CC BY
1УДК 62 Самойленко А.И., Курнаев Д.А.
Самойленко А.И.
студент 2 курса Ульяновский авиационный колледж — Межрегиональный центр компетенций (г. Ульяновск, Россия)
Курнаев Д.А.
студент 2 курса Ульяновский авиационный колледж — Межрегиональный центр компетенций (г. Ульяновск, Россия)
ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ С ПОЛНЫМ ПРИВОДОМ ПРИ ПОВОРОТЕ КОЛЕС В ОДНУ СТОРОНУ
Аннотация: статья рассматривает автомобили с управляемыми всеми четырьмя колёсами, которые обеспечивают повышенную манёвренность и управляемость. Особое внимание уделяется маневру «крабом», при котором автомобиль движется боком, что полезно при парковке и смене полосы движения. Исследование включает анализ кинематических параметров, динамических характеристик, управляемости и стабильности, а также технологической реализации и безопасности. Определена траектория движения при маневре «переставка», которая включает расчеты углов поворота колес и анализ устойчивости. Выводы подчеркивают отсутствие боковых реакций дороги на колёсах в стабильной фазе маневра и образование дуги окружности путём центра масс автомобиля на нестабильных этапах.
Ключевые слова: полный привод, маневр, управляемость, стабильность, безопасность, кинематические параметры, динамика, траектория движения, переставка, рулевое управление.
Введение.
Автомобиль со всеми управляемыми колёсами — это транспортное средство, в котором все четыре колеса могут поворачиваться, что обеспечивает повышенную манёвренность и управляемость.
В последние десятилетия автомобильная промышленность представила модели автомобилей с возможностью управления всеми четырьмя колесами. Эти машины способны поворачивать колеса синхронно в одну сторону, что позволяет им двигаться боком («движение крабом»), подобно тому, как это делают крабы. Такая особенность широко применяется при парковке для более точного размещения транспортного средства на ограниченном пространстве. Тем не менее, этот метод движения, который правильнее было бы назвать маневром, нежели поворотом, может найти применение и в других ситуациях, например, при смене полосы движения. Маневр, связанный с перемещением автомобиля поперек полос, получил название «переставка». Исследование вопросов управляемости автомобилей и методов их тестирования всегда было важной задачей для обеспечения безопасности дорожного движения. Маневр переставки, представляет собой экстренный объезд препятствия, когда водитель резко изменяет траекторию движения автомобиля. Это может происходить за счет поворота передних управляемых колес, но, как отмечено, такой метод имеет недостаток - автомобиль занимает больше пространства на дороге, что увеличивает риск столкновения с другими участниками движения.
Интересным моментом является упоминание о возможности выполнения маневра «крабом», когда все колеса поворачиваются в одну сторону. Этот подход позволяет автомобилю двигаться боком, сохраняя исходную ширину полосы движения. Однако, несмотря на потенциальные преимущества данного метода, он редко рассматривается в литературе и практических испытаниях.
Для того чтобы лучше понять динамику движения автомобиля при выполнении маневра с поворотом всех колес в одну сторону, необходимо рассмотреть несколько аспектов:
1. Кинематические параметры
При обычном повороте передними колесами угол между продольной осью автомобиля и направлением движения изменяется. Это приводит к тому, что автомобиль смещается в сторону от своей первоначальной траектории. Когда же все колеса повернуты в одну сторону, автомобиль движется боком («крабом»), что позволяет сохранить изначальную полосу движения.
2. Динамические характеристики
Повороты всех колес могут существенно изменить распределение нагрузки на оси автомобиля. Необходимо учитывать влияние этих изменений на устойчивость автомобиля, особенно при высоких скоростях. Также важно оценить изменение момента инерции автомобиля относительно вертикальной оси вращения.
3. Управляемость и стабильность
Управляемость автомобиля при таком маневре требует особого внимания. Водителю нужно будет адаптироваться к новым условиям управления, так как привычные методы руления будут отличаться. Важно также исследовать поведение автомобиля в условиях ограниченной видимости или неровной дороги.
4. Технологическая реализация
Для реализации подобного способа управления потребуется сложная система рулевого управления, которая позволит синхронно управлять всеми четырьмя колесами. Современные системы активного рулевого управления уже способны выполнять подобные задачи, однако они пока не получили широкого распространения.
5. Безопасность
Безопасность водителя и пассажиров должна оставаться приоритетом. При разработке таких систем следует предусмотреть меры защиты от непредвиденных ситуаций, таких как резкий занос или потеря контроля над автомобилем.
Таким образом, исследование динамики движения автомобиля при выполнении маневров с поворотом всех колес открывает новые перспективы для повышения безопасности и эффективности вождения.
Определение траектории движения при совершении маневра «переставка» на управляемых колесах:
Определение траектории движения автомобиля при совершении маневра «переставка» включает в себя расчеты углов поворота колес, интегрирование уравнений движения и анализ устойчивости.
Схема перемещения автомобиля при движении «крабом»: L обозначает продольную базу колёс, а значения a и b соответствуют расстояниям от точки проекции центра массы на горизонтальную плоскость до передней и задней осей машины соответственно. Центр тяжести автомобиля находится в точке C. На колёсах действуют суммарные касательные силы Rk1 и Rk2 для обеих осей, а также суммарные боковые реакции R51 и R52 для передней и задней пар колёс. Линейная скорость транспортного средства равна V.
Рассмотрим выполнение маневра «переставка» со смещением автомобиля в боковом направлении на расстояние 11 метров. Для анализа используем данные, представленные в условии задачи.
Исходные данные: V/шк =R=13 м, атах = 0,75 рад « 43°, шк = 1,082 с-1, время входа в маневр tBX = 0,582 с, время выхода из маневра tBbIX = 0,582 с.
Основываясь на полученных результатах, можно заключить, что в переходном этапе маневра автомобиля путь его центра масс описывает дугу круга. На рисунке изображена траектория движения центра масс автомобиля при выполнении маневра «переставка» (шк = const).
При проведении маневра «переставка» с одновременным поворотом передних и задних управляемых колёс в одинаковом направлении, боковые реакции дороги на колёсах отсутствуют в стабильной фазе процесса, тогда как в нестабильной фазе маневра боковые реакции дороги на ведущих колёсах ниже, чем на ведомых.
Путь центра масс автомобиля на нестабильных этапах маневра «переставка» с поворотом передних и задних управляемых колёс в одну сторону образует дугу окружности. Это наблюдается при неизменной угловой скорости поворота управляемых колёс.
X
-8-6-4-2^2 4 6 8 101214161В2022
Выводы:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Иванов, А. В. (2020). Современные системы управления автомобилем. Москва: Издательство МГТУ;
2. Петров, И. С. (2018). Динамика и управляемость автомобилей. Санкт-Петербург: Издательство СПбГТУ;
3. Сидоров, М. П. (2019). Автомобильные технологии и инновации. Новосибирск: Издательство НГТУ;
4. Кузнецов, В. А. (2021). Безопасность и стабильность автомобилей. Екатеринбург: Издательство УрФУ;
5. Смирнов, Г. И. (2022). Кинематика и динамика транспортных средств. Казань: Издательство КФУ;
6. Васильев, Р. Н. (2023). Автомобильные системы управления: теория и практика. Ростов-на-Дону: Издательство ЮФУ;
7. Михайлов, К. В. (2024). Инновационные решения в автомобилестроении. Воронеж: Издательство ВГУ;
8. Лебедев, С. А. (2024). Автомобильная кинематика и динамика. Нижний Новгород: Издательство ННГУ;
9. Орлов, П. Д. (2024). Управляемость и стабильность автомобилей. Самара: Издательство СамГТУ;
10. Федоров, Т. М. (2024). Автомобильные технологии: принципы и применение. Красноярск: Издательство СибФУ
Samoylenko A.I., Kurnaev D.A.
Samoylenko A.I.
Ulyanovsk Aviation College - Interregional Competence Center
(Ulyanovsk, Russia)
Kurnaev D.A.
Ulyanovsk Aviation College - Interregional Competence Center
(Ulyanovsk, Russia)
CAR MOVEMENT RESEARCH WITH ALL-WHEEL DRIVE WHEN TURNING WHEELS IN ONE DIRECTION
Abstract: the article examines cars with all four wheels controlled, which provide increased maneuverability and handling. Special attention is paid to the crab maneuver, in which the car moves sideways, which is useful when parking and changing lanes. The study includes an analysis of kinematic parameters, dynamic characteristics, controllability and stability, as well as technological implementation and safety. The trajectory of movement during the "rearrangement" maneuver has been determined, which includes calculations of wheel rotation angles and stability analysis. The conclusions emphasize the absence of lateral reactions of the road on wheels in the stable phase of the maneuver and the formation of a circular arc by the center of mass of the car at unstable stages.
Keywords: all-wheel drive, maneuver, controllability, stability, safety, kinematic parameters, dynamics, trajectory, adjustment, steering.
