Раздел 1. Безопасность транспортых средств (стр. 11 )

рад, (7.2)

или

град. (7.3)

Обозначив произведение Ку·57,3=К’у , получим:

град. (7.4)

Пользуясь данными о величине коэффициента сопротивления уводу Ку, можно определить, при каком угле увода возможен занос автомобиля. Очевидно, что начало заноса возможно при равенстве сил сцепления в поперечном направлении Рφ и поперечной силы Ру.

Так как колесо под влиянием поперечной силы ввиду увода всегда будет изменять направление движения автомобиля, прогрессивно нарастающий увод представляет опасность. Современные автомобильные дороги строятся с незначительными поперечными уклонами — не более 30—40‰, или 2—2,5°.

Рассмотрим пример. При движении полностью загруженного автомобиля ГАЗ-24 по дороге с поперечным уклоном 2° на него будет действовать поперечная сила

Н/град.

Она вызовет увод каждого из колес на угол (при Ку =271 Н/град):

или δ≈17', т. е. автомобиль ГАЗ-24, движущийся со скоростью 16,7 м/с на участке дороги с поперечным уклоном 2°, через 10 с движения сместится в сторону (по направлению к обочине) на расстояние

м.

Особенно заметно влияние увода шин при прохождении поворотов дорог. Так, если автомобиль ГАЗ-24 будет двигаться по повороту дороги радиусом 200 м со скоростью 16,6 м/с, то центробежная сила, равная

кгс,

вызовет увод каждого колеса (при Ку=571 кгс/град)

или

и через 5 с движения по повороту боковое смещение под действием увода составит:

м.

На автомобиль также воздействуют аэродинамические силы. Если он движется со скоростью Va и подвергается действию ветра, дующего под углом β к продольной оси автомобиля со скоростью VB, то вектор равнодействующей скорости Vp воздушного потока будет направлен под углом к продольной оси автомобиля, причем

, (7.5)

и

. (7.6)

Рисунок 7.5 Схема воздействия ветра на движущийся автомобиль.

Поперечную суммарную силу, возникающую от натекания воздушного потока, можно рассчитать по формуле:

, Н (7.7)

где VB — скорость ветра, м/с;

β — угол наклона вектора скорости ветра к продольной оси автомобиля;

Кδ — коэффициент боковой обтекаемости;

Fδ — площадь продольного сечения автомобиля, м2.

Для практических расчетов эту площадь можно определить по формулам:

для автомобилей Fδ≈HL;

для автобусов Fδ≈(H-k)D.

Здесь H — габаритная высота, м;

L — база автомобиля, м;

D— габаритная длина автобуса, м;

k — дорожный просвет, м.

Точное значение коэффициента Кδ для данного автомобиля может быть определено опытным путем — продувкой подобной модели в аэродинамической трубе при установке ее под углом 90° к направлению потока воздуха. Для практических расчетов можно принять:

для легковых автомобилей Кδ = 0,025—0,04; для грузовых 0,07—0,085 и для автобусов 0,03—0,05.

Воздействующая на автомобиль сила Ру вызывает увод колес. Иногда достаточно поворота рулевого колеса, бокового толчка, порыва ветра, чтобы автомобиль, движущийся прямолинейно, начал поворачиваться со всевозрастающей крутизной. На скользких дорогах боковой увод практически не наблюдается, так как на них происходит проскальзывание элементов шипы в плоскости контакта с дорогой.

Аэродинамические силы могут вызвать также потерю поперечной устойчивости автомобиля, когда их суммарная величина превысит силу сцепления. Так как аэродинамическая сила действует в плоскости дороги, она создает также и опрокидывающий момент.

При расчетах, связанных с действием суммарной аэродинамической силы, определяют точку ее приложения, называемую метацентром. Расстояние по горизонтали от метацентра до центра масс является плечом аэродинамического момента, стремящегося повернуть автомобиль. Полученные опытные данные о расположении метацентра у некоторых автомобилей приведены в таблице 7.2.

Гидроскольжение (аквапланирование). Во время сильного дождя или после него, когда на дороге создается водяная пленка, у легковых автомобилей, движущихся с высокой скоростью, возможны потеря управления и значительное уменьшение эффективности торможения. Это явление называют аквапланированием, или гидроскольжением.

Величина сил сцепления и трения элементов шины с дорогой зависит от многих факторов, в том числе и от скорости движения и увлажненности опорной поверхности. При их увеличении силы трения и сцепления с дорогой уменьшаются, так как затрудняется удаление влаги из зоны контакта, а силы, необходимые для преодоления инерции и вязкости воды, возрастают.

Расположение метацентра у автомобилей, имеющих различную форму кузова

Таблица 7.2

Марки автомобилей	Расстояние от метацентра до задней оси, в % от длины базы	Марки автомобилей	Расстояние or метацентра до задней оси, в % от длины базы
ПАЗ-655Т УАЗ-469 НАЗ-665 УАЗ-69 ПАЗ-652 ГАЗ-22 ГАЗ-24-02	48 49 52,7 59,2 62,2 71,6 71,7	УАЗ-450 ГАЗ-24-2 ГАЗ-24-3 ГАЗ-21 ГАЗ-13 ГАЗ-24-4	72 74,5 74,6 87 91 94

Примечание. У кузовов типа «фургон» метацентр всегда находится в пределах базы; у легковых автомобилей с универсальным кузовом — на расстоянии, составляющем около 28 % базы, от передней оси.

При определенной толщине водяной пленки, скапливающейся перед шиной, и высокой скорости движения из-за действия гидродинамических сил в местах контакта шина всплывает на пленке жидкости. При этом силы сцепления определяются только трением в жидкостном слое, и поэтому колесо не способно воспринимать или передавать сколько-нибудь значитель­ные внешние силы.

При движении, предшествующем возникновению аквапланирования, в местах контакта шины с дорогой можно различить три характерных участка (рисунок 7.6). Участок А (рисунок 7.6) в передней части контакта имеет не разрушенный водяной слой — водяной клин. Вода не успевает отводиться в канавки протектора и в стороны. Коэффициент сцепления близок к нулю. Участок В — переходная зона, следующая за участком А, В этой зоне контакта водяной слой является частично разорванным, коэффициент сцепления занимает промежуточное значение между его величинами, соответствующими жидкостному и сухому трению. На участке С в задней части контакта вода отсутствует. Трение здесь сухое и именно в этой области контакта реализуются силы, передаваемые от колеса к дороге.

Рисунок 7.6 Взаимодействие протектора шины с мокрой дорогой;

а — аквапланирование отсутствует; б—при аквапланировании.

При увеличении скорости движения водяной клин все больше распространяется от передней части контакта к задней, протяженность участков А и В увеличивается, а участка С сокращается. При критической скорости, соответствующей началу аквапланирования, водяной слои распространяется на всю зону контакта (рисунок 7.6, б).

Эффективное удаление воды из зоны контакта обеспечивается, в первую очередь, рисунком протектора. Широкие и прямые канавки облегчают удаление воды из водяного клина непосредственно перед зоной контакта. Узкие ребра или элементы протектора уменьшают путь перемещения воды, поэтому снижается время выжимания ее из зоны контакта.

При износе протектора снижается его способность к удалению воды из зоны контакта. На рисунке 7.7 показано влияние износа шин на величину коэффициента сцепления при движении по дороге, покрытой слоем воды 2,5 мм. При анализе происшествий на мокрой дороге фиксация глубины рисунка протектора в протоколе осмотра автомобиля позволяет более обоснованно судить о причине случившегося. Имеет значение также величина давления воздуха в шине. При низком давлении возможность появления аквапланирования возрастает, так как давление шины на пленку снижается, а вода не так быстро выдавливается в стороны.

Рисунок 7.7 Зависимость коэффициента сцепления от скорости при различной степени износа рисунка протектора при движении на дороге, покрытой слоем воды 2,5 мм:

1—6 — глубина рисунка протектора соответственно равна: 8, 6, 4, 2, 1, 0 мм.

При увеличении скорости движения время отвода воды из зоны контакта сокращается, вследствие чего снижается критическая скорость аквапланирования.

На шероховатой поверхности проезжей части аквапланирование может возникнуть при более значительной толщине водяной пленки, чем на гладкой дороге. Каменные выступы образуют сеть каналов, по которым вода удаляется из зоны контакта, а давление на них в этой зоне больше, поэтому вода выдавливается быстрее. При анализе происшествий в таких случаях следует учитывать и состояние дорожного покрытия. Косвенные указания об этом может дать справка дорожных организаций о том, когда производилась укладка покрытия или его ремонт.

При аквапланировании «всплывают» передние колеса, задние продолжают двигаться по мокрой поверхности дороги, так как передние колеса, частично разрушают пленку воды. То, что при аквапланировании передние колеса не касаются поверхности дороги, а скользят по пленке, может привести к потере управления и снижению эффективности торможения почти вдвое, так как при этом тормозят только задние колеса.

Наблюдения показали, что при наличии на дороге водяной пленки толщиной от 5 до 7,5 мм аквапланирование легковых автомобилей может возникнуть при скоростях движения 60—90 км/ч.

Контрольные вопросы

1. Какими требованиями достигаются необходимые качества управляемости автомобиля.

2. Назвать критерии оценки управляемости транспортного средства.

3. От чего зависит коэффициент сопротивления боковому уводу?

4. Как происходит образование стабилизирующего момента?

5. Что оказывает влияние на изменение коэффициента сопротивления боковому уводу шин?

ПРИЛОЖЕНИЕ

1.1 Величина уклона дороги, выраженная в различных единицах измерения, и тригонометрические функции углов

Промилле, ‰	Проценты, %	Градусы угловые α	Радианы πα/180	sinα	tgα
10 17,5 20 25 30 35 40 45 52,5 60 70 80 87,5 90 95 100 115 120 130 140 150 160 167,5 175 270 365	1,0 1,75 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,25 6,0 7,0 8,0 8,75 9,0 9,5 10,0 11,5 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 16,75 17,5 27,0 36,5	0030' 10 1010' 1030' 1040' 20 2020' 2030' 30 3030' 40 4030' 50 5020' 5030' 60 6030' 70 7030' 80 8030' 90 9030' 100 150 200	0,0087 0,0175 0,0208 0,0262 0,2970 0,0349 0,0410 0,0436 0,0524 0,0611 0,0698 0,0785 0,0873 0,0931 0,0960 0,1047 0,1134 0,1222 0,1309 0,1396 0,1484 0,157 1 0,1658 0,1745 0,261 8 0,349 1	0,0087 0,0175 0,0208 0,0262 0,0296 0,0349 0,0410 0,0436 0,0523 0,0610 0,0698 0,0785 0,0872 0,0932 0,0958 0,1045 0,1132 0,1190 0,1305 0,1392 0,1478 0,1564 0,1650 0,173 6 0,2588 0,3420	0,0087 0,0175 0,0207 0,0262 0,0290 0,0349 0,0410 0,0437 0,0525 0,0612 0,0699 0,0787 0,0875 0,0931 0,0963 0,1051 0,1139 0,1228 0,1317 0,1405 0,1495 0,1584 0,1673 0,1763 0,2679 0,3640

1.2 Значения коэффициентов сопротивления качению

Тип дороги	f
Цементобетонное и асфальтобетонное покрытия: в отличном состоянии в удовлетворительном состоянии	0,012—0,018 0,018—0,020
Щебеночное или гравийное шоссе, обработанное вяжущими органическими материалами	0,02—0,025
То же, без обработки	0,03—0,04
Брусчатка	0,02—0,025
Булыжная мостовая: в хорошем состоянии с выбоинами	0,023—0,3 0,035—0,05
Хорошие нескользкие грунтовые и гравийные дороги с незначительной колейностью, сухие	0,03
Плохие нескользкие грунтовые и гравийные дороги с колейностью	0,06
Грунтовые после дождя	0,05—0,15
Грунтовые размокшие дороги с глубоко прорезаемой колеей и в период распутицы	0,1—0,25
Суглинистая или глинистая целина: сухая в пластическом состоянии в текучем состоянии	0,04—0,06 0,10—0,20 0,20—0,30
Песок влажный	0,08—0,015
Песок сыпучий (сухой)	0,15—0,30
Снежные укатанные дороги расчищенные	0,03—0,05
Снежные дороги нерасчищенные	До 0,10
Лёд, или обледенелая дорога	0,018—0,03

1.3 Лобовая площадь, коэффициент обтекаемости

Марки автомобилей	Габаритные размеры: ширина × высота, м	Лобовая площадь F, м2 (расчетная)	Коэффициент обтекаемости, кгс∙с2/м4
Легковые
ЗАЗ-965	1,4X1,45	1,62	0,038
ЗАЗ-968 (все модели)	1,57X1,40	1,76	0,038
ЛУАЗ-969А	1,64X1,76	2,31	0,037
ВАЗ Жигули -2101, -2103, -2105,-2106	1,61X1,44	1,86	0,032
ВАЗ-2121	1,68X1,44	1,93	0,032
Москвич-408, -412, -2138, -2140	1,55X1,44	1,78	0,037
Москвич-412, -2136, -2137	1,52X1,52	1,85	0,037
Москвич-2733, -2734	1,55X1,52	1,89	0,037
ИЖ-2715	1,60X1,76	2,25	6,037
ИЖ-27151	1,60X1,47	1,88	0,037
ГАЗ-21 Волга	1,80X1,62	2,33	0,039
ГАЗ-24 Волга	1,80X1,49	2,14	0,039
ГАЗ-3102 Волга	1,82X1,49	2,17	0,038
ГАЗ-69	1,75X2,03	2,84	0,038
ГАЗ (УАЗ)-69А	1,75X1,92	2,69	0,038
УАЗ-469	1,8X2,05	2,95	0,039
УАЗ-496Б	1,79X2,02	2,89	0,039
ЗИЛ-111	2,04X1,64	2,67	0,036
ЗИЛ-114	2,07X1,54	2,55	0,036
ЗИЛ-117	2,07X1,52	2,52	0,036
ГАЗ-13 Чайка	2,02X1,62	2,62	0,042
Автобусы
УАЗ-452В	1,94X2,09	3,64	0,045
РАФ-977	1,97X2,26	4,0	0,045
РАФ-2203	2,03X1,89	3,45	0,045
КаВЗ-685	2,04X3,04	5,59	0,042
КаВЗ-3100	2,5X3,03	6,80	0,042
ПАЗ-652Б	2,4Х2,8	6,04	0,031
ПАЗ-672	2,44X2,87	6,30	0,033
ЛАЗ-697, -699, -695	2,50X2,90	6,53	0,047
ЛАЗЦ202	2,50X2,925	6,58	0,046
ЛАЗ-697Е, -698,	2,50X3,05	6,86	0,047
Продолжение таблицы П.1.3
ЛАЗ-699Н Турист	2,50X2,95	6,63	0,047
ЛиАЗ-677	2;50ХЗ,0	6,75	0,047
Икарус-55, -255	2,55X2,98	6,83	0,048
Икарус-180, -250	2,50X3,30	7,40	0,048
Икарус-280	2,50X3,16	7,11	0,048
Икарус-556, -66, -210	2,50X3,04	6,84	0,048
ПАЗ-3201	2,39x3,0	6,45	0,045
Автомобильные фургоны
УАЗ-452, -451М	1,94X2,08	3,65	0,05
ЕрАЗ-762	1,7X2,06	3,31	0,05
ГЗСА-891	2.50X3,12	7,00	0,05
ГЗСА-950	250X3,29	7,40	0,05
ГЗСА-3702, -3706	2,50X3,30	7,42	0,05
ГЗСА-3704, -3714	2,20X2,75	5,44	0,05
ГЗСА-893А	2,50X3,46	7,70	0,05
ГЗСА-3713, -3719	2,25X2,91	5,80	0,05
Жук	1,81X2,18	3,57	0,052
Ныса	2,12X2,13	4,06	0,052
УАЗ-452	1,94X2,09	3,65	0,05
Грузовые
УАЗ-452Д	2,04X2,07	3.38	0,06
ГАЗ-66	2,32x2,52	4,68	0,065
ГАЗ-66 без тента	2,32x2,44	4,53	0,06
ГАЗ-51	2,12X2,13	3,61	0,06
ГАЗ-52	2,28X2,15	3,92	0,06
ГАЗ-53А	2,38x2,22	4,22	0,06
ЗИЛ-164	2,47X2,18	4,30	0.065
ЗИЛ-157К	2,31X2,92 (по тенту)	5,40	0,065
ЗИЛ-130	2,50X2,40	4,80	0,079
ЗИЛ-131	2,50x2,98 (по тенту)	5,96	0,065
ЗИЛ-133	2,50X2,40	4,80	0,07
Урал-375-	2,67X2,98 (по тенту)	7,16	0,07
Урал-375Н, -377, -377Н	2,50X2,62	5,24	0,065
КамАЗ-5320	2,50X3,37 (по тенту)	6,74	0,06
КамАЗ-5320 (без тента)	2,50X2,96	5,92	0,07
Продолжение таблицы П.1.3
КамАЗ-4310	2,50X2,90	5,80	0,07
КамАЗ-5410	2,48X2,83	5,61	0,07
МАЗ-500А	2,50X2,65	5,30	0,07
МАЗ-516Б	2,50X3,69	7,38	0,07
МАЗ-514	2,50X3,80 (по тенту)	7,60	0,07
МАЗ-5335, -5549, -5430, -504В, -5336	2,50X2,70	5,4	0,07
КрАЗ-255Б	2,75X3,18	7,00	0,07
КрАЗ-250	2,50X2,695	5,39	0,07
КрАЗ-257	2,65X2,67	5,66	0,07

1.4 Параметры аэродинамического сопротивления движению автомобиля