Поперечная устойчивость автомобиля на повороте

У автомобиля, движущегося с большой скоростью, потеря поперечной устойчивости (опрокидывание) может произойти при совершении им поворота.

При движении автомобиля с установившейся скоростью на повороте с радиусом R на него действует центробежная сила Р_с:

,

где v – скорость автомобиля;

g – ускорение силы тяжести.

Действие результирующей центробежной силы Р_с, приложенной к центру масс, создает опрокидывающий момент на плече h_g высоты центра масс автомобиля относительно опорной поверхности. Если момент этой силы будет больше восстанавливающего момента от сил веса GВ/2 (рис.6), то произойдет опрокидывание автомобиля, то есть:

.

Откуда предельная допустимая (критическая) скорость движения автомобиля на повороте v_кр определиться как:

v_кр = .

Рис.6. Силы, действующие на автомобиль при его движении

на повороте радиуса R.

С увеличением скорости движения и уменьшением радиуса поворота центробежная сила резко возрастает. Например, даже при относительно небольшой скорости движения автомобиля на вираже v = 15 м/с (54 км/ч) и не очень крутом радиусе поворота R = 40 м боковая составляющая центробежной силы уже начинает превышать половину веса автомобиля (Р_с > 0,5 G).

Период перехода автомобиля от прямолинейного движения к криволинейному движению на вираже сопровождается непрерывным изменением углового положения его продольной оси в плоскости дороги, что приводит к изменению центра О₁ и радиуса поворота R. При этом происходит ускоренное вращение центра масс машины в горизонтальной плоскости относительно центральной точки задней оси О₂. Вследствие этого возникает дополнительная центробежная сила Р'_с. При входе машины в поворот направление действия этой силы такое же, что и силы Р_с, а при выходе из поворота оно меняется на противоположное. Вследствие этого резкий поворот приводит к интенсивному росту суммарной силы Р_Σ = Р_с + Р'_с, снижению поперечной устойчивости и потере управляемости машины.

Если во время поворота автомобиль начинает терять управляемость или резко накренился, то прервать этот процесс можно увеличением радиуса поворота, то есть выходом из поворота. Тогда инерционная сила Р'_с будет действовать противоположно основной центробежной силе Р_с и этим способствовать установлению устойчивости машины.

Занос автомобиля на повороте. Практика показывает, что в большинстве случаев скольжение автомобиля вбок при его повороте наступает прежде, чем опрокидывание. Предельная величина центробежной силы, которая может вызвать это скольжение, ограничивается силой сцепления шин с дорогой Р_φ = φG. Боковое скольжение автомобиля наступает при условии, когда:

Р_с ≥ Р_φ или .

Из последнего соотношения следует, что предельное допустимое значение скорости движения автомобиля на повороте по устойчивости против скольжения равно:

v_{кр (φ)} = .

При движении автомобиля на повороте под действием центробежной силы нормальные к опорной поверхности реакции на его внутренних (по отношению к центру поворота) колесах уменьшаются, а на внешних – увеличиваются. Пробуксовывание внутреннего колеса способствует потере устойчивости задней ведущей оси автомобиля на скользкой дороге.

Наличие на колесах автомобиля тяговой силы способствует возникновению буксования, а наличие тормозной силы – скольжению. Менее нагруженное внутреннее колесо ведущего моста начинает пробуксовывать раньше, чем внешнее, на которое воздействует нормальная реакция большей величины. Поэтому занос автомобиля чаще всего происходит при резком торможении или резком нажатии на педаль газа на скользкой дороге.

Рис. 7. Занос осей автомобиля на скользкой дороге:

а – задней оси; б – переднее оси; в – гашение заноса.

Согласно схеме (рис.7) распределения сил на повороте, занос передней оси заднеприводного автомобиля автоматически гасится, а занос задней оси прогрессирует под действием боковой составляющей центробежной силы. Для предотвращения аварии необходимо повернуть управляющие колеса в сторону заноса, что увеличивает радиус поворота и, соответственно, уменьшает центробежную силу.