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:
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 .
Читайте также: Toyota sienna размер шин
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.
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.
Читайте также: Маркировка шин бриджстоун ранфлет
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.
Видео:Колёса и шиныСкачать
Развал, схождение и кастер: меняем шины с умом
Ребята споро забортовали шины и поставили их на машину. Артем отъехал от шиномонтажки, взглянул на часы — времени еще было с избытком. Но тут, в этот самый момент он почувствовал неладное. На ровном участке дороги он вдруг ощутил, что автомобиль тянет вправо. Знаете, такое знакомое ощущение, словно спустило правое переднее колесо. Артем остановился, проверил давление. Давление было в норме и даже таким же, как в остальных трех шинах. Артем посмотрел по сторонам. Дорога прямая и уклон тут явно не при чем. И ветра не было. Колеса — новенькие, только что отбалансированные. Что тут может быть? Надо сказать, Артем слыл среди друзей опытным автомобилистом, он знал про балансировку, сход и развал и даже умел выговорить слово «стехиометрическая». Но тут он никак, никак не мог понять, почему вдруг машину стало так сильно тянуть вправо. Не могла же замена шин сбить углы установки колес?! Вот когда он решил, что сошел с ума. Тут уж не до одноклассницы…
«Машину тянет в сторону»
Вернувшись домой, Артем погрузился в дебри Интернета. Запрос «машину тянет в сторону» сразу выдал массу ответов, и почти все они сводились к тому, что на машине все же нарушены углы установки колес и надо делать развал-схождение. Знатоки писали еще о каком-то загадочном «кастере». Развал-схождение хором советовали сделать исключительно на современном компьютерном стенде.
Но как же могли нарушиться углы установки от замены шин? Да никак не могли. Тем не менее факт налицо: машину тянет вправо. Делать нечего: пришлось срочно ехать в сервис, отмахнувшись от супруги, не до тебя, мол, раз такие дела.
Видео:Асимметричные шины с ненаправленным рисунком. Как правильно установить автошиныСкачать
uploads-2002-11-44282
И вот машина на посту «развал-схождение». Если верить распечатке, углы установки почти вписываются в нормы, есть лишь небольшие отклонения. Мастер решил, что именно эти отклонения и стали причиной увода. Ну, кастер, например: правая сторона отличается от левой почти на полградуса! Не откладывая дело в долгий ящик, он тут же предложил попробовать поменять детали подвески: вдруг что изменится? И пояснил, дескать, углы установки современного автомобиля не регулируются, лечить машину можно только заменой деталей.
Гаражный ответ
Надеяться на «вдруг» Артем не стал, вместо этого поехал к старому знакомому, гаражному мастеру дяде Игорю. У него есть собственный стенд «развал-схождение», старенький, оптический, но надежный. Надежды на дядю Игоря были, потому как слухами земля полнилась, что ему удавалось решить проблемы, которые были не по зубам крутым сервисам.
Читайте также: Скорость шины dmi что это
Дядя Игорь выслушал подробный рассказ о том, как появился злополучный увод, повертел в руках распечатку и вынес вердикт: никакого сумасшествия нет, машина исправна, а виновник бед — «силовая неоднородность» шины. В доказательство своих слов он переставил местами колеса на передней оси. И автомобиль потянуло в другую сторону, влево.
А победили болезнь просто: бракованное колесо поставили назад. Увод, разумеется, пропал. А вместе с ним и дежавю. Артем облегченно вздохнул и уехал восвояси счастливый. Хоть и не успел к однокласснице.
Комментарии специалиста
Постоянный участник форума «За рулем» WHEEL:
Силовая неоднородность шины — это отклонение от нормы динамических свойств шин: разброс радиальной и поперечной сил, конусность, угол бокового увода шины, радиальное и боковое биения, выпуклости по боковине. Наименее известный автолюбителям фактор — силовая неоднородность протектора и боковин шины по ее окружности (см. рис. 5 ниже) — отдельные участки покрышки с разной жесткостью. (Подробнее о силовой неоднородности ранее писал журнал « За рулем ». )
Выявить силовую неоднородность шины на посту «развал-схождение» не получится. Тут нужен специальный дорогущий балансировочный стенд, который диагностирует снятое с автомобиля колесо, моделируя качение колеса с помощью прижимного барабана. Однако такой стенд пока очень редко встречается в автосервисах.
Силовая неоднородность может проявляться в новых шинах, а может появляться или исчезать в процессе эксплуатации. Если увод, вызванный силовой асимметрией шин передней оси автомобиля, достаточно мал, то дефект будет проявляться в виде отклонения спицы руля от положения «ровно» при прямолинейном движении.
В реальной эксплуатации автомобиля углы установки колес остаются стабильными дольше, чем межсервисный пробег, или нарушаются в любой момент, например при наезде на неровности, при ударах по колесам и т.д. Можно довериться дилеру и проверять углы при ТО, а можно — раз в год или при сезонной замене шин. Но лучше ехать на регулировку тогда, когда появится один из следующих признаков:
1. Износ шин ускоренный и неравномерный.
2. Отклонение спицы руля от положения «прямо» при прямолинейном движении.
3. Увод автомобиля при прямолинейном движении, когда для сохранения траектории приходится удерживать руль с ощутимым усилием.
Кроме того, регулировка обязательна после ремонта элементов шасси.
Шасси современного автомобиля не предусматривает регулировки большинства углов (и линейных параметров) установки колес, однако регулировка углов схождения колес передней управляемой оси предусмотрена всегда. Есть немало автомобилей (с независимой подвеской колес задней оси) с регулируемыми углами схождения колес задней оси. Часто на автомобилях, не имеющих механизмов регулировки некоторых углов установки колес, есть возможность изменения этих углов специальными методами (перемещением деталей подвески, установкой дистанционных шайб, установкой измененных деталей подвески). Если изменения углов произошли в результате деформации деталей подвески (или кузова), возврат углов (и линейных параметров) к нормальным значениям возможен правкой кузова.
Если колеса одной оси будут иметь разные вылеты дисков (справа и слева), то спица руля при прямолинейном движении не будет стоять в положении «прямо», неправильно будут измерены некоторые углы (линейные параметры) шасси.
Разная степень износа протектора шин, установленных на одном автомобиле, разный рисунок протектора не повредят результату измерений углов установки колес на стенде, если эта разница протекторов не вызовет заметного перекоса осей автомобиля.
Сейчас все больше автомобилей оснащены усилителями руля. Современные усилители имеют изменяемый коэффициент усиления, искусственную обратную связь на руле в околонулевой зоне. Эти системы управляются сложной электроникой, и в ее работе возможны сбои. Даже простой гидравлический усилитель руля может иметь неисправности, при которых на руле может создаваться вращающий момент, приводящий к самопроизвольному повороту руля. У электро- и электрогидравлических усилителей руля такой дефект встречается чаще.
Неисправности рулевых механизмов, имеющих электронное управление, диагностируются на постах компьютерной диагностики систем автомобиля. После ремонта рулевого механизма может возникнуть необходимость калибровки датчика положения руля (датчик SAS). Процедура эта выполняется с использованием специальных диагностических сканеров на посту «развал-схождение» или на посту компьютерной диагностики электронных систем автомобиля.
Словом, не надо доводить свой автомобиль до такого состояния, до которого довели свой Adler Trumpf Junior гайдаевские Трус, Балбес и Бывалый.
- 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
УПРАВЛЯЕМОСТЬ АВТО И ШИРИНА ШИНСкачать
Накачка шин азотом. Есть ли смысл накачивать азотом?Скачать
ТИХИЕ ШИНЫ ЭТОГО НЕ ЗНАЮТ БОЛЬШИНСТВО АВТОМОБИЛИСТОВСкачать
Жёсткость шины и высота профиля. Размеры шин. Как выбрать.Скачать
Как понять, когда протектор износился и шины пора менятьСкачать
АвтоОрск / АвтоГаджеты / Почему нельзя ставить колеса больше заводских?Скачать
Хранение шин. 3 основных правила.Скачать
О выборе шин увеличенной размерности.Скачать
Как правильно устанавливать шины при шиномонтажеСкачать
Храним резину правильно: пошаговая инструкцияСкачать
Секрет чернения шин от перекуповСкачать
Конструкция шиныСкачать
Как выбрать шины? | Что надо знать при покупкеСкачать
5 ошибок ПРИ ПОКУПКЕ летней резиныСкачать
Зачем автомобилям нужна регулировка развал-схождения (УУК)?Скачать
Как делают автомобильные шины // НЕпростые вещиСкачать
Шины! Сцепление с дорогой! Почему хорошие покрышки стоят дорого!Скачать
ДЕФЛЯТОР ДЛЯ ШИН! Как быстро стравить колеса на бездорожье!Скачать
