Силовой увод шин.

Поведение автомобиля в повороте определяется в первую очередь характером взаимодействия его шин с дорожным покрытием, зависящим, в свою очередь, от качеств дорожного покрытия, режима движения, свойств используемых на автомобилях пневматических шин и кинематики подвески — характера перемещения колёс относительно кузова и дороги.
Схематическое изображение силового увода шины.
Наиболее важным свойством пневматической шины, оказывающим влияние на устойчивость и управляемость автомобиля, является силовой увод (динамическая дестабилизация) — упругое отклонение протектора шины от исходного среднего положения в пятне контакта с дорогой. Боковая сила, воздействующая на автомобиль (спроецированная на горизонтальную ось составляющая реакции в пятне контакта колеса, направленной к центру крена), старается увлечь его наружу от траектории поворота, однако этому противодействует сила трения протектора его шин о дорогу в поперечном направлении. Из-за эластичности боковины шины, её протектор в пятне контакта с дорогой начинает под воздействием этой силы смещаться относительно самого колеса в сторону центра поворота и поворачивается относительно плоскости его вращения, в результате чего колесо начинает самопроизвольно отклоняться от исходной, заданной водителем, траектории — это и есть силовой увод.
Величину увода колеса характеризует угол увода , измеряемый в градусах или радианах — это угол между реальным направлением качения колеса и заданным поворотом руля, или между плоскостью качения колеса и плоскостью его вращения. Превышение критического значения угла увода приводит к потере бокового сцепления шин с дорогой и началу бокового скольжения. Также в расчётах используется коэффициент сопротивления уводу , измеряемый в Н/град или Н/рад.
В теории автомобиля принята так называемая «щёточная» модель явления увода, в которой колесо представляется в виде абсолютно недеформируемого цилиндра, покрытого радиальными «щетинками», представляющими эластичную часть шины, деформируемую в радиальном и боковом направлениях.
Для определения численного значения существует несколько математических методик (по Д. А. Антонову, по Х. Пасейке и другие).
Кинематический увод шин, кинематический увод оси и эластокинематика подвески[править | править вики-текст]
Наряду с уводом, возникающим вследствие свойств самих шин (силовым уводом), в процессе работы подвески наблюдаются и другие типы увода.
Кинематический увод шины обусловлен наличием у колеса развала (наклона вбок) — включая и динамический, возникающий при работе подвески. Чем больше ширина профиля шины и угол развала, тем больше её кинематический увод и, соответственно, тем меньше её способность передавать боковые силы:


— где — угол развала, — эмпирический (получаемый опытным путём) коэффициент влияния угла развала шины на угол её увода, обычно находящийся в пределах от 1/6 до 1/4 (большие значения соответствуют большей ширине профиля шины). Данная зависимость в достаточной степени справедлива для большинства дорожных (не спортивных) шин.
Кинематический увод оси (моста) — непреднамеренный поворот колеса вправо или влево, обусловленный характером перемещения элементов направляющего аппарата подвески.
Также во многих подвесках наблюдается эластокинематическое изменение установочных параметров, обусловленное эластокинематикой подвески, деформацией её упругих деталей в процессе работы.
Например, при рабочих ходах зависимой подвески на продольных рессорах или двух продольных рычагах присутствует кинематический увод моста — мост поворачивается на определённый угол в горизонтальной плоскости («подруливает»), что при определённых условиях (если внешнее по отношению к центру поворота — так называемое «упорное» — колесо получает при этом отрицательное схождение — то есть, поворачивается в сторону, противоположную той, в которую повёрнуты управляемые колёса, наружу от центр поворота) может обуславливать появление избыточной поворачиваемости (см. ниже), причём уменьшение водителем подачи топлива в этом случае лишь усугубляет ситуацию (так называемое «ввинчивание» в поворот, то есть, его самопроизвольное усиление). Наряду с изменением схождения вследствие кинематического увода моста, такая подвеска испытывает и эластокинематическое изменение схождения — обусловленное податливостью самих рессор и их креплений (или, в рычажной подвеске, креплений рычагов): в повороте мост по инерции стремиться сохранить своё прежнее направление движения, из-за чего изменение его угла поворота немного «отстаёт» от кузова. при этом наружное колесо также получает небольшое отрицательное схождение.
И то, и то является нежелательным, так как снижает устойчивость автомобиля к заносу — преимущество здесь имеют подвески, в которых кинематический увод и эластокинематическое изменение установочных параметров практически отсутствуют, или же их характер придаёт автомобилю свойство недостаточной поворачиваемости (внешнее колесо приобретает положительное схождение, то есть, поворачивается в сторону центр поворота). Например, в так называемых «многорычажных» подвесках кинематический увод создаётся искусственно за счёт введения в конструкцию подвески дополнительных рычагов, причём его характер способствует улучшению управляемости автомобиля.
Боковой увод шасси (автомобиля) — отклонение фактического (действительного) направления движения автомобиля от его продольной оси, что является результатом совокупного воздействия на автомобиль всех видов увода всех его осей. Характеризуется углом бокового увода шасси (автомобиля), взятым между действительным направлением движения транспортного средства и его продольной осью.
Понятие о поворачиваемости
Итак, при движении автомобиля в повороте под воздействием боковой силы возникает явление бокового увода, в результате которого действительное направление движения автомобиля начинает отличаться от заданного поворотом рулевого колеса, после достижения определённого граничного значения переходящее в боковое скольжение из-за потери шинами сцепления с дорогой в поперечном направлении.
На практике боковое скольжение обычно начинается у колёс лишь одной из осей, поэтому непосредственное влияние на устойчивость и управляемость оказывает не только абсолютная величина увода, но и разница между величинами увода передних и задних колес.
Так, если увод передних колёс меньше, чем задних — в боковое скольжение первыми входят колёса задней оси (занос), а до этого момента автомобиль будет проявлять склонность усиливать начатый водителем поворот (отклонение действительного направления движения автомобиля в сторону центра поворота, уменьшение фактического радиуса поворота), что в пределе приводит к потере управляемости. В этом случае говорят оизбыточной поворачиваемости автомобиля.
При обратном соотношении — увод передних колёс больше, чем задних — первыми скользить начинают колёса передней оси (снос), а до этого автомобиль стремиться при отсутствии управляющего воздействия водителя выйти из поворота и вернуться к прямолинейной траектории движения (отклонение действительного направления движения автомобиля в сторону наружу от центра поворота, увеличение фактического радиуса поворота). Тогда говорят онедостаточной поворачиваемости.
Хотя природа обоих вышеупомянутых явлений идентична — боковое проскальзывание колёс одной из осей, после граничного значения переходящее в их боковое скольжение — избыточная поворачиваемость намного более опасна и при переходе в занос задней оси обычно приводит к потере управляемости, в то время, как недостаточная поворачиваемость сравнительно легко компенсируется водителем и считается безопасной настройкой шасси. Только на гоночных машинах, управляемых профессиональными пилотами за пределами дорог общего пользования, а также некоторых автомобилях с электронными системами обеспечения устойчивости (ESP), могут встречаться настройки шасси в сторону очень лёгкой избыточной поворачивоемости, что позволяет незначительно повысить предельную скорость прохождения поворота.
При нейтральной поворачивоемости, когда величины увода передних и задних колёс одинаковы, хотя траектория автомобиля в повороте выдерживается точно, но повышается чувствительность автомобиля к боковому ветру и любым другим случайным возмущениям — под их воздействием при прохождении поворота может внезапно произойти, в зависимости от направления поворота, либо снос передней оси (что ухудшает управляемость), либо занос (при котором происходит потеря управляемости).
Естественно, на практике тип поворачивоемости одного и того же автомобиля может существенно меняться в зависимости от условий движения. Так, проявляемая обычно близкая к нейтральной или лёгкая недостаточная поворачивоемость у заднеприводного автомобиля с недостаточно продуманной кинематикой задней подвески после достижения граничного значения действующих на него сил может сменяться на сильную избыточную, причём этот переход происходит внезапно для водителя и угрожает безопасности движения даже больше, чем постоянно проявляемая избыточная поворачивоемость. У переднеприводного автомобиля лёгкая недостаточная поворачивоемость в граничных условиях переходит в сильную, что также является небезопасным. Таким образом, на практике можно говорить лишь о склонности автомобиля к тому или иному типу поворачивоемости в данных конкретных условиях.
Численно избыточная поворачивоемость, в случае склонности автомобиля к ней, характеризуется величиной так называемой критической скорости по управляемости, то есть, такой скорости, при которой радиус поворота становится равен нулю, так как любое отклонение автомобиля от прямолинейного движения вызывает потерю управляемости:


— где , — нагрузка на переднюю и заднюю оси в Н; — колёсная база автомобиля, м; , — общий эквивалентный (с учётом всех видов увода) коэффициент сопротивления уводу всех колёс передней и задней оси, Н/рад.
Разумеется, на практике достичь данной скорости автомобиль не может (точнее, это возможно лишь в специально обеспеченных условиях — идеально ровная дорога, полное отсутствие бокового ветра и каких либо других возмущающих воздействий), более того, уже при скорости порядка его управляемость нарушается, фактический радиус поворота уменьшается по сравнению с кинематическим (заданным поворотом управляемых колёс) в два и более раз из-за бокового проскальзывания шин, резко повышается чувствительность к любым внешним воздействиям (порыв ветра, проезд неровностей дороги).
Для очень лёгких автомобилей (мотоколясок) с маленькими колёсами и диагональными шинами может составлять порядка 150—160 км/ч — то есть, уже при 75…80 км/ч их управляемость не вполне обеспечивается. Соответственно, максимальная скорость подобных транспортных средств ограничена 50-60 км/ч.
Недостаточная поворачивоемость характеризуется величиной характерной скорости:


При скорости, равной , фактический радиус поворота увеличивается по сравнению с кинематическим в два раза, то есть, автомобиль становиться очень сложно «заставить» поворачивать из-за стремления к возвращение на прямую траекторию. При превышении характерной скорости автомобиль практически перестаёт слушаться руля, продолжая ехать прямо.
Как видно из приведённых формул, решающее влияние на значения критической и характерной скоростей оказывают коэффициенты сопротивления уводу (длина колёсной базы и распределение массы по осям являются более или менее постоянными в рамках заданной конструкции автомобиля), которые зависят от величин силового (обычно не превышает 5…7°) и кинематического увода шин, а также — кинематического увода оси (моста).
В свою очередь, величины уводов зависят от конструкции используемых шин (в первую очередь — типа каркаса, диагонального или радиального), их характеристик (размерность, высота профиля, индекс грузоподъёмности), давления воздуха в шинах, величины продольных реакций на колёсах (тягового усилия, сил сопротивления качению и тормозных сил), кинематических и эластокинематических свойств подвески. В обычных условиях движения основную роль играют конструкция и характеристики шин, однако по мере приближения к предельным значениям продольных сил реакции начинает резко возрастать роль остальных факторов.

 

вот мне одно интересно - много ли из одноклубников всерьёз чего будут считать по этим формулам?
Может создать отдельную тему "цитаты poci по поводу и без"
хорошим выходом как мне кажется будет создание в разделе "подвеска" отдельного разделам"теоретические выкладки" - и инфа на форуме сохранится, и автор не обидется, и "воды" в темах будет меньше. А больше - обсуждения Кэдди и его эксрлуатации...