Определение сил и моментов, действующих на АТС в заданных условиях эксплуатации

Рассмотрим обобщенный случай равномерного движения АТС, т. е.

при наличии поперечного уклона и круговой траектории центра масс.

Принятые допущения:

• колеса катятся без бокового увода, т. е. центр поворота всегда лежит на прямой, проходящей через заднюю ходовую ось;

• статический радиус колеса не зависит от R_z, т, е. ходовые оси параллельны дороге;

• ходовые оси жестко связаны с корпусом АТС, т. е. невозможен поперечный крен, характерный для подрессоренных масс.

Для определения боковой составляющей Р_цуг центробежной силы Р_ц следует использовать расчетную схему на рис. 3.

Рисунок 3 - Схема сил, действующих на автомобиль при круговом движении по горизонтальной дороге: R_ц и R – соответственно радиус центра масс и основной радиус поворота; θ и φ_ц- соответственно средний угол поворота управляемых колес и угол поворота R_ц; V_ц и V_а - соответственно скорость центра масс и автомобиля; Р_ц и Р_цуг-соответственно центробежная сила и ее боковая горизонтальная составляющая

Из рис. 3 следует, что при заданном основном радиусе поворота автомобиля угол установки радиуса центра масс, сам радиус траектории центра масс и средний угол поворота управляемых колёс соответственно равны

тогда скорость центра масс (при заданной скорости автомобиля Va) равна

а центробежная сила

Боковая составляющая Рцуг центробежной силы Рц, параллельная горизонтальной плоскости:

Для определения возмущающих сил, направленных на сдвиг (скольжение) или опрокидывание АТС, следует использовать расчетную схему по рис. 4. Из рисунка следует, что при нулевом значении угла поперечного уклона β автомобиль будет двигаться по круговой траектории на горизонтальной плоскости, при β>0 - по внутренней поверхности вогнутого конуса, а при β<0 - по внешней поверхности выпуклого конуса.

Рис. 6.2. Схема сил, действующих на автомобиль (вид сзади) при движении по дороге в виде вогнутого конуса: индексы «в» и «н» обозначают верхний и нижний борт автомобиля; Рцу и Рцz - соответственно касательная и нормальная составляющая силы Р_цуг; Р_GY и P_GZ - соответственно касательная и нормальная составляющая силы тяжести G автомобиля; β - угол поперечного уклона дороги

Очевидно, что полная касательная сила (т. е. параллельная дороге) определится алгебраической суммой касательных сил, приложенных к центру масс.

В частности, при движении АТС по рис. 3 касательная составляющая силы P_цуг будет равна

а касательная составляющая силы тяжести G

Следовательно, полная касательная сила Р_y равна

а её направление может вызвать боковое скольжение АТС как в правую, так и в левую сторону. Момент этой силы

может привести к опрокидыванию АТС как в положительном (против часовой стрелки), так и отрицательном направлении.

Аналогично определяют итоговую нормальную силу Pz, прижимающую автомобиль к дороге.

В частности, нормальная составляющая центробежной силы

а нормальная составляющая силы тяжести

Полную нормальную силу определяют алгебраической суммой

а сила сцепления автомобиля с дорогой, т.е. сила, удерживающая АТС oiij

бокового скольжения, равна

Момент, удерживающий АТС от бокового опрокидывания, будет всегда противоположен Моп и равен

где В - ширина колеи.