Основні умови стійкості автомобіля

Цю книгу ви можете скачати одним файлом.

Основні умови стійкості автомобіля проти бокового заносу і перекидання під час руху на повороті

Відцентрова сила, що діє на автомобіль при русі його на повороті, може викликати бічний занос або перекидання автомобіля. Заносу автомобіля протидіє сила бокового зчеплення коліс з дорогою, а перекидання - момент від ваги автомобіля.

На рис. 133 представлена ​​схема руху автомобіля при повороті на дорозі з ухилом, спрямованим назовні від центру повороту (найменш сприятливий випадок).

Мал. 133. Стійкість автомобіля при повороті на дорозі з зворотним поперечним ухилом

Позначивши відцентрову силу через C, докладемо її до центру ваги автомобіля; приймаємо вагу автомобіля рівним G і направимо його з цієї ж точки вертикально вниз. Перекидання автомобіля може наступити лише в тому випадку, коли точка перетину рівнодіюча цих двох сил R з землею вийде за межі ширини автомобіля АВ. Протидія бічному зносу визначається силою опору, яка дорівнює G φ 1. де φ 1 - коефіцієнт бокового зчеплення колеса з дорогою (практично рівний φ - коефіцієнту поздовжнього зчеплення).

Для забезпечення гарної стійкості b / 2h> 1, де b - колія, h - висота центра ваги. Бічний занос можливий, коли C ≥ G · φ 1

Бокове ковзання настає раніше перекидання, тому при втраті стійкості зазвичай починається бічний занос, який може в деяких випадках привести до перекидання.

Втрата стійкості автомобіля відбувається зазвичай при занесенні задньої осі, так як відцентрова сила, що викликає занос цієї осі, підсилює його при почався ковзанні коліс.

Крім висоти центру ваги, на стійкість автомобіля впливає також його положення по відношенню до передньої і задньої осей і щодо поздовжньої осі симетрії автомобіля.

Положення центра ваги по довжині автомобіля залежить від розподілу мас і пов'язане з навантаженням, що припадає на кожну вісь. Розподіл ваги по осях вирішується конструкторами по-різному залежно від типу швидкісних автомобілів. Під час прискорення передні колеса автомобіля кілька розвантажуються завдяки дії інерційної сили, яка додається до центру тяжіння, причому це явище зростає з наближенням центру ваги до задніх коліс. Переміщення центру ваги ближче до передньої осі поліпшує керованість автомобіля, але стійкість його проти бокового заносу при цьому зменшується, особливо при русі по слизькій дорозі.

Погіршення стійкості пов'язано зі зменшенням навантаження на задню вісь, що зменшує силу зчеплення ведучих коліс з дорогою.

Розподіл навантаження по осях пов'язано з відстанню між ними, т. Е. Довжиною бази автомобіля, яка значно впливає на маневреність і стійкість автомобіля. Автомобіль з невеликою базою має кращу керованість при інших рівних умовах. Але зазвичай автомобілі, що мають велику базу, краще врівноважуються і мають кращу підвіскою. Тому вони не поступаються в керованості короткобазним автомобілів.

Велика робота по підвищенню стійкості автомобіля типу «Харків» була проведена майстром спорту В. К. Нікітіним. Перша модель автомобіля цього типу «Харків-1» мала погану стійкість і керованість. Внаслідок великих звисів, недостатню твердість рами і підвіски відбувалися значні поздовжні коливання автомобіля.

Зменшення звисів, підвищення жорсткості рами, установка більш коротких і жорстких ресор, ретельний підбір найвигіднішої регулювання амортизаторів забезпечили для наступних моделей значне зменшення поздовжніх коливань і підвищення стійкості. На автомобілях «Харків-3» і «Харків-6» під керуванням В. К. Нікітіна була отримана висока швидкість на ділянках шляху з окремими нерівностями покриття, при цьому стійкість автомобілів виявилася цілком надійною, а керованість хорошою.

Стійкість автомобіля при гальмуванні

У швидкісних змаганнях часто мають місце випадки гальмування на великій швидкості, при цьому виникає найбільша небезпека появи заносу.

Мал. 134. Ковзання автомобіля, викликане нерівномірністю затяжки передніх гальм

Мал. 135. Ковзання автомобіля, викликане нерівномірністю затяжки задніх гальм

Для забезпечення стійкості і керованості повинна бути проведена однакова регулювання гальмівних колодок на обох колесах однієї осі. В іншому випадку на колесах при гальмуванні створюються різні гальмівні моменти, в результаті чого автомобіль прагне до обертання навколо найбільш загальмованого колеса. На рис. 134 представлена ​​схема ковзання автомобіля при нерівномірному затягуванні передніх гальм, а на рис. 135 - задніх гальм.

Значна небезпека при гальмуванні, що спостерігається і при правильно відрегульованих гальмах, складається в бічному ковзанні коліс; причиною цього є те, що загальмовані колеса в значній мірі втрачають зчеплення з дорогою.

Вплив вибору типу провідної осі на стійкість автомобіля

Загальноприйнятий спосіб приміщення провідної осі автомобіля ззаду призводить до того, що тягове зусилля є штовхає, тоді як при передніх провідних колесах воно буде тягне.

Мал. 136. Сила, що з'являється при повороті автомобіля з задніми провідними колесами

Мал. 137. Сила, що з'являється при повороті автомобіля з передніми ведучими колесами

При русі по прямій лінії, з точки зору розглянутого питання, байдуже, чи буде тягове зусилля тягне або штовхає, але при русі на повороті становище змінюється, як видно з доданих схем (рис. 136 і 137). З огляду на те, що автомобіль направляється передніми колесами, від точки прикладання тягового зусилля залежить, чи буде ця дія спрямована в кожен даний момент по дотичній або січної по відношенню до траєкторії повороту передніх коліс. Таким чином, при передній провідної осі тягове зусилля буде прагнути підтримувати автомобіль на траєкторії повороту, що і становить головну перевагу цього виду передачі.

аеродинамічна стійкість

При великих швидкостях руху вплив форми кузова набуває великого значення для стійкості автомобіля. Нерівномірний тиск повітря на різні частини автомобіля, а також значний вплив бокового вітру викликають необхідність забезпечити аеродинамічну стійкість автомобіля.

Залежно від форми передньої частини автомобіля і кута установки кузова по відношенню до площини дороги опір повітря може створити зусилля, які прагнуть підняти передню частину автомобіля або, навпаки, притиснути автомобіль до дороги. Відрив передніх коліс від поверхні дороги значно погіршує керованість і стійкість автомобіля; сила підйому, що передається частково і на задні колеса, погіршує їх зчеплення з дорогою і збільшує можливість пробуксовки.

Тому у сучасних гоночних автомобілів прагнуть створити таку форму кузова, яка забезпечила б притиснення автомобіля до дороги під дією зустрічного повітряного потоку. З цією метою кузов встановлюється зазвичай з деяким нахилом передньої частини вниз (негативний кут атаки). Крім того, є тенденція до зменшення висоти передньої частини кузова.

Ці заходи створюють достатню притискає зусилля. При цьому обтічники коліс різко виступають з обрисів кузова, створюючи тим самим додаткову бічну стабілізацію автомобіля.

При дії бічного вітру рівнодіюча аеродинамічних сил спрямована під кутом до поздовжньої осі автомобіля. Ця сила може бути розкладена на дві складові, одна з яких, діючи перпендикулярно поздовжньої осі автомобіля, буде прагнути змістити його в поперечному напрямку.

Дії цієї сили протистоять бічні реакції на колесах, які при цьому отримують деякий бічне відведення. Якщо кути відведення передніх і задніх коліс неоднакові (що зазвичай і має місце), автомобіль отримує деякий зсув. Водій може протидіяти цьому зміщення і зберегти заданий напрямок руху автомобіля, повернувши кермо на відповідний кут. При бічному вітрі, що має певну силу і напрям, водій легко коригує керування автомобілем.

Під дією бічного вітру автомобіль може виявитися аеродинамічний нестійке і буде повертатися, прагнучи зайняти становище, при якому поздовжня вісь автомобіля збігалася б з напрямком повітряного потоку. Якщо швидкість повертання автомобіля буде відносно невелика, то водій встигне реагувати на цей поворот і зможе вирівняти автомобіль відповідним поворотом керма.

Однак більш серйозна небезпека виникає при випадкових поривах бічного вітру або ж, що особливо часто буває в спортивних змаганнях, при виході автомобіля з закритого з боків ділянки дороги на відкриту частину, схильну до дії сильного бічного вітру. У тому випадку, якщо швидкість повертання буде велика, водій може не встигнути вирівняти автомобіль, який, повернувшись на значний кут, буде знесений з полотна дороги. Автомобільні гонки за кордоном показують, що неврахування цього фактора може викликати важкі катастрофи.

Щоб в зазначених вище умовах автомобіль мав хорошою бічною стійкістю, необхідно поєднати метацентр * бічній поверхні приблизно з серединою бази автомобіля **.

Метацентр не залишається постійним, а змінює своє положення в залежності від кута, під яким направлено бічний вітер. Ця зміна положення метацентра відносно невелике, і його важко врахувати для різних кутів, під якими спрямований бічний вітер, внаслідок чого для збереження гарної стійкості приймають вказане вище умова, вважаючи, що бічний вітер діє під прямим кутом до напрямку руху автомобіля.

Для того, щоб метацентр знаходився поблизу середини бази, необхідно, щоб площа бічної поверхні рівномірно розподілялася щодо цієї точки.

Так як у гоночного автомобіля передня частина має велику бічну поверхню, то для врівноваження бокового аеродинамічного тиску в задній частині автомобіля іноді влаштовують кили, що мають значну площу. Такий кіль видно у автомобіля «Шахтар» (рис. 108). Кіль виконується як одне ціле з кузовом. Він має каркас з алюмінієвих або легких сталевих профілів і обшивку з алюмінієвого листа, приклепують до каркасу.

* Метацентра - точка перетину рівнодіюча аеродинамічних сил з поздовжньою віссю автомобіля.
** Точніше, метацентр повинен збігатися з центром бічних реакцій. Центром бічних реакцій є точка, відстані якої від передньої і задньої осей обернено пропорційні коефіцієнтам опору відведенню цих осей. Зазвичай вона лежить посередині бази автомобіля.