Кто управляет автомобилем?

Не только ты управляешь автомобилем — законы физики и механики исправно работают при движении автомобиля, и следует представлять себе действие различных сил, чтобы использовать их для управления или препятствовать их нарастанию.
Расположение центра тяжести автомобиля зависит от компоновки узлов и агрегатов, и распределение веса по осям указывается в технических характеристиках. Высота груза и его размещение на автомобиле влияют на новое положение центра тяжести и новые нагрузки на оси. Нагрузку на ось следует уметь рассчитать для определения возможности проезда по некоторым мостам, понтонам и временным покрытиям.


На наклонной поверхности сила тяжести раскладывается на две составляющие — одна прижимает автомобиль к дороге, а другая старается опрокинуть его вдоль дороги или поперек, в зависимости от направления уклона. Чем выше центр тяжести и чем больше угол наклона автомобиля, тем больше опрокидывающая сила.
Кроме силы тяжести и опрокидывающей силы, на автомобиль действуют другие:
сила сопротивления качению — возникает при деформировании шины и дороги, трении шины о дорогу, трении в подшипниках колес;
сила сопротивления подъему — определяется массой автомобиля и углом подъема;
сила инерции покоя — при трогании и разгоне направлена против движения;
сила инерции движения — направлена по ходу движения; центробежная сила — направлена по радиусу от центра кривой поворота и стремится снести автомобиль с дороги;
сила сопротивления воздуха — направлена против движения, величина зависит от обтекаемости автомобиля и скорости его движения;
сила давления сильного бокового ветра или аэродинамического влияния потоков воздуха от большого обгоняющего или обгоняемого автомобиля — стремится снести машину с дороги; зависит от парусности — боковой площади кузова.
подъемная сила — возникает при движении с большой скоростью от давления потока воздуха, попадающего под передок автомобиля, стремится оторвать колеса от дороги, ухудшая сцепление колес с дорогой и управляемость;
сила сноса — возникает при заносе задних или сносе передних колес;
сила сцепления — зависит от нагрузки на ведущие колеса, состояния и качества дорожного покрытия, давления в шинах, скорости, степени износа протектора;
сила тяги — определяется величиной крутящего момента, переданного от трансмиссии на колеса, вызывает движение автомобиля за счет отталкивания колес от дороги;
сила торможения — возникает при торможении двигателем или тормозными колодками;
Сила тяги должна быть больше силы инерции покоя, но меньше силы сцепления ведущих колес с дорогой — тогда движение автомобиля возможно. Если сила тяги на ведущих колесах больше силы сцепления этих колес с дорогой, колеса буксуют.
Если сила сцепления колес с дорогой будет больше тормозной силы, то автомобиль затормаживается, если меньше — скользит юзом.
Благодаря инерции движения автомобиль может двигаться на высокой скорости с незначительной подачей топлива (вот почему движение на постоянной скорости 80–90 км/ч наиболее экономично), а также некоторое время с отключенным двигателем — накатом.

Силе торможения помогают силы сопротивления качению, подъему, сопротивления воздуха, центробежная сила. Затрудняет торможение сила инерции движения, особенно растущая на уклоне.
При торможении и при движении с уклона сила тяжести переносится вперед и создает продольный опрокидывающий момент, дополнительно нагружающий переднюю ось. Эту нагрузку используют для улучшения сцепления управляемых колес с дорогой на повороте, тормозя двигателем и поворачивая колеса.
Величина центробежной силы зависит от скорости и веса автомобиля, а также радиуса поворота. Значит, уменьшить эту силу можно снижением скорости или увеличением радиуса поворота.
Снос передних и занос задних колес — боковое скольжение колес. Они могут привести к закручиванию автомобиля вокруг вертикальной оси, как волчка. Причины заноса и сноса:
— при движении — разные тяговые силы на колесах; при торможении — разные тормозные силы на колесах одной оси, разные силы сцепления колес с дорогой, неправильное размещение груза относительно продольной оси автомобиля;
— на повороте — торможение, резкий поворот управляемых колес; сила инерции превышает силу сцепления колес с дорогой.
При заносе автомобиль может опрокинуться по следующим причинам в случаях:
— поперечный уклон направлен в сторону, противоположную повороту;
— резкое прекращение заноса при упоре заднего колеса в препятствие;
— резкий поворот руля на большой скорости;
— неравномерное распределение груза или его смещение на повороте.
Упругость узлов подвески частично и кратко препятствует действию центробежной силы, допуская крен автомобиля. Чем выше центр тяжести и уже колея, тем больше вероятность опрокидывания.

Эксплуатационные качества: тягово-скоростные, тормозные, топливная экономичность, управляемость, устойчивость, маневренность, проходимость, — определяются способностями автомобиля использовать или преодолевать соответствующие физические силы.
Тягово-скоростные параметры определяют диапазон изменений скорости и интенсивности разгона автомобиля в различных условиях. При испытаниях замеряют семь показателей тягово-скоростных свойств: скоростная характеристика разгон — разбег, скоростная характеристика на высшей и предшествующей передачах, скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем, максимальная скорость, условная максимальная скорость, время разгона на определенных участках и время разгона до заданной скорости.
На топливную экономичность оказывают влияние аэродинамические параметры автомобиля, характеристики шин, передаточное число главной передачи, количество передач и их передаточные числа в коробке передач.
Тормозной путь — расстояние, которое проходит автомобиль от начала торможения до полной остановки. Замедление автомобиля — величина, на которую уменьшается скорость автомобиля за единицу времени.
Управляемость автомобиля — его способность отзываться на самые малые команды руля, а также стабилизировать направление движения после влияния небольших неровностей дорожного покрытия. Управляемость и стабилизация обеспечиваются конструктивно рулевым механизмом и установкой управляемых колес под определенными углами: продольный и поперечный угол наклона шкворня, углы развала и схождения колес. Стабилизирующие свойства имеют и шины легковых автомобилей, благодаря небольшому давлению воздуха и гибким боковинам. Но они склонны к уводу при боковом прогибе шины под влиянием поперечной силы. Увод передних колес увеличивает радиус поворота, задних — уменьшает. Если угол увода задних колес больше, чем передних — автомобиль виляет, и водителю приходится корректировать направление движения.

Для выравнивания степени увода передних и задних колес рекомендуется давление воздуха в шинах передних колес поддерживать ниже, чем в задних.
Устойчивость движения характеризуется критической скоростью криволинейного движения по опрокидыванию и заносу под воздействием поперечной составляющей силы инерции.
Поворачиваемость автомобиля — одна из их характеристик. Переднеприводные автомобили имеют недостаточную поворачиваемость, что помогает им более уверенно проходить закругления на обычных скоростях, без заноса. Заднеприводные автомобили с двигателем сзади имеют избыточную поворачиваемость. Заднеприводные автомобили с двигателем впереди и полноприводные автомобили в обычных условиях имеют недостаточную поворачиваемость, но при изменении режимов движения, перегрузке задних колес или снижении давления в них — избыточную.
Маневренность характеризуется минимальным и габаритным радиусами поворота, а также габаритной полосой движения. Чем меньше эти радиусы, тем выше маневренность. Габаритная полоса характеризует ширину коридора, необходимую при крутых поворотах, а также возможность движения автомобиля с прицепом или без него в проездах заданной формы и размеров. Она определяется траекторией автомобиля и сдвигом траектории прицепа к центру поворота.
Профильная проходимость — способность автомобиля преодолевать неровности и препятствия, а также вписываться в габариты дороги. Она зависит от габаритных размеров, высоты центра тяжести, переднего и заднего углов свеса, радиуса горизонтальной проходимости, продольного и поперечного радиуса проходимости, наименьшего расстояния между низшими точками автомобиля и дорогой, продольной и поперечной устойчивости к опрокидыванию — наибольших углов преодолеваемых подъема и поперечного откоса, диаметра колес, а для автомобиля с прицепом также и углов гибкости автопоезда.
Опорная проходимость определяет способность автомобиля двигаться по мягким поверхностям. Важным условием опорной проходимости является соотношение между наибольшей силой тяги и силой сопротивления движению.

В большинстве случаев проходимость автомобиля с прицепом ограничивается недостаточной силой сцепления колес с дорогой и в связи с этим невозможностью использовать максимальную силу тяги. Опорная проходимость определяется сцепной массой — массой, приходящейся на ведущие колеса: чем она ниже, тем выше проходимость. Очевидно, что у внедорожников сцепная масса ниже, так как все колеса ведущие.
Сила сцепления ведущих колес с дорогой определяется давлением массы, приходящейся на одно колесо, на площадь контакта шин с дорогой — удельным давлением. На рыхлых грунтах проходимость лучше, если удельное давление меньше — площадь контакта больше за счет ширины шин или снижения давления в них. На твердом покрытии проходимость выше при большом удельном давлении — меньшей площади контакта — за счет узких шин или высокого давления в них.
На льду желательно снижать удельное давление для увеличения площади контакта шины с дорогой. Шины с крупным рисунком протектора на мягких грунтах имеют большую площадь контакта и меньшее удельное давление; на твердых грунтах площадь контакта этой шины меньше, и удельное давление увеличивается. Для движении по мягким, песчаным, торфяным грунтам, тундре и снегу применяют широкие или арочные шины либо шины с регулируемым давлением. При совпадении колеи передних и задних колес проходимость автомобиля повышается — меньше сопротивление движению. Оба вида проходимости определяются также соотношением между тяговой силой и силой сопротивления движению, возможностью использования тяговой силы, зависящей от силы сцепления ведущих колес с дорогой.