Поворот на малой скорости

Первым шагом к пониманию поворота является анализ поведения автомобиля на низкой скорости. На низкой скорости (манёвры на стоянке) шины не должны развивать боковых сил. Таким образом, они поворачивают без угла увода (скольжения, slip angle) и автомобиль должен преодолевать поворот, как показано на Рисунке 6.1. Если задние колёса не имеют угла увода, центр поворота должен лежать на проекции задней оси. Кроме того, перпендикуляр к каждому из передних колёс должен пройти через ту же точку (центр поворота). Если они не проходят через ту же точку, передние шины будут "бороться" друг с другом в повороте и каждая в повороте будет испытывать небольшое трение (боковое скольжение, sideslip). Идеальные углы поворота на передних колёсах устанавливаются геометрией, показанной на рисунке, и определяют углы управления для поворота.

Рис. 6.1. Геометрия поворота автомобиля.

Для правильной геометрии в повороте (при малых углах) углы управления задаются формулами:

(6-1)

(6-2)

Средний угол поворота передних колёс (снова для малых углов) определяется в [2] как угол Аккермана:

(6-3)

Для обозначения точной геометрии передних колёс, показанной на Рисунке 6.1, часто используется термины "поворот Аккермана" или "геометрия Аккермана". Правильные углы зависят от колёсной базы автомобиля и угла поворота [3]. Ошибки, или отклонения, от  углов Аккермана в углах управления влево-право могут оказать значительное влияние на износ передних шин. Ошибки не оказывают существенного влияния на характеристику направленности [4], однако, они влияют на центровку моментов в системе рулевого управления [5]. При правильной геометрии Аккермана, моменты рулевого управления имеют тенденцию к увеличению вместе с увеличением угла управления, что обеспечивает водителю естественное ощущение обратной связи через руль. При другой крайности параллельного управления рулевые моменты вначале растут вместе с углом, но могут уменьшаться после определённой точки, и даже стать отрицательными (стремясь ещё больше увеличить угол в повороте). Этот тип поведения в системе рулевого управления является нежелательным.

Другим важным аспектом поворота на малой скорости является выход из колеи (off-tracking), который происходит с задними колёсами. Расстояние этого отклонения, Δ, может быть рассчитано исходя из простых отношений геометрии:

(6-4a)

Используя выражение для разложения косинуса, а именно:

получаем:

(6-4b)

По понятным причинам выход из колеи в первую очередь вызывает озабоченность для транспортных средств с длинной колёсной базой, таких как грузовики и автобусы. Для сочленённых машин (автопоездов) геометрические уравнения становятся более сложными и известны как уравнения "трактрисы" (линии погони, "tractrix").