Обобщённые показатели проходимости

Имея в виду, что в предельном случае движение можно считать равномерным с небольшой скоростью (Р_в~0) получим уравнение проходимости

к_φ·φ_х>(tgα+f).

Однако, это выражение не учитывает трёх важных особенностей, оказывающих влияние на проходимость.

1. Значение к_φφ_х характеризует максимально возможное сцепление ведущих колёс с грунтом. Оно справедливо при условии, что у всех ведущих колёс коэффициенту сцепления φ_х одинаковы. Но это не обеспечивается ни свойством грунта, ни параметрами автомобиля, поэтому вместо φ_х вводим обобщённый коэффициент сцепления

φ_{х ср}=ΣR_{xi вк max} /ΣR_{zi вк}.

2. Суммарный коэффициент сопротивления

f=f_м+f_г.

Для ведущих колёс сила сцепления с грунтом не равна полной окружной силе (тяговой), так как часть последней затрачивается на преодоление внутренних потерь в шине, характеризующихся коэффициентом качения f_ш.

Следовательно, из значения f должна быть исключена составляющая, вызываемая затратами энергии на внутреннее трение в шинах ведущих колёс.

3. При движении по сильно деформированному грунту возможно погружение автомобиля на глубину большую, чем дорожный просвет. Эта особенность не очень характерна для автомобилей общетранспортного назначения, поэтому

к_φ·φ_{х ср}>[tgα+f_г+(1-к_φ)f_ш].

и рассматриваем это уравнение, как критерий проходимости автомобиля.

Для сравнительной оценки проходимостей автомобилей в определённых грунтовых условиях можно использовать обобщённый показатель проходимости, полученный из предыдущего неравенства

П=tgα_max=к_φ·φ_{x ср}-f_г-(1-к_φ)f_ш.

П – показатель проходимости, численно равный тангенсу максимального угла подъёма на данном грунте или запасу полной тяговой силы по сцеплению.

Чем выше к_φ, темвышепроходимость. Наибольшее значение к_φ =1 принадлежит полноприводным автомобилям (4х4, 6х6, 8х8).

Для дорожных автомобилей (4х2, 6х2, 8х4) к_φ =0,46…0,8.

У не гружёных легковых и грузовых заднеприводных автомобилей коэффициент сцепной массы меньше, чем у нагруженных – проходимость у последних лучше, а у переднеприводных легковых автомобилей – хуже.

Обобщённый коэффициент сцепления φ_хоб определяет коэффициент сцепления ведущих колёс, нагрузками на них и условиями распределения крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам.

Методика сравнительной оценки проходимости автомобилей основана на рассмотрении конструктивных параметров и показателей без рассмотрения грунтовых условий. Всего выделено 12 конструктивных параметров и показателей:

- минимальное давление на грунт P_min, кПа;

- дорожный просвет Н, см;

- коэффициент насыщения протектора к_н;

- высота грунтозацепов ∆_пр, см;

- коэффициент сцепной массы к_φ;

- коэффициент блокировки дифференциала ведущих колёс λ;

- динамический фактор D_max;

- удельная мощность N_уд, кВт/т;

- свободный радиус колеса r_c, м;

- угол переднего (заднего) свеса ;

- продольный радиус проходимости R₅;

Обобщённый сравнительный показатель проходимости вычисляют по формуле:

П_ср= к_в·Р + к_в2· + к_в3·к¹_н + к_в4·∆¹_пр + к_в5·к¹_φ + к_в6·λ¹+ к_в7·D¹_max + к_в8·N¹_уд

+ к_в9 ·r¹_c + к_в10· γ¹₂ + к_в11· γ¹₃ + к_в12·R¹₅.

к_вi – коэффициенты весомости параметров (определяются на основе экспертного метода).

Р¹_min, Н¹₁…R¹₅ – относительные величины параметров (определяются по отношению к максимальному или минимальному значению из всех рассматриваемых значений).

Управление автомобилем является главной производственной функцией водителя. Управление – целенаправленная организация процесса движения.

Процесс поворота состоит из входа в поворот, движения с постоянным радиусом и выхода из поворота.

Анализ особенностей криволинейного движения автомобиля в различных условиях позволяет выделить два режима поворотов: с малыми радиусами и невысокими скоростями – характеризующий, в основном, маневренность и с большими радиусами – высокими скоростями – характеризует устойчивость и управляемость.

Движение автомобиля как механической системы может определяться траекторией какой либо её точки, углом поворота некоторой прямой, связанной с системой относительно выбранной системы координат и перемещениями отдельных элементов системы относительно направляющей точки.

При теоретическом изучении управляемости одиночного автомобиля в качестве направляющей точки удобно выбирать центр его масс, а для автопоезда центры масс его звеньев. Зная ускорение центров масс, можно непосредственно определять силы инерции, действующие на систему.

В качестве прямой для автомобиля принимают его продольную ось, положение которой, определяют курсовым углом - γ - между её проекцией на плоскость дороги и неподвижной прямой, принадлежащей этой плоскости.

Силы, возникающие в результате управляющего воздействия курсовых и боковых параметров, являются кинематической реакцией автомобиля на управляющее воздействие.

Для поворота рулевого колеса водитель должен создавать момент, значение которого зависит от изменений параметров движения. Сопротивление повороту рулевого колеса называется силовой реакцией автомобиля на управляющее воздействие.

Характер функциональной зависимости между управляющими воздействиями и реакциями на них может служить оценкой свойств автомобиля как управляющего объекта. Управляемостью называют совокупность свойств, определяющих характеристики кинематических и силовых реакций на управляющие воздействия.

Оценочными показателями устойчивости управления являются6

1. Устойчивость управления траектории, балл;

2. Устойчивость курсового управления, балл;

3. Устойчивость управления траекторией при торможении, балл;

4. Устойчивость курсового управления при торможении, балл;

5. Предельная скорость выполнения маневра V_пр км/ч;

6. Скорость начала снижения устойчивости курсового управления траекторией

V_тр км/ч;

7. Скорость начала снижения устойчивости курсового управления V_курс км/ч.

Показатели 1…4 определяют в эксплуатационных режимах движения со скоростями V_max на специальных дорогах.

При оценке показателей 3 и 4 торможение происходит от V₀ до V=0,5V₀. На основании протоколов испытаний определяют комплексные оценки устойчивости управления.

Показатели 5…7 определяют при испытаниях на критических режимах движения, которые заключаются в в выполнении заданных разметкой манёвров.

По субъективным оценкам контролёра и водителя выставляется комплексная оценка устойчивости управления в баллах при различных скоростях движения м строится график.

Кроме того имеется целый ряд показателей и характеристик, из которых для оценки управляемости могут быть выделены следующие:

- характеристика статической траекторной управляемости;

- характеристика “рывок руля”;

- характеристика выход из поворота;

- характеристика лёгкость рулевого управления;

- предельная скорость входа в заданный поворот;

- предельная скорость входа в заданную переставку;

- средняя угловая скорость поворота рулевого колеса на прямолинейном участке дороги.

Лёгкость рулевого управления оценивается по силе Р_р на рулевом колесе, которая при j_у = 4 м/с² и скоростях движения 40 и 60 км/ч должна быть в пределах 60…120 Н.

Оценочным показателем является скорость автомобиля в момент входа в поворот.

Поворот автомобиля – изменение его курсового угла в большинстве конструкций осуществляется в результате изменения положения управляемых колёс.

Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы называется явлением бокового увода, а угол между этим вектором и плоскостью вращения – углом увода.

Сущность этого явления (рис. 9.) можно упрощённо представить так. Если силу Р_у приложить к центру не катящегося колеса, то она в результате упругости шины вызовет боковое перемещение обода относительно контактной площадки.

Система элементарных сил, действующих со стороны дороги на колесо, представлена тремя составляющими реакциями, приложенными в центре контактной площадки и тремя составляющими моментами.

Составляющие R_x, R_y, R_z – продольная, боковая и нормальная реакции дороги.

M_f, M₀, M_c – моменты сопротивления качению, восстанавливающий и стабилизирующий.

Р_х – продольная сила,

Р_у – боковая сила, действуют со стороны автомобиля

Р_z – нормальная сила,

М – тяговый момент,

М_оп – опрокидывающий момент,

М_п – поворачивающий момент,

А – центр контакта,

О – центр колеса,

В-В – ось вращения,

С – С – плоскость вращения.

Рис. 9. Силы, действующие на колесо

Так как при действии на колесо боковой силы вектор его скорости в результате увода или бокового скольжения отклоняется от плоскости вращения, то происходит и обратное явление: при движении колеса таким образом, что вектор его скорости не совпадает с плоскостью вращения, возникает боковая реакция R_y. На этом основано направляющее действие управляемых колёс, т.е. их способность создавать силы, изменяющие направление движения автомобиля. При повороте колес их центры в первое мгновенье по инерции движутся вместе с автомобилем в первоначальном направлении, не совпадающем после поворота колёс с их плоскостями вращения. В результате этого возникнут реакции R_y, направленные так, что их моменты относительно центра масс, преодолевая инерцию автомобиля, вызывает его поворот.

Радиусом поворота R_п автомобиля называют расстояние от центра поворота до колен переднего наружного колеса.

Свойство автомобиля изменять кинематические параметры поворота под действием боковых сил при фиксированной величине угла θ называют поворачиваемостью автомобиля. Для характеристики влияния на поворачиваемость конструктивных особенностей автомобиля пользуются понятием статической поворачиваемости, определяемой соотношениями между углами увода, при действии на автомобиль постоянной боковой силы, приложенной в центре масс.

Устойчивость – совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения автотранспортного средства или его звеньев.

Оценочными показателями устойчивости являются критические параметры движения. Основные оценочные показатели следующие:

- критические скорости V_{кр φ} по боковому скольжению и V_кр.оп по боковому опрокидыванию;

- критические углы поворотов β_кр.φ по боковому скольжению и β_кр.оп – по боковому опрокидыванию;

- коэффициент поперечной устойчивости η_пу=В/2hg;

- критические скорости V_кр.ω по курсовой устойчивости и V_кр.ап автопоезда по влиянию прицепа.

Скорости V_кр.φ соответствуют установившемуся круговому движению по дороге с заданным радиусом поворота R и угла β поперечного наклона плоскости дороги к горизонту. Скорость V_кр.ω соответствует прямолинейному или установившемуся круговому движению по горизонтальной дороге. Критической скоростью V_{кр ап} называют установившуюся скорость прямолинейного движения автопоезда, при которой влияние прицепа в каждую сторону превышает 3 % его габаритной ширины.

У нас при испытании новых автомобилей используют следующие оценочные показатели:

- коэффициент поперечной устойчивости – η_пу;

- угол статической устойчивости по опрокидыванию – ε;

- угол крена ψ_кр;

- устойчивость по опрокидыванию (в баллах);

- скорость появления курсовых колебаний V_кк;

- скорость начала снижения устойчивости против опрокидывания V_опр.

На рис. 10 представлены силы, действующие на автомобиль при расчёте устойчивости.

Рис. 10. Схема сил устойчивости автомобиля

с – центр масс,

Р_ИУ – сила инерции,

ΣR_ун, ΣR_ув – боковые реакции,

Β – критический угол косогора по боковому скольжению.

Условия устойчивости, при которых происходит боковое опрокидывание – достижение равенства нулю реакций внутренних колёс обоих мостов. Для его выполнения достаточно равенства опрокидывающего момента поперечных сил на плече h_g и восстанавливающего момента силы тяжести на плече m, равным расстоянию от прямой, соединяющей центры контактов наружных колёс заднего и переднего мостов, до проекции на дорогу центра масс.

При движении на вираже это равенство запишется так:

(Р_ИУ·cosβ - G_a·sinβ)h_g)=(G_a·cosβ+Р_ИУ·sinβ)m.

V_кр.оп=3,13 ; - критическая скорость характеризует граничное по устойчивости невозмущённое движение автомобиля.

V_кр.оп=2,21 ; (β=0) – на горизонтальной дороге.

Одной из задач управления является ориентирование в пространстве продольной оси автомобиля, т.е. обеспечение его курсового положения, определяемого курсовым углом γ. В зависимости от цели управления водитель в результате управляющего воздействия стремится или поддержать угол γ постоянным, илиизменятьегоопределённымобразом.

Кроме управляющих сил, на автомобиль действуют возмущения, вызывающие отклонения угла γ от задаваемого. К возмущениям относятся и погрешности воздействия водителя на рулевое колесо, возникающей вследствие того, что он судит о правильности воздействия только по реакции на него, которая всегда несколько отстаёт по отношению к воздействию.

Любые посторонние боковые силы, действующие на колёса, изменяют направление движений по сравнению с задаваемым водителем и изменяют курсовое положение автомобиля.

В результате изменения направления качения колёс изменяется угол γ, причём без дополнительного управляющего воздействия автомобиль не может возвратиться к прежнему положению. Следовательно, по курсовому углу автомобиль как чисто механическая система всегда неустойчив.

Внешние силы, действующие на автомобиль помимо управляющих, всегда являются для водителей случайными и неизвестными. Вызываемые ими отклонения в траектории движения и курсовом положении могут быть устранены лишь в результате управляющих воздействий. Необходимое число и величина корректирующих поворотов рулевого колеса (подруливание) зависит как от величины и характера приложения случайных сил, так и от характера реакции автомобиля на возмущения, что зависят от конструктивных особенностей автомобиля.

Маневренностью называется группа свойств, характеризующих возможность автомобиля изменять заданным образом своё положение на ограниченной площади в условиях, требующих движения по траекториям большой кривизны с резким изменением направлений, в том числе и задним ходом.

Маневренность может быть охарактеризована следующими оценочными показателями:

- Минимальный радиус поворота автомобиля – тягача R_{min .}. Расстояние от центра поворота до оси следа, переднего забегающего колеса при максимальных углах поворота управляемых колёс.

- Внешний габаритный радиус поворота R_габ.max. Замеряют для тех же условий по точке автомобиля, наиболее удалённой от центра поворота.

- Внутренний габаритный радиус R_габ.min. Определяют по точке наиболее приближённой к центру поворота. Величины R_min, R_габ.max, R_габ.max характеризуют площадь, необходимую для маневрирования и разворота автопоезда.

- Поворотная ширина автомобиля по следу колёс В_п. Разность самого большого и самого малого радиусов поворота по осям следов соответствующих колёс (наиболее удалённого и наиболее приближённого к центру поворота) определяет В_п.

Габаритная полоса движения В_габ равна разности радиусов поворота точек, наиболее удалённой и наиболее приближённой к центру поворота, т.е. В_габ=R_габ.max- R_габ.min.

- Удельная тяговая сила Ф_п при повороте. Необходимая для совершения поворота сила определяется отношением тяговой силы на ведущих колёсах к силе тяжести автомобиля при повороте его с минимальным радиусом, а также с минимальной устойчивой скоростью V_min~ 35 км/ч.

- Коэффициент использования сцепной силы колёс К_φi при повороте. Коэффициентом К_φi одного моста при повороте называется отношение суммарной силы, действующей в контакте этих колёс к потенциально возможной силе по сцеплению.

Показатели Ф_п и К_φi не нормируются. Чем меньше это отношение, тем выше потенциальная возможность автопоезда к совершению крутых поворотов.

- Усиление на рулевом колесе. Этот параметр измеряют при плавном повороте управляемых колёс автомобиля из нейтрального положения до упора в одну и другую стороны.

- Сложность осуществления управляемого движения задним ходом.

Минимальный радиус поворота для двухосного автомобиля-тягача при

V< 5 км/ч, R_min=L(Sinθ_{н max}), где:

θ_{н max} – максимальный угол поворота переднего наружного управляемого колеса;

L – расстояние между осями автомобиля.

Для трёхосного автомобиля-тягача

R_min= ,

R – радиус поворота,

С_т – смещение центра поворота тягача относительно его заднего моста.

Минимальный габаритный радиус поворота вычисляется по элементарным геометрическим формулам при наличии С_т и R_т, а также координат точки автомобиля-тягача наиболее отдалённой от центра поворота.

Поворотная ширина пятиосного автопоезда по следу колёс.

В_п=R_min-R_5В,

R_5B= - радиус поворота по колее отстающего внутреннего колеса двухосного полуприцепа.

Габаритная полоса движения. Вычисления проводят, используя элементарные геометрические формулы при наличии значений С_т, R_min, С_п, R_п, а также координат точек автопоезда, наиболее отдалённой и наиболее близкой к центру поворота.

Основными конструктивными факторами, определяющими показатели маневренности автомобилей, являются параметры L и θ_max, изменение которых существенно влияет на радиус поворота и другие показатели.

Вопросы для самопроверки по разделу 2

1. Какие силы действуют на автомобиль при движении?

2. Каковы режимы качения колёс автомобиля?

3. Что выражает и позволяет определять уравнение движения автомобиля?

4. Каковы задачи, решаемые с помощью графика динамической характеристики?

5. Какие факторы оказывают влияние на тягово-скоростные свойства автомобиля?

6. Что представляет собой топливно-экономическая характеристика?

7. В каких случаях выполняют тяговый расчёт автомобиля?

8. Каково назначение тягового расчёта автомобиля?

9. Какое влияние оказывают различные факторы на тормозные свойства автомобиля?

10. Как осуществляют установку управляемых колёс?