Глава 2: Подвеска

2.1 Пружины

Наиболее распространенной разновидностью пружин являются спиральные пружины (см. изображение выше), они обычно размещаются снаружи корпуса амортизатора, образуя узел амортизатора. Пружина является упругим приспособлением, которое сопротивляется движению в направлении его действия. Сила, которую она производит, пропорциональна смещению одного из ее концов. Переложим это в математическое уравнение: Сила = смещение * константу пружины. Высокое значение константы соответствует жесткой пружине, а низкое значение соответствует мягкой пружине.

Для прогрессивных пружин константа пружины будет увеличиваться по мере сжатия пружины, и для регрессивных пружин константа пружины будет уменьшаться по мере сжатия. Большинство спиральных пружин являются слегка прогрессивными, так как по мере сжатия некоторые из витков начинают соприкасаться, особенно возле вершины и основания, и поэтому количество активных витков сокращается.

С точки зрения математики пружины не очень замысловаты, но с точки зрения управления автомобилем они являются сложными для понимания. Проблема заключается в том, что они работают в двух направлениях: слева направо и спереди назад. Например: автомобиль с мягкими пружинами испытывает большой крен в быстрых поворотах, но он также сильно клюет носом при резком торможении и сильно приседает при ускорении. Это происходит потому, что пружины должны поглотить генерируемые вращающие моменты (смотри центр крена и анти-скват), и мягкие пружины должны быть сжаты на большее расстояние, чтобы поглотить определенную силу (если это непонятно, я советую еще раз внимательно посмотреть на график). Заметьте, что оба наблюдения имеют тот же самый эффект: больше нагрузка на передние колеса. Поэтому вы можете подумать: "Зачем сильно беспокоиться об этом, эффект все равно одинаковый". Об этом стоит беспокоится потому, что по мере прочтения всех глав, вы сможете регулировать боковой баланс автомобиля независимо от его продольного баланса, но пока просто запомните, что жесткость пружин влияет практически на все: прохождение ухабов, устойчивость к крену, устойчивость к наклону, и т.д.

В общем, вы можете сказать, что более жесткие пружины приводят к меньшему сцеплению на этом конце автомобиля, и наоборот, более мягкие пружины приводят к большему сцеплению. Это происходит потому, что пружины сдерживают перенос веса, спереди назад и слева направо: одинаково для прохождения поворотов, ускорения или торможения, более жесткие пружины будут сжиматься меньше, приводя к меньшим перемещениям шасси и таким образом к меньшему переносу веса, а мягкие пружины будут сжиматься больше, приводя к значительному переносу веса.

Но вы не всегда сможете использовать пружины, которые вы хотите: на мелких, высокочастотных ухабах, жесткие пружины заставят автомобиль подскакивать, а в результате происходит потеря сцепления. Поэтому вам необходимы мягкие пружины, так как они позволят колесам оставаться в контакте с землей. Однако , на ровной трассе подходят жесткие пружины, они будут также улучшать способность к прыжкам и отзывчивость автомобиля.

2.2 Амортизаторы

Амортизация необходима для поглощения энергии, связанной с движением подвески. Это движение подвески может быть вызвано ухабами, боковым или продольным ускорением. Без амортизации величина движения подвески будет увеличиваться безостановочно, приводя к очень комичной ситуации. В терминах энергии, амортизация поглощает большинство энергии, полученной автомобилем при его движении, в отличие от пружин, которые хранят энергию и вновь ее освобождают. Вообразите автомобиль без амортизации, едущий по ухабистой дороге. Чередующиеся толчки от ухабов на колеса заставят подвеску очень интенсивно отскакивать, что не очень хорошо. Амортизаторы поглощают всю избыточную энергию и позволяют колесам оставаться в контакте с землей насколько это возможно. Это также означает, что амортизация всегда должна соответствовать жесткости пружин: никогда не используйте очень жесткие пружины с очень мягкими амортизаторами или очень мягкие пружины с очень жесткими амортизаторами. Небольшие изменения, однако, могут дать интересные результаты. Немного более вязкие амортизаторы сделают автомобиль более устойчивым, это замедлит наклон и крен автомобиля, делая его менее дерганным. Заметьте, что амортизация влияет только на скорость , с которой происходит наклон и крен, она не изменяет их величину. Поэтому, если вы хотите снизить величину крена, регулируйте стабилизаторы поперечной устойчивости или пружины, но не амортизаторы.

Вы можете регулировать с помощью амортизаторов скорость обратного хода подвески: если автомобиль с мягкими пружинами и жесткими амортизаторами толкается вниз, он будет возвращаться обратно очень медленно, и автомобиль с жесткими пружинами и мягкими амортизаторами будет возвращаться в прежнее положение очень быстро. Похожая ситуация происходит при выходе из поворотов: вес в повороте переносится и шасси кренится и/или наклоняется, но когда поворот выпрямляется и исчезают силы, возникающие при повороте, шасси возвращается в прежнее положение. Скорость, с которой это происходит, контролируется жесткостью амортизаторов. Поэтому автомобиль с мягкими пружинами и жесткими амортизаторами будет стремиться продолжать поворачивать после выпрямления поворота. Он также будет стремиться продолжать ехать прямо в первый момент попытки поворота, он будет казаться в целом невосприимчивым, хотя и достаточно плавным. Автомобиль с жесткими пружинами и мягкими амортизаторами будет очень отзывчивым (чувствительным): он будет следовать командам водителя очень быстро и энергично.

Вы, возможно, не всегда сможете использовать желаемые пружины и амортизаторы из-за ухабов. Небольшие высокочастотные неровности требуют использования мягких пружин и амортизаторов. Вы не можете использовать такие мягкие настройки для больших, грубых неровностей, так как шасси будет часто приземляться, поэтому вам будет необходимо сделать ваш автомобиль немного жестче. На очень ровных трассах вы можете использовать очень жесткие настройки для пружин и амортизаторов.

Но на самом деле не все так просто: даже в простых амортизаторах, используемых в автомоделях, есть различие между высокоскоростной и низкоскоростной амортизацией. Может быть, я должен обратить внимание на то, что указанная скорость относится к скорости штока амортизатора относительно его корпуса, а не к скорости автомобиля. В большинстве полномасштабных автомобилей различие вызвано посредством множества подпружиненных клапанов в поршне амортизатора. В менее сложных амортизаторах, какие используются в автомоделях, различие является результатом внутренних свойств использованной жидкости.

Если какой-нибудь энтузиаст хочет знать что-нибудь о гидродинамике, то есть два основных способа течения жидкости: ламинарное и турбулентное. Течение считается ламинарным, если частицы жидкости движутся параллельно друг другу, создавая линии течения, которые никогда не пересекаются. Ламинарное течение происходит, когда скорость жидкости мала, жидкость имеет высокую вязкость, и поверхности являются ровными и хорошо закругленными. Течение считается турбулентным, если частицы жидкости движутся хаотично, создавая завихрения. Ситуация, в которой скорость жидкости высока, жидкость текучая, и поверхности являются грубыми, способствует турбулентному течению. В случае турбулентного течения требуется намного больше энергии (или теряется, зависит от того, как посмотреть на это), так как трение между частицами жидкости намного больше. Также, для ламинарного течения, давление (сопротивление, в случае амортизатора) пропорционально скорости жидкости, тогда как в случае турбулентного течения оно пропорционально квадрату скорости. Строгого различия между двумя типами нет, зато есть большая серая область между ними. Для прогнозирования, будет или нет течение жидкости турбулентным, используется число Рейнольдса. Оно определяется как Re = D * V / ν . D это диаметр, V это скорость жидкости и ν это вязкость жидкости. Если Re меньше 2000, течение, скорее всего, будет ламинарным, если Re находится между 2000 и 4000, это что-то среднее, и если Re больше чем 4000, течение, скорее всего, будет турбулентным.

Теперь рассмотрим типичный узел амортизатора: у нас есть масло определенной вязкости, протекающее через отверстия определенного диаметра при определенной скорости. Часть масла протекает вокруг поршня, это почти всегда ламинарное течение, так как зазор между поршнем и корпусом очень узкий и это создает сильное торможение жидкости. Для масла протекающего через отверстия в поршне, однако, это трудно предсказать. Когда скорость штока амортизатора очень низкая, течение будет ламинарным, а когда скорость штока высокая, течение будет турбулентным. Трудно прогнозировать, когда именно будет происходить переход, но это легко почувствовать: так как сопротивление амортизатора пропорционально скорости штока, когда течение остается ламинарным, и пропорционально квадрату скорости штока в следующий момент, когда течение становится турбулентным, это ощущается, как будто происходит гидравлическая блокировка, так как различие в сопротивлении обычно достаточно значительное. Переход иногда описывается как "заклинивание", это ощущается как будто амортизатор "заклинил".

Этот эффект может быть как полезным, так и нежелательным: он может защитить ваш автомобиль от шлепка о землю при приземлении после прыжка, но он может также заставить ваш автомобиль очень сильно подпрыгивать при прохождении борозд или ухабов на большой скорости. Поэтому достаточно важно правильно сделать эту регулировку.

Способом достижения этого является правильный выбор поршня и масла в амортизаторе: как комбинация поршня с небольшими отверстиями и масла с низкой вязкостью, так и комбинация поршня с большими отверстиями и масла с высокой вязкостью, будут производить одинаковую статическую амортизацию, это будет ощущаться одинаково, когда вы будете толкать ваш автомобиль вручную. Это будет также ощущаться одинаково при управлении автомобилем в условиях низкоскоростных переходов, таких как плавные повороты и редкие ухабы. Но реальное отличие содержится в высокоскоростной амортизации: первая комбинация будет заклинивать очень быстро, из-за жидкости с низкой вязкостью и увеличенной скорости течения жидкости (одинаковое количество масла должно пройти через меньшие отверстия за одинаковое время, поэтому скорость должна быть выше). Вторая комбинация будет иметь относительно высокую сопротивляемость к турбулентности, из-за очень вязкой жидкости, которая будет протекать через большие отверстия при намного меньшей скорости. Следовательно, турбулентность будет происходить при намного большей скорости штока, или вовсе может не происходить.

Таким образом, выбор правильного поршня и масла зависит в большой степени от конфигурации трассы. Убийственные прыжки или катастрофические ухабы требуют поршней с небольшими отверстиями для защиты шасси от приземления, и обычно делают автомобиль очень неустойчивым. С другой стороны, если трасса имеет много ухабов или очень изрезана, любое заклинивание амортизаторов вызовет скачки автомобиля и, соответственно, автомобиль будет очень неустойчивым. В этом случае вы должны попробовать использовать поршни с большими отверстиями.

Заметьте, что оценка того, что отверстия в поршнях являются слишком маленькими или слишком большими, не будет такой прямой, как вам хотелось бы; так как амортизаторы не находятся в прямом контакте с землей, и у всей подвески в целом есть некоторая упругость. Рычаги подвески не являются бесконечно жесткими, у колесных дисков тоже есть небольшая гибкость, и поэтому от них также есть небольшой отскок. Затем есть еще некоторая упругость в шинах, хотя это намного менее "пружинистая" разновидность упругости. Эти эффекты наиболее очевидны, когда ваш автомобиль приземляется после больших прыжков и немного отскакивает, без прикасания шасси к земле. Это означает, что отверстия в поршнях слишком малы, что приводит к раннему заклиниванию амортизаторов, поэтому удар был воспринят упругостью в рычагах подвески и в колесных дисках.

2.3 Центр крена ( Roll center )

Предсказать, как будет реагировать автомобиль, когда внешние силы прикладываются к колесам, является нелегкой задачей. Сила может быть поглощена, разделена, преобразована во вращающий момент - любыми типами компонентов подвески. Для того , чтобы избежать всего этого, вы можете попробовать найти центр крена вашего автомобиля и попытаться предсказать реакцию автомобиля из этой точки. Центр крена является воображаемой точкой в пространстве, рассматривайте ее, как на виртуальный шарнир, вокруг которого вращается автомобиль, когда шасси кренится в повороте. Как будто компоненты подвески заставляют шасси поворачиваться в пространстве вокруг этой точки.

Давайте сначала рассмотрим теорию лежащую в основе. Теорема Кеннеди говорит нам, что если три объекта сочленены вместе, существует не более трех полюсов движения и они всегда коллинеарные (соосные), т.е. они всегда находятся на одной линии. Для того , чтобы действительно понять, что такое полюс, рассмотрим аналогию с полюсами земли: при вращении земли полюсы остаются там, где они есть. Другими словами, земля вращается вокруг воображаемой оси, которая соединяет два полюса. Это трехмерная аналогия, в случае центра крена нам необходимо для начала только два измерения. Таким образом, полюс объекта (или группы объектов) похож на центр окружности, которую он определяет.

Если мы взглянем на подвеску типичной автомодели, с нижним и верхним рычагами подвески, мы увидим множество объектов, которые сочленены друг с другом. Эти объекты включают шасси, верхний рычаг подвески, нижний рычаг подвески и ступицу. В настоящий момент мы считаем ступицу, ось и колесо единым элементом. Сначала давайте рассмотрим шасси, верхний рычаг подвески и ступицу. Они сочленены друг с другом, так что применима теорема Кеннеди. Полюсом верхнего рычага подвески и ступицы является шаровой шарнир, который их соединяет, поскольку они оба вращаются вокруг него. Полюсом верхнего рычага подвески и шасси также является шаровой шарнир, который их соединяет. Если мы сейчас взглянем на шасси, верхний рычаг подвески и ступицу, мы уже найдем два из трех полюсов, так что если есть третий, он должен быть на воображаемой линии, которая соединяет два других полюса. Это линия красного цвета на следующем рисунке.

То же самое применяется к нижней половине подвески, полюсом нижнего рычага подвески и ступицы является внешняя ось шарнира, полюсом нижнего рычага подвески и шасси является внутренняя ось шарнира, так что если есть третий полюс, он должен быть на линии, которая соединяет два других полюса. Эта линия также красного цвета. Если ваш автомобиль использует шаровые опоры вместо осей шарниров, линия через центры двух шаров создаст виртуальную ось шарнира.

Если две красные линии пересекаются, полюсом ступицы/колеса и шасси является точка пересечения I . Точку I иногда называют "виртуальная ось" или "мгновенный центр". Этот полюс может дать нам информацию о том, как движется подвеска.

Расстояние от точки I до центральной линии колеса иногда называют "длиной качающейся оси", как будто ступица/колесо присоединено к воображаемой оси, которая вращается вокруг точки I . Наличие такой длинной качающейся оси было бы эквивалентно наличию удвоенного поперечного рычага подвески, но реальная конструкция была бы очень непрактичной. Тем не менее, это является хорошим упрощением. Длина качающейся оси, вместе с углом, определяет величину изменения развала колеса, которое происходит при сжатии подвески. Большая длина качающейся оси приводит к очень небольшому изменению развала при сжатии подвески, а очень короткая качающаяся ось вызывает большое изменение.

Если верхний и нижний рычаги подвески параллельны друг другу, две красные линии никогда не пересекутся, или, другими словами, точка пересечения находится бесконечно далеко от автомобиля. Это не является проблемой, просто проведите зеленую линию (на следующем рисунке) параллельно двум красным линиям.

Две красные линии должны сходиться и пересекаться на стороне центра автомобиля, если они пересекутся с другой стороны (с внешней), изменение развала будет неестественным: он будет изменяться от отрицательного до положительного и снова до отрицательного, это не очень хорошо скажется на постоянстве сцепления.

Колесо и земля также могут двигаться относительно друг друга; давайте предположим, что колесо может поворачиваться вокруг точки, в которой оно касается земли, обычно она находится в середине каркаса шины. Эта точка является полюсом колеса и земли. Проблема может возникать, когда шасси кренится: колеса также могут крениться, следовательно, точка контакта между землей и колесом может сдвигаться, особенно в случае шин с квадратным каркасом, который не очень гибок.

Теперь мы можем снова применить теорему Кеннеди: земля, колесо и шасси сочленены друг с другом, мы уже нашли полюс колеса и земли, и полюс колеса и шасси. Если полюс земли и шасси существует, он должен быть где-то на линии, которая соединяет два других полюса, и обозначенной зеленым цветом на следующем рисунке.

Сходная процедура может быть проделана для другой половины подвески, как на рисунке ниже. Следующая зеленая линия позволит найти полюс земли и шасси. Точка пересечения двух зеленых линий является полюсом земли и шасси (фиолетовый кружок).

Эта точка (фиолетовая), полюс шасси и земли, также называется центр крена ( roll center , RC ) шасси. Она дает нам информацию о том, как шасси двигается по отношению к земле. Теоретически, земля может вращаться вокруг нее, в то время как шасси остается неподвижным, но обычно это происходит по-другому, шасси вращается вокруг центра крена, в то время как земля остается неподвижной.

Центр крена является единственной точкой в пространстве, где сила может воздействовать на шасси, не вызывая крена шасси.

Центр крена будет смещаться, когда подвеска сжимается или разжимается, поэтому в действительности это мгновенный центр крена. Он перемещается, поскольку компоненты подвески не двигаются относительно друг друга по идеальным окружностям, большинство путей движения являются более неправильными. К счастью каждый путь может быть описан, как бесконечная последовательность бесконечно малых сегментов окружности. Таким образом, не имеет значения, что шасси не вращается в идеальном круговом движении, просто рассматривайте это, как вращение по кругу вокруг центральной точки, которая все время движется вокруг.

Если вы хотите определить положение центра крена своего автомобиля, вы можете сделать это визуально, представив линии и точки пересечения, или вы можете взять большой лист бумаги и сделать масштабный чертеж подвески вашего автомобиля.

Теперь, когда мы знаем, где находится центр крена (ЦК), давайте рассмотрим, как он влияет на управление автомобилем. Представьте автомобиль, перемещающийся по кругу с постоянным радиусом, с постоянной скоростью. Сила инерции выталкивает автомобиль со стороны центральной точки, но поскольку автомобиль динамически сбалансирован, здесь должна быть сила равная, но противоположная, толкающая автомобиль в сторону центральной точки. Эта сила обеспечивается сцеплением колес с землей .

В принципе, сила инерции действует на все различные массы автомобиля, в каждой точке, но путем определения центра тяжести ( center of gravity, CG ) становится возможным заменить все инерционные силы на одну большую силу, действующую в ЦТ. Как будто общая масса автомобиля сосредоточена в одной точке пространства, в центре тяжести (ЦТ). Если ЦТ определен правильно, обе ситуации должны быть совершенно равнозначны.

Силы, генерируемые колесами, могут быть объединены в одну силу, действующую в центре крена автомобиля. Если смотреть сзади автомобиля , это выглядит так :

Две равные, но противоположные силы, действующие в разных точках, создают вращающий момент, равный величине этих сил умноженной на расстояние между ними. Поэтому, чем больше расстояние, тем более эффективно данная пара сил может создавать вращающий момент, действующий на шасси. Это расстояние называется момент крена ( roll moment ) . Заметьте, что всегда есть вертикальное расстояние между ЦТ и ЦК, поскольку силы всегда действуют горизонтально.

Вращающий момент, генерируемый двумя силами, будет создавать крен шасси вокруг центра крена. Это вращательное движение будет продолжаться до тех пор, пока вращающий момент, создаваемый пружинами, не станет равным, но противоположно направленным. Амортизаторы определяют скорость, с которой это происходит. Заметьте, что вращающий момент крена остается постоянным, по крайней мере в этом примере, где радиус поворота является постоянным, но вращающий момент, создаваемый пружинами, увеличивается по мере сжатия подвески (см. главу "Пружины"). Различие между этими двумя вращающими моментами, результант, определяет наклон шасси. Этот результант уменьшается, поскольку вращающий момент, обеспечиваемый пружинами, увеличивается. Поэтому скорость, с которой шасси накреняется, всегда уменьшается, и достигает нулевого значения, когда оба вращающих момента становятся равными. Так что для данной жесткости пружин большой момент крена будет вызывать большой крен шасси в поворотах, а небольшой момент крена будет вызывать меньший наклон шасси.

Таким образом, в каждый данный момент времени, величина момента крена является индикатором величины вращающего момента, который вызывает наклон шасси во время поворота.

Теперь возникает другая проблема, положение центра крена изменяется при сжатии или растягивании подвески. Большую часть времени он перемещается в том же направлении, что и шасси, таким образом, если подвеска сжимается, центр крена снижается.

Эта небольшая анимация показывает, как изменяется высота центра крена при сжатии подвески. Высота ЦТ также немного изменяется, поскольку положение всех неподрессоренных масс изменяется по отношению к изменениям шасси. Поэтому, вообще говоря, трудно сказать, момент крена в действительности увеличивается или уменьшается.

Также, когда автомобиль поворачивает и шасси наклоняется, центр крена обычно смещается в сторону от центральной линии шасси.

Большинство автомоделей позволяют изменять длину и положение верхнего рычага подвески, и таким образом изменять характеристики крена автомобиля. В большинстве случаев применимы следующие обобщения. Если верхний рычаг подвески параллелен нижнему рычагу, то при нормальном дорожном просвете центр крена (ЦК) будет расположен очень низко, следовательно, начальный крен шасси при входе в поворот будет большим. Если верхний рычаг подвески наклонен вниз, то центр крена (ЦК) будет расположен выше, делая начальный момент крена меньше, что сделает этот конец автомобиля кажущимся очень агрессивным при входе в поворот. Очень длинный верхний рычаг подвески сделает момент крена более или менее постоянным при наклоне шасси, и этот конец шасси будет очень сильно крениться. Если использован небольшой развал, это может вызвать скольжение колес из-за избыточного положительного развала. Короткий верхний рычаг подвески сделает так, что момент крена будет становиться намного меньше при наклоне шасси, и шасси не будет сильно крениться.

До сих пор мы игнорировали факт, что в автомобиле есть две независимые системы подвески, одна спереди и другая сзади. Они обе имеют свои собственные центры крена. Так как детали подвески обоих систем соединены жесткой конструкцией, рамой шасси, они будут влиять друг на друга. Некоторые люди имеют тенденцию забывать об этом, когда они делают регулировки в своих автомобилях. Они начинают регулировать один конец, даже не учитывая, что делает другой конец. Излишне говорить, что это может привести к аномалиям в управлении автомобилем. Наличие очень гибкого шасси может до некоторой степени скрыть эти аномалии, но это очень далеко от настоящего решения.

В любом случае передняя часть шасси вынуждена вращаться вокруг переднего центра крена (ЦК), а задняя часть шасси вынуждена вращаться вокруг заднего центра крена (ЦК). Если шасси жесткое, оно будет вынуждено вращаться вокруг оси, которая соединяет оба центра крена (фиолетовые), и эта ось называется ось крена ( roll axis , красная).

Положение оси крена относительно центра тяжести (ЦТ) автомобиля может многое сказать о устойчивости автомобиля к боковым ускорениям, это прогнозирует, как автомобиль будет реагировать во время поворота. Если ось крена наклонена вниз в переднюю сторону, передок будет глубже крениться, чем зад, придавая автомобилю положение "носом вниз" в повороте. Так как задний момент крена меньше переднего, зад не будет сильно крениться, следовательно, шасси будет оставаться в положении близком к нормальному дорожному просвету. Отметьте, что в случае автомобиля с очень небольшим отрицательным ходом подвески (дроп), шасси будет снижаться более эффективно, когда автомобиль наклоняется. С низким передком и высоким задом автомобиля, больший процент веса автомобиля будет поддерживаться передними колесами, большее давление означает лучшее сцепление, так что автомобиль будет иметь значительное сцепление спереди, что приводит к избыточной поворачиваемости. Ось крена, которая наклонена вниз в заднюю сторону, будет способствовать недостаточной поворачиваемости. Запомните, что положение центров крена является динамическим, таким образом, ось крена может в действительности наклоняться, когда автомобиль проходит через ухабы или повороты. Значит, возможно, чтобы автомобиль имел недостаточную поворачиваемость при входе в поворот, когда крен шасси менее выражен, и имел избыточную поворачиваемость в середине поворота, так как передний центр крена (ЦК) снижается намного больше. Этот пример иллюстрирует, как характеристики центра крена могут быть использованы для настройки автомобиля с целью удовлетворения особых запросов управления, со стороны водителя или со стороны трассы.

В общем, вы можете сказать, что угол верхнего рычага подвески относительно нижнего рычага определяет, где находится центр крена при нейтральном положении шасси, и что длина верхнего рычага подвески определяет, насколько изменяется высота центра крена (ЦК) при крене шасси. Длинный, параллельный верхний рычаг подвески будет располагать центр крена (ЦК) очень низко, и он будет оставаться очень низким при прохождении автомобилем поворотов. Следовательно, автомобиль (по крайней мере, этот конец автомобиля) будет сильно крениться. Наклоненный вниз и очень короткий верхний рычаг подвески будет располагать центр крена (ЦК) очень высоко, и он будет оставаться высоко во время крена шасси. Поэтому шасси будет крениться очень немного. В случае короткого, параллельного верхнего рычага подвески автомобиль сначала будет крениться сильно, но по мере крена тенденция будет убывать. Поэтому автомобиль сначала будет крениться быстро, но это скоро остановится. Длинный, наклоненный вниз верхний рычаг подвески будет снижать тенденцию к первоначальному крену, и при дальнейшем крене эта ситуация значительно не изменится.

В терминах управления автомобилем это означает, что тот конец, где верхний рычаг подвески наклонен вниз больше (самый высокий центр крена), имеет наибольшее начальное сцепление при входе в поворот или выходе из него, и что конец с самым низким центром крена, когда шасси накренено, будет иметь наибольшее сцепление в середине поворота. Поэтому, если вам необходимо небольшое увеличение поворачиваемости в середине поворота, удлините немного верхний рычаг подвески (не забудьте после этого отрегулировать развал). Если вы хотите более агрессивный вход в поворот и более высокую поворачиваемость на низкой скорости, установите задний верхний рычаг подвески на меньший угол или немного увеличьте угол переднего верхнего рычага подвески.

Теперь вы можете спросить себя: что лучше, высокий центр крена (ЦК) или низкий? Это зависит от прочих настроек автомобиля и от трассы. В одном будьте уверены: на ухабистой трассе центр крена (ЦК) лучше расположить немного выше, это защитит автомобиль от большого крена со стороны на сторону при прохождении ухабов, и также сделает возможным использование более мягких пружин, которые позволят колесам оставаться в контакте с ухабистой почвой. На ровных трассах вы можете использовать очень низкий центр крена (ЦК) вместе с жесткими пружинами для увеличения отзывчивости и способности к прыжкам. Больше об этом читайте в главе 6.

2.4 Анти-скват

Анти-скват (анти-приседание при ускорении) характеризуется углом задней шарнирной оси относительно горизонтали. Его назначением является обеспечение меньшего приседания автомобиля во время ускорения (приседание - это когда зад автомобиля снижается во время ускорения).

Увеличение анти-сквата увеличит "ходовое сцепление": возрастет давление на задних колесах при ускорении, особенно первые несколько метров. В тоже время это улучшит поворачиваемость при ускорении, так как автомобиль не будет сильно приседать. Недостатком является то, что автомобиль имеет увеличенную тенденцию становиться неустойчивым при входе в повороты, особенно сзади. Снижение угла анти-сквата имеет противоположный эффект: намного меньшая поворачиваемость при ускорении и увеличенное заднее сцепление, когда автомобиль уже не ускоряется. Автомобиль также будет намного более устойчив при входе в повороты. Анти-скват также влияет на способность автомобиля справляться с ухабами: увеличенный анти-скват вызывает большее отскакивание автомобиля при ускорении через ухабы, но он будет увеличивать способность автомобиля поглощать ухабы при движении накатом. Снижение анти-сквата делает противоположное: это улучшает способность автомобиля поглощать ухабы при ускорении, но снижает ее при движении накатом.

2.5 Дорожный просвет (Клиренс)

Правильный дорожный просвет является очень важным: слишком низко и шасси будет часто приземляться, слишком высоко и риск переворачивания будет излишне высок. Одинаковый дорожный просвет спереди и сзади является хорошей начальной точкой. Увеличение или снижение дорожного просвета на одном из концов автомобиля изменяет характеристики поворачиваемости автомобиля, более низкий конец будет иметь слегка больший процент статического веса автомобиля. Но, что более важно, центр крена будет также снижен, вызывая более глубокий крен этого конца автомобиля при прохождении поворотов, вызывая еще более низкую посадку и таким образом увеличивая сцепление.

Вы должны знать, что изменения в дорожном просвете обычно влияют на величину нижнего хода подвески, что, как объясняется в следующем разделе, может иметь серьезные последствия.

2.6 Ход подвески

Величина отрицательного хода подвески (нижний ход) автомобиля может иметь огромное влияние на его управление, это влияет и на величину крена и на величину наклона шасси.

На этой анимации вы видите автомобиль с большим нижним ходом подвески, когда он кренится в повороте. Шасси свободно кренится и высота центра тяжести (ЦТ) изменяется не слишком сильно.

На этой анимации вы видите автомобиль почти без нижнего хода подвески, когда он кренится в повороте. Шасси тянется вниз при крене, эффективно снижая центр тяжести (ЦТ).

Итак, если один конец автомобиля имеет меньший нижний ход подвески, чем другой, этот конец будет больше опускаться вниз в повороте, что увеличит сцепление на этом конце, особенно в середине поворота, где перенос веса более выражен. Очень небольшой нижний ход подвески спереди обеспечит хорошую поворачиваемость, особенно при входе в поворот на большой скорости или очень крутом входе. Очень небольшой нижний ход подвески сзади обеспечит высокое и стабильное сцепление по всему повороту.

Но это еще не все: величина хода подвески также влияет на продольный баланс автомобиля, т.е. во время торможения и ускорения. Конец с большим нижним ходом подвески сможет высоко подняться, поэтому наклон шасси будет более выражен, что в свою очередь обеспечит больший перенос веса. Например: если передний конец обладает большим нижним ходом подвески, он будет высоко подниматься во время сильного ускорения, перенося большой вес на заднюю ось. Поэтому автомобиль будет иметь очень низкую поворачиваемость при ускорении, но очень хорошее заднее сцепление. Большой нижний ход подвески на обоих концах, совмещенный с мягкими пружинами, может приводить к избыточному переносу веса: недостаточная поворачиваемость при ускорении и избыточная поворачиваемость при замедлении. Лекарство простое: снизить нижний ход подвески или использовать более жесткие пружины.

Есть некоторые недостатки в использовании очень небольшого хода подвески: могут пострадать вождение по ухабам и способность к прыжкам, очень легко приземлить шасси.

2.7 Стабилизаторы поперечной устойчивости

Стабилизаторы поперечной устойчивости похожи на "боковые пружины", они работают только в боковом направлении. Как они работают: если одна сторона подвески сжимается, один конец стабилизатора поднимается. Другой конец тоже будет подниматься, подтягивая другую сторону подвески вверх, по существу обеспечивая большее сопротивление крену шасси. Насколько далеко и насколько сильно другая сторона будет подниматься вверх, зависит от жесткости и толщины использованного стабилизатора: тонких стабилизатор будет сильно изгибаться, поэтому он не будет поднимать другую сторону подвески очень далеко, позволяя шасси достаточно глубоко крениться. Отметьте, что стабилизатор работает только тогда, когда одна сторона подвески сжимается больше, чем другая, например, при прохождении поворота. Когда обе стороны сжаты одинаково, например, при торможении, стабилизатор не оказывает влияния. Таким образом, стабилизаторы поперечной устойчивости оказывают влияние только на боковой баланс автомобиля, но не на продольный.

К сожалению, стабилизаторы поперечной устойчивости не являются единственно вещью, оказывающей влияние на устойчивость к крену, они работают в соединении с пружинами и амортизаторами. Предположим, что вы установили стабилизатор сзади вашего автомобиля без изменения любых других настроек. Когда автомобиль входит в поворот, шасси начинает накреняться. Обычно подвеска с внешней стороны поворота будет сжиматься, а подвеска с внутренней стороны поворота будет растягиваться, обеспечивая повышенное давление на внешнее колесо. Однако со стабилизатором поперечной устойчивости подвеска с внутренней стороны будет сжиматься, поэтому шасси будет меньше крениться, и зад автомобиля будет сидеть ниже, чем обычно. Таким образом, сзади имеется больший вес, и он более равномерно распределен между двумя колесами. Это способствует немного лучшему и более стабильному сцеплению. Запомните, что это происходит в начале поворота, в середине поворота ситуация изменяется. Обычно, без стабилизатора поперечной устойчивости, шасси прекратит крениться, когда вращающий момент крена будет полностью поглощен внешней пружиной. Но со стабилизатором поперечной устойчивости, часть этого вращающего момента поглощается стабилизатором и используется для сжатия внутренней стороны подвески. Поэтому внешняя сторона подвески не будет сжата настолько сильно, как это происходит обычно, создавая более высокую посадку сзади, таким образом, обеспечивая меньший вес сзади автомобиля и больший вес спереди. Как будто вдруг задняя сторона стала жестче, обеспечивая большую поворачиваемость и меньшее заднее сцепление. Однако заднее сцепление является более стабильным, так как вес распределен более равномерно между задними колесами, за исключением ситуации с очень ухабистой трассой. В случае ухабистой трассы стабилизаторы поперечной устойчивости могут по-настоящему нарушить управление автомобилем, поэтому они редко используются на ухабистых трассах. Установка стабилизатора поперечной устойчивости спереди имеет сходный, но противоположный эффект: он снижает поворачиваемость, но делает ее более ровной и стабильной. Это может остановить передок от слишком сильного "вгрызания" в поверхность, обеспечивая большой и ровный радиус поворота. Это может быть полезным на больших, широких трассах.

С математической точки зрения, жесткость скручивания (торсионная) средней части стабилизатора пропорциональна четвертой степени диаметра стабилизатора, а для остальных двух частей жесткость скручивания пропорциональна квадрату диаметра. Помните об этом, когда меняете стабилизатор поперечной устойчивости.

2.8 Точки крепления амортизаторов

Большинство автомоделей имеют несколько возможных точек крепления амортизаторов, на стойке амортизаторов (область 1) и на нижнем рычаге подвески (область 2). Путем монтирования амортизаторов в различные положения может быть изменено воздействие пружин. Вопрос: как это отразится на управлении? Чтобы понять это, вам необходимо узнать о жёсткости пружины, приведённой   к   колесу ( wheel rate ).

Приведенная жесткость является эквивалентом жесткости пружины на колесе; это жесткость пружины, которая обеспечит такую же жесткость, как текущая, если она будет присоединена прямо на центральной линии колеса. В конце концов , где действуют силы сцепления : на колесе.

Приведенная жесткость определяется как (относительное смещение) 2 * (жесткость пружины) * sin (угол пружины), где относительное смещение - это расстояние между нижней точкой крепления и внутренней шарнирной осью разделенное на расстояние между внутренней шарнирной осью и центральной линией колеса (относительное смещение: отношение хода колеса к ходу пружины/амортизатора). Угол пружины - это угол между амортизатором и нижним рычагом подвески.

Или: приведенная жесткость = жесткость пружины * ( D1/D2) ^2 * sin (a).

Эта формула говорит нам о двух вещах:
1. Чем больше наклонены амортизаторы, тем меньше приведенная жесткость.
2. Чем ближе смонтированы амортизаторы к середине шасси, тем меньше приведенная жесткость.

Отметьте, что если вы измените положение нижней точки крепления амортизатора, вы измените и угол амортизатора и относительное смещение, но обычно изменение в относительном смещении оказывает больший эффект. Это видно из формулы: относительное смещение возведено в квадрат, а угол нет. Величина хода подвески также изменяется, что также влияет на управление автомобилем.

Угол амортизатора тоже не является постоянным: он становится больше при сжатии подвески. Этот эффект более выражен, когда амортизаторы больше наклонены, поэтому чем больше наклонены амортизаторы, тем более прогрессивной будет приведенная жесткость. Таким образом, думайте о верхней точке крепления, как о средстве точной настройки жесткости пружин и амортизаторов, и изменения их прогрессивности.

Помните, что это не абсолютно верно: если центральная линия колеса не пересекается с внешней шарнирной осью, значительная часть действующих на колесо сил, передается к шасси вдоль верхнего рычага подвески. Тем не менее, это является хорошим приближением.

Так как угол амортизаторов изменяет их прогрессивность, он также влияет на скорость штока амортизатора: если амортизатор наклонен больше (прогрессивный), скорость штока будет увеличиваться по мере сжатия амортизатора, если амортизатор расположен ближе к вертикальному положению (линейный), скорость штока не будет сильно изменяться вместе с ходом подвески. Очевидно, что это также влияет на высокоскоростную амортизацию, т.е. это оказывает влияние на то, когда происходит переход от низкоскоростной к высокоскоростной амортизации. Это будет происходить раньше, если амортизатор расположен более вертикально, так как когда он наклонен, пройдет некоторое время (и некоторый положительный ход подвески) прежде чем шток "ускорится" и достигнет той же скорости штока. Поэтому больший наклон амортизаторов имеет более или менее тот же эффект, что и использование поршня со слегка увеличенными отверстиями, а более вертикальное крепление имеет тот же эффект, что и использование поршня со слегка уменьшенными отверстиями.

Я пришел к заключению, что изменение нижней точки крепления амортизаторов может пригодиться, когда вы хотите изменить величину отрицательного хода подвески, но вы не испытываете желания изменять длину амортизаторов, или когда вам нужно, чтобы пружины были немного жестче или мягче. Изменение верхней точки крепления амортизаторов является весьма тонкой регулировкой, я предпочитаю изменять ее после того, как все остальные, более важные регулировки, уже сделаны и автомобиль более или менее управляется так, как я хочу. Это особенно полезно для изменения "ощущения" управления при входе в повороты. Я не знаю, применимо ли это, когда действие пружин очень прогрессивное, но чем более прямо расположены амортизаторы (меньше наклонены), тем более прямым будет их действие при входе в поворот. Например: если передние амортизаторы находятся близко к вертикальному положению, а задние до некоторой степени наклонены, автомобиль будет иметь хорошую поворачиваемость при входе в поворот, и будет очень отзывчивым. Если задние находятся близко к вертикальному положению, а передние более наклонены, автомобиль не будет круто заходить в поворот, но у него будет лучше поворачиваемость в середине поворота. В некоторых случаях, зад может действительно начать скользить. Это работает тем же самым способом, как и наличие жестких пружин или жестких амортизаторов: если у вас спереди жесткие пружины или жесткие амортизаторы, начальная реакция во время входа в поворот будет очень сильной. В средней части поворота автомобиль будет, скорее всего, обладать недостаточной поворачиваемостью, но это начальная реакция, которая придает автомобилю "отзывчивый" характер. Даже центр крена работает этим способом: очень высокий центр крена спереди сделает автомобиль очень агрессивным при входе в поворот, но придаст ему недостаточную поворачиваемость в середине поворота. Это подходит, если вы предпочитаете агрессивный автомобиль, который вы можете "бросать" в повороты, но я сомневаюсь, что это наиболее быстрый способ проходить трассу. И наоборот, если задний центр крена находится очень высоко, автомобиль будет входить в поворот очень мягко, и после этого, возможно, будет иметь избыточную поворачиваемость.

Вернуться к списку   Обсудить на форуме