керованість автомобіля

Таким чином, перекіс моста обумовлює коливання керованих коліс навколо шворнів, а вони, в свою чергу, збільшують перекіс моста, тобто обидві коливальні системи пов'язані між собою і впливають один на одного.

Виникаючі в цьому випадку коливання керованих коліс навколо шворнів безперервно повторюються (самозбуджується), є стійкими і найбільш небезпечними.

При обертанні неврівноваженого колеса (малюнок 2.6) виникає відцентрова сила р ц. Її вертикальна складова Р z прагне перемістити колесо в вертикальному напрямку і нахилити його, що викликає появу гироскопического моменту м х. Горизонтальна складова р х відцентрової сили прагне повернути колесо навколо шворня. Коливання керованих коліс стають особливо значними, коли не врівноважена обидва колеса і неврівноважені частини розташовуються з різних боків осей обертання, так як в цьому випадку повертають моменти м х складаються. Коливання також зростають при збільшенні швидкості руху автомобіля в зв'язку з тим, що значення складових р z і р х відцентрової сили р ц багато в чому залежать від швидкості [1].

Малюнок 2.6. Дисбаланс керованих коліс:

а - сили, що діють на неврівноважені колеса; б - схема виникнення повертає моменту

Керовані колеса автомобіля мають подвійну зв'язок з його несучої системою, яка здійснюється через підвіску і рульовий привід.

При вертикальних переміщеннях колеса (малюнок 2.7) шарнір А, що з'єднує поздовжню рульову тягу з важелем поворотного кулака, повинен переміщатися по дузі бб з центром в точці О 1, що обумовлено кінематикою рульового приводу.

Малюнок 2.7. Зв'язок керованих коліс з несучою системою автомобіля:

А - шарнір; О, О1 - центри коливань; аа, ББ - траєкторії переміщення шарніра

Крім того, шарнір А також повинен переміщатися по дузі аа з центром в точці О, що пов'язано з особливостями кінематики підвіски. Однак дуги аа і ББ розходяться, тому вертикальні переміщення керованих коліс супроводжуються їх поворотом навколо шворнів.

Коливання керованих коліс навколо шворнів відбуваються з високою і низькою частотою.

Коливання високої частоти, що перевищує 10Гц, з амплітудою не більше 1,5. 2 ° відбуваються в межах пружності шин і рульового приводу. Ці коливання не передаються водієві і не призводять до порушення керованості автомобіля, так як поглинаються в рульовому управлінні. Однак високочастотні коливання викликають додатковий знос шин і деталей рульового приводу, підвищують опір руху автомобіля і збільшують витрату палива.

Коливання низькою частоти (менш 1Гц) з амплітудою 2. 3 "порушують керованість автомобіля і безпеку руху. Для їх усунення необхідно знизити швидкість автомобіля.

Повністю усунути коливання керованих коліс навколо шворнів неможливо - їх можна тільки зменшити. Це забезпечується застосуванням незалежної підвіски керованих коліс, що послаблює гіроскопічну зв'язок між ними, застосуванням балансування коліс, завдяки чому усувається їх неврівноваженість, зменшенням впливу подвійного зв'язку коліс з несучою системою, що досягається прийняттям різних конструктивних заходів [4].

2.4 Відведення коліс автомобіля

Відведенням колеса називається його властивість котитися під кутом до площини свого обертання внаслідок дії бічної сили.

Еластичне колесо (рисунок 2.8) при відсутності бічної сили котиться в площині свого обертання, а при дії бічної сили - під деяким кутом.

Кут δув. утворений вектором швидкості v K колеса і площиною його кочення, називається кутом відведення.

На малюнку 2.9 показана залежність кута відведення колеса від прикладеної до нього поперечної сили. Крива ОАБВ включає в себе такі характерні ділянки: OA - відведення колеса при відсутності бокового ковзання шини (δув = 4. 6 °); АБ - відведення з частковим бічним прослизанням шини; БВ- повне ковзання шини убік при P y = P сц (δув = 12 ... 15 °).

Малюнок 2.8. Кочення еластичного колеса при відсутності (а) і дії (б) бічний сили: А-В, А1 -В1. А2 -В2 -й точки колеса

Малюнок 2.9 Залежність кута відведення колеса від поперечної сили: А-В характерні точки кривої

Малюнок 2.10 Залежності коефіцієнта опору відведенню колеса від вертикального навантаження на нього і тиску повітря в шині: р в1 - р в3 - значення тиску повітря в шині

Кут відведення колеса можна визначити за формулою

де k ув - коефіцієнт опору відведенню колеса.

Коефіцієнт опору відведенню колеса залежить від розмірів і конструкції шини, тиску повітря в ній і вертикального навантаження на колесо. Так, при збільшенні розмірів шини і тиску повітря в ній коефіцієнт опору відведенню зростає. При збільшенні вертикального навантаження на колесо він спочатку зростає, а потім зменшується (малюнок 2.10). Для шин вантажних автомобілів і автобусів значення цього коефіцієнта складають 30. 100кН / рад, а для шин легкових автомобілів 15. 40кН / рад. Від значення коефіцієнта опору відведенню багато в чому залежить бічне ковзання колеса. Чим менше цей коефіцієнт, тим раніше починається бічне ковзання [1].

2.5 Підвіска і шини

У легкових автомобілів погіршення керованості при експлуатації може бути викликано залишкової деформацією пружин передньої незалежної підвіски. В результаті опади пружин важелі підвіски при переміщеннях змінюють кути розвалу коліс і поперечного нахилу шворнів, порушуючи при цьому установку і стабілізацію керованих м их коліс. До того ж при осаді однієї з пружин підвіски указу нниє кути змінюються тільки з одного боку автомобіля. Внаслідок цього стабілізуючі моменти на керованих колесах не будуть врівноважуватися при прямолінійній русі і автомобіль почне вести убік. При зменшенні Тиску повітря в одній з шин коліс автомобіля збільшується її опір коченню і знижується бічна жорсткість шини, в зв'язку з цим автомобіль при русі постійно відхиляється в сторону шини зі зменшеним тиском повітря [1].

2.6 Блокування коліс при гальмуванні

При гальмуванні автомобіля одночасна блокування (доведення до юза) передніх і задніх коліс може статися тільки на дорогах з певним оптимальним коефіцієнтом зчеплення φопт = 0,4. 0,45. На дорогах з іншими значеннями коефіцієнта зчеплення відбувається блокування спочатку або передніх, або задніх коліс. Так, при гальмуванні на дорогах з коефіцієнтом зчеплення менше 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 автомобіля першими доводяться до юза задні провідні колеса, що може привести до занесення [1].

2.7 Підсилювачі рульового управління

У рульових управліннях автомобілів застосовують гідравлічні, пневматичні та електричні підсилювачі. Серед них найбільшого поширення набули гідропідсилювачі. Так, 90% всіх автомобілів з підсилювачами рульового управління обладнані гідравлічними підсилювачами.

Гідропідсилювач значно полегшує роботу водія, який при його наявності прикладає до керма в 2 - 3 рази менше зусилля, ніж без гідропідсилювача. Так, наприклад, для повороту автомобіля середньої і великої вантажопідйомності і автобусів без рульових підсилювачів потрібно зусилля водія до 400Н і більш. Це дуже суттєво, так як з усієї витрачається водієм енергії на керування автомобілем 50% припадає на рульове керування. Крім того, гідропідсилювач пом'якшує поштовхи і удари від дорожніх нерівностей, що передаються від керованих коліс на рульове колесо. Гідропідсилювач також підвищує безпеку руху при пошкодженні шин керованих коліс (прокол, розрив і т.п.) і маневреність автомобіля.

Маневреність автомобіля зростає при швидкому і точному дії гідропідсилювача. Так, час спрацьовування гідропідсилювачів становить 0,2. 2,4с (у пневмоусилителя воно в 5 -10 разів більше). Це призводить до високої точності при управлінні автомобілем в процесі повороту на заокругленні доріг [4].

2.8 Кузов автомобіля

Форма кузова легкових автомобілів істотно впливає на їх керованість, так як вона визначає метацентр автомобіля - точку прикладання бічний аеродинамічній сили Р б (сили вітру). У автомобілів метацентр зазвичай не збігається з їх центром тяжіння. Так, у одних автомобілів метацентр розташований перед центром тяжіння, а у інших - за ним.

Якщо метацентр знаходиться перед центром тяжіння автомобіля, то при дії бічного вітру рухався прямолінійно автомобіль почне повертатися в напрямку дії сили вітру. Це викличе появу відцентрової сили р ц (рисунок 2.11), під впливом якої збільшиться схильність автомобіля до повороту.

Мал. 8.14. Вплив форми кузова на керованість автомобіля:

а - розташування метацентра автомобіля; б - схема сил, що діють при бічному вітрі; МЦ - метацентр; ЦТ - центр ваги

Якщо метацентр знаходиться за центром ваги автомобіля, то при дії бічного вітру Рб 'автомобіль буде прагнути повернути проти вітру. Виникає при цьому відцентрова сила Р'ц сприятиме зменшенню повороту автомобіля.

Таким чином, для забезпечення кращої керованості автомобіля при дії бічного вітру необхідно, щоб метацентр розташовувався за центром ваги автомобіля.

Це може бути досягнуто відповідної формою кузова автомобіля, наприклад зі зниженим капотом двигуна, високими задніми крилами і ін [1].

2.9 Кваліфікація водія

Керованість автомобіля і точність виконання маневру багато в чому залежать від кваліфікації водія.

Керування автомобілем на повороті являє собою складний процес, що складається з декількох фаз: вхід автомобіля в поворот, його поворот і вихід з повороту.

При управлінні автомобілем водії, які не мають достатнього досвіду, часто припускаються помилок: виводять автомобіль за осьову лінію дороги, за межі займаного ряду і зрізають кути при маневруванні. Всі подібні дії призводять до порушення не тільки керованості автомобіля, але і безпеки руху [4].

3.1 Параметри маневру

Автомобілі повинні мати гарну маневреність. Вона потрібна при значній зміні напрямку руху в умовах міста, коли часто доводиться здійснювати повороти на 90 °, при необхідності в русі заднім ходом або повному розвороті. Висока маневреність також необхідна при навантаженні і розвантаженні автомобілів на невеликих майданчиках.

Маневреність характеризує зручність використання автомобіля і легкість управління ним при необхідності руху і виконання поворотів і розворотів в умовах обмеженого простору, а також прохідність автомобіля під час руху по грунтових дорогах з крутими поворотами, по пересіченій місцевості і через ліс. Від маневреності автомобілів залежать розміри необхідних майданчиків в місцях навантаження і вивантаження, а іноді і витрати часу на виконання цих операцій, необхідна ширина проїздів в гаражах, на майданчиках для стоянки і в зонах обслуговування [3].

Основними параметрами маневру автомобіля (рисунок 3.1) є мінімальний радіус повороту R min. внутрішній R B і зовнішній R н габаритні радіуси повороту, мінімальний радіус повороту внутрішнього заднього колеса R вк. поворотна ширина b до по колії коліс і поворотна ширина b до автомобіля (коридору).

Мінімальний радіус повороту автомобіля являє собою відстань від центру повороту до осі колії переднього зовнішнього керованого колеса при максимальному куті його повороту.

Малюнок 3.1. Показники маневреності автомобіля:

Про - центр повороту

Мінімальний радіус повороту, м, вказується в технічній характеристиці автомобіля. Його можна обчислити за формулою

де L - база автомобіля; θ mах - максимальний кут повороту зовнішнього колеса (рисунок 3.2, а).

Внутрішнім і зовнішнім габаритними радіусами повороту (R B і R H) називаються відстані від центру повороту до найближчої і найбільш віддаленої точок автомобіля при максимальному повороті керованих коліс.

Поворотна ширина по колії коліс - це різниця між мінімальними радіусами повороту переднього зовнішнього і заднього внутрішнього колеса

Поворотна ширина по колії коліс автомобіля визначає мінімально необхідну ширину проїжджої частини твердого покриття дороги.

Поворотною шириною автомобіля (коридору) називається різниця між зовнішнім і внутрішнім габаритними радіусами повороту автомобіля:

Поворотна ширина коридору визначає мінімальну ширину проїзду або ширину смуги руху, необхідну при крутих поворотах, а також можливість руху в проїздах заданих розмірів і форми [1].

Малюнок 3.2 Схеми автомобілів з передніми (а) і всіма (б) керованими колесами: Про - центр повороту

4 Розрахункова частина

Даний розділ містить в собі розрахунки показників керованості і маневреності автомобіля ВАЗ-21093. Для виконання розрахунків мені потрібні були деякі технічні характеристики автомобіля Ваз-2109, представлені в таблиці 1.

Колісна база автомобіля (L)

Радіус повороту з еластичними колесами (R е)

Відстань між центром осі задніх коліс і проекцією центру повороту на поздовжню вісь автомобіля (С)

Радіус повороту автомобіля по колії переднього зовнішнього колеса (R ПК)

Мінімальний радіус повороту (R min)

Радіус повороту обчислюється, з розрахунком, що в реальних умовах на автомобілі встановлені еластичні колеса, тобто використовуємо формулу (2):

Кут відведення при відсутності бокового ковзання, тобто в умовах повсякденної експлуатації становить від 4 ° до 6 ° .Так як кути відведення на передніх і задніх колесах різні, причому, так як автомобіль передньопривідний, кут відведення передніх коліс менше, ніж задніх, значить приймаємо δ1 = 4 °, δ2 = 6 °. Звідси отримуємо:

Відстань між центром осі задніх коліс і проекцією центру повороту на поздовжню вісь автомобіля розраховується за формулою (3):

Радіус повороту автомобіля по колії переднього зовнішнього колеса можна обчислити за формулою (4)

Мінімальний радіус повороту розраховується за формулою (13)

В результаті проведеної роботи було зроблено розрахунок показників керованості і маневреності автомобіля ВАЗ-21093.

Розрахувавши різні радіуси повороту даного автомобіля можна зробити висновок, що вони достатні для експлуатації машини на дорогах загального користування, але отримані дані можна поліпшити за рахунок удосконалення рульового управління автомобіля і конструкції поворотних механізмів коліс.

Такими поліпшеннями можуть служити гідро- або електро-підсилювач керма, які дозволять водієві зменшити час, що витрачається на поворот коліс, а також зміна конструкції поворотних важелів колеса або забезпечення конструкцією нахилу колеса в сторону повороту, що також значно зменшить радіус повороту.

Наведені поліпшення можуть значно збільшити керованість і маневреність даного автомобіля.