Влияние на поворот упругости шин

Если δ₁ > δ₂, то R' > R , то есть поворот за счет увода шин будет осуществляться по более пологой кривой, чем при жестких колесах (рис.13-б).

Рис. 13-б. Схема поворота автомобиля с недостаточной поворачиваемостью

Если δ₁ < δ₂, то R' < R , то есть поворот за счет увода шин будет осуществляться по более крутой кривой, чем при жестких колесах (рис.13-в).

Рис. 13-в. Схема поворота автомобиля с избыточной поворачиваемостью (δ₁ < δ₂).

При движении автомобиля на повороте разность (δ₂ - δ₁) зависит от коэффициентов сопротивления боковому уводу шин передних и задних колес к₁ и к₂, а также от перераспределения центробежной силы Р_с между ними (соотношения продольных координат а и b центра массы автомобиля, см. рис.2), обуславливающего соответствующие боковые усилия У₁ и У₂ на колесах:

; ; .

Соотношения углов увода шин передних и задних колес автомобиля обуславливают его характеристику поворачиваемости, которая может быть: 1) недостаточной (рис.13-б) и 2) излишней или избыточной поворачиваемостью (рис.13-в).

Например, при движении на прямом участке дороги автомобиль с недостаточной поворачиваемостью (δ₁ > δ₂) под действием боковой силы (например, ветра) Р_w вследствие бокового увода шин стремится совершить поворот относительно мгновенного центра поворота О₂ (рис.14 - б).

Однако в этом случае движение автомобиля остается устойчивым при любых скоростях благодаря тому, что возникающая центробежная сила Р_с направлена в сторону, противоположную боковой силе Р_w. Это создает боковой увод шин в направлении, обратном уводу, вызванному действием силы Р_w.

Когда автомобиль обладает излишней поворачиваемостью (δ₁< δ₂), даже при его движении на прямолинейном участке боковой увод шин изменяет направление движения автомобиля так, что центр поворота О₁ располагается со стороны действия боковой силы Р_w (рис.14- а). Движение автомобиля при этом является неустойчивым вследствие того, что направление боковой силы и центробежной силы совпадают (рис.14 - а). При чем, с ростом скорости автомобиля эта неустойчивость будет проявляться более интенсивно, так как центробежная сила возрастает пропорционально квадрату скорости.

Самопроизвольное уменьшение радиуса поворота автомобиля при этом можно прекратить, если повернуть рулевое колесо в сторону, противоположную повороту машины.

Рис.14. Схема увода автомобиля под действием боковой силы ветра Р_w:

а) – автомобиль с излишней поворачиваемостью (δ₁< δ₂);

б) – автомобиль с недостаточной поворачиваемостью (δ₁ > δ₂).

Грузовые автомобили со сдвоенными задними колесами обладают недостаточной поворачиваемостью, так как боковая деформация (угол увода) передних колес больше (δ₁ > δ₂). Для легковых автомобилей с целью обеспечения недостаточной поворачиваемости подбирают соответствующим образом давление в шинах передних и задних колес, распределяют вес между передним и задним мостами, изменяют конструкцию подвески автомобиля.

Большое влияние на управляемость оказывает боковой (особенно порывистый) ветер. Сила ветра Р_w приложена в точке с, представляющей собой боковой центр парусности или точку приложения равнодействующей аэродинамических сил. Мысленно перемещая точку приложения силы бокового ветра вдоль автомобиля, можно найти такое её положение, при котором углы бокового увода шин передних и задних колес будут равны между собой δ₁ = δ₂. Это положение точки носит название центра боковых реакций У₁ и У₂ . Рассмотрим три варианта расположения бокового центра парусности.

1. Расположение бокового центра парусности позади центра боковых реакций обуславливает условие, при котором имеет место неравенство δ₁< δ₂ , и составляющая центробежной силы Р_с, перпендикулярная продольной оси автомобиля, действует в ту же сторону, что и сила ветра. Это приводит к ухудшению управляемости автомобиля, который в этом случае по своим свойствам аналогичен автомобилю, имеющего характеристику излишней поворачиваемости.

2. Предположим, что боковой центр парусности находится впереди центра боковых реакций. Тогда δ₁ > δ₂ и боковая составляющая центробежной силы Р_с направлена в противоположную сторону по отношению к силе ветра Р_w. Эти силы создают момент, нарушающий управляемость автомобиля, хотя последний и будет в данном случае иметь недостаточную поворачиваемость.

3. Третий возможный случай – совпадение бокового центра парусности и центра боковых реакций. В этом случае δ₁ = δ₂ и автомобиль имеет наилучшую управляемость.

Для улучшения аэродинамической устойчивости автомобиля его боковой цент парусности иногда искусственно смещают назад, благодаря применению специальных килей в задней части автомобиля, увеличивающих боковую поверхность. Аэродинамические кили обычно применяются на гоночных автомобилях.

Большинство современных автомобилей имеют недостаточную поворачиваемость δ₁ - δ₂ = 1…1,5⁰ при относительной величине центробежной силы Р_с /G = 0,3…0,4. Недостаточная поворачиваемость, выходящая за указанные пределы, может затруднить выполнение поворота, повышает сопротивление качению и износ шин. Боковой увод шин на 3…5⁰ повышает сопротивление качению в 1,5…2,5 раза.

На боковой увод шин влияет и конструкция подвески автомобиля. При независимой подвеске, выполненной из двух сочлененных поперечных рычагов (наиболее типичная конструкция), на повороте происходит наклон колес и кузова до 5…7⁰, что соответствует боковому уводу шин примерно на 1⁰.

Подвеска на одном поперечном рычаге вызывает наклон колес в сторону противоположную действия боковой силы, и, следовательно, уменьшает боковой увод шин. Зависимая подвеска дает минимальный наклон колес.