Управляемость автомобиля

Управляемость автомобиля определяется степенью соответствия траектории его движения положению управляемых колёс.

Если управляемые колёса повёрнуты на угол θ (средний угол поворота обоих управляемых колёс), то точка, лежащая на середине оси неуправляемых колёс, должна двигаться по дуге радиуса R (при отсутствии увода колес):

                                             ,                                              (43)

где L – база автомобиля, м.

При нейтральном положении управляемых колёс θ = 0, а R = ∞, т.е. траектория движения прямая линия. Однако это требование управляемости автомобиля может быть нарушено из-за бокового увода или бокового скольжения управляемых колёс.

Зависимость критической скорости по управляемости V _упр от угла поворота управляемых колёс выражается уравнением:

 

                             ,                   (44)

 

где φ _y – коэффициент сцепления шин с дорогой в поперечном направлении (φ _y = 0,6);

f – коэффициент сопротивления качению (f = 0,02);

L – база автомобиля, м;

Ө – средний угол поворота управляемых колёс автомобиля, принимаемый в пределах от 0 до 0,7 рад.

Пользуясь уравнением (44) проводится расчет критической скорости при различных углах поворота управляемых колес для заданных φ _y и f . Результаты расчета сводятся в табл. 2.6 и по этим результатам строится график зависимости V _упр от Ө (рис.2.4). 

Таблица 14

Результаты расчёта

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Ө	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
V упр	м/с
R	м

 

Одним из показателей управляемости является характеристика статической траекторной управляемости, представляющая собой зависимость радиуса поворота от скорости движения автомобиля с учетом эластичности шин.

Радиус поворота автомобиля при наличии увода определяют по выражению:

                                       ,                            (45)

 

где δ₁ ,δ₂ – углы увода колёс соответственно передней и задней осей, рад.

 

                               ;    ,                     (46)

 

где P_{y 1} и P_{y 2} – боковые силы, действующие на колёса соответственно передней и задней осей;

K_{δ 1} и K_{δ 2} – коэффициенты сопротивления уводу одного колеса соответственно передней и задней осей, кН/рад.

 

Рис. 11. График зависимости критической скорости по управляемости от угла поворота управляемых колес

 

Средние значения для одного колеса легковых автомобилей составляют от 30 до 60 кН/рад, грузовых – 50–200 кН/рад (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1). Принимая значения для одного колеса передней и задней осей, следует учитывать давление воздуха в шинах. Если давление воздуха одинаково для колес передней и задней оси, то можно принимать значения K_{δ 1} и K_{δ 2}   одинаковыми, если давление воздуха разное, то следует принимать большие значения K_δ     для шин имеющих большее давление, соответственно меньшие (на 2–4 кН/рад) – для шин с меньшим давлением. 

Значения боковых сил зависят от скорости автомобиля, радиуса поворота, массы и расположения центра тяжести. При расчетах удобно пользоваться постоянным радиусом поворота равным 50 метров. Изменяя скорость движения в диапазоне от 0 до 15 м/с определяются действующие боковые силы , а затем величина бокового увода передней и задней осей .

По формуле 45 определяются значения эквивалентного радиуса  и строится график зависимости  от скорости движения автомобиля.     

По результатам расчетов проводят сопоставление радиусов R и R , с целью выявления типа поворачиваемости автомобиля. При R = R  автомобиль обладает нейтральной поворачиваемостью, при R  R  - недостаточной, при R  R  - избыточной.

Для автомобиля с избыточной поворачиваемостью существует понятие критической скорости по условию увода колес осей, которая определяется по формуле:

 

                                ,                         (47)  

                                     

где  – масса приходящаяся соответственно на переднюю и заднюю оси.

 

 

Рис.12. График зависимости  от скорости движения автомобиля для различных типов поворачиваемости автомобиля                                                                       

                                                                

У автомобилей с нейтральной и недостаточной поворачиваемостью понятие критической скорости отсутствует.

 

Маневренность

       Одним из основных показателей маневренности является габаритная полоса движения – полоса, занимаемая автомобилем при движении. Наибольшую полосу будет занимать автомобиль при выполнении поворота с минимально возможным радиусом R , измеряемым по следу внешнего управляемого колеса (исходные данные), рис. 2.6.

На криволинейных участках дорог:

 

                                              ГПД = R_н – R_вн,                                  (48)

где R_н – наружный, габаритный радиус, либо принимается по исходным данным, либо рассчитывается по формуле (49):

 

                                                   , м                               (49)

 

где L – база автомобиля, м (из исходных данных); L₁ – передний свес, м (из исходных данных); _п – максимальный угол поворота внешнего управляемого колеса, град. _п определяется из формулы (6.3) для минимально возможного радиуса поворота R :

 

                                           , м                                    (50)

 

 

 

Рис. 13. Показатели маневренности автопоездов при круговом

движении

 

          R_вн – внутренний, габаритный радиус, определяется по формуле (51), м:

 

, м.                          (51)

 

        Задаваясь значениями угла поворота внешнего управляемого колеса от 0,1 до _п провести расчет ГПД и результаты занести в таблицу 15.

 

        Таблица 15

Показатели расчета

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Ө	Рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
ГПД	М

 

Проходимость.

      В данном разделе, пользуясь известными геометрическими характеристиками автомобиля (из исходных данных) необходимо рассчитать продольный R  и поперечный R радиусы проходимости (см. рис. 14), а также определить передний и задний углы свеса , передний L  и задний L  свесы.

 

 Рис. 14. Схема, иллюстрирующая понятие радиусов проходимости и

способ их определения

      Расчет R  проводится исходя из подобия треугольников ОАС и АВС . При этом следует учитывать, что АС  L /2, АВ  Н  (дорожный просвет), а R  = ОС.

      Расчет R  проводится исходя из подобия треугольников О А С  и А В С .

При этом следует учитывать, что А С  В /2,  А В  Н  (дорожный просвет), а

R  =О С .

Плавность хода

 

Основной оценочный показатель плавности хода – частота свободных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, а также вынужденных колебаний.

Частоты свободных колебаний, Гц подрессоренных масс определяют по зависимости:

                                   ,                         (52)

 

где ω _z – частота свободных колебаний, Гц;

f _ст – статический прогиб подвески, м.

 

                                              f _ст = G / C,                                   (53)

 

где G – статическая весовая нагрузка на подвеску данной оси, Н;

C – суммарная жёсткость подвески данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1).

Плавность хода легковых автомобилей считается удовлетворительной при  ω_z = 0,8-1,2 Гц, грузовых при ω_z = 1,2-1,5 Гц.

Частота свободных колебаний неподрессоренных масс (мостов автомобиля), совершающих высокочастотные колебания, обусловлена жёсткостью шин, Гц.

                                   ,                         (54)

 

где – суммарная жёсткость шин данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1);

    - суммарная жесткость упругих элементов подвески оси;

m _м – масса моста, кг.

Принимают: m _м1 = 0,1* m_a ;  m _{м 2} = 0,15* m_a ,                                                              

 

где m _м1 и m _м2 – масса соответственно переднего и заднего мостов;

m_a – собственная масса автомобиля.

Помимо свободных, автомобиль совершает и вынужденные колебания, вызываемые неровностями дороги. Частота этих колебаний, Гц, определяется из выражения:

                                            ω_вын = V_a / S ,                                 (55)

 

где V_a – скорость автомобиля, м/с;

S – длина волн неровностей, м. На дорогах с твёрдым покрытием S = 0,5÷5 м.

 

 

Рис.15. Зависимость резонансных скоростей от длины неровностей

 

Используя зависимость V_a = ω * S, строится зависимость резонансных скоростей автомобиля от длины неровностей V = f ( S ) для частот собственных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс (рис. 15).

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

    1. Автомобили. Конструкция и рабочие процессы: учебник для студентов высш. проф. образования [А.М.Иванов, С.Н.Иванов, Н.П.Красновская и др.] под ред. В.И.Осипова. – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 384 с.

    2. Автомобили: Теория эксплуатационных свойств: учебник для студ. учреждений высш. проф. образования [А.М.Иванов, А.Н.Нарбут, А.С.Паршин и др.] под ред. А.М.Иванова – М.: Издательский центр «Академия», 2013. – 176 с.

    3. Нарбут А.Н. Автомобили: Рабочие процессы и расчет механизмов и систем: Учебник. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – 256 с.

    4. Вахламов В.К. Автомобили: Эксплуатационные свойства: Учебник. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 240 с.

    5. Вахламов В.К. Автомобили: Конструкция и элементы расчета: Учебник. – М.: Издательский центр «Академия», 2006. – 480 с.

     6. Автомобильный справочник: Пер с англ.- 2-е изд., перераб. И доп. – М.:ЗАО «КЖИ» За рулем», 2004.-992 с.

    7. Краткий автомобильный справочник .Том 2. Грузовые автомобили. Часть 1, 2./Кисуленко Б.В. и др. – М.: Компания «Автополлис - плюс», ИПЦ «Финпол», 2006. – 672 с.

    8. Краткий автомобильный справочник .Том 3. Легковые автомобили. Часть 1./Кисуленко Б.В. и др. – М.: Компания «Автополлис - плюс», ИПЦ «Финпол», 2005. – 488 с.

    9. Краткий автомобильный справочник .Том 3. Легковые автомобили. Часть 2./Кисуленко Б.В. и др. – М.: Компания «Автополлис - плюс», ИПЦ «Финпол», 2005. – 560 с.

    10. Технический регламент «О безопасности колесных транспортных средств» в ред. Постановления Правительства РФ от 10.09.2010 N 706.

    11. Технический регламент таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» утвержден решением Комиссии Таможенного союза от 09.12.2011 N 877.