Ponavljanje-stabilnost vozila

Ponašanje vozila pri kružnom gibanju (utjecaj centrifugalne sile)

Zbog zapreka na terenu cesta se nikad ne pruža u dužim pravcima, već ona ima zavoje. Zavoj je dijelom izveden kao dio luka kružnice, pa pri kretanju vozila kroz zavoj nastaje kružno gibanje.

Zbog djelovanja centrifugalne sile vozilo se često, ako je ona prevelika, može zanijeti, a osobita opasnost za prevrtanje je za nakrcana teretna vozila kao i za izvanstandardna vozila (autobusi na dva kata).

Centrifugalna sila će biti veća ako je veća brzina gibanja vozila u zavoju, te ako je polumjer zavoja mali.

Pri kružnom gibanju vozila centrifugalna sila napada stabilnost vozila na dva načina. Izaziva bočno klizanje vozila, tj. zanošenje vozila na kolniku, ili pak prevrtanje vozila.

Veličina centrifugalne sile se izvodi iz drugog Newton-ovog aksioma, koji glasi Fc=FG*v na 2/g*R

Odnosno ako je brzina izražena u km/h, centrifugalna sila glasi: Fc=FG*V na 2/127*R

Prijelomne nivelete ceste potrebno je zaobliti, kako ne bi bila ugrožena prohodnost vozila. Ovo zaobljenje nivelete može biti konveksno i konkavno. U oba slučaja na ovom zaobljenju djeluje centrifugalna sila.

Kod konveksnog zaobljenja "rasterećuje" vozilo i time uzrokuje nesigurno upravljanje.

FG*V na 2/127*R<0.8*FG
Vkv na 2<0.8*127*Rkv
Vkv<11.3*korijen od 0.8*Rkv [Km/h]

Vkv-granična brzina u vertikalnom konveksnom zavoju
11.3-konstanta
0.8-određuje potrebnu količinu sile težine vozila kojadjeluje na kolnik
Rkv-polumjer konveksne zakrivljenosti nivelete

Kod konkavnog zaobljenja izaziva dodatno opterećenje pneumatika, gibanje i cijele konstrukcije.

Fc<0.05*FG
FG*V na 2/127*R<0.05*FG
Vkk na 2<11,3*korijen od 0.05*Rkk [Km/h]

Vkk-granična brzina u vertikalnom konkavnom zavoju
11.3-konstanta
0.05-određuje dozvoljeno ili usvojeno preopterećenje vozila u odnosu na njegovu ukupnu težinu
Rkk-polumjer zakrivljenosti nivelete (m)

Prevrtanje vozila nastupa kada zbroj opterećenja unutarnjih kotača (bližih središtu zavoja) postane jednak nuli, odnosno kada pravac rezultante centrifugalne sile Fc i težine vozila FG djeluje izvan dodira vanjskih kotača i kolnika.

Predupravljanje je stanje u kojem stražnji kraj vozila nije pod kontrolom. Predupravljanje je rezultat postizanja maksimalnih sila prianjanja (trenje / adhezijske sile između pneumatika i podloge) koje mogu ostvariti stražnji pneumatici.

Podupravljanje, rezultira proklizavanjem prednjih kotača automobila. Prilikom podupravljanja vozilom potreban je širi luk kako bi se savladao zavoj, a postoji i velika opasnost od izlijetanja iz zavoja.

Tri karakteristična slučaja rasporeda sila pri
gibanju vozila u zavoju:

U slučaju A pravac rezultante FR, djeluje između traga dodira kotača i podloge, te u ovom slučaju ne može doći do prevrtanja vozila.

U slučaju B prikazanje granični slučaj, tj. pravac rezultante FR, između sile težine vozila FG i centrifugalne sile Fc, koji prolazi kroz trag dodira vanjskih kotača s podlogom. U ovom slučaju veličina centrifugalne sile Fc maksimalno je dozvoljena i ukoliko bi došlo do neznatnog povećanja centrifugalne sile to bi prouzrokovalo prevrtanje vozila.

Slučaj C prikazuje situaciju u kojoj dolazi do prevrtanja vozila.

Uzdužna stabilnost vozila određuje se vjerojatnošću njegova prevrtanja oko prednje ili zadnje osovine.

Naravno, vrlo su rijetki slučajevi takvog prevrtanja vozila.

U neprirodnim slučajnim uvjetima, kao što su naleti velikom brzinom na strmu nizbrdicu, ili slijetanje sa ceste u provaliju, moguće je
prevrtanje vozila oko prednje ili zadnje osovine.

Prevrtanje vozila oko zadnje osovine na strmoj uzbrdici također je malo vjerojatno.

Zanošenje vozila - bočno klizanje - nastaje kada svi kotači ili kotači samo jedne osovine izgube sposobnost održavanja staze vozila, tj. kada rezultanta centrifugalne sile i vučne sile postane veća od sile trenja, odnosno kada iziđe iz kruga maksimalne adhezijske sile. Tada
dolazi do klizanja, zanošenja vozila u smjeru rezultante vučne i centrifugalne sile.

Veličinu maksimalno dozvoljene centrifugalne sile (vožnja na granici klizanja) Fc dobit ćemo preko jednadžbe: suma Xi=0 (FTrv+Ftru)=Fckliz=mu*FG
u kojoj je zbog bočnih reakcija jednak maksimalnoj adhezionoj sili mu FG odnosno, da ne nastupi klizanje u stranu ili zanošenje: Fc kliz <mu*FG

Gdje je:
V kliz-granična brzina u kojoj ne dolazi do zanošenja vozila (km/h)
R-polumjer zavoja (m)
mu-koeficijent trenja

Djelovanje svih sila pri gibanju vozila kroz zavoj u horizontalnoj ravnini.

Veličinu maksimalno dozvoljene centrifugalne sile dobit ćemo iz zbroja momenata, s obzirom na točku A:

Suma MA=0 FGu*p+Fc*yt-FG*p/2=0

Vprev-granična brzina u kojoj neće doći do prevrtanja vozila(km/h)
p-širina razmaka između lijevih i desnih kotača vozila (m)
yt-visina težišta vozila(m)
R-polumjer zavoja (m)
11,3-konstanta (11,3 11,3=127,...)