1汽车转向特性
(一)汽车转向半径
汽车行驶中,由于离心作用,车轮发生偏离。实际使用表明,有侧向偏离的转向半径与无侧向偏离的转向半径是不同的。道路弯曲半径的大小,会影响汽车转向速度的高低。汽车转向行驶时,由于偏向力的作用,各个车轮均发生偏离,前、后桥中点由于车轮的偏离,必将产生某一方向的偏离角度。
转向半径有三种情况:将方向盘转过一定角度后,汽车等速圆周行驶时,随着车速的提高,圆周半径增加的称为不足转向,圆周半径减小的称过度转向。具有轻度不足转向的汽车操纵稳定性最好。汽车具有怎样的转向特性,取决于前轴偏离角与后轴偏离角之差,当前轴偏离角大于后轴偏离角时,汽车具有不足转向特性。当前轴偏离角小于后轴偏离角时,汽车具有过度转向特性。如果前、后轴偏离角相等时,装用弹性车轮的汽车则与刚性车轮的转弯半径大致相等,此种情况称中性转向。
具有过度转向的汽车,在侧向力的作用下,亦绕瞬时转向中心做曲线行驶。
此时引起离心力的横向分力与侧向力的方向相同,两力重叠作用的结果,使汽车的偏离现象更加严重。如果车速很高,离心力也很大的话,即使侧向力作用消失,但汽车的转弯半径将不断减小。而转弯半径减小后的离心力会不断增加。这样恶性循环的结果,将使汽车出现侧滑,甚至发生翻车事故。
转向特性表示方法:常以不同向心加速度时汽车前、后轴偏离角之差,来衡量汽车的转向特性。例如,BJ2020型汽车在潮湿沥青路面上,向心加速度小于0.6g(g为重力加速度)时,此时是不足转向,而向心加速度太于0.6g以后,则要出现过度转向。
(二)转向半径的三种情况
1.中性转向。若前后轮的偏离角相等,汽车的转向半径与具有刚性车轮的转向半径相等,即R′=R,称为中性转向。中性转向是一个合乎要求的转向,因为如果一旦发生危险情况,能为车辆转入或转出下一个曲线留下一个足够的转向角。
2.不足转向。若前车轮的偏离角大于后轮(δA>δB),即R′>R,也就是说,当车轮产生弹性偏离时,与刚性轮运动情况相比较,汽车将沿着更为平缓的曲线行驶,此时称为不足转向。
不足转向的汽车,在侧向力RY的作用下,前轮偏离角大于后轮偏离角,汽车统瞬心做曲线行驶。汽车重心受离心力Fc的侧向分力Fcy的作用,其作用力方向与侧向力RY的方向相反,故能起到减弱侧向力的作用。当RY消失后,在Fcx的作用下,汽车具有自动恢复直线行驶的倾向。如果前轮的侧向偏离角大于后轮的侧向偏离角,则车辆产生不足转向。也就是说,必须给方向盘增加锁紧,从而确保车辆保持在转弯曲线上。一般的不足转向是能够由驾驶人予以控制的。
3.过度转向。前轮偏离角小于后轮偏离角(δA>δB),有R′<R,即在车轮产生偏离时,与刚性运动相比较,汽车沿着更为弯曲的曲线行驶,称为过度转向。
具有过度转向的汽车,转向时在侧向力的作用下,汽车绕瞬心做曲线运动。
但瞬心的位置与不足转向时瞬心的位置相反,离心力Fc的侧向分力则与侧向力RY作用方向相同,FcY将使偏离加大,同时又使转向半径减小,从而形成一个恶性循环。即使侧向力消失之后,汽车自身受到FcY的作用,转向半径也会越来越小,而离心力不断加大,最后必然导致汽车发生侧滑,汽车失去稳定性。
如果后轮的横向偏离角大于前轮,则车辆转弯时将产生过度转向,即车辆更多地转入到转弯曲线里侧,而方向盘必须“回转”,以纠正这种倾向。
从上述分析可知,在提高汽车的行驶稳定性,保证安全行驶应使汽车具有一定程度的不足转向特性。有不足转向特性的汽车,虽在高速行驶时可减轻司机的紧张程度,但在汽车转向时,将方向盘要多转过一些角度,增加了驾驶人的疲劳。另外前轮偏离角大时,轮胎磨损及滚动阻力均增大。因此,不需要过多的不足转向。
2影响汽车转向操纵的因素
汽车操纵性、稳定性问题都是假设汽车车轮为刚性的。而实际上汽车所用的轮胎都是弹性体。它具有径向、侧向及切向弹性。汽车行驶中,在侧向力作用下,轮胎会发生侧向变形,从而使汽车不能确切地按照驾驶人要求的方向行驶,这对安全也会有所影响。
(一)轮胎的偏离现象
汽车上装用的弹性轮胎,在侧向力作用下将产生侧向变形,使车轮中心行驶的方向不和车轮平面与路面的交线重合。
而与交线成一夹角α,此即称为偏离现象,α角称为偏离角。
偏离角α随着侧向力的增加而加大,一般行车中偏离角α不大于5°~6°,此时侧向力与偏离角保持正比例关系。当侧向力等于附着力时,车轮发生侧滑,偏离角便急剧增加。如果路面的附着条件很差,轮胎与路面便在较小的侧向力作用下,就要发生局部滑动或完全侧滑,这样轮胎的偏离现象也必然严重。车轮传动驱动力时,轮胎的偏离角也有变化,随着传递驱动力的增加,轮胎的偏离现象也略有增大。
(二)弹性车轮的侧偏特性
现代汽车装用的都是橡胶弹性轮胎,根据其帘线缠绕方向不同,分为普通轮胎与子午线轮胎。弹性车轮滚动时,在侧向力的作用下,胎体产生扭曲变形,其滚动轨迹别会向偏离原滚动路线,称为弹性车轮的侧偏特性。
在侧向力的作用下,弹性车轮侧向偏离的大小与轮胎类型、充气压力以及轮胎上的垂直载荷等有关系。一般载货汽车采用大尺寸、中高气压轮胎,其胎体刚度大,侧向力作用下扭曲变形小,对汽车行驶方向稳定性的影响较小,一般不会出现问题。而轿车通常使用胎体软的子午线轮胎,充气压力低,弹性车轮的侧偏特性对行驶方向稳定性的影响,就是必须要考虑的问题。
(三)使用因素对转向特性的影响
汽车使用中轴荷分配对汽车转向特性的影响是;重心前移可出现不足转向的倾向,重心后移则出现过度转向的倾向。重心后移严重时,汽车容易发生侧滑和掉头。因此,汽车运输物资的装载应放置均匀,或略向前移为好。
汽车驱动方式对转向特性也有影响,北京BJ2020型汽车采用前后桥同时驱动,在滑溜的道路上行车,侧滑现象显然减轻。从转向特性上分析,前轮驱动后加大了前偏离角,后轮驱动力变小而减少了后偏离角,因此增加了不足转向的趋势。