轉(zhuǎn)向操縱穩(wěn)定性
根據(jù)道路及交通情況,汽車有時直線行駛,有時按曲線行駛。出現(xiàn)意外情況時,駕駛?cè)诉要做出緊急的轉(zhuǎn)向操作,以避免事故。此外,汽車在行駛中還不斷受到地面不平和大風(fēng)等外界因素的干擾。為此,汽車應(yīng)具備良好的操縱穩(wěn)定性能。
汽車的操縱穩(wěn)定性是指在駕駛?cè)瞬桓械竭^分緊張、疲勞的條件下,汽車能遵循駕駛?cè)送ㄟ^轉(zhuǎn)向系及轉(zhuǎn)向車輪給定的方向行駛,且當(dāng)遭遇外界干擾時,汽車能抵抗干擾而保持穩(wěn)定行駛的能力。
汽車的操縱穩(wěn)定性不僅影響到汽車駕駛的方便程度,而且也是決定高速汽車安全行駛的一個主要性能。所以人們稱之為“高速車輛的生命線”。
1汽車轉(zhuǎn)向特性
(一)汽車轉(zhuǎn)向半徑
汽車行駛中,由于離心作用,車輪發(fā)生偏離。實(shí)際使用表明,有側(cè)向偏離的轉(zhuǎn)向半徑與無側(cè)向偏離的轉(zhuǎn)向半徑是不同的。道路彎曲半徑的大小,會影響汽車轉(zhuǎn)向速度的高低。汽車轉(zhuǎn)向行駛時,由于偏向力的作用,各個車輪均發(fā)生偏離,前、后橋中點(diǎn)由于車輪的偏離,必將產(chǎn)生某一方向的偏離角度。
轉(zhuǎn)向半徑有三種情況:將方向盤轉(zhuǎn)過一定角度后,汽車等速圓周行駛時,隨著車速的提高,圓周半徑增加的稱為不足轉(zhuǎn)向,圓周半徑減小的稱過度轉(zhuǎn)向。具有輕度不足轉(zhuǎn)向的汽車操縱穩(wěn)定性最好。汽車具有怎樣的轉(zhuǎn)向特性,取決于前軸偏離角與后軸偏離角之差,當(dāng)前軸偏離角大于后軸偏離角時,汽車具有不足轉(zhuǎn)向特性。當(dāng)前軸偏離角小于后軸偏離角時,汽車具有過度轉(zhuǎn)向特性。如果前、后軸偏離角相等時,裝用彈性車輪的汽車則與剛性車輪的轉(zhuǎn)彎半徑大致相等,此種情況稱中性轉(zhuǎn)向。
具有過度轉(zhuǎn)向的汽車,在側(cè)向力的作用下,亦繞瞬時轉(zhuǎn)向中心做曲線行駛。
此時引起離心力的橫向分力與側(cè)向力的方向相同,兩力重疊作用的結(jié)果,使汽車的偏離現(xiàn)象更加嚴(yán)重。如果車速很高,離心力也很大的話,即使側(cè)向力作用消失,但汽車的轉(zhuǎn)彎半徑將不斷減小。而轉(zhuǎn)彎半徑減小后的離心力會不斷增加。這樣惡性循環(huán)的結(jié)果,將使汽車出現(xiàn)側(cè)滑,甚至發(fā)生翻車事故。
轉(zhuǎn)向特性表示方法:常以不同向心加速度時汽車前、后軸偏離角之差,來衡量汽車的轉(zhuǎn)向特性。例如,BJ2020型汽車在潮濕瀝青路面上,向心加速度小于0.6g(g為重力加速度)時,此時是不足轉(zhuǎn)向,而向心加速度太于0.6g以后,則要出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向。
(二)轉(zhuǎn)向半徑的三種情況
1.中性轉(zhuǎn)向。若前后輪的偏離角相等,汽車的轉(zhuǎn)向半徑與具有剛性車輪的轉(zhuǎn)向半徑相等,即R′=R,稱為中性轉(zhuǎn)向。中性轉(zhuǎn)向是一個合乎要求的轉(zhuǎn)向,因?yàn)槿绻坏┌l(fā)生危險情況,能為車輛轉(zhuǎn)入或轉(zhuǎn)出下一個曲線留下一個足夠的轉(zhuǎn)向角。
2.不足轉(zhuǎn)向。若前車輪的偏離角大于后輪(δA>δB),即R′>R,也就是說,當(dāng)車輪產(chǎn)生彈性偏離時,與剛性輪運(yùn)動情況相比較,汽車將沿著更為平緩的曲線行駛,此時稱為不足轉(zhuǎn)向。
不足轉(zhuǎn)向的汽車,在側(cè)向力RY的作用下,前輪偏離角大于后輪偏離角,汽車統(tǒng)瞬心做曲線行駛。汽車重心受離心力Fc的側(cè)向分力Fcy的作用,其作用力方向與側(cè)向力RY的方向相反,故能起到減弱側(cè)向力的作用。當(dāng)RY消失后,在Fcx的作用下,汽車具有自動恢復(fù)直線行駛的傾向。如果前輪的側(cè)向偏離角大于后輪的側(cè)向偏離角,則車輛產(chǎn)生不足轉(zhuǎn)向。也就是說,必須給方向盤增加鎖緊,從而確保車輛保持在轉(zhuǎn)彎曲線上。一般的不足轉(zhuǎn)向是能夠由駕駛?cè)擞枰钥刂频摹?br />
3.過度轉(zhuǎn)向。前輪偏離角小于后輪偏離角(δA>δB),有R′<R,即在車輪產(chǎn)生偏離時,與剛性運(yùn)動相比較,汽車沿著更為彎曲的曲線行駛,稱為過度轉(zhuǎn)向。
具有過度轉(zhuǎn)向的汽車,轉(zhuǎn)向時在側(cè)向力的作用下,汽車?yán)@瞬心做曲線運(yùn)動。
但瞬心的位置與不足轉(zhuǎn)向時瞬心的位置相反,離心力Fc的側(cè)向分力則與側(cè)向力RY作用方向相同,F(xiàn)cY將使偏離加大,同時又使轉(zhuǎn)向半徑減小,從而形成一個惡性循環(huán)。即使側(cè)向力消失之后,汽車自身受到FcY的作用,轉(zhuǎn)向半徑也會越來越小,而離心力不斷加大,最后必然導(dǎo)致汽車發(fā)生側(cè)滑,汽車失去穩(wěn)定性。
如果后輪的橫向偏離角大于前輪,則車輛轉(zhuǎn)彎時將產(chǎn)生過度轉(zhuǎn)向,即車輛更多地轉(zhuǎn)入到轉(zhuǎn)彎曲線里側(cè),而方向盤必須“回轉(zhuǎn)”,以糾正這種傾向。
從上述分析可知,在提高汽車的行駛穩(wěn)定性,保證安全行駛應(yīng)使汽車具有一定程度的不足轉(zhuǎn)向特性。有不足轉(zhuǎn)向特性的汽車,雖在高速行駛時可減輕司機(jī)的緊張程度,但在汽車轉(zhuǎn)向時,將方向盤要多轉(zhuǎn)過一些角度,增加了駕駛?cè)说钠。另外前輪偏離角大時,輪胎磨損及滾動阻力均增大。因此,不需要過多的不足轉(zhuǎn)向。
2影響汽車轉(zhuǎn)向操縱的因素
汽車操縱性、穩(wěn)定性問題都是假設(shè)汽車車輪為剛性的。而實(shí)際上汽車所用的輪胎都是彈性體。它具有徑向、側(cè)向及切向彈性。汽車行駛中,在側(cè)向力作用下,輪胎會發(fā)生側(cè)向變形,從而使汽車不能確切地按照駕駛?cè)艘蟮姆较蛐旭,這對安全也會有所影響。
(一)輪胎的偏離現(xiàn)象
汽車上裝用的彈性輪胎,在側(cè)向力作用下將產(chǎn)生側(cè)向變形,使車輪中心行駛的方向不和車輪平面與路面的交線重合。
而與交線成一夾角α,此即稱為偏離現(xiàn)象,α角稱為偏離角。
偏離角α隨著側(cè)向力的增加而加大,一般行車中偏離角α不大于5°~6°,此時側(cè)向力與偏離角保持正比例關(guān)系。當(dāng)側(cè)向力等于附著力時,車輪發(fā)生側(cè)滑,偏離角便急劇增加。如果路面的附著條件很差,輪胎與路面便在較小的側(cè)向力作用下,就要發(fā)生局部滑動或完全側(cè)滑,這樣輪胎的偏離現(xiàn)象也必然嚴(yán)重。車輪傳動驅(qū)動力時,輪胎的偏離角也有變化,隨著傳遞驅(qū)動力的增加,輪胎的偏離現(xiàn)象也略有增大。
(二)彈性車輪的側(cè)偏特性
現(xiàn)代汽車裝用的都是橡膠彈性輪胎,根據(jù)其簾線纏繞方向不同,分為普通輪胎與子午線輪胎。彈性車輪滾動時,在側(cè)向力的作用下,胎體產(chǎn)生扭曲變形,其滾動軌跡別會向偏離原滾動路線,稱為彈性車輪的側(cè)偏特性。
在側(cè)向力的作用下,彈性車輪側(cè)向偏離的大小與輪胎類型、充氣壓力以及輪胎上的垂直載荷等有關(guān)系。一般載貨汽車采用大尺寸、中高氣壓輪胎,其胎體剛度大,側(cè)向力作用下扭曲變形小,對汽車行駛方向穩(wěn)定性的影響較小,一般不會出現(xiàn)問題。而轎車通常使用胎體軟的子午線輪胎,充氣壓力低,彈性車輪的側(cè)偏特性對行駛方向穩(wěn)定性的影響,就是必須要考慮的問題。
(三)使用因素對轉(zhuǎn)向特性的影響
汽車使用中軸荷分配對汽車轉(zhuǎn)向特性的影響是;重心前移可出現(xiàn)不足轉(zhuǎn)向的傾向,重心后移則出現(xiàn)過度轉(zhuǎn)向的傾向。重心后移嚴(yán)重時,汽車容易發(fā)生側(cè)滑和掉頭。因此,汽車運(yùn)輸物資的裝載應(yīng)放置均勻,或略向前移為好。
汽車驅(qū)動方式對轉(zhuǎn)向特性也有影響,北京BJ2020型汽車采用前后橋同時驅(qū)動,在滑溜的道路上行車,側(cè)滑現(xiàn)象顯然減輕。從轉(zhuǎn)向特性上分析,前輪驅(qū)動后加大了前偏離角,后輪驅(qū)動力變小而減少了后偏離角,因此增加了不足轉(zhuǎn)向的趨勢。