Управляемость АТС и безопасность движения.

Управляемость АТС - свойство сохранять в определенной дорожной обстановке заданное направление движения или изменять его в соотв. с воздействием водителя на рулевое управление. Различают траекторную и курсовую управляемость. Траекторная – отклонение вектора V направляющей точки от заданного направления движения, курсовая – отклонение продольной оси авто от направления траектории движения.

Криволинейное движение может совершаться вследствие воздействия водителя на рулевое управление или при фиксированном положении управляемых колес. В 1ом случае управляемость динамическая, во 2ом – статическая. Маневренность характеризует криволинейное движение АТС с небольшими скоростями и малым радиусами поворота. Управляемость и устойчивость характеризует криволинейное движение ↑ скоростями и большими радиусами.

Для оценки управляемости предложено много оценочных показателей. Оценочными показателями устойчивости управления является:

- устойчивость управления траекторией, балл; - устойчивость курсового управления, балл; - устойчивость управления траекторией при торможении, балл; - устойчивость курсового управления при торможении, балл; - предельная скорость выполнения маневра, км/ч; - скорость начала снижения устойчивости управления траекторией, км/ч; - скорость начала снижения устойчивости курсового управления, км/ч.

Колесные ТС могут поворачиваться за счет поворота всей оси вокруг центрального шкворня, поворота звеньев АТС относительно друг друга или поворота каждого управляемого колеса. Последний способ нашел наибольшее применение на АТС.

Чтобы обеспечить хорошие свойства АТС при повороте, необходимо выполнение ряда условий: - управляемые колеса должны катиться без бокового скольжения; - рул. привод должен обеспечить правильное соотношение углов поворота управляемых колес; - рул. управление должно обеспечить правильное соотношение между углами увода передних и задних колес; - в рул. управлении обязательно наличие обратной связи ("чувство дороги"), позволяющее судить о силах, действующих со стороны дороги на управляемые колеса.

Чтобы при повороте все колеса авто катились без бокового скольжения, их оси должны пересекаться в одной точке, которая называется мгновенным центром поворота (точка О). Соотношение м/у углами поворота наружного θ_н и внутреннего θ _в управляемых колес, при котором обеспечивается их качение без скольжения определяется из ΔОКР и ΔОМS: ctg θ _н - ctg θ _в = l_o/L, (l_o – расстояние между осями поворотных цапф; L – база авто). Это условие достигается соответствующим подбором геометрических параметров рулевой трапеции (длины рычагов, углов их наклона). Радиус поворота – расстояние от мгновенного центра до продольной оси авто R=L/tgθ (θ = (θ _н + θ _в) / 2 – средний угол поворота управляемых колес).

Движение авто на повороте характеризуется радиусами траекторий наружного переднего R_н и внутреннего заднего R_в колес. Радиус окружности, соответствующий следу переднего наружного колеса при макс.угле поворота управляемых колес, называется миним. радиусом поворота.

Приведенные расчеты соответствуют кинематике поворота авто с жесткими колесами в поперечном направлении. В действительности автомобильная шина обладает боковой эластичностью, и при повороте возникающие боковые силы вызывают поперечную деформацию. Колесо катится с боковым уводом – отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии боковой силы. Если на колесо действует боковая сила Р_у, то колесо движется одновременно со скоростями V_x (в плоскости вращения) и V_y (перпендикулярно этой плоскости). Вектор скорости V_к, равный геометрической сумме скоростей V_x и V_y, отклоняется от плоскости вращения на некоторый угол δ, - угол бокового увода. Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости вращения при действии любой боковой силы называется явлением бокового увода. Это связано с тем, что при приложении к колесу силы P_у его обод сместится в направлении действия силы относительно центра площади контакта колеса с дорогой, деформируя элементы шины. Эта деформация по длине площади контакта разнообразная: впереди меньше, сзади больше. Вследствие этого продольная ось площади оказывается повернутой относительно плоскости вращения колеса на угол δ.

График зависимости δ от боковой силы. Характерные участки: 0–1 – угол увода линейно зависит от боковой силы Р_у = k_δ δ (k_d - коэф. сопротивления уводу, Н/рад (Н/ град)).; 1–2 – переходной, где элементы шины начинают проскальзывать относительно дороги; 2 – 3 – полное скольжение шины в боковом направлении.

Физический смысл k_δ – это боковая сила (Н), вызывающая увод колеса на 1 рад (1 град). Он зависит от нормальной нагрузки на колесо, от продольной реакции, от типа и сост. ДП от конструкции подвески, от давления воздуха в шине и ее конструкции. d_max достигают значений 12 – 20˚.

Кинематика поворота авто с эластичными колесами. При движении авто на повороте с ↑ скоростями возникают инерционные силы, вследствие чего и передние, и задние колеса, а следовательно, и мосты начинают двигаться с боковым уводом. Это приводит к тому, что векторы мгновенных скоростей центров мостов (точки А и В) V_A^' и V_B^' не перпендикулярны к их осям, а отклоняются на углы, равные углам увода передних колес δ₁ и задних δ₂. При наличии увода мгновенный центр поворота перемещается из точки О в точку O', а радиус поворота R становится равным расстоянию R' = O'Д. При высоких скоростях углы поворота управляемых колес обычно невелики поэтому можно записать: R' = L / (θ - δ₁ + δ₂). В зависимости от соотношения углов увода переднего и заднего мостов радиус поворота м.б. либо равным радиусу поворота авто с жесткими колесами, либо меньше или больше его. Смещение центра поворота на величину C всегда происходит внутрь базы авто.

Свойство авто изменять кривизну траектории при фиксированной величине угла поворота управляемых колес θ вследствие бокового увода называется статической поворачиваемостью.

Виды: 1)Если углы увода переднего и заднего мостов равны (δ₁ = δ₂), то радиус поворота авто с жесткими колесами будет = радиусу поворота авто с эластичными колесами). Это нейтральная поворачиваемость. При этом необходимо иметь в виду, что мгновенные центры поворота не совпадают. 2)Если δ₂ > δ₁, то считают, что авто имеет избыточную поворачиваемость. Радиус поворота R'<R и с ↑ скорости при прочих неизменных параметрах вследствие повышения инерционных сил будет уменьшаться. Другими словами, для движения по траектории заданного радиуса водитель должен повернуть рулевое колесо на меньший угол. В основном у заднеприводных а\м. 3)Если δ₂ < δ₁, то автомобилю присуща недостаточная поворачиваемость. Под действием боковых сил при ↑ скорости R' >R, управляемые колеса необходимо повернуть на больший, чем θ угол у переднеприводных а\м.

Авто с недостаточной поворачиваемостью более устойчив к действию боковых сил и лучше сохраняет направление движения, чем а\м с избыточной поворачиваемостью. При некоторой скорости, которая называется критической V_крδ по условиям увода, авто. теряет управляемость. В этом случае он движется криволинейно по радиусу R' = R при не повернутых управляемых колесах ((θ = 0), колеса в нейтральном положении) за счет разности углов увода (δ₂ - δ₁). В этих условиях при незначительном боковом толчке возникает нарастающий увод, приводящий к боковому заносу (поперечное скольжение задних колес в боковом направлении), радиус R' → 0. . Для обеспечения БД должно выполняться условие V_крδ> V _{а max}. У авто с недостаточной поворачиваемостью отсутствует – подкоренное выражение отрицательно (V_крδ – величина мнимая), с нейтральной поворачиваемостью она бесконечно велика (V_крδ=∞). В различных условиях движения один и тот же а\м может обладать различной поворачиваемостью. Чтобы обеспечить хорошую управляемость и БД при высоких скоростях, авто придают небольшую недостаточную поворачиваемость (δ₁ - δ₂) = 1…2º. Водитель при этом реже поворачивает управляемые колеса для поддержания заданной траектории движения, меньше утомляется.

Однако слишком большая недостаточная поворачиваемость затрудняет работу водителя из-за необходимости поворота управляемых колес на большие углы, чем при нейтральной и избыточной поворачиваемости, и потому она д.б. ограничена. Чтобы получить нужные параметры поворачиваемости, в конструкции авто реализуют ряд мероприятий. Давление воздуха в шинах передних колес несколько уменьшают, что снижает величину К _δ1, распределяют массу авто так, чтобы часть ее, приходящаяся на передний мост M₁, могла обеспечить необходимую степень недостаточности. Кроме того, на поворачиваемость оказывает влияние конструкция подвески. Поперечный крен кузова может вызвать поворот моста в горизонтальной плоскости и изменение наклона плоскости вращения колеса в вертикальной. Эти углы или увеличивают, или уменьшают соотношение между углами увода, придавая авто те или иные свойства поворачиваемости.