Устойчивость автомобиля
Устойчивость автомобиля — это его способность двигаться без опрокидывания и бокового заноса. Значение устойчивости повышается при движении в условиях сильно пересеченной местности, по скользкой дороге, на крутых закруглениях пути.
Различают продольную, поперечную и боковую устойчивость автомобиля.
Под продольной устойчивостью понимают способность автомобиля сохранять устойчивость в продольном направлении (вдоль дороги) при преодолении подъемов и движении на спусках. Чем короче база автомобиля (расстояние между осями), меньше тяговое усилие на ведущих колесах, круче уклон дороги, тем меньше продольная устойчивость. При движении на подъеме нагрузка на задние колеса увеличивается, а на передние уменьшается. Уменьшение давления передних колес на дорогу также уменьшает продольную устойчивость. Однако потеря автомобилем продольной устойчивости (опрокидывание через переднюю или заднюю ось) сравнительно редкое явление и может быть в исключительных случаях — при очень крутом спуске в горных условиях и т. п.
Способность автомобиля сохранять устойчивость в поперечном направлении (поперек дороги) называется поперечной устойчивостью, например при движении по дороге с поперечным уклоном или по косогору. Потеря автомобилем поперечной устойчивости (опрокидывание через левые или правые колеса) тем менее вероятна, чем шире колея (расстояние между колесами) и ниже расположен центр тяжести. Значительное повышение центра тяжести вследствие высоты груза снижает поперечную устойчивость автомобиля.
Боковой устойчивостью называют способность автомобиля противостоять влиянию боковых сил, вызывающих скольжение задней или передней оси в сторону (боковой занос).
Загородное шоссе иногда имеет выпуклый поперечный профиль, часто переходящий на повороте в односторонний уклон как в сторону центра поворота, так и в сторону от центра поворота. В последнем случае боковая устойчивость автомобиля резко снижается, так как боковая сила, вызывающая занос, и центробежная сила, опрокидывающая автомобиль, направлены в одну сторону от центра поворота.
Известны случаи, когда боковой занос заканчивается опрокидыванием автомобиля. Опрокидывание автомобиля может также произойти от резкого поворота руля на высокой скорости автомобиля, и, чтобы удержать равновесие в этом случае, нужно быстро вернуть руль в прежнее положение.
При вождении не следует создавать условий, в которых устойчивость автомобиля понижается. Для этого надо избегать резкого трогания с места, резкого торможения, резких поворотов руля, высоких скоростей движения на скользкой дороге, закруглениях и уклонах, обращать особое внимание на правильную укладку и крепление груза в кузове, чтобы избежать искусственного повышения центра тяжести автомобиля.
Устойчивость автомобиля. Опрокидывание и его причины
Устойчивость – это совокупность свойств, определяющих критические параметры по устойчивости движения и положения автомобильного транспортного средства (АТС) или его звеньев.
Признаком потери устойчивости является скольжение АТС или его опрокидывание. В зависимости от направления скольжения или опрокидывания АТС различают поперечную и продольную устойчивость.
Во время движения автомобиль имеет инерцию, а в момент начала поворота, помимо центробежной силы возникает дополнительная поперечная сила (составляющая сила инерции), направленная в том же направлении, что и центробежная сила. При очень большой скорости движения и резком повороте (поперечная составляющая сила инерции и центробежная) суммарная сила может привести даже к опрокидыванию автомобиля.
Поперечная сила С стремится нарушить устойчивость автомобиля, а сила G стремится удержать его в устойчивом положении. Колеса образуют крайние опоры автомобиля, а центр тяжести (ЦТ) расположен на равном удалении от правого и левого колес и на определенной высоте hn от поверхности дороги. Чем выше центр тяжести и уже колея автомобиля, тем больше он подвержен опасности опрокидывания.
Рис. Схема сил влияющих на поперечную устойчивость автомобиля
Опрокидывание автомобиля
Опрокидывание автомобиля может произойти как в продольной, так и в поперечной плоскости.
Опрокидывание в продольной плоскости относительно задней оси происходит в момент, когда сила давления передних колес на дорогу уменьшается до нуля. Практически до начала опрокидывания наступает буксование колес на подъеме, автомобиль сползает назад вследствие недостаточного сцепления колес с дорогой.
Возможно переворачивание автомобиля вперед при резком торможении на крутом спуске, если автомобиль имеет короткую базу и высоко расположенный центр тяжести. В данном примере возникшая сила инерции складываясь с горизонтальной составляющей силы веса, дает результирующую силу, которая выходит за пределы опорной площади передней оси автомобиля. Известны случаи опрокидывания автомобиля назад, когда при движении задним ходом автомобиль съезжает в овраг, реку и т. п.
Рис. Продольное опрокидывание автомобиля на спуске во время торможения
При движении автомобиля по дороге, имеющей поперечный уклон, возникает боковая сила, равная поперечной составляющей от веса автомобиля. Эта сила может вызвать опрокидывание автомобиля или его скольжение вбок. Устойчивость автомобиля к опрокидыванию в этом случае зависит от колеи автомобиля высоты расположения центра тяжести и угла поперечного наклона дороги.
Рис. Схема сил, действующих на автомобиль при движении на дороге, имеющей поперечный уклон
Чем выше расположен груз, тем больше высота расположения центра тяжести, следовательно, тем вероятнее опрокидывание грузового автомобиля. Чем шире колея автомобиля, тем более устойчив автомобиль как при движении на повороте, так и при движении по дороге, имеющей поперечный уклон.
Опрокидывание автомобиля в поперечной плоскости, т.е. вбок, может произойти под действием центробежной силы на повороте, при резком повороте рулевого колеса на большой скорости, сильном боковом наклоне и вследствие неправильного закрепления груза в кузове.
Неправильная укладка груза в кузове может значительно изменить положение центра тяжести, сместив его как вбок, так и вверх. Характерным примером может служить цистерна, не заполненная целиком жидким грузом. Под влиянием центробежной силы жидкий груз смещается к одной стороне цистерны, центр тяжести смещается вверх и в сторону, а сила тяжести, удерживающая автомобиль от опрокидывания, действует уже не по оси автомобиля а смещается в сторону перемещения центра тяжести.
Рис. Смещение центра тяжести жидкого груза под действием центробежной силы
Причины опрокидывания автомобиля
Чтобы избежать опрокидывания, нужно на опасных участках дороги снизить скорость, плавно повернуть рулевое колесо, плавно тормозить, равномерно разместить и хорошо закрепить груз в кузове автомобиля.
Стабилизация при боковом опрокидывании
Аварийная ситуация, связанная с опрокидыванием автомобиля, является следствием критических ситуаций: сноса передней оси, бокового скольжения, критического и ритмического заносов, вращения автомобиля. Сами по себе эти критические ситуации не могут перерасти в опрокидывание до тех пор, пока скольжение не прерывается «упором» — боковым ударом о препятствие (яму, бугор, выступ, бордюр и др.).
Опрокидывание может возникнуть при съезде одним или двумя колесами в глубокую обочину (кювет), чаще всего в процессе поворота. Такие ситуации возникают под действием центробежной силы из-за высокой скорости движения. Когда колесо или колеса автомобиля опускаются в кювет, общий центр тяжести смещается вовне. Автомобиль оказывается в неуравновешенном состоянии, и даже небольшой импульс боковой силы вызывает глубокий крен, а затем и опрокидывание из-за того, что мягкий грунт обочины препятствует боковому скольжению.
Однако поводом для опрокидывания в большинстве случаев служат действия самого водителя. Стремясь выйти из кювета и вернуть автомобиль на проезжую часть, водитель допускает сразу две ошибки: «закрывает газ» и резко поворачивает колеса в сторону дороги. Эти действия и дают тот вращательный импульс, который опрокидывает автомобиль. Повернутые колеса, загруженные торможением двигателя, создают упор, вокруг которого начинается вращение. При этом набранная автомобилем поступательная энергия переходит со вращательную, а высокая скорость заставляет автомобиль сделать несколько опрокидываний через крышу.
Еще более опасным является резкое торможение при одновременном маневре в кювете, особенно в тех случаях, когда сбоку имеется упор (препятствие). Полностью заторможенные колеса создают такой мощный вращательный импульс, что автомобиль, опрокидываясь, буквально взвивается в воздух, и вращение происходит в безопорной фазе очень интенсивно, продолжаясь после приземления на грунт.
Чаще всего первый импульс опрокидывания при ударе наружной поверхностью колеса об упор характеризуется невысокой скоростью, что позволяет водителю своевременно отреагировать стабилизирующими действиями. Эти действия прежде всего связаны с поворотом рулевого колеса в сторону опрокидывания. Прием выполняется двумя руками силовым способом, так как требуется преодолеть сопротивление переднего колеса, загруженного весом автомобиля. Выполняя это действие, необходимо прежде всего «преодолеть себя», т. е. отказаться от возможности выйти из крена, сохранить устойчивость и управляемость для дальнейшей активной борьбы за безопасность.
Вторая «сверхзадача» — отказаться от торможения, что также психологически сложно из-за экстремальности ситуации. Третье условие — сохранить тягу двигателя чтобы выбраться из кювета по более плавной траектории, исключающей возможность опрокидывания.
В ряде случаев борьба водителя за устойчивость автомобиля не прекращается после реакции на опрокидывание. Она может продолжаться в форме сохранения равновесия, если автомобиль продолжает двигаться на двух колесах в форме реакции на критический или ритмический занос (см. соответствующие приемы) или в форме преодоления участка «автокросса», если не удалось сразу выйти на дорогу. Эта борьба ведется методами силового или скоростного руления в сочетании с переменным дросселированием.
Существует и другой механизм опрокидывания, связанный с подбросом внутреннего разгруженного колеса в повороте или при резком маневре. Бугор или другое препятствие на дороге создают эффект «подкидного» гимнастического мостика, который приводит автомобиль к быстротечному опрокидыванию. Реакция водителя чаще всего оказывается запоздалой, так как действия по стабилизации нужно выполнять со значительным опережением.
Опрокидывание может быть спровоцировано и в городских условиях, когда водитель на большой скорости преодолевает препятствие «лежачий полицейский» методом «боковая разгрузка». Направляя наружние колеса (чаще всего правые) на ровный участок дороги рядом с препятствием, водитель не успевает среагировать на резкий подброс переднего колеса, натыкающегося на бугор. Последствием этого может быть мгновенное опрокидывание.
Можно выделить четыре типа критических ситуаций, приводящих к боковому опрокидыванию.
Удар задним колесом в боковую опору при вращении автомобиля, ритмическом или критическом заносе.
Соскальзывание заднего колеса в кювет.
Соскальзывание в кювет переднего наружного колеса.
Подброс разгруженного внутреннего переднего колеса в повороте.
Действия по стабилизации автомобиля будут зависеть от самой критической ситуации, возможностей водителя и состояния дороги.
Общие рекомендации:
повернуть рулевое колесо в сторону опрокидывания, а затем выровнять;
продолжать при необходимости стабилизирующие действия способами силового или скоростного руления и переменного дросселирования, чтобы преодолеть последствия критической ситуации.
Управление автомобилем в критических ситуациях
Стабилизация автомобиля при потере устойчивости и управляемости
Вращение вокруг задней оси на 180° (“полицейский разворот” задним ходом)
Критические ситуации, связанные с неожиданным вращением автомобиля, вызывают даже у опытных водителей отрицательные эмоции из-за неуверенности в своих силах и непредсказуемости конечного результата. Рефлекторное торможение в фазе вращения может усилить опасность возникновения ДТП из-за того, что автомобиль с заторможенными колесами легко переходит в боковое скольжение, уходя либо на обочину, либо на полосу встречного движения.
Возникновению вращения предшествует обычно грубая ошибка в управлении (резкое торможение с длительным блокированием колес, опоздание с реакцией на глубокий занос, замедленное руление, резкое дросселирование и др.). Поводом для потери устойчивости может послужить быстрый маневр или серия маневров, приводящих к ритмическому или критическому заносу.
Одна из острых критических ситуаций — вращение автомобиля на 180°. Разворот спиной к направлению движения вызывает у водителя психологический стресс. В результате он либо полностью отказывается от управления, либо реагирует резким торможением. В ряде ситуаций первая реакция оказывается более безопасной, так как происходит самостабилизация автомобиля вследствие конструктивных особенностей передней подвески (углы схода, развала и кастора передних колес).
Активные действия по стабилизации следует применить тотчас после преодоления фазы критического заноса, когда полностью теряется возможность выровнять автомобиль для прямолинейного движения (угол заноса около 120° — 180°). Нужно не просто прекратить борьбу с вращением автомобиля, а использовать инерцию вращения, чтобы автомобиль повернулся еще на 180° и вернулся к прямолинейному движению после полного разворота на 360°.
1. Если автомобиль развернуло на 180° и начинается неуправляемое скольжение, вы можете выполнить “доворот” до 360° и вернуться к прямолинейному движению.
2. Выключите сцепление и предельно проверните рулевое колесо навстречу вращению. Если до момента разворота вы успели повернуть его в сторону заноса, то можете ограничиться только выключением сцепления.
3. Включите сцепление и выровняйте колеса до полного разворота на 360°.
При этом после непроизвольного вращения вокруг передней оси на 180° нужно произвольно выполнить вращение еще на 180°, но вокруг задней оси (!) в ту же сторону.
Последовательность действий по стабилизации автомобиля (например, вращением против часовой стрелки) зависит от двух условий.
1. Водитель, пытаясь стабилизировать автомобиль в критическом заносе, повернул рулевое колесо вправо до упора. При этом он должен:
• выключить сцепление, чтобы после вращения на 180° перейти к движению задним ходом по инерции;
• включить сцепление, выровнять рулевое колесо, увеличить мощность двигателя перед завершением полного оборота (в фазе вращения 300—360°).
2. Водитель не сумел среагировать на вращение, и передние колеса остались в прямом относительно автомобиля положении. При этом условии водитель должен:
• резко, с максимальной скоростью (!) повернуть рулевое колесо в сторону заноса, чтобы избежать неуправляемого бокового скольжения;
• выключить сцепление;
• включить сцепление и выровнять рулевое колесо для прямолинейного движения.
Для того чтобы автомобиль сохранил прямолинейную траекторию во время вращения, необходимы предельно высокая скорость руления и опережающие действия по выравниванию в заключительной фазе, чтобы воспрепятствовать автомобилю совершить второй оборот вокруг вертикальной оси.
В критической ситуации, связанной с вращением автомобиля на 360, 720° или более, можно констатировать тревожно-парадоксальный феномен, при котором водитель с большим стажем не только не имеет особых преимуществ в безопасности, но в ряде ситуаций попадает в более тяжкие ДТП, чем водитель-новичок. Тот чаще всего отделывается легким испугом, а автомобиль, не уходя с дорожного полотна, останавливается, развернувшись на 180 или 360°.
Ситуация с новичком объясняется отказом от каких-либо действий, что позволяет автомобилю самостабилизироваться. Большинство опытных водителей имеет автоматизированный навык торможения, который проявляется в случае потери уверенности в своих силах. Эта уверенность пропадает у опытных водителей в фазе критического заноса, у более опытных после вращения на 180°. В первом случае торможение вызывает боковое скольжение к обочине, а во втором — на встречную полосу движения. Результатом может быть опрокидывание либо лобовое столкновение. В обоих случаях последствия могут быть плачевны. Вывод—тормозить во время вращения нельзя!
Оказывается, само вращение не столь опасно, как вытекающее из него неуправляемое скольжение. Во время вращения следует опасаться бокового “упора”, который вызывает опрокидывание автомобиля. Если препятствия, выступа, канавы или ямы нет, то возможность опрокидывания, даже на автомобиле с высоко расположенным центром тяжести (самосвале, автоцистерне, автобусе), почти нереальна.
Методика стабилизации автомобиля при вращении включает три последовательных приема.
1. “Доворот” вращением вокруг передней оси до 180°. Выполняется в фазе докритического заноса поворотом рулевого колеса по направлению вращения с резким дросселированием при максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя.
2. Разворот вращением вокруг задней оси (см. прием 39)—“полицейский разворот”.
3. Выравнивание из вращения опережающим скоростным рулением и увеличением тяги двигателя (см. прием 39).
Этот способ стабилизации считается элементом высшей школы мастерства, его сложность связана со следующими моментами:
• опережающие действия в каждой из фаз стабилизации. Начало каждого приема накладывается на заключительную фазу предыдущего, особенно в рулении и дросселировании;
• четкая последовательная координация действий по управлению. Каждая операция совершается за определенное время, что позволяет поддерживать постоянный вращающий импульс;
• предельно быстрый перевод рулевого колеса из одного крайнего положения в другое, что обеспечивается работой двух рук (см. прием 5) или одной руки (см. прием 4);
• чередование трех вариантов дросселирования — резкое на максимальных оборотах, при закрытом дросселе, мягкое опережающее с увеличением тяги.
Самым сложным является очень быстрый перевод колес из одного крайнего положения в другое. Это позволяет перейти от вращения вокруг передней оси к вращению вокруг задней.
1. Если вы не знаете, что делать во время вращения, не делайте ничего и не тормозите. Автомобиль сам стабилизируется.
2. Постарайтесь перевести неуправляемое вращение в управляемое. Для этого в первой фазе увеличьте частоту вращения коленчатого вала двигателя до максимальной и поверните рулевое колесо в сторону разворота. Во второй фазе (после вращения на 180°) выключите сцепление, быстро поверните рулевое колесо в противоположную сторону до упора и выполните “полицейский разворот” (см. прием 39).
Силовое руление при повреждении передней подвески
Ряд критических ситуаций связан с необходимостью приложения к рулевому колесу значительного, а иногда и максимального усилия, чтобы сохранить устойчивость и управляемость автомобиля. Такие ситуации могут возникать при движении по глубокому песку, грязному участку, снежной целине.
1. Сожмите кисти на рулевом колесе, напрягите мышцы рук и спины, препятствуя вращению рулевого колеса.
Меры страховки включают в себя:
• стопорящее удерживающее положение рук с полным обхватом рулевого колеса всеми пальцами (второй—пятый снаружи, первый изнутри);
• мощное статическое напряжение “мышц-антагонистов” (сгибателей и разгибателей одновременно) ;
• остановку вращения рулевого колеса за счет сильных мышц верхнего плечевого пояса (уступающая работа мышц при ударе, стопорящая при удержании и преодолевающая при выравнивании автомобиля на заданной траектории движения.)
Существенно влияет на конечный эффект коэффициент сцепления шин с дорогой. Это влияние зависит от качества покрышки и особенностей покрытия. Импортные асфальтовые шины (например, Мишелин, Пирелли, Гудиер), обладающие высокими сцепными качествами на сухой дороге с асфальтобетонным покрытием, создают при повреждении колеса такой сильный импульс на рулевом колесе, который по силам преодолеть только высококвалифицированному водителю.
Перевод автомобиля на “упор после скольжения”
Если автомобиль выносит наружу на обледенелом повороте, используйте снежное препятствие как опору для торможения и возврата управляемости.
В реальных условиях этот прием используется на зимней заснеженной дороге при прохождении второй части 5-образного поворота, при входе в поворот со скоростью выше критической, при необходимости перейти на противоположный край дороги, а также в случае аварийного торможения при отказе рабочего тормоза.
Технология выполнения предусматривает последовательное выполнение нескольких операций.
1. Перевод автомобиля в дозированный занос контрсмещением и дросселированием или резким включением понижающей передачи.
2. Боковое скольжение к снежному препятствию с сохранением заданного угла заноса.
3. Смягчение удара о снег резким дросселированием (“прорезание упора”).
4. Противодействие обратному вращению, вызванному ударом, уменьшением дросселирования.
5. Предотвращение обратного вращения и возможного опрокидывания выравниванием передних колес при ударе о снег.
6. Стабилизация автомобиля при отскоке от снежного препятствия в управляемом заносе.
7. Переход на постоянный “упор” для дальнейшего движения в повороте.
(43) Стабилизация при боковом опрокидывании
Аварийная ситуация, связанная с опрокидыванием автомобиля, является следствием критических ситуаций: сноса передней оси, бокового скольжения, критического и ритмического заносов, вращения автомобиля. Сами по себе эти критические ситуации не могут перерасти в опрокидывание до тех пор, пока скольжение не прерывается “упором” — боковым ударом о препятствие (яму, бугор, выступ, бордюр и др.).
Опрокидывание может возникнуть при съезде одним или двумя колесами в глубокую обочину (кювет), чаще всего в процессе поворота. Такие ситуации возникают под действием центробежной силы из-за высокой скорости движения. Когда колесо или колеса автомобиля опускаются в кювет, общий центр тяжести смещается кнаружи. Автомобиль оказывается в неуравновешенном состоянии, и даже небольшой импульс боковой силы вызывает глубокий крен, а затем и опрокидывание из-за того, что мягкий грунт обочины препятствует боковому скольжению.
Однако поводом для опрокидывания в большинстве случаев служат действия самого водителя (!). Стремясь выйти из кювета и вернуть автомобиль на проезжую часть, водитель допускает сразу две ошибки: “закрывает газ” и резко поворачивает колеса в сторону дороги. Эти действия и дают тот вращательный импульс, который опрокидывает автомобиль. Повернутые колеса, загруженные торможением двигателя, создают упор, вокруг которого начинается вращение, притом набранная автомобилем поступательная энергия переходит во вращательную и при высокой скорости заставляет автомобиль сделать несколько опрокидывании через крышу.
Еще более опасным является резкое торможение при одновременном маневре в кювете, особенно в тех случаях, когда сбоку имеется упор (препятствие). Полностью заторможенные колеса создают такой мощный вращательный импульс, что автомобиль, опрокидываясь, буквально взвивается в воздух, и вращение происходит в безопорной фазе очень интенсивно, продолжаясь после приземления на грунт.
Чаще всего первый импульс опрокидывания при ударе наружной поверхностью колеса об упор характеризуется невысокой скоростью, что позволяет водителю своевременно отреагировать ‘стабилизирующими действиями. Эти действия прежде всего связаны с поворотом рулевого колеса в сторону опрокидывания. Прием выполняется двумя руками силовым способом, так как требуется преодолеть сопротивление переднего колеса, загруженного весом автомобиля. Выполняя это действие, необходимо прежде всего “преодолеть себя”, т. е. отказаться от возможности выйти из кювета, сохранить устойчивость и управляемость для дальнейшей активной борьбы за безопасность. Вторая “сверхзадача”—отказаться от торможения, что также психологически сложно из-за экстремальности ситуации. Третье условие — сохранить тягу двигателя, чтобы выбраться из кювета по более плавной траектории, исключающей возможность опрокидывания.
В ряде случаев борьба водителя за устойчивость автомобиля не прекращается после реакции на опрокидывание. Она может продолжаться в форме сохранения равновесия, если автомобиль продолжает двигаться на двух колесах, в форме реакции на критический (см. прием 37) или ритмичный (см. прием 38) занос или в форме преодоления участка “автокросса”, если не удалось сразу выйти на дорогу. Эта борьба ведется методами силового или скоростного руления в сочетании с переменным дросселированием.
Страхуясь от опрокидывания, прекратите торможение, с силой поверните рулевое колесо в сторону опрокидывания, а затем выровняйте автомобиль.
Существует и другой механизм опрокидывания, связанный с подбросом внутреннего разгруженного колеса (см. приемы 21 и 31) в повороте или при резком маневре. Бугор или другое препятствие на дороге создает эффект “подкидного” гимнастического мостика, который приводит к быстротечному опрокидыванию. Реакция водителя чаще всего оказывается запоздалой, так как действия по стабилизации нужно выполнять со значительным опережением.
Действия по стабилизации автомобиля будут зависеть от самой критической ситуации, возможностей водителя и состояния дороги. Общие рекомендации:
• не тормозить!
• повернуть рулевое колесо в сторону опрокидывания, а затем выровнять;
• продолжать при необходимости стабилизирующие действия способами силового или скоростного руления и переменного дросселирования, чтобы преодолеть последствия критической ситуации.
