Categories
Auto

Техническое объяснение: управляющие силы

Когда водители направляют транспортное средство по желаемой траектории, они будут испытывать сопротивление со стороны рулевого колеса, которое они должны преодолеть, чтобы поддерживать постоянный угол поворота.

Это сопротивление известно как выравнивание. момент и действует, чтобы вернуть центровку рулевого управления в центр. Понимание и управление выравнивающим моментом в гоночном автомобиле важно для поддержания баланса и управляемости.

В этой статье с техническими объяснениями будут рассмотрены различные источники выравнивающего момента, его влияние на балансировку и характеристики транспортного средства, а также как он формирует субъективное впечатление от вождения, с некоторыми общими соображениями по проектированию для инженера гоночных автомобилей.

Как создается выравнивающий момент.

Центрирующий момент имеет четыре основных источника. Три относятся к силам в шинах , которые вы можете просмотреть в этой предыдущей статье с техническими объяснениями. Первый источник напрямую зависит от конструкции шины. На рисунке 1 ниже показана деформация шины, имеющаяся при качении под углом скольжения.

Фигура 1

Структура шины противостоит этой деформации скручивания, создавая выравнивающий момент, который восстанавливает шину в направлении свободного качения. Второй источник – это функция пятна контакта шины на повороте, известного как пневматический след. См. Рисунок 2.

Фигура 2

Когда шина создает поперечную силу под углом скольжения, эта сила неравномерно распределяется вместе с пятном контакта. Вместо этого поперечная сила постепенно увеличивается назад до тех пор, пока шина не может больше выдерживать угол скольжения, после чего протектор возвращается в ориентацию свободного качения.

Результирующая сумма создаваемой поперечной силы концентрируется позади шины. центр пятна контакта шины, создавая плечо момента, называемое пневматическим следом. Результирующий центрирующий момент является кратным общей поперечной силе и пневматическому следу.

Третий источник центрирующего момента – кинематика подвески, известная как механический след. Большинство дорожных транспортных средств имеют наклонную ось поворота, как показано на рисунке 3, создавая смещение между центром пятна контакта и его точкой вращения на земле.

Рисунок 3

Силы шин действуют на этот рычаг момента, добавляя к центрирующему моменту, как пневматический след выше.

Четвертый источник центровочный момент также является функцией геометрии оси поворота. Когда применяется блокировка рулевого управления, любой наклон оси рулевого управления приведет к некоторому вертикальному движению шины, которое может поднять или опустить этот угол подвески. Это вертикальное движение создает равную и противоположную реакцию поддомкрачивания для подъема или опускания шасси, создавая дополнительное рулевое усилие со стороны водителя.

Задние колеса также создают центрирующий момент при аналогичных механизмах, даже если водитель не испытывает их напрямую.

Влияние на характеристики автомобиля

Точное количественное определение выравнивающих моментов на каждом углу во время маневра транспортного средства имеет решающее значение для достижения целевого баланса и производительности транспортного средства.

Когда транспортное средство поворачивает в поворот, все четыре колеса создают поперечную силу по направлению к центру вращения транспортного средства. Однако выравнивающие моменты действуют в противоположном направлении, работая для поворота автомобиля из поворота.

Эта сила увеличивает недостаточную поворачиваемость и создает более медленную реакцию на рыскание в повороте. Эти моменты необходимо учитывать для точного прогнозирования баланса и динамического поведения транспортного средства.

В предыдущей статье с техническим объяснением обсуждается важность количественной оценки соответствие влияет на кинематические характеристики. Отклонение компонентов рулевого управления является одним из наиболее важных источников соответствия требованиям, поскольку рулевое управление является прямым источником контроля для водителя.

Определение размеров компонентов подвески требует тонкого компромисса для достижения требуемой жесткости. без лишнего веса, что делает необходимым точное прогнозирование центровочных моментов, которые должна выдержать рулевая система.

Влияние на качество вождения

Обратная связь с рулевым колесом через центрирующий момент является важной частью субъективного опыта вождения. Он передает водителю информацию о дорожном покрытии и силах, возникающих в шинах. Слишком малое усилие рулевого управления приведет к жалобам на «онемение» рулевого управления, в то время как слишком большое усилие рулевого управления утомит водителя.

Передаточное отношение рулевого управления, определяемое как отношение между углом поворота рулевого колеса и углом поворота рулевого колеса. Угол выхода передних шин играет жизненно важную роль в этой системе. Более высокое передаточное отношение указывает на более высокое механическое преимущество для водителя, что снижает усилие на рулевом колесе, но требует большего усилия рулевого управления для достижения аналогичной реакции автомобиля.

Для гоночных серий, где рулевое управление с усилителем недоступно, При выборе передаточного числа конструктор будет искать компромисс между желаемым усилием рулевого управления и отзывчивостью рулевого управления.

Обратная связь рулевого управления также помогает предупредить водителя, когда он приближается к пределу сцепления шин. На рисунке 4 сравнивается поперечная сила и центрирующий момент, создаваемые гоночной шиной Method Pupil, как функция угла скольжения. Значения безразмерны, чтобы представить общий случай.

Рисунок 4

По мере увеличения угла скольжения поперечная сила (синяя) продолжает увеличиваться, хотя и с уменьшающейся отдачей, пока не будет достигнута максимальная сила. С другой стороны, центровочный момент (оранжевый) достигает пика намного раньше и начинает уменьшаться по мере приближения шины к пределу. Водитель воспринимает это как снижение усилия рулевого управления при повышении силы поворота, что служит предупреждением о том, что они приближаются к пределу возможностей транспортного средства.

Задача дизайнера состоит в том, чтобы точно настроить, когда и насколько сильно установочный момент должен упасть. Если выравнивающий момент достигает пика слишком поздно, у водителя не будет достаточно предупреждений, когда он приблизится к пределу поворота, и он рискует потерять контроль над транспортным средством.

Если он достигает максимума слишком рано, результирующее снижение усилие рулевого управления при высоком боковом ускорении может повлиять на уверенность водителя и подорвать его способность использовать полную мощность транспортного средства.

На рисунке 5 показан упрощенный пример выравнивания момента на передней оси транспортного средства по мере его приближения. предел прохождения поворотов. Общий центрирующий момент представляет собой сумму пневматических воздействий (конструкция шины и пневматический след) и механических воздействий (механический след и домкрат).

Рисунок 5

Как поперечное ускорение увеличивается, пневматический вклад (синий) начинает падать, в то время как механический вклад (красный) постоянно увеличивается. Совокупный суммарный центрирующий момент достигает пика около 1,1 g, сигнализируя водителю, что он приближается к пределу прохождения поворота.

Еще одна проблема для проектировщика гоночных автомобилей заключается в нахождении правильного баланса между механическими и механическими характеристиками. пневматический вклад в общий центрирующий момент. Увеличение механического вклада может помочь поднять точку, в которой наступает пиковый момент выравнивания.

Однако предположим, что механический вклад слишком велик. В этом случае существует риск того, что он будет доминировать над общей реакцией, поэтому, когда пневматический выравнивающий момент упадет, водитель этого не заметит. Кроме того, регулировка геометрии оси поворота будет иметь другие эффекты, которыми должны управлять проектировщики, такие как изменение кинематических характеристик развала. Как и в случае с любой конструкцией машины, цель состоит в том, чтобы найти правильный компромисс, основанный на приоритетах команды.