Что такое центр поворота автомобиля
Перейти к содержимому

Что такое центр поворота автомобиля

  • автор:

Повороты автомобиля

Изменение направления движения автомобиля достигается поворачиванием передних колес влево или вправо при помощи рулевого управления.

Для того чтобы при движении автомобиля на повороте колеса его имели качение без скольжения, они должны катиться по окружностям, описанным из одного центра — центра поворота, лежащего в точке О, на линии задней оси автомобиля. В результате при повороте колеса автомобиля описывают окружности разного радиуса: передние колеса, описывают окружность большего радиуса, чем задние.

Безопасность движения на закруглениях пути (поворотах) определяется следующими условиями.

Когда автомобиль движется по окружности, возникает центростремительная сила, удерживающая автомобиль на окружности, и центробежная сила, стремящаяся отбросить автомобиль от центра вращения.

Величина центробежной силы непостоянна и зависит от массы автомобиля, радиуса поворота и скорости движения.

Чем больше масса автомобиля, тем больше его инерция, а следовательно, и центростремительная сила. Это, в свою очередь, вызывает увеличение центробежной силы, которая равна и противоположна центростремительной. Таким образом, между весом автомобиля (массой) и центробежной силой существует прямая пропорциональная зависимость. Это означает, что величина центробежной силы увеличивается во столько же раз, во сколько раз увеличивается масса. Если вес автомобиля возрастет в два раза, то и центробежная сила увеличится в два раза, и т. д.

Между центробежной силой и радиусом поворота зависимость обратно пропорциональная: при увеличении радиуса поворота величина центробежной силы уменьшается. И, наоборот, во сколько раз меньше угол поворота, во столько раз больше центробежная сила.

При увеличении скорости движения центробежная сила возрастает, но не в простой зависимости, а в квадратной, т. е. так же, как в зависимости от скорости движения возрастает тормозной путь автомобиля. Если скорость движения автомобиля возрастет в два раза, величина центробежной силы возрастет в четыре раза, при возрастании скорости в три раза центробежная сила увеличится в девять раз и т. д.

Правильная регулировка руля по вылету и высоте. Удобство и комфорт в пути

Опасность увеличения центробежной силы состоит в том, что, стремясь отбросить автомобиль с окружности, она может вызвать боковой занос на повороте. При всех возможных случаях бокового скольжения занос автомобиля на повороте является наиболее опасным по следующим причинам: занос на повороте, как правило, вызывает скольжение задней оси, что опаснее заноса передней оси; вывести автомобиль из заноса на повороте труднее из-за ограниченного пространства.

Схема поворота автомобиля передним ходом

Рис. Схема поворота автомобиля передним ходом

Занос на повороте опасен еще и тем, что чаще всего вызывает опрокидывание автомобиля, особенно при высокорасположенном центре тяжести, например при высокой укладке груза. Достаточно колесу при боковом скольжении встретить препятствие — камень, колею, канаву, как центробежная сила, приложенная к центру тяжести автомобиля, опрокинет автомобиль через это колесо.

Из сказанного должно быть понятно, что вероятность бокового заноса на повороте тем больше, чем выше скорость движения, больше вес автомобиля, меньше (круче) угол поворота, хуже сцепление колес с дорогой (когда центробежная сила может превысить центростремительную силу — силу трения).

Наиболее верным средством предупреждения опасности бокового заноса при повороте является снижение скорости движения. Прибегать к торможению на повороте ии в коем случае нельзя, так как вследствие реакции торможения уменьшается сцепление колес с поверхностью дороги, что облегчает возникновение заноса (торможение на повороте ухудшает устойчивость автомобиля).

При возникновении бокового заноса на повороте надо иметь в виду следующее: если при боковом скольжении задней оси автомобиля на прямой дороге водитель прекращает занос поворотом руля в сторону заноса, то на повороте этим способом автомобиль может попасть в придорожную канаву. Поэтому, не теряя присугствия духа, надо попытаться вывести автомобиль из бокового заноса на повороте сильной подачей горючей смеси, направляя колеса по оси движения, т. е. в нужном направлении. Можно сказать с уверенностью, что, если это произойдет во второй половине поворота, когда колеса начинают поворачиваться на прямую дорогу, своевременная подача горючей смеси даст возможность вывести автомобиль из заноса.

Движение на подъемах, спусках и косогорах

Приближаясь к повороту, водитель должен рассчитать, с какой скоростью можно пройти поворот. Чем круче поворот, хуже сцепление колес с дорогой (мокрая, скользкая дорога), больше вес автомобиля, выше расположен центр тяжести машины, тем меньше должна быть скорость автомобиля.

Правила безопасности движения обязывают водителя при приближении к закруглениям дороги заблаговременно снижать скорость и на поворотах двигаться на пониженной скорости.

Приведенные положения водитель должен хорошо знать и твердо запомнить, чтобы, двигаясь на поворотах, не создавать опасности несчастного случая, аварии, поломки автомобиля.

При поворотах на большой угол надо помнить, что автомобиль при повороте занимает больше места, чем при движении в прямом направлении. Поэтому, особенно при поворотах в левую сторону, надо не затягивать поворот и не мешать проезду другого транспорта. Радиус поворота передних колес должен быть настолько большим, чтобы задние колеса, поворачивающиеся по дуге меньшего радиуса, не наехали на препятствие.

Поворот будет совершен технически правильно, если задние колеса при повороте в правую сторону пройдут на одинаковом расстоянии от закругления дороги, а при повороте в левую сторону — от центра поворота.

В целях безопасности движения нужно заблаговременно (за 100—120 м) предупреждать о повороте включением указателей поворота, а при отсутствии указателей — рукой или открыванием дверцы кабины.

Движение по кругу

Движение по кругу-1.jpg

Ок — кинематический центр поворота – это центр поворота автомобиля, движущегося без пробуксовки
Rк — кинематический радиус поворота
V1, V2, V3, V4 — скорости центров колес, передней и задней осей автомобиля.
Все колеса должны перемещаться вокруг одной точки – точки О. Это возможно, если управляемые колеса будут повернуты на углы α и β, а кинематический центр поворота будет находится на продолжении оси задних колес в точке пересечения с прохождением осей передних колес.

ctgα — ctgβ = l0 / L

Движение по кругу-2.jpg

Движение по кругу-4.jpg

Двигаясь задним ходом в проулок прилегающей территории или между припаркованными автомобилями, не забывайте о том, где находится центр окружности, по которой едет автомобиль.

Геометрия поворота ⁠

Парал­лельны ли друг другу перед­ние колёса автомо­биля при пово­роте?

Ока­зы­ва­ется, что именно геомет­рия и меха­ника опре­де­ляют то, как надо пово­ра­чи­вать колёса автомо­биля.

Если про­долже­ние оси колёс направ­лено в центр пово­рота, то колесо остав­ляет чёт­кий след. Чёт­кая кар­тинка будет, и если несколько осей направ­лены в центр пово­рота. Однако, если про­долже­ние оси колеса направ­лено не в центр пово­рота, то колесо катится с про­скаль­зы­ва­нием. След будет стёр­тым, а самое глав­ное, управ­ля­емость транспорта с таким коле­сом будет тем хуже, чем выше ско­рость. Итак, для хорошей управ­ля­емо­сти про­долже­ния осей колес должны быть направ­лены в центр пово­рота. Что же это зна­чит для четырёх­ко­лёс­ного автомо­биля?

Условие отсутствия проскальзывания колёс: ось смотрит в центр поворота

Условие отсутствия проскальзывания колёс: ось смотрит в центр поворота

Научимся для начала про­хо­дить про­стой пово­рот — дугу окруж­но­сти.

Так как зад­ние колёса в большин­стве машин не пово­ра­чи­ваются, то центр окруж­но­сти пово­рота должен лежать на про­долже­нии оси этих колёс. Перед­ние колёса необ­хо­димо повер­нуть так, чтобы про­долже­ние оси каж­дого колеса смот­рело в этот же центр. А зна­чит, для хорошей управ­ля­емо­сти перед­ние колёса необ­хо­димо пово­ра­чи­вать на раз­ные углы, и они будут непа­рал­лельны!

Поворот передних колёс автомобиля

Поворот передних колёс автомобиля

Вы скажете, что пово­роты не все­гда являются дугой какой-либо окруж­но­сти, и уж тем более машина не оста­нав­ли­ва­ется для того, чтобы повер­нуть колёса. Это, конечно, правда, но ока­зы­ва­ется, что при любом пово­роте в каж­дый момент времени можно счи­тать, что машина едет по дуге неко­то­рой окруж­но­сти (радиус и центр кото­рой зави­сят от момента времени).

Рас­смот­рим про­из­воль­ную дорогу. Чтобы по ней можно было ездить, у неё не должно быть ост­рых углов, т.е. сред­няя линия будет, как гово­рят в матема­тике, глад­кой кри­вой.

Зафик­си­руем синюю точку на сред­ней линии и подумаем, каким более про­стым геомет­ри­че­ским объек­том можно заме­нить кри­вую в небольшой окрест­но­сти нашей точки.

Возьмём про­из­воль­ную крас­ную точку неда­леко от синей. Две точки на плос­ко­сти опре­де­ляют един­ствен­ную прямую, кото­рую и про­ве­дём. Будем двигать крас­ную точку по кри­вой к синей. В момент, когда они совпа­дут, прямая, ими опре­де­ля­емая, будет каса­тель­ной прямой. Она даёт линей­ное при­ближе­ние кри­вой дороги в небольшой окрест­но­сти зафик­си­ро­ван­ной точки. Однако при уве­ли­че­нии видно, что дорога и каса­тель­ная прямая рядом идут на очень маленьком участке.

Касательная: предел секущей

Касательная: предел секущей

Справа и слева от синей точки возьмём по крас­ной. Три точки, не лежащие на одной прямой, опре­де­ляют един­ствен­ную окруж­ность, кото­рую и про­ве­дём. Будем двигать крас­ные точки к синей. В момент, когда они совпа­дут, полу­чим окруж­ность, кото­рая назы­ва­ется сопри­ка­сающейся. Это при­ближе­ние уже вто­рого порядка, и на уве­ли­че­нии видно, насколько оно лучше. Заме­тим, что на моно­тон­ном участке (воз­рас­та­ния или убы­ва­ния кри­вой) сопри­ка­сающа­яся окруж­ность все­гда пере­се­кает кри­вую, в отли­чие от каса­тель­ной, рас­по­ложен­ной на таких участ­ках по одну сто­рону от кри­вой.

Соприкасающаяся окружность

Соприкасающаяся окружность

Соприкасающаяся окружность

Так как сопри­ка­сающа­яся окруж­ность для нашей задачи хорошо при­ближает дорогу и может быть постро­ена в любой её точке, то движе­ние по изги­бам дороги можно рас­смат­ри­вать в каж­дый момент времени как движе­ние по дуге неко­то­рой окруж­но­сти. Мгно­вен­ные радиус и центр этой окруж­но­сти зави­сят, конечно, от той точки, в кото­рой нахо­дится машина.

Таким обра­зом, при движе­нии в про­из­воль­ном пово­роте можно счи­тать, что в каж­дый момент времени машина движется по небольшой дуге неко­то­рой окруж­но­сти. И наш пер­вый слу­чай — пово­рот машины по дуге окруж­но­сти — основ­ной, кото­рый и нужно изу­чать.

Ось колеса направлена в мгновенный центр поворота

Ось колеса направлена в мгновенный центр поворота

Ось колеса направлена в мгновенный центр поворота

Но как достичь того, чтобы при любом пово­роте колёс про­долже­ние осей смот­рело в мгно­вен­ный центр пово­рота?

Ока­зы­ва­ется, и здесь на помощь при­хо­дит геомет­рия, а именно извест­ная со школы рав­но­бо­кая трапе­ция — четырёх­уголь­ник, у кото­рого две сто­роны, назы­ва­емые осно­ва­ни­ями, парал­лельны между собой, а боко­вые сто­роны равны друг другу. Если пра­вильно подо­брать размеры сто­рон трапе­ции, то достига­ется небо­хо­димое для хорошего управ­ле­ния усло­вие — про­долже­ние осей перед­них колёс пере­се­ка­ется в точке, лежащей на про­долже­нии оси зад­них колёс. Эта точка и есть мгно­вен­ный центр пово­рота машины.

Рулевая трапеция

Рулевая трапеция

Рулевая трапеция

При­думал такое управ­ле­ние перед­ними колё­сами фран­цуз, карет­ных дел мастер Шарль Жанто (Charles Jeantand). Однако для карет, пере­двигавшихся с малыми ско­ро­стями, это было не так суще­ственно, как для машин, и изоб­ре­те­ние Жанто было забыто. Лишь почти через три чет­верти века два отца автомо­би­ле­стро­е­ния, два немца, два инже­нера — Готт­либ Дайм­лер (Gottlieb Wilhelm Daimler) и Карл Бенц (Karl Friedrich Michael Benz) — изоб­ре­тая свои автомо­били, воз­вращаются к трапе­ции Жанто. В 1889 году Дайм­лер полу­чает патент на «спо­соб неза­ви­симого управ­ле­ния перед­ними колё­сами с раз­но­ве­ли­кими ради­у­сами пово­рота». А в 1893 году Бенц полу­чает патент на «устройство управ­ле­ния экипажей с тангенци­аль­ными к колё­сам окруж­но­стями управ­ле­ния». Решив задачу управ­ле­ния перед­ними пово­рот­ными колё­сами и другие важ­ные тех­ни­че­ские вопросы, Карл Бенц строит свой пер­вый знаме­ни­тый четырёх­ко­лёс­ный автомо­биль «Вик­то­рия».

С точки зре­ния стро­гой матема­тики, трапе­ция не поз­во­ляет достичь необ­хо­димого усло­вия — чтобы про­долже­ние осей перед­них колес при любом пово­роте пере­се­ка­лось в точке, лежащей на про­долже­нии зад­ней оси. При исполь­зо­ва­нии трапе­ции эта точка будет все­гда лежать чуть-чуть в сто­роне от линии зад­ней оси. Зачем же мы столько обсуж­дали трапе­цию, скажете вы? Рас­стра­и­ваться рано — про­сто не надо без­думно пере­но­сить матема­ти­че­скую строгость в тех­ни­че­ские вопросы. Чтобы точка пере­се­че­ния линий перед­них осей все­гда лежала на линии зад­ней оси, необ­хо­димо, чтобы длина меньшего осно­ва­ния трапе­ции немного меня­лась. При общей длине этого осно­ва­ния более метра необ­хо­димые изме­не­ния длины состав­ляют всего около одного сан­тиметра, а это меньше чем люфты в соеди­не­ниях и раз­решён­ные допуски при изго­тов­ле­нии.

Со времён изоб­ре­те­ния пер­вых автомо­би­лей ско­ро­сти пере­движе­ния сильно воз­росли. Уве­ли­чи­лись и тре­бо­ва­ния к управ­ле­нию перед­ними колё­сами. Кроме того, трапе­ция — это плос­кая геомет­ри­че­ская фигура. И такой спо­соб управ­ле­ния перед­ними колё­сами может исполь­зо­ваться только при зави­симой перед­ней под­веске — когда колёса жёстко свя­заны друг с другом и прямая, соеди­няющая их цен­тры, все­гда парал­лельна плос­ко­сти трапе­ции. Сей­час такое можно встре­тить на гру­зо­вых автомо­би­лях. На современ­ных лег­ко­вых автомо­би­лях под­веска колёс неза­ви­сима, т.е. они могут ходить по высоте друг отно­си­тельно друга. Для управ­ле­ния в пово­роте такими колё­сами при­ме­няются более слож­ные, уже неплос­кие шар­нир­ные меха­низмы, чаще всего с цен­траль­ным зве­ном в виде руле­вой рейки. Но их рас­чёт — это тоже задача матема­ти­ков и меха­ни­ков. А исто­ри­че­ски они так по-преж­нему и назы­ваются — руле­вой трапе­цией.

Рулевая трапеция

Рулевая трапеция

При пово­роте автомо­биля воз­ни­кает ещё один вопрос, свя­зан­ный с геомет­рией. Длина окруж­но­сти ради­уса R равна, как вы пом­ните, 2πR. Соот­вет­ственно, длина дуги, опи­рающейся на угол α окруж­но­сти ради­уса R, равна αR. При пово­роте автомо­биля по дуге окруж­но­сти внеш­нее перед­нее колесо едет по дуге окруж­но­сти большего ради­уса, чем внут­рен­нее перед­нее. Точно так же и зад­нее внеш­нее колесо опи­сы­вает дугу большего ради­уса, чем внут­рен­нее зад­нее. А раз ради­усы раз­ли­чаются, то, зна­чит, пути, про­хо­димые внут­рен­ним и внеш­ним колё­сами одной оси, должны быть тоже раз­личны. В про­тив­ном слу­чае колесо будет про­скаль­зы­вать, и управ­ля­емость автомо­биля сни­зится.

В слу­чае, когда ось неве­дущая, т.е. её колёса не тол­кают автомо­биль впе­рёд, всё про­сто: каж­дое колесо вер­тится со своей ско­ро­стью, необ­хо­димой для про­хож­де­ния нуж­ного пути без про­скаль­зы­ва­ния.

А как же сде­лать так, чтобы колёса ведущей оси, в нашем слу­чае зад­ней, с одной сто­роны, посто­янно тол­кали автомо­биль впе­рёд, а с дру­гой сто­роны, могли вращаться с раз­ными ско­ро­стями?

Помогает в этом диффе­ренциал — пред­ста­ви­тель пла­не­тар­ных меха­низмов. Пла­не­тар­ным назы­ва­ется меха­низм, у кото­рого есть сател­литы — шестерни, кру­тящи­еся вокруг подвиж­ных осей.

Дифференциал автомобиля

Дифференциал автомобиля

Вал от мотора, пройдя через коробку пере­дач, отдаёт враще­ние на «бочку». Бочка же через сател­литы пере­даёт враще­ние на левую и пра­вую полу­оси ведущей оси. Как бы ни враща­лись колёса, ско­рость бочки все­гда в два раза мед­лен­нее враще­ния вала, а сумма ско­ро­стей полу­осей равна удво­ен­ной ско­ро­сти вала.

Если машина едет по прямой и под обо­ими ведущими колё­сами оди­на­ко­вое покрытие — с оди­на­ко­вым коэффици­ен­том тре­ния, то колёса заби­рают от бочки оди­на­ко­вое коли­че­ство враще­ния, и полу­оси вращаются (колёса и их полу­оси) с оди­на­ко­вой ско­ро­стью.

Дифференциал автомобиля: независимое вращение полуосей

Дифференциал автомобиля: независимое вращение полуосей

Но если коэффици­енты тре­ния раз­ли­чаются, напри­мер, одна сто­рона машины выезжает с асфальта на грун­то­вую обо­чину или попа­дает на лёд, то. Как же будут себя вести колёса при про­хож­де­нии этого участка? У колёс неве­дущей оси всё про­сто: они неза­ви­симы друг от друга, им не надо тол­кать машину, и когда одно из них выка­ты­ва­ется на лёд, то пере­стаёт кру­титься, так как тре­ние с доро­гой очень маленькое.

Вот и под левое колесо ведущей оси попа­дает лёд. Справа тре­ние с асфальтом большое, а слева — со льдом — почти отсут­ствует. Соот­вет­ственно, левому колесу вращаться гораздо проще, и оно начи­нает заби­рать на себя всё враще­ние, отда­ва­емое боч­кой на обе полу­оси. При этом сумма ско­ро­стей полу­осей, как было отме­чено выше, все­гда посто­янна, но одна полу­ось не кру­тится, а вто­рая — враща­ется очень быстро. Начать движе­ние из такого положе­ния, когда одно колесо ведущей оси поте­ряло связь с доро­гой (напри­мер, нахо­дится на льду), а другое нет — невозможно.

Каза­лось бы, одни неудоб­ства от этого диффе­ренци­ала, зачем он тогда нужен? Как раз для реше­ния задачи одно­времен­ного тол­ка­ния ведущей осью машины впе­рёд и про­хож­де­ния в пово­ро­тах ведущими коле­сами путей раз­ной длины. Каж­дое колесо берёт от диффе­ренци­ала коли­че­ство движе­ния про­порци­о­нально длине его пути, а в сумме всю энергию вала они затра­чи­вают на движе­ние машины впе­рёд.

Инже­неры посто­янно пытаются улучшить диффе­ренциал, сохра­нив его основ­ное свойство, пытаются уменьшить непри­ят­ные эффекты — каким-либо спо­со­бом не давать кру­титься полу­осям со слиш­ком большой раз­ницей ско­ро­стей. Но по сути, всё и сегодня оста­ётся таким же, ибо законы геомет­рии никто не отме­нял.

Смотри также

Пово­рот перед­них колёс автомо­биля // Матема­ти­че­ская состав­ляющая / Ред.-сост. Н. Н. Андреев, С. П. Коно­ва­лов, Н. М. Паню­нин. — Вто­рое изда­ние, расши­рен­ное и допол­нен­ное. — М. : Матема­ти­че­ские этюды, 2019. — С. 54—55, 306.

АвтоПарк

  • Доллар — 69
  • Евро — 75

Раритетное авто » Рулевое управление » Понятие о повороте автомобиля и принципы действия рулевого управления

Понятие о повороте автомобиля и принципы действия рулевого управления

Понятие о повороте автомобиля и принципы действия рулевого управления

Назначение рулевого управления — изменять направление движения автомобиля. Рулевое управление должно обеспечивать легкий и быстрый поворот автомобиля и обладать достаточной надежностью. При повороте управляемых колес на определенный угол автомобиль стремится двигаться по дуге окружности, центр которой является центром поворота автомобиля. Центр поворота представляет собой точку пересечения продолжения осей всех колес. Очевидно, что при повороте внешнее по отношению к центру поворота колесо должно повертываться на несколько меньший угол, чем внутреннее. В противном случае поворот автомобиля будет неизбежно сопровождаться боковым проскальзыванием его передних колес.

Если обозначить угол поворота внешнего колеса а, угол поворота внутреннего колеса В, расстояние между осями поворотных цапф В и базу автомобиля L, то поворот без скольжения колес вбок будет возможен при условии, что

Понятие о повороте автомобиля и принципы действия рулевого управления

Таким образом, при любом повороте автомобиля разность котангенсов углов поворота должна иметь одинаковое численное значение. Это обеспечивается подбором длин и углов наклона рычагов и тяг рулевого привода.

Радиус R поворота автомобиля зависит от его базы и угла поворота колес a:

Понятие о повороте автомобиля и принципы действия рулевого управления

Следовательно, поворот автомобиля может быть тем круче, чем меньше его база и больше угол поворота колес.

Рулевое управление состоит из рулевого механизма и рулевого привода.

Рулевой механизм увеличивает усилие шофера, приложенное к рулевому колесу, облегчая его работу. Шофер с помощью рулевого колеса 1 вращает рулевой вал 2, расположенный внутри рулевой колонки. На нижний конец вала 2 напрессован червяк 3 рулевого механизма. От вала 2 через рулевой механизм движение передается рулевой сошке 4 с помощью продольной тяги 5 и рычага 11, поворачивающих левую поворотную цапфу с расположенным на ней колесом 12. Левая поворотная цапфа через рычаг 6 связана с поперечной рулевой тягой 7, которая через рычаг 8 поворачивает правые поворотную цапфу и колесо 9. Поворот правого и

Понятие о повороте автомобиля и принципы действия рулевого управления

левого колес на нужные углы достигается соблюдением соответствующих размеров рулевой трапеции, состоящей из балки 10 переднего моста, поперечной рулевой тяги 7 и рычагов 8 и 6.

Левое или правое расположение рулевого колеса зависит от направления движения транспорта на дорогах, предусмотренного правилами движения, принятыми в данной стране. На отечественных автомобилях рулевое колесо расположено слева для удобства управления автомобилем, так как в России принято правостороннее движение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *