Поворачиваемость автомобиля и ее влияние на безопасность движения

Поворачиваемостью называют свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес. Есть две основных причины поворачиваемости: увод колес, вызываемый поперечной эластичностью шин, и поперечный крен кузова, связанный с эластичностью подвески. Соответственно различают шинную и креновую поворачиваемость автомобиля.

Уводом называют качение колеса под углом к своей плоскости.При действии на колесо с эластичной шиной поперечной силы Р_у вектор скорости центра колеса отклоняется от плоскости вращения на некоторый угол d – угол увода. Сила Р_у и угол увода d связаны следующей зависимостью:

P_y = k_yв d, (1)

где k_yв – коэффициент сопротивления уводу (первая производная от поперечной силы по углу увода), Н/рад.

Величина k_yв зависит от многих факторов, из которых наибольшее значение имеют величина угла увода, вертикальная и касательная силы, приложенные к колесу, и наклон колеса к вертикали.

Рис. 1. Схема движения автомобиля с эластичными шинами

При наличии увода центр поворота автомобиля находится не в точке О, как у автомобиля с жесткими шинами (рис. 1), а в точке O₁, т. е. в месте пересечения перпендикуляров к векторам скоростей v₁ и v₂. Траектория движения автомобиля с жесткими шинами зависит только от угла q. У автомобиля с эластичными шинами на нее влияют углы увода, которые в свою очередь зависят от q, v и других факторов. При наличии увода автомобиль может двигаться криволинейно, даже при q = 0. Кривизна траектории зависит от соотношения d₁ и d₂ (углы увода переднего и заднего мостов).

Если d₁ = d₂, то шинную поворачиваемость автомобиля называют нейтральной.Хотя при этом траектория движения автомобиля о жесткими шинами не совпадает с траекторией движения автомобиля, имеющего нейтральную поворачиваемость, так как центры поворота в этих случаях занимают различные положения. В случае действия поперечной силы на автомобиль, имеющий жесткие шины, он сохраняет прежнее направление движения, пока эта сила по величине не станет равной силе сцепления. Автомобиль, имеющий нейтральную шинную поворачиваемость, под действием поперечной силы движется под углом d_ув к прежнему направлению движения.

Рис. 2. Схемы движения автомобиля с различной шинной поворачиваемостью: а – с недостаточной; б – с излишней

Если d₁ > d₂, то для движения автомобиля с эластичными шинами по кривой управляемые колеса нужно повернуть на больший угол, чем при жестких шинах. В этом случае шинную поворачиваемость автомобиля называют недостаточной. Под действием поперечной силы Р_у (рис. 2, а) при прямолинейном движении передняя ось автомобиля с недостаточной поворачиваемостью в результате увода движется под углом d₁ к прежнему направлению движения, а задний мост – под углом d₂. Автомобиль поворачивается вокруг центра O₁, вследствие чего возникает центробежная сила Р_ц, поперечная составляющая Р_цу которой направлена в сторону, противоположную силе Р_у, что уменьшает результирующую поперечную силу и увод колес. Следовательно, автомобиль с недостаточной шинной поворачиваемостью устойчиво сохраняет прямолинейное направление движения.

Если угол d₁ < d₂, то для движения автомобиля с эластичными шинами по кривой управляемые колеса нужно повернуть на меньший угол, чем при жестких шинах. В этом случае шинную поворачиваемость автомобиля называют излишней. Если на автомобиль с излишней поворачиваемостью действует центробежная сила Р_ц, то он тоже движется криволинейно (рис. 2, б). Однако составляющая Р_цу в этом случае направлена в ту же сторону, что и сила Р_у. В результате увод возрастает, что увеличивает кривизну траектории и силу Р_цу и т.д. Если водитель не повернет управляемые колеса в нужном направлении, то центробежная сила Р_ц может возрасти настолько, что автомобиль потеряет устойчивость. Таким образом, автомобиль с недостаточной поворачиваемостью более устойчив и лучше сохраняет направление движения, чем автомобиль с излишней поворачиваемостью.

Для количественной оценки шинной поворачиваемости автомобиля служит коэффициент поворачиваемости

где k_ув1 и k_ув2 – коэффициенты сопротивления уводу переднего и заднего мостов автомобиля.

При излишней шинной поворачиваемости автомобиля h_пов > 1, при нейтральной h_пов = 1, а при недостаточной h_пов < 1. Большинство автомобилей имеют недостаточную шинную поворачиваемость в ненагруженном состоянии. При полной нагрузке, напротив, автомобили имеют излишнюю поворачиваемость.