Siły działające na samochód w ruchu krzywoliniowym
poruszającego się ruchem prostoliniowym, należy przyłożyć do niego siły boczne. Siłami tymi są reakcje boczne (oznaczone literą Y), działające na koła samochodu. Reakcje te mogą być wywołane działaniem bocznego wiatru, nierównościami drogi itp. lub mogą być wywołane przez kierowcę przez odpowiednie skręcenie kierowanych kół samochodu. W tym ostatnim przypadku reakcje boczne równoważą siłę odśrodkową F działającą na pojazd poruszający się po torze krzywoliniowym (rys. 9.3). Oznaczając przez Y sumę (wektorową) reakcji działających na poszczególne koła można napisać równanie
Fr = Y (9.2)
gdzie
Y = Y;
+ YPW +
+ YTZ + YTW
Przez YPZ, YPW> Yj^ i YTW oznaczono odpowiednio reakq'e (prostopadłe do płaszczyzn kół) działające na koła: przednie zewnętrzne, przednie wewnętrzne, tylne zewnętrzne i tylne wewnętrzne.
F. =
Siła odśrodkowa
gdzie:
vc — prędkość środka ciężkości C,
Re — odległość środka ciężkości od chwilowego środka obrotu O.
Reakcje boczne Y działają w płaszczyźnie jezdni i ich wartość jest ograniczona przyczepnością opon do nawierzchni — maksymalna siła boczna nie może być większa od siły przyczepności T = l- Z. Można więc napisać warunek określający wartość maksymalnej siły bocznej, jaką można przyłożyć do samochodu w celu zmiany kierunku jego ruchu bez utraty przyczepności
Y < (x • Z
Na drodze poziomej Z = G, a więc Y< ii-G
Z zależności 9.2 i 9.3 wiemy, że
Rc
Podstawiając tę zależność do wzoru 9.4 można określić maksymalną prędkość jazdy po łuku o promieniu Rc i współczynniku przyczepności (j., powyżej której nastąpi utrata przyczepności kół i boczny poślizg pojazdu
v
Obliczona maksymalna prędkość jazdy po łuku, ograniczona przyczepnością, nie zawsze może być osiągnięta, ponieważ wcześniej może dojść do wywrócenia samochodu.
Wskutek działania siły odśrodkowej i%, przyłożonej w środku ciężkości powstaje moment FT • h, działający w płaszczyźnie poprzecznej samochodu, dociążający koła zewnętrzne i odciążający koła wewnętrzne (rys. 9.4).
Aby nie doszło do oderwania się kół wewnętrznych od jezdni, musi być spełniony warunek
Zw > 0
Oznacza to, że mimo działania momentu odciążającego koła te muszą być dociskane do jezdni.
Reakcje normalne Zz i Zu obliczamy układając równania momentów względem punktów styku kół zewnętrznych i wewnętrznych z jezdnią. Równania te mają postać
GĄ-Zw-b-Fr-h = Q
-G--j + Zz-b-Fr-h = 0
stąd
Z=—-F — w 2 r b
Z* 2 + r b
Jak widać, działanie siły odśrodkowej powoduje zmniejszenie reakcji normalnej Zro, działającej na koło wewnętrzne, o wartość Fr • —
oraz powiększenie o taką samą wartość reakcji Zz, działającej na koło zewnętrzne.
a 2 g Rc
Podstawmy do pierwszego z wzorów 9.7 Fr wyrażone wg wzoru 9.3. Otrzymamy wówczas
Wstawiając tę zależność do wzoru 9.6 można określić maksymalną prędkość jazdy po łuku, powyżej której nastąpi oderwanie się kół wewnętrznych od jezdni i wywrócenie samochodu
Jak widać, vc ro- jest tym większa, im większy jest rozstaw kół b i im niżej położony jest środek ciężkości.
O prawidłowym ruchu pojazdu decyduje oczywiście mniejsza spośród dwu obliczonych prędkości dopuszczalnych. Kierowca bowiem nie może dopuścić ani do utraty przyczepności, ani do wywrócenia pojazdu.
Porównując wzory 9.5a i 9.8a można napisać zależność umożliwiającą określenie, czy w danych warunkach ruchu dojdzie do bocznego poślizgu, czy do wywrócenia pojazdu.
Do poślizgu bocznego dojdzie wówczas, gdy vc naxp 0 (nawierzchnia drogi jest pochylona), wówczas wyrażenie w nawiasie jest większe od jedności, a więc prędkość maksymalna jest większa niż w przypadku drogi o poziomej nawierzchni.
Postępując analogicznie jak poprzednio, można na podstawie rozkładu sił, przedstawionego na rys. 9.5, wyznaczyć reakcję normalną Zn, działającą na koło wewnętrzne, i następnie, podstawiając ją do warunku 9.6, obliczyć maksymalną prędkość jazdy dopuszczalną ze względu na możliwość wywrócenia samochodu. Pozostawiając czytelnikowi wyprowadzenie tego wzoru napiszemy go już w ostatecznej postaci
Podobnie jak wzór 9.10, wzór 9.11 dla a = 0 przyjmuje postać wzoru 9.8, natomiast dla a > 0 wyrażenie w nawiasie jest większe od jedności, a więc prędkość dopuszczalna na drodze o pochylonej nawierzchni jest większa od prędkości dopuszczalnej na drodze o poziomej nawierzchni.