Cилы действующие на автомобиль при его движении

Управляемость АТС– способность АТС реагировать на воздействие водителя на органы управления (руль, педаль муфты сцепления, педаль тормоза, рычаг коробки передач). Показатели управляемости АТС характеризуют поведение системы автомобиль – водитель.Единых оценочных показателей устойчивости и управляемости АТС нет. «Исключить» водителя удалось только при одном виде испытаний на устойчивость – опрокидывание АТС на наклонной платформе. При всех других видах испытаний АТС на устойчивость и управляемость фактически оценивается поведение системы автомобиль – водитель. Поэтому сейчас принято говорить об устойчивости управления АТС, которую классифицируют:По виду потери устойчивости управления (рис.10, а,б,в): продольная; поперечная.Рисунок 10. Потеря устойчивости управления автомобилем:а – на уклоне (продольная); б – на уклоне (поперечная); в – на повороте (поперечная)По результату (проявлению) потери устойчивости управления (рис. 6.10):опрокидывание (проявление – разгрузка колес одной оси или стороны );занос – скольжение колес относительно опорной поверхности, не выполняется условие (9);отклонение от траектории движения (рис.11, а) – траекторная устойчивость управления АТС;отклонение от курса (направления) движения (рис. 11, б)–курсовая устойчивость управления АТСРисунок 11. Потеря устойчивости управления автомобилем: а – траекторией; б – курсом; ВК – ширина разметки полосы движения; ∆1– поперечноесмещение; ∆2 – угловоесмещение; 1 – центр полосы движения; 2 – разметка;3 – автомобиль до потери устойчивости управления;4 – автомобиль при потереустойчивости управленияПо режиму движения, при котором наступила потеря устойчивости управления АТС: статическая, динамическая.Устойчивость против опрокидывания. Опрокидывание может произойти из-за действия поперечной составляющей силы веса (Gg)τ при движении по косогору или из-за действия силы инерции Pj при движении на повороте. Опрокидывание настует при разгрузке колес одной стороны , т. е. при R13= 0 (рис. 10, б, в).Поэтому для движения по косогору и на повороте необходимо выполнение соответственно двух условий:;(57).(58)Так как(Gg)n= Ggcos,(59)(Gg) = Ggsin,(60)Pj= G (v2/R) (61)(R– радиус поворота ), то для движения без опрокидывания необходимо выполнение условий:tgB/2H;(62),(63)которые получены соответственно из формул (57) и (58).ОтношениеК=В/2 Н(64)называют коэффициентом устойчивости против опрокидывания. Для определения К автомобиль устанавливают на наклонную платформу (см. рис. 10, б), замеряют угол , при котором произошла разгрузка колес одной стороны , и затем по формуле (63) определяют численное значение K.Неравенства (58) и (59) составлены без учета деформации шин, подвески и кузова АТС, поэтому значения К, вычисленные по экспериментальному значению , на 10 – 15% меньше, чем определенные по формуле (6.64). При определении коэффициента К пожарных автоцистерн необходимо учитывать также уменьшение К из-за смещения центра масс жидкости относительно цистерны при частичном ее заполнении. Если масса жидкости составляет не более 30% от общей массы , то уменьшение коэффициента К не превышает 5 – 7% и определить его экспериментально сложно. Поэтому для оценки эффективности мероприятий по обеспечению безосности движения пожарных автоцистерн необходимо использовать другие виды испытаний на устойчивость управления АТС. Такими видами испытаний являются «поворот» и «переставка» (рис.12).При испытании «поворот» водитель постепенно, от заезда к заезду, увеличивает скорость движения по прямой 1–2 (рис.12,а). На участке 2–3 водитель должен, не снижая скорости, пройти дугу поворота радиусом R = 30 – 60м. При испытании фиксируется скорость, при которой на участке 2–3 происходит или отрыв колес одной стороны от дороги, или занос, или выход из коридора безосности (под коридором безосности понимается ширина разметки проезжей части дороги на повороте 30 – 60 м).Рисунок 12. Определение предельной скорости :а – на повороте; б – при смене полосы движения (обгоне); 1–2 – прямолинейноедвижение с –v-const; 2–3 – переходной участок; 3–4 – движение с постояннойскоростью и углом поворота управляемых колесПри испытании «переставка» имитируется обгон или объезд внезапного препятствия. Испытания проводятся аналогично испытанию «поворот», но на участке с иной разметкой (рис. 6.12, б). Испытание при длине «переставки» Lп=12 м имитирует обгон в городских условиях движения, Lп=20 м при движении за городом.Испытания «поворот» и «переставка» проводятся на специально оборудованных площадках автомобильных полигонов водителями, прошедшими курс специальной подготовки.Устойчивость против заноса. Занос может произойти из-за действия поперечной составляющей силы веса (Gg) при движении по косогору или из-за действия силы инерции Рj при движении на повороте.Занос колеса насту ет при невыполнении неравенства (6.63). Если Рк=Хn=0, то, чтобы избежать бокового скольжения колес по косогору и при повороте, необходимо выполнение соответственно двух условий:(Gg)(Gg)n;(6.65)РjG. (6.66)После преобразований формул (6.65) и (6.66) с учетом формул (6.59), (6.60) и (6.61) условия движения без заноса записываются в виде;(6.67). (6.68)Сравнение формул (6.62) и (6.67) и формул (6.63) и (6.68) позволяет заключить, что в большинстве случаев занос будет предшествовать его опрокидыванию ( < K). Следовательно, опрокидывание в реальных условиях может произойти при углах косогора и скоростях меньших, чем определенных экспериментально на стенде опрокидывания и при испытаниях «поворот» и «переставка». Поэтому угол косогора, который разрешается преодолевать , уменьшается вдвое, т. е. [] < 0,5.При наличии продольной силы Xn (см. рис. 6.2) вероятность бокового скольжения колеса увеличивается, так как часть силы сцепления Рnиспользована силой тяги Рк или торможения Рт колеса. Поэтому при движении в режиме, предшествующем буксованию ведущих колес или блокировке колес при торможении, достаточно незначительной боковой силы для потери поперечной устойчивости . Так как у большинства ведущими являются колеса задней оси, то для устранения заноса заднего моста при повороте или торможении необходимо уменьшить касательную реакцию Хп на ведущих колесах, отпустив педаль подачи топлива или прекратив торможение, и повернуть колеса в сторону начавшегося заноса. Вся сила сцепления Рn будет реализовываться для предотвращения бокового скольжения Yn – занос прекратится. Сразу же после прекращения заноса управляемые колеса следует повернуть в нейтральное положение.Потеря устойчивости управления в результате отклонения от траектории движения (см. рис. 6.11, а) наблюдается, как правило, при движении со скоростью, близкой к vmax. Предельной скоростью [vт] по траекторной устойчивости управления считается скорость, после превышения которой водитель не может на прямой дороге обеспечить движение в коридоре безо сности (внутри разметки на дороге полосы движения). На дорогах с ровным асфальтобетонным покрытием конструкция всех исправных обеспечивает vmах < [vт]. Появление [vт] < vmax возможно только у технически неисправных или у пожарных автоцистерн с частичным заполнением цистерны. Основные причины уменьшения [vт]: неправильная установка управляемых колес , дисбаланс (неуравновешенность) управляемых колес, незначительный разворот одной оси из-за «проседания» рессор с одной стороны , различие между давлениями шин колес одной оси (уменьшение давления в шине меньше номинального).Потеря устойчивости управления в результате отклонения от курса (направления) движения (рис. 6.12, б) наблюдается при движении со скоростью, близкой к vmax, и при торможении. Предельной скоростью [vк] по курсовой устойчивости управления считается скорость, после превышения которой водитель не может обеспечить движение в коридоре безо сности. С увеличением длины требования к курсовой устойчивости управления ужесточаются, так как выход части за пределы коридора безо сности появляется при меньших углах отклонения от курса. Причины ухудшения курсовой устойчивости управления при движении по прямой ровной дороге те же, что и для [vт]. Основное внимание при обеспечении курсовой устойчивости управления необходимо уделять исправности тормозной системы.При скорости [vк] на торможение оказывает влияние соотношение между тормозными усилиями колес и последовательностью срабатывания тормозов. Тормозные усилия колес одной оси должны быть равны, их срабатывание должно быть одновременным. Раннее включение тормозов передней оси позволяет уменьшить Sт из-за лучшего использования максимальной силы сцепления при увеличении нагрузки на передние колеса при торможении, но уменьшает [vк], т. е. увеличивает вероятность заноса задней оси, особенно на дорогах с малым коэффициентом сцепления .Обеспечение [vт] >vmax и [vк] > vmax при эксплуатации зависит от систематического контроля за техническим состоянием шин, ходовой части и рулевого управления.1.3. Проходимость и маневренностьПроходимость – способность двигаться по заснеженным, мокрым и плохим (разбитым, размокшим) дорогам, бездорожью и преодолевать естественные (подъемы, спуски, косогоры) или искусственные препятствия без вспомогательных средств.Маневренность – способность поворачиваться (маневрировать) на минимальной площади.Единого показателя, характеризующего проходимость и маневренность , не существует. Проходимость и маневренность зависит от его геометрических размеров и опорно-тяговых свойств, а также от конструкции трансмиссии (дифференциала, коробки передач) и механизма поворота управляемых колес.По проходимости АТС делятся на дорожные (обычной проходимости), повышенной и высокой проходимости.К дорожным относят АТС, предназначенные для преимущественного использования на дорогах с твердым покрытием. Обычно эти АТС являются неполноприводными (с колесной формулой 42);62; 64 – первая цифра соответствует общему числу колес АТС, вторая – числу ведущих колес) с колесами дорожного рисунка шин и с простыми (неблокируемыми) дифференциалами.Автомобильные транспортные средства повышенной проходимости предназначены для движения по дорогам с твердым покрытием, вне дорог и для преодоления естественных препятствий. Обычно эти АТС являются полноприводными (с колесной формулой – 44; 66 и т.д.), имеют тороидные или широкопрофильные (реже арочные) шины с системой регулирования давления воздуха. В трансмиссиях этих АТС часто применяют блокируемые дифференциалы.Автомобильные транспортные средства высокой проходимости создаются для преимущественного использования вне дорог. Эти АТС имеют полный привод ведущих колес и специальные шины (шины сверхнизкого давления, пневмокатки).Различают профильную и опорно-тяговую проходимость. Профильная проходимость характеризует способность АТС преодолевать неровности пути, препятствия и вписываться в дорожные габариты. Опорная проходимость – способность АТС двигаться по деформируемым грунтам.Показатели профильной проходимости (рис. 6.13):дорожный просвет h, м;передний l1 и задний l2 свесы, м;передний 1 и задний 2 углы свеса (или угол 1 въезда и угол 2 съезда), град.;радиусы продольной R1 и поперечной R2 проходимости, м;наибольший угол преодолеваемого подъема max;наибольший угол преодолеваемого косогора ;ширина преодолеваемого рва lр;высота преодолеваемой вертикальной стенки (эскар ).Рис.6.13. Показатели профильной проходимостиДорожный просвет h (расстояние от нижней точки до опорной поверхности) определяет возможность движения по мягкому грунту и через единичные препятствия (камни, пни, кочки и т.д.). Чем больше h, тем лучше проходимость . У повышенной и высокой проходимости дорожный просвет h больше, чем у на базе дорожных АТС. С увеличением грузоподъемности дорожный просвет h обычно увеличивается.От свеса l1 и l2 зависит проходимость при преодолении канав, кюветов. Чем меньше l1 и l2, тем меньше вероятность «вывешивания» колес при преодолении препятствий.Углы свеса 1 и 2 влияют на возможность преодоления препятствий с короткими подъемами и спусками. Чем больше 1 и 2, тем больше крутизна коротких неровностей, через которые может переехать , не задевая за неровность при въезде и съезде.Продольный радиус проходимости R1равен радиусу сегментного препятствия (с хордой, равной базе L АТС), через которое может переехать поперек, не задевая нижней точкой, расположенной в средней части. Чем меньше R1, тем выше проходимость , т.е. способность преодолевать местность с гребнистыми препятствиями (насыпи, бугры).Поперечный радиус проходимости R2 равен радиусу сегментного препятствия (с хордой, равной базе в АТС), через которое может переехать вдоль, не задевая нижней точкой, расположенной между колесами. Чем меньше R2, тем лучше проходимость при преодолении насыпей и борозд вдоль.На профильную проходимость длинномерных (автолестниц, автоподъемников) влияет соотношение между габаритными размерами: длиной Lг, высотой Hг и шириной Вг. Соотношение между высотой Нги длиной Lгопределяет проходимость под мостами или эстакадами (рис. 6.14).Рис.6.14. Влияние габаритов на его продольную проходимостьПри определении проходимости под мостом необходимо убедиться в обеспечении Hг < Н на всей габаритной длине Lг , так как при вогнутой дороге и большой длине Lг возможная для проезда высота уменьшается (рис. 6.14).Показатели опорно-тяговой проходимости:максимальная сила тяги Рк max;максимальный динамический фактор Dmax;коэффициент сцепления шин с дорогой ;нагрузка на ведущие колеса (сцепной вес) Gв;давление колес на дорогу р.Для увеличения проходимости необходимо увеличивать Dmax и (см. п. 6.1). Сцепной вес можно увеличить, если увеличить число ведущих колес (использовать полноприводное базовое шасси) или сместить центр масс в сторону ведущего моста.Основным показателем опорно-тяговой проходимости по дорогам с мягким покрытием является давление колес на дорогу:(6.69)где Rn– нагрузка, воспринимаемая колесом, Н; Sn – площадь контакта колеса с дорогой, м2.Давление р современных изменяют от 50 к (0,5 кг/см2) при движении по мягким грунтам до 300 к (3 кг/см2) при движении по дорогам с твердым покрытием. Лучшую проходимость имеют с регулируемым давлением воздуха в шинах. Обычно для улучшения проходимости необходимо уменьшить давление, но при движении по некоторым грунтам, наоборот, увеличивать.Уменьшение давления воздуха в шине влияет также на коэффициент сцепления φ (см. табл. 6.1). Увеличения коэффициента на мягких грунтах добиваются обычно уменьшением р, т.е. увеличением площади контакта шины с грунтом. Увеличения коэффициента на дорогах с твердым основанием (например, асфальтобетонное шоссе, покрытое грязью, или неглубокие снежные заносы на дороге) добиваются увеличением р.Показатели маневренности (рис. 6.15):минимальный радиус поворота наружного переднего колеса Rн;ширина полосы движения А при повороте;максимальный выход отдельных частей за пределы траекторий движения наружного переднего и внутреннего заднего колес (расстояния a и b).Рис.6.15. Показатели маневренности одиночного Наиболее маневренны со всеми управляемыми колесами. При буксировке прице маневренность ухудшается, так как при повороте увеличивается ширина полосы движения А.ЗаключениеВ ходе выполнения работы были рассмотрены силы действующие на автомобиль при движении. Методы расчета этих сил и мероприятия по улучшению тягово-динамических характеристик автомобиля.Список литературыЛукин П. П. и др. Конструирование и расчет автомобиля. Учебник для вузов. М.: Машиностроение 1984, - 376 с.Автомобили. Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть /Под ред. А. И. Гришкевича. Вышейшая школа, 1987. - 200 с. Проектирование полноприводных колесных машин: В 2 т. Т 2. Учебник для вузов. /Под общ. Ред. А. А. Полунгяна.- М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2000. - 640 с. В.И. Баловнев, Р.Т. Данилов. Автомобили и тракторы: краткий справочник. – М., Издательский центр «Академия», 2008. – 384 с.