Критическая скорость по условиям управляемости

При повороте на автомобиль действует центробежная сила, результирующая которой приложена к центру масс. Для ее определения, рассмотрим плоскую модель движения автомобиля по горизонтальной дороге (рис. 9.1), считая, что шины в поперечном направлении не деформируются.

На участке дороги (1-2) автомобиль движется прямолинейно. На участке (2-3) водитель поворачивает колеса, и автомобиль движется по кривой переменного радиуса. На участке (3-4) управляемые колеса повернуты на угол θ и остаются неизменными, а радиус R траектории середины заднею моста остается постоянным. На участке (4-5) водитель поворачивает колеса в обратную сторону, и радиус R постепенно увеличивается.

Далее, на участке (5-6), автомобиль опять движется прямолинейно.

К переднему мосту приложена толкающая сила Р (рис. 9.1), продольная составляющая которой Р_х1 при равномерном движении равна силе сопротивления качению (Р_х1 = G₁ f), а поперечная – (P_y1 = Pf₁ tg θ = G₁ ftg θ).

Рисунок 9.1 – Движение автомобиля на повороте

На передний мост действует также центробежная сила передней части автомобиля Р_ц1, направленная вдоль радиуса R₁ поворота середины переднего моста. Учитывая соотношения V₁= VR₁/R; R₁ = R/cos θ, можно определить силу инерции:

(9.1)

где т₁– масса автомобиля, приходящаяся на передний мост, кг;

V – скорость движения середины переднего моста, м/с.

θ – угол между продольной осью автомобиля и вектором скорости середины переднего моста (полусумма углов поворота управляемых колес);

L – база автомобиля.

Силы P_y1 и Ρ_ц1 стремятся вызвать боковое скольжение управляемых колес и чтобы колеса катились без скольжения, необходимо соблюдение следующего условия:

(9.2)

Сила Р_ц1 прямо пропорциональна квадрату скорости, поэтому скольжение наиболее вероятно при большой скорости движения автомобиля.

Критической скоростью по условиям управляемости V_ynp называют скорость, с которой автомобиль может двигаться на повороте без поперечного скольжения управляемых колес. Ели скорость движения автомобиля больше V_ynp, то управляемые колеса при повороте проскальзывают в поперечном направлении.

Эту скорость можно определить из соотношения:

(9.3)

Чем меньше радиус поворота автомобиля, тем меньше должна быть скорость движения.

При φ < f/cos θ, например, на обледенении дороге, скорость V_упр будет мнимой величиной, а автомобиль может стать неуправляемым.