2014-01-25
711
УСТОЙЧИВОСТЬ АВТОМОБИЛЯ
При изучении устойчивости автомобиля рассматривают его движение со всеми степенями свободы, кроме движения в направлении, перпендикулярном к опорной поверхности, направлении продольной оси автомобиля.
Исключение движения в направлении, перпендикулярном к опорной поверхности, естественно, поскольку отклонение от параметров возмущенного движения от параметров невозмущенного в этом направлении не может возрастать непрерывно. Характер изменения движения автомобиля в направлении его продольной оси (собственного движения), в том числе и устойчивость движения в этом направлении, определяется тяговыми и тормозными свойствами автомобиля.
В качестве параметров при изучении устойчивости автомобиля обычно принимают угловые отклонения:
1. Угол и угловая скорость продольного опрокидывания автомобиля.
2. Угол и угловая скорость крена автомобиля (угол и угловая скорость поперечного опрокидывания).
3. Угол и угловая скорость поворота автомобиля.
Таким образом, следует различать устойчивость по опрокидыванию (продольную и поперечную), по направлению движения (курсовая устойчивость) и по боковому смещению (боковая устойчивость).
Часть из тех параметров движения, которые характеризуют устойчивость автомобиля, являются управляемыми (угол и угловая скорость поворота, траектория направляющей точки), а часть – неуправляемыми (углы и угловые скорости поперечного и продольного опрокидывания).
Устойчивость и управляемость функционально связаны - это создает условия сохранения управляемых параметров автомобиля постоянными на некотором отрезке пути. У автомобиля, обладающего хорошей устойчивостью, приближение параметров движения к желательным, возможно без вмешательства водителя (т.е. без затраты им энергии на управление автомобилем) в сравнительно широком диапазоне возмущений.
Поэтому вероятность приближения фактических параметров движения к желательным при прочих равных условиях тем выше, чем лучше устойчивость автомобиля. Предельные значения кривизны траекторий различных точек автомобиля, а также скорости изменения кривизны часто ограничиваются из-за потери им устойчивости. Чем лучше устойчивость автомобиля, тем более широким может быть диапазон изменения параметров его движения, те. Тем большей степени фактические параметры движения могут приближаться к желательным.
Продольная устойчивость автомобиля
Продольная устойчивость автомобиля характеризуется возможностью его опрокидывания вокруг передней или задней оси.
Общий случай движения автомобиля – ускоренное движение на подъеме с прицепом (рис.). Уравнение момента сил относительно точки О - возможной точки опрокидывания определится из условия равновесия моментов относительно точки О:
Приравняв нулю нормальную реакцию на передние колеса, получим выражение, определяющее предельное по устойчивости состояние автомобиля:
Опрокидывание автомобиля через заднюю ось может произойти при преодолении максимального подъема из-за действия составляющей силы веса Рп, силы инерции Ри и при движении с максимальной скоростью из-за силы сопротивления воздуха Рв.
При движении автомобиля на максимальный подъем его скорость бывает мала и поэтому можно пренебречь силой сопротивления воздуха Р. Можно принять также, что преодоление подъема происходит с установившейся скоростью (j=0), так как разгон на максимально допустимом подъеме невозможен. При этих условиях получим условия продольного опрокидывания автомобиля:
Принимая равенство (Рпр= Gпрsinα), получим значения максимального угла подъема в гору:
Полученное выражение для расчета, позволяет определить максимальную величину подъема, которую автомобиль с прицепом может преодолеть при установившейся скорости движения без опрокидывания.
При движении по хорошей дороге (= 0). Без прицепа (Р =0) величина подъема увеличится и станет равной:
Опрокидывание автомобилей обычных конструкций вокруг передней оси практически невозможно, так как расстояние b ≥ a, а для легковых автомобилей – величина положения центра масс h мала.
Автомобиль по своим тяговым качествам или по по сцеплению колес с дорогой не всегда могут выехать на предельный по опрокидыванию подъем.
Поэтому на стадии проектирования автомобиля устанавливают, чем ограничивается максимальный угол подъема – опрокидыванием, буксованием или недостатком тяговой силы.
Актуальным является анализ параметра максимального угла подъема для автомобилей повышенной проходимости, которые способны преодолевать большие подъемы и имеют высокое расположение центра масс. Для этих автомобилей ведущими являются все колеса и поэтому максимально допустимая, по условию сцепления с дорогой, тяговая сила будет определена из условия:
Для того, чтобы буксование автомобиля со всеми ведущими колесами началось до его опрокидывания, необходимо соблюдать условия:
Большинство автомобилей проектируется так, чтобы максимальный подъем ограничивался буксованием ведущих колес, а не опрокидыванием.
