ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ

Кафедра «Сервис и техническая эксплуатация автотранспортных средств»

Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей

РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ, СИСТЕМ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АВТОМОБИЛЯ

Учебное пособие

10. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ АВТОМОБИЛЯ

     При изучении устойчивости автомобиля рассматривают его движение со всеми степенями свободы, кроме движения в направлении, перпендикулярном к опорной поверхности, и в направлении продольной оси автомобиля.
     В качестве угловых параметров при изучении устойчивости автомобиля обычно принимаются следующие:
     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 автомобиля следующим образом связана с его управляемостью. Во многих случаях является желательным сохранение постоянными на некотором отрезке пути управляемых параметров движения автомобиля. У автомобиля, обладающего хорошей устойчивостью, приближение указанных 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, т.е. тем в большей степени фактические параметры движения могут приближаться к желательным.

10.1. Продольная устойчивость автомобиля

     Продольная устойчивость автомобиля характеризуется возможностью его опрокидывания вокруг передней или задней оси. Рассмотрим общий случай движения автомобиля – ускоренное движение на подъеме с прицепом (рис.22).

Рис.22. Схема сил при движении автомобиля на подъем

     Уравнение моментов сил относительно точки О – возможной точки опрокидывания, имеет вид

R₁L+P_вh_в+P_nh-G_nb+P_прh_пр +M_k1+M_k2+M_k=0

     Приравняв нулю нормальную реакцию R₁ на передние колеса, получим выражение, определяющее предельное по устойчивости состояние автомобиля:

где формулы для сил Р_в, Р_n, Р_и, G_n и моментов М_К1, М_К2, М_К взяты из раздела 8.6 для определения нормальной реакции R₂. Принято, что радиусы колес автомобиля и прицепа равны.
     Опрокидывание автомобиля через заднюю ось может произойти при преодолении максимального подъема из-за действия составляющей силы веса Р_n, силы инерции Р_и и при движении с максимальной скоростью из-за силы сопротивления воздуха Р_в.
     При движении автомобиля на максимальный подъем его скорость бывает мала, и поэтому можно пренебречь силой сопротивления воздуха Р_в. Можно принять также, что преодоление подъема происходит с установившейся скоростью (j=0), так как разгон на максимально допустимом подъеме невозможен. При этих условиях получим:

Gbcosα-Ghsinα-P_прh_пр-(G+G_пр)fr_kcosα=0

     Приняв P_пр=G_прsinα, получим:

     Это выражение позволяет определить максимальную величину подъема, которую автомобиль с прицепом может преодолеть при установившейся скорости движения без опрокидывания.
     При движении по хорошей дороге (f≠0) без прицепа (Р_пр.=0) величина подъема увеличится и станет равной:

     Опрокидывание автомобилей обычных конструкций вокруг передней оси практически невозможно, так как расстояние в≥а, а для легковых автомобилей – величина h мала.
     Автомобили по своим тяговым качествам или по сцеплению колес с дорогой не всегда могут въехать на предельный по опрокидыванию подъем. Поэтому при проектировании автомобиля необходимо установить, чем ограничивается максимальный угол подъема: опрокидыванием, буксованием или недостатком тяговой силы.
     Весьма актуальным является анализ этого свойства 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 условиям сцепления с дорогой тяговая сила будет равна:

P_{т. макс}=(R₁+R₂)φ=φGcosα=P_n=Gsinα; tgα_букс.=φ

     Для того чтобы буксование автомобиля со всеми ведущими колесами началось до его опрокидывания, необходимо соблюдение следующего неравенства:

tgαбукс.<tgαопр. или

     Большинство автомобилей проектируется так, чтобы максимальный подъем ограничивался буксованием ведущих колес, а не опрокидыванием. Однако часто для автомобилей повышенной проходимости, у которых высоко расположен центр масс, а шины с грунтозацепами обеспечивают большие значения коэффициента сцепления, предельные углы по буксованию и опрокидыванию очень близки.

О ПОСОБИИ            НАЗАД            ВПЕРЕД            СОДЕРЖАНИЕ            СПИСОК ПОСОБИЙ