Оценка боковой силы при взаимодействии колеса автомобиля с дорожной колеёй

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.

1. Ротенберг Р. В. Подвеска автомобиля и его колебания. – 2‑е изд., перераб. и доп. – М.: Машгиз, 1960. – 356 с.

2. Певзнер Я. М. Теория устойчивости автомобиля. – М.: Машгиз, 1947. – 156 с.

3. 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].

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. Федотов Г. А., Поспелов П. И. Изыскания и проектирование автомобильных дорог. – М: Высшая школа, 2009. – 648 с. ISBN 978-5-06-006056-0.

8. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. – М.: Мир, 1989. – 510 с. ISBN 5-03-000994-9.

9. Мозгалёв В. В., Липлянин П. К., Расчёт и конструирование резиновых изделий и форм. – Минск: БГТУ, 2010. – 149 с.

10. Бидерман В. Л. Автомобильные шины. – М.: Госхимиздат, 1963. – 384 с.

11. Работа автомобильной шины / Под ред. В. И. Кноро-за. – М.: Транспорт, 1976. – 238 с.

12. Пановко Я. Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. – 3‑е изд., доп. и переработ. – Л.: Машиностроение (Ленингр. отд-ние), 1976. – 320 с.