admin / 02.10.2020

Крен автомобиля

&nbspНовый способ борьбы с креном

Деньги на машину уже потрачены, и вы наконец-то перешли в стадию активного автомобилизма — начали ездить. Помимо ощущения комфорта, которое хороший автомобиль вам подарит сразу, через какое-то время он даст вам более важное чувство — чувство безопасности. Надежности. Уверенности. А из чего оно складывается? Вы знаете, что есть антиблокировочная система тормозов, и машину уже не занесет при резком торможении. Есть антипробуксовочная система — она позволит без проблем тронуться на любом покрытии. Есть удобная и простая автоматическая трансмиссия, а руль легко поворачивается, потому что снабжен гидроусилителем. Затем в списке стоят другие достижения прогресса: четыре управляемые колеса (это делает Honda) и полный привод (первой на серийном легковом автомобиле его установила Audi). Добавьте гидропневматическую подвеску, как у Citroen. И еще, пожалуй, кондиционер и подогрев сидений — все это вполне достижимая мечта обычного автомобилиста.
До недавнего времени оставалось непреодоленным, пожалуй, только одно неудобство: поперечный крен автомобиля, возникающий на поворотах. Ощущение, которое при этом возникает у пассажиров, недвусмысленно — кренящийся автомобиль ненадежен. Действительно, поведение машины в таком случае малопредсказуемо и управлять ею трудно.
Что происходит с автомобилем в повороте? При движении по кривой, как известно, возникает центробежная сила. Она стремится вытолкнуть автомобиль из поворота, чему препятствует только реакция в месте контакта колес с дорогой (в случаях, когда центробежная сила превышает силу сцепления шин с покрытием, автомобиль срывается в занос).
Колеса автомобиля, поднимаясь и опускаясь на неровностях дороги, совершают довольно сложные вертикальные и боковые эволюции. Если рассмотреть перемещения точки, которая находится в центре пятна контакта колеса с дорогой, то в подвеске можно отыскать некий центр, относительно которого эти перемещения происходят по дуге окружности. Его называют центром крена подвески. Прямую, соединяющую центры крена передней и задней подвески, называют осью крена автомобиля.
Возникающая в повороте центробежная сила действует в боковом направлении на центр тяжести, или, что более правильно, центр масс кузова автомобиля. Он находится примерно в полуметре над землей, но всегда выше оси крена. Приложенная к центру масс боковая сила создает относительно этой оси опрокидывающий момент, который и накреняет кузов в повороте или раскачивает его из стороны в сторону при прохождении серии поворотов.
Центробежная сила не только накреняет автомобиль. Она действует и на пассажиров, бросая их в из стороны в сторону и заставляя хвататься за ручки в поисках опоры. Водителю, казалось бы, проще: точка опоры — руль — у него всегда под руками. Однако он может инстинктивно повиснуть на нем и непроизвольно изменить траекторию движения автомобиля.
Крен кузова возникает не только в повороте. К нему приводит и несогласованное перемещение колес на одной оси, например, если одно из них попадет в ямку или на бугорок. Подвеска не успевает сработать, и одну сторону автомобиля слегка подбрасывает. Если дорога очень неровная, колеса пляшут каждое само по себе (явление, получившее название «шимми» — от shimmy, был когда-то такой танец). Кузов машины раскачивается из стороны в сторону, и понятно, что траектория ее движения стабильностью не отличается.

Один из основных способов уменьшения крена — снабжение подвески стабилизатором поперечной устойчивости. Как правило, он представляет собой закрепленный на кузове изогнутый пруток сложной формы, который соединяет между собой противоположные рычаги подвески. Пруток-стабилизатор не мешает колесам подниматься и опускаться вместе, но как только одно из них попадает, например, на бугорок и начинает подниматься отдельно от другого, он скручивается (отсюда название прутка — торсион) и препятствует подъему колеса, который привел бы к раскачиванию кузова.
Установка такого стабилизатора хотя и придает автомобилю устойчивость к качке, но имеет свои недостатки. Соединение рычагов подвески друг с другом делает ее не столь независимой, как следует из названия. Поскольку пруток является упругим элементом, он колеблется с собственной частотой, что нарушает работу подвески. А в очень крутых поворотах такой стабилизатор даже вреден — он дополнительно переносит нагрузку с внутреннего колеса на внешнее — внешнюю шину буквально размазывает по дороге, в то время как внутренняя вот-вот от нее оторвется.
А может ли автомобиль вообще не накреняться при поворотах? Теоретически — да. Например, если опустить центр масс кузова до оси крена, как у машин Formula 1, которые в поворотах не кренятся. Но для обычных легковых автомобилей этот метод по очевидным причинам не годится.
В прошлом году Citroen предложил довольно изящное техническое решение задачи стабилизации поперечного крена кузова. В основе метода — уникальные свойства гидропневматической подвески, которая впервые была применена на экспериментальном Citroen DS еще в 1955 году, с тех пор значительно усовершенствована и сейчас широко используется в автомобилях этой фирмы.
Упругим элементом в гидропневматической подвеске Citroen («Автопилот «#3), как известно, является газ, которым заполнены небольшие сферы. Нагрузка на газ через мембрану передается находящейся в гидравлической системе жидкости.
В ранних вариантах конструкции, где была только одна сфера на каждое колесо, изменением количества жидкости в системе удавалось регулировать только клиренс и положение кузова автомобиля в зависимости от нагрузки. Затем (в подвеске Hydractive) установили дополнительные сферы, а управление доверили компьютеру — появилась возможность изменять жесткость подвески. Следующий вариант — подвеска Hydractive II с измененным алгоритмом управления.
Эта подвеска, оснащенная довольно сложной системой датчиков и компьютером, отслеживает факторы (поперечный ветер, ухабы, ямы), которые стремятся отклонить автомобиль от движения по прямой. Учитывается также скорость автомобиля, положение педали газа, угол поворота руля и боковое ускорение. При неблагоприятном сочетании контролируемых параметров компьютер отключает дополнительную сферу от общего контура, увеличивая жесткость подвески. Естественно, чем жестче подвеска, тем меньше она восприимчива к крену, поэтому автомобиль с подвеской Hydractive или Hydractive II, например Xantia VSX, устойчив к поперечным наклонам кузова гораздо сильнее, чем автомобиль любой другой марки.
Hydractive II работает хорошо, спору нет. Но с точки зрения стабилизации поперечной устойчивости эта подвеска, несмотря на свое название, ведет себя как пассивная — она лишь реагирует на уже возникшее боковое ускорение автомобиля. Естественно, с некоторой задержкой.
Специалистов Citroen это не устраивало. Кроме того, грех было не использовать потенциал самой идеи гидропневматической подвески. И появилась система активной стабилизации поперечной устойчивости автомобиля, получившая некрасивое название SC.CAR. С осени прошлого года она устанавливается на серийные Citroen Xantia Activa.
Справедливости ради стоит отметить, что попытки создания активной системы стабилизации делались и раньше — впервые такая система была опробована на том же экспериментальном Citroen DS. Но тогда не было компьютеров.
В Citroen Xantia Activa используются, с небольшими добавлениями, те же элементы подвески, что и в предыдущих вариантах. Но работает система по-другому. Первое отличие состоит в том, что управляющая подвеской электроника не ждет, пока появится боковое ускорение, свидетельствующее о том, что автомобиль уже вошел в поворот. В Activa величина бокового ускорения прогнозируется еще до поворота, на основании измерений скорости автомобиля, угла и скорости поворота рулевого колеса — это увеличивает быстродействие системы.
Автомобиль, как обычно, оснащен двумя — передним и задним — торсионными стабилизаторами поперечной устойчивости. Но только один конец каждого из них жестко прикреплен к своей стойке подвески. Другой соединен с противоположной стойкой посредством небольшого гидроцилиндра. Гидроцилиндры расположены по диагонали, один на левой передней стойке, второй — на правой задней.
Пока дополнительная центральная сфера подключена к общему контуру и подвеска находится в «мягком» состоянии, активная система стабилизации не работает — гидроцилиндры снижают жесткость торсиона и выполняют только демпфирующие функции, гася его собственные колебания.
Если сочетание измеряемых параметров указывает на то, что автомобиль начал поворот, компьютер отключает дополнительную центральную сферу. При этом, как и в обычной Hydractive II, жесткость подвески увеличивается. И включается активная система поперечной стабилизации — вместе с жесткостью подвески увеличивается жесткость гидроцилиндров и, соответственно, торсиона, который начинает препятствовать крену кузова.
Если крен все же возникает, срабатывает измеряющий его датчик и в гидроцилиндры подается дополнительное количество жидкости — это превращает их в своего рода домкраты, принудительно выравнивающие кузов. Датчик крена срабатывает, когда угол наклона кузова превышает 1/2° — величину столь ничтожную, что она не ощущается ни глазом, ни желудком.
Результат — Citroen Xantia Activa не кренится даже при крутых поворотах, колеса сохраняют перпендикулярное положение к дороге, и поведение автомобиля полностью прогнозируемо. Наверное, преждевременно появившееся выражение «в поворот, как по рельсам» должно относиться на самом деле именно к этому автомобилю.

Рывок рулем, глубокий крен — и, если ничего не предпринять, машина завалится набок! Высокие автомобили, особенно груженые, при резких маневрах на сухом асфальте проявляют склонность к опрокидыванию. Что будет, если сделать Лосиный тест или Поворот, загрузив по полной не только пикапы Mitsubishi L200 и Toyota Hilux, но и популярные нынче кроссоверы и внедорожники: Audi Q7, Toyota Land Cruiser 200, Subaru Forester, Renault Duster и Volkswagen Tiguan?

Почему машины опрокидываются?

Автомобиль взаимодействует с дорогой посредством сил, действующих в пятне контакта шин. Иными словами, векторы сил, заставляющих машину поворачивать, расположены в плоскости дороги. А вот сила инерции автомобиля, противящаяся повороту, приложена в центре масс на определенной высоте от асфальта. В результате образуется пара сил, стремящихся повалить машину набок, — момент от них потому и называется опрокидывающим.

Мало у кого в гараже найдутся электронные весы, чтобы контролировать нагрузку на каждую из осей так, как это делаем мы. Но можно воспользоваться простым житейским способом: до и после погрузки измерить рулеткой расстояние от центра колеса до верхней кромки крыла — просадка подвески, в первую очередь задней, не должна превышать 5 см

Как с этим бороться? Можно расширить колею, чтобы автомобиль крепче стоял на ногах. Можно с помощью кинематики подвески изменить так называемое плечо крена. Можно поставить шины, менее цепкие в поперечном направлении, чтобы машина начинала раньше скользить. Можно, наконец, настроить систему стабилизации таким образом, чтобы она не давала развивать критичных поперечных ускорений.

Основную роль в предотвращении опрокидывания современного автомобиля играет система стабилизации. На асфальте правильно настроенная электроника способна уберечь от переворота даже груженый внедорожник!

Но при прочих равных — чем выше автомобиль, тем больше плечо у пары сил, создающих опрокидывающий момент. Если у обычных легковушек центр масс расположен на высоте ­500—600 мм, то у паркетников он поднят уже на 600—700 мм, а у внедорожников — и вовсе на 750, а то и более. Опрокидывающий момент в идентичных условиях будет почти в полтора раза выше!

Схема маневра Лосиный тест

Скорость выполнения маневра Лосиный тест, км/ч
Автомобиль Пустой Груженый
Renault Duster 2.0 74,3 70,5
Subaru Forester 2.0T 80,1 76,4
Volkswagen Tiguan 2.0 TSI 75,7 75,4
Audi Q7 3.0 TFSI 79,8 78,9
Toyota Land Cruiser 200 Diesel 73,5 67,8
Mitsubishi L200 75,8 70,1
Toyota Hilux 72 71

Схема маневра Поворот

Скорость выполнения маневра Поворот, км/ч
Автомобиль Пустой Груженый
Renault Duster 2.0 69 65
Subaru Forester 2.0T 70 65
Volkswagen Tiguan 2.0 TSI 70 68
Audi Q7 3.0 TFSI 68 68
Toyota Land Cruiser 200 Diesel 66 64
Mitsubishi L200 67,5 61,5
Toyota Hilux 66 62

Он увеличивается еще и по мере загрузки автомобиля — не только потому, что сила инерции прямо пропорциональна массе. Ведь поклажу вы размещаете не на асфальте, а значительно выше. И просадка подвески на ­три—­пять сантиметров (с полной нагрузкой ни одна из семи машин у нас ниже не опустилась) это компенсирует лишь частично.

Проверим?

Первыми выполнять маневры Поворот и Лосиный тест отправились Duster, Forester и Tiguan. Без нагрузки вся троица лихо, без намека на отрыв внутренних колес от асфальта, прописала тарированную дугу радиусом 35 мет­ров на сопоставимых с легковушками скоростях — до 70 км/ч. Полная версия доступна только подписчикамПодпишитесь прямо сейчас я уже подписан

Крены – это повороты кузова автомобиля вокруг его продольной оси. Это очень важная характеристика, которая учитывается при настройке подвески автомобиля. Существуют два центра крена – передний и задний, которые, соответственно, находятся в центре передней и задней оси. Центр крена сам по себе представляет теоретическую точку, вокруг которой кренится подвеска автомобиля. Кроме того, существует такое понятие, как ось крена – это воображаемая линия, соединяющая передний и задний центры крена. Угол крена автомобиля в повороте зависит от того, как расположена ось крена относительно центра тяжести машины. Чем она ближе к центру тяжести, тем меньшие углы крена будут у кузова автомобиля в поворотах. И, естественно, чем дальше от центра тяжести находится ось крена, тем больше автомобиль будет поворачивать вокруг его продольной оси. Регулировкой центров крена и положения их относительно центра тяжести каждой модели занимаются конструкторы на предприятиях-производителях автомобилей. Передний центр крена отвечает за поворачиваемость при ускорении во время прохождения середины виража и при выходе автомобиля из него. Чем ниже передний центр крена, тем лучше у автомобиля поворачиваемость при ускорении, но отзывчивость ее меньшая. Такое размещение центра переднего крена подходит для авто, перемещающихся по ровным трассам с затяжными поворотами. При высоком размещении переднего центра крена у автомобиля меньшая поворачиваемость при ускорении, но само авто лучше управляется. Такой центр крена подходит для перемещения по трассам с множеством поворотов.

Задний же центр крена отвечает за управляемость автомобилем при ускорении и со сброшенным газом во всех стадиях поворота (вхождение, середина и выход из виража). При низком расположении заднего центра крена автомобиль имеет отличное сцепление с дорогой при ускорении, но плохое – при торможении. Такое расположение центра крена способствует увеличению сцепления шин с дорогой, а также предотвращает быстрый износ самих задних покрышек. При высоком заднем центре крена авто обладает меньшей поворачиваемостью при ускорении, но авто лучше управляется.

FILED UNDER : Разное

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*