mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2022-20-5-1mirtr-2348Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGОценка боковой силы при взаимодействии колеса автомобиля с дорожной колеёйLateral Force Evaluation in Vehicle’s Wheel Interaction with a RutЦукановИ. Ю.TsukanovI. Yu.

Цуканов Иван Юрьевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории трибологии

Москва

Tsukanov, Ivan Yu., Ph.D. (Eng), Senior Researcher at the Tribology Laboratory

Moscow

ivan.yu.tsukanov@gmail.comЛюбичеваА. Н.LyubichevaA. N.

Любичева Анастасия Николаевна - кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лабораториитрибологии

Москва

Lyubicheva, Anastasia N., Ph.D. (Physics and Mathematics), Senior Researcher at the Tribology Laboratory

Moscow

lyubicheva@mail.ruКовалевД. И.KovalevD. I.

Ковалёв Денис Игоревич – преподаватель-исследователь

Москва

Kovalev, Denis I., Lecturer-Researcher

Moscow

kov_deni@mail.ruИнститут проблем механики им. А. Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН)РоссияIshlinsky Institute for Problems in Mechanics of the Russian Academy of Sciences IPMech RAS)Russian FederationРоссийский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian Federation202210042023205612Copyright © Цуканов И.Ю., Любичева А.Н., Ковалев Д.И., 20232023Цуканов И.Ю., Любичева А.Н., Ковалев Д.И.Tsukanov I.Y., Lyubicheva A.N., Kovalev D.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2348

Эксплуатация дорог в современных условиях, связанных с высокими скоростями и плотностью потоков, приводит к изнашиванию покрытия и образованию дорожной колеи. При пересечении колеи может возникать неустойчивость движения, когда относительно небольшие воздействия при управлении приводят к большим изменениям траектории. Особое значение при изучении устойчивости и управляемости приобретает боковая сила, действующая на колесо автомобиля. Величина этой силы определяется различными факторами: жёсткостью шины, скоростью, изменением угла поворота колеса, геометрией поперечного профиля колеи.Цель настоящего исследования связана с проблемой определения безопасных для движения углов наклона боковых стенок дорожной колеи при разных скоростных режимах. В работе рассмотрено взаимодействие колеса автомобиля с дорожным покрытием, предложена математическая модель взаимодействия шины с колеёй, принимая во внимание угол набегания колеса на стенку колеи. Для описания упругого отклика шины в контакте с колеёй используется модель упругого основания и метод плоских сечений. На основе уравнений движения колеса при пересечении колеи проведена оценка боковой силы. Получены зависимости отношения боковой силы к нормальной нагрузке для различной глубины колеи и углов наклона её стенок от угла поворота колеса и скорости движения автомобиля. Показано, что при угле наклона колеи, превышающем пять градусов, боковая сила начинает существенно возрастать с ростом угла поворота колеса, а также скорости движения автомобиля и может превысить приложенную нормальную нагрузку. По условию устойчивости автомобиля против заноса на мокром покрытии дана оценка предельных средних углов наклона боковых стенок колеи при различных значениях скорости движения автомобиля и углов поворота колеса.

The operation of roads under modern conditions associated with high speeds and traffic density results in wear of pavement and formation of a rut. When crossing the ruts, instability can occur when relatively small steering inputs lead to large changes in the trajectory. The lateral force acting on a wheel of a car is of particular importance in the study of stability and controllability. The magnitude of this force is determined by various factors: tire stiffness, speed, change in the angle of rotation of the wheel, the geometry of the transverse profile of the rut.The objective of the study refers to the problem of determining the angles of inclination of side walls of the rut that are safe for movement at different speeds. The paper considers the interaction of a car wheel with the road surface, proposes a mathematical model for interaction of a tire with ruts, considers the angle of the wheel running on the rut wall. To describe the elastic response of a tire in contact with a rut, an elastic foundation model and a plane section method are used. The lateral force was estimated based on equations of motion of the wheel when crossing the rut. The dependences of the ratio of the lateral force to the normal load for various rut depths and angles of inclination of its walls on the angle of rotation of the wheel and the speed of the vehicle were obtained. It is shown that at a rut inclination angle exceeding five degrees, the lateral force begins to increase significantly with an increase in the angle of rotation of the wheel, as well as the speed of the vehicle, and may exceed the applied normal load. According to the condition of vehicle stability against skidding on a wet surface, limiting average angles of inclination of the side walls of the rut are estimated for various values of the vehicle speed and wheel rotation angles.

автомобильный транспортдорожная колеябезопасность движенияавтомобильное колесобоковая силаугол поворота колесажёсткость шиныroad transportruttraffic safetycar wheellateral forcewheel steering angletire stiffnessработа частично поддержана средствами государственного бюджета по государственному заданию № АААА-А20–120011690132–4.the work was partially supported by the state budget under state assignment No. АААА-А20-120011690132-4.ReferencesРотенберг Р. В. Подвеска автомобиля и его колебания. – 2‑е изд., перераб. и доп. – М.: Машгиз, 1960. – 356 с.Rotenberg, R. V. Vehicle suspension and vibrations [Podveska avtomobilya i ego kolebaniya]. 2nd ed., rev. and enl. Moscow, Mashgiz publ., 1960, 356 p.Певзнер Я. М. Теория устойчивости автомобиля. – М.: Машгиз, 1947. – 156 с.Pevzner, Yа. M. Vehicle stability theory [Teoriya ustojchivosti avtomobilya]. Moscow, Mashgiz publ., 1947, 156 p.Чудаков Е. А. Теория автомобиля. – 3‑е изд., перераб. и доп. – М.: Машгиз, 1950. – 344 с. [Электронный ресурс]: https://www.chipmaker.ru/files/file/17937/ [ограниченный доступ для подписчиков].Chudakov, E. A. Theory of the car [Teoriya avtomobilya]. 3rd ed., rev. and enl. Moscow, Mashgiz publ., 1950, 343 p. [Electronic resource]: https://www.chipmaker.ru/files/file/17937/ [access restricted for subscribers only].Лушников Н. А., Лушников П. А., Ковалев Д. И. Об определении допустимых углов наклона боковых стенок колеи по условию устойчивости автомобиля против заноса на мокром покрытии // Дороги и мосты. – 2022. – № 1 (47). – С. 152–160. [Электронный ресурс]: https://rosdornii.ru/upload/iblock/187/5dirodkm7wqm9sp7xba3jwu6yno8qxqt/10.-Lushnikov-N.A.pdf. Доступ 12.09.2022.Lushnikov, N. A., Lushnikov, P. A., Kovalev, D. I. About determining acceptable slope angles of rut side walls according to the vehicle stability against skidding on a wet road pavement. Dorogy i mosty, 2022, Iss. 1 (47), pp. 152–160. [Electronic resource]: https://rosdornii.ru/upload/iblock/187/5dirodkm7wqm9sp7xba3jwu6yno8qxqt/10.-Lushnikov--N.A.pdf. Last accessed 12.09.2022.Besselink, I. J. M., Achrifi, S., Nijmeijer, H. Lateral Vehicle Dynamics on Rutted Roads. Advances in Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks. IAVSD 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, 2020, pp. 1242–1251. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-38077-9_143.Besselink, I. J. M., Achrifi, S., Nijmeijer, H. Lateral Vehicle Dynamics on Rutted Roads. Advances in Dynamics of Vehicles on Roads and Tracks. IAVSD 2019. Lecture Notes in Mechanical Engineering, Springer, 2020, pp. 1242–1251. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-38077-9_143.Александров А. С., Семёнова Т. В. Метод расчёта предельной глубины колеи для безопасного движения // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. – 2022. – № 1. – С. 104–116. DOI: 10.52170/1815-9265_2022_60_104.Aleksandrov, A. S., Semyonova, T. V. Method for calculating the limit rut depth for safe traffic. The Siberian Transport University Bulletin, 2022, Iss. 1, pp.104–116. DOI: 10.52170/1815-9265_2022_60_104.Федотов Г. А., Поспелов П. И. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. – М: Высшая школа, 2009. – 648 с. ISBN 978-5-06-006056-0.Fedotov, G. A., Pospelov, P. I. Surveys and design of highways [Izyskaniya i proektirovanie avtomobil’nyh dorog]. Moscow, Vysshaya shkola publ., 2009, 648 p. ISBN 978-5-06-006056-0.Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. – М.: Мир, 1989. – 510 с. ISBN 5-03-000994-9.Johnson, K. L. Contact Mechanics. Moscow, Mir publ., 1989, 510 p. ISBN 5-03-000994-9.Мозгалёв В. В., Липлянин П. К., Расчёт и конструирование резиновых изделий и форм. – Минск: БГТУ, 2010. – 149 с.Mozgalyov, V. V., Liplyanin, P. K. Calculation and design of rubber products and forms [Raschet i konstruirovanie rezinovyh izdeliy i form]. Minsk, BSTU publ., 2010, 149 p.Бидерман В. Л. Автомобильные шины. – М.: Госхимиздат, 1963. – 384 с.Biderman, V. L. Car tires [Avtomobil’nye shiny]. Moscow, Goshimizdat publ., 1963, 384 p.Работа автомобильной шины / Под ред. В. И. Кноро-за. – М.: Транспорт, 1976. – 238 с.The operation of a car tire [Rabota avtomobil’noy shiny]. Ed. by V. I. Knoroz. Moscow, Transport publ., 1976, 238 p.Пановко Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. – 3‑е изд., доп. и переработ. – Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1976. – 320 с.Panovko, Ya. G. Fundamentals of applied theory of oscillations and impact [Osnovy prikladnoi teorii kolebanii i udara]. 3rd ed., rev. and enl. Leningrad, Mashinostroenie publ. (Leningrad branch), 1976, 320 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.