какие силы действуют на автомобиль при движении
Силы действующие на автомобиль при движении
Схема сил действующих на ведущее колесо
На движущийся автомобиль действует ряд сил, часть из которых направлена по оси движения автомобиля, а часть — под углом к этой оси. Условимся называть первые из этих сил продольными, а вторые боковыми.
Рис. Схема сил действующих на ведущее колесо.
а — состояние неподвижности; б — состояние движения
Продольные силы могут быть направлены как по ходу, так и против хода движения автомобиля. Силы, направленные по ходу движения, являются движущимися и стремятся продолжить движение. Силы, направленные против хода движения, являются силами сопротивления и стремятся остановить автомобиль.
На автомобиль, движущийся по горизонтальному и прямому участку дороги, действуют следующие продольные силы:
При движении автомобиля в гору возникает сила сопротивления подъему, а при разгоне автомобиля—сила сопротивления разгону (сила инерции).
Тяговая сила
Сила сцепления колес с дорогой
У легковых автомобилей полный вес распределяется по осям примерно поровну. Поэтому сцепной вес его можно принять равным 50% полного веса. У грузовых автомобилей при полной их нагрузке сцепной вес (вес, приходящийся на заднюю ось) составляет примерно 60—70% полного веса.
Величина коэффициента сцепления имеет большое значение для эксплуатации автомобиля и безопасности движения, так как от него зависят проходимость автомобиля, тормозные качества, возможность, пробуксовки и заноса ведущих колес. При незначительном коэффициенте сцепления трогание автомобиля с места сопровождается пробуксовкой, а торможение — скольжением колес. В результате автомобиль иногда не удается тронуть с места, а при торможении происходит резкое увеличение тормозного пути и возникновение заноса.
На асфальтобетонных покрытиях в жаркую погоду на поверхность выступает битум, делая дорогу маслянистой и более скользкой, что снижает коэффициент сцепления. Особенно сильно снижается коэффициент сцепления при смачивании дороги первым дождем, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснежённая или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность подтаивает.
При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы рисунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги.
Исправное состояние рисунка протектора шины имеет большое значение при движении по грунтовым дорогам, снегу, песку, а также по дорогам с твердым покрытием, по покрытым пленкой грязи или воды. Благодаря наличию выступов рисунка опорная площадь шины уменьшается и, следовательно, возрастает удельное давление на поверхность дороги. При этом легче продавливается грязевая пленка и восстанавливается контакт с дорожным покрытием, а на легком грунте происходит непосредственное зацепление выступов рисунка за грунт.
Повышенное давление воздуха в шине уменьшает ее опорную поверхность, вследствие чего удельное давление возрастает настолько, что при трогании с места и при торможении может произойти разрушение резины и сцепление колес с дорогой уменьшается.
Таким образом, величина коэффициента сцепления зависит от многих условий и может изменяться в довольно значительных пределах. Так как много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, то водители должны уметь приблизительно оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с ним.
Сила сопротивления воздуха
Передней частью автомобиля воздух сжимается и раздвигается, в то время как в задней части автомобиля создается разрежение, которое вызывает образование завихрений.
Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой, поверхности автомобиля, его формы, а также от скорости движения. Лобовую площадь грузового автомобиля определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту автомобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля (если скорость возрастает в 2 раза, то сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).
Для улучшения обтекаемости и уменьшения сопротивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а выступающие детали (фары, крылья, ручки дверей) устанавливают заподлицо с внешними очертаниями кузова. У грузовых автомобилей можно уменьшить силу сопротивления воздуха, закрыв грузовую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом.
Сила сопротивления качению
Сила сопротивления качению равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит от давления воздуха в шинах и качества дорожного покрытия. Вот- некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин:
Сила сопротивления подъему
При движении на подъем автомобиль испытывает дополнительное сопротивление, которое зависит от угла наклона дороги к горизонту. Сопротивление подъему тем больше, чем больше вес автомобиля и угол наклона дороги. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможности преодоления подъема. Если подъем непродолжительный, его преодолевают с разгоном автомобиля перед подъемом. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее у начала подъема.
При движении автомобиля на спуске сила сопротивления подъему направлена в сторону движения и является движущей силой.
Какие силы действуют на автомобиль при движении
Введение
Нашу современную жизнь трудно представить без автомобиля. Нет такой профессии на Земле, представитель которой не нуждался бы в автомобиле. На автомобиле или на автобусе мы добираемся до места назначения. Когда выходишь из дома, то почти сразу мы видим автомобиль.
Первый автотранспорт был изобретен много лет назад. Он восхищал своей эксклюзивностью и новаторством. Сейчас в мире представлены тысячи различных моделей машин, которые рассчитаны на разных потребителей. Но часто ли водители задумываются над следующими вопросами.
Каковы причины движения автомобиля? Какие силы действуют на автомобиль?
В нашей работе мы попытаемся ответить на это вопросы, используя специальную литературу. Рассмотрим какие внешние силы действуют на автомобиль во время движения по прямой и наклонной поверхности. Определим какие силы препятствуют, а какие способствуют движению автомобиля. Отдельное внимание уделим процессу торможения, так как с помощью тормозов можно не только остановить и удержать машину на месте, но и преодолеть скользкий участок, опасный поворот, развернуться и даже перескочить неширокую канаву или выбоину.
Силы, действующие на автомобиль
Автомобиль, преодолевающий подъем, одновременно движется вверх и вперед. В общем случае на подъеме при ускоренном перемещении автомобиля на него действуют силы, движущие его, силы оказывающие сопротивление движению автомобиля, и силы, составляющие нормальные реакции дороги на передние Zп и задние Zз колеса, вызванные перпендикулярной плоскости дороги составляющей силы тяжести автомобиля.
Силы, движущие автомобиль, возникают в результате взаимодействия ведущих колес автомобиля с дорогой и называются силами тяги Fт (рис. 1).
Силы Zп и Zз составляют нормальные реакции дороги на передние и задние колеса соответственно. Они вызваны перпендикулярной плоскости дороги, составляющей GN силы тяжести G автомобиля с полной нагрузкой.
Сила сопротивления качению
Сила сопротивления качениюРск постоянно мешает движению и представляет собой целую совокупность сил. Это силы, деформирующие и перемещающие грунт; деформирующие шины; силы трения колес о колею; силы, образующиеся при преодолении выбоин, и т. п.
Принято считать, что:
Сила сопротивления качению Рск составляет подобающую долю от силы тяжести автомобиля.
Сила сопротивления подъему
Силу Рсп= G-sinα, называют силой сопротивления подъему, где
Также силу сопротивления подъему выражают формулой
При перемещении на спуске сила Рсп ориентирована в сторону перемещения автомобиля и, следовательно, меняет свой знак (рис. 1, в) и, в отличие от силы сопротивления качению, может стать и движущей. Вследствие этого угол а и уклон дороги i считают положительными при перемещении автомобиля на подъеме и отрицательными при его перемещении на спуске.
При перемещении автомобиля на подъеме силу Рсп можно объединить с Рск, а поскольку обе эти силы пропорциональны силе тяжести автомобиля, то:
При перемещении автомобиля под уклон
Сила сопротивления воздуха (аэродинамическое сопротивление)
Сила сопротивления воздуха Fсв— данная сила считается следствием давления встречных частиц воздуха на движущийся автомобиль, разрежения, образующегося позади автомобиля, завихрения воздуха вокруг автомобиля и трения воздуха о поверхность автомобиля. В каждой точке поверхности автомобиля в итоге соприкосновения его с воздушной средой появляются элементарные силы, нормальные к поверхности и касательные к ней. Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха, распределенные по всей поверхности автомобиля, заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха FCB. Опытным путем установлено, что сила сопротивления воздуха равна
Sл — лобовая площадь автомобиля;
V — скорость движения автомобиля.
Из формулы видно, что сопротивление воздуха находится в зависимости от скорости автомобиля, его обтекаемости, величины площади поперечного сечения, плотности воздуха. Существенное значение Fсв приобретает только при высоких скоростях, так как зависит от квадрата скорости.
Сила, разгоняющая автомобиль.
Для автомобиля характерным считается неравномерное движение. Показателями разгона являются ускорение, время и путь разгона. В общем случае перемещения автомобиля сила тяги Fт уравновешивается силами сопротивления перемещения:
При разгоне автомобиля, т. е. при перемещении автомобиля с ускорением а, появляется сила инерции Fи автомобиля, противодействующая разгону, равная
Влияние инерционного момента вращающихся масс учитывается коэффициентом относительного увеличения массы автомобиля, предусматривающим воздействие вращающихся масс, показывающим, во сколько раз сила, необходимая для ускорения автомобиля, больше силы инерции его поступательно движущейся массы.
В соответствии с этим общая сила сопротивления разгону
Мощность, которая имеется для обеспечения ускорения, представляет собой разность между мощностью, требующейся при данных условиях для преодоления сопротивления движения, и мощностью, подводимой к ведущим колесам.
Мощность, важная для перемещения автомобиля с ускорением
V — скорость автомобиля.
Из приведенной формулы видно, что чем автомобиль легче, тем большее ускорение получится развить при схожей мощности мотора.
В случае если автомобиль движется без разгона (Fp = 0 и Fи = 0), вся сила тяги тратится на преодоление сил сопротивления, и равна:
В случае, когда автомобиль замедляет ход, сила тяги становится меньше суммарной величины сил, препятствующих перемещению.
Сила тяги автомобиля.
Энергия от мотора к ведущим колесам передается через трансмиссию: сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. Благодаря наличию в трансмиссии коробки передач и главной передачи, суммарный крутящий момент Мкр на ведущих колесах автомобиля больше момента мотора Мдв.
Таким образом, для определения силы тяги необходимо знать радиус R ведущего колеса и момент Мкр. Так как на колеса автомобиля установлены эластичные пневматические шины, то радиус колеса во время движения изменяется под влиянием действующих на колесо сил. Различают статический радиус колеса ( расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, значение которого приводится в технической характеристике шины), динамический радиус колеса (расстояние от поверхности дороги до оси катящегося колеса) и радиус качения колеса (радиус условно недеформирующегося кольца, имеющего с данным эластичным колесом схожую угловую и линейную скорости). Для простоты расчетов силы тяги считают радиус колеса постоянным и равным статическому радиусу колеса.
Сила сцепления шины с дорогой
Сила сцепления покрышки с дорогой Рсц. Для того чтобы автомобиль имел возможность стабильно ехать, тормозить и поворачивать, необходимо надежное сцепление покрышек с дорогой. Сила сцепления Рсц находится в зависимости от сцепного веса автомобиля и скорости перемещения автомобиля, а также от состояния дороги и покрышек: где:
Gсц — сцепной вес автомобиля,
Коэффициент сцепления покрышек с дорогой определяет проходимость автомобиля при перемещении по влажному грунту и по скользкой дороге.
Сцепной вес автомобиля возможно, увеличить, увеличивая количество ведущих колес или смещая центр тяжести в сторону ведущего моста.
От сцепления колес с дорогой зависят максимально вероятные силы тяги и торможения, а также боковая устойчивость автомобиля.
Если сила тяги приложенная к колёсам превышает силу сцепления, то при попытке тронуться с места ведущие колеса автомобиля пробуксовывают. Если тормозная сила колеса больше силы сцепления, колесо блокируется. И в том и в ином случаях возникает юз — проскальзывание колеса относительно опоры. Юз наступает тогда, когда скорость точки касания колеса с дорогой не равна нулю относительно дороги. В случае если эта точка неподвижна относительно дороги, колесо не будет проскальзывать до тех пор, пока действующие на него в точке касания силы не превысят силы трения покоя.
Автомобиль движется благодаря наличию силы трения покоя. Ведь, если бы этого трения не было, колеса всегда проскальзывали бы относительно опоры, т. е. прокручивались бы при попытке разогнать автомобиль и блокировались бы при попытке его остановить. И если на льду колесо буксует или скользит, это означает, что соответственно силы тяги или торможения превышают силу трения (Рсц применительно к автомобилям). Очевидно, что условием движения автомобиля без юза являются соотношения:
FT 2 /2) превращается в тепло. Максимально возможное при торможении замедление:
g — ускорение свободного падения.
Но это лишь теоретически возможное замедление. Реально же значение замедления а меньше по многим причинам.
Во время экстренного торможения тормозной путь окажется равен:
V — скорость автомобиля, измеряемая в м/с, в момент начала торможения;
а — максимально возможное замедление автомобиля при торможении.
Формулы наглядно демонстрируют, что, если в результате изменения дорожных или погодных условий значение ᵠсц упало, во столько же раз снижаются максимально возможные сила торможения и замедление автомобиля.
Длина тормозного пути прямопропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения.
Из практики известно, что юз задних колес наступает чаще юза передних так как при торможении у автомобиля опускается передняя часть.
Это объясняется тем, что при торможении автомобиля сила инерции FH, которая приложена к ЦМ, действуя на плече Н (рис. 2, б), и тормозные силы Рторм, лежащие в плоскости дороги, образуют относительно ЦМ тормозной момент Мторм, который вызывает перераспределение нормальных нагрузок между передним и задним мостами. При этом нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому нормальные реакции Zп и Zз, действующие соответственно на передние и задние колеса автомобиля во время торможения, значительно отличаются от нагрузок Gп и Gз, которые они воспринимают в статическом состоянии
В процессе торможения реакция на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому для полной реализации силы сцепления при экстренном торможении необходимо, чтобы тормозные силы были пропорциональны нормальным реакциям. Исходя из этого делают так, чтобы передние колеса тормозили настолько сильнее, насколько больше при торможении они прижимаются к дороге. Это позволяет при торможении получить наибольшую тормозную силу, поскольку сила сцепления каждого колеса пропорциональна приходящейся на него нагрузке.
Для того чтобы предотвратить блокировку задних колёс применяется регулирование давления в тормозном приводе, которое обеспечивает ограничение роста давления в тормозных механизмах задних колес при уменьшении реакции на задние колеса автомобиля. Клапан регулятора давления перекрывает подвод жидкости к тормозным механизмам задних колес в случае, когда давление в ее тормозном контуре возрастает до предельного, угрожающего блокировкой колес. Более совершенные антиблокировочные системы с электронными датчиками скорости вращения колес предотвращают блокировку колес при любых значениях коэффициента сцепления.
Заключение
В настоящей работе были рассмотрены силы, действующие на автомобиль. К ним относятся:
Сила сопротивления качению, которая всегда препятствует движению и возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги;
Сила сопротивления подъему может быть направлена как в сторону движения, так и против него. В процессе подъема она действует в направлении, противоположном движению, и является силой сопротивления движению. При спуске эта сила, направленная в сторону движения, становится движущей;
Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопротивления воздуха, лобовой площади и скорости движения автомобиля;
Сила разгоняющая автомобиль, которая зависит от ускорения, времени и пути разгона;
Сила тяги автомобиля возникает при передачи крутящего момента с двигателя на колеса и для её определения необходимо знать радиус ведущего колеса;
Сила сцепления шины с дорогой зависит от сцепного веса автомобиля и скорости движения, она нужна для того, чтобы автомобиль мог устойчиво двигаться, тормозить и поворачивать.
Эти силы, действующие на автомобиль во время движения, влияют на изменения показателей эффективности работы автомобиля. К этим показателям можно отнести скоростные свойства автомобиля, топливная экономичность, износ деталей автомобиля, аэродинамические свойства.
Учет этих показателей позволит повысить эффективность использования автомобильного транспорта, и сократить число дорожно-транспортных происшествий.
Литература
Калисский В.С. Автомобиль: Учебник водителя третьего класса / Калиссий В.С., Манзон А.И., Нагула Г.Е. – 5-е изд.,стереотип. – М.: Транспорт, 1980. – 368 с.
Шухман Ю.И. Основы управления автомобилем и безопасность движения / Шухман Ю.И. – м,: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2006.-160 с.
[Знание-сила!] Управляемость автомобиля и факторы, на неё влияющие о которых полезно знать
Попробовал собрать все мысли в одну статью, получилось многовато, но это минимум, который нужно знать любому автокулибину.
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:
В обычном понимании шина едет прямо, однако, т.к. она не твердая а эластичная, то деформируется под действием сил. Форма беговой дорожки искривляется и в реальности шина начинает ехать не туда куда направляется, а отклоняется от этого направления на некий угол δ.
И для того, чтобы отпечаток шины изменил форму, вовсе не обязательно буквально поворачивать. Для этого вполне достаточно небольшого наклона дорожного полотна (обеспечивающего слив воды), неровности асфальта, лёгкого подруливания, бокового ветра, даже при движении по абсолютно прямолинейному участку дороги. Один или несколько из этих факторов ВСЕГДА во время движения автомобиля.
Боковые силы, которые действуют на шину:
Центробежная сила в повороте действует на автомобиль и он в свою очередь на шину. Чтобы вызвать силовой увод, достаточно едва заметно вильнуть рулем.
Тила 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, которые вызывают силовой увод шины в произвольную сторону при движении.
На сопротивление силовому уводу шины влияют следующие факторы:
Конструкция шины (например диагональная жестче чем радиальная, металлокорд обеспечивает лучшую сопротивляемость силовому уводу чем нейлоновый корд), но и шины одного типа разной модели могут иметь разное сопротивление силовому уводу). Радиальные шины с нейлоновым кордом получили наибольшее распространение из за наименьшего сопротивления качению и наибольшей долговечности.
Давление в шине. Чем больше давление, тем меньше силовой увод.
Наличие тяги на колесе. Если ось ведущая, то сопротивление силовому уводу меньше. Чем больше тяга на оси, тем больше деформация шины и силовой увод.
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 195мм, то для неё стоит использовать диски шириной 6J (в дюймах).
Масса, приходящаяся на колесо. Чем больше масса, тем хуже шина сопротивляется силовому уводу. Иными словами, чем тяжелее машина – тем больше должны быть шины.
Наклон колеса по отношению к плоскости дороги. Сопротивление силовому уводу хуже если наружное (со стороны, куда направлена боковая сила) колесо наклонено в сторону боковой силы и наоборот.
Угловая жесткость подвески (та самая которая препятствует крену). Чем она больше, тем больше силовой увод шин. Стабилизатор поперечной устойчивости увеличивает силовой увод.
Кинематический увод колеса
Крен кузова может вызвать наклон колеса по отношению к плоскости дороги.
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).
Независимая подвеска на двойных поперечных рычагах (ВАЗ-классика, Нива, Москвич-классика, Митсубуиси Паджеро, Тойота Сурф/Хайлюкс/4Раннер итд) колесо кренится в сторону крена кузова и вызывает дополнительный увод колеса, который на передней оси заднеприводного автомобиля полезен (но об этом позже).
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 заднеприводного автомобиля.
Макферсон. Как правило, вызывает меньший увод чем подвеска на двойных поперечных рычагах. Так же применима для передней оси автомобиля.
Кинематический увод оси.
Т.к. шарниры рычагов или рессор зависимой подвески при крене в поворотах описывают 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 конструкторами для улучшения управляемости, однако, когда любители вносят изменения (например лифт задней подвески установкой лишних листов в рессоры, подкладок под пружины, более высоких пружин или пружин дополнительно к рессорам), зачастую статическое положение подвески изменяется таким образом, что получается эффект, обратный задуманному.
Поворот автомобиля на эластичных колесах
Под термином «поворачиваемость» большинство автолюбителей автоматически понимают свойства автомобиля, проявляющиеся при прохождении поворотов. На самом же деле негативные моменты, связанные с поворачивамостью, в наибольшей мере проявляют себя именно при прямолинейном движении. При чём, чем больше скорость – тем сильнее.
Если совокупный увод на передней оси больше увода на 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 легко компенсирует возмущение. Автомобиль движется прямо, но передние колеса немного повернуты. В действительности большинство автомобилей проектируется и доводится именно таким образом, чтобы их поворачиваемость была лёгкой недостаточной.
Если совокупный увод на осях автомобиля одинаков, то радиус поворота таков каким он был бы на жестких колёсах. Такие автомобили называются автомобилями с нейтральной поворачиваемостью. При появлении боковой силы, автомобиль начинает боком «сползать» с дороги. Коррекция рулем легко компенсирует возмущение. Автомобиль движется немного боком по курсу.
Если совокупный увод на передней оси меньше увода на задней, то радиус поворота меньше чем был бы на жестких колесах. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая не гасит возмущение. Автомобиль не устойчив. Курс меняется, коррекция рулем возможно (не всегда) компенсирует это изменение. Автомобиль движется боком, передние колеса повернуты.
Это самый неприятный и опасный эффект. Реально для водителей выглядит как «рысканье» автомобиля по казалось бы прямой дороге на большой скорости. Приходится много подруливать «ловя» прямолинейное движение. Рысканье «устаканивается» при сбрасывании газа так как при этом снимается тяга с задней оси и уменьшается силовой увод шин на ней.
Автомобилей с чисто нейтральной поворачиваемостью не бывает. Увод на осях автомобиля меняется и по мере поворота рулевого колеса и в зависимости от крена кузова в повороте, наличия тяги, наличия других боковых сил. Реальный современный автомобиль должен при любых условиях, любой загрузке, любом маневре иметь определенную небольшую недостаточную поворачиваемость. На практике борьба за управляемость выглядит как борьба с избыточной поворачиваемостью, особенно для заднеприводного автомобиля. 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:
Положительный развал передних колес автомобиля (колеса наклонены наружу).
Увеличение наклона наружного (нагруженного) ПЕРЕДНЕГО колеса наружу поворота при крене. Этот метод доступен только на независимых подвесках, в частности на подвеске с двойными поперечными рычагами (ВАЗ и Москвич классика).
Увеличение угловой (против крена) жесткости ПЕРЕДНЕЙ подвески относительно задней. Рекомендуется соотношение угловых жесткостей передней относительно задней в диапазоне 1.4-2.6.
Угловая жесткость подвески зависит от:
Рессорной (пружинной) колеи (расстояние между центрами рессор или пружин). Чем больше расстояние, тем больше угловая жесткость. Вот тут проблема для зависимой подвески 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.
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.
Наличия стабилизатора поперечной устойчивости (но это вредная штука. При наезде на препятствие только одним колесом, суммарная жесткость складывается из его жесткости и жесткости основного упругого элемента). Тем не менее, именно поэтому на автомобили в большинстве случаев стабилизатор стоит именно на передней оси либо передний стабилизатор гораздо жестче чем задний.
Отрицательный развал задних колес автомобиля (колеса наклонены внутрь). Возможно только на независимой подвеске ведущей задней оси.
Увеличение наклона колес внутрь поворота при крене. Тоже касается только независимой подвески.
Уменьшение угловой жесткости задней подвески
Разворот задней оси в сторону поворота. Обеспечение кинематики направляющего устройства, которая бы при повороте подруливала (разворачивала) ось в сторону поворота.
Если на заднеприводном автомобиле и не применяется этот приём, то по крайней мере не допускается разворот оси в обратную сторону.
Как правило автолюбители дорабатывая автомобили самостоятельно, эту кинематику наоборот портят. Например устанавливая в рессоры дополнительные листы или дополняя рессоры пружинами 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.
Установка дифференциала повышенного трения в заднюю ведущую ось (например винтового Quaife, дискового, вискомуфты или Торсен).
Влияние типа привода на управляемость автомобиля
По умолчанию 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 слишком велика, её легко уменьшить кинематикой направляющего устройства задней подвески (легче чем наоборот). При всех преимуществах, у переднего привода есть очень большой недостаток – сложно реализовать большую тягу (обратите внимание как даже на маломощных «Самарах» при резком старте легко поднимается перед и колёса начинают шлифовать асфальт).
Если не брать во внимание кинематику подвески и соотношение угловых жесткостей, то автомобиль с полным приводом имеет поворачиваемость близкую к нейтральной т.к. тяга у него (как правило межосевой дифференциал либо симметричный либо близок к симметричному) распределяется по осям равномерно и силовой увод шин примерно одинаков. 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.
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. Между тем, обратите внимание, что задний привод всё равно настойчиво применяется на дорогих и мощных автомобилях. Это потому, что на нём можно реализовать гораздо большую тягу чем на переднем на опорных поверхностях, на которых она реализуема в принципе – сухой асфальт.
А теперь о наиболее модных переделках:
Стабилизаторы и крен. Очень модно среди автолюбителей устанавливать на жигули и Волги задний стабилизатор поперечной устойчивости. Это уменьшает крен и водитель чувствует себя уверенней. В действительности, кренов не стоит бояться. Это конечно на практике стрёмно, и при крене происходит смещение центра тяжести, но оно слишком несущественное чтобы хоть сколько-нибудь значительно повлиять на устойчивость автомобиля, особенно легкового. К примеру на Рэнджровере 1-ой серии стабилизаторов нет вообще, он сильно кренится в поворотах, но его владельцы не слишком комплексуют по этому поводу :). Стабилизатор – это довольно-таки противная вещь. Если на подвеске стоит стабилизатор, то при наезде на препятствие одним колесом, жесткость складывается из жесткости основной подвески плюс жесткости стабилизатора. В добавок, одним из фактором, влияющим на «поворачиваемость» автомобиля (недостаточная, нейтральная или избыточная) является соотношение угловой жесткости передней и задней подвески (на которую непосредственно влияет стабилизатор).
При установке заднего стабилизатора без соответствующего увеличения жесткости переднего, это соотношение меняется и автомобиль может стать склонным к избыточной поворачиваемости, что является крайне неприятным явлением и проявляется в виде «рысканья» автомобиля при прямолинейном движении на большой скорости.
Кроме того, в конструкции подвески, скорее всего предусмотрена какая-то компенсация за счёт кинематики, которая не происходит если уменьшается крен относительно заложенного в конструкции при заданном окружной боковой силе.
Независимая подвеска на зад вместо моста. Очень модная тема среди самодельщиков – это установка на зад жигулей или Волги подвески от старой БМВ. Если кратко: нельзя устанавливать в автомобиль заднюю подвеску принципиально другого типа не установив от донора и переднюю. Но тогда, наверное, проще ездить на самом доноре.
Попробую в общих чертах объяснить почему задняя подвеска от БМВ на Жигулях или Москвиче – это минус а не плюс. Конечно, идея полностью независимой подвески на автомобиле – это хорошо т.к. позволяет более предсказуемо быстро ехать по разбитой грунтовой дороги. Малые неподрессоренные массы позволяют подвеске быстрее срабатывать, лучше обкатывать неровности и не терять с ними контакт. При этом, т.к. неподрессоренные массы на задней подвеске меньше чем на передней, то переднюю ось сносит первой, её занос не прогрессирующий (направление заноса обратно центробежной силе) и водитель успевает среагировать прежде чем дело доходит до прогрессирующего заноса задней оси.
Если вы адский раллист и любите отжигать по грунтовкам, то полностью независимая подвеска – это необходимость. Для асфальтовых гонщиков никаких реальных преимуществ независимая подвеска на задней оси не даёт.
Заднеприводный автомобиль по умолчанию склонен к избыточной поворачиваемости т.к. силовой увод шин задней оси больше чем у передней из за того, что она ведущая. Для компенсации этого явления, на таких автомобилях как Жигули, Москвич или Волга, спереди установлена независимая подвеска на двойных поперечных рычагах, кинематика которой такова, что колёса наклоняются таким образом, что усиливается силовой увод шин передней оси, чем и компенсируется силовой увод шин на задней. Однако, на БМВ спереди стоит МакФерсон, который ничего не компенсирует. За то, сзади на БМВ поставили независимую подвеску на косых рычагах, которые напрямую компенсируют силовой увод собственных шин уменьшая его (тоже за счёт наклона в нужную сторону, в другую). Такое решение, несомненно правильнее во-первых с точки зрения управляемости т.к. проблема решается прямо в её источнике. Во-вторых, это позволяет установить на перед МакФерсон и расширить подкапотное пространство, высвободив компоновочное пространство для двигателя и вспомогательных агрегатов. Но, как и у любой конструкции, есть и недостатки: Во-первых, при этом ось крена атомобиля на подвеске опускается до уровня асфальта со стороны задней подвески, что несколько увеличивает плечо крена и его величину. А спереди у нас МакФерсон, с кинематикой, очень чувствительной к крену из за коротких нижних рычагов, следовательно нужно «глушить» крен стабилизатором, что и делает фирма БМВ. А сильный стабилизатор – неприятная вещь в плане комфорта для плохих дорог. Во-вторых, получаем в автомобиле ещё одну ось, правильность установки колёс которой зависит от высоты посадки автомобиля на подвеске, а в случае задней оси, переменность нагрузки гораздо больше чем в случае передней (так как задние пассажиры и груз сидят прямо на ней) и высота посадки сильно зависит от наличия или отсутствия трёх задних пассажиров и груза в багажнике.
Ну и наконец, поставив заднюю подвеску на косых рычагах на автомобиль с передней на двойных поперечных рычагах, мы получаем двойную компенсацию силового увода шин задней оси и можем нарваться на недостаточную поворачиваемость. Она, конечно, не так страшна как избыточная, и эту ситуацию можно легко «вылечить» установив стабилизатор поперечной устойчивости на заднюю подвеску, но зачем нам ещё одна лишняя деталь, к тому же отрицательно сказывающаяся на комфорте? Да и вообще, зачем весь этот гемморой? Для того, чтобы быстрее ездить по грунтовкам? Лучше уж тогда по ним поездить аккуратнее, но за то с комфортом. Ну, или на «оригинале» БМВ, учитывая что старые БМВ сейчас весьма доступны, стоят недорого и запчастей к ним навалом.
Кастор – (так же известный как «продольный наклон шкворня») это ещё одна очень модная тема, часто рассматривающаяся как панацея против всех проблем с управляемостью автомобиля. В действительности же, реально этот наклон влияет только на возврат руля в центр и, в общем, имеет смысл только на автомобилях с ГУР, а на автомобилях без него, лишь утяжеляет руль. При установке ГУР на автомобиль без него, если руль кажется «ватным», имеет смысл «завалить кастор» градусов на 5-7, собственно для чёткого возврата. В остальных случаях, кастор может на что-то повлиять лишь косвенно, к примеру из за всё того же утяжеления руля, он мешает водителю активно подруливать и тем самым уменьшает рысканье. Но с рысканьем на самом деле, нужно бороться устраняя причину а не частично следствие.
Занижение – ещё одна очень модная тема для тюнинга в наше время. Идея занижения автомобиля вполне рациональна: чем меньше под машиной просвет, тем меньше там воздуха, тем меньше он отрицательно влияет на сцепление автомобиля с дорогой на большой скорости. И это не считая «стильного» внешнего вида. Лично мне очень нравятся заниженные автомобили с эстетической точки зрения. Однако, в реальной жизни, НЕЗАВИСИМАЯ подвеска автомобиля геометрически проектируется таким образом, что ширина колеи почти неизменна при ходе подвески. Допускается изменение колеи в пределах упругости шин.
Тем не менее, вменяемыми методами, это условие возможно выполнить только в некотором небольшом диапазоне хода подвески, близком к её нейтральному положению. Считается что подавляющую часть времени, при движении на большой скорости, подвеска автомобиля работает в этом небольшом диапазоне. Однако, для обеспечения необходимой энергоёмкости подвески при вменяемой жесткости, ход подвески делается существенно больше чем этот диапазон, в котором колея близка к постоянной. Подразумевается, что при работе подвески, в этот диапазон подвеска переходит достаточно редко, только при наезде на крупные препятствия, на которые, как правило, наезжают на небольшой скорости. На большой – реже, в основном по случайности. Так вот при занижении автомобиля, независимая подвеска выводится (из нормального состояния) в этот самый диапазон сильной переменности колеи постоянно независимо от того, что развал колёс подрегулировали под новое положение. Более того, вдали от нормального нейтрального положения, кинематика подвески уже не работает таким образом, чтобы компенсировать силовой увод шин. И ещё один косяк заключается в том, что рулевые тяги принимают такое положение, при котором схождение колёс становится переменным.
Конечно, если ездить, лёжа на отбойниках (резиновых буферах подвески), то подвеска почти не работает и следовательно колея не переменна и схождение почти постоянно. А адские низкопрофильные шины фактически не имеют силового увода (он ничтожен) и компенсировать его тоже не требуется. Однако, стоит ли таким образом подвергать разрушительным нагрузкам не только все узлы автомобиля включая кузов, но и тела водителя и пассажиров? В нашей стране нужно ездить на автомобиле с максимально мягкой длинноходной подвеской и «мясными» шинами, способными проехать любую весеннюю выбоину в асфальте не лопнув и без разрушения колёсного диска.
Если подвеска ЗАВИСИМАЯ, то её занизить несколько проще. После занижения нужно скорректировать кастор, положение короткой рулевой тяги на переднем мосту и направление редуктора заднего моста.
Но, также следует учитывать следующие вещи:
При занижении зависимой задней подвески мы можем утратить кинематическую компенсацию задней подвески или наоборот её увеличить за необходимые пределы (в зависимости от конструкции).
Если подвеска рессорная, то в большинстве случаев занижают двумя способами:
1) Удалением части листов из рессор. Делать это не желательно. Во-первых, многолистовая рессора проектируется как единое целое с выполнением условия балки равного сопротивления изгиба и это обеспечивает равномерное распределение напряжений по длине листа. В случае нарушения этого условия рессора достаточно быстро выходит из строя (лопается) от усталостного износа. Такая машина годится только для эпизодических выездов на мероприятия. Во-вторых ослабленная рессора становится более склонной к S-образному изгибу от реактивного момента моста (особенно при троганьи и торможении). Это довольно-таки неприятный эффект при вождении автомобиля и такая рессора быстр лопается возле стремянок.
2) Установкой проставок между мостом и рессорой и более длинных стремянок. В этом случае ось моста удаляется от коренного листа рессоры, в результате чего увеличивается рычаг к реактивному моменту, что тоже вызывает S-образный изгиб рессор и довольно-таки скорый их выход из строя (поломка листов около стремянок). От этого существует «лекарство», так называемая реактивная тяга или «Traction bar». Такая тяга одна устанавливается от кузова через серьгу к заднему мосту двумя резиновыми шарнирами и предотвращает S-образный изгиб.