<<
>>

7.1 Влияние бокового увода на устойчивость автомобиля

Рассмотренные выше способы анализа потери устойчивости в поперечном направлении не учитывали того, что шины автомобиля могут прогибаться в боковом направлении (рисунок 7.1). При воздействии на шину поперечной силы она изгибается, что сказывается на изменении направления движения.

Колесо, не изменяя плоскости качения, будет перемещаться в направлении АВ1 (рисунок 7.2) под некоторым углом δ к плоскости своего вращения. Под влиянием поперечной силы Ру средняя плоскость обода О — О (рисунок 7.1) немного сместится в сторону от средней линии отпечатка шины на дороге (линия а — а). Отпечаток шины, поэтому, также сместится в сторону; его средняя линия не будет совпадать со средней плоскостью обода колеса. Так как колесо продолжает катиться, к передней точке отпечатка шины подходят все новые ее участки. Однако эти участки будут смещены в сторону на величину бокового искривления шины.

Рисунок 7.1 Искривление сечения шины под действием поперечной силы:

а – а – средняя линия отпечатка шины на дороге; b – величина искажения шины; О – О – середина сечения неискажённой шины.

В результате движения автомобиля вперед и бокового искривления шины ось отпечатка устанавливается под некоторым углом к плоскости колеса. Фактически колесо движется под углом к первоначальному направлению движения (рисунок 7.2). Так как колеса на каждой оси связаны друг с другом, го практически они имеют одинаковый угол увода их оси. Боковой увод колеса оценивается либо величиной угла δ, который принято называть углом бокового увода, либо коэффициентом сопротивления боковому уводу Ку, представляющим собой производную поперечной силы Ру по углу увода:

.

(7.1)

Коэффициент Ку характеризует склонность шины к уводу и зависит от ее конструкции (высоты и ширины профиля, угла нитей корда, слойности), ширины обода, давления воздуха в шине и нагрузки на колесо GK.

При качении колеса с уводом шина испытывает сложную деформацию, площадь контакта ее с дорогой приобретает бобовидную форму. В месте максимальной деформации элемента протектора его напряженность достигает силы сцепления, начинается проскальзывание элемента в контакте с дорогой и уменьшается его боковая деформация. Как установлено опытным путем, при небольшой поперечной силе, а следовательно, и при небольших углах увода, изменение боковой деформации шипы в контакте происходит по линейному закону.

Рисунок 7.2 Боковой увод колеса при его качении:

АВ – направление движения без увода; АВ1 – то же, с уводом; Ру – поперечная сила, действующая на автомобиль; δ – угол увода.

Для каждой шины существуют определенная наибольшая поперечная сила и наибольший угол бокового увода, при котором еще не происходит проскальзывания протектора в боковом направлении.

Эпюра распределения касательных напряжений вдоль контакта показана на рисунке 7.3.Результирующая реакция дороги Р’у, оставаясь равной и направленной противоположно поперечной силе Ру, уже не проходит через центр контакта О, а снесена относительно него на некоторую величину b. Она создаст момент относительно центра контакта, стремящийся повернуть колесо в линию с направлением движения. Стабилизирующий момент МСТ способствует сохранению нейтрального положения управляемых колес при движении автомобиля. Следовательно, при движения колеса с уводом со стороны дороги к нему приложены реакция боковой силы и момент, стремящийся повернуть его около вертикальной оси.

Рисунок 7.3 Схема действия сил в контакте шины с дорогой и образование стабилизирующего момента:

а — действие сил при небольшой величине поперечной силы; б — схема действия стабилизирующего момента.

Рисунок 7.4 Зависимость поперечной силы от угла увода для шин, имеющих различную нагрузку Gk и внутреннее давление Рω:

Наибольшие углы увода, при которых еще не наблюдается бокового проскальзывания элементов протектора, у шин легковых автомобилей равны 3—5°,а грузовых — 4—5о. В этих пределах угол увода прямо пропорционален поперечной силе. При больших углах увода линейная зависимость нарушается.

Зависимость между поперечной силой Ру и углом увода для ряда шин, полученная опытным путем, приведена на рисунке 7.4. Когда поперечная сила Ру сравнивается по величине с силой сцепления Pφ=φZ’, начинается полное скольжение шины.

Наибольшее влияние на коэффициенты сопротивления боковому уводу современных шин оказывает изменение радиальной нагрузки на колесо. Так как деформация шины при уводе в радиальном и поперечном направлениях увеличивается, внутреннее трение в ней возрастает. При увеличении увода частицы протектора интенсивно проскакивают по дороге. В результате сопротивление качению резко возрастает. В таблице 7.1 приведены средние значения коэффициентов сопротивления боковому уводу для ряда шин.

Таблица 7.1

Размеры шин Модели шин Коэффициент сопротивления уводу шины при номинальной нагрузке и рабочем давлении воздуха Суммарный коэффициент сопротивления уводу передней оси автомобиля при повороте с 50-процентным перераспределением нагрузки, Н/рад
Н/град Отнесенный к величине радиальной нагрузки
5,20—13 М-61 40,0 8,34 61,2
155—13 И-151 48,6 8,90 86,1
5,60—15 М-57А 38,2 6,63 65,2
5,60—15 М-69А 44,0 7,64 77,5
155—15 М-122 50,6 8,83 82,5
6,45—13 М-119АР-6 50,5 7,82 79,7
6,45—13 М-119А 57,2 8,85 98,7
65—13 М-130 55,3 8,58 63,0
6,45—13 М-130А 58,3 9,04 93,5
6,00—13 М-107 39,8 7,06 47,0
6,40—13 М-100 40,6 7,05 63,0
6,70—15 И-194 53,1 6,20 100,0
175—15 Л-260 52,5 6,10 90,4
6,70—15 И-А42 55,1 6,30 96,7
185—15 Л-288 72,0 8,60 117,2
7,35—14 И-146 58,2 7,67 103,5
185—14 И-Л156 74,0 9,75 129,1
200—20 И-238А 81 5,82 133
7,50—20 Я-44 71 5,08 140
220—508 МИ-126Б 66 4,75 120
220—508 МИ-126А 88 4,94 134
220—508 И М-140 86 6,18 144
200—508Р И-32 77 5,56 143
7,50—20РС Я-212Д 52 3,76 93
8,25—20 ИК-6 109 6,90 204
240—508 МИ-20 97 6,15 185
240—508Р И-34 85 5,38 167
240—508РС Я-271 35 2,21 68
12,00—20 М-93 203 2,77 335
320—508 ИЯВ-12 238 5,46 393
300—508Р И-А68 387 8,87 688
260—508Р ИН-99 173 7,13 348
260—20 И-202 183 7,56 341
260—508 М-103Б 160 6,60 294

Из уравнения (7.1) следует, что угол увода

рад, (7.2)

или

град. (7.3)

Обозначив произведение Ку·57,3=К’у , получим:

град.

(7.4)

Пользуясь данными о величине коэффициента сопротивления уводу Ку, можно определить, при каком угле увода возможен занос автомобиля. Очевидно, что начало заноса возможно при равенстве сил сцепления в поперечном направлении Рφ и поперечной силы Ру.

Так как колесо под влиянием поперечной силы ввиду увода всегда будет изменять направление движения автомобиля, прогрессивно нарастающий увод представляет опасность. Современные автомобильные дороги строятся с незначительными поперечными уклонами — не более 30—40‰, или 2—2,5°.

Рассмотрим пример. При движении полностью загруженного автомобиля ГАЗ-24 по дороге с поперечным уклоном 2° на него будет действовать поперечная сила

Н/град.

Она вызовет увод каждого из колес на угол (при Ку =271 Н/град):

или δ≈17', т.е. автомобиль ГАЗ-24, движущийся со скоростью 16,7 м/с на участке дороги с поперечным уклоном 2°, через 10 с движения сместится в сторону (по направлению к обочине) на расстояние

м.

Особенно заметно влияние увода шин при прохождении поворотов дорог. Так, если автомобиль ГАЗ-24 будет двигаться по повороту дороги радиусом 200 м со скоростью 16,6 м/с, то центробежная сила, равная

кгс,

вызовет увод каждого колеса (при Ку=571 кгс/град)

или

и через 5 с движения по повороту боковое смещение под действием увода составит:

м.

На автомобиль также воздействуют аэродинамические силы. Если он движется со скоростью Va и подвергается действию ветра, дующего под углом β к продольной оси автомобиля со скоростью VB, то вектор равнодействующей скорости Vp воздушного потока будет направлен под углом к продольной оси автомобиля, причем

, (7.5)

и

.

(7.6)

Рисунок 7.5 Схема воздействия ветра на движущийся автомобиль.

Поперечную суммарную силу, возникающую от натекания воздушного потока, можно рассчитать по формуле:

, Н (7.7)

где VB — скорость ветра, м/с;

β — угол наклона вектора скорости ветра к продольной оси автомобиля;

Кδ — коэффициент боковой обтекаемости;

Fδ — площадь продольного сечения автомобиля, м2.

Для практических расчетов эту площадь можно определить по формулам:

для автомобилей Fδ≈HL;

для автобусов Fδ≈(H-k)D.

Здесь H — габаритная высота, м;

L — база автомобиля, м;

D— габаритная длина автобуса, м;

k — дорожный просвет, м.

Точное значение коэффициента Кδ для данного автомобиля может быть определено опытным путем — продувкой подобной модели в аэродинамической трубе при установке ее под углом 90° к направлению потока воздуха. Для практических расчетов можно принять:

для легковых автомобилей Кδ = 0,025—0,04; для грузовых 0,07—0,085 и для автобусов 0,03—0,05.

Воздействующая на автомобиль сила Ру вызывает увод колес. Иногда достаточно поворота рулевого колеса, бокового толчка, порыва ветра, чтобы автомобиль, движущийся прямолинейно, начал поворачиваться со всевозрастающей крутизной. На скользких дорогах боковой увод практически не наблюдается, так как на них происходит проскальзывание элементов шипы в плоскости контакта с дорогой.

Аэродинамические силы могут вызвать также потерю поперечной устойчивости автомобиля, когда их суммарная величина превысит силу сцепления. Так как аэродинамическая сила действует в плоскости дороги, она создает также и опрокидывающий момент.

При расчетах, связанных с действием суммарной аэродинамической силы, определяют точку ее приложения, называемую метацентром. Расстояние по горизонтали от метацентра до центра масс является плечом аэродинамического момента, стремящегося повернуть автомобиль. Полученные Е. В. Михайловским опытные данные о расположении метацентра у некоторых автомобилей приведены в таблице 7.2.

<< | >>
Источник: Юхименко В.Ф. Яценко А.А.. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ: Практикум.- Владивосток: Изд-во ВГУЭС,2011. - 136 с.. 2011

Еще по теме 7.1 Влияние бокового увода на устойчивость автомобиля:

  1. 6.1 Потеря поперечной устойчивости автомобиля
  2. 6.2 Потеря продольной устойчивости автомобиля
  3. 4.1.2. Психологическая устойчивость. Оценка уровня нервно-психической устойчивости
  4. 4.9. Боковые желудочки – полости головного мозга
  5. 6.3 Занос автомобиля
  6. БОКОВЫЕ ВОЛОКНА – БАЛАНС ОТДАЧИ И ПОЛУЧЕНИЯ
  7. Кожное зрение, феномен бокового зрения или еще нечто большее?
  8. Глава 21. Айовский урожай автомобилей
  9. Неправомерное завладение автомобилем или иным транспортным средством без цели хищения (ст. 166 УК РФ)
  10. 7. Управляемость автомобиля и безопасность движения
  11. в) Исследование влияния информационного стрессора на здоровье работающих, зависимости этого влияния от информированности из внутренних сред организма (о собственном физическом состоянии)
  12. г) Исследование влияния информационного стрессора на здоровье работающих и зависимости этого влияния от информированности из внутренних сред организма и из окружающей среды (стаж, опыт работы, как критерий информированности)