Боковые силы, действующие на автомобиль

Управление автомобилем является главной производственной функцией водителя. Основное назначение автотранспортных средств – перемещение грузов и пассажиров в пространстве, поэтому под управляемостью следует понимать целенаправленную организацию процесса движения. При анализе факторов, влияющих на поперечную устойчивость автомобиля, необходимо знать величину поперечной силы, вызывающей занос или опрокидывание автомобиля. В случае движения автомобиля на повороте такой силой является центробежная сила инерции. Для ее определения, рассмотрим схему (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 – Силы, действующие на автомобиль при повороте

Rxi, Rx2, Ryi, Ry2 – продольные и поперечные реакции дороги на колеса переднего и заднего мостов; Ри – центробежная сила; Ру – поперечная составляющая центробежной силы; ρц и ρ3 – радиусы поворота центра масс и задней оси; θ – угол поворота управляемой оси (приблизительно равен полусумме углов поворота управляемых колес); Ми – момент инерции автомобиля; γ – угол между радиусом ρц поворота центра тяжести и продолжением оси заднего моста

Для упрощения расчетов примем следующие допущения: автомобиль является плоской фигурой; движется по горизонтальной дороге; шины в поперечном направлении не деформируются.

На участке дороги 1–2 автомобиль движется прямолинейно, и его управляемые колеса находятся в нейтральном положении. На участке 2–3 происходит поворот управляемых колес, и автомобиль движется по кривой переменного радиуса, т.е. по первой переходной кривой. На участке 3–4 положение управляемых колес, повернутых на определенный угол θ, остается неизменным, а радиус R траектории движения средней точки задней оси – постоянным. На участке 4–5, т.е. на второй переходной кривой, водитель поворачивает управляемые колеса в обратную сторону, вследствие чего радиус R постепенно увеличивается. На участке 5–6 автомобиль снова движется прямолинейно.

При равномерном движении по дуге постоянного радиуса центробежная сила (Рц) определяется:

(3.1)

где – полная допустимая масса автомобиля;

– угловая скорость автомобиля при повороте;

- расстояние от центра поворота до центра тяжести автомобиля.

Вместе с тем

, (3.2)

где V – линейная скорость автомобиля.

; (3.3)

. (3.4)

Потеря устойчивости автомобилем особенно опасна при большой скорости, когда движение его близко к прямолинейному. Угол θ при этом сравнительно невелик и можно считать, что tg θ ≈ θ рад.

Таким образом, центробежная сила (Рц), действующая на автомобиль при его равномерном движении, определяется:

(3.5)

Поперечная составляющая центробежной силы (Ру1) равна:

(3.6)