В данном примере возникшая сила инерции складываясь с горизонтальной составляющей силы веса, дает результирующую силу, которая выходит за пределы опорной площади передней оси автомобиля. Известны случаи опрокидывания автомобиля назад, когда при движении задним ходом автомобиль съезжает в овраг, реку и т. п.
Рис. Продольное опрокидывание автомобиля на спуске во время торможения
При движении автомобиля по дороге, имеющей поперечный уклон, возникает боковая сила, равная поперечной составляющей от веса автомобиля. Эта сила может вызвать опрокидывание автомобиля или его скольжение вбок. Устойчивость автомобиля к опрокидыванию в этом случае зависит от колеи автомобиля высоты расположения центра тяжести и угла поперечного наклона дороги.
Рис. Схема сил, действующих на автомобиль при движении на дороге, имеющей поперечный уклон
Чем выше расположен груз, тем больше высота расположения центра тяжести, следовательно, тем вероятнее опрокидывание грузового автомобиля. Чем шире колея автомобиля, тем более устойчив автомобиль как при движении на повороте, так и при движении по дороге, имеющей поперечный уклон.
Опрокидывание автомобиля в поперечной плоскости, т.е. вбок, может произойти под действием центробежной силы на повороте, при резком повороте рулевого колеса на большой скорости, сильном боковом наклоне и вследствие неправильного закрепления груза в кузове.
Неправильная укладка груза в кузове может значительно изменить положение центра тяжести, сместив его как вбок, так и вверх. Характерным примером может служить цистерна, не заполненная целиком жидким грузом. Под влиянием центробежной силы жидкий груз смещается к одной стороне цистерны, центр тяжести смещается вверх и в сторону, а сила тяжести, удерживающая автомобиль от опрокидывания, действует уже не по оси автомобиля а смещается в сторону перемещения центра тяжести.
Рис. Смещение центра тяжести жидкого груза под действием центробежной силы
Причины опрокидывания автомобиля
- при высокой скорости движения на крутых поворотах, на неблагоустроенных дорогах, где поперечный уклон направлен в сторону, противоположную повороту
- вследствие резкого прекращения бокового заноса при толчке заднего колеса о камень или другое препятствие
- при резком повороте рулевого колеса на большой скорости
- при неравномерном расположении груза в кузове автомобиля или его перемещении на повороте
Чтобы избежать опрокидывания, нужно на опасных участках дороги снизить скорость, плавно повернуть рулевое колесо, плавно тормозить, равномерно разместить и хорошо закрепить груз в кузове автомобиля.
Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/teoriya/ustojchivost-avtomobilya/
Что влияет на управляемость и устойчивость автомобиля на дороге?
Сегодня в статье мы узнаем, что влияет на управляемость автомобиля, какие критерии, факторы, детали рулевого и подвески оказывают непосредственное воздействие на устойчивость транспортного средства на дорожном полотне.
Ключевые факторы, влияющие на управляемость и устойчивость автомобиля:
• Система подвески не только определяет характеристики управляемости автомобиля, но и влияет на комфорт вождения. Хотя это не всегда удобно, но для лучшей управляемости требуется именно жесткая подвеска. Система подвески обычно предназначается для обеспечения комфорта водителю и пассажирам в процессе передвижения. Все современные типы автомобилей, будь то это внедорожники, спортивные и легковые машины, предназначенные для гражданского использования, различаются между собой видами систем подвесок и рулевого управления. Система подвески, которая позволяет автомобилю “приседать” к земле на дороге при разгоне и уверенно удерживать автомобиль на грунтовых покрытиях, считается наиболее надежной.
Видео : «Как влияют настройки подвески на управляемость автомобиля? «
Как экономить топливо на подержанном автомобиле? Особенности, лучшие способы и верные советы
Верные советы начинающим водителям, которые помогут быстро и правильно научиться водить автомобиль
Покупка автомобиля: выбрать новый или поддержанный? Особенности, верные советы, плюсы и минусы
Рулевая рейка: признаки неисправности и верные советы. Как правильно выбирать продавца?
Что влияет на скорость и ускорение мотоцикла? От каких факторов зависит эффективное торможение?
Основная классификация автомобильных шин: особенности, типы, параметры, маркировка и правила выбора
Renault Kaptur: замена передних стоек стабилизатора и ремонт подлокотника по гарантии у дилера
Топ-12 верных признаков, указывающих на скорый ремонт двигателя автомобиля
Источник статьи: http://autoblogcar.ru/steeringsystem/427-carhanding.html
Поперечная устойчивость автомобиля
Лекция 12
Поперечная устойчивость автомобиля характеризуется его способностью двигаться без опрокидывания и скольжения при прямолинейном движении по дороге с поперечным уклоном и при движении на повороте.
При прямолинейном движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном опрокидывающая сила равна составляющей силы веса G∙sinα (рис ).
Из условия равновесия автомобиля относительно оси проходящей через точки О опоры левых колес, получим:
Где R2 – сумма нормальных реакций на правых колесах;
В – расстояние между центрами колес автомобиля.
В момент начала опрокидывания нормальные реакции на правые колеса автомобиля становятся равными нулю (R2), тогда
До опрокидывания может начаться скольжение автомобиля под уклон.
Если допустить, что колеса передней и задней осей автомобиля имеют одинаковое сцепление колес с дорогой и что боковые реакции Y1 и Y2 распределяются по осям так же, как и составляющие силы веса, то получим:
При условии, когда j
Опрокидывание автомобиля начнётся в тот момент, когда нормальная реакция R2 , действующая на внутренние колеса, будет равна нулю.
Из условия равновесия автомобиля относительно оси, проходящей через точки О опоры внешних колес, получим расчетное выражение:
Приравнивая реакцию R2 к нулю и подставляя значения центробежной силы. Получим соотношения расчетных параметров:
Боковое скольжение автомобиля начнется в тот момент, когда сумма боковых реакций достигнет силы сцепления j∙G, т.е. при условиях:
При движении автомобиля на закруглениях, т.е. на виражах.
Рассмотрим условия поперечной устойчивости автомобиля при движении на вираже. Опрокидывающей силой в этом случае будет составляющая РЦ∙cosb центробежной силы (рис ). Составляя уравнение моментов сил по отношению к оси, проходящей через точку О опоры верхних колес, получим выражение равновесия:
Подставляя в это выражение, для центробежной силы и приравнивая реакцию R1 нулю, получим расчетное равенство:
Разделим числитель и знаменатель правой части полученного выражения на h и заменяя отношения на тригонометрическое выражение
получим окончательное расчетное уравнение скорости опрокидывания автомобиля на вираже:
Из уравнения видно, что если выбирать соответствующие углы b, то скорость движения может быть произвольно велика при условии:
То опрокидывания не произойдет при любой сколь угодно большой скорости.
Автомобиль начнет скользить вбок при условии:
Из условия равновесия автомобиля относительно оси Y (рис ) определится расчетное уравнение:
Решая эти уравнения совместно, получим:
тогда скорость скольжения определится из выражения:
Сравнивая значения Vопр и Vскол , рассчитанные по формулам ( ) и ( ), можно определить, что наступит раньше, опрокидывание или скольжение автомобиля вбок.
Уравнение ( ) позволяет установить, что при увеличении угла скорость движения автомобиля, допустимая по скольжению вбок, также увеличивается, и что при эта скорость может быть равна бесконечности. Таким образом, при скольжения вбок не будет, и скорость движения может быть произвольно велика.
Чтобы увеличить поперечную устойчивость автомобиля при высоких скоростях движения в реальных дорожных условиях, закругления на автомагистралях выполняют с большим радиусом, порядка 300…1000 м, а потому дороги придают на закруглениях поперечный уклон, направленный к центру закругления; величина уклона берется в пределах =8…12 0 .
При рассмотрении процесса поперечного скольжения автомобиля было принято допущение, что боковое скольжение начиналось одновременно как для передних, так и задних колес. В общем случае скольжение передних и задних колес может начаться неодновременно или происходить с неодинаковой интенсивностью, в результате чего возникает непроизвольный поворот машины вокруг какой-то вертикальной оси. Такое явление называется заносом. Заносы чаще всего наблюдаются при резких торможениях и разгонах, на поворотах, придвижении по дороге с поперечным уклоном и т.д. Влияние перечисленных факторов особенно проявляются на мокрых и скользких дорогах и в других случаях, когда сцепление колес с дорогой ухудшается.
Возможность заноса при торможении и разгоне автомобиля объясняется тем, что в это время на колеса действуют значительные касательные силы, а их наличие снижает устойчивость колес против бокового скольжения. При разгоне автомобиля ведущая ось более подвержена боковому скольжению, так как через ее колеса передается крутящий момент.
При торможении автомобиля боковое скольжение может начинаться в равной мере, как для ведущей оси, так и для ведомой.
На схеме (рис. ) показано автомобильное колесо нагруженное вертикальной и боковой силами, а также моментом вызывающим тяговую силу Р . В площади контакта колеса с дорогой возникает реакция дороги от приложенных сил: от боковой силы , от силы веса автомобиля, приходящейся на колесо — и от тяговой силы — . Равновдействующая окружной и боковой реакции ( и ) расположена в плоскости дороги. Для того чтобы колесо не скользило, необходимо, чтобы сила сцепления колеса с дорогой была больше равнодействующей, т. Е. . Это условие позволяет определить максимально допустимую по условиям скольжения величину боковой реакции .
Из неравенства видно, что устойчивость колеса в значительной степени зависит от величины тяговой (или тормозной) силы и в том случае, когда она достигнет своего максимального значения, равного ( = ), теоретически достаточно любой, как угодно малой боковой силы для того чтобы вызвать скольжение колеса вбок.
Рассмотрим условия бокового скольжения ведущей оси автомобиля, который совершает поворот по дуге окружности радиусом , движется с постояннй скоростью и развивает на ведущих колесах тяговую силу Р. На ось (рис. ) приходится часть полной силы веса автомобиля и Р полной центробежной силы Р , действующей на автомобиль. В результате действия этих сил в точках опоры колес с дорогой возникают реакции: от тяговой силы- , от боковой силы — и вертикальной силы — .
Внутренние и внешние колеса оси поразному нагружаются силами. Из-за центробежной силы перераспределяются по колесам нормальные реакции, а из-за дифференциала – реакции тяговых сил. Из условия равенства моментов всех сил, относительно оси, проходящей через точку О опоры внешнего колеса имеем уравнения равновесия сил, что позволит нормальную реакцию действующую на внутреннее колесо:
Аналогично, из условия равенства моментов относительно оси, проходящей через точку О, получим нормальную реакцию действующую на внешнее колесо:
Как видно, нормальная реакция , действующая на внутреннее колесо, меньше нормальной реакции , действующей на внешнее колесо. Наличие дифференциала обеспечивает передачу большей части крутящего момента через отстающее, в данном случае, внутреннее колесо. Поэтому при всех условиях . Таким образом, внутреннее колесо (на рис — правое) нагружено меньшей нормальной реакцией и большей реакцией от тяговой силы. Следовательно, внутреннее колесо ведущей оси автомобиля раньше, чем внешнее, теряет устойчивость и начинает буксовать.
В момент начала буксования одного колеса почти вся суммарная боковая сила начинает восприниматься другим колесом, нагруженным еще и тяговой силой. Часто оно оказывается не в состоянии передать суммарную боковую силу, что приводит к заносу всей оси.
Поперечное скольжение вбок задней или передней оси по разному влияет на устойчивость автомобиля. При заносе передней оси автомобиля (рис ) мгновенный центр поворота лежит на продолжении задней оси. Движение автомобиля вокруг этого мгновенного центра также приводит к возникновению центробежной силы но она в отличие от первого случая будет направлена в сторону, противоположную направлению начинающегося заноса. В результате центробежная сила будет препятствовать заносу, и автомобиль в поперечном направлении будет устойчивей..
Из вышеприведенных рассуждений следует, что необходимо в первую очередь рассматривать устойчивость против бокового скольжения задней оси автомобиля, если ось ведущая и в любом случае при торможении автомобиля. Для установления зависимости, определяющей условие устойчивости по буксованию колес задней ведущей оси, вернемся к ранее полученному соотношению между реакцией от тяговой силы и нормальной реакцией дороги на внутреннем колесе при его скольжении:
Где — реакция от составляющей тяговой силы на внутреннем колесе автомобиля при повороте;
— нормальная реакция дороги.
Полагая, что дифференциал незначительно влияет на перераспределение тяговых сил по полуосям, запишем, что
Учитывая ранее определенную зависимость для нормальной реакции действующей на внешнее колесо и подставляя его значение в уравнение нормальной реакции на внутреннее колесо получим:
Источник статьи: http://studopedia.ru/1_90196_poperechnaya-ustoychivost-avtomobilya.html