6.6. Поворачиваемость автомобиля

Поворачиваемостью называют свойство автомобиля изменять направления движения без поворота управляемых колес (управляющего воздействия водителя). К основным причинам поворачиваемости относятся: увод колес, связанный с эластичностью шин, и поперечный крен кузова, в результате упругой деформации подвески.

Уводом называют качения колеса под углом к своей плоскости. В результате действия боковых сил (поперечного составляющей силы тяжести из-за уклона дороги, центробежной, боковые удары на неровной дороге, бокового ветра) шины колес деформируются в поперечном направлении, траектории движения колес изменяются и автомобиль отклоняется от заданного водителем направления движения.

Под действием боковой силы Р_у (рис.6.10 ) шина деформируется в поперечном направлении, а колесо начинает катиться под некоторым углом (угол увода) _у к первоначальной траектории и происходит перераспределение реакций дороги по площади контакта шины с дорогой (рис.6.10, б). При росте боковой силы (Р_у) увеличивается угол увода — вначале растет линейно (рис. 6.12, в), а при дальнейшем повышении Р_у начинается частичное скольжение колеса в поперечном направлении (участок ав), завершающееся полным скольжением колеса (участок вс).

Максимальные углы увода шин составляют 12 - 18⁰ . Коэффициент К_ув тем больше, чем выше давление воздуха в шине, шире обод колеса и больше число слоев каркаса шины.

Величина К_ув зависит от многих факторов, из которых наибольшее значение имеют: угол увода; вертикальная и касательная сила, приложенные к колесу; наклон колеса к вертикали. Влияние этих факторов учитывают экспериментальными поправочными коэффициентами q₁, q₂, q₃ и q₄. С учетом этих коэффициентов формула (6.16) принимает следующий вид

где q₁ и q₂ — коэффициенты, учитывающие изменение вертикальной и касательной сил; q₃ — изменение угла наклона колеса; q₄ — влияние угла _у и характера опорной поверхности (дороги0; — максимальный коэффициент сопротивления уводу при изменении вертикальной нагрузки и малых значениях _ув. Для шин легковых автомобилей К_ув = 15 - 40 кН/рад, а для шин грузовых автомобилей и автобусов К_ув = 30 - 100 кН/рад.

Рис. 6.10. Схемы деформации (а) и увода (б) колеса и зависимость

_у от боковой силы Р_у (в)

Для участка оа

(6.16)

где К_ув — коэффициент сопротивления уводу.

Рассмотрим кинематику поворота автомобиля с учетом бокового увода. При наличии бокового увода векторы скоростей передней V₁ и задней V₂ осей отклоняются от тех направлений, которые они имели бы при жестких в поперечном направлении шинах колес, соответственно на углы увода и . Точка пересечения перпендикуляров, проведенных к векторам скоростей V₁ и V₂ даст мгновенный центр поворота автомобиля О_б с радиусом R_б (рис. 6.11 ).

Поскольку , то из треугольников ЕМО_б и МFО_б согласно рис. 6.11 имеем

(6.17)

Для автомобиля с жесткими шинами = = 0. Из формулы (6.17) следует, что даже при  = 0 автомобиль может двигаться по криволинейной траектории с радиусом R_б. Кривизна траектории зависит от соотношения углов и . Если = , то шинную поворачиваемость называют нейтральной или нормальной. В случае, когда > , поворачиваемость недостаточная, так как R_б > R. Если > , то R_б < R и поворачиваемость является излишней.

Рис. 6.11. Схема движения автомобиля на повороте с эластичными шинами