Поперечна стійкість

Порушення стійкості часто проявляється у боковому ковзанні автомобіля або в його перекиданні відносно поздовжньої осі. Збурюючими силами можуть бути поперечні складові сили інерції при криволінійному русі і ваги автомобіля при поперечному нахилі дороги, а також аеродинамічна сила.

Для визначення показників стійкості доцільно розглянути коловий рух автомобіля на віражі, оскільки в цьому випадку діє і поперечна складова сили інерції, і поперечна складова ваги (рис. 54).

Рис. 54. Схема руху автомобіля на віражі

На схемі використані такі позначення: О – проекція осі крену на поперечну площину; С, С' – центр маси до і після крену; G – вага автомобіля; Р_jy – відцентрова сила; R_zв, R_zз – нормальні реакції дороги на внутрішні і зовнішні колеса; R_ув, R_уз – поперечні реакції дороги на внутрішні і зовнішні колеса; h -- висота центру маси; h_кр – плече крену; λ – кут крену; В – колія автомобіля.

Поперечні сили зумовлюють крен підресореної частини автомобіля в напрямку дії більшої з сил. На схемі . В результаті крену центр маси зміщується на віддаль від нормальної площини симетрії з точки С в точку С'.

Умови, при яких настає бокове ковзання автомобіля, визначаються з рівняння рівноваги поперечних сил і реакцій дороги.

Ковзання розпочинається тоді, коли сума поперечних реакцій менша за суму поперечних сил . Це трапляється в граничних умовах, коли сума реакцій досягає значення сили зчеплення, і дальше зростання суми реакцій обмежується величиною сили зчеплення. Отже, граничною умовою для збереження стійкості є рівність поперечних реакцій і сил зчеплення.

Сумарне значення нормальних реакцій

,

тоді

і рівняння рівноваги поперечних сил набуває вигляду

Після підстановок ; та необхідних перетворень одержуємо вираз

Поділивши останнє рівняння почленно на , можна визначити критичну швидкість автомобіля, при якій починається його поперечне ковзання

З формули видно, що критична швидкість зростає при збільшенні кута поперечного нахилу дороги та при збільшенні коефіцієнта зчеплення і радіуса повороту. Якщо ж ,то напрями бокових реакцій R_ув і R_уз змінюється на протилежний і небезпека виникнення бокового ковзання зростає при збільшенні кута β і при зменшенні швидкості, тому що в цьому разі зменшується відцентрова сила .

Якщо рух відбувається горизонтальною дорогою, де кут поперечного нахилу , то критична швидкість .

Найменше значення кута β, при якому виникає бокове ковзання, називається критичним кутом поперечного нахилу дороги за умовою поперечного ковзання. Визначити β_крφ можна, розв’язавши стосовно β наведене раніше рівняння рівноваги сил.

В нерухомого автомобіля напрям поперечних реакцій змінюється на протилежний. З врахуванням цього виходить, що в статиці критичний кут визначається з виразу

Умови, при яких настає бокове перекидання, визначаються з рівняння рівноваги моментів відносно контакту зовнішніх коліс з дорогою

Плече m залежить від багатьох чинників – розташування центру маси в поперечній площині; колії автомобіля; сумарної кутової жорсткості підвіски; жорсткості шин; крену кузова. Якщо припустити, що в статиці центр маси розташований в площині поздовжньої симетрії і його зміщенням від крену можна знехтувати, то ,

де – середнє значення колії автомобіля.

З початком перекидання внутрішні колеса автомобіля відриваються від опорної поверхні і реакція R_zв щезає. Після підстановок ; ; і здійснення перетворень рівняння рівноваги моментів набуде вигляду

З виразу, одержаного після почленного ділення останнього рівняння на , можна визначити критичні швидкість і кут поперечного нахилу дороги за умовою бокового перекидання.

На горизонтальній дорозі , і тому .

Якщо автомобіль нерухомий або рухається по прямій (в обох випадках ), то

З одержаних формул видно, що наявність віражу збільшує критичні швидкості як за умовою поперечного ковзання, так і за умовою поперечного перекидання, тому для підвищення стійкості руху дороги на поворотах роблять з поперечним нахилом.

При визначенні критичної швидкості за умовою перекидання не враховувався крен підресореної частини, а також поворот автомобіля у вертикальній площині відносно прямої, що з’єднує центри контактів зовнішніх коліс (рис. 55).

Рис. 55. Схема перебігу процесу перекидання

Автомобіль перебуває в рівновазі доти, доки перекидаючий момент не перевищує стабілізуючого моменту . Якщо внаслідок виникнення поперечного збурення рівновага втрачається, то перекидаючий момент стає більшим за стабілізуючий: . При цьому центр маси переміщується з точки С в точку С'; висота центру маси збільшується з h до h'; плече дії стабілізуючої сили зменшується з m до m'. Рівняння перекидаючого руху має вигляд

,

звідки ,

де – момент інерції автомобіля відносно поздовжньої осі перекидання, .

Оскільки в результаті збурення виникла додаткова різниця , то кут λ неперервно зростає навіть після припинення дії збурюючої сили. Зростання λ зумовлює дальше збільшення h і зменшення m, в результаті чого різниця ще більше зростає. Як тільки кут повороту λ стане таким, що вектор сили ваги G перетне опорну площину поза колією автомобіля, тому стабілізуючий момент поміняє знак. Рівняння перекидання набуде вигляду

,

кут λ зростатиме ще інтенсивніше, і врешті автомобіль перекинеться.

Водій може втрутитися в перебіг цього процесу, доки стабілізуючий момент не поміняє знаку. Для цього йому слід зменшити швидкість або збільшити радіус повороту. Якщо при цьому виникне нерівність , то автомобіль опуститься на всі колеса. При умові триватиме рух лише на зовнішніх колесах.

Дата добавления: 2015-11-28