Показатели поперечной устойчивости

Показателями поперечной устойчивости автомобиля являются критическая скорость по боковому скольжению (заносу) v_з,км/ч, критическая скорость по опрокидыванию v_о,км/ч, критический угол поперечного уклона дороги (косогора) по боковому сколь­жению β₃, °, критический угол поперечного уклона дороги (косогора) по опрокидыванию β_о, °, коэффициент поперечной устойчивости η_п.

Критическая скорость по боковому скольжению (заносу).При равномерном движении автомобиля на повороте на горизонталь­ной дороге (рис. 11.1) боковое скольжение его колес может воз­никнуть в результате действия поперечной силы Р_у (центробеж­ной, силы ветра или боковых ударов о неровности дороги) в тот момент, когда поперечная сила становится равной силе сцепле­ния колес с дорогой, т.е.

Р_у=Р_сц .

Подставим в это выражение значения центробежной силы и силы сцепления:

где φ_у — коэффициент поперечного сцепления.

Учитывая, что в этом случае v = v_з,находим критическую ско­рость автомобиля по боковому скольжению, или заносу, км/ч:

Критической скоростью по боковому скольжению называет­ся предельная скорость, по дос­тижении которой возможен занос автомобиля.

Таким образом, при прохож­дении поворота на критической скорости по боковому скольже­нию заноса у автомобиля может и не возникнуть. В этом случае за­нос может произойти только при любом минимальном боковом возмущении (порыв ветра, боко­вой удар колеса о дорожную неровность, поперечный уклон до­роги), а также при увеличении скорости движения или уменьше­нии радиуса поворота, что приводит к увеличению поперечной силы Р_у.

Зависимости v_зот радиуса поворота R и коэффициента φ_у по­казаны на рис. 11.2.

Критическая скорость по опрокидыванию.При повороте на го­ризонтальной дороге поперечная сила Р_у (см. рис. 11.1), действую­щая на автомобиль, может выз­вать не только боковое скольже­ние, но и опрокидывание. Опро­кидывание автомобиля происхо­дит относительно его наружных колес (точка А).В момент отрыва внутренних колес от дороги нор­мальные реакции R_zв = 0, и весь вес автомобиля воспринимается наружными колесами (R_zн= G). В этом случае опрокидывающий момент, создаваемый поперечной силой, уравновешивается восста­навливающим моментом, обус­ловленным весом автомобиля:

М_о= М_в.

Подставив в это выражение значения моментов, получим

,

или с учетом значения поперечной силы

.

Помня о том, что в этом случае v = v_о,определим критическую скорость автомобиля по опрокидыванию, км/ч:

Критической скоростью по опрокидыванию называется пре­дельная скорость, по достижении которой возможно опрокиды­вание автомобиля.

Следовательно, при движении автомобиля на повороте с кри­тической скоростью по опрокидыванию его опрокидывания мо­жет и не произойти. Опрокидывание автомобиля в этом случае возможно только при минимальном боковом возмущении и уве­личении скорости или уменьшении радиуса поворота. Зависимос­ти v_оот R и h_Цпоказаны на рис. 11.3.

Критический угол поперечного уклона дороги по боковому сколь­жению.При прямолинейном движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном (по косогору) потерю его поперечной ус­тойчивости вызывает составляющая силы тяжести автомобиля (рис. 11.4), параллельная плоскости косогора:

Р_у = Gsinβ,

где β — угол поперечного уклона дороги.

Боковое скольжение автомобиля на косогоре может начаться в момент, когда

Р_у = Р_сц.

Рис. 11.3. Зависимости критической скорости по опрокидыванию от ра­диуса поворота и высоты центра тя­жести автомобилей, имеющих оди­наковую колею:

h_ц1, h_ц2— значения высоты центра тяжести двух автомобилей

Рис. 11.4. Схема для определения критических углов поперечного уклона дороги по боковому сколь­жению и опрокидыванию

Рис. 11.5. Зависимость критическо­го угла поперечного уклона доро­ги по боковому скольжению от коэффициента сцепления

Подставив в последнее выражение значения сил, получим

Gsinβ =φ_yGcosβ.

Учитывая, что в данном случае β = β_з, определим критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению:

tg β_з=φ_y или β_з=arctg φ_y.

Критическим утлом поперечного уклона дороги по боковому скольжению называется предельный угол, при котором еще воз­можно прямолинейное движение автомобиля по косогору без бо­кового скольжения колес. Боковое скольжение автомобиля в этих условиях начинается при действии любого минимального попе­речного возмущения.

Угол β_з линейно зависит от коэффициента φ_у (рис. 11.5).

Критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию.При прямолинейном движении по дороге с поперечным уклоном (см. рис. 11.4) опрокидывание автомобиля может начаться в том случае, когда опрокидывающий момент, создаваемый попереч­ной силой, уравновешен восстанавливающим моментом, обус­ловленным нормальной составляющей силы тяжести автомобиля:

М_о = М_в .

Подставим в это выражение значения моментов:

Учитывая, что в данном случае β = β_о, находим критический Угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию:

или

Рис. 11.6. Зависимость критического угла попе­речного уклона дороги по опрокидыванию от соотношения колеи колес и высоты центра тя­жести автомобиля

Критическим утлом поперечного уклона дороги по опрокиды­ванию называется предельный угол, при котором еще возможно прямолинейное движение автомобиля по косогору без опрокиды­вания.

Опрокидывание автомобиля в этом случае может произойти только при любом минимальном боковом возмущении.

Значение критического утла поперечного уклона дороги по оп­рокидыванию зависит от типа автомобиля. Так, для легковых ав­томобилей этот угол составляет 40...50°, для грузовых автомоби­лей — 30...40° и для автобусов — 25... 35°. Угол β_о линейно зависит

от отношения (рис. 11.6).

Коэффициент поперечной устойчивости.Коэффициентом попе­речной устойчивости автомобиля называется отношение колеи колес автомобиля к его удвоенной высоте центра тяжести:

Коэффициент поперечной устойчивости позволяет определить, какой из двух видов потерь поперечной устойчивости (занос или опрокидывание) более вероятен при эксплуатации.

Для примера рассмотрим случай движения автомобиля при повороте на горизонтальной дороге. С этой целью приравняем кри­тические скорости по боковому скольжению и опрокидыванию:

откуда

Из этого выражения следует, что если коэффициент попереч­ного сцепления колес с дорогой меньше коэффициента попереч-

ной устойчивости (φ_у < η_п), то при повороте более вероятен за­нос, чем опрокидывание. Если же коэффициент поперечного сцеп­ления колес с дорогой больше коэффициента поперечной устой­чивости (φ_у > η_п), то опрокидывание автомобиля может произой­ти без предварительного его заноса, что возможно на дорогах с большим коэффициентом сцепления.

Значение коэффициента поперечной устойчивости зависит от типа автомобиля. Так, для грузовых автомобилей оно составляет 0,55...0,8, для автобусов — 0,5...0,6 и легковых автомобилей — 0,9... 1,2. Чем больше значение коэффициента поперечной устой­чивости, тем более устойчив автомобиль против бокового опро­кидывания.