Начало серии заметок на тему кинематики подвески из старых японских журналов. Нужно заметить, что заметки такие выходили в популярных изданиях, по типу «Автоспорта». Год выпуска – 1970.
Оригинал заметки - https://vk.com/racetechru?w=wall-27967693_61523
В прошлый раз мы размышляли об основной форме подвески, особенно о базовой работе подвески на поперечных рычагах и ее конструкционной «политике». Теперь давайте подумаем о центре крена.
Когда гоночный автомобиль поворачивает, центробежная сила действует вместе с «поворотной силой» шин. Создается момент, который заставляет машину накреняться. Центральная точка, вокруг которой кренится автомобиль, называется центром крена. Положение этого центра различно для каждого типа подвески.
Центр крена есть, конечно же, и у передней, и у задней подвески. На передней подвеске крен происходит вокруг центра крена спереди, а сзади крен происходит вокруг центра крена сзади. Их расположение зависит от геометрии подвески. Линия, соединяющая передний и задний центры крена, называется осью крена, и машина наклоняется вокруг этой оси.
Как искать этот центр крена?
В продолжение рассказа из прошлого месяца рассмотрим случай типа «двойной поперечный рычаг».
При этом необходимо учитывать различные условия подвески. Поскольку этот центр крена всегда является мгновенной точкой, он перемещается каждый раз, когда подвеска кренится и движется вверх или вниз.
Другими словами, машина входит в поворот и постепенно кренится.
По мере того как это происходит и степень крена увеличивается, ось крена обычно изменяется все больше и больше. Короче говоря, положение центра крена меняется.
Когда автомобиль не загружен, то есть когда он находится в состоянии покоя, положение можно назвать нормальным. Положение центра крена в это время обычно берется за основу на начальном этапе проектирования подвески.
В этом случае точку пересечения можно найти на достаточно большом листе бумаги, и для непараллельных рычагов эту точку пересечения можно найти всегда.
В случае обычного непараллельного типа на двойных поперечных рычагах эта точка пересечения должна находиться с внутренней стороны колеса, то есть со стороны кузова, но иногда она находится и с внешней стороны.
Если пересечение линий, проведенных от верхнего рычага и от нижнего, обнаружено со стороны кузова, центр крена находится где-то над землей. Если эта точка пересечения расположена снаружи кузова, то построения означают, что центр крена будет ниже поверхности дороги. В этом случае угол крена становится большим.
Кроме того, в случае параллельных рычагов верхние и нижние прямые, естественно, никогда не пересекаются. Центр крена в это время находится в бесконечности, и положением центра в этом случае считается положение чуть выше земли. Если вы проделаете те же построения для случаев полного хода подвески, то можно будет найти каждый центр крена.
Какая связь между положением центра крена и креном?
Сначала рассмотрим случай, когда центр крена расположен низко.
Вращающий момент создается за счет воздействия на центр тяжести тележки, а за центр его действия принимается центр крена.
Если расстояние от центра тяжести тела до центра крена равно Х и центробежная сила равна F, то момент крена равен FХ. Другими словами, чем больше расстояние до центра тяжести, тем больше момент крена и больше крен.
Большой крен требует большого хода подвески, что приводит к большому ходу подвесок по отношению к поверхности дороги. Это также делает невозможным поддержание достаточно низкого дорожного просвета.
Если упомянутый выше центр крена находится ниже дорожного покрытия, эта тенденция будет еще больше. Подвеска с такой геометрией практически не используется в гоночных автомобилях.
И наоборот, что происходит, когда положение центра крена высокое? В этом случае он будет ближе к центру тяжести. Если предположить, что расстояние между центром тяжести и положением центра крена равно х, то Fх, естественно, меньше, чем FХ. Другими словами, раз момент крена уменьшается, то и величина самого крена уменьшится.
Если крен меньше, то, в частности, изменение развала небольшое, и в этом отношении он находится в хорошем состоянии. С другой стороны, центробежная сила оказывает большое влияние на шину, наклоняя колесо и уменьшая площадь контакта шины, что способствует ухудшению сцепления.
Если рассматривать этот случай в более экстремальном виде: если центр масс и центр крена находятся в одной и той же точке. Никакого крена не будет вообще.
Другими словами, автомобиль будет похожим на телегу.
Когда это происходит, нагрузка на внутреннее колесо смещается на внешнее колесо во время поворота, что облегчает потерю сцепления, а центробежная сила непосредственно воздействует на внешнее колесо, увеличивая степень деформации шины. Другими словами, за счет уменьшения эффективной площади контакта уменьшается и адгезия.
Скорость прохождения поворотов значительно упадет. Другими словами, чем выше центр крена, тем выше «жесткость крена», а чем ниже центр, тем меньше «жесткость крена».
Передача нагрузки и угловая сила.
Фактор, определяющий поперечную жесткость подвески автомобиля при прохождении поворотов.
К параметрам относятся жесткость пружины, сила демпфирования амортизатора, стабилизатор поперечной устойчивости, аэродинамическая форма кузова и т. д. Однако большое значение имеет геометрия подвески, в том числе центр крена.
Другими словами, жесткость подвески можно контролировать с помощью геометрии еще на этапе проектирования.
Какое должно быть положение этого центра крена особо не определяется. Конечно, установка слишком высокого или слишком низкого значения не приведет к благоприятным результатам.
Обычно его стараются разместить на высоте 40-100мм над землей.
Это зависит от политики конструктора. Другая ходовая часть - другие факторы. Это также связано с формой кузова и т. д., и не будет преувеличением сказать, что это важнейший фактор, определяющий маневренность автомобиля, заложенную при проектировании.
Как я уже говорил, если центр крена слишком высокий, то крен будет меньше и будет очень сложно найти предельную точку машины при прохождении поворотов, что затрудняет управление машиной. Само собой разумеется, что прохождение поворотов на самом крае сцепления самое быстрое, и можно сказать, что в идеале управлять машиной в рамках этой ограниченной узкой линии.
Хороший водитель — это человек, который может контролировать этот небольшой «периметр» на пределе, но с другой стороны, машиной легче управлять с широким диапазоном этой области, чтобы максимально соответствовать природным реакциям человека.
Когда машина входит в определенный поворот, кузов начинает крениться вокруг центра крена за счет центробежной силы, вызванной прохождением поворота. В то же время, по мере увеличения центробежной силы, шина создает угол увода и увеличивает «силу поворота», рулевое управление становится более тугим.
Сила сцепления увеличивается с увеличением угла скольжения, но в какой-то момент резко уменьшается.
Боковое ускорение продолжает увеличиваться по мере того, как транспортное средство закручивается в поворот, крен кузова увеличивается, и нагрузка постепенно смещается с внутреннего колеса на внешнее. Постепенно «угловая сила» внутреннего колеса начинает уменьшаться, и, как следствие, начинает уменьшаться суммарная «угловая сила» внутреннего и внешнего колес, которая при достижении определенного угла увода выходит на насыщение. соотношение между центробежной силой и силой поворота, которая до сих пор была каким-то образом уравновешена, нарушается, и центробежная сила побеждает. Появляется сильная недостаточная поворачиваемость, что приводит к сносу всех четырех колес.
Предельная точка означает, что эта «угловая сила» и центробежная сила находятся в равновесии на пределе.
При использовании этого лимита и прохождении поворотов на предельной скорости и передние, и задние шины имеют большой угол увода, и используется максимальное усилие на поворотах.
По мере увеличения скорости увеличивается и центробежная сила, и вес W/2 (нагрузка W, приложенная к передней части машины), приложенный к внутренней шине, начинает перемещаться к внешней шине.
Характерной чертой легкоуправляемой машины является то, что перенос веса с внутренней шины на внешнюю происходит чрезвычайно медленно во время прохождения поворотов на высокой скорости. Наоборот, крен достигает определенного предела (полный ход подвески).
Другими словами, если центр крена расположен высоко и жесткость по крену очень велика, кузов не будет легко крениться в начале прохождения поворота. Поэтому весу легко перейти от внутренней шины к внешней шине. Усилия на поворотах, действующие на внутреннюю шину, уменьшаются. «Поворотная сила» также увеличивается на внешних шинах.
ПРИМЕЧАНИЕ переводчика – в японском тексте, видимо, для упрощения и наглядности, абстрактное понятие «поворотной силы» измеряли в кг.
Другими словами, когда к каждому «углу» (колесу) приложена нагрузка в 400 кг, если при прохождении поворота не происходит смещения нагрузки, а угол скольжения в это время составляет 10°, сила составляет 480 кг.
При высокой жесткости кузов не будет легко крениться под действием центробежной силы при прохождении поворотов.
ПРИМЕЧАНИЕ переводчика. Как ни странно, но перенос веса при поворотах важен для генерации сцепления. Это одна из тем на будущее. Но пока что речь идет о том, что определенная степень крена кузова позволяет избежать сильного перераспределения веса с одного борта на другой.
При приложении нагрузки по 400 кг к каждой шине, при отсутствии перераспределения веса при прохождении поворота и угле увода 10°, суммарная проворачивающая сила на передней оси будет вдвое больше 480 кг, что равно 960 кг – вклад двух колес.
Допустим, происходит перераспределение веса, перемещающее 100 кг с внутренней шины на внешнюю, в результате чего 300 кг на внутренней стороне и 500 кг на внешней стороне.
Предполагая распределение нагрузки в кг, тот же угол увода создает только 300 кг «силы поворота» для внутренней шины и 540 кг для внешнего колеса. Общий «вес» составит 840 кг, что на 120 кг меньше, чем 960 кг при отсутствии перераспределения нагрузок по бортам.
Это один из способов мышления. Другими словами, соответствующая величина крена является абсолютно необходимым фактором для подавления падения «силы поворота» из-за такого тяжелого перераспределения по бортам. По этой причине повышение центра крена и подавление крена также приведет к некоторым неблагоприятным последствиям.
Различные факторы, определяющие творческий потенциал.
Последние гоночные автомобили доведены до предела, и их центр тяжести все ниже и ниже. В результате центр крена также имеет тенденцию быть ниже. Чтобы в некоторой степени снизить жесткость шасси, центр крена опускается.
Однако слишком большой крен также вызывает неблагоприятные последствия, такие как большой импульс подвески и большое изменение развала. Чтобы предотвратить эти недостатки и постепенно уменьшить крен, устанавливается стабилизатор, чтобы позже можно было соответствующим образом отрегулировать жесткость шасси.
Если используется этот метод, жесткость качения регулируется, поэтому жесткость качения легко изменить в соответствии с изменениями состава шин, изменениями трассы и предпочтениями водителя, что позволяет легко получить настройки, подходящие для каждого случая.
Поэтому установите центр крена, предварительно определив, как изменяется его положение. Это очень сложная задача. Для того, чтобы сделать его максимально приближенным к идеалу, я постарался продумать набор дополнительных аксессуаров, таких как стабилизаторы.
Надеюсь, вы поняли, насколько важна величина крена, возникающего вокруг центра, для увеличения скорости в повороте. Ось крена, которая соединяет передний и задний центры крена, определяется передней и задней подвесками. В зависимости от их типа он проходит вовсе не обязательно параллельно поверхности дороги. В общей конструкции гоночного автомобиля это очень важный элемент.
