Глава 6: Распределение веса и мощности

6.1 Распределение веса

Распределение веса является очень важным, оно не только затрагивает статический вес на на различных колеса, оно также влияет но то, как вес перемещается в динамических условиях.

Самым легким способом оценить распределение веса является определение центра тяжести автомобиля (ЦТ). Это точка в пространстве, в которой считается расположенной вся масса автомобиля. Из-за его положения, ЦТ может быть использован для упрощения воздействий сил инерции. В действительности, каждая частица массы подвержена инерции, но намного легче использовать эквивалентное условие: предположим, что вся масса объекта сконцентрирована в его центральной точке, то есть в ЦТ. Поэтому вместо того, чтобы выяснять, как каждая часть 1,5 кг автомобиля реагирует на некоторую силу, мы должны только выяснить, как невесомый автомобиль с 1,5 кг точкой в его центре тяжести (ЦТ) реагирует на эту силу. Последнее намного легче: сила действует только в ЦТ, а не в остальной части автомобиля.

Конечно, это будет работать только тогда, когда ЦТ определен правильно. Я думаю, что это большая работа, и это может быть неточным, поэтому я предлагаю другой метод. Он основывается на том факте, что когда объект статически сбалансирован, его ЦТ находится прямо над точкой, где он поддерживается. Применяя это в трех различных плоскостях, вы можете определить ЦТ объекта. Здесь приведен пример.

Мы имеем объект с тяжелой частью (темная) и легкой частью (светлая) и мы хотим определить его ЦТ. Так как правая часть более тяжелая, ЦТ вероятно будет расположен где-то справа.

Мы попытаемся сбалансировать его на остром краю, и это положение, в котором объект остается неподвижным. Так что мы знаем, что ЦТ находится где-то прямо над точкой, в которой поддерживается объект.

Красная линия содержит все точки, которые находятся выше точки, в которой поддерживается объект, поэтому ЦТ находится где-то на красной линии.

Мы можем следовать той же самой процедуре, но в других измерениях. И снова, мы можем провести красную линию, на которой расположен ЦТ.

Так как это двухмерный пример, достаточно 2 попыток для определения ЦТ (фиолетовый кружок). Для автомобиля, который имеет 3 измерения, вам необходимо проделать это 3 раза. Это может представлять некоторую практическую проблему, но это тот случай, где вам необходимо использовать ваше воображение.

Теперь, когда мы знаем, где расположен ЦТ автомобиля, мы можем легко вычислить величину веса на колесах и распределение веса.

Сначала, давайте рассмотрим распределение веса спереди назад:

Колесная база ( WB ) - это расстояние между передней и задней осями, F - это расстояние между ЦТ (зеленый) и передней осью, R - это расстояние между ЦТ и задней осью.

Вес на передней оси = вес автомобиля * ( R / WB )
Вес на задней оси = вес автомобиля * ( F / WB )

Или, в процентах:

Процент на передней оси = ( R / WB ) * 100%
Процент на задней оси = ( F / WB ) * 100%

Очевидно, что это будет иметь влияние на управление: больший вес на колесе означает большее сцепление. Поэтому, если ЦТ расположен дальше назад, автомобиль будет иметь большую величину заднего сцепления, что будет неплохо, если важно ускорение. Если ЦТ расположен дальше вперед, автомобиль будет иметь хорошую поворачиваемость, но будет испытывать недостаток заднего сцепления, что увеличивает риск заносов.

В некоторых случаях, главной заботой становится боковое распределение веса, особенно в так называемых LTO (поворот только налево) автомобилях, которые ездят по овальнымым трассам. В основном это то же самое:

TW - это ширина колеи, расстояние между центрами колес на оси, E - это расстояние между ЦТ (зеленый) и центральной линией колес с левой стороны, I - это расстояние между ЦТ и центральной линией колес с правой стороны. Если передняя и задняя оси не одинаковы по ширине, E и I должны измеряться от ЦТ.

Вес на левой стороне = ( I / TW ) * вес автомобиля
Вес на правой стороне = ( E / TW ) * вес автомобиля

Или, в процентах:

Процент на левой стороне = ( I / TW ) * 100%
Процент на правой стороне = ( E / TW ) * 100%

Заметьте, что если вам нужно знать величину веса на одном колесе, вам нужно умножить вес автомобиля на 2 множителя, один для бокового баланса и другой для продольного баланса, например:

Вес на левом переднем колесе = вес автомобиля * ( I / TW ) * ( R / WB )
Вес на правом переднем колесе = вес автомобиля * ( E / TW ) * ( R / WB )
Вес на левом заднем колесе = вес автомобиля * ( I / TW ) * ( F / WB )
Вес на правом заднем колесе = вес автомобиля * ( E / TW ) * ( F / WB )

Заметьте, что это истинно только в случае, когда автомобиль не дергается, нагрузка пружин должна быть одинаковой на левой и правой стороне.

И снова, расположение ЦТ далеко от центра автомобиля имеет последствия для управления автомобилем: расположение ЦТ на левой стороне автомобиля улучшает способность автомобиля поворачивать налево, но это может затруднить управление автомобилем на прямом участке, особенно при ускорении.

Высота ЦТ также является очень важной: она определяет характеристики крена автомобиля и перенос веса. Более подробно об этом рассказано в главе 2.

К сожалению, это еще не все, не была учтена инерция, вращательная инерция, если быть более точным. Здесь приведен пример:

Эти рисунки представляют два автомобиля, в первом из них, слева, весь тяжелый материал (синий) расположен на его концах, далеко от ЦТ (фиолетовый). Во втором автомобиле, справа, весь тяжелый материал расположен в середине, очень близко к ЦТ. Оба автомобиля достаточно тяжелые и их ЦТ находятся в одинаковых местах.

Поэтому оба автомобиля будут переносить одинаковый вес при торможении или прохождении поворотов, и их углы крена также будут одинаковыми. Все же они не будут управляться одинаково, так как их вращательные моменты инерции различны. Первый автомобиль будет реагировать медленно, будет вяло заходить в повороты, и вообще будет более неохотно менять направление. Некоторые могут сказать, что он медленный, другие могут найти его очень устойчивым, это одно и то же. Второй автомобиль будет вести себя противоположным образом: он будет очень быстро менять направление, он будет очень подвижным и таким образом будет нестабильным.

Таким образом, вращательный момент инерции не изменяет величину смещения шасси, он изменяет скорость этого смещения.

Вращательный момент инерции также может быть рассчитан: вращательный момент инерции тела вокруг оси является суммой всех элементарных масс тела умноженных на квадрат их расстояния до этой оси. Для простых тел, например цилиндров, кубов и конусов, вы можете это сделать вручную, но для реальных применений вам потребуется сложная CAD программа.

Заметьте, что является важным, вокруг какой именно оси вы рассчитываете вращательный момент инерции. Рассмотрим следующий пример:

Эти рисунки представляют идентичные автомобили, за исключением того факта, что у них по разному распределен вес: у первого автомобиля тяжелые компоненты (синий) расположены вдоль поперечной оси (фиолетовая), а у второго автомобиля тяжелый материал расположен вдоль продольной оси.

Рассмотрим первый автомобиль. Если мы рассчитываем вращательный момент инерции вокруг его поперечной оси, нам необходимо перемножить все массы с квадратами их расстояний. В этом случае, мы должны умножить большинство масс на квадрат очень небольшого расстояния, в результате получим очень небольшое значение. С другой стороны, если мы рассчитываем вращательный момент инерции вокруг продольной оси (не отображена), нам необходимо умножить большинство масс на квадрат очень большого расстояния, в результате получим большое значение. Поэтому первый автомобиль имеет очень большой момент инерции вокруг его продольной оси и очень небольшой момент инерции вокруг его поперечной оси. Другими словами, этот автомобиль будет очень медленно реагировать при прохождении поворотов, он будет очень медленно перемещаться со стороны на сторону (крениться). Но, он будет очень легко смещаться спереди назад (наклоняться), это может быть полезным для быстрого торможения, но это заставит автомобиль отскакивать вперед и назад на ухабах, делая его очень нестабильным.

Для второго автомобиля имеет место противоположное: он имеет большое значение для вращательного момента инерции вокруг его поперечной оси и очень маленькое значение вокруг продольной оси. Это означает, что автомобиль будет быстро крениться и будет очень отзывчивым в поворотах, но он будет очень стабильным спереди назад. Это поможет стабилизировать автомобиль на ухабах и в то же время обеспечит хорошую способность к прохождению поворотов.

Возможно, теперь вы можете понять очковтирательство насчет установки двигателя посередине полномасштабного автомобиля: мотор является самым тяжелым изделием, поэтому, поместив его посередине, вы снизите вращательный момент инерции и создадите более легко управляемый автомобиль.

6.2 Распределение мощности и дифференциалы

Если вы помните что-нибудь из Главы 1, о колесах, является фактом, что всякий раз, когда вы используете большее воздействие на колесо (тормозите или ускоряетесь), вы теряете боковое сцепление. Поэтому, естественно, распределение мощности является очень важным элементом в настройке автомобиля.

Целый ряд устройств изменяет распределение мощности в автомобиле: дифференциалы, они могут быть шестеренчатого типа и шариковые, дифференциалы "Торсен", неразрезные мосты, односторонние шкивы, односторонние дифференциалы и вязкостные муфты всех типов.

6.2.1 Шариковые дифференциалы

Шариковые дифференциалы наиболее широко используются. У них может регулироваться затяжка (и проскальзывание), что делает их очень универсальными.

Будет неплохой идеей всегда иметь с собой руководство, в основном раздел о дифференциалах, на случай, когда он засорится и вам потребуется почистить и перебрать его. Если чего-то нет на этом сайте, это есть в вашем руководстве. В основном все, что вы должны делать, это поддерживать ваши шариковые дифференциалы в чистоте и проверять, что они не проскальзывают.

Вы "можете" использовать их для изменения поворачиваемости автомобиля. Если вы немного больше затянете передний дифференциал, у вас будет увеличенная недостаточная поворачиваемость при входе в повороты, но при выходе из них улучшится поворачиваемость и немного увеличится переднее сцепление. Автомобиль будет также более стабильным. Если вы затянете задний дифференциал, станет легче потерять контроль над задней осью. Но я не рекомендую использовать дифференциалы для изменения баланса недостаточной/избыточной поворачиваемости. Причина состоит в том, что затянутый дифференциал вызывает потерю скорости в поворотах. Автомобиль со свободными дифференциалами будет проходить через повороты без существенной потери скорости.

6.2.2 Односторонние шкивы ( One - way pulleys )

Односторонние шкивы или односторонние подшипники устанавливаются на центральный карданный вал, если ваш автомобиль приводится в движение с помощью карданных валов, и позволяет передней оси вращаться быстрее, чем задняя ось. Другими словами, у передних колес есть возможность свободного вращения. Но по-прежнему есть (шариковый) дифференциал на передней оси.

Главный недостаток состоит в том, что вы теряете торможение на передних колесах. На трассах с высоким сцеплением, где вам не нужно очень резко тормозить, это не является проблемой. Однако , это является недостатком на трассах с низким и средним сцеплением, это может привести к заносу автомобиля, когда вы только прикасаетесь к тормозам. Главным преимуществом одностороннего шкива является высокая скорость прохождения поворотов. Тот факт, что передние колеса могут свободно вращаться, позволяет автомобилю проходить через повороты с намного меньшим волочением колес, что приводит к более высоким скоростям.

Некоторые автомобили имеют регулируемые односторонние шкивы, в которых вы можете регулировать величину трения в одностороннем подшипнике. Это очень полезная регулировка: она позволяет изменять процент переднего баланса тормозов, от 0 до 100%. Если вы завернете регулировочную гайку и заблокируете односторонний подшипник, вы можете ударить по тормозам, и автомобиль будет очень резко тормозить, с проскальзыванием передних колес, создавая автомобилю некоторую недостаточную поворачиваемость. Если вы ослабите регулировочную гайку, большая часть, если не все, торможения будет осуществляться задними колесами. Вы получите увеличение поворачиваемости, и скорость прохождения поворотов будет выше.

6.2.3 Односторонний передний дифференциал

Односторонний передний дифференциал содержит два односторонних подшипника, по одному для каждого колеса. Поэтому он работает, как дифференциал, но только в переднем направлении: передние колеса могут вращаться только быстрее задних, но не медленнее. Поэтому при накате это действует, как полностью свободный односторонний шкив, но при ускорении (ускорении на выходе из поворотов), это делает автомобиль намного более стабильным и обеспечивает намного более стабильное переднее сцепление. Это происходит потому, что переднее колесо не может "освободиться". Переднее сцепление остается очень стабильным независимо от того, какую мощность вы подаете на переднюю ось. Другое отличие состоит в том, что больше нет действия дифференциала при накате, просто свободное вращение колес. Так что различие между полностью свободным центральным односторонним шкивом и односторонним передним дифференциалом состоит в том, с односторонним шкивом вы будете все еще испытывать небольшое трение от переднего дифференциала при входе в повороты. Это может сделать шиканы и трудные повороты немного более легко управляемыми. Но с другой стороны, при ускорении вы лишаетесь удовольствия ощущения одностороннего переднего дифференциала.

Итак, с односторонним передним дифференциалом вы получаете отсутствие переднего торможения, отсутствие действия переднего дифференциала при накате, высокую скорость прохождения поворотов и превосходное ускорение на выходе из поворотов. На трассах с высоким сцеплением, трассах с плавными, высокоскоростными поворотами, вам необходимо использовать односторонний шкив для того, чтобы быть конкурентоспособным.

6.2.4 Дифференциалы "Торсен"

TORSEN означает TORque SENsing , или чувствительность к вращающему моменту. Дифференциалы Торсен "чувствуют", где действует вращающий момент, и блокируется, если одно колесо вращается намного быстрее, чем другое колесо. Это основывается на том факте, что червячная шестерня может вести обычную шестерню, но обычная шестерня не может вести червячную шестерню. Поэтому, если одно колесо (обычно внутреннее) теряет сцепление и хочет "освободится", дифференциал это чувствует и посылает большую часть вращающего момента на другое колесо. Это позволяет вам устанавливать мощность без пробуксовки колес. Дифференциалы Торсен часто устанавливаются в качестве центральных или передних дифференциалов в багги 1/8 масштаба.

6.2.5 Шестеренчатые дифференциалы

Шестеренчатые дифференциалы немного проще по конструкции, чем шариковые дифференциалы, и могут выдерживать большую мощность. Но они намного тяжелее, и нуждаются в использовании силиконового масла или смазки различной вязкости для их регулировки. Принципы регулировки те же самые, что и для шариковых дифференциалов.

6.2.5 Неразрезные мосты ( Solid axle, Spool )

Неразрезной мост, или сплошная ось, похож на полностью заблокированный дифференциал без движущихся частей. Это означает, что он очень твердый, легкий и легок в регулировке. Но, поскольку совершенно отсутствует дифференциальное действие, существенная часть скорости теряется в поворотах. Неразрезной передний мост весьма затрудняет вход в повороты, но делает автомобиль устойчивым при ускорении и замедлении. Неразрезной задний мост обеспечивает хорошую поворачиваемость.

Неразрезные задние мосты распространены в шоссейных автомобилях 1/8 масштаба. Они используют очень широкие колеса из микропористой резины и имеют мощные двигатели, поэтому они не беспокоятся о небольшом волочении колес в повороте.

6.2.6 Вязкостные муфты

Вязкостные муфты, например "Losi Hydra drive" и "Schumacher Visco drive" являются дополнением к фрикционному сцеплению (slipper clutch). Они снижают прилипание и обеспечивают сцеплению намного более ровное ощущение. Преимущество простое: намного более стабильное сцепление в ухабистых условиях. Обратной стороной является значительный вес вязкостной муфты.

Вернуться к списку   Обсудить на форуме