8.Расчетные скорости движения, расчетные схемы и характеристики движения автомобиля (5.2)

При постройке дорог принимаются во внимание расчетные скорости и размеры трассы. Все вышеперечисленное применяется в зависимости от интенсивности движения.

При строительстве дорог вступает в действие закон противоречия строителей и эксплуатационников.

1) Строительные расходы тем меньше, чем меньше скорость движения на дороге (они делают малые радиусы кривых и т.д.)

2) Транспортные расходы тем меньше, чем выше скорость движения.

Нормы же проектирования дорог исходят:

1. Из напряженных режимов ведения а/м (т.е обеспечивают устойчивость а/м, а не удобство управления а/м).

2. Расчеты видимости предусматривают: — резкое торможение; — обгон предполагает возвращение в непосредственной близости от обгоняемого а/м.

3. Влияние психологических особенностей водителей учитывается при проектировании: а) временем реакции водителя

б) скоростью нарастания центробежного ускорения

в) расстоянием между а/м при движении.

Но время реакции водителя меняется в зависимости от: -возраста; — психического состояния; — степени напряженности.

В ряде стран мира исходят из время реакции водителя 2-3 с.

В РФ при расследовании ДТП для дневного времени принимают интервал 0,6-1,4с.

Рост загрузки дорог в РФ приводит к необходимости при расчетах переходить от обгона одиночного а/м к обгону «пачек а/м», поэтому ввели параметр «расчетного водителя».

Параметр расчетного водителя:

1) Интенсивность разгона 0,8 – 1,2 м\с 2

2) Интенсивность торможения (интенсивность снижения скорости)1,7 – 3 м\с 2

3) Нарастание центробежного ускорения 0,3-1м/с 3

4) Коэф-т поперечной силы при движении по кривой К_пс≤0,16

9.Причины повышенного количества дтп на длинных участках (6.1)

При движении по равномерному участку водителю поступает меньше информации для поддержания его активности и наступает «сенсорный голод», т.е

1. Острота восприятия снижается

2. Мысли рассеиваются

3. Наступает повышенная утомляемость

4. Дремотное состояние (дорожный гипноз)

5. Затормаживается высшая нервная система человека

6. Увеличивается продолжительность реакции человека

7. Надежность работы снижается

Распознавание объектов водителем происходит в два этапа (в поле зрения)

1) Беглый осмотр с предварительной оценкой

2) Детальный осмотр с сосредоточением на более важных объектах до тоговремени, пока сознание водителя не опознает объекты на 70-80%.

Считается, что водители на трассе фиксируют явления в зоне до 600м. За городом и на городских улицах 50-100м.

Количество объектов определяется по формуле:

М= ,где

М- количество объектов

L- расстояние до объекта

— среднее время

Вывод: при увеличении скорости количество распознаваемых объектов уменьшается.

При однообразной дороге водителю трудно оценить скорость, которая возрастает до опасной, что приводит к недоучету значений опасных моментов и, как следствие, ДТП.

Исследования показали, что при одиночном движении=1 мин, водитель в 1,5 раза чаще обращает внимание на знаки, чем при колонном движении, или движении в пачке. И в 2,7 раза обращает больше внимания на обочину дороги. Однообразный ритм движения вызывает автоматизм операций водителя и изменение ДУ воспринимается водителем как дополнительная трудность.

Исследования показали, что в 70% ДТП скорости что при ДТП, что в 500м от места ДТП были одинаковы, т.е водители, подъезжая к опасному участку не снижали скорости (т.е не меняли режим движения).

Вывод: опасность участков дороги определяется не абсолютной величиной геометрических элементов трассы и состоянием дорожного полотна, а их отличием от характеристик предшествующих участков дороги, вызывающих необходимость изменения режима движения.

Методические указания к выполнению курсового проекта для специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» (7 семестр)

Главная > Методические указания

Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Технической эксплуатации и сервиса автомобилей и оборудования

Методические указания к выполнению курсового проекта для специальности 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Составитель – доц. Рыжков С.В.

Автор с благодарностью примет все замечания, сведения о замеченных опечатках, принципиальных ошибках, а также пожелания по улучшению этого методического материала

Ростов на Дону 2009

Введение

Дисциплина «Автомобили», предусмотренная учебным планом направления подготовки дипломированных специалистов 190600 «Эксплуатация наземного транспорта и транспортного оборудования», специальность 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство», специализация 190601.01 «Техническая эксплуатация автомобилей», является одной из профилирующих дисциплин при подготовке специалистов и предполагает всестороннее изучение конструкции автомобилей, эксплуатационных свойств автомобилей и основ расчета элементов их конструкции. Курсовой проект по дисциплине является завершающим этапом ее изучения, на котором студент применяет полученные знания, анализируя предложенную конструкцию автомобиля и предлагая способы улучшения его эксплуатационных свойств. Курсовой проект студент выполняет самостоятельно, вне аудиторной работы, при консультировании руководителем курсового проекта.

Цель и содержание курсового проекта

Целью курсового проектирования по дисциплине «Автомобили» является проверка уровня подготовки студента, его способностей к аналитическому мышлению при исследовании конструкции и эксплуатационных свойств автотранспортных средств, его способности грамотно излагать результаты своей исследовательской работы, способности находить положительные стороны и недостатки в конструкции автомобилей, предлагать способы устранения недостатков конструкции и улучшения эксплуатационных свойств автотранспортных средств.

Курсовой проект включает в себя следующие разделы:

Анализ устойчивости автомобиля

Анализ управляемости автомобиля

Анализ тормозной динамичности автомобиля

Анализ плавности хода автомобиля

Анализ проходимости автомобиля

Конструкторская часть (разработка конструктивных мероприятий направленных на улучшение эксплуатационных свойств автомобиля)

Требования к оформлению курсового проекта

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка выполняется на листах писчей бумаги формата А4 в соответствии с требованиями к курсовым проектам и содержит расчеты, таблицы, графики по всем разделам курсового проекта. Графическая часть включает в себя один лист формата А1 с чертежами, схемами, диаграммами и другим графическим материалом, касающимся конструкторской части проекта.

Задание на курсовой проект

Исходные денные для выполнения курсового проекта приведены в Приложении 1. Номер варианта для каждого студента определяет руководитель курсового проекта. Изменять исходные данные в задании или вариант задания без согласования с руководителем курсового проекта не разрешается. Задания на курсовой проект разделены на пять групп:

Легковой заднеприводный автомобиль

Легковой переднеприводный автомобиль

Автобус особо малого или малого класса

Грузовой двухосный автомобиль

Грузовой трехосный автомобиль

В каждой из перечисленных групп предусмотрено пять вариантов заданий, различающихся числовыми значениями геометрических и весовых параметров автомобилей.

Пример выполнения курсового проекта приведен в Приложении 2

СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

1. Анализ устойчивости автомобиля

Определить понятие «Устойчивость автомобиля», перечислить показатели устойчивости.

Начертить на листе А4 габаритный чертеж исследуемого автомобиля с указанием основных размеров.

Начертить на листе А4 схему сил, действующих на автомобиль при движении..

1.1 Расчет показателей устойчивости автомобиля по условию скольж ения

Определить понятие «Занос автомобиля», объяснить механизм возникновения и развития заноса. Начертить расчетную схему. Указать условия, при которых возникает занос.

Дать расчетную формулы для вычисления критической скорости по условию заноса и рассчитать эту скорость для разных значений кривизны траектории движения и разных значений коэффициента сцепления. Результаты расчета свести в таблицу и построить график.

Дать расчетную формулы для вычисления минимального радиуса поворота по условию заноса и рассчитать этот показатель для разных значений скорости движения и разных значений коэффициента сцепления. Результаты расчета свести в таблицу и построить график.

Проанализировать полученные графические зависимости.

Дать анализ продольной устойчивости автомобиля по условию сцепления, привести расчетные схемы.

Вычислить Предельные значения угла подъема по условию сцепления. Проанализировать полученные результаты

Определить понятия «Косогор», «Максимальный угол косогора по условию заноса», дать расчетную схему, рассчитать значения этого показателя для различных условий сцепления, проанализировать полученные результаты.

1.2 Расчет показателей устойчивости автомобиля по условию опрокид ывания

Определить понятие Максимального угла косогора по условию опрокидывания, коэффициента поперечной устойчивости, дать расчетные формулы.

Сопоставить расчетные значения показателей устойчивости по условию опрокидывания с показателями устойчивости по условию скольжения. Сделать выводы.

Дать расчетную схему для определения критической скорости по условию опрокидывания при движении по криволинейной траектории, определить это понятие, дать расчетную формулу и выполнить расчет для различных значений кривизны траектории движения и степени загрузки автомобиля. Результаты расчета свести в таблицу и построить график.

Определить понятие минимального радиуса поворота по условию опрокидывания, расчетную формулу и выполнить расчет для различных скоростей движения и степени загрузки автомобиля, построить график.

1.3 Исследование движения автомобиля с заносом

Проанализировать разные варианты движения автомобиля с заносом:

Занос задней оси

Занос передней оси

Занос обеих осей (снос автомобиля)

Начертить схемы, поясняющие рассуждения.

Оценить склонность к заносам исследуемого автомобиля.

1.4 Исследование движения автомобиля на вираже

Определить понятие «Вираж», начертить схему, поясняющую движение исследуемого автомобиля на вираже

Дать расчетную формулу для вычисления угла виража, рассчитать этот параметр для разных скоростей движения и разной кривизны траектории. Результаты расчета свести в таблицу, по результатам построить график.

Проанализировать полученные результаты.

2. Анализ управляемости автомобиля

Определить понятие «Управляемость автомобиля» и перечислить его основные показатели.

2.1 Критическая скорость по условиям управляемости

Определить понятие «Критическая скорость по условию управляемости», дать расчетную формулу и вычислить значения для различных условий сцепления и кривизны траектории движения. Результаты расчета свести в таблицу. Дать анализ полученных результатов.

2.2 Поворачиваемость автомобиля

Определить понятие «Поворачиваемость автомобиля», начертить поясняющую схему.

Определить понятия «Угол увода колеса», «Поворачиваемость автомобиля», начертить поясняющие схемы.

Дать анализ устойчивости автомобиля с разными видами поворачиваемости.

2.3 Соотношение углов поворота управляемых колес

Объяснить назначение рулевой трапеции, ее функции и роль в обеспечении устойчивости автомобиля. Дать поясняющие схемы применительно к исследуемому автомобилю.

2.4 Стабилизация управляемых колес

Определить понятие «Стабилизация управляемых колес», объяснить механизм возникновения стабилизирующих моментов, дать поясняющие схемы применительно к исследуемому автомобилю.

2.5 Угловые колебания управляемых колес

Объяснить причины возникновения колебаний управляемых колес. Непериодические и периодические колебания, резонансные явления в подвеске и рулевом управлении. Статический и динамический дисбаланс колеса, их физическая сущность и методы устранения.

Оценить исследуемый автомобиль в отношении склонности к колебаниям управляемых колес.

2.6 Предельное значение скорости изменения кривизны траектории и количество энергии, затрачиваемой на изменение направления движения

Проанализировать энергетические затраты водителя на управление автомобилем, оценить технический уровень исследуемого автомобиля в этом плане.

2.7 Отклонения траектории автомобиля от заданной и частота повторяемости этих отклонений

Проанализировать действие случайных возмущающих сил на поведение автомобиля. Оценить влияние поворачиваемости автомобиля на его поведение при действии случайных боковых сил. Оценить поведение исследуемого автомобиля при действии на него случайных боковых сил

3. Анализ тормозной динамичности автомобиля

Определить понятия «Торможение», «Тормозная динамика». Начертить схему тормозного колеса и прокомментировать ее.

Перечислить показатели тормозной динамичности.

Начертить диаграмму торможения и прокомментировать ее.

Дать расчетную формулу для вычисления минимального тормозного пути и рассчитать значения этого показателя для различных скоростей движения и условий сцепления. Результаты расчета свести в таблицу и построить график.

Дать расчетную формулу для вычисления минимального тормозного пути при торможении от скорости V 1 до V 2

Определить понятие остановочного пути.

Определить понятие минимального замедления, дать расчетную формулу и прокомментировать ее.

Определить понятие минимального времени торможения автомобиля, дать расчетную формулу и прокомментировать ее. Рассчитать значения этого показателя для различных скоростей движения и условий сцепления. Результаты расчета свести в таблицу и построить график.

4. Анализ плавности хода автомобиля

Определить понятие «Плавность хода автомобиля» и прокомментировать его. Определить понятия «Колебания кузова» и «Вибрации кузова», перечислить их показатели.

Определить понятие «Центр упругости» и прокомментировать его. Начертить поясняющую схему.

Перечислить и прокомментировать виды колебаний кузова автомобиля: Подергивание, Шатание, Подпрыгивание, Покачивание, Галопирование, Виляние

Перечислить и прокомментировать способы повышения плавности хода автомобиля.

Оценить исследуемый автомобиль с точки зрения плавности хода.

5. Анализ проходимости автомобиля

Определить понятие «Проходимость автомобиля», перечислить его показатели, дать поясняющие схемы. Оценить исследуемый автомобиль с точки зрения проходимости.

6. Конструкторская часть

В конструкторской части требуется предложить любое изменение конструкции исследуемого автомобиля, позволяющее улучшить одно из его эксплуатационных свойств:

Тяговые и скоростные свойства

Приспособленность к погрузочно-разгрузочным работам

Приспособленность к ТО и Р

Безопасность (активная, пассивная, экологическая)

В пояснительной записке дать подробное описание предлагаемых изменений, привести необходимые чертежи, схемы, графики. Указать где это будет размещено на исследуемом автомобиле, как оно будет работать, почему ожидается улучшение эксплуатационных свойств этого автомобиля, и каких именно свойств. По возможности дать оценку экономической эффективности предлагаемых изменений в конструкции автомобиля.

На листе графической части формата А1 необходимо показать наиболее существенную информацию по конструкторской части (чертежи, схемы, графики).

Список использованной литературы

В конце пояснительной записки необходимо указать список литературы, использованной при работе над курсовым проектом.

Приложение 1. Задания на курсовой проект

Вариант А – легковой заднеприводный автомобиль с классической компоновкой и колесной формулой 4х2.

Варианты заданий А

Передний свес, L1

Угол переднего свеса

Угол заднего свеса

Дорожный просвет, h

Радиус поворота, R

Собственная масса Gо

В т.ч. на переднюю ось G1

Полная масса Gа

В т.ч. на переднюю ось Gа1

Максимальная скорость, Vа

Вариант Б – легковой переднеприводный автомобиль с передним расположением двигателя и колесной формулой 4х2.

Варианты заданий Б

Передний свес, L1

Угол переднего свеса

Угол заднего свеса

Дорожный просвет, h

Радиус поворота, R

Собственная масса Gо

В т.ч. на переднюю ось G1

Полная масса Gа

В т.ч. на переднюю ось Gа1

Максимальная скорость, Vа

Вариант В – автобус особо малого или малого класса с классической компоновкой и колесной формулой 4х2.

Варианты заданий В

Колея передних колес, В 1

Колея задних колес, В 2

Передний свес, L1

Угол переднего свеса

Угол заднего свеса

Дорожный просвет, h

Радиус поворота, R

Собственная масса Gо

В т.ч. на переднюю ось G1

Полная масса Gа

В т.ч. на переднюю ось Gа1

Максимальная скорость, Vа

Примечание: Прочерк в строке «Колея задних колес» означает, что задние колеса несдвоенные и их колея равна колее передних колес. Если в задании указана колея задних колес, это означает, что задние колеса сдвоенные.

Вариант Г – двухосный грузовой автомобиль общего назначения с классической компоновкой и колесной формулой 4х2.

Варианты заданий Г

Колея передних колес, В 1

Колея задних колес, В 2

Передний свес, L1

Угол переднего свеса

Угол заднего свеса

Дорожный просвет, h

Радиус поворота, R

Собственная масса Gо

В т.ч. на переднюю ось G1

Полная масса Gа

В т.ч. на переднюю ось Gа1

Максимальная скорость, Vа

Примечание: Прочерк в строке «Колея задних колес» означает, что задние колеса несдвоенные и их колея равна колее передних колес. Если в задании указана колея задних колес, это означает, что задние колеса сдвоенные.

Вариант Д – трехосный грузовой автомобиль общего назначения с классической компоновкой и колесной формулой 6х4.

Варианты заданий Д

Расстояние между передней и средней осями, L

Расстояние между осями балансирной подвески, L 2

Колея передних колес, В 1

Колея задних колес, В 2

Высота по грузовой платформе, Н

Высота по кабине, Н 1

Передний свес, L1

Угол переднего свеса

Угол заднего свеса

Дорожный просвет, h

Радиус поворота, R

Собственная масса Gо

В т.ч. на переднюю ось G1

Полная масса Gа

В т.ч. на переднюю ось Gа1

Максимальная скорость, Vа

Приложение 2. Пример расчета

РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Технической эксплуатации и сервиса автомобилей и оборудования

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АВТОМОБИЛИ»

Выполнил студент группы АТ-402

Руководитель проекта: доц. Рыжков С.В.

Ростов на Дону 2009

Задание на курсовой проект

Согласно заданному варианту в курсовом проекте выполнен анализ эксплуатационных свойств легкового переднеприводного автомобиля с колесной формулой 4х2, рассчитаны показатели устойчивости, управляемости, тормозной динамичности, плавности хода, проходимости. В табл.1 приведены исходные данные к курсовому проекту, на листе 2 пояснительной записки представлена габаритная схема исследуемого автомобиля, а на листе 3 – схема сил, действующих на автомобиль при движении.

Передний свес, L1

Угол переднего свеса

Угол заднего свеса

Дорожный просвет, h

Радиус поворота, R

Собственная масса Gо

В т.ч. на переднюю ось G1

Полная масса Gа

В т.ч. на переднюю ось Gа1

Максимальная скорость, Vа

Для расчетов показателей устойчивости необходимо определить координаты центра тяжести для порожнего и груженого автомобиля.

Для порожнего автомобиля:

нагрузка на заднюю ось

координаты центра тяжести

Высоту центра тяжести принимаем на основании визуального анализа габаритной схемы автомобиля:

Для груженого автомобиля:

нагрузка на заднюю ось

координаты центра тяжести

Высоту центра тяжести принимаем на основании визуального анализа габаритной схемы автомобиля с учетом размещения пассажиров в салоне и груза в багажнике:

Наименьшая нагрузка на шину 340/2 = 170 кг соответствует заднему колесу порожнего автомобиля.

Наибольшая нагрузка на шину 665/2 = 332,5 кг соответствует переднему колесу груженого автомобиля.

В груженом состоянии центр тяжести автомобиля расположен в середине его базы, в порожнем состоянии центр тяжести смещен от центра базы вперед, что объясняется передним расположением силового агрегата и трансмиссии.

В качестве прототипа исследуемого автомобиля можно принять автомобиль ВАЗ-2109

1. Анализ устойчивости автомобиля

Устойчивость — это свойство автомобиля противостоять опрокидыванию или скольжению. В зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают поперечную и продольную устойчивость. Продольное опрокидывание и скольжение имеют очень малую вероятность, поэтому, когда говорят об устойчивости, обычно имеют в виду поперечную устойчивость. Потеря продольной устойчивости в виде скольжения может происходить при движении по дороге с большим уклоном и низким коэффициентом сцепления, вероятность продольного опрокидывания незначительна и может быть либо следствием неправильного размещения груза, либо следствием наезда на пороговое препятствие.

Существуют следующие показатели поперечной устойчивости

Критическая скорость по условию заноса (V з ) — максимальная скорость движения автомобиля по окружности, соответствующая началу его заноса.

Критическая скорость по условию опрокидывания (V о ) — максимальная скорость движения автомобиля по окружности, соответствующая началу его опрокидывания.

Максимальный угол косогора по условию заноса (скольжения)  з — угол поперечного уклона дороги, при котором начинается скольжение автомобиля.

Максимальный угол косогора по условию опрокидывания  о — угол поперечного уклона дороги, при котором начинается опрокидывание автомобиля.

1.1 Расчет показателей устойчивости автомобиля по услови ю скольжения

Занос (поперечное скольжение колес) на горизонтальной дороге происходит при действии боковой силы. Чаще всего это центробежная сила инерции при движении автомобиля на повороте. Но могут быть и другие силы, например, сила бокового ветра.

На рис. 3 показана схема сил действующих на автомобиль при повороте. Центр поворота О является точкой пересечения осей колес – передних управляемых и задних неуправляемых. При движении по криволинейной траектории на автомобиль действует центробежная сила инерции P ц , приложенная к центру тяжести автомобиля. Ее поперечная составляющая P у вызывает качение колес с уводом при достаточном сцеплении шин с опорной поверхностью или поперечное скольжение при недостаточном сцеплении шин с опорной поверхностью.

Колесо катится по опорной поверхности без скольжения, если сумма касательных реакций не превышает силы сцепления.

(1)

или (2)

Потеря устойчивости автомобиля в виде заноса обычно происходит при движении по дороге с низким коэффициентом сцепления, когда сила сцепления невелика и в значительной мере использована продольными касательными реакциями.

Рис. 3 Схема сил, действующих на автомобиль при повороте: О – центр поворота; P ц – центробежная сила инерции; P у – поперечная составляющая; P x – продольная составляющая

В этом случае может случиться так, что даже небольшая по величине боковая сила может спровоцировать занос.

При движении автомобиля по криволинейной траектории с радиусом R величина центробежной силы инерции P ц определяется по формуле:

(3)

где G a – масса автомобиля, кг;

V – скорость движения, км/час;

g = 9,81 м/с 2 – ускорение свободного падения;

R – радиус кривизны траектории движения автомобиля, м;

13 = 3,6 2 – переводной коэффициент

Из формул (1) и (3) следует, что критическая скорость по условию заноса определяется по формуле:

(4)

Очевидно, что чем выше коэффициент сцепления шины с дорогой, тем выше критическая скорость по условию заноса, тем при большей скорости возникнет опасность потери устойчивости.

В табл.2 приведены результаты расчета критической скорости по условию заноса для разных значений радиусов траектории движения и трех значений коэффициента сцепления:

φ 1 = 0,7 – сухой асфальт

φ 2 = 0,5 – мокрый асфальт

φ 3 = 0,2 – сухой лед

Критическая скорость по условию заноса, км/час

По данным табл.2 построены графики зависимости на рис. 4

Рис. 4 График зависимости критической скорости по условию заноса от радиуса траектории движения автомобиля: 1 – φ 1 = 0,7, 2 – φ 2 = 0,5, 3 – φ 3 = 0,2

Из формулы (4) следует, что минимальный радиус поворота по условию заноса вычисляется по формуле:

(5)

В табл.3 приведены результаты расчета минимального радиуса поворота по условию заноса для разных значений скорости движения и трех значений коэффициента сцепления:

φ 1 = 0,7 – сухой асфальт

φ 2 = 0,5 – мокрый асфальт

φ 3 = 0,2 – сухой лед

По данным табл.3 построены графики зависимости на рис. 5

Анализ приведенных на рис. 4 и 5 зависимостей показывает, что потеря устойчивости по условию заноса для исследуемого автомобиля является реальной опасностью, так как имеет место в рабочем диапазоне скоростей движения. В городских условиях движения со скоростями до 60 км/час по сухим асфальтированным дорогам безопасным является движение по криволинейной траектории с радиусом не менее 40 м, а при движении по скользкой обледенелой дороге радиус закругления должен быть не менее 140 м. При большей кривизне траектории движения водитель должен снижать скорость.

Минимальный радиус поворота, м

Рис. 5 График зависимости минимального радиуса поворота по условию заноса от скорости движения автомобиля: 1 – φ 1 = 0,7, 2 – φ 2 = 0,5, 3 – φ 3 = 0,2

При движении исследуемого автомобиля вне населенных пунктов с установленным лимитом скорости 90 км/час безопасными являются повороты с радиусом не менее 90 м – для сухого асфальта. Движение по скользкой обледенелой дороге с коэффициентом сцепления φ 3 = 0,2 с такой скоростью возможно только в том случае, если радиус поворота будет более 320 м, а движение с максимальной для этого автомобиля скоростью V = 148 км/час возможно при радиусе поворота не менее 859 м.

Потеря продольной устойчивости в виде скольжения может происходить на спусках и подъемах по дорогам с низким коэффициентом сцепления. При спуске это выражается в продольном скольжении автомобиля в направлении движения, а при подъеме – в буксовании ведущих колес, вызывающем сползание автомобиля назад.

Рис. 6 Расчетная схема для определения показателей устойчивости автомобиля при движении на спуске

Движение на скользком спуске происходит с малой скоростью, поэтому силой сопротивления воздуха и силой сопротивления качению в рассматриваемой ситуации можно пренебречь.

Сила, вызывающая соскальзывание автомобиля:

(6)

Максимальная сила, удерживающая автомобиль на спуске равна силе сцепления:

(7)

Равенство этих сил соответствует началу соскальзывания автомобиля, при этом:

(8)

Результаты расчета для трех выбранных значений коэффициента сцепления представлены в табл. 4.

Угол уклона, град

Из приведенных в табл. 4 данных следует, что при значениях коэффициентов сцепления 0,7 и 0,5 соскальзывание автомобиля невозможно, так как уклонов 35 и 27 градусов на автомобильных дорогах не бывает. Вероятность соскальзывания автомобиля на обледенелой дороге с коэффициентом сцепления 0,2 мала, так как для этого требуется уклон 11 градусов, что маловероятно в реальных дорожных условиях.

Рис. 7 Расчетная схема для определения показателей устойчивости автомобиля при движении на подъем

На рис. 7 приведена расчетная схема для определения предельного значения угла подъема, преодолеваемого переднеприводным автомобилем по условию сцепления. Максимальная величина продольной реакции в этом случае ограничена силой сцепления передних ведущих колес. Движение на скользком подъеме происходит с малой скоростью, поэтому силой сопротивления воздуха и силой сопротивления качению в рассматриваемой ситуации можно пренебречь.

(9)

здесь а для определения Z 1 составим уравнение моментов всех сил относительно точки контакта задних ведомых колес с опорной поверхностью:

(10)

где b и h – координаты центра тяжести автомобиля

Выразив Z 1 из уравнения (10) и подставив его значение в (9). Получим:

(11)

Координаты центра тяжести

Выбирая координаты центра тяжести из табл. 5 для трех выбранных значений коэффициента сцепления получаем предельные значения угла подъема по условию сцепления. Результаты расчета представлены в табл. 6.

Предельные значения угла подъема по условию сцепления

α max для порожнего автомобиля

α max для груженого автомобиля

Из приведенных в табл. 6 данных следует, что при значениях коэффициентов сцепления 0,7 и 0,5 соскальзывание автомобиля на подъеме невозможно, так как уклонов 12…21 градусов на автомобильных дорогах не бывает. Вероятность соскальзывания автомобиля на обледенелой дороге с коэффициентом сцепления 0,2 невелика, но вполне реальна, так как участки дорог с подъемами 5 градусов, что соответствует приблизительно 9%, на практике могут встречаться, а в случае ошибок водителя при управлении автомобилем на подъеме с меньшей величиной уклона пробуксовка ведущих колес может привести к значительному снижению коэффициента сцепления шин с дорогой и началу соскальзывания автомобиля.

Максимальный угол косогора по условию заноса (скольжения)  з — угол поперечного уклона дороги, при котором начинается скольжение автомобиля, иллюстрирует рис. 8.

Рис. 8 Расчетная схема для определения показателей устойчивости автомобиля при движении по дороге с поперечным уклоном

Потеря устойчивости автомобиля в результате соскальзывания его в поперечном направлении возможна только при больших значениях угла поперечного уклона. В таких условиях движение с высокой скоростью крайне опасно, если это не случай движения на вираже, поэтому при расчете предельного значения угла косогора предполагаем движение с малой скоростью и считаем, что сила сопротивления воздуха и сила сопротивления качению пренебрежимо малы. Соскальзывание автомобиля в поперечном направлении может произойти в том случае, когда сумма поперечных сил станет равна, или превысит силу сцепления.

(12)

(13)

Из уравнений (12) и (13) получаем:

(14)

Результаты расчета предельных значений угла косогора по условию скольжения для трех выбранных значений коэффициента сцепления представлены в табл. 7.

Угол поперечного уклона, град

Из приведенных в табл. 7 данных следует, что при значениях коэффициентов сцепления 0,7 и 0,5 соскальзывание автомобиля невозможно, так как поперечных уклонов 35 и 27 градусов на автомобильных дорогах не бывает. Вероятность соскальзывания автомобиля на обледенелой дороге с коэффициентом сцепления 0,2 мала, так как для этого требуется уклон 11 градусов, что маловероятно в реальных дорожных условиях. При движении по бездорожью величина поперечного уклона 11 градусов, что соответствует приблизительно 19%, возможна. В этом случае автомобиль начнет скольжение в поперечном направлении.

Сопоставление данных таблиц 4 и 7 приводит к выводу о том, что показатели устойчивости автомобиля по условию скольжения в продольном и поперечном направлении совпадают. Такой результат получен в результате принятых допущений, а именно:

Скорость движения мала

Сила сопротивления качению равна нулю

Сила сопротивления воздуха равна нулю

Подвеска автомобиля жесткая и не допускает крена кузова

Коэффициенты сцепления φ х и φ у равны

В действительности, в результате проявления перечисленных факторов эти показатели могут иметь незначительные отличия.

1.2 Расчет показателей устойчивости автомобиля по услови ю опрокидывания

Расчетная схема для определения максимального угла косогора по условию опрокидывания соответствует рис. 8. Такой вид потери устойчивости возможен в результате действия поперечной составляющей силы тяжести автомобиля

Составим уравнение моментов всех сил относительно оси, проходящей через центры контактов шин с дорогой (см. рис. 8)

(15)

где b и h – координаты центра тяжести автомобиля

B – колея автомобиля

В начале опрокидывания автомобиля вертикальная реакция левых колес Z л =0. Таким образом, максимальный угол косогора по условию опрокидывания определится по формуле:

(16)

где – коэффициент поперечной устойчивости

Для порожнего автомобиля:

Для груженого автомобиля:

Сопоставление полученных результатов с показателями поперечной устойчивости по условию скольжения позволяет сделать вывод о том, что опрокидывание автомобиля на участке дороги с поперечным уклоном невозможно, так как поперечное скольжение начнется раньше.

Вероятность продольного опрокидывания через переднюю или заднюю ось незначительна и может быть либо следствием нарушения правил перевозки длинномерных грузов, либо следствием наезда на пороговое препятствие. Подобные события относятся к категории дорожно-транспортных происшествий, влекут за собой повреждения транспортного средства и поэтому при изучении эксплуатационных свойств автомобиля не рассматриваются.

Расчетная схема для определения критической скорости по условию опрокидывания при движении по криволинейной траектории соответствует рис. 3. Такой вид потери устойчивости возможен при движении с высокой скоростью по дороге с хорошими сцепными качествами. При повороте автомобиля под действием центробежной силы инерции автомобиль может опрокинуться относительно оси, проходящей через центры контактов шин наружных колес с дорогой. Составим уравнение моментов всех сил относительно этой оси:

(17)

где h – высота центра тяжести автомобиля

B – колея автомобиля

Z п – сумма вертикальных реакций дороги, действующих на внутренние колеса автомобиля. По рис. 3 – это правые колеса.

В момент начала опрокидывания внутренние колеса автомобиля отрываются от дороги и вертикальные реакции Z п равны нулю.

(18)

Подставив в уравнение (18) значение силы P у получим:

(19)

где – коэффициент поперечной устойчивости

В — колея автомобиля

h — высота центра тяжести

R — радиус поворота

g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;

13 = 3,62 – переводной коэффициент

В табл.8 приведены результаты расчета критической скорости по условию опрокидывания для исследуемого автомобиля в порожнем и груженом состоянии.

Критическая скорость по условию опрокидывания, км/час

Радиус поворота, м

Коэффициент поперечной устойчивости

По данным табл. 8 построены графики зависимости на рис. 9

Рис. 9 График зависимости критической скорости по условию опрокидывания от радиуса траектории движения: 1 – для порожнего состояния; 2 – для груженого состояния

Из формулы (19) следует, что минимальный радиус поворота по условию опрокидывания вычисляется по формуле:

(20)

В табл. 9 приведены результаты расчета минимального радиуса поворота по условию опрокидывания для разных значений скорости движения, для порожнего и груженого состояния.

Анализ приведенных на рис. 9 и 10 зависимостей показывает, что потеря устойчивости по условию опрокидывания для исследуемого автомобиля является маловероятным событием, так как имеет место при высоких скоростях движения, не совместимых с радиусом траектории. В городских условиях движения со скоростями до 60 км/час по сухим асфальтированным дорогам опрокидывание может произойти при поворотах с радиусом 30 метров и менее. Такой режим движения может быть только следствием грубого нарушения водителем правил безопасного управления автомобилем. При движении исследуемого автомобиля вне населенных пунктов с установленным лимитом скорости 90 км/час опрокидывание может произойти при поворотах с радиусом 60 метров и менее. Во всех этих ситуациях опрокидыванию будет предшествовать скольжение, в результате чего опрокидывание либо будет невозможно, либо станет случайным событием, связанным с наездом на пороговое препятствие достаточной высоты.

Минимальный радиус поворота по условию опрокидывания, м

Коэффициент поперечной устойчивости

По данным табл. 9 построены графики зависимости на рис.10

Рис. 9 График зависимости минимального радиуса поворота по условию опрокидывания от скорости движения: 1 – для порожнего состояния; 2 – для груженого состояния

1. 3 Исследование движения автомобиля с заносом

При неправильном выборе водителем скорости движения автомобиля на повороте центробежная сила инерции может превысить силу сцепления. В этом случае возможен занос – движение автомобиля с поперечным скольжением колес.

Возможны следующие виды заноса:

Занос задней оси

Занос передней оси

Занос обеих осей (снос автомобиля)

Наименее подвержены заносу передние (не ведущие) колеса в связи с тем, что касательные реакции на передних колесах, которые определяются сопротивлением качению, в десятки раз меньше сил сцепления. Колесо, нагруженное тяговым или тормозным моментом, более склонно к заносу. Если касательная реакция равна силе сцепления, то достаточно небольшого бокового усилия, чтобы возник занос.

Занос передней и задней оси происходит неодинаково. При заносе передней оси (см. рис. 10) кривизна траектории движения уменьшается, уменьшается центробежная сила инерции Рц , уменьшаются касательные реакции, восстанавливается соотношение , занос самоликвидируется.

Рис. 10 Иллюстрация движения автомобиля с заносом передней оси

При заносе задней оси (см. рис. 11) кривизна траектории движения наоборот увеличивается, увеличивается центробежная сила инерции Рц и еще больше усиливает занос. Поэтому занос задней оси является прогрессирующим. Если водитель вовремя не примет меры, автомобиль может стать неуправляемым.

Рис. 11 Иллюстрация движения автомобиля с заносом задней оси

Рис. 12 Иллюстрация стабилизирующего и дестабилизирующего моментов переднеприводного автомобиля

Исследуемый автомобиль – переднеприводный. Переднеприводные автомобили менее склонны к заносам так как сила тяги передних колес и сила сопротивления качению задних создают значительный стабилизирующий момент (см. рис. 12). Тем не менее, при неправильном выборе скорости на входе в поворот занос вполне возможен. Если водитель применит торможение двигателем, то скорость несколько снизится и уменьшит центробежную силу инерции, вызвавшую занос. Но при этом продольные реакции передних колес изменят свое направление и создадут дестабилизирующий момент, который может оказать решающее влияние на устойчивость. Поэтому при заносе переднеприводного автомобиля торможение двигателем не рекомендуется и тем более торможение колесными тормозами. Поворот управляемых колес в сторону заноса уменьшит величину центробежной силы инерции, что будет способствовать прекращению заноса.

1.4 Исследование движения автомобиля на вираже

Вираж – участок дороги, имеющий кривизну в плане и поперечный уклон к центру кривизны. Виражи устраивают на поворотах скоростных дорог для повышения устойчивости автомобилей (см. рис. 13).

Рис. 13 Расчетная схема для случая движения автомобиля на вираже

При действии центробежной силы инерции Р ц равнодействующая R смещается к центру колеи, что увеличивает стабилизирующий момент и обеспечивает устойчивость автомобиля. Из приведенной на рис. 13 расчетной схемы следует:

(21)

Подставив в формулу (21) значение силы P у из формулы (3) получим:

(22)

где R — радиус поворота

g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;

13 = 3,62 – переводной коэффициент

В табл. 10 приведены результаты расчета поперечного уклона виража для различных скоростей движения автомобиля.

Угол поперечного уклона виража, град

Радиус поворота, м

По данным табл. 10 построены график зависимости на рис. 14

Анализ полученных данный позволяет сделать следующие выводы:

1. В городских условиях движения, для которых характерно выполнение поворотов при скоростях 20…40 км/час величина поперечного уклона виража незначительна. Кроме этого, учитывая то, что в городских условиях движения повороты выполняются как правило на пересечениях дорог, устраивать здесь виражи не оправдано. Достаточно обеспечить ровное дорожное покрытие с хорошими сцепными качествами, а также обеспечить сток дождевой воды в ливневую канализацию.

2. В свободных условиях движения с высокими скоростями вне населенных пунктов для обеспечения безопасности движения автомобилей на поворотах дорог полезно устраивать виражи. Однако при этом следует учитывать, что вираж должен обеспечивать безопасность движения как для быстро движущихся, так и для медленно движущихся транспортных средств.

Рис. 14 График зависимости угла поперечного уклона виража от скорости движения автомобиля: 1 – радиус поворота R = 200 м; 2 – радиус поворота R = 500 м; 3 – радиус поворота R = 800 м

2 . Анализ управляемости автомобиля

Управляемость — свойство автомобиля двигаться в направлении, заданном водителем. Управляемость тесно связана с устойчивостью. Для количественной оценки управляемости применяют следующие показатели:

1. Критическая скорость по условиям управляемости

2. Поворачиваемость автомобиля

3. Соотношение углов поворота управляемых колес

4. Стабилизация управляемых колес

5. Угловые колебания управляемых колес

6. Предельное значение скорости изменения кривизны траектории

7. Количество энергии, затрачиваемой на изменение направления движения

8. Отклонения траектории автомобиля от заданной и частота повторяемости этих отклонений

2.1 Критическая скорость по условиям управляемости

Критической скоростью по условию управляемости называют скорость, с которой автомобиль может двигаться на повороте без поперечного скольжения управляемых колес. Эта скорость определяется по формуле:

(23)

где f – коэффициент сопротивления качению

φ – коэффициент сцепления

θ – угол поворота управляемого колеса

g = 9,81 м/с 2 – ускорение свободного падения;

L – база автомобиля

Если скорость автомобиля больше V упр то управляемые колеса при повороте проскальзывают в поперечном направлении, так как поворот колес не изменяет направления движения автомобиля. Чем меньше радиус поворота автомобиля, тем меньше должна быть его скорость. На дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления φ обычно во много раз больше коэффициента сопротивления качению f , поэтому автомобиль сохраняет управляемость даже при движении по кривым малых радиусов. Анализ формулы (23) показывает, что малые значения V упр могут быть получены при близких значениях φ и f , что в реальных условиях встречается очень редко. В табл. 11 представлены результаты расчета V упр для трех выбранных значений коэффициента сцепления:

φ 1 = 0,7 – сухой асфальт

φ 2 = 0,5 – мокрый асфальт

φ 3 = 0,2 – сухой лед

Для всех трех условий сцепления коэффициент сопротивления качению f = 0,02 что соответствует ровной твердой поверхности.

Из табл. 11 видно, что при движении автомобиля по твердой опорной поверхности критическая скорость по условию управляемости имеет очень высокие значения и практически недостижима, так как при движении с такими скоростями раньше случится потеря устойчивости по условию скольжения. При сближении значений φ и f в сложных дорожных условиях движение с высокими скоростями станет невозможным, а при равенстве этих коэффициентов автомобиль не сможет двигаться.

2.2 Поворачиваемость автомобиля

Поворачиваемость автомобиля – это его свойство уклоняться в результате бокового увода от направления, определяемого положением управляемых колес. Поворачиваемость автомобиля тесно связана с явлением увода эластичного колеса при действии на него боковой силы. При повороте автомобиля на него действует центробежная сила инерции. Под действием этой силы эластичные колеса деформируются в поперечном направлении. Пятно контакта искривляется и приобретает бобовидную форму, направление качения колеса не совпадает с его плоскостью вращения. Угол между ними называется углом увода .

Рис. 14 Иллюстрация увода эластичного колеса при действии на него боковой силы

Угол увода тем больше, чем больше боковая эластичность шины и чем больше боковая сила. Реакция автомобиля на действие боковой силы зависит не столько от величины угла увода колес, сколько от соотношения углов увода колес передней и задней оси (1 и 2).

Если 1 = 2 , автомобиль имеет нейтральную поворачиваемость. При прямолинейном движении такого автомобиля боковая сила Ру вызовет его смещение, но не изменит курса. При повороте такого автомобиля радиус поворота будет близок к радиусу поворота автомобиля с жесткими колесами, хотя траектории их не совпадут.

Рис. 15 Движение автомобиля с нейтральной поворачиваемостью при действии на него боковой силы

Если 1 > 2 , автомобиль имеет недостаточную поворачиваемость. При прямолинейном движении такого автомобиля боковая сила Ру вызовет его смещение и изменение курса в сторону действия этой силы. При повороте такого автомобиля радиус поворота будет больше, чем у автомобиля с жесткими колесами. Автомобиль требует большего угла поворота управляемых колес, но не склонен к заносу.

Рис. 16 Движение автомобиля с недостаточной поворачиваемостью при действии на него боковой силы

Если 1 2.3 Соотношение углов поворота управляемых колес

Для качения колес без поперечного скольжения они должны поворачивать относительно одной точки. Эта точка «О» называется центром поворота. Очевидно, что для выполнения этого условия управляемые колеса должны быть повернуты на разные углы

Соотношение между ними должно удовлетворять условию:

(24)

такое соотношение приближенно обеспечивает рулевая трапеция.

Рис. 18 Кинематика поворота автомобиля

Исследуемый автомобиль имеет реечный рулевой механизм (см. рис. 19), хорошо компонующийся с элементами переднего привода. Его рулевая трапеция образована поперечными рулевыми тягами и рычагами телескопических стоек передней подвески и обеспечивает выполнение равенства (24).

2. 4 Стабилизация управляемых колес

Стабилизацией управляемых колес называется их свойство сохранять нейтральное положение и самопроизвольно возвращаться к нему после выполнения поворота. Стабилизация обеспечивается скоростным и весовым стабилизирующими моментами, возникающими в результате специфической ориентации оси поворота управляемых колес в пространстве. Передняя подвеска исследуемого автомобиля бесшкворневая (см. рис. 20). Ось поворота управляемого колеса – воображаемая линия, проходящая через ось подшипника 20 верхней опоры и центр шаровой опоры 12 поворотного кулака 6. Эта ось имеет наклон в продольной и поперечной плоскостях. В продольной плоскости нижняя часть оси поворота смещена вперед, что обеспечивает возникновение скоростного стабилизирующего момента, проявляющего себя при качении управляемого колеса. В поперечной плоскости нижняя часть оси поворота смещена наружу, что обеспечивает возникновение весового стабилизирующего момента, проявляющего себя в результате действия веса автомобиля.

При входе автомобиля в поворот водитель должен создать на рулевом колесе момент такой величины, которая бы превышала сумму стабилизирующих моментов и момента трения, поэтому для облегчения управления автомобилем величина стабилизирующих моментов не должна быть особенно большой.

При выходе автомобиля из поворота водитель уменьшает усилие на рулевом колесе и управляемые колеса под действием стабилизирующих моментов возвращаются в нейтральное положение. Во время прямолинейного движения автомобиля стабилизирующие моменты на правом и левом управляемых колесах взаимно уравновешиваются и удерживают колеса и рулевой вал в нейтральном положении.

2.5 Угловые колебания управляемых колес

Управляемые колеса исследуемого автомобиля при его движении кроме вращения могут совершать колебательные движения. Эти колебательные движения могут быть вызваны разными причинами: неровностями дороги, неуравновешенностью колес, люфтами в шарнирных соединениях элементов рулевого управления и подвески.

При колебаниях управляемых колес, вызванных неровностями дороги возникают гироскопические моменты, под действием которых развивается колебательный процесс, но в связи с тем, что воздействия неровностей дороги на управляемые колеса носят случайный характер, они не доставляют водителю заметных неудобств при управлении автомобилем.

Наибольшую опасность представляют периодические угловые колебания управляемых колес вокруг их осей поворота. Такие колебания вызывают значительные знакопеременные нагрузки в деталях и шарнирах рулевого управления и подвески, а колебания с большой амплитудой могут привести к потере управляемости. Еще более опасны угловые колебания, частота которых совпадает с собственной частотой упругих элементов конструкции. В этом случае вероятность потери управляемости становится очень большой.

Недопустимо значительные периодические колебания управляемых колес в большинстве случаев являются следствием неуравновешенности одного или обоих управляемых колес. На рис. 22 показана схема, поясняющая механизм возникновения угловых колебаний управляемых колес при наличии у них дисбаланса.

Рис. 22 Иллюстрация статического дисбаланса управляемых колес автомобиля.

Дисбаланс колеса может иметь место при неравномерном износе протектора шины, в результате неправильного монтажа шины на обод, в результате деформации обода или в результате повреждения каркаса шины. При повреждении каркаса шины (прокол, наезд на неровность, старение) она теряет правильную геометрическую форму, и никакие манипуляции с колесом в этом случае не позволят избавиться от угловых колебаний управляемых колес. Шина, потерявшая правильную геометрическую форму, так же, как и деформированный обод колеса, подлежат замене.

Дисбаланс колеса может также иметь место при правильной геометрической форме шины и обода. Обычно это связано с неодинаковой толщиной шины по периметру. Незначительная величина этой неравномерности не считается дефектом и устраняется установкой на обод колеса балансировочных грузов.

Различают статический и динамический дисбаланс колеса. При статическом дисбалансе центр тяжести колеса смещен относительно его геометрической оси (см. рис. 22), но находится в средней плоскости вращения. При вращении такого колеса возникает центробежная сила инерции P ц которая вызывает его биение в плоскости вращения. При статическом дисбалансе правого и левого управляемых колес их угловые колебания могут совпадать по фазе, быть в противофазе, или с некоторым произвольным сдвигом фаз колебаний. При совпадении фаз колебаний правого и левого колеса амплитуда колебаний колес и рулевого привода максимальны. После того, как колеса изменят свое взаимное угловое положение, например после движения на повороте, когда наружное колесо вращается с большей скоростью, может случиться так, что на колеса будут действовать противофазные возмущающие силы и водитель перестанет ощущать колебания рулевого колеса. В промежуточных взаимных угловых положениях управляемых колес амплитуда колебаний деталей рулевого привода и угловых колебаний рулевого вала будет иметь случайный характер.

Другой разновидностью дисбаланса колеса является динамический дисбаланс, при котором центр тяжести колеса находится на его геометрической оси и неподвижное колесо сохраняет свое положение безразличного равновесия, но из-за неравномерного распределения масс относительно средней плоскости вращения колеса возникает пара сил, вызывающая колебание самой плоскости вращения колеса, что опять же порождает колебания этого колеса относительно оси его поворота. Колебания деталей рулевого привода, рулевого вала, и приводит к ухудшению управляемости и устойчивости автомобиля.

Рис. 23 Иллюстрация динамического дисбаланса управляемых колес автомобиля.

Динамический дисбаланс колеса устраняется установкой на обод колеса балансировочных грузов в одной и той же процедуре балансировки вместе со статическим дисбалансом.

Исследуемый автомобиль имеет минимальное количество шарнирных соединений в рулевом приводе и подвеске, поэтому его склонность к колебаниям управляемых колес минимальна. Рулевой привод включает в себя два шарнирных сочленения, подвеска каждого из управляемых колес имеет верхнюю опору с шариковым подшипником и нижнюю шаровую опору где возможен износ и люфт. Для обеспечения хорошей устойчивости и управляемости этого автомобиля водителю необходимо следить за состоянием этих узлов, периодически проверять балансировку колес, углы их установки, а также продольный угол наклона оси поворота управляемых колес.

2.6 Предельное значение скорости изменения кривизны траектории и количество энергии, затрачиваемой на изменение направления движения

Предельное значение скорости изменения кривизны траектории движения автомобиля тесно связано с количеством энергии, затрачиваемой на изменение направления движения. Главным образом эти свойства зависят от передаточного числа рулевого механизма, передаточного числа рулевого привода и от наличия усилителя в рулевом управлении. Если водитель имеет возможность быстро изменять направление движения автомобиля, не затрачивая при этом больших физических сил, можно говорить о хорошей управляемости этого автомобиля. Исследуемый автомобиль имеет рулевой механизм реечного типа, в котором вращение вала ведущей шестерни преобразуется в линейные перемещения зубчатой рейки. Самоподжимной упор рейки обеспечивает ее беззазорное соединение с ведущей шестерней, что не допускает появление люфтов в рулевом механизме. Применение пластичной смазки вместо жидкой делает стабильным момент сопротивления повороту рулевого вала в широком диапазоне температур. Передаточное число рулевого механизма и рулевого привода подобрано таким образом, чтобы обеспечить хорошую управляемость автомобиля.

2.7 Отклонения траектории автомобиля от заданной и частота повторяемости этих отклонений

Силы, действующие на автомобиль при его движении, не постоянны. Во многом они зависят от режима его движения, но во многом носят случайный характер. Состояние дороги, от которого зависит величина коэффициента сопротивления качению колеса, зависит от состояния дорожного покрытия и является величиной по сути своей случайной. С изменением состояния дорожного покрытия изменяется величина силы сопротивления качению. Изменение продольного и поперечного профиля дороги тоже носят случайный характер и могут оказывать случайные воздействия на величину продольных и поперечных реакций. Изменение продольных реакций приводит к изменению скорости движения автомобиля, а случайное изменение поперечных реакций может вызвать отклонение траектории движения автомобиля от заданной. При этом водитель будет вынужден корректировать направление движения поворотом рулевого колеса.

Большие по величине боковые силы неизбежно изменят траекторию движения автомобиля и без корректирующих действий водителя в этом случае не обойтись. Для малых и умеренных боковых сил в конструкция автомобиля должно быть предусмотрено противодействие изменению курса автомобиля. Во значительной мере эти свойства связаны с поворачиваемостью автомобиля. Автомобиль с недостаточной поворачиваемостью при действии боковой силы изменяет курс в сторону действия боковой силы. Такой автомобиль склонен к отклонению от заданной траектории движения (см. рис. 16). Автомобиль с избыточной поворачиваемостью при действии боковой силы изменяет курс в сторону, противоположную направлению действия боковой силы (см. рис. 17). Такой автомобиль без участия водителя стремится сохранить заданное направление движения. Однако в этом случае реакция автомобиля на действие боковой силы должна быть адекватной. При неадекватной реакции автомобиль может изменить свой курс навстречу действующей на него боковой силе, что так же потребует принятия мер водителем.

Таким образом, поворачиваемость автомобиля не может быть оптимальной для всех возможных ситуаций. Если для сохранения устойчивости автомобиля при движении на повороте предпочтительнее недостаточная поворачиваемость, то при действии случайной боковой силы предпочтительнее избыточная поворачиваемость, при этом для каждой величины случайной боковой силы требуется определенная избыточная поворачиваемость, что является не реальным. Кроме этого поворачиваемость автомобиля может изменяться при изменении степени загрузки автомобиля, как это было выяснено выше при расчете координат центра тяжести для порожнего и груженого автомобиля. Поэтому очевидно, что поворачиваемость автомобиля – это компромисс.

Случайной боковой силой может быть порыв бокового ветра, связанный с естественным движением воздушных масс или с вихревыми воздушными потоками при обгоне крупногабаритного автомобиля, движущегося с высокой скоростью. Равнодействующая сил бокового воздушного потока в этом случае приложена в точке, называемой центром давления или центром парусности автомобиля. Положение этой точки зависит от аэродинамических свойств кузова автомобиля. Реакция автомобиля на действие случайной боковой силы ветра будет зависеть от положения центра давления. Если центр давления расположен ближе к передним колесам, то порыв бокового ветра вызовет больший увод передних колес и изменение курса автомобиля в направлении порыва. Если центр давления расположен ближе к задним колесам, то порыв бокового ветра вызовет больший увод задних колес и изменение курса автомобиля навстречу порыву. Во втором случае автомобиль более устойчив к боковым порывам ветра.

Исследуемый автомобиль имеет поворачиваемость близкую к нейтральной или недостаточную. Это обеспечивает безопасное движение на поворотах, достаточную устойчивость и управляемость.

3. Анализ тормозной динамичности автомобиля

Торможение – это искусственно созданное сопротивление движению автомобиля, которое может многократно превышать сумму сил сопротивления движению в обычных условиях. При этом скорость движения автомобиля может быть снижена до любой величины. Часть кинетической энергии автомобиля должна быть превращена тем или иным способом в энергию другой формы. Большое распространение получили колесные тормоза, использующие повышение касательных реакций Хi опорной поверхности. Возникающий при этом тормозной момент M  направлен против вращения колеса. В процессе торможения кинетическая энергия преобразуется в тепловую, которая рассеивается в атмосфере. Но часть этой энергии тратится на преодоление всегда имеющихся сил сопротивления воздуха P в и дороги Р д .

В колесных тормозах обычно используются силы трения колодок о барабан (диск). Иногда увеличение касательных реакций X получают другими способами, например:

1. используют сопротивление вращению коленчатого вала (моторный тормоз-замедлитель)например КамАЗ-5320

2. используют сопротивление перемешиванию жидкости (гидродинамический тормоз-замедлитель) БелАЗ-540А

3. преобразуют механическую энергию в электрическую (электродинамический тормоз-замедлитель) БелАЗ-7519

Для торможения автомобиля могут применяться совершенно другие принципы, не связанные с увеличением касательных реакций X  . Например, выдвигающиеся плоскости, увеличивающие силу сопротивления воздуха Рв . Этот способ эффективен только при высоких скоростях V > 200 км/час.

Рис. 24 Расчетная схема для анализа торможения колеса

На рис. 24 показана схема сил и моментов, действующих на тормозное колесо. Тормозной момент М  и момент сопротивления качению М f препятствуют вращению колеса. Момент инерции M j направлен в противоположную сторону. Их сумма равна нулю

Показатели тормозной динамичности:

Минимальный тормозной путь

Минимальное время торможение автомобиля

Минимальный тормозной путь S т [м] — путь, проходимый автомобилем за время движения от начальной скорости V 0 до остановки. Определяют на сухой, ровной, горизонтальной дороге.

Рис. 25 Диаграмма торможения

t р = 0,4 . 1,5 с — время реакции водителя (в расчетах обычно принимают t р = 0,8 с)

t пр — время срабатывания тормозного привода:

— гидравлический привод 0,2 . 0,4 с

— пневматический привод 0,6 . 0,8 с.

t у — время увеличения замедления:

— гидравлический привод 0,05 . 0,4 с

— пневматический привод 0,15 . 1,3 с.

t тор — время торможения. Зависит от начальной скорости V 0 , от усилия на педали и эффективности тормозной системы.

Формула для приближенного вычисления тормозного пути:

(25)

где S T — тормозной путь [м]

Кэ – коэффициент эффективности торможения (для легковых и сконструированных на их базе автомобилей Кэ = 1,2 для грузовых и сконструированных на их базе Кэ = 1,4)

V 0 — начальная скорость автомобиля [км/ч]

254 = 3,62 29,81 – переводной коэффициент

φ – коэффициент сцепления;

– коэффициент сопротивления дороги;

Уклон принимаем равным нулю, так как расчет тормозного пути проводится для случая движения по горизонтальному участку дороги;

– коэффициент сопротивления качению для твердого дорожного покрытия в удовлетворительном состоянии.

В табл. 12 приведены результаты расчета тормозного пути исследуемого автомобиля для трех значений коэффициента сцепления: