Кинематика поворота автомобиля с жесткими колесами

Управляемость АТС

При рассмотрении тягово-скоростных и тормозных свойств АТС принималось условие его прямолинейного движения. В действительности траектория движения всегда криволинейная с непрерывно изменяющейся кривизной. Криволинейность движения обусловлена необходимостью совершать повороты в соответствии с задаваемой водителем траекторией, а также неизбежным отклонением АТС от нее вследствие действия внешних возмущающих сил. При движении на прямолинейных участках пределы изменения радиуса кривизны траектории невелики, поэтому такое движение рассматривается условно как прямолинейное. Это позволяет рассматривать эксплуатационные свойства отдельно при прямолинейном и отдельно при криволинейном движениях.

Управляемость – это свойство АТС сохранять в определенной до­рожной обста­новке заданное направление движения или изменять его в соответствии с воздейст­вием водителя на рулевое управление.

Для оценки управляемости предложено много оценочных показате­лей, в частно­сти, установленных ГОСТ Р 52302-2004. Стандарт дает под­робное определение каж­дого параметра и методы испытаний АТС.

Соотношение между углами по­ворота наружного θ_н и внутреннего θ_в управляе­мых колес, при котором обеспечивается их качение без сколь­жения, определя­ется из треугольников ONM и OPK:

ctg θ _н - ctg θ _в = l_o/L,

где l_o – расстояние между осями пово­ротных цапф.

При этом под радиусом пони­мают расстояние от мгновенного цен­тра поворота (точка О) до продольной оси автомобиля. Из геометрических соотношений:

R = L / tg θ,

где θ = (θ _н + θ _в) / 2 – средний угол по­ворота управляе­мых колес.

Приведенные выше формулы выведены при до­пущении, что колеса являются же­сткими в поперечном направлении.

Однако в действительно­сти ав­томобильная шина обла­дает бо­ковой эластично­стью, и при повороте возникающие боковые силы вызы­вают ее поперечную деформа­цию. Колесо катится с уводом.

4.5.2. Боковой увод колеса

Боковой увод – это отклонение вектора скорости эла­стич­ного колеса от плоскости вращения при дейст­вии боко­вой силы. Если на колесо действует боковая сила Р_у, то век­тор скорости V_к, равный геометрической сумме скоростей V_x и V_y, отклоняется от плос­кости вращения на некоторый угол δ, который называется уг­лом боко­вого увода.

Сущность этого явления заключается в том, что при приложении к колесу силы P_у его обод сместится в направлении действия силы относительно центра площади контакта колеса с дорогой, деформируя элементы шины. Эта деформация по длине площади контакта разнообразная: впереди меньше, сзади больше. Вследствие этого продольная ось площади оказывается повернутой относительно плоскости вращения колеса на угол δ.

Результаты исследований показали, что угол увода колеса для опре­деленного со­стояния шины явля­ется функ­цией боковой силы.

На графике этой зависимости можно отметить три характерных уча­стка:

0А – угол увода ли­нейно зави­сит от бо­ковой силы;

АБ – переходной, где элементы шины начинают проскаль­зывать отно­сительно до­роги;

БВ – полное скольже­ние шины в боко­вом направлении.

Для линейного участка (0А) зависимости можно записать:

Р_у = k_δ δ,

где k_d – коэффициент сопротивления уводу, Н/рад (Н/град).

Физический смысл коэффициента сопротивления уводу – это боко­вая сила в Нью­тонах, вызывающая увод колеса на 1 радиан (1 градус).

Коэффициент сопротивления уводу зависит от нормальной нагрузки на колесо, от продольной реакции, от типа и состояния дорожного покры­тия, от конструкции под­вески, от давления воздуха в шине и ее конструк­тивных параметров.

4.5.3. Кинематика поворота автомобиля с эластичными коле­сами

Боковой увод мостов на по­вороте приводит к тому, что век­торы мгновенных ско­ростей V_A и V_B центров мостов отклоняются на углы увода передних колес δ₁ и задних δ₂; мгно­венный центр пово­рота пе­ремещается из точки О в точку O', а радиус по­ворота стано­вится рав­ным R'.

Из геометрических соотно­шений следует, что

R' = L / [tg(θ - δ₁) + tg δ₂].

При высоких скоростях дви­жения и углы увода, и углы пово­рота управляемых колес не­велики (не превышают 10°).

Для этих условий можно считать tg θ ≈ θ;tg (θ - δ₁) ≈ θ - δ₁; tg δ₂ ≈ δ₂ и запи­сать:

R = L / θ,

R' = L / (θ - δ₁ + δ₂).

В зависимости от соотношения углов увода переднего и заднего мостов радиус пово­рота R' может быть либо равным радиусу поворота R автомобиля с жесткими ко­ле­сами, либо меньше или больше его, в зависи­мости от чего различают три вида пово­ра­чивае­мости.

Смещение центра поворота всегда происходит внутрь базы автомо­биля.

Дата добавления: 2014-01-04