Колебания управляемых колес

При движении автомобиля его управляемые колеса под действием внешних и внутренних сил совершают колебательные движения. Это приводит к вибрации кузова, ухудшению сцепления колеса с дорогой и как следствие, ухудшению управляемости автомобиля. Характер и форма этих колебаний зависят от конструкции подвески, параметров его элементов.

Колебания управляемых колес от неуравновешенных масс. Одной из причин колебаний колес может быть их неуравновешенность. В этом случае колебания носят периодический характер с частотой, равной частоте вращения колес и амплитудой, пропорциональной квадрату скорости движения автомобиля. Вектор действия центробежной силы инерции Р_ц (рис. 6) будет перемещаться вместе с вращением колеса. Действуя в горизонтальной плоскости, она будет стремиться раскачивать колесо вокруг шкворня, а в вертикальной плоскости — изменять вертикальную силу, прижимающую колесо к дороге.

Силы Р_ц двух неуравновешенных передних колес могут возникать в одной или в разных плоскостях. Располагаясь в одной плоскости, они могут быть направлены в одну или в разные стороны. Расположенные в одной плоскости и направленные в разные стороны инерционные силы Р_ц создают наибольший момент на плечо l (рис. 6). Этот момент не- прерывно изменяется по направлению (носит колебательный характер) и раскачивает весь передний мост. Наиболее интенсивные колебания переднего моста могут возникнуть при высокой скорости движения ав­томобиля, когда частота возмущающих воздействий и частота собственных колебаний переднего моста станут близки между собой.

Рис. 6. Схема сил, действующих на перед­ний мост

автомобиля от неуравновешенных масс колес.

Колебания переднего моста существенно влияют на управляемости легковых автомобилей с колесами малого диаметра. Поэтому точность изготовления шин строго регламентируется, а колеса в сборе с шиной подвергают балансировке.

Автоколебания. Обычно колебания в динамической системе являются вынужденными и возникают от случайных или периодических воздействий. Воздействие на систему разовым возмущением приводит к разовому статическому изменению ее параметров и после прекращения действия динамическая система через некоторое время приходит в состояние покоя. Колебания являются незатухающими, возникают при движении автомобиля по достаточно гладкой дороге, при неподвижном рулевом колесе. В зависимости от конструктивных параметров переднего моста и рулевого управления частота колебаний колес находится в пределах 10...30 Гц, а амплитуда составляет несколько градусов. В научной и технической литературе это явление получило название «шимми».

Одна из причин возникновения автоколебаний — гироскопический момент, создаваемый энергией вращающихся колес.При повороте моста в плоскости, перпендикулярной дороге (рис. 7, а), возникают гироско­пические моменты М_г, действующие в горизонтальной плоскости и поворачивающие управляемые колеса вокруг шкворней на угол θ. Поворот колес произойдет при неподвижном руле за счет зазоров и упругих деформаций элементов рулевого управления и переднего моста, включая деформацию шин. В результате поворота колес относительно шкворней возникнут другие гироскопические моменты M_r (рис. 7,б) в плоскости, перпендикулярной дороге. Эти моменты стремятся повернуть ось моста на угол ψ, в результате чего происходит деформация ши­ны. Гироскопические моменты М_r1 и М_r2 могут вызывать незату­хающие колебания управляемых колес относительно шкворней в горизонтальной плоскости и переднего моста в вертикальной плоскости, перпендикулярной дороге. В результате этого следы от управляемых колес приобретают вид синусоиды (рис. 7, в). Вертикальные колебания колес могут приводить к кратковременному отрыву колес от поверхности дороги, вследствие чего след от колес обретает характер штриховой линии (рис. 7, г).Причиной возникновения автоколебаний может быть наезд одного из колес на неровность, разное воздействие боковой силы, случайный поворот управляемых колес и т. д. Непрерывность колебаний поддерживается за счет энергии двигателя, необходимой для восполнения её потерь на трение в материале, механических парах, амортизаторах. Колебания передних колёс приводили к тому, что автомобиль терял устойчивость и становился неуправляемым, потому что водитель не мог прервать колебания, увеличивался износ шин и деталей рулевого управления. Предотвратить колебания можно было только снижением скорости движения.

в г

Рис. 7. Схема возникновения гироскопиче­ских моментов:

а — в результате поворота оси колес (вид на мост сверху); б — в результате поворота колес относи­тельно шкворней; в, г — след от управляемых колес при движении в режиме автоколебаний.

Рис. 8. Независимая параллелограммная подвеска

Для устранения автоколебаний применяют такие конструктивные мероприятия, которые разрывают связь между колебаниями оси переднего моста в вертикальной поперечной плоскости и управляемого колеса относительно шкворня. На рисунке 8 показана независимая подвеска, которая предохраняет ось переднего моста и колесо от поворота при наезде его на неровность. Перемещаясь с помощью параллелограмма вверх из положения I в поло­жение II без наклона, колесо не создает гироскопического момента.

Плечо обкатки

Устойчивость и управляемость автомобиля при экстремальных ситуациях определяется многими конструктивными параметрами. Одним из таких параметров является плечо обкатки.

Плечом обкатки называется расстояние между точками пересечения средней линии колеса и оси его поворота с поверхностью дороги (Рис. 9). Это величина считается положительной, если две линии пересекаются ниже поверхности дороги, и отрицательной – если точка пересечения находится выше поверхности дорог Устойчивость и управляемость автомобиля во время его движения также зависят от знака и величины плеча обкатки. В ранних конструкциях автомобилей применялось положительное плечо обкатки. Это достигалось путем совмещения средней линии колеса с осью поворота в точке, расположенной ниже поверхности дороги. Величина плеча обкатки измеряется на поверхности дороги между двумя центральными линиями, и она должна быть такой, чтобы «тяга» одного колеса внутрь или наружу уравновешивалась «тягой» другого колеса.

Когда одна из передних шин расплющивается по повер­хности дороги, величина положительного плеча обкатки с этойстороны увеличивается, что приводит к сильному уводу автомобиля в эту сторону, и водителю трудно управлять автомобилем, в особенности, если он пользуется тормозной системой (рис. 9).

Лучшая безопасность на дороге обеспечивается в том случае, если производитель устанавливает отрицательное плечо обкатки (Рис. 10). Это достигается путем наклона оси поворота больше, чем в прошлом, так, чтобы точка пересечения прямых располагалась над поверхностью дороги.

Рис. 9 Положительное плечо обкатки

.

Рис. 10 Отрицательное плечо обкатки

При такой геометрии расплющивание шины на дороге уменьшает величину плеча обкатки. Хотя сопротивление качению колеса увеличивается, это уменьшение плеча обкатки уменьшает стремление автомобиля изменить направление движения.

Еще большее влияние отрицательного плеча обкатки безопасность движения достигается в том случае, если передние тормозные механизмы несбалансированны, если имеется плохое сцепление одного из колес с дорогой или поломан один из передних тормозных механизмов.

Для контроля и регулировки углов установки управляемых колес в настоящее время существуют достаточно широкий выбор как отечественного, так и зарубежного оборудования (см. табл.2).

Таблица 2

• ⇐ Назад
• 1
• 23