Колебания и стабилизация управляемых колес

Но время движения управляемые колеса автомобиля, имеющего зависимую подвеску, могут колебаться вместе с передним мостом в вертикальной плоскости, а вместе с рулевой трапецией — вокруг шкворней (осей поворота) в горизонтальной плоскости.

Угловые колебания управляемых колес вокруг шкворней недопустимы, т.к. детали ходовой части и рулевого управления воспринимают при этом значительные знакопеременные динамические нагрузки, а колебания с большой амплитудой приводят к потере автомобилем управляемости. Наиболее опасными являются устойчивые колебания колес, т.е. такие, которые непрерывно повторяются. В случае наклона управляемых колес в вертикальной плоскости, например при наезде одного из них на неровность дороги, происходит перекос переднего моста. Это вызывает угловые колебания колес, которые усиливают перекос моста и продолжаются после съезда колеса с неровности. Основным средством уменьшения угловых колебаний колес является применение независимой передней подвески. В этом случае большой наклон при вертикальных перемещениях управляемых колес не происходит.

Рассмотренные колебания являются собственными, они зависят только от характеристик упругих элементов, моментов инерции и масс отдельных деталей. Могут также возникнуть вынужденные колебания, вызванные периодическим действием возмущающей силы, например за счет дисбаланса (неуравновешенности) управляемых колес. При качении неуравновешенного колеса возникает центробежная сила, горизонтальная составляющая которой пытается повернуть колесо относительно шкворня, а вертикальная составляющая — переместить колесо в вертикальном направлении. При качении колеса направление центробежной силы непрерывно меняется, что приводит к его вилянию. Наиболее неблагоприятным является случай, когда оба колеса имеют дисбаланс и неуравновешенные участки расположены в одной плоскости, но с разных сторон от оси вращения колес. В этом случае поворачивающие моменты, действующие на колеса, складываются и угловые колебания становятся особенно сильными. Явным признаком дисбаланса управляемых колес является биение рулевого колеса в процессе движения.

Возмущающая сила может появиться также при чередовании неровностей через приблизительно равные промежутки пути. В этом случае при некоторой скорости движения возможно совпадение частот вынужденных и собственных колебаний, т.е. наступит резонанс, при котором амплитуда колебаний возрастет.

Стабилизацией управляемых колес называют свойство сохранять нейтральное положение (занимаемое ими при прямолинейном движении) и автоматически в него возвращаться.

Измерителями стабилизации колес при выходе автомобиля из попорота служат стабилизирующий момент и угловая скорость поворота рулевого колеса при возвращении его в нейтральное положение.

Стабилизирующий момент Мст возникает благодаря продольному и поперечному наклонам шкворней, а также вследствие поперечной эластичности шины. Этот момент действует на рычаг рулевой трапеции со стороны управляемых колес, а с противоположной стороны действует момент сил сопротивления (трения) в рулевом управлении Мру. При входе автомобиля в поворот водитель должен создать на рулевом колесе момент такой величины, чтобы преодолеть суммарный момент Мст + Мру. Поэтому для облегчения управления автомобилем момент Мст не должен быть особенно большим.

Если при выходе автомобиля из поворота водитель отпустит рулевое колесо, то передние управляемые колеса под действием разности моментов Мст — Мру будут стремиться возвратиться в нейтральное положение. Когда стабилизирующий момент достигнет значения момента трения Мру, возвращение колес в нейтральное положение прекратится, хотя колеса будут еще повернуты на некоторый угол, т.е. силы трения в рулевом управлении ухудшают процесс стабилизации колес. Во время прямолинейного движения автомобиля стабилизирующие моменты на правом и левом колесах взаимно уравновешиваются, и суммарный стабилизирующий момент на рычаге рулевой трапеции равен нулю. Стабилизацию колес в этом случае в основном обеспечивает момент Мру, препятствующий произвольному выходу колес из нейтрального положения.