Когда катящаяся пневматическая шина подвергается воздействию боковой силы, она будет смещаться в сторону. Между направлением движения шины и направлением движения будет создан угол. Этот угол называется углом увода, скольжения (slip angle). Отвечающие за это механизмы могут быть оценены при рассмотрении упрощённой иллюстрации поведения шины, как показано на Рисунке 10.10.
Рис. 10.10. Деформация катящейся шины при воздействии боковой силы.
Так как шина движется и элементы протектора вступают в контакт с дорогой, они не отклонены от своего нормального положения и, следовательно, не могут испытывать боковую силу. Но, так как шина движется дальше под углом к направлению движения, элементы протектора остаются в положении их первоначального контакта с дорогой и поэтому отклоняются в сторону по отношению к шине. Из-за этого процесса накапливается боковая сила, так как элемент движется назад в пятне контакта до точки, где боковая сила, действующая на элемент, преодолевает существующее трение и происходит скольжение. Таким образом, профиль боковой силы, развиваемой внутри пятна контакта, имеет вид, показанный на Рисунке 10.10.
Объединение сил в пятне контакта даёт результирующую боковую силу с точкой действия в центре тяжести. Увеличение асимметрии этой силы в пятне контакта приводит к тому, что результирующая сила будет располагаться ближе к задней части пятна контакта на расстоянии, известном как снос боковой реакции (пневматические след, pneumatic trail). По конвенции SAE считается, что боковая сила действует в центре контакта шины. В этой позиции чистая равнодействующая является боковой силой, F y , и выравнивающим моментом, M z . Величина выравнивающего момента равна боковой силе, умноженной на снос боковой реакции.
Этот механизм не является мгновенным явлением, а отстаёт от реального изменения угла увода из-за необходимости отклонения бортовых стенок шины в поперечном направлении [9]. Это отставание тесно связано с вращением шины, и, чтобы эффективно достичь стационарного состояния действия силы, занимает, как правило, от половины до одного полного оборота шина. Это явление наблюдается в условиях испытаний на низкой скорости, когда угол поворота шины изменяется с заданным шагом. Ответная боковая сила аналогична показанной на Рисунке 10.11. При изменении угла поворота, для бокового отклонения и чтобы сила выросла, шина должна сделать пол-оборота или больше. Это расстояние часто упоминается как «период релаксации» («relaxation length»). Время отставания в развитии боковой силы обязательно зависит от скорости вращения шины. На шоссе при скорости, соответствующей 10 оборотам в секунду шины, временная задержка составит всего около 0.05 (1/20) секунды, что незаметно для многих автолюбителей. Однако, этот эффект может быть заметен для опытных водителей в виде отставания или медлительности в отклике при повороте.
Рис. 10.11. Изменение боковой силы с углом поворота шины.
Эффект релаксации играет важную роль в потере боковой силы, когда шина работает на неровной поверхности дороги и испытывает изменения в своей вертикальной нагрузке. Когда нагрузка уменьшается, скольжение происходит по всей длине пятна контакта и бортовые стенки шины выпрямляются. Шина должна прокатится, пройдя период релаксации, чтобы снова создать боковую силу. Как следствие, на неровной дороге у шин наблюдаются возможность иметь более низкую боковую силу. Для достижения наилучшей характеристики сцепления с дорогой подвеска должна быть разработана так, чтобы минимизировать изменения нагрузки на шину в тяжёлых дорожных условиях.
Чаще всего поведение боковой силы катящихся шин характеризуется только в стационарном состоянии (при постоянной нагрузке и угле увода). Экспериментальные измерения неизменно демонстрируют характеристику по отношению к углу увода, подобную показанной на Рисунке 10.12. Когда угол увода равен нулю (шина повёрнута в направлении своего движения), боковая сила равна нулю. Сначала при угле увода от 5 до 10 градусов боковая сила растёт быстро и линейно, так как вступают в силу механизмы, показанные на предыдущих графиках. В диапазоне от 15 до 20 градусов боковая сила достигает максимума (численно равному μ p * F z ) и начинает уменьшаться по мере роста области скольжения в зоне контакта. При больших углах она приближается к поведению с заблокированными колёсами, которые имеют боковую силу, равную синусной составляющей результирующего угла коэффициента трения скольжения, μ s , умноженной на вертикальную нагрузку, F z .
Рис. 10.12. Харктеристики боковой силы шины.
Первостепенное значение для поворота и стабильности поведения автомобиля имеет характеристика на начальном наклоне кривой боковой кривой. Наклон этой кривой, измеренный при нулевом угле увода известен как «жёсткость при движении в повороте» («cornering stiffness»), обычно обозначаемый символом C α .
Читайте также: Резьба по автомобильным шинам
Следует отметить, что по конвенции SAE положительный угол увода создаёт на шине отрицательную силу (влево), подразумевая, что C α должна быть отрицательной. По этой причине углы увода на рисунке обозначены отрицательными углами. Для того, чтобы обойти эту проблему, SAE определяет жёсткость при движении в повороте как отрицательный наклон, так что C α становится положительной величиной. В этом тексте используется соглашение о положительных значениях C α .
Свойства шины на поворотах как функция от нагрузки и угла увода часто изображается в виде плоского графика, как показано на Рисунке 10.13.
Рис. 10.10. Плоский график зависимости боковой силы от угла увода для диагональной шины.
Вертикальная ось является шкалой боковой силы. Горизонтальная ось — шкала угла увода и вертикальной силы. Обратите внимание, что и угол увода, и вертикальная сила представлены отрицательными числами — отрицательный угол увода даёт положительную боковую силу, а отрицательная вертикальная сила является положительной вертикальной нагрузкой. Нагрузка может быть показана как положительная, если она промаркирована как «вертикальная нагрузка» («vertical load»). Плоский график обеспечивает удобный формат для отображения свойств шин.
Жёсткость при движении в повороте зависит от многих переменных. Существенное значение имеют размер шины и тип (радиальная или диагональная конструкция), число слоёв, углы кордовых нитей, ширина колеса и рисунок протектора. Для конкретной шины основными переменными являются нагрузка и внутреннее давление.
Видео:Почему колёса Формулы 1 так странно установлены? Как работает Анти-Аккерман и угол увода?Скачать
Устройство автомобилей
Видео:УУК/Углы установки колес/сход-развал/шины.Скачать
Увод колеса и поворачиваемость автомобиля
Увод колеса
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.
Читайте также: Ремонт датчика давления шин лексус
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:
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.
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.
Читайте также: Омологация шин для audi
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.
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.
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.
- 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
Сделайте так и колесо больше не будет спускать..Скачать
Важность скольжения шинСкачать
Легкие колеса на весту взвешиваемСкачать
Угол Аккермана и кастера и причем здесь развал схождение авто!?Скачать
Углы установки колес!Скачать
Повторная балансировка, для чего?Скачать
Клиент даже не думал что можно почистить шины колёс!Скачать
"Секретная" формула схождения колес.Скачать
Шины гоночного автомобиля, часть 2 | А.Плахотниченко, Осенняя школа Формулы Студент 2020Скачать
Модели шин: MF Tyres и безразмерная Милликена/Радта | А. Плахотниченко (Осенняя школа ФС '21)Скачать
Топик №4. Повороты.Скачать
из чего сделать герметик бортов для без камерных шин Сырая резинаСкачать
АвтоОрск / АвтоГаджеты / Почему нельзя ставить колеса больше заводских?Скачать
О высоте профиля шины...Скачать
Шиномонтаж нестандартных шин #авто #автосервис #сервис #юмор #шиномонтаж #automobile #ford #автозвукСкачать
Зачем перекачивают шины при переобувке?Скачать
Мариф Пираев устроил драку 😳Скачать
Быстрый ремонт шин 😎😎😎#shortsСкачать
