БелгородскийГосударственный Технологический Университет
им. В.Г.Шухова
Кафедра«Организация и безопасность движения»
Курсовая работапо дисциплине
«Безопасностьтранспортных средств»
На тему
«Управляемостьавтомобиля. Параметры маневра»
Выполнила
студентка гр.БД-43
Боровая Ю.В
Проверил
Новописный Е.А
Белгород 2010г.
ВВЕДЕНИЕ
Под управляемостьюпонимают способность автомобиля сохранять или изменять направление движенияточно в соответствии с приложенными воздействиями. Для сохраненияпрямолинейного движения управляемые колеса автомобиля и ось подвескиустанавливаются под некоторыми углами, что обеспечивает стабилизацию переднихколес (возврат в нейтральное положение) при случайных отклонениях после выходаиз поворота.
На управляемостьавтомобиля определенное влияние оказывают некоторые эксплуатационные факторы.Например, снижение давления воздуха в шинах высокого давления увеличивает уголувода, а в широкопрофильных — уменьшает. Радиальные шины лучше противостоятуводу, чем диагональные. Поэтому при установке, к примеру, сзади радиальныхшин, а впереди диагональных недостаточная поворачиваемость автомобиляувеличивается, и наоборот.
Повышение нагрузки на осьуменьшает величину увода колес, поэтому опытные водители проходят поворот снебольшим ускорением. Это приводит к увеличению нагрузки на заднюю ось,повышается сцепление задних колес с дорогой, автомобиль более устойчив наповоротах. Тормозить же на повороте не следует, резко возрастает опасностьзаноса.
Под маневренностьюпонимается способность автомобиля выполнять разворот на возможно малой площади.Маневренность автомобиля зависит от его габаритных размеров, величины колеснойбазы, ширины колеи, предельных углов поворота передних колес. Основнойпараметр, характеризующий маневренность автомобиля — его минимальный радиусповорота. Легковые автомобили обладают лучшей маневренностью (радиус поворотаменьше 6 м) по сравнению с грузовыми, и требуют гораздо меньше площади дляманеврирования и разворотов. Автопоезда, наоборот, требуют больше места дляманеврирования, чем одиночные автомобили.
1 УПРАВЛЯЕМОСТЬ
1.1 Поворотавтомобиля
Управляемость автомобиля — одно изважнейших эксплуатационных свойств, определяющих возможность его безопасногодвижения с большими средними скоростями, особенно на дорогах с интенсивнымдвижением.
Основными параметрами,характеризующими поворот автомобиля, являются радиус поворота и положениецентра поворота.
На рисунке 1.1 представлена схемаповорота автомобиля с жесткими и эластичными колесами. Точка О представляет собой центр поворота.Она находится на пересечении перпендикуляров, проведенных к векторам скоростейвсех колес (мостов) автомобиля. Радиус поворота R(Rэ) представляет собой расстояние отцентра поворота до продольной оси автомобиля. Для автомобиля с жесткимиколесами (рисунок 1.1), у которого векторы скоростей колес совпадают сплоскостью их вращения, центр поворота лежит на продолжении оси задних колес, арадиус поворота (из ∆ОАБ)
/> (1)
где L — базаавтомобиля; θ — уголповорота управляемых колес.
/>
Рисунок 1.1Схема поворота автомобиля с жесткими колесами: О — центрповорота; А, Б— центры осей передних и задних колес; v1, v2 — векторыскоростей передних и задних колес
/>
Рисунок 1.2.Схема поворота автомобиля с эластичными колесами:
О — центрповорота; А, В — центры осейпередних и задних колес;
С —расстояние между центром В оси задних колес и точкой Б — проекциейцентра поворота на продольную ось автомобиля; v1, v2 — векторы скоростей передних и задних колес
Следовательно,радиус поворота автомобиля Rс жесткими колесами зависит только от угла поворота управляемых колес.
Дляавтомобиля с эластичными колесами (рисунок 1.2), векторы скоростей которых несовпадают с плоскостью их вращения, центр поворота находится на некоторомрасстоянии С от оси задних колес, а радиус поворота (из ∆ОАБ и ∆ОБВ)
/> (2)
где δ1,δ2— углы увода передних и задних колес (мостов).
Такимобразом, радиус поворота автомобиля с эластичными колесами зависит от углаповорота управляемых колес и углов увода передних и задних колес, обусловленныхих эластичностью при действии боковой силы.
С учетомрадиуса поворота R3 находим расстояние С (из ∆ОБВ):
/> (3)
Следовательно,положение центра поворота автомобиля с эластичными колесами зависит от углаповорота управляемых колес и углов увода передних и задних колес (мостов).
В техническойхарактеристике автомобиля указывается наименьший радиус поворота по колеепереднего наружного колеса. Этот радиус определяется экспериментально примаксимальном повороте управляемых колес.
Радиусповорота автомобиля по колее переднего наружного колеса можно определить последующей формуле:
/> (4)
где В – колеяпередних колес[1].
1.2 Силы, действующие автомобиль при повороте
Процессдвижения автомобиля на повороте включает в себя три фазы (рисунок 1.3, а): вход в поворот (участок АБ), поворот (БВ) и выход изнего (ВГ).
При входе вповорот управляемые колеса двигавшегося прямолинейно автомобиля поворачиваются,и он движется по кривой уменьшающегося радиуса.
При поворотеуправляемые колеса повернуты на определенный угол, и движение происходит покривой постоянного радиуса.
При выходе изповорота управляемые колеса возвращаются в нейтральное положение, и автомобильдвижется по кривой увеличивающегося радиуса, а затем — прямолинейно.
Во времядвижения на повороте на автомобиль (рисунок 1.3, б) действуют следующие силы: центробежная рц и ее поперечная ру и продольная рх составляющие, а также поперечные реакциидороги: Ry1 — на переднийи Ry2 — на задниймосты.
Основнойдействующей силой при повороте является поперечная составляющая ру центробежной силы, которая направленаперпендикулярно продольной оси автомобиля и представляет собой сумму трех сил:
/> (5)
Сила P’у всегда возникает при криволинейномдвижении. Она пропорциональна квадрату скорости и действует в процессе всегоповорота. Сила P’’у появляется в результате измененияугла поворота управляемых колес и действует при входе и выходе из поворота.Сила P’’’у возникает вследствие измененияскорости движения и действует только при неравномерном движении на повороте. Изтрех указанных составляющих наибольшее значение имеет сила P’у, на долю которой приходится 90 % силы Pу. Поэтому для автомобилей общегоназначения и специализированных автомобилей силами P’у и P’’у пренебрегают.
/>
Рисунок 1.3.Поворот автомобиля:
а — фазы процесса попорота; б — силы, действующие при повороте;
А – Г — характерныеточки траектории поворота автомобиля;
v1, v2 — векторыскоростей передних и задних колес
Их учитываюттолько для специальных автомобилей (пожарные, автомобили «скорой помощи» идр.), движущихся на поворотах с более высокими скоростями.
Приравномерном движении на повороте поперечная составляющая центробежной силы
/> (6)
Онапропорциональна квадрату скорости движения, поэтому быстро возрастает приувеличении скорости.
Поперечныереакции дороги на передний и задний мосты при равномерном движении на повороте
/> (7,8)
Из этихвыражений следует, что центробежные силы, действующие на передний и задниймосты, можно считать пропорциональными приходящемуся на них весу G1, и G2[1].
2 ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХФАКТОРОВ НА УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТОМОБИЛЯ
2.1 Установкауправляемых колес
Науправляемость автомобиля оказывают влияние различные конструктивные иэксплуатационные факторы. К ним относятся установка и стабилизация управляемыхколес, подвеска и шины, техническое состояние рулевого управления, блокировкаколес при торможении, колебания управляемых колес, усилители рулевогоуправления, кузов автомобиля, квалификация водителя и др.
Для созданиянаименьшего сопротивления движению, уменьшения износа шин и снижения расходатоплива управляемые колеса должны катиться в вертикальных плоскостях,параллельных продольной оси автомобиля. С этой целью управляемые колесаустанавливают на автомобиле с развалом в вертикальной и со схождением вгоризонтальной плоскости.
Углом развала управляемых колес ар называетсяугол (рисунок 2.1, а), заключенныймежду плоскостью колеса и вертикальной плоскостью, параллельной продольной осиавтомобиля. Угол развала считается положительным, если колесо наклонено отавтомобиля наружу, и отрицательным при наклоне колеса внутрь.
Угол разваланеобходим для того, чтобы обеспечить перпендикулярное расположение колес поотношению к поверхности дороги при деформации деталей моста под действием весапередней части автомобиля. Этот угол уменьшает плечо поворота — расстояниемежду точкой пересечения продолжения оси поворота (шкворня) и точкой касанияколеса плоскости дороги. В результате существенно уменьшается момент,необходимый для поворота управляемых колес, и, следовательно, облегчается поворотавтомобиля.
При установкеколеса с развалом возникает осевая сила, прижимающая ступицу с колесом квнутреннему подшипнику, раз мер которогообычно больше, чем размер наружного подшипника. Вследствие этого разгружаетсянаружный подшипник ступицы колеса. Угол развала обеспечивается конструкциейуправляемого моста путем наклона поворотной цапфы и составляет 0…2″.
/>
Рисунок 2.1.Схемы установки управляемых колес:
а — развал; б — схождение; О — точка пересечения продолжения оси колеса с плоскостьюдороги; А, Б — расстояния между задними ипередними частями колес
При наличииразвала управляемое колесо стремится катиться в сторону от автомобиля по дугевокруг точки О (рисунок 2.1, а) пересечения продолжения его оси с плоскостью дороги. Так какуправляемые колеса связаны между собой, то их качение по расходящимся дугамсопровождалось бы боковым скольжением. Для предотвращения такого скольженияуправляемые колеса устанавливают со схождением, т.е. не параллельно, а поднекоторым углом к продольной оси автомобиля.
Угол схождения управляемых колес δС (рисунок 2.1, б) определяется разностью расстояний А и Б междуколесами, которые измеряют сзади и спереди по краям ободьев на высоте осиколес. Угол схождения колес у автомобилей находится в пределах 0°20’… 1°, аразность расстояний А и Б между колесами сзади и спереди составляет 2… 12 мм.
Установкауправляемых колес с одновременным развалом и схождением обеспечивает ихпрямолинейное качение по дороге без бокового скольжения. При этом должно бытьправильно подобрано соотношение между углами развала и схождения. Каждому углуразвала соответствует определенный угол схождения, при котором сопротивлениедвижению, расход топлива и износ шин будут минимальными. Обычно оптимальныйугол схождения управляемых колес составляет в среднем 15…20% угла их развала.Однако в процессе эксплуатации управляемые колеса часто устанавливают сосхождением несколько большим, чем требуется для компенсации их развала. Этовызвано тем, что у колес вследствие наличия зазоров и упругости рулевогопривода может появиться отрицательное схождение. В результате даже при ихположительном развале возрастают сопротивление движению, расход топлива и износшин[3].
2.2 Стабилизацияуправляемых колес
При движениисилы, действующие на автомобиль, стремятся отклонить управляемые колеса отположения, соответствующего прямолинейному движению. Чтобы не допуститьповорота управляемых колес под действием возмущающих сил (толчки от неровностейдороги, порывы ветра и др.), управляемые колеса должны обладать стабилизацией.
Стабилизациейуправляемых колес называется их свойство сохранять положение, отвечающеепрямолинейному движению, и автоматически возвращаться в это положение.
Чем вышестабилизация управляемых колес, тем легче управлять автомобилем, вышебезопасность движения, меньше износ шин и рулевого управления.
Наавтомобилях стабилизация управляемых колес обеспечивается наклоном шкворня илиоси поворота колес в поперечной и продольной плоскостях и упругими свойствамипневматической шины, которые создают соответственно весовой, скоростной иупругий стабилизирующие моменты.
Весовой стабилизирующий момент возникает вследствие поперечногонаклона шкворня или оси поворота управляемого колеса (при бесшкворневойподвеске). Поперечный наклон оси поворота (рисунок 2.2), характеризуемый углом βш,при повороте колеса вызывает подъем передней части автомобиля на некоторуювысоту h’. При этом масса передней части стремится возвратить колесо вположение прямолинейного движения. Создаваемый в данном случае стабилизирующиймомент и является весовым.
Хотя весовойстабилизирующий момент меньше, чем стабилизирующий момент шины, он не зависитни от скорости движения, ни от сцепления колеса с дорогой. У автомобилей уголпоперечного наклона шкворня (оси поворота) управляемого колеса βш= 5… 10°. При увеличении угла βш повышаетсястабилизация управляемых колес, но затрудняется работа водителя[2].
Весовойстабилизирующий момент приближенно можно рассчитать по следующей формуле:
/> (9)
гдеGк — нагрузка на колесо; lц — длинаповоротной цапфы; θ — угол поворота колеса.
/>
Рисунок 2.2Поперечный наклон оси поворота управляемого колеса
Скоростной стабилизирующий момент создается врезультате продольного наклона шкворня. Продольный наклон оси поворота (рисунок2.3), определяемый углом γш, создает плечо а действия реакций дороги, возникающих при повороте колесамежду шиной и дорогой в месте их касания. Эти реакции помогают возврату колесав положение, соответствующее прямолинейному движению. Создаваемый в этом случаестабилизирующий момент и является скоростным.
Обычнобоковые реакции дороги на колесах возникают вследствие действия на автомобильцентробежной силы, которая пропорциональна квадрату скорости движения наповороте. Поэтому скоростной стабилизирующий момент изменяется пропорциональноквадрату скорости движения.
/>
Рисунок 2.3Продольный наклон оси поворота управляемого колеса
У автомобилейугол продольного наклона оси поворота управляемых колес уш =0…3,5°. При увеличении угла уш повышается стабилизация управляемыхколес, но усложняется работа водителя.
Скоростнойстабилизирующий момент
/> (10)
где а — плечо действия реакции дороги Ry, rк — радиусколеса; γш — угол продольного наклона шкворня.
Упругий стабилизирующий момент шины создается при поворотеуправляемого колеса вследствие смещения результирующей боковых сил, действующихв месте контакта шины с дорогой, относительно центра контактной площадки(рисунок 2.4).
Упругийстабилизирующий момент, создаваемый шиной:
/> (11)
где Рб — результирующая боковых сил; b — плечодействия силы Рб.
/>
Рисунок 2.4Схема возникновения упругого стабилизирующего момента шины
Стабилизирующиймомент шины достигает значительной величины у легковых автомобилей, которыеимеют высокоэластичные шины и движутся с большой скоростью. Он может составлять200…250Н·м при углах увода колес 4…5°. Поэтому при очень эластичных шинахугол продольного наклона шкворня делают равным нулю, чтобы не усложнятьуправление автомобилем. Однако при небольшой скорости движения стабилизирующиймомент шины не обеспечивает надежной стабилизации управляемых колес. Крометого, упругий стабилизирующий момент шины резко уменьшается на дорогах снебольшим коэффициентом сцепления (скользких, обледенелых).
Стабилизацияуправляемых колес неразрывно связана с установкой управляемых колес автомобиля[1].
2.3 Колебанияуправляемых колес
В процесседвижения управляемые колеса автомобиля могут совершать колебания вокругшкворней (осей поворота) в горизонтальной плоскости. Такие колебания вызываютизнос шин и рулевого привода, повышают сопротивление движению и увеличиваютрасход топлива. Они могут привести к потере управляемости автомобиля и снижениюбезопасности движения. Причинами, вызывающими эти колебания, являются гироскопическаясвязь управляемых колес, их неуравновешенность (дисбаланс) и двойная связьколес с несущей системой (рама, кузов) через рулевой привод и подвеску.
/>
Рисунок 2.5Схема возникновения самовозбуждающихся колебаний (автоколебаний) управляемыхколес при зависимой подвеске
При наездаходного из колес на дорожные неровности при зависимой их подвеске (рисунок 2.5)происходит перекос переднего моста. Управляемые колеса наклоняются, иизменяется положение их оси вращения. Это приводит к возникновениюгироскопического момента мrx, которыйдействует в горизонтальной плоскости и поворачивает управляемые колеса вокругшкворней[3].
Поворот колесвокруг шкворней вызывает возникновение другого гироскопического момента мrz, который действует в вертикальнойплоскости и стремится увеличить перекос моста и наклон колес.
Такимобразом, перекос моста обусловливает колебания управляемых колес вокругшкворней, а они, в свою очередь, увеличивают перекос моста, т.е. обеколебательные системы связаны между собой и влияют друг на друга.
Возникающие вэтом случае колебания управляемых колес вокруг шкворней непрерывно повторяются(самовозбуждаются), являются устойчивыми и наиболее опасными.
При вращениинеуравновешенного колеса (рисунок 2.6) возникает центробежная сила рц. Ее вертикальная составляющая Рz стремитсяпереместить колесо в вертикальном направлении и наклонить его, что вызываетпоявление гироскопического момента мх.Горизонтальная составляющая рхцентробежной силы стремится повернуть колесо вокруг шкворня. Колебанияуправляемых колес становятся особенно значительными, когда не уравновешены обаколеса и неуравновешенные части располагаются с разных сторон осей вращения,так как в этом случае поворачивающие моменты мх складываются. Колебания такжевозрастают при увеличении скорости движения автомобиля в связи с тем, чтозначения составляющих рz и рх центробежной силы рц во многом зависят от скорости[1].
/>
Рисунок 2.6.Дисбаланс управляемых колес:
а — силы,действующие на неуравновешенные колеса; б — схемавозникновения поворачивающего момента
Управляемыеколеса автомобиля имеют двойную связь с его несущей системой, котораяосуществляется через подвеску и рулевой привод.
Привертикальных перемещениях колеса (рисунок 2.7) шарнир А, соединяющий продольную рулевую тягу с рычагом поворотногокулака, должен перемещаться по дуге бб с центром вточке О1,что обусловлено кинематикой рулевогопривода.
/>
Рисунок 2.7.Связь управляемых колес с несущей системой автомобиля:
А — шарнир; О, О1— центры колебаний; аа, бб — траекторииперемещения шарнира
Кроме того,шарнир А также должен перемещаться по дуге аа с центром в точке О, что связано сособенностями кинематики подвески. Однако дуги аа и бб расходятся,поэтому вертикальные перемещения управляемых колес сопровождаются их поворотомвокруг шкворней.
Колебанияуправляемых колес вокруг шкворней совершаются с высокой и низкой частотой.
Колебания высокойчастоты, превышающей 10Гц, с амплитудой не более 1,5…2° происходят в пределахупругости шин и рулевого привода. Эти колебания не передаются водителю и неприводят к нарушению управляемости автомобиля, так как поглощаются в рулевомуправлении. Однако высокочастотные колебания вызывают дополнительный износ шини деталей рулевого привода, повышают сопротивление движению автомобиля иувеличивают расход топлива.
Колебаниянизкой частоты (менее 1Гц) с амплитудой 2…3″ нарушают управляемостьавтомобиля и безопасность движения. Для их устранения необходимо снизитьскорость автомобиля.
Полностьюустранить колебания управляемых колес вокруг шкворней невозможно — их можнотолько уменьшить. Это обеспечивается применением независимой подвескиуправляемых колес, что ослабляет гироскопическую связь между ними, применениембалансировки колес, благодаря чему устраняется их неуравновешенность,уменьшением влияния двойной связи колес с несущей системой, что достигаетсяпринятием различных конструктивных мер[4].
2.4 Увод колесавтомобиля
Уводом колесаназывается его свойство катиться под углом к плоскости своего вращениявследствие действия боковой силы.
Эластичноеколесо (рисунок 2.8) при отсутствии боковой силы катится в плоскости своеговращения, а при действии боковой силы — под некоторым углом.
Угол δув,образованный вектором скорости vK колеса и плоскостью его качения,называется углом увода.
На рисунке 2.9 показана зависимостьугла увода колеса от приложенной к нему поперечной силы. Кривая ОАБВ включает в себя следующие характерные участки: OA — увод колесапри отсутствии бокового скольжения шины (δув= 4…6°); АБ — увод с частичным боковым проскальзыванием шины; БВ— полное скольжение шины вбок при Py = Pсц (δув= 12…15°).
/>
Рисунок 2.8.Качение эластичного колеса при отсутствии (а) и действии (б) боковой силы: А—В, А1—В1, А2—В2—характерные точки колеса
/>
Рисунок2.9 Зависимость угла увода колеса от поперечной силы: А—В характерныеточки кривой
Рисунок2.10 Зависимости коэффициента сопротивления уводу колеса от вертикальнойнагрузки на него и давления воздуха в шине:рв1 – рв3— значения давления воздуха в шине
Угол уводаколеса можно определить по формуле
/> (12)
где kув — коэффициент сопротивления уводуколеса.
Коэффициентсопротивления уводу колеса зависит от размеров и конструкции шины, давлениявоздуха в ней и вертикальной нагрузки на колесо. Так, при увеличении размеровшины и давления воздуха в ней коэффициент сопротивления уводу возрастает. Приувеличении вертикальной нагрузки на колесо он сначала растет, а затемуменьшается (рисунок 2.10). Для шин грузовых автомобилей и автобусов значенияэтого коэффициента составляют 30…100кН/рад, а для шин легковых автомобилей15…40кН/рад. От значения коэффициента сопротивления уводу во многом зависитбоковое скольжение колеса. Чем меньше этот коэффициент, тем раньше начинаетсябоковое скольжение[1].
2.5 Подвеска и шины
У легковыхавтомобилей ухудшение управляемости при эксплуатации может бытьвызвано остаточной деформацией пружин передней независимой подвески. Врезультате осадки пружин рычаги подвески при перемещениях изменяют углы развалаколес и поперечного наклона шкворней, нарушая приэтом установку и стабилизацию управляемых колес. Ктому же при осадке одной из пружин подвески указанные углыизменяются только с одной стороны автомобиля. Вследствие этого стабилизирующиемоменты на управляемых колесах не будут уравновешиваться при прямолинейномдвижении и автомобиль начнет уводить в сторону. При уменьшении Давления воздухав одной из шин колес автомобиля увеличивается ее сопротивление качению иснижается боковая жесткость шины, в связи с этимавтомобиль при движении постоянно отклоняется в сторону шины с уменьшеннымдавлением воздуха[1].
2.6 Блокировка колеспри торможении
Приторможении автомобиля одновременная блокировка (доведение до юза) передних изадних колес может произойти только на дорогах с определенным оптимальнымкоэффициентом сцепления φопт= 0,4…0,45. На дорогах с другими значениями коэффициента сцепленияпроисходит блокировка сначала либо передних, либо задних колес. Так, приторможении на дорогах с коэффициентом сцепления меньше оптимального (φх φопт) у автомобиля первыми доводятся до юзазадние ведущие колеса, что может привести к заносу[1].
2.7 Усилители рулевогоуправления
В рулевыхуправлениях автомобилей применяют гидравлические, пневматические иэлектрические усилители. Среди них наибольшее распространение получилигидроусилители. Так, 90% всех автомобилей с усилителями рулевого управленияоборудованы гидравлическими усилителями.
Гидроусилительзначительно облегчает работу водителя, который при его наличии прикладывает крулевому колесу в 2 — 3 раза меньшее усилие, чем без гидроусилителя. Так,например, для поворота автомобиля средней и большой грузоподъемности иавтобусов без рулевых усилителей требуется усилие водителя до 400Н и более. Этоочень существенно, так как из всей затрачиваемой водителем энергии науправление автомобилем 50% приходится на рулевое управление. Кроме того,гидроусилитель смягчает толчки и удары от дорожных неровностей, передаваемые отуправляемых колес на рулевое колесо. Гидроусилитель также повышает безопасностьдвижения при повреждении шин управляемых колес (прокол, разрыв и т.п.) иманевренность автомобиля.
Маневренностьавтомобиля возрастает при быстром и точном действии гидроусилителя. Так, времясрабатывания гидроусилителей составляет 0,2…2,4с (у пневмоусилителей оно в 5—10 раз больше). Это приводит к высокой точности при управлении автомобилем впроцессе поворота на закруглениях дорог[4].
2.8 Кузов автомобиля
Форма кузовалегковых автомобилей оказывает существенное влияние на их управляемость, таккак она определяет метацентр автомобиля — точку приложения боковойаэродинамической силы Рб (силы ветра).У автомобилей метацентр обычно несовпадает с их центром тяжести. Так, у одних автомобилей метацентр расположенперед центром тяжести, а у других — за ним.
/>
Еслиметацентр находится перед центром тяжести автомобиля, то при действии боковоговетра двигавшийся прямолинейно автомобиль начнет поворачиваться в направлениидействия силы ветра. Это вызовет появление центробежной силы рц (рисунок 2.11), под влиянием которойувеличится склонность автомобиля к повороту.
/>
Рис. 8.14.Влияние формы кузова на управляемость автомобиля:
а —расположение метацентра автомобиля; б — схема сил,действующих при боковом ветре; МЦ — метацентр; ЦТ — центр тяжести
Еслиметацентр находится за центром тяжести автомобиля, то при действии боковоговетра Рб’ автомобиль будет стремиться повернуть против ветра.Возникающая при этом центробежная сила Р’ц будетспособствовать уменьшению поворота автомобиля.
Такимобразом, для обеспечения лучшей управляемости автомобиля при действии боковоговетра необходимо, чтобы метацентр располагался за центром тяжести автомобиля.
Это можетбыть достигнуто соответствующей формой кузова автомобиля, например с пониженнымкапотом двигателя, высокими задними крыльями и др[1].
2.9 Квалификацияводителя
Управляемостьавтомобиля и точность выполнения маневра во многом зависят от квалификацииводителя.
Управлениеавтомобилем на повороте представляет собой сложный процесс, состоящий изнескольких фаз: вход автомобиля в поворот, его поворот и выход из поворота.
Приуправлении автомобилем водители, не имеющие достаточного опыта, часто допускаютошибки: выводят автомобиль за осевую линию дороги, за пределы занимаемого рядаи срезают углы при маневрировании. Все подобные действия приводят к нарушениюне только управляемости автомобиля, но и безопасности движения[4].
3 МАНЕВРЕННОСТЬ
3.1 Параметры маневра
Автомобилидолжны обладать хорошей маневренностью. Она требуется при значительномизменении направления движения в условиях города, когда часто приходитсясовершать повороты на 90°, при необходимости в движении задним ходом или полномразвороте. Высокая маневренность также необходима при погрузке и разгрузкеавтомобилей на небольших площадках.
Маневренностьхарактеризует удобство использования автомобиля и легкость управления им принеобходимости движения и выполнения поворотов и разворотов в стесненных условиях,а также проходимость автомобиля при движении по грунтовым дорогам с крутымиповоротами, по пересеченной местности и через лес. От маневренности автомобилейзависят размеры необходимых площадок в местах погрузки и выгрузки, а иногда изатраты времени на выполнение этих операций, требуемая ширина проездов вгаражах, на площадках для стоянки и в зонах обслуживания[3].
Основнымипараметрами маневра автомобиля (рисунок 3.1) являются минимальный радиусповорота Rmin, внутренний RB и наружный Rн габаритныерадиусы поворота, минимальный радиус поворота внутреннего заднего колеса Rвк, поворотная ширина bкпо колееколес и поворотная ширина bк автомобиля (коридора).
Минимальный радиус поворота автомобиля представляет собойрасстояние от центра поворота до оси колеи переднего наружного управляемогоколеса при максимальном угле его поворота.
/>
Рисунок 3.1.Показатели маневренности автомобиля:
О — центрповорота
Минимальныйрадиус поворота, м, указывается в технической характеристике автомобиля. Егоможно вычислить по формуле
/> (13)
где L — базаавтомобиля; θmах —максимальный угол поворота наружного колеса (рисунок 3.2, а).
Внутренним и наружным габаритными радиусами поворота (RB и RH) называются расстояния от центраповорота до ближайшей и наиболее удаленной точек автомобиля при максимальномповороте управляемых колес.
Поворотная ширина по колее колес — это разность между минимальнымирадиусами поворота переднего наружного и заднего внутреннего колеса
/> (14)
Поворотнаяширина по колее колес автомобиля определяет минимально необходимую ширинупроезжей части твердого покрытия дороги.
Поворотной шириной автомобиля (коридора) называетсяразность между наружным и внутренним габаритными радиусами поворота автомобиля:
/> (15)
Поворотнаяширина коридора определяет минимальную ширину проезда или ширину полосыдвижения, необходимую при крутых поворотах, а также возможность движения впроездах заданных размеров и формы[1].
/>
Рисунок 3.2Схемы автомобилей с передними (а) и всеми (б) управляемыми колесами: О — центр поворота
4РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
Данныйраздел содержит в себе расчеты показателей управляемости и маневренностиавтомобиля ВАЗ-21093. Для выполнения расчетов мне потребовались некоторыетехнические характеристики автомобиля Ваз-2109, представленные в таблице 1.
Таблица1Колесная база автомобиля (L) 2460мм Передняя колея (В) 1400мм Максимальный угол поворота передних колес (θ) 42°
Нижебудут рассчитаны следующие характеристики:
· Радиусповорота с эластичными колесами (Rэ)
· Расстояниемежду центром оси задних колес и проекцией центра поворота на продольную осьавтомобиля (С)
· Радиусповорота автомобиля по колее переднего наружного колеса (RПК)
· Минимальныйрадиус поворота (Rmin)
Радиусповорота вычисляется, с расчетом, что в реальных условиях на автомобилеустановлены эластичные колеса, то есть используем формулу (2):
/>
Уголувода при отсутствии бокового скольжения, то есть в условиях повседневнойэксплуатации составляет от 4° до 6°.Так как углы увода на передних и заднихколесах различны, причем, так как автомобиль переднеприводный, угол уводапередних колес меньше, чем задних, значит принимаем δ1= 4°, δ2=6°.Отсюда получаем:
/>
Расстояниемежду центром оси задних колес и проекцией центра поворота на продольную осьавтомобиля рассчитывается по формуле (3):
/>
Радиусповорота автомобиля по колее переднего наружного колеса можно вычислить поформуле (4)
/>
Минимальныйрадиус поворота рассчитывается по формуле (13)
/>
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результатепроделанной работы был произведен расчет показателей управляемости иманевренности автомобиля ВАЗ-21093.
Рассчитав различныерадиусы поворота данного автомобиля можно сделать вывод, что они достаточны дляэксплуатации машины на дорогах общего пользования, но полученные данные можноулучшить за счет усовершенствования рулевого управления автомобиля иконструкции поворотных механизмов колес.
Такими улучшениямимогут служить гидро- или электро-усилитель руля, которые позволят водителюуменьшить время, затрачиваемое на поворот колес, а также изменение конструкцииповоротных рычагов колеса или обеспечение конструкцией наклона колеса в сторонуповорота, что также значительно уменьшит радиус поворота.
Приведенные улучшениямогут значительно увеличить управляемость и маневренность данного автомобиля.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. ВахламовВ.К. «Автомобили: Эксплуатационные свойства»: Учебник для студ. высш. учеб. заведений.-М.:Издательский центр «Академия», 2005.
2. КравецВ. Н. «Теория автомобиля»: учеб. Пособие / В. Н. Кравец. Нижний Новгород: НГТУ,– 2007.
3. ВахламовВ.К. «Конструкция, расчет и эксплуатационные свойства автомобилей»: Учеб.пособие для студ. высш. учеб. заведений / В. К. Вахламов. — М.: Издательскийцентр «Академия», 2007.
4. ФедотовА.И., Зарщиков А.М. «Конструкция, расчет и потребительские свойстваавтомобилей»: Учебное пособие. Иркутск, 2007.