Вынужденные колебания масс в динамической системе возникают в случае, когда на нее действует периодическое внешнее возмущение. У автоколебательных или самовозбуждающихся систем внешнее возмущение становится периодическим только при наличии колебаний в системе. Если же в автоколебательной системе колебания не возникают, внешнее возмущение будет оставаться постоянным.

В 30-х годах в конструкциях легковых автомобилей в связи с повышением скоростей движения начали применять подвеску с мягкими рессорами, шины низкого давления, тормоза стали устанавливать не только на задние колеса, но и на передние. После введения этих усовершенствований при движении автомобиля с высокими скоростями появились особого вида колебания управляемых колес, получившие название «шимми». Они включали угловые колебания переднего моста в вертикально-поперечной плоскости и колебания колес вокруг шкворней. Автоколебания вызывают большие динамические нагрузки на детали рулевого управления, интенсивное изнашивание шин и приводят к потере автомобилем управляемости и устойчивости. Одной из основных причин возникновения автоколебаний управляемых колес является наличие гироскопической связи между угловыми колебаниями управляемого моста автомобиля в поперечной плоскости и поворотом колес этого моста относительно шкворней.

Рассмотрим физическую сущность процессов, происходящих при автоколебаниях управляемых колес. При высокой скорости движения колеса автомобиля можно рассматривать как быстро вращающиеся гироскопы. При случайном повороте управляемых колес вокруг шкворней на угол возникает    гироскопический    момент. Под действием этого момента управляемый мост повернется в вертикальной плоскости на угол, а в горизонтальной плоскости появится гироскопический момент, увеличивающий угол   поворота   управляемых    колес.

Таким образом, поворот управляемых колес вызовет перекос переднего моста, который в свою очередь увеличивает поворот управляемых колес.

Вследствие поворота моста в вертикальной плоскости динамический радиус одного из колес уменьшится, а другого — увеличится. В первом случае продольная реакция дороги увеличивается, поскольку возрастает сила сопротивления качению и уменьшается радиус качения колеса. Увеличение продольной реакции при уменьшении радиуса качения колеса объясняется тем, что при постоянной скорости движения автомобиля с уменьшением радиуса качения ведомого колеса должна увеличиться угловая скорость его вращения, т. е. оно должно получить угловое ускорение.

Изменение касательных реакций дороги приводит к появлению дополнительного момента, который поворачивает управляемые колеса в горизонтальной, а вследствие гироскопической связи и в вертикальной плоскостях на некоторый угол. При этом происходит дополнительная деформация рулевого привода, подвески и шин. Когда поворачивающий момент становится равным моменту сопротивления, угловая скорость вращения моста равна нулю и колеса начинают движение в сторону положения равновесия. Поскольку в упругих элементах подвески и рулевого привода произошло накопление потенциальной энергии, мост проходит положение равновесия и происходит поворот колеса в противоположную сторону при одновременном уменьшении его радиуса. Это в свою очередь приводит к появлению момента сопротивления, «доворачивающего» в эту же сторону управляемый мост. После того как момент сопротивления становится равным моменту упругих сил в подвеске, шинах и рулевом приводе, процесс повторяется.

Таким образом, при автоколебаниях управляемых колес возникает переменное по значению и направлению сопротивление, поддерживающее колебания колес на определенном уровне. При расчетных исследованиях автоколебаний принимают следующие допущения:
1) подрессоренная масса автомобиля колебаний не совершает, а перемещается по координате х с постоянной скоростью;
2) вертикальные и угловые перемещения моста в вертикальной плоскости не связаны;
3) рулевое колесо в процессе колебаний неподвижно, а колебания вокруг шкворней происходят в силу упругости рулевого управления.

Проведенные исследования показывают, что при уменьшении жесткости подвески, шин и привода, увеличении масс колес, а также гироскопической связи (увеличении скорости движения автомобиля) возрастет амплитуда колебаний колес.

Поскольку явление автоколебаний управляемых колес вызвано гироскопической связью угловых колебаний моста в вертикально-поперечной плоскости и колес в горизонтальной плоскости, устранение этих колебаний обеспечивается применением таких типов подвесок, в которых деформация упругих элементов не приводит к изменению положения плоскости вращения колес. На рис. 6.33 показана схема такой подвески. Каждое колесо связано с рамой двумя равными по длине рычагами. Если соединить центры шарниров, получится параллелограмм. При таком устройстве вертикальное перемещение колеса не будет сопровождаться наклоном его плоскости. Поэтому гироскопический момент не возникает, и при вертикальных перемещениях колеса не будет его виляния. В настоящее время получили наибольшее распространение подвески передних колес, имеющие рычаги неодинаковой длины. Это обстоятельство приводит к тому, что при вертикальном перемещении переднего колеса угол наклона его плоскости относительно плоскости дороги несколько меняется. Однако пределы изменения этого угла ограничены, ввиду чего гироскопический момент практически не оказывает влияния на движение колеса.