Управляемость автомобиля и факторы, на неё влияющие

 
Управляемость автомобиля и факторы, на неё влияющие о которых желательно знать.
Кинематика поворота автомобиля на абсолютно жестких колесах
Рулевое управление автомобиля должно обеспечивать такую кинематику поворота, при которой продолжнения осей всех колес пересекаются в одной точке, называемой центром поворота:

Силовой увод шины

В обычном понимании шина едет прямо, однако, т.к. она не твердая а эластичная, то деформируется под действием сил. Форма беговой дорожки изкривляется и в реальности шина начинает ехать не туда куда направляется, а отклоняется от этого направления на некий угол ?.

Боковые силы, которые действуют на шину:

1) Центробежная сила в повороте действует на автомобиль и он в свою очередь на шину. Чтобы вызвать силовой увод, достаточно едва заметно вильнуть рулем.

2) Cила тяжести (тоже действует на машину) а при наличии уклона дороги в бок вызывает силовой увод шины. Любая дорога должна иметь уклон в сторону обочины. Это закладывается в проект для того чтобы с её поверхности стекала вода. Так же плохие дороги имеют множество неровностей втч таких которые вызывают силовой увод шины.


На сопротивление силовому уводу шины влияют следующие факторы:

1) Конструкция шины (например радиальная жестче диагональной, но и шины одного типа разной конструкции могут иметь разное сопротивление силовому уводу).

2) Давление в шине. Чем больше давление, тем меньше силовой увод.

3) Наличие тяги на колесе. Если ось ведущая, то сопротивление силовому уводу меньше. Чем больше тяга на оси, тем слабее шина может сопротивляться силовому уводу.

4) Соотношение ширины и высоты профиля. Чем меньше в процентном отношении высота профиля, тем больше сопротивление силовому уводу. По этому если стоит вопрос дилема поставить 15” диски или 16” диски при одинаковом внешнем диаметре колеса, лучше выбрать 16-е даже учитывая что они несколько дороже.

5) Соотношение ширины профиля шины и ширины диска. Чем шире диск, тем лучше шина сопротивляется силовому уводу. Рационально ставить диски, которые на 20% уже профиля колеса. Например если шина имеет ширину профиля 12.5 дюймов или 315мм, то для неё стоит использовать диски шириной 10J. Среди джиперов принято ставить более узкие диски чтобы уменьшить вероятность разбортировки при стравливании давления для движения по слабым грунтам. Да, всё правильно но принимая такое решение стоит осознавать и отрицательные стороны (чтобы не гадать потом почему машина «рыскает» по дороге на скорости выше 90).

6) Масса, приходящаяся на колесо. Чем больше масса, тем хуже шина сопротивляется силовому уводу.

7) Наклон колеса по отношению к плоскости дороги. Сопротивление силовому уводу хуже если колесо наклонено в сторону боковой силы и наоборот.

8) Угловая жесткость подвески (та самая которая препятствует крену). Чем она больше, тем больше силовой увод шин.


Кинематический увод колеса

Крен кузова может вызвать наклон колеса по отношению к плоскости дороги.

1) Зависимая подвеска почти не вызывает при крене кузова дополнительный наклон помимо заранее установленной величины развала колес (кроме очень незначительного наклона в результате деформации шин от переноса масс).

2) Независимая подвеска на двойных поперечных рычагах (ВАЗ-классика, Нива, Митсубуиси Паджеро, Тойота Сурф/Хайлюкс/4Раннер итд) колесо кренится в сторону крена кузова и вызывает дополнительный увод колеса, который на передней поси полезен (но об этом позже).

3) Независимая подвеска на одном поперечном рычаге (НАМИ-1, на современных автомобилях такая не применяется, лишь её разновидность «на косых рычагах» например на БМВ задняя подвеска) вызывает наклон колеса в сторону, противоположную крену кузова. Такой наклон уменьшает увод, это благоприятно для задней оси.

4) Макферсон. Как правило вызывает меньший увод чем 2). Так же применима для передней оси автомобиля.


Кинематический увод оси

Т.к. шарниры рычагов подвески при крене в поворотах описываеют траекторию окружности относительно кузова, то и положение оси относительно кузова меняется. Ось (зависимой подвески) может разворачиваться относительно автомобиля (на большинстве автомобилей так и происходит) и тем самым подруливать в ту или иную сторону. (этот эффект обычно используется для улучшения управляемости).

Поворот автомобиля на эластичных колесах

Недостаточная поворачиваемость

Если увод передней оси больше увода задней оси, то радиус поворота больше чем был бы на жестких колесах. Такие автомобили называются автомобилями с недостаточной поворачиваемостью. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая гасит возмущение. Автомобиль устойчив. Курс немного меняется но коррекция рулем компенсирует возмущение. Автомобиль движется прямо, но передние колеса немного повернуты.

Нейтральная поворачиваемость

Если увод осей одинаков, то радиус поворота таков каким он был бы на жестких. Такие автомобили называются автомобилями с нейтральной поворачиваемостью. При появлении боковой силы, автомобиль начинает боком «сползать» с дороги. Коррекция рулем легко компенсирует возмузение. Автомобиль движется немного боком по курсу.

Избыточная поворачиваемость

Если увод передней оси меньше увода задней, то радиус поврота меньше чем был бы на жестких колесах. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая не гасит возмущение. Автомобиль не устойчив. Курс меняется, коррекци рулем возможно (не всегда) компенсирует это изменение. Автомобиль движется боком, передние колеса повернуты.

Это самый неприятный эффект. Реально для водителей выглядит как «рысканье» автомобиля по казалось бы прямой дороге на большой скорости.

Автомобилей с чисто нейтральной поворачиваемостью не бывает. Как увод осей автомобиля меняется и по мере поворота рулевого колеса и в зависимости от крена кузова в повороте. Реальный современный автомобиль должен при любых условиях, любой загрузке, любом маневре иметь определенную недостаточную поворачиваемость. На практике борьба за управляемость выглядит как борьба с избыточной поворачиваемостью. Автомобиль с избыточной поворачиваемостью имеет такое понятие как «критическая скорость» выше которой он способен двигаться по криволинейной траектории без поворота руля. Такой автомобиль опасен если его максимальная скорость выше критической.

Методы борьбы с избыточной поворачиваемостью:

На передней оси:

1) Положительный развал передних колес автомобиля (колеса наклонены наружу).

2) Увеличение наклона колеса наружу поворота при крене. Этот метод доступен только на независимых подвесках.

3) Увеличение угловой (против крена) жесткости ПЕРЕДНЕЙ подвески относительно задней. Рекомендуется имеет соотношение угловых жесткостей передней относительно задней в диапазоне 1.4-2.6. Угловая жесткость подвески зависит от:

3.1.) Рессорной (пружинной) колеи (расстояние между центрами рессор или пружин). Чем больше расстояние, тем больше угловая жесткость. Вот тут проблема т.к. на передней оси как правило поставить пружины/рессоры так же широко как на задней мешают поворотные кулаки. Тут преимущество имеет независимая подвеска т.к. её пружинная/рессорная колея как правило равна колесной.

3.2.) Вертикальной жесткости подвески. Тут тоже небольшая нестыковочка. Как правило переменность веса груза, приходящегося на заднюю ось заставляет конструктора поставить более жесткие пружины/рессоры сзади а для управляемости желательно наоборот.

3.3.) Наличия стабилизатора поперечной устойчивости (но это вредная штука, особенно для джипера. При наезде на препятствие только одним колесом, суммарная жесткость складывается из его жесткости и жесткости основного упругого элемента).


На задней оси:

1) Отрицательный развал задних колес автомобиля (колеса наклонены внутрь). Возможно только на независимой подвеске ведущей задней оси.

2) Увеличение наклона колес внутрь поворота при крене. Тоже касается только независимой подвески.

3) Уменьшение угловой жесткости задней подвески

4) Обеспечение кинематики направляющего устройства, которая бы при повороте подруливала (разворачивала) ось в сторону поворота. Как правило джиперы дорабатывая автомобили самостоятельно, эту кинематику наоборот портят. Например устанавливая в рессоры дополнительные листы или дополня рессоры пружиными чтобы рессора была сильнее выгнутая (а не прямая) в статическом положении. Подвеска при крене начинает наоборот подруливать в сторону противоположную повороту и делать автомобиль склонным к избыточной поворачиваемости. Подробнее о книематике подвеске в статье (Направляющие устройства подвески)

5) Установка дифференциала повышенного трения в заднюю ведущую ось (например Quaife, дискового, вискомуфты или Торсен).

Разворот задней оси в сторону поворота с целью снижения склонности автомобиля к избыточной поворачиваемости. Если на заднеприводном автомобиле и не применяется этот приём, то по крайней мере не допускается разворот оси в обратную сторону.


Влияние типа привода на управляемость автомобиля

Передний привод

Склонен к недостаточной повроачиваемости. Т.к. наличие тяги на оси снижает сопротивление силовому уводу шины, то наличие тяги на передней оси увеличивает силовой увод а её отсутствие на задней оси уменьшает силовой увод задней оси получаем автомобиль склонный к недостаточной поворачиваемости, что в общем благоприятно для автомобиля. Если недостаточная поворачиваемость избыточна, её легко уменьшить кинематикой направляющего устройства задней подвески (легче чем наоборот)

Полный привод

Если не брать во нимание кинематику подвески и соотношение угловых жесткостей, то автомобиль с полным приводом имеет поворачиваемость близкую к нейтральной т.к. тяга у него (как правило пежосевой дифференциал либо симметричный либо близок к симметричому) распределяется по осям равномерно. Полный привод заметно снижает требования к подвеске автомобиля. Это то, почему постоянный дифференциальный полный привод нужен не только на нестабильных грунтах, но и на сухом асфальте.

Задний привод

Склонен к избыточной поворачиваемости. Это самая сложная задача для конструктора подвесок. Приходится прибегать к целому ряду мер для снижения склонности автомобиля к избыточной поворачиваемости и идти на ряд компромисов. Список таких мер приводится выше.

Автор: MOHCTPOXOD
Источник: http://monstrohod.ru