Глава 7 УПРАВЛЯЕМОСТЬ И УСТОЙЧИВОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

Основные понятия и определения

В предыдущих главах были рассмотрены эксплуатационные свойства автомобилей для случаев прямолинейного движения. Однако, в общем случае траекторию движения любого автомобиля всегда можно рассматривать как криволинейную с изменяющейся кривизной. Если кривизна траектории близка к нулю, то такое движение условно принято называть прямолинейным. Криволинейность движения обусловлена необходимостью совершать повороты в соответствии с задаваемой водителем траекторией, а также неизбежным отклонением автомобиля от заданной траектории вследствие действия внешних возмущений.

Криволинейное движение автомобиля характеризуется изменением во времени положения его продольной и вертикальной осей, а также наличием продольных и, главным образом, поперечных ускорений. Процесс изменения траектории состоит из входа в поворот, движения с постоянным радиусом (этот этап иногда может отсутствовать) и выхода из поворота. При входе в поворот и выходе из него кривизна траектории центра масс автомобиля меняется по закону близкому к линейному, что соответствует приблизительно равномерному повороту рулевого колеса. Количество криволинейных участков, их протяженность и радиусы кривизны на дорогах различных категорий существенно отличаются (см.табл.9)

Движение по грунтовым дорогам (V-ой категории) характеризуется почти беспрерывным воздействием водителя на рулевое колесо. Время условного прямолинейного движения в этом случае составляет всего 30…35 % от общего времени движения.

Способность АТС совершать движение по задаваемым траекториям оценивается двумя свойствами: управляемостью и устойчивостью.

Под управляемостью понимается эксплуатационное свойство ТС, характеризующее его способность изменять параметры движения под воздействием водителя.

Таблица 9

Относительная длина криволинейных участков на дорогах различных категорий, %

Управляемость автомобиля тесно связана со свойствами устойчивости. При движении автомобиля на него кроме управляющих сил действуют различного рода случайные силы за счет взаимодействия колес с неровностями дороги, наклона дороги, сил инерции, аэродинамических сил и др.

Эти силы, также их кинематические последствия называют возмущающими. Влияние возмущающих сил на характер движения различных автомобилей различно. Рассмотрение этих влияний на поведение автомобиля при движении и производится в разделе «устойчивость».

Под устойчивостью понимается эксплуатационное свойство ТС, характеризующее его способность сохранять заданные параметры движения или положения, т. е. свойство противодействовать силам, стремящихся отклонить его от заданных параметров движения или положения. Устойчивость и управляемость автомобиля взаимосвязаны, поскольку они определяются, в основном, одними и теми же конструктивными параметрами, такими как: компоновка автомобиля, габариты и масса, колея, база, координаты центра масс, точки нейтральной поворачиваемости, расположение сцепного устройства на тягаче и прицепе, распределение массы по осям, масса прицепного звена, особенности конструкции характеристики рулевого управления (размеры рулевого колеса, передаточное число рулевого механизма и всего привода, наличие усилителя), характеристики подвески и ее составных частей (упругих элементов, амортизаторов, направляющих устройств, стабилизаторов поперечной и продольной устойчивости), конструкция и выходные характеристики шин (конструкция каркаса и брекера, толщина и рисунок протектора, давление воздуха в шине, размеры колеса, коэффициент сцепления, нормальная, радиальная и крутильная жесткость и др.), конструкция и характеристики управляемого моста и его составных частей (балки, шкворней, поворотные цапфы, шаровые опоры, углы установки управляемых колес и осей их поворота).

Принципиальное же различие между понятиями управляемости и устойчивости заключается в том, что управляемость это способность автомобиля выходить на задаваемую водителем траекторию движения, а устойчивость – это способность сохранять движение по заданной траектории при действии возмущающих сил. Поэтому влияние одних и тех же параметров автомобиля на устойчивость и управляемость может быть различным. Например, с увеличением массы автомобиля увеличивается его момент инерции, а увеличение момента инерции относительно вертикальной оси, проходящей через центр масс, улучшает устойчивость при прямолинейном движении автомобиля и ухудшает управляемость при поворотах. То есть, выбор параметров автомобиля, обеспечивающих наилучшие характеристики управляемости и устойчивости, является задачей оптимизации.

Анализ особенностей криволинейного движения АТС в различных условиях позволяет разделить эти режимы на два вида:

1. Повороты автомобиля с малыми радиусами и не высокими скоростями движения;

2. Повороты автомобиля с большими радиусами и высокими скоростями.

Первый режим движения обычно относят к свойствам маневренности (поворачиваемости), второй – к управляемости. При повороте автомобиля с малыми скоростями возникающие центробежные силы незначительны, поэтому при рассмотрении свойств маневренности действие боковых сил на автомобиль не учитывается. При высоких скоростях движения боковые силы достигают значительной величины, поэтому их обязательно необходимо учитывать при рассмотрении свойств управляемости.

Движение автомобиля как механической системы может определяться траекторией какой-либо ее точки (направляющая точка), углом поворота некоторой прямой, связанной с автомобилем, относительно выбранной системы координат и перемещениями отдельных элементов автомобиля относительно направляющей точки.

При теоретическом рассмотрении вопроса управляемости одиночного автомобиля в качестве направляющей точки удобнее всего выбрать центр его масс, а для автопоезда – центры масс его звеньев. Зная ускорение центров масс, можно непосредственно определить силы инерции, действующие на систему.

При изучении управляемости в первом приближении можно пренебречь перемещением отдельных масс автомобиля или звеньев автопоезда относительно их центров масс за исключением поворотов управляемых колес или мостов. При более детальном рассмотрении управляемости это все следует учитывать, а также следует учитывать еще и повороты кузова в поперечной и продольной плоскостях и повороты звеньев а/п относительно тягача.

Поворот ТС может осуществляться за счет поворота управляемых колес относительно оси (шкворня) (передних или задних, или тех и других), поворота тележки, подводом избыточного тягового или тормозного моментов к колесам одного из бортов автомобиля, складыванием звеньев ТС. У подавляющего большинства автомобилей изменение траектории движения осуществляется в результате поворота передних управляемых колес. В результате взаимодействия шин с дорогой происходит изменение курсовых и боковых параметров автомобиля. Характер функциональной зависимости между управляющими воздействиями и реакциями на них автомобиля может служить оценкой его свойств как управляемого объекта.

Оценка управляемости ТС может быть произведена как экспериментальными методами, так и теоретически.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: