<<
>>

6.1 Потеря поперечной устойчивости автомобиля

Статистика отмечает значительное количество происшествий, связанных с потерей автомобилем устойчивости при поперечном (боковом) скольжении. При этом нередки случаи, когда скользящий в поперечном на­правлении автомобиль выезжает на полосу встречного движения и за пределы дорожного полотна.

Если под его колеса в это время попадает какое-либо препятствие, резко снижающее скольжение, то возможно опрокидывание. Особенно опасны поперечные скольжения при высокой скорости движения. Прекратить начавшееся скольжение нелегко даже водителям высокой квалификации, а в ряде случаев просто технически невозможно.

Причины потери поперечной устойчивости автомобиля. Поперечное скольжение или опрокидывание автомобиля может быть вызвано нарушением условий устойчивости— наклоном опорной поверхности (дороги) или приложением внешних сил к боковой поверхности автомобиля, например порывом ветра или внезапным толчком. На рисунке 6.1 показана схема действия сил на уклоне при статическом положении или при прямолинейном движении автомобиля. Угол поперечного уклона β характеризует наклон плоской дороги к горизонту.

Рисунок 6.1 Схема сил, действующих на автомобиль, движущийся по дороге с поперечным уклоном.

Составим уравнение моментов сил относительно оси, проходящей через точки соприкосновения правых колес с поверхностью дороги:

.

К моменту опрокидывания колеса оторвутся от дороги и z' = 0, тогда

.

Координаты центра масс относительно осей автомобиля по горизонтали и высота центра масс входят во многие расчетные уравнения, используемые при выяснении причин потери устойчивости. Координаты центра масс конкретных автомобилей обычно приводятся в справочниках. Экспериментальное их определение не требует сложного оборудования и основано на использовании положений статики.

Примем обозначения: вес автомобиля — G; база— L; расстояние по горизонтали до передней оси — а, до задней — b; вес, приходящийся на заднюю ось, — G2. По условиям равновесия получим G2L = Ga, откуда

. (6.1)

Расстояние по горизонтали от центра масс до задней оси

. (6.2)

Весовые нагрузки на переднюю и заднюю оси конкретного автомобиля в нагруженном и ненагруженном состояниях приводятся в справочниках. У большинства автомобилей среднее значение координат центра масс (по горизонтали) при полной нагрузке составляет:

для двухосных b— (0,25 — 0,45) L;

для трехосных (от центра масс до оси заднего колеса) b =(0,3—0,5).

Экспериментально координаты центра масс наиболее просто находить с помощью весов. Для определения координат центра масс по горизонтали заднюю часть автомобиля устанавливают на весы (рисунок 6.2), фиксируют нагрузку на ось и затем по формулам (6.1) и (6.2) рассчитывают координаты. Аналогично находят координаты центра масс по горизонтали в поперечном направлении, для чего автомобиль колесами одной стороны устанавливают на весы.

Высоту центра масс определяют следующим образом. Передними колесами автомобиль устанавливают на весы, и в этом положении фиксируют нагрузку на переднюю ось. Затем закрепляют передние колеса и поднимают заднюю часть автомобиля таким образом, чтобы передний буфер расположился как можно ниже (рисунок 6.3). Задняя часть при этом должна опираться задним мостом на подпорку, например козелки. В этом положении фиксируют весовую нагрузку на переднюю ось GK, а также расстояния h1 и h2.

Рисунок 6.2. Определение продольных координат центра масс:

1 — весы

Рисунок 6.3. Взвешивание, необходимое для определения высоты центра масс: 1 — весы

Высота центра масс вычисляется по формуле:

, (6.3)

где Ga — масса автомобиля.

При ориентировочном определении высоты центра масс имеют в виду, что он расположен примерно на 0,1 м выше уровня лонжеронов рамы.

У груженого автомобиля высота центра масс зависит от высоты центра масс груза h2 и может быть рассчитана по выражению

, (6.4)

где G = Gа+Gг.

Если груз однороден, то G2 определяют как центр масс объема. Если груз имеет неправильную форму или неоднороден, то его разбивают на ряд простых объемов и для каждого находят центр масс. Затем, пользуясь методом веревочного многоугольника, определяют общий центр масс всего груза. Когда груз расположен неравномерно по площади кузова, вначале находят центр масс для каждой части, расположенной в одном месте, а затем методом веревочного многоугольника — общий центр масс всего груза.

Координаты центра масс автомобилей приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Марки автомобилей База, м Колея колёс Высота центра масс, м, у автомобилей Расстояние по горизонтали от центра масс до оси передних колёс, м
передних задних без нагрузки с полной нагрузкой
ЗАЗ-965 2,023 1,150 1,160 0,570 0,580
ЗАЗ-968 2,160 1,220 1,220 0,556 0,564 1,100
ВАЗ-2101,-21011 2,424 1,345 1,304 0,562 1,100
ВАЗ2102 2,424 1,365 1,321
ВАЗ-2103,-2106 2,424 1,365 1,321 0,560 0,581
ВАЗ-2121 2,200 1,430 1,400
Москвич-407 2,370 1,220 1,220 0,600 0,634 1,160
Москвич-408 2,400 1,237 1,227 0,620 1,250
Москвич-412 2,400 1,237 1,227 0,562 0,596 1,287
Москвич-2138, -2140 2,400 1,270 1,270
Москвич-434 0,609 0,680
Москвич-2136, -2137 2,400 1,270 1,270 0,601 0,617
ГАЗ-21 Волга 2,7 1,410 1,420 0,615 0,714
ГАЗ-24 Волга 2,8 1,470 1,420 0,552 0,620 1,320
ГАЗ-3201 Волга 2,8
ГАЗ-13 Чайка 3,25 1,54 1,53 0,550 0,560
ЗИЛ-114 3,88 1,603 1,663 0,621 0,628
УАЗ-450 2,3 1,436 1,436 0,880 0,985 1,325
УАЗ-451ДМ 2,3 1,442 1,442 0,710 0,870
УАЗ-452Д 2,3 1,442 1,442 0,705 0,830
УАЗ-469 2,38 1,453 1,453 0,769 1,034
ЛуАЗ-969А,-967М 1,8 1,325 1,320
ГАЗ-51А 3,3 1,59 1,65 0,954 1,252
ГАЗ-52-03 3,7 1,577 1,442 0,800 1,056
ГАЗ-53А 3,7 1,630 1,690 0,749 1,152
ГАЗ-63А 3,3 1,558 1,600 0,910 1,133 1,460
ГАЗ-66 3,3 1,80 1,750 0,763 1,150 2,05
ГАЗ-69 2,3 1,44 1,44 0,680 0,707
ЗИЛ-151А 4,225 1,59 1,72 0,820 1,094 2,250
ЗИЛ-164А 4,0 1,70 1,740 0,710 1,330 2,176
Продолжение таблицы 6.1
ЗИЛ-157 4,225 1,755 1,750 0,970 1,387 2,400
ЗИЛ-130 3,8 1,80 1,79 0,885 1,340 1,830
ЗИЛ-130В1 3,3 1,80 1,79 0,850 1,490
ЗИЛ-130Г 4,5 1,80 1,79 1,280 3,360
ЗИЛ-ММЗ-555 3,3 1,80 1,79 1,250 2,500
ЗИЛ-131 3,975 1,82 1,82 0,758 1,163 1,830
Урал-375Д 4,2 2,00 2,00 1,27 1,50
Урал-377 4,2 2,00 2,00 1,415 1,810 3,200
МАЗ-200 4,56 1,95 1,92 0,900 1,40 2,32
МАЗ-500А 3,950 1,97 1,865 1,050 1,450
МАЗ-502 4,52 2,03 2,03 1,100 2,12
МАЗ-514 0,970 1,4ОО
МАЗ-515 1,00 2,05
КрАЗ-214 5,3 2,03 2,03 1,08 1,448
КрАЗ-219 5,75 1,95 1,92 0,951 1,38
КрАЗ-222 4,78 1,95 1,92 0,98 1,342

За счет упругости подвески автомобиля происходит поперечный крен его подрессоренных масс. Поперечный крен увеличивает перераспределение масс между правыми и левыми колесами. Влияние его учитывается коэффициентом предварительного поперечного крена подрессоренной массы автомобиля ŋk. Величина его для легковых автомобилей (без пассажиров и с пассажирами), а также для грузовых с нагрузкой составляет ŋk = 0,8—0,85, а для грузовых без нагрузки ŋk = 0,9.

С учетом ŋk:

. (6.5)

Следовательно, поперечная устойчивость автомобиля при его прямолинейном движении по дороге с поперечным уклоном характеризуется его колеей В и высотой центра масс hg. Отношение B/2hg=hδ называют коэффициентом поперечной устойчивости автомобиля. Средние величины этого коэффициента и соответствующие им значения угла поперечного уклона приведены в таблице 6.2 - Коэффициенты поперечной устойчивости hδ и соответствующие им углы поперечного уклона дороги (косогора).

Таблица 6.2

Типы автомобилей βmax, град
Легковые

Грузовые

Автобусы

0,9-1,2

0,55—0,8

0,5—0,65

42-50

29-40

27-33

Сила Gasinβ (см. рисунок 6.1) стремится вызвать скольжение автомобиля в сторону, а сила сцепления шин с поверхностью дороги противодействует этому скольжению. Следовательно, условием начала скольжения автомобиля в поперечном направлении будет

,

или

, (6.6)

где φ' — коэффициент сцепления в поперечном направлении.

Сравнивая формулы (6.5) и (6.6), видим, что если , то скольжение на поперечном уклоне начнется раньше опрокидывания, и наоборот, при раньше наступит опрокидывание. Опрокидывание без предварительного скольжения наблюдается крайне редко. Поперечное скольжение автомобилей на прямолинейных участках дорог, имеющих поперечный уклон, обычно происходит на мокрых, скользких и обледенелых дорогах.

При движении автомобиля на повороте дороги, как и при любом отклонении от прямолинейного направления, возникает центробежная сила инерции. При этом внутренние по отношению к центру поворота колеса разгружаются, а внешние, наоборот, нагружаются.

Повороты на дорогах обычно устраиваются таким образом, что после прямолинейного участка располагается так называемая переходная кривая уменьшающегося радиуса, затем — круговая кривая, после которой переход к прямолинейному участку дороги происходит вновь по переходной кривой увеличивающегося радиуса. На рисунке 6.4 линией 1—6 показан участок поворота дороги: 1—2 — прямой участок; 2—3—переходная кривая; 3—4 — круговая кривая; 4—5 — переходная кривая; 5—6 — прямолинейный участок. Поворачивающий автомобиль проходит при постоянном угле поворота передних колес только участок круговой кривой (3—4 на рисунке 6.4). На переходных кривых угол поворота колес постепенно изменяется.

Рассмотрим движение автомобиля на участке круговой кривой при его равномерном перемещении по дуге окружности.

Величина центробежной силы выразится уравнением:

, Н (6.7)

где ρ — радиус поворота центра масс автомобиля, м.

Поперечная составляющая центробежной силы составит:

, Н

где γ — угол между радиусом ρ траектории центра масс автомобиля и продолжением оси задних колес.

Рисунок 6.4. Движение автомобиля на повороте дороги.

Величину радиуса R (рисунок 6.4) берут из плана дороги или определяют инструментальной съемкой. Для малых углов можно принять ρ ≈R м.

Обозначив через θ угол между продольной осью автомобиля и вектором скорости V1 средней точки передней оси, заметим, что tgθ =L/R. Так как угол θ сравнительно невелик, можно считать, что tgθ≈θ рад. Тогда

, м

и

кгс. (6.8)

Скольжение шин в поперечном направлении начнется в тот момент, когда действующая на автомобиль горизонтальная сила сравняется по величине с силой сцепления. В тех случаях, когда продольные силы на участках контакта шин отсутствуют или невелики, сила сцепления шин с дорогой практически используется только в поперечном направлении, составляя величину PЦ = Рφ’.

Приняв, что PЦ = Рφ’, критическую скорость автомобиля при прохождении поворота дороги постоянного радиуса, исходя из условий поперечного скольжения, можно рассчитать по формуле:

м/с. (6.9)

В реальных условиях равномерное движение автомобиля по кривой постоянного радиуса наблюдается редко. Приведенная формула справедлива для дорог с постоянным радиусом закругления и при движении с неизменной скоростью.

Опрокидывание автомобиля через одну из его сторон. Если опрокидывающий момент центробежной силы Рц равен восстанавливающему моменту весовой нагрузки, т.е.

, Н ·м

где В — колея автомобиля, то наступает состояние неустойчивого равновесия. При этом достаточно даже незначительного увеличения поперечной силы, чтобы автомобиль опрокинулся.

Следовательно, условием, при котором начинается опрокидывание автомобиля на повороте дороги, будет:

,Н ·м (6.10)

Поставив вместо обозначения силы РЦ ее значение, получим выражение для критической скорости по условиям опрокидывания:

м/с, (6.11)

где L— база автомобиля, м;

θ — угол поворота управляемых колес, рад.

Для определения критической скорости по условиям опрокидывания пользуются также формулой

м/с, (6.12)

где g — ускорение свободного падения.

Если автомобиль движется на повороте дороги с поперечным уклоном (характеризуемым углом β), содействующим устойчивости (рисунок 6,5), то предельная скорость, при которой опрокидывание уже не исключается, составит:

м/с. (6.13)

Из формулы (6.13) следует, что критическая скорость по условиям опрокидывания зависит от многих причин: от ширины В колеи автомобиля (чем шире колея, тем большей может быть критическая скорость); от расположения центра масс hg (чем ниже центр масс, тем выше критическая скорость); от угла поперечного уклона дороги β (чем больше уклон дороги, тем выше критическая скорость); от радиуса закругления R (чем меньше кривизна закругления, т.е. чем больше его радиус, тем выше критическая скорость).

Рисунок 6.5 Движение автомобиля по повороту дороги, имеющей поперечный уклон.

Если же поперечный уклон дороги направлен в сторону, противоположную центру закругления дороги, то он способствует опрокидыванию и предельная скорость составит:

м/с. (6.14)

Учет влияния поперечного уклона дороги позволяет получить более точные результаты расчета.

Неправильно выполненный поперечный уклон, что нередко встречается на плохо обслуживаемых дорогах, значительно влияет на величину допустимой критической скорости. Критический угол косогора, при котором с учетом скорости движения начнется опрокидывание, равен:

. (6.15)

Радиус поворота дороги, по которому автомобиль при равномерном движении может двигаться без заноса, рассчитывается по формуле:

м. (6.16)

На практике наблюдаются случаи, когда водители, двигаясь по повороту дороги, увеличивают скорость. Если такое движение осуществляется на повороте постоянного радиуса, но без поперечного уклона, то критическая скорость по условиям опрокидывания определится по формуле:

, м/с

где b — расстояние по горизонтали от центра масс до оси задних колес, м;

jа — ускорение поступательного движения, м/с2.

Если автомобиль движется с ускорением по повороту дороги постоянного радиуса, имеющему поперечный уклон, то критическая скорость рассчитывается по формуле:

м/с (6.17)

В этой формуле знаки « + » в числителе и «—» в знаменателе берутся при движении по уклону, наклоненному к центру поворота дороги; если же он наклонен в сторону, противоположную центру поворота дороги, то в числителе ставится знак «—», а в знаменателе — « + ».

<< | >>
Источник: Юхименко В.Ф. Яценко А.А.. БЕЗОПАСНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ: Практикум.- Владивосток: Изд-во ВГУЭС,2011. - 136 с.. 2011

Еще по теме 6.1 Потеря поперечной устойчивости автомобиля:

  1. 6.2 Потеря продольной устойчивости автомобиля
  2. 7.1 Влияние бокового увода на устойчивость автомобиля
  3. 4.1.2. Психологическая устойчивость. Оценка уровня нервно-психической устойчивости
  4. Потеря аутентичной и живой традиции в аспекте потери Веры
  5. 6.3 Занос автомобиля
  6. Глава 21. Айовский урожай автомобилей
  7. 7. Управляемость автомобиля и безопасность движения
  8. Неправомерное завладение автомобилем или иным транспортным средством без цели хищения (ст. 166 УК РФ)
  9. Если сделать поперечный разрез через кожу подушки пальца человека, то этот разрез пройдет через три слоя кожи, различающиеся своим строением друг от друга
  10. 12.5. Устойчивость ЛИС-цепей
  11. Адриан ван Каам. ПСИХОЛОГИЯ ПОТЕРИ ВЕРЫ . 1966, 1966
  12. Потеря денег
  13. 7.3. Устойчивость геосистем к техногенным воздействиям
  14. § 3. Устойчивость диспозитивных норм
  15. Потеря доверия
  16. ПОТЕРЯ ЦЕЛЕЙ (ЖИЗНЬ «ОДНИМ ДНЕМ»)
  17. 2. Подходы к пониманию эмоциональной устойчивости
  18. 7. Проблема устойчивого развития мирового хозяйства