Устойчивость внедорожника

 
Устойчивость внедорожника и как убедиться в том, что внедорожник не стал опасным.
Кому не интересно читать весь этот бред, мотайте вниз к таблице вылетов дисков :-)

Как правило на внедорожники устанавливают колеса большего диаметра и лифтуют кузов или подвеску для того чтобы эти колеса поместились. А как убедиться в том что автомобиль не стал при этом опасным и склонным к опрокидыванию?

При движении в повороте на автомобиль действует центробежная сила (боковая для автомобиля), стремящаяся его выдавить наружу поворота. Эта сила может автомобиль сорвать в боковой занос или опрокинуть. Автомобили конструируются таким образом, чтобы сила, необходимая для опрокидывания автомобиля была больше чем сила, способная сорвать его в боковой занос. Таким образом автомобиль никогда не опрокинется т.к. в связи со срывом в занос сила, необходимая для опрокидывания не будет достигнута. Этому условию обязано соответствовать любое транспортное средство, допускаемое к эксплуатации по дорогам общего пользования.

Автолюбители часто ошибочно предполагают что «валкий» автомобиль более склонен к опрокидыванию чем тот который в повороте не кренится. На самом деле связи в общем почти нет. Валкий автомобиль (если его таким сделали на заводе) обязательно соответствует условию опрокидывания с учетом крена кузова в то же время можно собрать джип у которого жесткая как камень подвеска, но из за лифта центр тяжести настолько высок что опрокидываться он будет без предупреждения.

Более того, крен кузова автомобиля считается необходимым условием для информативности автомобиля. Водитель по крену ориентируется какой маневр опасен и может привести к заносу. Стандартом считается наклон кузова на 5 градусов при угловом ускорении 0.4g. Он рассчитывается, но углубляться в эту тему не будем т.к. задача этой статьи — объяснить как сделать автомобиль в принципе не склонным к опрокидыванию а информативность — так, для справок.

Для начала разберемся на сколько у нас поднимается центр тяжести.


Центр тяжести у нас становится выше по двум причинам:

1) Фактически «вчистую» из за установки колес бОльшего диаметра чем родные.

2) Частично при лифте кузова.

С первым пунктом всё просто: на сколько больше наружный радиус (не диаметр) колес, на столько и стал выше центр тяжести. Если мы поставили вместо родных 30”, 33-ие колеса, то радиус увеличился на 1.5 дюйма т.е. на 38мм. Если 35-ые, то 2.5 дюйма т.е. 63мм.

Лифт кузова поднимет массу автомобиля частично. Попробуем примерно подсчитать на сколько. Сосчитаем всё то, что не поднимается и вычтем и сравним с полной массой.

Все данные берутся и расчеты производятся для УАЗ-31419 с железной крышей на военных мостах.

Колеса: диск 16кг, Покрышка 24 итого 40 * 4 = 120кг
Мост передний 155 кг
Мост задний 128кг
Двигатель 170кг
КПП 39 кг
РК 38кг
Рессоры передняя 18кг, зад 22кг итого 80кг
Карданы 12 кг + 8кг итого 20кг
Радиатор с ОЖ примерно 10кг
Система выпуска примерно 15кг
Редуктор рулевой 7кг
Рама 115кг.
Бампер передний 7кг
Итого 904 кг если ничего не забыл. Значит всё остальное лифтуется.

Масса УАЗа в снаряженном состоянии с водителем, пассажиром, вещами и инвентарем примерно 2000-2200 кг. Значит поднимаем больше половины. На машине с тентом масса на 150кг меньше. Для простоты примем что поднимается половина и следовательно при лифте кузова 5см центр тяжести поднимается на 2.5 см, соответственно при лифте 10см центр тяжести поднимается на 5см.

На устойчивость автомобиль считают через боковое ускорение.

Для начала нужно определить боковое ускорение, необходимое для заноса автомобиля. Оно кстати от автомобиля не зависит а зависит только от коэффициента трения шин о поверхность дороги. Сам коэффициент трения - от качества поверхности дороги, от рисунка протектора и материала шин. Однако, в расчетах принято считать коэффициент трения шин о сухой асфальт 0.8. Значит боковое ускорение = ?*g = 0.8*9.8 = 7.84 м/с2.

Найденное в формуле ниже боковое ускорение опрокидывания должно быть больше чем 7.84 м/с2.

Формула расчета автомобиля на опрокидывания с учетом крена. За выводом формулы обращайтесь в любой ВУЗовский учебник по «Теории автомобиля».

Здесь:

B — колея автомобиля (штатно 1,453м)

Ga – вес автомобиля

hкр – плечо крена автомобиля (расстояние от центра тяжести до оси крена автомобиля). На УАЗе ось крена параллельна земле, за эту величину можно принимать разницу между высотой центра тяжести и высотой оси крена hкр=0.275м

hg – высота центра тяжести автомобиля. На обычном УАЗе с военными мостами, родными колесами и железной крышей — 860мм

С1,2 — Угловые жесткости подвесок (высчитываются из вертикальных жесткостей и рессорной колеи)

Угловые жесткости подвесок

Вертикальная жесткость передней рессоры c1=50000 Н/м (~5кг/мм)
Вертикальная жесткость задней 7-листовой рессоры c2=45000Н/м (~4.5кг/мм)
Передняя рессорная колея d1= 0,863м
Задняя рессорная колея d2=1,07м
Угловая жесткость С=0.5*с*d2, Нм/рад
C1=0,5*50000*(0,863)2 = ~18620 Нм/рад
C2=0,5*45000*(1,07)2= ~25760 Нм/рад

Для начала найдем запас бокового ускорения по опрокидыванию, конструктивно заложенный в наш автомобиль на заводе в стандарте.

расчет условия опрокидывания

Итого 7.92 м/с2 против 7.84. Ну, хоть и небольшой, но запас есть.

Теперь нам нужно преобразовать эту формулу таким образом, чтобы выделить из неё колею. Далее подставляя разные значения высоты центра тяжести, сможем определить на сколько нужно расширить колею чтобы скомпенсировать наше увеличение центра тяжести.

преобразованная формула

Тут необходимо заметить что увеличение высоты центра тяжести за счет диаметра колес на плечо крена не влияет а лифт кузова влияет. Однако, учитывая что часть формулы с креном у нас превращается в очень маленькое (по сравнению с высотой центра тяжести hg) число 0,039, этим можно пренебречь. На это так же стоит обратить внимание тем, кто считает что увеличив жесткость подвески или понаставив стабилизаторов, они делают автомобиль намного устойчивей. Реальное влияние крена кузова на устойчивость — минимальное в сравнении с абсолютной величиной высоты центра тяжести!

Используя эту формулу, попробуем сразу получить какой вылет дисков должен быть для разных комбинаций диаметров колес и величин лифта кузова так чтобы сохранить устойчивость автомобиля. Забив формулу в Excel, получаем следующую картину:

Таблица вылетов диска

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