Устойчивость движения при боковом ветре

Обтекание движущегося автомобиля потоком воздуха сопровождается возникновением аэродинамических сил и моментов относительно трех осей координат; они оказывают заметное влияние на ездовые свойства автомобиля.

При движении автомобиля в безветренную погоду помимо силы сопротивления воздуха на него действуют подъемная сила и продольный момент. При боковом ветре дополнительно появляются боковая сила, поворачивающий и поперечный моменты.

Указанные аэродинамические силы и моменты должны уравновешиваться реакциями дороги, приложенными в пятнах контакта колес. Возникающие при этом углы бокового увода приводят к курсовому отклонению автомобиля, что вызывает необходимость корректировки положения автомобиля управляющим воздействием человека.

Описанное явление, определяемое термином «устойчивость к боковому ветру», должно рассматриваться с двух точек зрения — комфортабельности автомобиля и безопасности движения. В «нормальных», наиболее часто встречающихся условиях движения при наличии бокового ветра его воздействие воспринимается водителем как ухудшение ездового комфорта, поскольку он должен реагировать на постоянно изменяющийся боковой ветер поворотами рулевого колеса. Такой дискомфорт ведет к перегрузке водителя, которая неизбежно выбывает быструю его утомляемость, что в конечном счете может способствовать возникновению на дорогах опасных ситуаций.

При внезапных сильных порывах бокового ветра, направление которых в начальный момент водителю неизвестно, ухудшение комфортабельности езды перерастает в проблему безопасности движения. Если постоянная времени системы «водитель — автомобиль» не адекватна поворачиваемости при боковом ветре, то это ведет к отклонениям от курса даже при «правильном» ответном действии водителя. Но гораздо чаше в этой ситуации имеет место случай, когда водитель неправильно реагирует на боковой ветер и теряет контроль над своим автомобилем. Однако практика показывает, что только в очень редких случаях из-за бокового ветра возникает непосредственная опасность для водителя и автомобиля.

Сила и направление ветра постоянно измеряются метеорологическими службами во многих местах, регистрируются и доводятся да сведения. Сообщаемые данные обычно являются усредненными значениями и относятся к определенной высоте измерений над землей, обычна 10-15 м. Из-за ветра вблизи земли образуется пограничный слой, как правило, турбулентный. Степень турбулентности этого потока имеет тот же порядок, что и среднее значение скорости.

В зависимости от рельефа местности и имеющихся на ней сооружений в рассматриваемой точке, которая, например, может быть выбрана на высоте, равной половине высоты автомобиля, может существовать большая или меньшая скорость ветра относительно значения, приведенного метеорологической службой.

Прокладка дорог, как правило, осуществляется без учета опасности со стороны бокового ветра. Особенно уязвимы а этом отношении туннели, насыпи и мосты. Пробелы среди кустарников и деревьев могут действовать как сопла, и скорость ветра в этом месте по сравнению со скоростью ветра в окружающем пространстве может быть больше. Непроходимая живая изгородь из кустарника или деревьев уменьшает скорость бокового ветра. Лесопосадки, например из тополей, в области стволов в связи с переменным действием кроны деревьев могут иногда вызвать повышенную скорость ветра.

Следует отметить, что степень турбулентности естественного ветра порядка 1. Это значит, что если дует боковой ветер с силой V, то скорость может внезапно увеличиться до 2V или уменьшиться до нуля. Применительно к автомобилю естественная порывистость ветра совершенно равнозначна кажущейся порывистости, вызванной пробелами среда построек или деревьев. В то время как действие равномерного бокового ветра можно компенсировать постоянным углом поворота рулевого колеса, случай, показанный на рисунке выше, опаснее, поскольку от водителя требуется мгновенная корректировка курса автомобиля поворотом рулевого колеса.

Каждому водителю хорошо знаком обгон грузового автомобиля при боковом ветре. Большая опасность возникает тогда, когда легковой автомобиль с подветренной стороны контейнера попадает в поле потока, образованное кабиной грузового автомобиля; здесь по сравнению со скоростью бокового ветра имеют место повышенные скорости, связанные с обтеканием кромок кабины грузовика.