Управляемость автомобиля. Параметры маневра (стр. 3 из 4)
Рисунок 2.6. Дисбаланс управляемых колес:
а — силы, действующие на неуравновешенные колеса; б — схема возникновения поворачивающего момента
Управляемые колеса автомобиля имеют двойную связь с его несущей системой, которая осуществляется через подвеску и рулевой привод.
При вертикальных перемещениях колеса (рисунок 2.7) шарнир А, соединяющий продольную рулевую тягу с рычагом поворотного кулака, должен перемещаться по дуге бб с центром в точке О1, что обусловлено кинематикой рулевого привода.
Рисунок 2.7. Связь управляемых колес с несущей системой автомобиля:
А — шарнир; О,О1 — центры колебаний; аа, бб — траектории перемещения шарнира
Кроме того, шарнир А также должен перемещаться по дуге аа с центром в точке О, что связано с особенностями кинематики подвески. Однако дуги аа и бб расходятся, поэтому вертикальные перемещения управляемых колес сопровождаются их поворотом вокруг шкворней.
Колебания управляемых колес вокруг шкворней совершаются с высокой и низкой частотой.
Колебания высокой частоты, превышающей 10Гц, с амплитудой не более 1,5...2° происходят в пределах упругости шин и рулевого привода. Эти колебания не передаются водителю и не приводят к нарушению управляемости автомобиля, так как поглощаются в рулевом управлении. Однако высокочастотные колебания вызывают дополнительный износ шин и деталей рулевого привода, повышают сопротивление движению автомобиля и увеличивают расход топлива.
Колебания низкой частоты (менее 1Гц) с амплитудой 2...3" нарушают управляемость автомобиля и безопасность движения. Для их устранения необходимо снизить скорость автомобиля.
Полностью устранить колебания управляемых колес вокруг шкворней невозможно — их можно только уменьшить. Это обеспечивается применением независимой подвески управляемых колес, что ослабляет гироскопическую связь между ними, применением балансировки колес, благодаря чему устраняется их неуравновешенность, уменьшением влияния двойной связи колес с несущей системой, что достигается принятием различных конструктивных мер[4].
2.4 Увод колес автомобиля
Уводом колеса называется его свойство катиться под углом к плоскости своего вращения вследствие действия боковой силы.
Эластичное колесо (рисунок 2.8) при отсутствии боковой силы катится в плоскости своего вращения, а при действии боковой силы — под некоторым углом.
Угол δув, образованный вектором скорости vK колеса и плоскостью его качения, называется углом увода.
На рисунке 2.9 показана зависимость угла увода колеса от приложенной к нему поперечной силы. Кривая ОАБВ включает в себя следующие характерные участки: OA — увод колеса при отсутствии бокового скольжения шины (δув= 4...6°); АБ — увод с частичным боковым проскальзыванием шины; БВ— полное скольжение шины вбок при Py = Pсц (δув = 12…15°).
Рисунок 2.8. Качение эластичного колеса при отсутствии (а) и действии (б) боковой силы: А—В, А1—В1, А2—В2 —характерные точки колеса
Рисунок 2.9 Зависимость угла увода колеса от поперечной силы: А—В характерные точки кривой
Рисунок 2.10 Зависимости коэффициента сопротивления уводу колеса от вертикальной нагрузки на него и давления воздуха в шине: рв1 – рв3 — значения давления воздуха в шине
Угол увода колеса можно определить по формуле
(12)где kув — коэффициент сопротивления уводу колеса.
Коэффициент сопротивления уводу колеса зависит от размеров и конструкции шины, давления воздуха в ней и вертикальной нагрузки на колесо. Так, при увеличении размеров шины и давления воздуха в ней коэффициент сопротивления уводу возрастает. При увеличении вертикальной нагрузки на колесо он сначала растет, а затем уменьшается (рисунок 2.10). Для шин грузовых автомобилей и автобусов значения этого коэффициента составляют 30...100кН/рад, а для шин легковых автомобилей 15...40кН/рад. От значения коэффициента сопротивления уводу во многом зависит боковое скольжение колеса. Чем меньше этот коэффициент, тем раньше начинается боковое скольжение[1].
2.5 Подвеска и шины
У легковых автомобилей ухудшение управляемости при эксплуатации может быть вызвано остаточной деформацией пружин передней независимой подвески. В результате осадки пружин рычаги подвески при перемещениях изменяют углы развала колес и поперечного наклона шкворней, нарушая при этом установку и стабилизацию управляемых колес. К тому же при осадке одной из пружин подвески указанные углы изменяются только с одной стороны автомобиля. Вследствие этого стабилизирующие моменты на управляемых колесах не будут уравновешиваться при прямолинейном движении и автомобиль начнет уводить в сторону. При уменьшении Давления воздуха в одной из шин колес автомобиля увеличивается ее сопротивление качению и снижается боковая жесткость шины, в связи с этим автомобиль при движении постоянно отклоняется в сторону шины с уменьшенным давлением воздуха[1].
2.6 Блокировка колес при торможении
При торможении автомобиля одновременная блокировка (доведение до юза) передних и задних колес может произойти только на дорогах с определенным оптимальным коэффициентом сцепления φопт = 0,4...0,45. На дорогах с другими значениями коэффициента сцепления происходит блокировка сначала либо передних, либо задних колес. Так, при торможении на дорогах с коэффициентом сцепления меньше оптимального (φх < φопт) у автомобиля первыми блокируются передние управляемые колеса. Это может привести к потере управляемости автомобиля. При торможении на дорогах с коэффициентом сцепления больше оптимального (φх > φопт) у автомобиля первыми доводятся до юза задние ведущие колеса, что может привести к заносу[1].
2.7 Усилители рулевого управления
В рулевых управлениях автомобилей применяют гидравлические, пневматические и электрические усилители. Среди них наибольшее распространение получили гидроусилители. Так, 90% всех автомобилей с усилителями рулевого управления оборудованы гидравлическими усилителями.
Гидроусилитель значительно облегчает работу водителя, который при его наличии прикладывает к рулевому колесу в 2 — 3 раза меньшее усилие, чем без гидроусилителя. Так, например, для поворота автомобиля средней и большой грузоподъемности и автобусов без рулевых усилителей требуется усилие водителя до 400Н и более. Это очень существенно, так как из всей затрачиваемой водителем энергии на управление автомобилем 50% приходится на рулевое управление. Кроме того, гидроусилитель смягчает толчки и удары от дорожных неровностей, передаваемые от управляемых колес на рулевое колесо. Гидроусилитель также повышает безопасность движения при повреждении шин управляемых колес (прокол, разрыв и т.п.) и маневренность автомобиля.
Маневренность автомобиля возрастает при быстром и точном действии гидроусилителя. Так, время срабатывания гидроусилителей составляет 0,2...2,4с (у пневмоусилителей оно в 5 —10 раз больше). Это приводит к высокой точности при управлении автомобилем в процессе поворота на закруглениях дорог[4].
2.8 Кузов автомобиля
Форма кузова легковых автомобилей оказывает существенное влияние на их управляемость, так как она определяет метацентр автомобиля — точку приложения боковой аэродинамической силы Рб (силы ветра). У автомобилей метацентр обычно не совпадает с их центром тяжести. Так, у одних автомобилей метацентр расположен перед центром тяжести, а у других — за ним.
Если метацентр находится перед центром тяжести автомобиля, то при действии бокового ветра двигавшийся прямолинейно автомобиль начнет поворачиваться в направлении действия силы ветра. Это вызовет появление центробежной силы рц (рисунок 2.11), под влиянием которой увеличится склонность автомобиля к повороту.
Рис. 8.14. Влияние формы кузова на управляемость автомобиля:
а — расположение метацентра автомобиля; б — схема сил, действующих при боковом ветре; МЦ — метацентр; ЦТ — центр тяжести
Если метацентр находится за центром тяжести автомобиля, то при действии бокового ветра Рб' автомобиль будет стремиться повернуть против ветра. Возникающая при этом центробежная сила Р’ц будет способствовать уменьшению поворота автомобиля.
Таким образом, для обеспечения лучшей управляемости автомобиля при действии бокового ветра необходимо, чтобы метацентр располагался за центром тяжести автомобиля.
Это может быть достигнуто соответствующей формой кузова автомобиля, например с пониженным капотом двигателя, высокими задними крыльями и др[1].
2.9 Квалификация водителя
Управляемость автомобиля и точность выполнения маневра во многом зависят от квалификации водителя.
Управление автомобилем на повороте представляет собой сложный процесс, состоящий из нескольких фаз: вход автомобиля в поворот, его поворот и выход из поворота.
При управлении автомобилем водители, не имеющие достаточного опыта, часто допускают ошибки: выводят автомобиль за осевую линию дороги, за пределы занимаемого ряда и срезают углы при маневрировании. Все подобные действия приводят к нарушению не только управляемости автомобиля, но и безопасности движения[4].