Поворачиваемость автомобиля

                                    9. ПОВОРАЧИВАЕМОСТЬ 

  Основными параметрами, характеризующими поворачиваемость автомобиля, являются углы увода передних и задних колёс и соотношение между ними. Показателями поворачиваемости служат критическая скорость автомобиля по уводу и коэффициент поворачиваемости. 

                        9.1. Виды поворачиваемости автомобилей

  В зависимости от соотношения углов увода передних и задних колёс (мостов) автомобили могут иметь различную поворачиваемость: нейтральную, недостаточную и излишнюю.

  Нейтральная поворачиваемость (рис. 9.1, а) характеризуется тем, что углы увода передних и задних колёс равны (δ₁ = δ₂) и, следовательно, радиусы поворота автомобилей с нейтральной поворачиваемостью и жесткими колесами тоже равны, т.е. R_э = R (рис. 9.1, б). Хотя радиусы поворота R_э и R равны, траектории движения автомобилей с нейтральной поворачиваемостью и жесткими колесами не совпадают, так как центры их поворота находятся в разных точках (О и О₁).

                                                                                                          

                 

                                       

                                                                                                                                                                                                                 

                              а                                              о о₁            б      б

  Рис.9.1. Схемы автомобиля с нейтральной  поворачиваемостью:

а –  возникновение углов увода колес; б – движение на повороте; υ₁, υ₂ – векторы скоростей передних и задних колес; О, О₁ – центры поворота автомобилей 
 

                                                         

                    
 
 
 

                       а                                                                                б

                  

  Рис.9.2. Схемы автомобиля с недостаточной поворачиваемостью:

а –  возникновение углов увода колес; б – движение на повороте; υ₁, υ₂ – векторы скоростей передних и задних колес; О и О₁ – центры поворота автомобилей

  Недостаточная поворачиваемость (рис. 9.2, а) характеризуется тем, что угол увода передних колес больше, чем задних (δ₁ > δ₂), и R_э > R. Для движения автомобиля с недостаточной поворачиваемостью (рис. 9.2, б) по траектории заданного радиуса управляемые колеса необходимо повернуть на больший угол, чем при жестких колесах, так как на повороте он стремиться двигаться по кривой большего радиуса, чем определяемый положением передних управляемых колес. Следовательно, автомобиль с недостаточной поворачиваемостью безопасен при движении на повороте, так как у него имеется некоторый резерв «подруливания». Однако управление автомобилем                                                                     

   О                                                       с недостаточной поворачиваемостью на

                                                              поворотах        несколько      затрудняется                                                                    

                                                              вследствие   того,   что   он  поворачивает

                                                              более  полого , чем задано управляемыми 

                               Р_х                                          колесами.

                                                                При  действии боковой возмущающей  

                                                             силы    Р_б  (  ветер ,   боковой   толчок   от

 Рис. 9.3. Схема движения автомо-     неровности   дороги  )    прямолинейно

биля  с недостаточной поворачива-      двигавшийся         автомобиль         с

емостью при действии боковой           недостаточной         поворачиваемостью

силы:                                                       начинает   совершать    поворот   вокруг

 υ₁, υ₂ - векторы скоростей                 центра О (рис. 9.3).

передних  и задних колес; О-центр      Вследствие           этого           возникает 

поворота  автомобиля.                          центробежная    сила    Р_ц ,   поперечная

составляющая  которой Р_у действует в противоположную сторону по отношению к боковой силе Р_б.

 
 
 
 

                     а                                                                                  б

          Рис. 9.4. Схемы автомобиля с излишней поворачиваемостью:

а – возникновение углов увода колес; б – движение на повороте; υ₁, υ₂ - векторы скоростей передних и задних колес; О, О₁ – центры поворота автомобилей

В результате увод колес уменьшается. Таким образом, автомобиль с недостаточной поворачиваемостью  автоматически стремиться сохранить заданное прямолинейное движение, т.е. он устойчив и безопасен при прямолинейном движении.

   Излишняя поворачиваемость (рис  9.4, а) характеризуется тем, что  угол увода передних колес меньше, чем задних (δ₁ < δ₂), и R_э < R. Для движения автомобиля (рис. 9.4, б) с излишней поворачиваемостью по траектории данного радиуса управляемые колеса следует повернуть на меньший угол, чем при жестких колесах, так как он на повороте стремиться двигаться по кривой непрерывно уменьшающегося радиуса, что может привести к заносу задних колес. Следовательно, автомобиль с излишней поворачиваемостью при движении на повороте не имеет резерва «подруливания» и более опасен, чем автомобиль с недостаточной поворачиваемостью.

   Однако управлять автомобилем  с излишней поворачиваемостью на повороте легче, так как он поворачивает на больший угол по сравнению с заданным управляемыми    Рис.9.5. Схема движения автомобиля

колесами.                                                    с излишней  поворачиваемостью при

   При действии   боковой   силы   Р_б     действии боковой силы:

двигавшийся                  прямолинейно   υ₁, υ₂ - векторы скоростей передних

автомобиль             с            излишней    и задних колес; О – центр поворота

поворачиваемостью начинает переме-    автомобиля

мещаться  по кривой вокруг центра поворота О (рис. 9.5). В этом случае поперечная составляющая Р_у центробежной силы Р_ц действует в ту же сторону, что и боковая сила Р_б. Увод колес возрастает, что приводит к увеличению центробежной силы. И если не повернуть управляемые колеса в противоположную начавшемуся повороту сторону, то автомобиль будет двигаться по кривой непрерывно уменьшающегося радиуса (по спирали), в результате чего может произойти занос или опрокидывание. Следовательно, автомобиль с излишней поворачиваемостью неустойчив при прямолинейном движении и менее безопасен, чем автомобиль с недостаточной поворачиваемостью. 
 
 
 
 

                  9.2 Критическая скорость автомобиля по уводу

  Для нахождения критической скорости автомобиля по уводу определим изменение угла поворота управляемых колес автомобиля в зависимости от скорости его движения. С этой целью выразим угол поворота управляемых колес из формулы для радиуса поворота автомобиля с эластичными колесами:

                                               

где углы увода передних и задних колес; Р_у1, Р_у2 – боковые силы, действующие на передний и задний мосты; К_ув1, К_ув2 – коэффициенты сопротивления уводу передних и задних колес.

                                    

где G₁, G₂ –вес, приходящийся на передние и задние колеса, Н; υ – скорость автомобиля, км/ч.

   У автомобиля с недостаточной  поворачиваемостью при увеличении скорости возрастают разность углов увода δ₂ и δ₁ и, следовательно, угол поворота θ управляемых колес. При этом угол поворота управляемых колес всегда остается положительным.

   У автомобиля с излишней поворачиваемостью  при увеличении скорости движения угол поворота управляемых колес θ уменьшается. При определенной скорости разность углов увода . Эта скорость называется критической по уводу.

   При движении с критической  скоростью по уводу достаточно  небольшого бокового возмущения (наезд на неровность дороги, порыв ветра и др.), чтобы возник прогрессивно возрастающий увод, и двигавшийся прямолинейно автомобиль стал круто поворачиваться.

   Так как сначала автомобиль  двигался прямолинейно и угол  поворота управляемых колес был равен нулю (θ = 0), то с учетом предыдущих выражений можно записать

                                  

   Обозначив υ = υ_ув, определим критическую скорость автомобиля по уводу, км/ч:

                                        

   Критической скоростью по уводу называется скорость, по достижении которой при любом боковом возмущении начинается прогрессивное отклонение автомобиля от направления движения, заданного управляемыми колесами.

   Из формулы для υ_ув следует, что критическую скорость по уводу имеют только автомобили с излишней поворачиваемостью. У автомобиля с нейтральной и недостаточной поворачиваемостью критическая скорость по уводу отсутствует, так как при δ₁ = δ₂ она равна бесконечности, а при δ₁ > δ₂ имеет отрицательное значение.

   Управление автомобилем с излишней поворачиваемостью затруднено, и такой автомобиль менее безопасен, чем автомобиль с недостаточной поворачиваемостью. Так, при скорости автомобиля, равной критической по уводу (υ = υ_ув), для движения по кривой траектории управляемые колеса нужно устанавливать в нейтральное положение, а при скорости, большей критической по уводу (υ > υ_ув), управляемые колеса необходимо поворачивать в сторону, противоположную повороту. Все это нарушает управляемость автомобиля и затрудняет работу водителя, так как данный недостаток он вынужден устранять поворотом управляемых колес.

   Итак, наиболее безопасными являются  автомобили с недостаточной поворачиваемостью.  Они устойчивы при прямолинейном  движении, при действии боковой силы располагают резервом «подруливания» на поворотах и не имеют критической скорости по уводу. Чем больше недостаточная поворачиваемость автомобиля, тем меньше утомляется водитель.