На устойчивость автомобиля

Так как для установки передних и задних колес легковых автомобилей используются, как правило, различные типы подвесок, ось крена наклонена в сторону, где центр крена ниже.

Произведение действующей на автомобль центробежной силы на радиус крена есть момент крена. Чем он больше, тем больше крен кузова на повороте. Крен можно уменьшить, если увеличить поперечную (боковую) жесткость передней и задней подвесок. Обычно боковая жесткость передней подвески легкового автомобиля превышает боковую жесткость задней в 1,1...2,5 раза, что необходимо для обеспечения автомобилю недостаточной поворачиваемости, требуемой по условиям безопасности. Суммарная боковая жесткость обеих подвесок легковых автомобилей находится в пределах 400...1000 Н/град. На современных легковых автомобилях боковая жесткость на повороте изменяется электронной управляющей системой.

Увеличить боковую жесткость автомобиля можно путем установки с т а- б и л и з а т о р а поперечной устойчивости, повышающего боковую жесткость подвески колес автомобиля. На легковых автомобилях стабилизаторы устанавливаются чаще всего лишь на передних подвесках и только иногда – на передних и задних подвесках. На автобусах и грузовых автомобилях-фургонах с высоким расположением центра тяжести (ЗИЛ-5320 "Бычок", автобус ПАЗ-4230 и др.) стабилилаторы ставятся и на задние подвески. При боковой силе, равной 40 % веса автомобиля, угол поперечного крена кузова не должен превышать 5...6 град. Из этого условия рассчитываются основные параметры стабилизатора.

Устойчивость автомобиля зависит, кроме того, от типа привода, т.е. какие колеса являются ведущими - передние (передний привод) или задние (задний привод). Если на твердых сухих дорогах с малым сопротивлением качению колес тип привода существенного влияния на устойчивость не оказывает, то на скользких дорогах, а также на дорогах с высоким сопротивлением качению заднеприводные автомобили из-за появляющегося заноса двигаться устойчиво не могут. Причиной этого является то, что направление толкающей силы со стороны задних колес не совпадает с направлением качения повернутых передних колес. Если на автомобиле с передним приводом сила тяги всегда совпадает с направлением качения управляемых колес, то на автомобиле с задним приводом на повернутые передние колеса толкающая сила действует под углом, что вызывает их занос на скользких дорогах. К тому же, на поворотах эта сила увеличивает сопротивление качению колес.

На обледеневших дорогах устойчиво могут двигаться только переднеприводные автомобили. Заднеприводные легковые автомобили в этих условиях либо не могут двигаться вовсе, либо движение их сопровождается постоянными и значительными заносами.

Устойчивое движение автомобилей особо малого класса при скоростях выше 120 ...130 км/ч возможно только, если они имеют передний привод. Заднеприводные автомобили такого класса отличаются "рысканием" по дороге, нарушением их курсовой устойчивостии.

Опрокидывание переднеприводного автомобиля назад при движении на подъем практически исключено, т.к. буксование ведущих передних колес наступает раньше, чем опрокидывание. Заднеприводный автомобиль может опрокидываться в этих условиях и без буксования.

Устойчивое движение автомобиля может нарушаться также из-за к о л е б а- -н и й у п р а в л я е м ы х к о л е с в горизонтальной плоскости. Причинами таких колебаний являются:

- неотбалансированность колес;

- несоответствие кинематики подвески кинематике рулевого управления;

- автоколебания управляемых колес.

Неотбалансированность колеса при качении вызывает появление момента относительно оси поворота (рис. 113). Так как дисбаланс оказывается то с одной стороны оси поворота колеса, то с другой, колесо раскачивается. Если дисбаланс значительный, движение автомобиля крайне затруднено из-за сильных ударов на руле. Поэтому колеса современных легковых и грузовых автомобилей тщательно балансируются. Для этого используются специальные

балансировочные стенды, на которых определяется место установки балансирного грузика и его величина.

Рис. 113. Влияние неотбалансированности колеса на его качение

Поворачивающий момент, действующий на колесо от дисбаланса может быть определен:

M = Р_цб × l',

где Р_цб - центробежная сила, дйствующая на колесо; l' - расстояние от средней плоскости колеса до оси поворота (оси шкворня).

Чтобы исключить поворот управляемых колес при качании кузова, кинематика деталей подвески должна соответствовать кинематике деталей рулевого управления.

. На рис. 114 показано как колесо при качении кузова перемещается вокруг точки А (точки крепления рессоры) по дуге аа. Продольная тяга, соединенная с поворотным рычагом в точке В, поворачивается при этом вокруг точки D - места её крепления на сошке рулевого механизма, по дуге вв .

Рис. 114. Несоответствие кинематик подвески

и рулевого управления

Если точки А и D не совпадают, например, они расположены с разных сторон колеса, как показано на рис. 114, то при подъеме или опускании кузова управляемые колеса будут поворачиваться. При этом на дороге с низкими сцепными свойствами возможно поперечное проскальзывание колес, что ведет к потере устойчивости и управляемости автомобиля. Выбранная кинематика подвески поэтому должна тщательно согласовываться с кинематикой рулевого управления.

В отдельных случаях наблюдаются колебания хорошо отбалансированных колес, кинематика подвески которых соответствует кинематике рулевого управления. Происходят так называемые а в т о к о л е б а н и я управляемых колес, т.е. колебания за счет постоянного подвода энергии двигателя, когда сама система колебательными свойствами не обладает.

При попадании под колесо с такой подвеской какой-либо неровности колесо поворачивается (рис. 115). Через рулевую трапецию усилие передается на противоположное колесо, которое тоже поворачивется. На колеса действуют поперечные силы от дороги, стабилизирующий момент шины и гироскопический момент колес. После отклонения от толчка о неровность колеса сначала возвращаются в исходное положение, а далее поворачиваются в другую сторону и все повторяется. Под действием этих сил и толкающего усилия со стороны задних колес создаются условия для автоколебаний управляемых колес. Происходят такие колебания до тех пор, пока скорость автомобиля существенно не изменится по сравнению с той, при которой они появились.

Особенно часто автоколебания управляемых колес бывают на автомобилях с гидроусилителем руля с зависимой подвеской колес. Управляемые колеса в этом случае могут колебаться не только при движении, но и на месте.

Устранить автоколебания возможно лишь серьезными изменениями системы: переносом цилиндра усилителя на другую сторону, заменой шлангов на металлические трубки, как было сделано, например, на автомобиле Урал-375 или установкой управляемых колес со свалом – автомобили КРАЗ.

Рис. 115. Автоколебания управляемых колес автомобиля

Боковое скольжение управляемых колес и потеря устойчивости может происходить также при р е з к о м п о в о р о т е управляемых колес. Сила инерции в этом случае превышает силу сцепления колес с дорогой и они начинают скользить. Предельно допустимая скорость поворота управляемых колес может быть найдена по выражению:

£ , (90)

где - скорость поворота управляемых колес; q - ускорение свободного

падения; j - коэффициент сцепления; L - база автомобиля; V_а - скорость автомобиля; L₂ - расстояние от центра масс автомобиля до оси задних колес.

Таким образом, при плавном повороте управляемых колес их боковое скольжение может быть исключено в том числе и на скользких дорогах. Если водитель тормозит на повороте, вероятность бокового скольжения колес возрастает.