Показателями поперечной устойчивости автомобиля являются критическая скорость по боковому скольжению (заносу) vз,км/ч, критическая скорость по опрокидыванию vо,км/ч, критический угол поперечного уклона дороги (косогора) по боковому скольжению β3, °, критический угол поперечного уклона дороги (косогора) по опрокидыванию βо, °, коэффициент поперечной устойчивости ηп.
Критическая скорость по боковому скольжению (заносу).При равномерном движении автомобиля на повороте на горизонтальной дороге (рис. 11.1) боковое скольжение его колес может возникнуть в результате действия поперечной силы Ру(центробежной, силы ветра или боковых ударов о неровности дороги) в тот момент, когда поперечная сила становится равной силе сцепления колес с дорогой, т.е.
Ру=Рсц .
Подставим в это выражение значения центробежной силы и силы сцепления:
где φу — коэффициент поперечного сцепления.
Учитывая, что в этом случае v = vз,находим критическую скорость автомобиля по боковому скольжению, или заносу, км/ч:
Рис. 11.1. Схема для определения критических скоростей автомобиля по заносу и опрокидыванию:
А — точка, относительно которой происходит опрокидывание автомобиля
Критической скоростью по боковому скольжению называется предельная скорость, по достижении которой возможен занос автомобиля.
Таким образом, при прохождении поворота на критической скорости по боковому скольжению заноса у автомобиля может и не возникнуть. В этом случае занос может произойти только при любом минимальном боковом возмущении (порыв ветра, боковой удар колеса о дорожную неровность, поперечный уклон дороги), а также при увеличении скорости движения или уменьшении радиуса поворота, что приводит к увеличению поперечной силы Ру.
Зависимости vзот радиуса поворота R и коэффициента φупоказаны на рис. 11.2.
Рис. 11.2. Зависимости критической скорости автомобиля по заносу от радиуса поворота и коэффициента сцепления
Критическая скорость по опрокидыванию.При повороте на горизонтальной дороге поперечная сила Ру(см. рис. 11.1), действующая на автомобиль, может вызвать не только боковое скольжение, но и опрокидывание. Опрокидывание автомобиля происходит относительно его наружных колес (точка А).В момент отрыва внутренних колес от дороги нормальные реакции Rzв = 0, и весь вес автомобиля воспринимается наружными колесами (Rzн= G). В этом случае опрокидывающий момент, создаваемый поперечной силой, уравновешивается восстанавливающим моментом, обусловленным весом автомобиля:
Мо= Мв.
Подставив в это выражение значения моментов, получим
,
или с учетом значения поперечной силы
.
Помня о том, что в этом случае v = vо,определим критическую скорость автомобиля по опрокидыванию, км/ч:
Критической скоростью по опрокидыванию называется предельная скорость, по достижении которой возможно опрокидывание автомобиля.
Следовательно, при движении автомобиля на повороте с критической скоростью по опрокидыванию его опрокидывания может и не произойти. Опрокидывание автомобиля в этом случае возможно только при минимальном боковом возмущении и увеличении скорости или уменьшении радиуса поворота. Зависимости vоот R и hЦпоказаны на рис. 11.3.
Критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению.При прямолинейном движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном (по косогору) потерю его поперечной устойчивости вызывает составляющая силы тяжести автомобиля (рис. 11.4), параллельная плоскости косогора:
Ру= Gsinβ,
где β — угол поперечного уклона дороги.
Боковое скольжение автомобиля на косогоре может начаться в момент, когда
Ру= Рсц.
Рис. 11.3. Зависимости критической скорости по опрокидыванию от радиуса поворота и высоты центра тяжести автомобилей, имеющих одинаковую колею:
hц1, hц2— значения высоты центра тяжести двух автомобилей
Рис. 11.4. Схема для определения критических углов поперечного уклона дороги по боковому скольжению и опрокидыванию
Рис. 11.5. Зависимость критического угла поперечного уклона дороги по боковому скольжению от коэффициента сцепления
Подставив в последнее выражение значения сил, получим
Gsinβ =φyGcosβ.
Учитывая, что в данном случае β = βз, определим критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению:
tg βз=φy или βз=arctg φy.
Критическим утлом поперечного уклона дороги по боковому скольжению называется предельный угол, при котором еще возможно прямолинейное движение автомобиля по косогору без бокового скольжения колес. Боковое скольжение автомобиля в этих условиях начинается при действии любого минимального поперечного возмущения.
Угол βз линейно зависит от коэффициента φу(рис. 11.5).
Критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию.При прямолинейном движении по дороге с поперечным уклоном (см. рис. 11.4) опрокидывание автомобиля может начаться в том случае, когда опрокидывающий момент, создаваемый поперечной силой, уравновешен восстанавливающим моментом, обусловленным нормальной составляющей силы тяжести автомобиля:
Мо = Мв .
Подставим в это выражение значения моментов:
Учитывая, что в данном случае β = βо, находим критический Угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию:
или
Рис. 11.6. Зависимость критического угла поперечного уклона дороги по опрокидыванию от соотношения колеи колес и высоты центра тяжести автомобиля
Критическим утлом поперечного уклона дороги по опрокидыванию называется предельный угол, при котором еще возможно прямолинейное движение автомобиля по косогору без опрокидывания.
Опрокидывание автомобиля в этом случае может произойти только при любом минимальном боковом возмущении.
Значение критического утла поперечного уклона дороги по опрокидыванию зависит от типа автомобиля. Так, для легковых автомобилей этот угол составляет 40...50°, для грузовых автомобилей — 30...40° и для автобусов — 25... 35°. Угол βо линейно зависит
от отношения (рис. 11.6).
Коэффициент поперечной устойчивости.Коэффициентом поперечной устойчивости автомобиля называется отношение колеи колес автомобиля к его удвоенной высоте центра тяжести:
Коэффициент поперечной устойчивости позволяет определить, какой из двух видов потерь поперечной устойчивости (занос или опрокидывание) более вероятен при эксплуатации.
Для примера рассмотрим случай движения автомобиля при повороте на горизонтальной дороге. С этой целью приравняем критические скорости по боковому скольжению и опрокидыванию:
откуда
Из этого выражения следует, что если коэффициент поперечного сцепления колес с дорогой меньше коэффициента попереч-
ной устойчивости (φу < ηп), то при повороте более вероятен занос, чем опрокидывание. Если же коэффициент поперечного сцепления колес с дорогой больше коэффициента поперечной устойчивости (φу> ηп), то опрокидывание автомобиля может произойти без предварительного его заноса, что возможно на дорогах с большим коэффициентом сцепления.
Значение коэффициента поперечной устойчивости зависит от типа автомобиля. Так, для грузовых автомобилей оно составляет 0,55...0,8, для автобусов — 0,5...0,6 и легковых автомобилей — 0,9... 1,2. Чем больше значение коэффициента поперечной устойчивости, тем более устойчив автомобиль против бокового опрокидывания.