ЛЕКЦИЯ 10 Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на поперечную устойчивость; продольная устойчивость

ЛЕКЦИЯ 10
Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на поперечную устойчивость;
продольная устойчивость
Цель: изучить влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на поперечную и
продольную устойчивость автомобиля.
.
Продолжительность лекции 2 часа.
Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на поперечную устойчивость
При определении показателей устойчивости было принято, что автомобиль твердое тело. В
действительности же он представляет собой систему масс, соединенных шарнирами или
упругими элементами. Можно выделить две основные группы масс: подрессоренные (кузов) и
неподрессоренные (колеса, мосты).
Центр тяжести С (рис. 4, а) подрессоренных масс расположен на расстоянии /1к от оси
переднего колеса и на высоте hK от поверхности дороги. Точка С расположена выше центра
тяжести Сх автомобиля (hK > /*ц).
Неподрессоренные массы ведомого моста обычно меньше неподрессоренных масс ведущего
моста, поэтому, например, у заднеприводного автомобиля /2 < /2к.
Под действием поперечной силы шины и упругие элемецты подвески с одной стороны
автомобиля разгружаются, а с другой нагружаются. В результате кузов автомобиля
наклоняется и поворачивается в поперечном направлении.
Центром крена (передним или задним) называют точку, относительно которой перемещается
поперечное сечение автомобиля, проходящее через передний или задний мост.
Осью крена называют прямую, относительно которой поворачивается кузов при крене. Она
проходит через центры крена £, и Е2 соответственно передней и задней частей кузова.
1
Рис. 4. Расположение центров и оси крена: а —
ось крена; б, в — центры крена при рычажной
независимой и рессорной зависимой .
подвесках; G — вес автомобиля; С, — центр
тяжести автомобиля; йц — высота центра
тяжести автомобиля; GK — сила тяжести
подрессоренных масс; С — центр тяжести
подрессоренных масс; /1к — расстояние центра
тяжести подрессоренных масс от переднего
колеса; hK — высота от поверхности дороги
положения центра тяжести подрессоренных
масс; L — база автомобиля; ЕЕ — ось крена;
Еи Е^ — центры крена соответственно
передней и задней частей кузова
Рис. 5. Определение поперечной устойчивости автомобиля: а — угла крена на
повороте; б, в — устойчивости при торможении; \|/кр — угол крена; JKp — поперечное
смещение центра тяжести; Лкр — плечо крена; (7К — вес кузова; Рк — сила инерции; Su —
расстояние по горизонтали от центра тяжести до центра площадки контакта колеса с
дорогой; Лк — высота центра тяжести кузова
Найдем положение центра крена автомобиля с рычажной подвеской (рис. 4, б). При
неподвижном кузове вертикальные колебания левого колеса вызывают перемещение
точек А и Б в направлениях, перпендикулярных к рычагам. Мгновенный центр скоростей
колеса расположен в точке К, точка В перемещается при этом перпендикулярно линии KL.
Если колесо не перемещается, а наклоняется кузов, то центр его крена также находится на
линии KL. Подвеска симметрична относительно вертикальной плоскости ГГ,
следовательно, центр Е крена находится в этой плоскости. В рассматриваемом случае он
расположен ниже поверхности дороги.
Подвеску с параллельным перемещением колес можно рассматривать как рычажную,
имеющую бесконечно длинные рычаги. Центр крена при такой подвеске находится на
поверхности дороги.
У автомобиля с подвеской на продольных листовых рессорах (рис, 4, в) центр Е крена
находится в плоскости ДД, проходящей приблизительно через середину высоты верхнего
коренного листа рессоры. У легкового автомобиля с передней независимой и задней
зависимой подвесками ось крена ЕЕ наклонена к дороге (рис. 4, а). У грузового
автомобиля, имеющего обе зависимые подвески* ось крена расположена приблизительно
параллельно дороге.
2
Поперечная сила Рку (рис. 5, а), приложенная к центру тяжести кузова, создает на плече
'Йкр> крена момент М, вызывающий поперечный наклон кузова. Определим угол крена
\|/кр при повороте автомобиля на горизонтальной дороге. К центру тяжести
подрессоренных масс приложены сила тяжести GK и сила Рку. Точки приложения силы GH
тяжести и центробежной силы не- подрессоренных масс расположены на высоте, равной
приблизительно г.
На колеса внутренней стороны автомобиля действуют реакции дороги Rza и R^, а на
колеса внешней стороны — реакции Rm и RyH. Под действием силы Рну кузов автомобиля
поворачивается относительно оси крена на угол \j/Kp, который обычно не превышает 8...
10°, поэтому можно считать hK * const. При малых углах поперечное смещение центра
тяжести
(9)
Моменты сил Рку и GK уравновешивают момент упругих сил:
Рцу^кр
— Су.аМ^кр»
(10)
где Суа — угловая жесткость подвески автомобиля, равная отношению момента,
вызывающего крен, к углу крена \j/Kp, Н ■ м/рад.
Из выражений (9) и (10) угол крена, рад,
Укр — РкуЬкр(Суа — GKhKp).
Для уменьшения крена устанавливают стабилизатор поперечной устойчивости,
повышая тем самым угловую жесткость подвески.
При крене кузова увеличивается вероятность опрокидывания автомобиля. Если при
определении скорости vQ и угла (учесть также и угол крена кузова, то их значения
окажутся на 10... 15 % меньше, чем при расчете по формулам (26.5) и (26.7).
Автомобиль может потерять устойчивость при торможении в результате
неравномерного распределения тормозных сил между колесами. Если заторможено лишь
одно заднее колесо, например, правое (на рис. 5, б заштриховано), а другое (левое)
катится свободно, то автомобиль .отклоняется вправо от прямолинейного движения.
Расстояние £ц при этом уменьшается, следовательно, понижается также поворачивающий
момент, создаваемый силой Ри.
При неисправности одного из передних тормозные механизмов (рис. 5, в) плечо
момента Sa во время торможения возрастает, что способствует дальнейшему отклонению
автомобиля в сторону. Поэтому неисправность передних тормозных механизмов опаснее,
чем задних.
Продольная устойчивость
У современных автомобилей с низко расположенным центром тяжести опрокидывание
в продольной плоскости маловероятно и практически исключено. Возможно лишь
буксование ведущих колес, вызывающее сползание автомобиля, например, во время
динамического преодоления автопоездом крутого подъема большой длины.
Определим максимальный угол подъема, который при равномерном движении может
преодолеть автопоезд без буксования ведущих колес тягача. Примем,
что силы
3
сопротивления качению и воздуха отсутствуют (рис. 6). Из условий равновесия тягача
имеем:
RZ2 = [№ + СпрЛпр) Sin ад + G cos ссд/j ]/L; (26.11) Rx2 =(G + Gnp)smaa,
(26.12)
где (?пр — вес прицепа; Ипр — высота расположения буксирного крюка.
Максимальное значение касательной реакции ограничено коэффициентом сцепления
шин с дорогой: Rx2 < tyxRz2. Подставив в эту формулу значения Rx2 и R$ согласно
выражениям (11) и (12) и разделив обе части на cosafl, получим выражение для
максимального (критического) угла подъема, при котором возможно движение
автопоезда без буксования ведущих колес тягача:
Рис. 6. Определенно, максимального угла подъема,
преодолеваемого автопоездом:
G — вес автомобиля; С?пр — вес прицепа; Ац — высота
расположения центра тяжести автомобиля; Лпр — высота
расположения буксирного крюка; L — база
автомобиля
4