Материал: Управляемость автомобиля и безопасность движения

Как видно таблицы 2.8 и рисунка 2.14 с возрастанием удельной касательной реакции χ максимально возможная скорость v без скольжения медленно убывает, а при постоянной касательной реакции возрастает в  раз, при увеличении радиуса поворота в K раз.

Рассчитаем и построим график зависимости критической скорости автомобиля по условиям увода от отношения массы, приходящийся на заднюю ось к общей массе автомобиля.

Критическая скорость автомобиля по условиям увода определяется по формуле (2.10).

Таблица 2.8

Максимальная возможная скорость без скольжения при совместном действии на автомобиль касательных и поперечных сил

Рисунок 2.14 Зависимость v от удельной касательной реакции χ при радиусе поворота: 1 - 100 м; 2 - 200 м; 3 - 300 м; 4 - 400 м; 5 - 500 м

где М1 и М2 - массы отнесенные соответственно переднего и заднего мостов, кг;

kув1 и kув2 - коэффициенты сопротивления увода соответственно переднего и заднего мостов, Н/рад.

Для мостов легковых автомобилей kув находится в пределах 33700…67500 Н/рад.

Для переднего моста грузовых автомобилей kув1 = 78700…135000 Н/рад.

Для заднего моста грузовых автомобилей kув2 = 157400…270000 Н/рад.

Расчет выполним для 3 вариантов значений kув1 и kув2.

. kув1 = 50000 Н/рад; kув2 = 40000 Н/рад;

. kув1 = kув2 = 50000 Н/рад;

. kув1 = 40000 Н/рад; kув2 = 50000 Н/рад;

Результаты расчета по формуле (2.10) оформляем в виде таблиц 2.9, 2.10, 2.11 и рисунка 2.15.

Таблица 2.9

Критическая скорость автомобиля по условиям увода (см. 1 вариант).

М - общая масса автомобиля.

Таблица 2.10

Критическая скорость автомобиля по условиям увода (см. 2 вариант).

Таблица 2.11

Критическая скорость автомобиля по условиям увода (см. 3 вариант).

Как видно из рисунка 2.15 и таблиц 2.9, 2.10, 2.11 критическая скорость по условиям увода автомобиля ГАЗ - 31105 является очень высокой при М2/М до 0,5, затем она уменьшается достигая значений 10…13 м/с при М2/М = 0,9. Наибольшее значение vув наблюдается в третьем варианте, когда kув1 = 40000 Н/рад; kув2 = 50000 Н/рад, то есть наиболее приемлемым для поворачиваемости автомобиля ГАЗ - 31105 является превышение коэффициента сопротивления уводу задних колес по сравнению с передними.

Рисунок 2.15 Зависимость критической скорости автомобиля ГАЗ - 31105 по условиям увода от отношения М2/М:

. kув1 = 50000 Н/рад; kув2 = 40000 Н/рад;

. kув1 = kув2 = 50000 Н/рад;

. kув1 = 40000 Н/рад; kув2 = 50000 Н/рад

3. Управляемость как эксплуатационное качество, обеспечивающее активную безопасность автомобиля

.1 Влияние технического состояния автомобиля на его устойчивость и управляемость

На устойчивость и управляемость прежде всего влияет техническое состояние ходовой части и органов управления автомобиля. Так, по мере изнашивания и уменьшения высоты выступов протектора шин падает коэффициент сцепления. На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления у шин с полностью изношенным протектором в 1,5…2 раза меньше, чем у новых. Особенно заметно уменьшение φ при движении автомобиля по мокрому покрытию с большой скоростью (рисунок 3.1, a). Уменьшение коэффициента сцепления приводит к увеличению тормозного и остановочного путей автомобиля и потере им поперечной устойчивости. Поэтому правила дорожного движения запрещают эксплуатацию автомобилей с шинами, у которых глубина протектора менее 1...2 мм.

Рисунок 3.1 Влияние износа протектора на эксплуатационные показатели: а - на коэффициент сцепления φх; б - на коэффициент сопротивления уводу kув; 1 - сухое покрытие; 2 - мокрое покрытие; 3 - вертикальная нагрузка 14 кН; 4 - вертикальная нагрузка 9 кН

Если с правой и левой сторон автомобиля установлены шины с различной степенью износа, то при торможении возникает момент, который может привести к повороту автомобиля и аварии. Вместе с тем по мере изнашивания протектора и уменьшения его высоты увеличивается сопротивление шины уводу. Коэффициент kув у полностью изношенных шин на 50…70% больше, чем у новых (рисунок 3.1, б). Поэтому при установке на передний мост более изношенных шин автомобиль может приобрести излишнюю поворачиваемость, что ухудшит его управляемость.

Неправильная регулировка тормозных механизмов и замасливание фрикционных накладок могут привести к различной величине тормозных моментов на колесах правой и левой сторон автомобиля и, как следствие, к потере устойчивости. К таким же результатам приводит неисправность одного из тормозных механизмов. Неисправность переднего тормозного механизма более опасна, чем неисправность заднего. Автомобиль с неисправными передними тормозами отклоняется на больший угол, чем автомобиль, имеющий неисправные задние тормозные механизмы (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 Угловое отклонение автомобиля при торможении:

- неисправен один передний тормозной механизм; 2 - неисправен один задний тормозной механизм

При изнашивании деталей рулевого управления и переднего моста (рулевого механизма, шаровых шарниров тяг, шкворней и их втулок) увеличивается свободный ход рулевого колеса, что отрицательно сказывается на курсовой устойчивости автомобиля. Движение автомобиля становится трудно контролируемым, резко возрастает частота поворотов рулевого колеса, необходимых для сохранения прямолинейного движения.

В таблице 3.1 приведены результаты дорожных испытаний автобуса ПАЗ-672 с различным техническим состоянием рулевого управления и переднего моста (по данным МАДИ).

Таблица 3.1

Скорость поперечного смещения автобуса, м/с

При наличии свободного хода нарушается кинематическая связь между рулевым колесом и передними колесами, что затрудняет выполнение маневра. На рисунке 3.3 показано, как изменяются углы поворота управляемых колес и траектории автомобиля при различном свободном ходе рулевого колеса. Если свободный ход рулевого колеса отсутствует, то при постоянном передаточном числе рулевого управления законы изменения углов поворота рулевого колеса θрк и передних колес θ аналогичны. Если свободный ход рулевого колеса отсутствует, то в конце маневра θрк и θ равны нулю, а автомобиль движется параллельно прежнему направлению.

Рисунок 3.3 Изменение поворота передних колес и траектории автомобиля: 1 - при отсутствии свободного хода рулевого колеса; 2 - при наличии свободного хода рулевого колеса.

При наличии свободного хода рулевого колеса (линия 2) появляются зоны нечувствительности - горизонтальные участки. При изменении направления вращения рулевого колеса угол поворота управляемых колес остается некоторое время неизменным. Эпюра θ = θ(t) и траектория автомобиля утрачивают симметричность. В конце маневра, когда рулевое колесо возвращено в нейтральное положение (точка В), передние колеса остаются все еще повернутыми на некоторый угол θ0. Курсовой угол автомобиля также не равен нулю, и для выравнивания автомобиля нужны дополнительные действия.

Предельные значения свободного хода, определенные с помощью динамометра-люфтомера, приведены в таблице 3.2. Для автобусов и грузовых автомобилей, созданных на базе легковых автомобилей, предельное значение свободного хода равно 10° при усилии 7,5 Н.

Предельные значения свободного хода рулевого колеса

При недоброкачественном ремонте или техническом обслуживании автомобиля в результате слишком плотной посадки шкворней во втулки и чрезмерной затяжки гаек рулевых тяг может значительно возрасти усилие, необходимое для поворота передних колес, что также осложняет работу водителя и ухудшает управляемость.

Примерные значения предельных усилий приведены в таблице 3.3.

Резкое увеличение прикладываемого к рулевому колесу усилия, приводящее к потере управляемости автомобилем, может быть вызвано заклиниванием рулевого управления вследствие поломки деталей рулевого механизма (ролика, червяка), заедания сухарей в шаровых шарнирах или неисправности противоугонного устройства. Заклинивание рулевого управления обычно приводит к весьма тяжелым последствиям, так как водитель не сразу осознает необходимость экстренного торможения, а некоторое время пытается повернуть рулевое колесо. Автомобиль же, утратив управляемость, продолжает двигаться с повернутыми передними колесами и быстро оказывается на полосе встречного движения или за пределами дороги.

Если не учитывать увода колес, то автомобиль за время t, двигаясь по дуге постоянного радиуса R (рисунок 3.4, а), переместится из положения 1 в положение 2 и повернется на угол γ.

Таблица 3.3

Примерные значения усилий на ободе рулевого колеса.

Заменив приближенно дугу АА1, длина которой равна пути автомобиля S, хордой, получим:

S = v×t = R×γ ≈ γ×L /θ

Отсюда курсовой угол:

γ = v×t×θ /L.

Треугольник АОА1 равнобедренный, следовательно, углы у основания равны 90 - γ/2, а угол A1AB равен γ/2.

Рисунок 3.4 Движение автомобиля при заклинивании рулевого управления: а - схема поворота автомобиля; б - изменение поперечного смешения у автомобиля

Поперечное смещение правого переднего угла автомобиля в процессе поворота:

у = l1 + l2 + l3 = (S×sin (γ/2) - 0,5×Ba) + L' ×sin γ + 0,5×Ba×cos γ.

На рисунке 3.4, б показана зависимость поперечного смещения у легкового автомобиля от времени t при θ = 0,01 рад (0,6°) и v = 10 и 15 м/с. Принятые при расчете значения угла поворота и скорости невелики, однако поперечное смещение нарастает весьма быстро. При v=10 м/с через 5 с оно достигает 4 м, следовательно, неуправляемый автомобиль, поворачиваясь, полностью перекроет соседнюю полосу движения, что может привести к серьезной аварии.

В процессе движения автомобиля даже по дороге с покрытием отличного качества происходят колебания управляемых колес. Эти колебания увеличивают динамические нагрузки на детали ходовой части и рулевого управления и при больших размахах могут привести к потере автомобилем управляемости [18].