Исследование факторов, влияющих на величину

Критических скоростей автомобиля

Цель работы

Цель работы – изучить влияние некоторых факторов на критическую скорость автомобилей. Провести расчет критической скорости по условиям буксования, критическую скорость заноса, критическую скорость по условиям опрокидывания автомобиля.

 

Теоретический материал

Стремление максимально использовать скоростные качества автомобиля естественно. Производительность автотранспорта находится в прямой зависимости от скорости движения. Создание условий, при которых все автотранспортные средства страны могли бы двигаться с более высокой скорость, давало бы значительное улучшение показателей, характеризующих экономию материальных и трудовых ресурсов. Так, например, увеличение средней скорости движения грузовых автомобилей, равной 21,1 км/ч, на 3…4 км/ч равносильно увеличению парка грузовых автомобилей в стране на 250…300 тыс. единиц. Увеличение парка автомобилей – это увеличение нагрузки на дорожную одежду – главная причина деформации и разрушения дорог.

Увеличение скорости приводит к снижению значения коэффициента сцепления  и увеличению коэффициента сопротивления качению колес , тем самым сужается диапазон изменения управляемых водителем реакций и создаются предпосылки к пробуксовке, продольному и боковому скольжению колес автомобиля.

Увеличение скорости влечет за собой рост тормозного пути, центробежной силы в квадратической зависимости, ухудшение устойчивости и управляемости автомобиля, ограничение всех видов его информативности. При большей скорости возрастает степень опасности при взаимодействии водителя с другими участниками движения (при обгоне, встречном разъезде, в плотных транспортных потоках, ночью и т.п.).

Для предупреждения наезда на перекрестке, столкновения, заноса, опрокидывания и тому подобное водитель чаще всего вынужден снижать скорость вплоть до остановки или изменения направления движения автомобиля. Выполнение этих маневров потребует тем больше времени и протяженности пути, чем выше исходная скорость автомобиля. Таким образом, естественному стремлению водителей двигаться с возможно более высокой скоростью противостоит опасность совершения дорожно-транспортного происшествия. Водитель лишается возможности контролировать движение автомобиля и управлять им, если не сумеет или не пожелает двигаться со скоростью, при которой он будет располагать необходимым временем для оценки дорожной обстановки, принятия и реализации предупреждающего опасные последствия решения.

Технической причиной дорожно-транспортного происшествия может быть плохая устой­чивость автомобиля. Управляя неустойчивым автомобилем, водитель вынужден сосредоточивать внимание на нем, постоянно корректируя его движение и отвлекаясь от наблюдения за окружающей обстановкой. Длитель­ная работа на неустойчивом транспортном средстве приводит к нервному перенапряжению водителя и быст­рому его утомлению, повышает вероятность ошибок при управлении автомобилем.

Нарушения устойчивости автомобиля проявляются в произвольном изменении направления движения (рысканье), скольжении шин по дороге и опрокидывании. Выезд автомобиля в соседний ряд, на встречную сторону проезжей части или за пределы дороги – наиболее частые последствия недостаточной устойчивости. Анали­зируя дорожно-транспортного происшествия с подобными обстоятельствами, эксперты обычно определяют критическую скорость автомобиля, т. е. максимально возможную скорость, при которой еще сохраняется устойчивое движение транспортного средства.

Потеря устойчивости наиболее вероятна на участках дороги со скользким неровным покрытием (укатанный снег, обледенелый асфальтобетон или булыжник) и кру­тыми подъемами. Если тяговая сила станет примерно равной силе сцепления, то даже небольшая поперечная сила может вызвать боковое скольжение ведущих колес по дороге. Такие возмущающие силы могут возникнуть от ударов о неровности дороги, порывов бокового ветра и других причин. Пробуксовка колес переднего моста не переходит в прогрессирующий занос и не представ­ляет опасности. Гораздо опаснее буксование колес задне­го моста.

При прямолинейном движении автомобиля показа­телем устойчивости является критическая скорость по условиям буксования ведущих колес . Так, при движении по горизонтальной дороге автомобиля с задним ведущим мостом:

 

 

для автомобилей с передним ведущим мостом:

 

 

где  - вес автомобиля, Н;

 - расстояние от центра тяжести до переднего моста, м;

 - база автомобиля, м;

 - расстояние от центра тяжести до заднего моста, м;

 – высота центра масс, м;

- фактор обтекаемости, , равный произведению коэффициента сопротивления воздуха на площадь лобового стекла автомобиля S, ;

- коэффициент сцепления шин с дорогой;

 - коэффициент сопротивления качению колес.

 

При криволинейном движении под воздействием центробежной силы может возникнуть боковое скольжение (занос) с возможным переходом его в опрокидывание. Критическая скорость заноса  можно определить по формуле:

 

 

 

где  - радиус поворота, м.

 

Для практического определения радиуса поворота дороги (рис. 1) обычно используют метод хорды. Измеряют расстояние АС, находят стреднюю точку D. Принимают   AD = х, затем измеряют расстояние DB = у от точки до кромки дороги.

 

 

Рис. 1. Определние величины радиуса поворота

 

Радиус поворота определяется по формуле:

 

При движении автомобиля под действием тяговых или тормозных сил в контактах шин с дорогой действуют значительные продольные реакции и для поперечной устойчивости может быть использована только часть сцепления. Соответственно снижается и критическая скорость заноса, которая определяется по формуле:

 

 

где  - коэффициент тормозной (или тяговой) силы, равной отношению тормозной или тяговой силы к весу, приходящемуся на колеса.

При полной блокировке колеса  и опасность возникновения заноса становится реальной. Максимально допустимая скорость по условиям опрокидывания автомобиля будет:

 

 

где  - колея автомобиля, м;

 – высота центра масс, м;

 - коэффициент, учитывающий поперечный крен подрессорных масс автомобиля, для легковых автомобилей , для грузовых .

Пример. Определить максимальную скорость, с которой порожний автомобиль РАФ-2203 «Латвия» может устойчиво двигаться по прямолинейному обледенелому участку дороги, если вес автомобиля 17500 Н, фактор обтекаемости 2,4, а дорога характеризуется коэф­фициентами ,  =0,05. База автомобиля  =2,6 м, расстояние от центра тяжести до переднего моста составляет  =1,1 м. Высота центра тяжести автомобиля 0, 7 м.

Решение. Согласно формуле (1):

 

Пример. Определения критической скорости по условиям заноса.

Критическую скорость по заносу определим следующим образом:

где  - коэффициент поперечного сцепления колес с дорогой ;

 - радиус поворота, .

 

Тогда:

 

 

Пример. Расчёта критической скорости по условию опрокидывания автомобиля. По формуле (6) имеем:

 

где  – ширина колеи автомобиля, ;

 - радиус поворота,

 - высота центра тяжести, м.

 

Аналогично проводим расчёт для значений  = 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 м для автомобиля в порожнем и груженом состоянии и результаты расчётов сводим в табл. 1.

Таблица 1

Критическая скорость по условию опрокидывания

 

	Радиус поворота, м
	100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
	29,7	42,0	51,4	59,4	66,4	72,7	78,6	84,0	89,1	93,9

 

На основании табл. строим график зависимости критической скорости по условию опрокидывания от радиуса поворота
, рис. 2.

 

 

Рис. 2. График зависимости критической скорости по условию опрокидывания от радиуса поворота

 

Варианты заданий

Таблица 1

Таблица исходных данных

Параметр