Устойчивость автомобиля

Устойчивостью называют способность автомобиля сохранять заданное направление движения и противостоять поперечному скольжению и опрокидыванию.

Около 15% всех дорожно-транспортных происшествий в нашей стране составляют случаи опрокидывания автомобилей.

Устойчивое движение автомобиля чаще всего нарушается боковым скольжением (заносом) или поперечным опрокидыванием автомобиля под воздействием боковой силы.

Поперечное опрокидывание автомобиля

Автомобиль постоянно подвергается действию боковых сил.

Причин их возникновения несколько: поверхность дороги не строго горизонтальна и имеет боковой уклон; всякое отклонение автомобиля от прямолинейного направления вызывается приложенной к его колесам поперечной (боковой) силой; боковые силы могут быть вызваны порывами ветра и другими внешними причинами. Следовательно, на автомобиль, кроме продольных тяговых или тормозных сил, действуют также и боковые силы.

Сила тяжести (вес автомобиля) прижимает колеса автомобиля к поверхности дороги. По осям вес автомобиля распределяется в зависимости от того, к какой из осей ближе находится центр тяжести. На легковых автомобилях нагрузка на оси распределяется примерно поровну. На негруженых двухосных грузовых автомобилях нагрузка на переднюю ось составляет около 40%, а на заднюю — 60%, на груженых — соответственно 30 и 70%. На трехосных грузовых автомобилях нагрузка по осям распределяется почти равномерно.

Распределение нагрузки по осям

Распределение нагрузки по осям двухосного грузового автомобиля:

а — порожнего;
б — груженого.

При движении по прямой горизонтальной дороге вертикальная прямая, опущенная из центра тяжести автомобиля, проходит через продольную ось площади его опоры, и нагрузка одинакова на правые и левые колеса, при этом автомобиль полностью устойчив.

Составляющие силы тяжести автомобиля

Составляющие силы тяжести автомобиля, находящегося на местности, имеющей:

а — поперечный уклон;
б — продольный уклон;
О — центр тяжести
P_b и Р_т — опрокидывающие силы; сила, прижимающая автомобиль к дороге;
G — сила тяжести;
R₁ и R₂ — реакции дороги.

На поверхности, имеющей поперечный уклон, сила тяжести G автомобиля раскладывается на две составляющие — P_b и P_N. Боковая сила P_b, приложенная к центру тяжести (О), стремится опрокинуть автомобиль относительно точки опоры. Эта сила действует на плече h, равном высоте центра тяжести. Удерживает автомобиль от опрокидывания сила P_N, которая действует на плече b/2, равном половине ширины колеи b автомобиля.

Как уже указывалось (смотрите Рулевое управление), во время поворота на колеса автомобиля действуют передаваемые от дороги боковые силы, равнодействующая F_ц которых, направленная к центру поворота, лежит в плоскости дороги и проходит через точку пересечения с поверхностью дороги перпендикуляра, опущенного на нее из центра тяжести О автомобиля, расположенного на высоте h.

Действие центро-стремительной силы на повороте

Действие центро-стремительной силы на повороте дороги:

О — центр тяжести автомобиля;
G — сила тяжести (вес) автомобиля;
F_ц — равнодействующая боковых сил;
F_c — сила сцепления колес с дорогой.

Приложим к центру тяжести две противоположно направленные силы F´_ц и F˝_ц, разные F_ц. Сила F´_ц является силой F_ц, перенесенной в точку О, а сила F˝_ц и F_ц образуют пару сил с моментом, равным F_цh, стремящимся опрокинуть автомобиль в сторону, противоположную центру поворота, вокруг точки касания с дорогой внешнего (по отношению к центру поворота) колеса автомобиля.

Опрокидыванию автомобиля под действием момента F_цh противодействует момент силы G тяжести автомобиля относительно той же точки, равный Gb/2, где b — колея автомобиля.

Опрокидывание становится возможным, если величина момента F_цh превысит Gb/2.

Скорость, при которой это может произойти, определяют по формуле:

где: g — ускорение силы тяжести (9,81 м/сек²); R — величина радиуса, проведенного от центра поворота до центра тяжести автомобиля.

Чем выше расположен центр тяжести и чем уже колея автомобиля, тем больше опасность поперечного опрокидывания. Центр тяжести у груженого автомобиля располагается выше, чем у негруженого. На смещение центра тяжести от продольной оси автомобиля влияет неправильная укладка груза.

Продольное опрокидывание автомобиля

Когда автомобиль находится на местности, имеющей продольный уклон, сила тяжести G также раскладывается на две составляющие — Р_Т и P_N. Продольная сила Р_Т, действующая на плече h, стремится опрокинуть автомобиль назад. От опрокидывания автомобиль удерживает сила P_N, действующая на плече l, равном расстоянию от линии ее действия до точки касания колес задней оси поверхности дороги.

Продольное опрокидывание автомобиля бывает очень редко и может произойти на крутом спуске при резкой остановке, когда к действию горизонтальной составляющей силы тяжести автомобиля прибавляется действие инерции.

Боковое скольжение автомобиля (занос) при движении на поворотах возникает тогда, когда действующая на автомобиль боковая сила превышает силу сцепления колес с дорогой.

Скорость (м/сек), при повышении которой на повороте может наступить боковое скольжение, можно определить по формуле:

где: φ — коэффициент сцепления колес с дорогой.

Следовательно, водитель, совершая поворот, обязан во избежание бокового скольжения и опрокидывания снизить скорость движения в зависимости от величины радиуса поворота, расположения центра тяжести, ширины колеи автомобиля и сцепления колес с дорогой.

Занос может возникнуть и во время движения по прямой при торможении автомобиля на участке со скользким покрытием из-за неправильной регулировки тормозных механизмов, вследствие чего вращение колес замедляется неравномерно, и из-за неправильного размещения груза относительно продольной оси автомобиля.

Для предотвращения начинающегося заноса необходимо прекратить торможение и, не выключая сцепление, плавно поворачивать передние колеса в сторону заноса. После прекращения заноса необходимо выровнять колеса, чтобы исключить занос в другую сторону.

Управляемостью называется свойство автомобиля изменять направление движения в соответствии с поворотами рулевого колеса.

На управляемость влияют расположение центра тяжести, конструкция рулевого управления, подвески и шин автомобиля.

Маневренность автомобилей и автопоездов — это их способность совершать повороты при небольшой величине радиусов поворота и ширины проездов. Внутренним радиусом r_а поворота автомобиля считается наименьшее расстояние от центра О поворота до боковой поверхности автомобиля (у места расположения его задней оси), а наружным радиусом R — расстояние от центра поворота до крайней передней точки автомобиля. Ширина В требуемого для поворота проезда, или, как ее иначе называют, габаритная ширина коридора, равна разности R — r_а.

Радиусы поворота

Радиусы поворота и габаритная ширина коридора
автопоезда на повороте.

Величина радиусов поворота зависит от максимального угла поворота передних колес, расстояния между осями (базы) и длины автомобиля. При маневрировании автопоездов величина внутреннего радиуса поворота в сравнении с одиночным автомобилем увеличивается, так как в этом случае внутренним радиусом r_п считается наименьшее расстояние от центра поворота до боковой поверхности прицепа.

«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова