обяснено

Това е първата част от поредица от 2 части ...

Преобръщане на тялото и прехвърляне на тегло са сред най-неразбраните аспекти на динамиката на автомобила. Физиката на динамиката на превозното средство наистина е изключително сложна, но проблемът се задълбочава от огромното количество наистина лоша (и мъртво грешна) информация, която често се предава от други добронамерени, но дезинформирани шофьори. В тази публикация ще се опитаме да изясним тези често объркани понятия и ще се опитаме да го направим с термини, които са лесни за следване.

Причина и следствие

Много хора, без собствена вина, бяха научени, че намаляването на телесното търкаляне е от съществено значение, защото това ще намали преноса на тегло. Въпреки че това твърдение звучи разумно, за съжаление то е категорично погрешно. Редуциращата ролка (1) има практически нулев ефект върху общия трансфер на тегло и в зависимост от методите, които използваме за контрол на търкалянето на тялото, (2) можем да влияем само къде отива прехвърлянето на тежестта. Ще проучим и двете твърдения по-пълно.

Помислете за това: Картингът няма окачване и показва почти нулево търкаляне (единственото незначително търкаляне е от огъването на гумите и самото шаси). И все пак, въпреки че почти няма ролка, той все още изпитва огромни количества трансфер на тегло. Факт е, че прехвърлянето на тегло е неизбежно явление, което се случва независимо дали се преобръща превозно средство. Ролката е просто ефектът от суспензията, реагираща на прехвърлянето на тегло.

Точно както приемането на Claritin или Benadryl намалява симптомите Ви, без да излекува Вашите алергии, намаляването на ролката намалява симптомите, но не лекува значително прехвърлянето на тегло.

Прехвърлянето на тегло е лошо поради това как работи чувствителността на натоварването на гумите и в идеалния случай искаме колкото се може по-малко от него. Например, когато теглото се прехвърля от вътрешната гума към външната, докато заобикаля ъгъл, външните гуми са в състояние да генерират повече сцепление, но допълнителното сцепление, което те получават, е по-малко от количеството сцепление, което губят вътрешните гуми, и общото ни сцепление е намалено. Ето защо искаме максимално да намалим преноса на тегло. Макар че търкалянето на тялото също е нежелателно (макар и не поради причините, които може би си мислите), предизвикателството е, че повечето от наличните инструменти, с които разполагаме за намаляване на търкалянето на тялото, в крайна сметка увеличават преноса на тегло или създават други проблеми.

Настройката на състезателните автомобили включва балансиране на различни компромиси и както ще видим, намаляването на търкалянето на каросерията НЕ винаги е най-важната цел. Поносимото търкаляне на тялото понякога е по-желателно от компрометирането на друга част от нашата настройка.

Кратка бележка преди да се потопим в: Прехвърлянето на тегло е много сложна тема, която ще опростим значително тук. Ще говорим за някои от физиките на високо ниво, но правим всичко възможно, за да поддържаме нещата лесно смилаеми. Ако искате повече техническа информация, има няколко отлични статии, като тази, която се задълбочава подробно в математиката на прехвърлянето на тегло.

Прехвърляне на тегло

Когато ускоряваме, спираме или завиваме, се получава прехвърляне на тежестта, защото сцеплението от гумите създава сила, чрез която ние влияем на инерцията и инерцията на автомобила. В случай на завой автомобилът иска да продължи по права линия, но гумите са в състояние да генерират достатъчно сила, за да издърпат автомобила около крива, което създава прехвърляне на тежестта към външната страна на автомобила. Засега лесен грах. Следващата ни стъпка е да разберем компонентите, които съставляват прехвърлянето на тегло, така че да разберем факторите, над които имаме контрол. Има 3 компонента, които ще оценим:

1. Непрекоснат трансфер на тегло

Както подсказва името, това е трансферът на тегло от всички неподвижни компоненти на автомобила. Превозното средство, което няма окачване, като картинг, има само неподвижно тегло и по този начин има само този компонент на прехвърляне на тежестта. Преносът на неподвижно тегло се измерва чрез това просто уравнение:

Това, което ни казва, е, че размерът на прехвърленото неподвижно тегло може да бъде повлиян само от количеството на усилията в завои (т.е. колко силно сме в завои), теглото на нашата кола, колко е висок центърът на тежестта и колко широка е колата е. Това е!

За превозни средства с окачване това просто обяснение се отнася само за малка част от общия трансфер на тегло. Неосигурените компоненти на повечето автомобили са само колелата, гумите, спирачките и (в зависимост от дизайна на окачването) може би пружините и амортисьорите. Изчисляването на преноса на тегло за по-голямата част от амортисьора е малко по-сложно.

Независимо от това, както видяхме, можем да намалим прехвърлянето на тегло без пружина чрез:

  1. Намаляване на теглото
  2. Понижаване на центъра на тежестта
  3. Увеличаване на ширината

2. Прехвърляне на пружинирано тегло

По-лесно беше да визуализираме и разберем прехвърлянето на тежести без пружини, защото можем да приемем, че цялото неподвижно тегло (целият картинг например) действа като твърда единица и че всички сили действат през центъра на тежестта. Тъй като няма ролка, ако има достатъчно прехвърляне на тегло, единственото следствие е, че в крайна сметка превозното средство/картингът ще се преобърнат. С изчисляването на пренасочено тегло трябва да определим каква част от прехвърлянето на тежестта е отговорна за опита да се преобърне превозното средство и колко причинява движението на окачването и карането на тялото. Това въвежда концепцията за ролковия център.

„Рол центърът“ може да бъде предизвикателна концепция, която да ни обгърне главите. Един прост пример е, ако си представите да сложите блат върху шиш и да го изпечете върху пламък. Докато завъртате блата, като завъртите шишчето, центърът на ролката за блата е (очевидно) шишът. Това, което прави тази концепция малко по-трудна за визуализиране с превозно средство, е, че центърът на търкаляне не е физически „шиш“, а по-скоро въображаема линия, минаваща през автомобила отпред назад. Освен това тази въображаема линия се движи, докато окачването се движи! Ако искате повече информация за ролковите центрове, ето сравнително кратко обяснение. Ако всичко това изглежда малко абстрактно, не се притеснявайте за това. Освен че имаме обща представа за това какво е, познаването на точните технически характеристики на ролковия център не е важно за повечето от нас.

Прехвърлянето на тегло с пружиниране се състои от 2 подкомпонента. Първият се основава на височината на центъра на ролката от земята (наречен геометричен пренос на тежест) и работи много подобно на пренасочването на теглото без пружина. Помислете за това като за преместване на шишчето с блат върху него от едната страна на другата, но не като за въртенето му. Вторият се основава на височината на центъра на тежестта от центъра на ролката (наречен еластичен трансфер на тежест) и е компонентът на трансфера на тежест, който се поема от пружините и прътите. Помислете за това като за въртене на шишчето, за да направите рулото от блат.

КЛЮЧОВО УЧЕНЕ: Еластичният трансфер на тегло е единствената сила, която е отговорна за търкалянето на тялото.

Уравненията за тези 2 подкомпонента са:

Еластичен трансфер на тежест = странична сила * тегло * (център на тежестта височина - височина на центъра на ролката)/ширина

Не се плашете от тези формули! Всъщност не е нужно да правите никаква математика. Всичко, което трябва да знаем, е, че общото прехвърляне на теглото е сбор от двете и че местоположението на центъра на ролката определя кой компонент получаваме повече. Има няколко случая, които трябва да се разгледат:

  1. Ако центърът на ролката е точно толкова висок, колкото е центърът на тежестта, автомобилът ще има само геометричен трансфер на тегло и никакъв трансфер на еластично тегло (тъй като височината на центъра на тежестта минус височината на центъра на ролката ще бъде нула). Това ще направи колата изобщо да не се търкаля, но силата на крика/преобръщането ще бъде висока.
  2. Ако центърът на ролката е под центъра на тежестта, но над земята, автомобилът ще има някакъв геометричен трансфер на тегло и някакъв еластичен трансфер на тегло. По този начин колата ще има някакво (надявам се управляемо) количество теглене и теглене. Това е най-често срещаният сценарий.
  3. Ако центърът на ролката е на нивото на земята, автомобилът няма да има геометричен трансфер на тежести и много еластичен трансфер на тегло. Това ще се покаже като автомобил без сила на преобръщане, но огромно количество търкаляне на каросерията. Единственият начин да се противодейства на това би бил да се използват наистина твърди пружини и/или люлеещи се пръти, но и двете решения водят до други проблеми.

С други думи, чрез преместване на центъра на търкаляне можем значително да променим поведението на търкаляне на автомобила, но не можем да повлияем на общия размер на прехвърлянето на тежестта. За повечето от нас това не е особено полезен инструмент за настройка, защото освен ако не се състезаваме с кола, където имаме способността да променим значително геометрията на окачването, нямаме особен контрол върху промяната на местоположението на центъра на ролката.

Що се отнася до намаляването на прехвърлянето на тегло, отново, нашите единствени възможности са:

  1. Намаляване на теглото
  2. Понижаване на центъра на тежестта
  3. Увеличаване на ширината

3. CG преместване на тегло

Има много малък компонент на прехвърлянето на тежестта, който идва от лекото странично преместване на центъра на тежестта на автомобила, докато се търкаля, но има толкова незначителен ефект в сравнение с останалата част от прехвърлянето на тежестта, че е фактически пренебрежим. Това е причината, която казахме по-горе, че редуцирането на ролката има „практически нулев“ ефект (вместо NO ефект) върху прехвърлянето на теглото. Намаляването на ролката само намалява този наистина незначителен компонент на прехвърлянето на тегло. Математиката за доказване на това става доста сложна, но ако сте любопитни, можете да я проверите тук (потърсете на страницата „Еластичен компонент за прехвърляне на товар“). Същността е, че преносът на тегло, причинен от изместването на CG от ролката на тялото, може безопасно да бъде игнориран.

Фу. Това не беше толкова лошо, нали? Това, което установихме досега, е, че:

  1. Прехвърлянето на тегло е лошо и бихме искали да намалим общия пренос на тегло
  2. Общият трансфер на тегло може да бъде повлиян само от теглото, височината на центъра на тежестта и ширината
  3. Намаляването на ролката няма значително да намали преноса на тегло

Но търкалянето на каросерията е нежелано по свой начин и вероятно ние също искаме да го намалим възможно най-много, тъй като създава 3 значителни проблема, които се отнасят до всички автомобили, и четвърти, който се отнася само за автомобили със значително въздушно поле (знаете ли какви са тези проблеми?).

Следващият път ще разгледаме тези проблеми и ще поговорим за компромисите, произтичащи от различните методи, с които разполагаме, за да намалим търкалянето.