Mомент сопротивления повороту шины при движении

При повороте управляемого колеса на месте в контакте колеса с опорной поверхностью участвуют одни и те же элементы шины. Происходит вначале упругое закручивание тела шины между жестким ободом и элементами шины, контактирующими с опорной поверхностью. Если учесть, что практически для всех автомобилей центр поворота отпечатка (точка встречи оси шкворня с опорной поверхностью) находится в пределах отпечатка, то при повороте колеса на месте его перекатывание не будет, а угол закручивания тела шины равен углу поворота колеса.

При движении происходит постоянное обновление элементов шины, контактирующих с опорной поверхностью. Это обновление будет тем интенсивнее, чем больше скорость движения колеса и меньше размеры отпечатка шины. При повороте управляемого колеса во время движения, аналогично повороту колеса на месте, также происходит закручивание тела шины между жестким ободом и контактным отпечатком. Однако закручивание тела шины будет только в момент поворота колеса, который осуществляет через рулевое колесо водитель. Если водитель прекращает поворот колеса, то закручивание тела шины из-за обновления элементов шины с опорной поверхностью исчезает.

Что же касается скорости поворота управляемого колеса, то она зависит от скорости поворота рулевого колеса и передаточного числа рулевого управления. Очевидно, чем больше скорость поворота рулевого колеса, тем больше будет угол закручивания тела шины при постоянной скорости движения.

В общем случае элементарный угол закручивания тела шины при прохождении центром колеса элементарного пути ds равен

где - градиент закручивания тела шины, численно равный углу закручивания тела шины при прохождении колесом единицы пути;

ds -элементарный путь, на котором происходит закручивание тела шины.

Тогда величина угла закручивания запишется

.

В результате проведенных исследований [1], [2] было установлено, что при отсутствии угла продольного наклона шкворня закручивание тела шины управляемого колеса происходит при прохождении центром колеса пути а/2, где а- большая ось отпечатка шины. В результате чего имеем

.

Поскольку градиент закручивания тела шины не зависит от величины пройденного пути, вынесем его за знак интеграла. После решения интеграла получим

.

Разделив числитель и знаменатель на dt, получим

или окончательно имеем

, (9.37)

где V - скорость движения центра колеса в м/с, поскольку ;

-угловая скорость поворота колеса в рад./с, поскольку .

При наличии продольного наклона шкворня формула (9.37) с учетом исследований запишется так

(9.38)

где r_к - радиус колеса;

угол продольного наклона шкворня.

Заметим, что угловую скорость поворота управляемого колеса задает водитель поворотом рулевого колеса. При этом, как следует из анализа литературных источников, угловая скорость поворота рулевого колеса не превышает 1,5 об/с или 9,42 рад./с.

Скорость движения автомобиля изменяется в широких пределах от практически 1м/с до Vmax . Поскольку скорость находится в знаменателе выражения (9.38) и изменяется в широких пределах, поэтому она существенно влияет на величину угла закручивания тела шины. Очевидно, чем больше скорость движения автомобиля, тем меньше угол закручивания тела шины между жестким ободом и контактным отпечатком. А это подтверждает то обстоятельство, что при движении автомобиля, чем больше его скорость, тем меншее усилие прикладывает водитель при управлении автомобилем.

Анализ рассчитанных по формуле (9.38) данных показал, что при минимальных скоростях движения и максимальной скорости поворота рулевого колеса угол закручивания тела шины не превышает , т.е. находится на участке линейной зависимости момента сопротивления повороту шины на месте от угла поворота.

Учитывая, что угол поворота колеса на месте и угол закручивания тела шины при движении, рассчитанный по формуле (9.38), являются, с точки зрения явлений, определяющих сопротивление повороту шины, идентичными, вправе записать

, (9.39)

где C - угловая жесткость шины относительно вертикальной оси;

M -момент сопротивления повороту шины при движении.

Заметим, что зависимость (9.39) получена при условии, что величина угла закручивания тела шины при движении находится на участке линейной зависимости момента сопротивления повороту шины от угла поворота.

Поскольку момент сопротивления повороту шины при движении будет иметь место только во время поворота управляемого колеса, поэтому его будем обозначать М , в то время как при повороте на месте обозначается M .