При прохождении автомобилем поворота возникающая боковая сила Ру действует на весь автомобиль, в том числе и на колеса, которые находятся в контакте с дорогой. Поскольку колеса снабжены эластичными шинами, то боковая сила Ру вызовет деформацию шин в зоне контакта колес с дорогой.
Допустим, что к оси равномерно и прямолинейно катящегося колеса приложена боковая сила, перпендикулярная плоскости его качения (рис. 1). Под действием этой силы в плоскости дороги возникает равная ей боковая реакция Rу . В результате совместного действия сил Ру (приложенной к центру тяжести автомобиля) и Rу (приложенной в зоне контакта колес с дорогой) происходит деформация упругой шины. Деформируется и беговая дорожка.
Если бы не было деформации шины, то беговая дорожка оставляла бы на плоскости качения колеса прямолинейный след аб , являющийся линией пересечения плоскости качения колеса с плоскостью дороги. Однако в результате боковой деформации шины точки следа получают смещение, и линия следа аб будет наклонена к линии аб под некоторым углом δув , называемым углом увода .
Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы называется боковым уводом (или просто уводом), а угол между этим вектором и плоскостью вращения колеса – углом увода.
Боковая сила, вызывающая увод, может быть связана с углом увода соотношением:
где kув – коэффициент сопротивления уводу, показывающий какую по величине поперечную силу надо приложить к колесу, чтобы оно катилось с углом увода, равным 1 рад.
Для малых углов увода (до 6˚) коэффициент kув приближенно можно считать постоянным. Для легковых автомобилей kу изменяется от 15 до 40 Н/рад, а для грузовых автомобилей и автобусов – от 30 до 100 Н/рад.
Коэффициент kув можно считать постоянным лишь приближенно. Увеличение вертикальной нагрузки и давления воздуха в шинах сопровождается повышением сопротивления уводу.
При возникновении увода происходит деформация шины в радиальном и поперечном направлении, в результате чего возрастает внутреннее трение в шине. При дальнейшем увеличении углов увода начинается скольжение протектора по дороге. Результатом этого является то, что сила, необходимая для качения колеса с уводом должна быть больше, чем для его качения без увода.
Увод колеса без скольжения по дороге возможен лишь до тех пор, пока боковая сила Ру , приложенная к колесу, не превысит его сцепные возможности.
Поворачиваемость автомобиля
Свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес называется поворачиваемостью автомобиля. Поворачиваемость проявляется в результате бокового увода колес вследствие эластичности шин или поперечного крена кузова вследствие эластичности упругих элементов подвески. Поэтому различают поворачиваемость шинную и креновую.
Если в автомобиле с жесткими шинами центр поворота находится в точке О (рис. 2) пересечения продолжения осей передних и задних колес, то у автомобиля с эластичными шинами центр поворота будет находиться в точке О1 пересечения перпендикуляров к векторам скоростей v1 и v2 переднего и заднего мостов. Тогда можно записать:
где δ1 и δ2 – углы увода соответственно переднего и заднего мостов;
ρэ – радиус поворота автомобиля с эластичными шинами;
L – база автомобиля.
Так как углы θ , δ1 и δ2 обычно невелики, то можно записать:
Для автомобиля с жесткими шинами углы увода равны нулю: δ1 = δ2 = 0, и для радиуса поворота справедлива формула:
Видео:Что такое силовая неоднородность?Скачать
где ρ – радиус поворота автомобиля с жесткими шинами.
Таким образом, траектория движения автомобиля с жесткими шинами зависит только от угла θ поворота управляемых колес. У автомобиля с эластичными шинами на нее влияют углы δ1 и δ2 . Кривизна траектории зависит от соотношения углов δ1 и δ2 .
Если δ1 = δ2 , то это называется нейтральной поворачиваемостью .
При этом, согласно формуле (3) ρэ = ρ , однако траектория движения автомобиля с эластичными шинами не совпадает с траекторией движения автомобиля, имеющего нейтральную поворачиваемость, так как центры поворота в этих случаях занимают разные положения.
При действии поперечной силы на автомобиль с жесткими шинами он будет сохранять свое прежнее направление движения, пока обеспечивается его устойчивость по сцеплению колес с дорогой. Автомобиль же на эластичных шинах с нейтральной поворачиваемостью при действии боковой силы будет двигаться прямолинейно под углом δув к прежнему направлению движения.
Если δ1 > δ2 , то ρэ (рис. 3, б), и для движения автомобиля с эластичными шинами по кривой радиусом ρ управляемые колеса нужно повернуть на больший угол, чем при жестких шинах.
В этом случае имеет место недостаточная поворачиваемость .
Если δ1 δ2 , то ρэ > ρ (рис. 3, в), и для движения автомобиля с эластичными шинами по кривой радиусом ρ управляемые колеса нужно повернуть на угол, меньший, чем при жестких шинах, т. е. наблюдается излишняя поворачиваемость .
Чтобы понять влияние различных видов поворачиваемости на устойчивость автомобиля, рассмотрим воздействие на автомобиль боковой силы Ру в случае, когда угол поворота управляемых колес равен нулю: θ = 0.
В случае нейтральной поворачиваемости (рис. 3, а) автомобиль будет двигаться под углом δув = δ1 = δ2 к траектории своего прежнего движения.
Читайте также: Пластиковые шины при переломах
В случае недостаточной поворачиваемости (рис. 3, б) в результате того, что углы уводов переднего и заднего мостов различны, будет действовать центробежная сила Рц из центра О1 поворота автомобиля, при чем она будет направлена в противоположную сторону возмущающей боковой силе Ру , что уменьшит ее и, как следствие, произойдет увод колес.
Следовательно, автомобиль с недостаточной поворачиваемостью устойчиво сохраняет прямолинейное движение.
В случае излишней поворачиваемости (рис. 3, в) будет действовать центробежная сила из центра поворота О1 , но в данном случае ее направление будет совпадать с направлением боковой силы Ру , что вызовет еще больший увод колес с изменением траектории движения. Поэтому автомобиль с излишней поворачиваемостью менее управляем и хуже сохраняет направление движения, чем автомобиль с недостаточной поворачиваемостью.
Креновая поворачиваемость автомобиля зависит от конструкции подвески. На рис. 4 показан задний мост с подвеской на листовых полуэллиптических рессорах, который поворачивает направо. Передние концы рессор соединены с кузовом простым шарниром, а задние – при помощи серьги.
Под действием поперечной силы Ру кузов автомобиля наклоняется, вызывая сжатие левых рессор и распрямление правых. Левая рессора, сжимаясь, перемещает задний мост назад (в точку А ), а правая распрямляясь перемещает его вперед (в точку В ). В результате задний мост поворачивается в горизонтальной плоскости.
Если вследствие крена углы поворота переднего и заднего мостов неодинаковы по величине и направлению, то автомобиль поворачивает, хотя передние колеса относительно балки моста не повернуты. Так, при действии одной и той же силы Ру один автомобиль (рис. 5, а) повернет вправо, а второй автомобиль (рис. 5, б) – влево.
Возникающая при повороте центробежная сила Рц у первого автомобиля направлена противоположно возмущающей силе Ру , а у второго автомобиля – в ту же сторону, что и Ру . Поэтому первый автомобиль лучше сохраняет направление движения под действием поперечных возмущающих сил.
По аналогии с шинной поворачиваемостью можно сказать, что первый автомобиль имеет недостаточную поворачиваемость, а второй автомобиль – излишнюю креновую поворачиваемость.
Видео:Что такое силовая неоднородность шины и какие методы борьбы с ней есть в современном мире!Скачать
У автомобиля с излишней креновой поворачиваемостью при действии поперечной силы кривизна траектории непрерывно увеличивается. Это приводит к росту центробежной силы и дальнейшему уменьшению радиуса поворота. Однако максимальное значение угла поперечного крена обычно ограничивается упорами, предусмотренными конструкцией подвески.
Креновая поворачиваемость связана с шинной поворачиваемостью, так как увод колеса возникает не только под действием моментов, но и при наклоне колеса к вертикали (развале).
Если направление поперечной силы совпадает с направлением развала, то увод возрастает. Один градус развала вызывает увод в 10…20 градусов.
У автомобилей с независимой подвеской на поперечных рычагах крен кузова вызывает изменение развала.
При двухрычажной подвеске колеса наклоняются в сторону крена кузова и направления поперечной силы, что увеличивает общий увод моста.
При однорычажной подвеске колеса наклоняются в сторону, противоположную крену кузова и навстречу поперечной силе, при этом общий увод моста уменьшается.
Так как автомобиль, имеющий недостаточную поворачиваемость, обладает большей устойчивостью, то при его конструировании и эксплуатации стремятся обеспечить именно недостаточную поворачиваемость. Поэтому у легковых автомобилей наиболее распространена подвеска на двух рычагах. Заднюю подвеску выполняют зависимой или же независимой на одном поперечном рычаге.
Если сделать наоборот (впереди установить зависимую, а сзади двухрычажную независимую подвеску), то это приведет к резкому ухудшению управляемости автомобиля.
При эксплуатации для сохранения недостаточной поворачиваемости автомобиля при перевозке грузов их размещают так, чтобы их центр тяжести находился ближе к передней оси автомобиля.
Во всех случаях давление воздуха в шинах колес передней оси поддерживают ниже, чем в задних шинах, а в случае вынужденного использования шин разной конструкции следует более жесткие шины устанавливать на заднюю ось, а менее жесткие – спереди.
Автомобиль с излишней поворачиваемостью может вообще потерять управляемость. Из формулы (3) получим:
При прямолинейном движении автомобиля δ1 = δ2 = θ = 0, ρэ = ∞ и обе части уравнения (3) равны нулю.
Если на автомобиль кратковременно подействует боковая сила (например, порыв ветра), то возникает большой увод колес. В этом случае в уравнении (3) δ1 > 0, δ2 > 0 и δ2 > δ1 (автомобиль имеет излишнюю поворачиваемость), θ = 0, следовательно,
ρэ = L/ ( δ2 – δ1 ) ρэ , и возникнет центробежная сила Рц , которая будет поддерживать колеса в состоянии увода и после прекращения действия исходной возмущающей силы (в данном случае – порыв ветра).
Допустим, что сила Рц параллельна силам боковых реакций Rу1 и Rу2 дороги на колеса автомобиля. Такое допущение основывается на том, что после возникновения центробежная сила Рц и радиус поворота ρэ достаточно велик.
Тогда из уравнения равновесия автомобиля следует (рис. 6)
Центробежная сила Рц и боковые силы Ру1 , Ру2 действуют на колеса со стороны балок мостов, вызывая увод шин:
На основании отношения (1) и с учетом уравнений (5) и (6) получим:
где kув1 и kув2 – коэффициенты сопротивления боковому уводу шин переднего и заднего мостов соответственно.
Читайте также: Глубина протектора новой зимней шины бриджстоун
Из полученных уравнение следует, что при повышении скорости движения углы увода возрастают, причем угол δ2 растет быстрее угла δ1 . Это вызывает уменьшение правой части выражения (5), которая при определенной так называемой критической скорости vув оказывается равной нулю. При этой скорости автомобиль может двигаться криволинейно, хотя его управляемые колеса находятся в нейтральном положении.
Если скорость больше vув , то ( δ2 – δ1 ) > L/ρэ и угол θ становится отрицательным.
Это означает, что для поворота вправо передние колеса следует повернуть влево.
Таким образом, автомобиль с излишней поворачиваемостью теряет управляемость, если его скорость больше критической.
Из выражений (5), (7) и (8) определяется критическая скорость автомобиля по условиям управляемости:
У автомобилей с недостаточной или нейтральной поворачиваемостью критическая скорость vув отсутствует, так как при δ2 δ1 подкоренное выражение отрицательно, а при δ2 = δ1 оно равно бесконечности.
Что такое силовой увод шины
Видео:Идеальное колесо по силовой неоднородности и дисбалансу,но не тут-то было..Скачать
Управляемость автомобиля и факторы, на неё влияющие о которых желательно знать.
Кинематика поворота автомобиля на абсолютно жестких колесах
Рулевое управление автомобиля должно обеспечивать такую кинематику поворота, при которой продолжнения осей всех колес пересекаются в одной точке, называемой центром поворота:
Силовой увод шины
В обычном понимании шина едет прямо, однако, т.к. она не твердая а эластичная, то деформируется под действием сил. Форма беговой дорожки изкривляется и в реальности шина начинает ехать не туда куда направляется, а отклоняется от этого направления на некий угол ?.
Боковые силы, которые действуют на шину:
1) Центробежная сила в повороте действует на автомобиль и он в свою очередь на шину. Чтобы вызвать силовой увод, достаточно едва заметно вильнуть рулем.
2) Cила тяжести (тоже действует на машину) а при наличии уклона дороги в бок вызывает силовой увод шины. Любая дорога должна иметь уклон в сторону обочины. Это закладывается в проект для того чтобы с её поверхности стекала вода. Так же плохие дороги имеют множество неровностей втч таких которые вызывают силовой увод шины.
На сопротивление силовому уводу шины влияют следующие факторы:
1) Конструкция шины (например радиальная жестче диагональной, но и шины одного типа разной конструкции могут иметь разное сопротивление силовому уводу).
2) Давление в шине. Чем больше давление, тем меньше силовой увод.
3) Наличие тяги на колесе. Если ось ведущая, то сопротивление силовому уводу меньше. Чем больше тяга на оси, тем слабее шина может сопротивляться силовому уводу.
4) Соотношение ширины и высоты профиля. Чем меньше в процентном отношении высота профиля, тем больше сопротивление силовому уводу. По этому если стоит вопрос дилема поставить 15” диски или 16” диски при одинаковом внешнем диаметре колеса, лучше выбрать 16-е даже учитывая что они несколько дороже.
5) Соотношение ширины профиля шины и ширины диска. Чем шире диск, тем лучше шина сопротивляется силовому уводу. Рационально ставить диски, которые на 20% уже профиля колеса. Например если шина имеет ширину профиля 12.5 дюймов или 315мм, то для неё стоит использовать диски шириной 10J. Среди джиперов принято ставить более узкие диски чтобы уменьшить вероятность разбортировки при стравливании давления для движения по слабым грунтам. Да, всё правильно но принимая такое решение стоит осознавать и отрицательные стороны (чтобы не гадать потом почему машина «рыскает» по дороге на скорости выше 90).
6) Масса, приходящаяся на колесо. Чем больше масса, тем хуже шина сопротивляется силовому уводу.
7) Наклон колеса по отношению к плоскости дороги. Сопротивление силовому уводу хуже если колесо наклонено в сторону боковой силы и наоборот.
8) Угловая жесткость подвески (та самая которая препятствует крену). Чем она больше, тем больше силовой увод шин.
Кинематический увод колеса
Видео:Важность скольжения шинСкачать
Крен кузова может вызвать наклон колеса по отношению к плоскости дороги.
1) Зависимая подвеска почти не вызывает при крене кузова дополнительный наклон помимо заранее установленной величины развала колес (кроме очень незначительного наклона в результате деформации шин от переноса масс).
2) Независимая подвеска на двойных поперечных рычагах (ВАЗ-классика, Нива, Митсубуиси Паджеро, Тойота Сурф/Хайлюкс/4Раннер итд) колесо кренится в сторону крена кузова и вызывает дополнительный увод колеса, который на передней поси полезен (но об этом позже).
3) Независимая подвеска на одном поперечном рычаге (НАМИ-1, на современных автомобилях такая не применяется, лишь её разновидность «на косых рычагах» например на БМВ задняя подвеска) вызывает наклон колеса в сторону, противоположную крену кузова. Такой наклон уменьшает увод, это благоприятно для задней оси.
4) Макферсон. Как правило вызывает меньший увод чем 2). Так же применима для передней оси автомобиля.
Кинематический увод оси
Т.к. шарниры рычагов подвески при крене в поворотах описываеют траекторию окружности относительно кузова, то и положение оси относительно кузова меняется. Ось (зависимой подвески) может разворачиваться относительно автомобиля (на большинстве автомобилей так и происходит) и тем самым подруливать в ту или иную сторону. (этот эффект обычно используется для улучшения управляемости).
Поворот автомобиля на эластичных колесах
Недостаточная поворачиваемость
Читайте также: Шины континенталь конти винтер контакт тс 860
Если увод передней оси больше увода задней оси, то радиус поворота больше чем был бы на жестких колесах. Такие автомобили называются автомобилями с недостаточной поворачиваемостью. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая гасит возмущение. Автомобиль устойчив. Курс немного меняется но коррекция рулем компенсирует возмущение. Автомобиль движется прямо, но передние колеса немного повернуты.
Нейтральная поворачиваемость
Если увод осей одинаков, то радиус поворота таков каким он был бы на жестких. Такие автомобили называются автомобилями с нейтральной поворачиваемостью. При появлении боковой силы, автомобиль начинает боком «сползать» с дороги. Коррекция рулем легко компенсирует возмузение. Автомобиль движется немного боком по курсу.
Избыточная поворачиваемость
Если увод передней оси меньше увода задней, то радиус поврота меньше чем был бы на жестких колесах. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая не гасит возмущение. Автомобиль не устойчив. Курс меняется, коррекци рулем возможно (не всегда) компенсирует это изменение. Автомобиль движется боком, передние колеса повернуты.
Это самый неприятный эффект. Реально для водителей выглядит как «рысканье» автомобиля по казалось бы прямой дороге на большой скорости.
Автомобилей с чисто нейтральной поворачиваемостью не бывает. Как увод осей автомобиля меняется и по мере поворота рулевого колеса и в зависимости от крена кузова в повороте. Реальный современный автомобиль должен при любых условиях, любой загрузке, любом маневре иметь определенную недостаточную поворачиваемость. На практике борьба за управляемость выглядит как борьба с избыточной поворачиваемостью. Автомобиль с избыточной поворачиваемостью имеет такое понятие как «критическая скорость» выше которой он способен двигаться по криволинейной траектории без поворота руля. Такой автомобиль опасен если его максимальная скорость выше критической.
Методы борьбы с избыточной поворачиваемостью:
Видео:Решена проблема увода в сторону, это направленные задние шиныСкачать
На передней оси:
1) Положительный развал передних колес автомобиля (колеса наклонены наружу).
2) Увеличение наклона колеса наружу поворота при крене. Этот метод доступен только на независимых подвесках.
3) Увеличение угловой (против крена) жесткости ПЕРЕДНЕЙ подвески относительно задней. Рекомендуется имеет соотношение угловых жесткостей передней относительно задней в диапазоне 1.4-2.6. Угловая жесткость подвески зависит от:
3.1.) Рессорной (пружинной) колеи (расстояние между центрами рессор или пружин). Чем больше расстояние, тем больше угловая жесткость. Вот тут проблема т.к. на передней оси как правило поставить пружины/рессоры так же широко как на задней мешают поворотные кулаки. Тут преимущество имеет независимая подвеска т.к. её пружинная/рессорная колея как правило равна колесной.
3.2.) Вертикальной жесткости подвески. Тут тоже небольшая нестыковочка. Как правило переменность веса груза, приходящегося на заднюю ось заставляет конструктора поставить более жесткие пружины/рессоры сзади а для управляемости желательно наоборот.
3.3.) Наличия стабилизатора поперечной устойчивости (но это вредная штука, особенно для джипера. При наезде на препятствие только одним колесом, суммарная жесткость складывается из его жесткости и жесткости основного упругого элемента).
На задней оси:
1) Отрицательный развал задних колес автомобиля (колеса наклонены внутрь). Возможно только на независимой подвеске ведущей задней оси.
2) Увеличение наклона колес внутрь поворота при крене. Тоже касается только независимой подвески.
3) Уменьшение угловой жесткости задней подвески
4) Обеспечение кинематики направляющего устройства, которая бы при повороте подруливала (разворачивала) ось в сторону поворота. Как правило джиперы дорабатывая автомобили самостоятельно, эту кинематику наоборот портят. Например устанавливая в рессоры дополнительные листы или дополня рессоры пружиными чтобы рессора была сильнее выгнутая (а не прямая) в статическом положении. Подвеска при крене начинает наоборот подруливать в сторону противоположную повороту и делать автомобиль склонным к избыточной поворачиваемости. Подробнее о книематике подвеске в статье (Направляющие устройства подвески)
5) Установка дифференциала повышенного трения в заднюю ведущую ось (например Quaife, дискового, вискомуфты или Торсен).
Разворот задней оси в сторону поворота с целью снижения склонности автомобиля к избыточной поворачиваемости. Если на заднеприводном автомобиле и не применяется этот приём, то по крайней мере не допускается разворот оси в обратную сторону.
Влияние типа привода на управляемость автомобиля
Передний привод
Видео:УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТО И ШИРИНА ШИНСкачать
Склонен к недостаточной повроачиваемости. Т.к. наличие тяги на оси снижает сопротивление силовому уводу шины, то наличие тяги на передней оси увеличивает силовой увод а её отсутствие на задней оси уменьшает силовой увод задней оси получаем автомобиль склонный к недостаточной поворачиваемости, что в общем благоприятно для автомобиля. Если недостаточная поворачиваемость избыточна, её легко уменьшить кинематикой направляющего устройства задней подвески (легче чем наоборот)
Полный привод
Если не брать во нимание кинематику подвески и соотношение угловых жесткостей, то автомобиль с полным приводом имеет поворачиваемость близкую к нейтральной т.к. тяга у него (как правило пежосевой дифференциал либо симметричный либо близок к симметричому) распределяется по осям равномерно. Полный привод заметно снижает требования к подвеске автомобиля. Это то, почему постоянный дифференциальный полный привод нужен не только на нестабильных грунтах, но и на сухом асфальте.
Задний привод
Склонен к избыточной поворачиваемости. Это самая сложная задача для конструктора подвесок. Приходится прибегать к целому ряду мер для снижения склонности автомобиля к избыточной поворачиваемости и идти на ряд компромисов. Список таких мер приводится выше.
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
🌟 Видео
ВЫСОКОТОЧНЫЙ ШИНОМОНТАЖ: КАК ПРОИСХОДИТ АДАПТАЦИЯ РЕЗИНЫСкачать
Асимметричные шины с ненаправленным рисунком. Как правильно установить автошиныСкачать
Самая точная балансировка колёса и виброконтроль на станке HUNTER. Шиномонтаж Hunter Revolution!Скачать
Руль тянет в сторонуСкачать
Решена проблема увода в сторону, это задние направленные шиныСкачать
Какой размер шин лучше? | Автоспорт на пальцахСкачать
Если Тянет руль после замены колёс не спешите делать развал схожденияСкачать
БАЛАНСИРОВКА колес👨🏻🔧Измерения🧐 Как должно быть❓👇🏻👇🏻👇🏻#ShortsСкачать
Тянет Руль Влево или Вправо - 5 Возможных ПричинСкачать
Как ставить асимметричные #шины? #автоСкачать
Клиент даже не думал что можно почистить шины колёс!Скачать
Самая точная балансировка и безопасный шиномонтаж! Устранение биений и вибраций колес.Скачать
Вот вам и китайская резинаСкачать
Быстрый ремонт шин 😎😎😎#shortsСкачать
