Материал: Управляемость автомобиля и безопасность движения

Особенно велики угловые колебания при дисбалансе колес.

На рисунке 3.5 приведены результаты испытаний грузового автомобиля с различным дисбалансом передних колес. С увеличением дисбаланса растут амплитуда колебания Аср (рисунок 3.5, а) и усилия в рулевом приводе Ррп (рисунок 3.5, б).

Рисунок 3.5 Влияние дисбаланса колес на амплитуду Аср колебаний и усилия Ррп в рулевом приводе: 1 - дисбаланс колес равен 4,5…4,8×Н×м; 2 - дисбаланс колес равен 1,2×Н×м; 3 - сбалансированные колеса

Вертикальные колебания колес и кузова обычно гасятся амортизаторами. При неисправных амортизаторах колебания затухают медленно. Если частота ударов от неровностей на дороге близка частоте собственных колебаний, то возможен резонанс и отрыв колес от дороги. На рисунке 3.6 показано изменение вертикальных нагрузок на колеса легкового автомобиля с неисправными амортизаторами при скорости около 20 м/с. Испытания проводили на участке дороги, где произошло несколько аварий из-за потери автомобилем управляемости. Как видно из графика, менее чем за 0,5 с вертикальная нагрузка 5 раз была равна нулю, т. е. колесо отрывалось от дороги. Поскольку каждый вертикальный толчок обычно связан с боковым ударом, то колеса в момент отрыва могли поворачиваться. Таким образом, неудовлетворительная плавность хода автомобилей могла быть причиной повышенной аварийности на данном участке.

Рисунок 3.6 Изменение вертикальных нагрузок Rz на колеса легкового автомобиля на аварийном участке дороги

.2 Влияние эксплуатационных факторов на управляемость и устойчивость

Давление воздуха в шинах. Снижение давления воздуха в шине увеличивает угол увода колеса, а увеличение давления уменьшает его [7, 9]. Поэтому за давлением воздуха нужно следить в целях безопасности. Особенно опасно снижение давления у колес задней оси, когда угол увода задней оси становится больше угла увода передней оси и автомобиль приобретает отрицательный запас устойчивости.

Нагрузка. Повышение нагрузки на ось увеличивает величину увода колес. Поэтому в инструкциях по эксплуатации некоторых легковых автомобилей имеется указание об установлении давления воздуха в шинах в соответствии с нагрузкой. Если после загрузки автомобиля его чувствительность к повороту рулевого колеса и внешним воздействиям заметно возросла, то независимо от указаний инструкции необходимо повысить давление в шинах задней оси на 0,02…0,03 МПа против шин передних колес, а при большой нагрузке на заднюю ось даже выше рекомендуемого инструкцией. Снижение срока службы шины при этом предотвратит травмы людей и обойдется дешевле ремонта автомобиля и потери груза в случае аварии.

Необходимо также иметь в виду, что увеличение высоты расположения центра тяжести нагруженного автомобиля (например, при перевозке грузов с малой плотностью или при расположении груза на крыше легкового автомобиля) увеличивает возможность возникновения поперечных колебаний кузова и автомобиля, которые приводят к перегрузке шин одной стороны автомобиля и резкому увеличению углов увода, что ухудшает демпфирование курсовых колебаний автомобиля или даже возбуждает их.

Тяговая и тормозная силы. При действии на ось тяговой или тормозной силы увод пропорционален величине этих сил. Поэтому у автомобиля с передним приводом увеличение силы тяги вызывает рост запаса устойчивости во всех случаях. У автомобиля с задним приводом на дороге с высоким коэффициентом сцепления, когда сила тяги значительно меньше силы сцепления, увеличение тягового усилия при движении по кривым малых радиусов (20…30 м) может привести к увеличению запаса устойчивости. Во всех остальных случаях увеличение тяги на задней оси уменьшает запас устойчивости.

Изменение запаса устойчивости при торможении зависит от начала блокировки колес. Если это происходит с колесами переднего моста, запас устойчивости возрастает. При блокировке задних колес запас устойчивости становится отрицательным, а в случае одновременной блокировки колес обоих мостов - нулевым.

При увеличении продольной реакции тормозной или тяговой силы предельная величина поперечной реакции в контакте колеса с дорогой уменьшается (рисунок 3.7). При достижении на любой из осей равенства продольной реакции и силы сцепления эта ось начнет скользить вбок под действием даже незначительной поперечной силы. Поэтому при достижении предела по сцеплению увод может возрастать до бесконечности. В этом случае произойдет либо полная потеря чувствительности автомобиля к повороту рулевого колеса (максимальный запас устойчивости) при достижении предела по сцеплению на передней оси, либо занос и потеря управляемости при достижении этого предела на задней оси (максимальное абсолютное значение отрицательного запаса устойчивости).

Скользкость покрытия. При скользком покрытии резко снижается коэффициент сцепления шин с дорогой, что уменьшает запас устойчивости автомобиля с задним приводом. При равенстве сил тяги и сцепления такой автомобиль будет неустойчивым на любой скорости. Запас устойчивости автомобиля с передним ведущим мостом возрастает, однако он становится нечувствительным к повороту рулевого колеса.

Интенсивность приложения управляющего воздействия, скорость и боковые перегрузки. Результаты испытаний на автополигоне показывают, что величина запаса устойчивости в значительной степени зависит от характера приложения управляющих воздействий и режим движения. Если при плавном повороте рулевого колеса автомобиль обладает положительным запасом устойчивости, то при его резком повороте запас устойчивости может стать отрицательным. Величина запаса устойчивости конкретного автомобиля зависит также от скорости движения и боковой перегрузки. Каждому значению боковой перегрузки в нелинейной области соответствует критическое значение скорости, которое уменьшается с ее ростом. Учитывая, что наличие тормозных сил уменьшает величины боковых реакций на колесах, совершенно ясно, что одним из основных правил управления автомобилем в режимах движения, приближающихся к пределу использования сил сцепления, является раздельное применение тормозов и рулевого колеса.

Рисунок 3.7 Влияние тяговой и тормозной силы на величину поперечной силы сцепления:

- продольные силы; 2 - поперечные силы; Ps - суммарная сила

Тормозить с максимальным замедлением можно только на прямой. Двигаться по кривой при максимальном боковом ускорении можно только при отсутствии тормозных сил на колесах. Поэтому, когда автомобиль входит в поворот с предельной скоростью и при этом необходимо ликвидировать занос, нужно немедленно отпустить педаль тормоза. В противном случае автомобиль не будет реагировать на поворот рулевого колеса. Однако реально выполнение этих действий психологически затруднено, так как они находятся в противоречии с тем, что подсказывает инстинкт самосохранения.

Изменчивость свойств автомобиля в различных эксплуатационных условиях делает недостижимым полное использование его возможностей во всех случаях без специального изучения особенностей управления конкретным автомобилем и проведения систематических тренировок на этом типе автомобиля в тех дорожных условиях, в которых он эксплуатируется.

Для получения желаемых характеристик управляемости необходимо нормировать параметры устойчивости автомобиля. В этом направлении ведется работа, как в нашей стране, так и за рубежом. В США разработан Федеральный стандарт на устойчивость легковых автомобилей, предусматривающий нормирование таких параметров, как чувствительность автомобиля по угловой скорости к повороту управляемых колес в установившемся режиме движения и характер ее изменения и зависимости от скорости и боковой перегрузки; чувствительность автомобиля по угловой скорости к повороту управляемых колес в переходном процессе при скачкообразном изменении их положения; стабилизация автомобиля относительно курсового угла при освобождении рулевого колеса и возвращении его в нейтральное положение; устойчивость автомобиля при действии бокового ветра; усилие на рулевом колесе.

В СНГ предусмотрено нормирование перечисленных параметров для автотранспортных средств всех категорий.

.3 Приемы управления автомобилем в аварийных ситуациях

Уверенные действия водителя в аварийных ситуациях возможны только в том случае, если он понимает, как влияют на поведение автомобиля различные факторы вообще и знает особенности конкретного автомобиля. Последнее может быть достигнуто только регулярными тренировками на автомобиле данного типа.

Торможение и разгон с учетом силы сцепления. Представим, что, двигаясь с высокой скоростью, водитель поздно увидел крутой поворот или на дороге неожиданно возникло препятствие. Наиболее правильной реакцией в большинстве, но не во всех случаях, будет экстренное торможение. Эта реакция правильна на дороге с ровным сухим покрытием и распределением тормозных сил по осям пропорционально нагрузке, что обеспечивает сохранение положительного запаса статической устойчивости. В данном случае автомобиль будет двигаться прямо и водитель лишь не должен допускать блокировки колес. Для этого при нажатии па педаль тормоза усилие увеличивается только до начала блокировки. Затем его необходимо снизить, чтобы колеса разблокировались. После этого, увеличивая усилие на педаль тормоза, довести колеса до начала блокировки и отпустить педаль, повторив это несколько раз. Чем выше частота нажатия и отпускания педали и меньше отклонения от усилия, вызывающего начало блокировки, тем эффективнее торможение и короче тормозной путь. При тормозах с гидравлическим приводом без усилителя или с правильно отрегулированным усилителем момент начала блокировки создает на педали ощущение как при сжатии пружины до конца, когда нога начала давить в неподвижную опору. Если усилие на педали тормоза, вызывающее блокировку колес, небольшое, момент появления блокировки нужно определять по другим признакам. На дороге с высоким коэффициентом сцепления юз колес вызывает характерный звук, на скользкой дороге его определить можно, только имея опыт. Если колеса задней оси блокируются раньше, запас статической устойчивости становится отрицательным, а величина критической боковой силы - близкой к нулю, что приводит к заносу. Наиболее часто встречающаяся в этой ситуации ошибка, - попытка вывести автомобиль из заноса, не прекращая торможения. Поэтому для прекращения заноса, сначала нужно отпустить педаль тормоза, а затем уже повернуть рулевое колесо в сторону заноса. Как только занос прекратится, и автомобиль будет двигаться прямолинейно, можно начинать новое торможение.

Если при торможении передние колеса начинают уводить в сторону, это бывает при неравномерной работе передних тормозов, чтобы выровнять автомобиль, необходимо сначала также отпустить педаль тормоза. Попытка в этой ситуации выровнять автомобиль, не прекращая торможения, опасна. При заблокированных передних колесах автомобиль не реагирует на поворот рулевого колеса. Водитель, начиная поворачивать его, ошибочно надеется на то, что это может заставить автомобиль переместиться в нужном направлении. Однако в этом случае колеса будут повернуты на угол значительно больший, чем необходимо для движения в нужном направлении, и если водитель отпустит педаль тормоза, то автомобиль буквально «прыгнет» в сторону, что может привести к аварии.

Тормозить в гололед даже в аварийной ситуации нужно, не выключая сцепления до самого последнего момента, так как в этом случае передние (не ведущие) колеса будут быстро блокироваться, задние же благодаря подводимому крутящему моменту не заблокируются. Запас устойчивости при этом останется положительным и опасность заноса автомобиля уменьшится.

Ошибочно считается, что торможение двигателем на скользкой дороге всегда спасает от заноса. Безусловно, это снижает вероятность заноса, так как тормозной момент двигателя значительно меньше создаваемого тормозами и регулируется более плавно. Однако такое торможение безопасно только до момента, пока тормозная сила, создаваемая двигателем, не превысит силы сцепления колёс с дорогой. После этого в случае привода на задние колеса начнется занос, и прекратить его будет можно, только сняв с задних колес тормозной момент, т. е. выжав сцепление. Теоретически это сделать можно, увеличив частоту вращения коленчатого вала двигателя. Однако на практике это может не получиться даже у хорошо подготовленного водителя, так как на поиск положения педали управления подачей топлива, соответствующего перехода работы двигателя из режима торможения в режим тяги, отпущены доли секунды. Поэтому если занос не прекращается, необходимо выключить сцепление. В этом случае отсутствие продольных сил на колесах будет гарантировано.

Приемы торможения па границе «юза» можно выразить следующей фразой, если нажимаешь па педаль тормоза, то колеса должны находиться в прямом положении, если поворачиваешь рулевое колесо, то должна быть отпущена педаль тормоза.

Умение выполнять разгон с полным использовавшем силы сцепления необходимо тогда, когда при обгоне обнаружено, что встречный автомобиль приближается значительно быстрее, чем предполагалось. Однако следует помнить, что при движении в гололед на заснеженной дороге занос автомобиля может возникнуть не только в процессе торможения, но и при разгоне.

Техника разгона на границе буксования аналогична технике торможения на границе «юза». В начальный момент нажатие па педаль управления подачей топлива осуществляется достаточно быстро (но не резко) до начала буксования ведущих колес, после чего необходимо начать отпускать педаль. При прекращении буксования нужно снова плавно нажать на педаль до появления буксования и затем все повторять снова. Чем раньше будет прекращаться буксование и чем меньшим будет снижение тяги, необходимое для его устранения, тем быстрее произойдет разгон.

При разгоне на пределе буксования обычно возникают заносы автомобиля. Для прекращения их необходимо одновременно с поворотом рулевого колеса уменьшать тяговую силу. Чем сильнее занос, тем больше придется отпустить педаль подачи топлива. Однако, если при этом возникнет торможение двигателем, оно будет способствовать развитию заноса, для устранения которого может оказаться необходимым выключить сцепление, как в случае торможения двигателем.

Максимальное ускорение при разгоне на скользком покрытии определяется силой сцепления колес с дорогой. В этом случае очень важно вовремя перейти на высшую передачу, чтобы уменьшить силу тяги. Следует отметить, что на низших передачах значительно труднее уловить границу сцепления, поэтому точные рекомендации о выборе момента переключения передач в этих условиях невозможны. Однако следует указать на то, что если даже плавное нажатие на педаль управления подачей топлива сразу же вызывает занос, то нужно переходить на более высокую передачу. Правильным действием в этих условиях можно научиться только на основании опыта.

Если необходим быстрый разгон на дороге с высоким коэффициентом сцепления, нужно обеспечить полное использование мощности двигателя и соответственно тяговой силы на передачах, но для этого недостаточно только переключения передач при максимальных частотах вращения коленчатого вала. Необходимо также и само переключение передач выполнять как можно быстрее. Приемы быстрого переключения передач хорошо описаны известным польским гонщиком Собеславом Засадой. Однако при разгоне всегда следует помнить об ограничении максимальных скоростей движения, введенном в стране с 01.01.1976 г.

Когда тормозить уже бесполезно. Бывают случаи; когда скорость движения была слишком велика, а путь торможения мал. В следующее мгновение автомобиль должен войти в поворот, а скорость значительно выше допустимой. В этих случаях торможение становится бесполезным, и последний шанс заключается в способности отпустить педаль тормоза и управлять автомобилем при помощи рулевого колеса и, в некоторой мере, при помощи педалей управления подачей топлива и сцепления. Действия водителя в этих случаях определяются величиной запаса курсовой устойчивости автомобиля, которая, однако, не остается неизменной. Если такие ситуации возникли на дороге с твердым сухим покрытием, имеющим высокий коэффициент сцепления, то перед началом поворота необходимо включить более низкую передачу, на которой двигатель при данной скорости будет работать с частотой вращения коленчатого вала, близкой к максимальной. Когда времени достаточно для торможения и дорожная ситуация позволяет, желательно перед началом поворота оказаться возле внешней по отношению к центру кривой кромки дороги. Начинать поворот нужно с некоторым опережением, которое можно определить только па основании опыта. Для компенсации запаздывания реакции автомобиля, которое всегда увеличивается с ростом скорости, необходим быстрый опережающий поворот рулевого колеса. Чтобы увеличить радиус поворота, его следует проходить, направляя автомобиль так, чтобы он двигался от внешней к внутренней по отношению к центру поворота кромке твердого покрытия дороги и возвращался на внешнюю сторону, описывая плавную дугу. Однако выезд на полосу встречного движения для разрядки аварийной ситуации допустим только при достаточной видимости дороги и отсутствии встречных транспортных средств. При положительном запасе устойчивости, который, как правило, имеет большинство автомобилей, с увеличением скорости возрастает необходимый для движения по криволинейной траектории угол поворота управляемых колес. Для каждого автомобиля в конкретных условиях движения существуют критические значения скорости и угла поворота управляемых колес, при достижении которых его передняя ось начнет скользить и дальнейший поворот рулевого колеса уже не будет уменьшать радиус поворота. Когда наступает такой момент, дальнейший поворот рулевого колеса становится не только бесполезным, но даже опасным. Сопротивление движению па повороте, когда автомобиль достигает предела по сцеплению, резко возрастает и его скорость начинает уменьшаться. При скольжении передней оси остается только ждать, что произойдет раньше: уменьшится ли скорость до величины, позволяющей двигаться по данному повороту, или автомобиль достигнет края дороги. Если автомобиль к моменту восстановления чувствительности к повороту рулевого колеса не сойдет с дороги, то при повернутых на больший, чем необходимо угол управляемых колес он может совершенно неожиданно для водителя устремиться в сторону поворота рулевого колеса. Это явление аналогично растормаживанию повернутых колес. Так как уменьшение скорости в данной ситуации является единственной возможностью предотвращения опасных последствий, торможение двигателем будет единственно правильным действием.