Движение транспортного средства (ТС) по дороге с поперечным уклоном (косогором, виражем) или с радиусом кривизны связано с появлением поперечных сил, вызывающих разгрузку колес одной стороны автомобиля и дополнительную нагрузку колес второй стороны. Под действием этих сил возможна потеря поперечной устойчивости автомобилем, выражающаяся либо в боковом скольжении шин по дороге (занос), либо в опрокидывании автомобиля.
Известны четыре критерия поперечной устойчивости: βo и bз – предельные углы косогора по условиям опрокидывания или бокового скольжения, (град); nо и nз – критические скорости движения по опрокидыванию или заносу, (км/ч). В курсах теории автомобиля для определения значений βo и bз считают, что в случае движения автомобиля по кривой поперечной силой является только центробежная сила инерции, а при движении по косогору – поперечная составляющая силы тяжести Gsina.
Приравнивая к нулю сумму вертикальных реакций на менее нагруженных колесах, что справедливо для начала опрокидывания автомобиля, составляют уравнения моментов, решая которые, получают значения nо и βo. Предполагая также, что продольные силы отсутствуют, и сцепление шин с дорогой полностью использовано, проецируют все силы на плоскость дороги, после чего получают выражения для определения nз и bз.
Как показала практика эксплуатации и результаты экспериментальных исследований, величины nо и βo, вычисленные подобным образом, нельзя считать точными. В действительности, разгруженные колеса отрываются от дороги при значениях скорости и углов косогора, меньших, чем это определяют имеющиеся формулы, так как при их выводе учитывают лишь самые общие геометрические размеры автомобиля: колею В и высоту центра масс hg, а остальные особенности конструкции не учитывают. Согласно известным формулам для достижения одинаковой устойчивости различных автомобилей достаточно лишь, чтобы значения В и hg были соответственно равны. В действительности этого условия недостаточно.
Движение автомобиля по косогору и кривой связано с некоторыми дополнительными явлениями, усиливающими вероятность опрокидывания автомобиля и не учитывающимися в расчетах. Сюда относится, например, перемещение масс наливных, насыпных грузов в сторону действия поперечной силы. Это перемещение вызывает изменение положения подрессоренных центров масс, незначительно неподрессоренных масс, вследствие которых возрастает опасность опрокидывания автомобиля. Под действием поперечных сил происходит деформация шин одновременно в двух направлениях: радиальном и боковом.
Таким образом, возникает противоречие: с одной стороны, все в большей мере проявляет себя тенденция увеличения количества специализированных ТС, предназначенных для перевозки наливных, насыпных грузов, с изменяемыми координатами центров масс в поперечных и вертикальных направлениях на уклонах и поворотах. Кроме того, реальные значения общепринятых критериев поперечной устойчивости ТС (bо, nо) меньше чем теоретически определенные по существующим методикам. Это требует уточнения существующих методик и формул для оценки поперечной устойчивости. С другой стороны – недостаточное исследование влияния степени изменения координат центров масс на устойчивость ТС на боковых уклонах и поворотах, особенно на высоких скоростях и при движении по сложным кривым маршрутам.
Предполагается, что в большинстве принятых математических моделей, представленных в виде уравнений, недостаточно учитывается упругость шин и подвески шасси и упругость шин и подвески перевозимых ТС. Для наливных (насыпных) ТС не учитывается смещение центра масс [1]. Противоречие частично может быть разрешено проектированием несущих систем ТС с устройствами для автоматического регулирования заданных координат центров масс [2].
Для этого существует необходимость разработки методики учета влияния масс ТС и грузов, сложных упругодемпфирующих связей между ними (в том числе упругости шин), проявляющихся в вертикальных и поперечных координатах.