Magyarázat: Súlyátvitel vs testtekercs (1. rész)

megmagyarázott

Ez egy 2 részes sorozat első része…

A karosszéria és a súlyátadás a járműdinamika egyik félreértett aspektusa. A járműdinamika fizikája valóban hihetetlenül összetett, de a problémát súlyosbítja az a rengeteg nagyon rossz (és holtan rossz) információ, amelyet gyakran átadnak más jó szándékú, de félretájékoztatott járművezetőktől. Ebben a bejegyzésben megpróbáljuk tisztázni ezeket a gyakran összekevert fogalmakat, és megpróbáljuk ezt könnyen követhető kifejezésekkel megtenni.

Ok és okozat

Sok embernek önhibáján kívül azt tanították, hogy a test gördülésének csökkentése elengedhetetlen, mert ez csökkenti a súlyátadást. Bár ez az állítás ésszerűnek hangzik, sajnos egyértelműen téves. A tekercs csökkentése (1) gyakorlatilag nulla hatást gyakorol a teljes súlyátvitelre, és attól függően, hogy milyen módszereket használunk a testtekercs ellenőrzésére, (2) csak akkor tudjuk befolyásolni, hogy hova megy a súlyátadás. Mindkét állítást részletesebben megvizsgáljuk.

Gondoljon erre: Egy gokartnak nincs felfüggesztése, és közel nulla gördülést mutat (az egyetlen kisebb gördülés a gumiabroncsok és maga az alváz hajlításából származik). Annak ellenére, hogy szinte nincs tekercselés, még mindig hatalmas mennyiségű súlyátvitel tapasztalható. Az a tény, hogy a súlyátvitel elkerülhetetlen jelenség, amely akkor is előfordul, ha egy jármű gurul vagy sem. A tekercs egyszerűen egy szuszpenzió hatása, amely reagál a súlyátadásra.

Ahogy a Claritin vagy a Benadryl szedése csökkenti a tüneteket anélkül, hogy meggyógyítaná az allergiát, a tekercs csökkentése csökkenti a tüneteket, de nem gyógyítja meg érezhetően a súlyátadást.

A súlyátvitel a gumiabroncsok terhelési érzékenységének működése miatt rossz, és ideális esetben minél kevesebbet akarunk belőle. Például, amikor a súly a belső gumiabroncsról a külsőre kerül, miközben egy kanyarban megy, a külső gumiabroncsok nagyobb tapadást képesek létrehozni, de a megszerzett kiegészítő tapadás kisebb, mint a belső gumiabroncsok tapadásának mértéke, és a teljes tapadásunk csökken. Ezért szeretnénk minél jobban csökkenteni a súlyátadást. Bár a testtekercselés szintén nemkívánatos (bár nem a gondolkodási okok miatt), az a kihívás, hogy a testtekercselés csökkentésére rendelkezésre álló eszközök többsége növeli a súlyátadást vagy más problémákat okoz.

A versenyautó beállítása magában foglalja a különféle kompromisszumok egyensúlyát, és amint látni fogjuk, a karosszéria csökkentése NEM mindig a legfontosabb cél. A testhengerlés tolerálása néha kívánatosabb, mint a beállításunk más részének veszélyeztetése.

Rövid megjegyzés, mielőtt belevágnánk: A súlyátvitel nagyon összetett téma, amelyet itt nagyon le fogunk egyszerűsíteni. A fizika egy részét magas szinten átbeszéljük, de mindent megteszünk azért, hogy a dolgok könnyen emészthetők legyenek. Ha több technikai információra van szüksége, számos kiváló cikk található, például ez, amely óriási részletességgel elmélyül a súlyátadás matematikájában.

Súlyátadás

Gyorsuláskor, fékezéskor vagy megforduláskor a súlyátvitel azért következik be, mert a gumiabroncsok tapadása olyan erőt hoz létre, amelyen keresztül befolyásoljuk az autó lendületét és tehetetlenségét. Fordulás esetén az autó egyenes vonalban akar tovább haladni, de a gumik képesek elegendő erőt generálni ahhoz, hogy az autót egy ív köré húzzák, ami súlytovábbítást eredményez az autó külsejére. Eddig könnyű peasy. A következő lépés a súlytranszfert alkotó elemek megértése, hogy megértsük azokat a tényezőket, amelyek felett rendelkezünk. Három összetevőt fogunk értékelni:

1. Meg nem hajtott súlyátadás

Ahogy a neve is sugallja, ez a súlyátvitel a jármű összes rugózatlan alkatrészéből. Az olyan járműveknek, amelyeknek nincs felfüggesztése, például egy gokartnak, csak a rugó nélküli súlya van, és így a súlyátvitelnek csak ez az összetevője van. A rugózatlan súlyátadást ezzel az egyszerű egyenlettel mérjük:

Ez azt mondja nekünk, hogy az átvitt rugózatlan súly mennyiségét csak a kanyarodó erők mennyisége (azaz milyen keményen kanyarodunk) befolyásolhatja, az autó súlya, a súlypont magas magassága és az autó milyen széles van. Ez az!

Felfüggesztésű járműveknél ez az egyszerű magyarázat a teljes súlyátvitelnek csak egy kis részére vonatkozik. A legtöbb autó felfüggesztetlen alkatrészei csak a kerekek, gumik, fékek és (a felfüggesztés kialakításától függően) talán a rugók és a lengéscsillapítók. Kicsit bonyolultabb kiszámítani a rugós autó tömegének súlyátvitelét.

Mindazonáltal, amint láttuk, csökkenthetjük a rugózatlan súlyátadást:

  1. Fogyás
  2. A súlypont csökkentése
  3. A szélesség növelése

2. Rugós súlyátadás

Könnyebb volt elképzelni és megérteni a rugózatlan súlyátadást, mert feltételezhettük, hogy a teljes rugózatlan súly (például a teljes gokart) szilárd egységként működött, és hogy az összes erő a súlyponton keresztül hatott. Mivel nincs tekercs, ha elegendő súlytovábbítás van, az egyetlen következmény az, hogy végül a jármű/kart megdől. A rugózott súlyátadás kiszámításával meg kell határoznunk, hogy a súlyátvitel mekkora része felelős a jármű megdöntésének próbájáért, és mennyi okozza a felfüggesztés elmozdulását és a karosszéria gördülését. Ez bevezeti a tekercsközpont fogalmát.

A „tekercsközpont” kihívást jelenthet, ha körbeforgatjuk a fejünket. Egyszerű példa, ha elképzeled, hogy egy pillecukrot nyársra teszünk, és lángon megsütjük. Ahogy elforgatja a pillecukrot a nyárs elforgatásával, a pillecukor tekercsközpontja (nyilvánvalóan) a nyárs. Ami ezt a koncepciót egy járművel kissé nehezebben ábrázolja, az az, hogy a gördülési középpont nem fizikai „nyárs”, hanem egy képzeletbeli vonal, amely elölről hátrafelé halad át az autóban. Továbbá ez a képzeletbeli vonal mozog a felfüggesztés mozgásakor! Ha további információkat szeretne a tekercsközpontokról, itt van egy viszonylag tömör magyarázat. Ha mindez kissé elvontnak tűnik, ne aggódjon miatta. Azon kívül, hogy általános elképzelésünk lenne arról, mi ez, a gördülőközpont pontos technikájának ismerete a legtöbbünk számára nem fontos.

A rugós súlyátvitel 2 részkomponensből áll. Az első a tekercs középpontjának a talajtól való magasságán alapul (az úgynevezett geometriai súlyátadás), és nagyon hasonlóan működik, mint a rugózatlan súlyátvitel. Gondoljon erre úgy, hogy a nyársat a rajta lévő pillecukorral egyik oldalról a másikra mozgatja, de nem forgatja el. A második a súlypont magasságán alapul a tekercs közepétől (az úgynevezett rugalmas súlyátvitel), és ez a súlyátvitel azon eleme, amelyet a rugók és rudak vesznek fel. Gondoljon erre úgy, hogy elforgatja a nyársat, hogy a pillecukor tekerjen.

FŐ TANULÁS: A test elgurulásáért csak az elasztikus súlytovábbítás felelős.

E két alkomponens egyenlete:

Rugalmas súlyátadás = oldalirányú erő * súly * (súlypontmagasság - tekercsmagasság)/szélesség

Ne ijedjenek meg ezek a képletek! Valójában nem kell matematikát folytatnia. Annyit kell tudnunk, hogy a teljes rugózott súlyátvitel mindkettőjük összege, és hogy a tekercsközpont elhelyezkedése határozza meg, hogy melyik alkatrészből kapunk többet. Néhány esetet fontolóra kell venni:

  1. Ha a gördülés középpontja pontosan olyan magas, mint a tömegközéppont, akkor az autónak csak a geometriai súlyátvitel lesz, és egyáltalán nem lesz rugalmas a súlyátvitel (mert a tömegközéppont magassága mínusz a gördülőközpont magassága nulla lesz). Ettől az autónak egyáltalán nincs gördülése, de az emelési/billenési erő nagy lesz.
  2. Ha a gördülés középpontja a súlypont alatt van, de a talaj felett, akkor az autó geometriai súlyátadást és rugalmasságot visz át. Így az autónak van némi (remélhetőleg kezelhető) mennyiségű súlyzása és gurulása. Ez a leggyakoribb forgatókönyv.
  3. Ha a gördülés középpontja a talaj szintjén van, az autónak nem lesz geometriai súlyátvitel és sok rugalmas súlyátvitel. Ez olyan autóként jelenik meg, amelynek nincs billenő ereje, de óriási mennyiségű karosszéria gördül. Ennek ellensúlyozásának egyetlen módja az lenne, ha valóban merev rugókat és/vagy lengőrudakat használna, de mindkét megoldás más problémákat is hoz magával.

Más szavakkal, a gördülési középpont mozgatásával jelentősen megváltoztathatjuk az autó gördülési viselkedését, de nem befolyásolhatjuk a súlyátadás teljes mennyiségét. Legtöbbünk számára ez nem különösebben hasznos hangolási eszköz, mert hacsak nem olyan autóval versenyezünk, ahol képesek vagyunk jelentősen megváltoztatni a felfüggesztés geometriáját, nem nagyon tudjuk ellenőrizni a gördülés középpontjának megváltoztatását.

Ami a rugózott súlyátvitel csökkentését illeti, ismét egyetlen lehetőségünk van:

  1. Fogyás
  2. A súlypont csökkentése
  3. A szélesség növelése

3. CG elmozdulás súlyátvitel

A súlyátvitelnek van egy nagyon kis összetevője, amely a kocsi súlypontjának enyhe oldalirányú elmozdulásából származik, miközben gurul, de olyan kicsi hatása van a többi súlyátvitelhez képest, hogy gyakorlatilag elhanyagolható. Ez az oka annak, amit fentebb mondtunk, hogy a redukálásnak „gyakorlatilag nulla” hatása van (a NO hatás helyett) a súlyátadásra. A hengercsökkentés csak csökkenti a súlyátvitel ezen igazán kis részét. Ennek bizonyítására szolgáló matematika meglehetősen bonyolulttá válik, de ha kíváncsi vagy, itt megnézheted (keress rá az „Elastic Load Transfer Component” kifejezésre). A lényeg az, hogy a CG testhengerből való elmozdulásának okozta súlyátvitel biztonságosan figyelmen kívül hagyható.

Phew. Ez nem volt olyan rossz, igaz? Amit eddig megállapítottunk:

  1. A súlyátvitel rossz, és szeretnénk csökkenteni a teljes súlyátadást
  2. A teljes súlyátadást csak a súly, a súlypont magassága és a szélesség befolyásolhatja
  3. A tekercs csökkentése nem csökkenti érezhetően a súlyátadást

De a karosszéria gördülése a maga módján nem kívánatos, és valószínűleg mi is ezt szeretnénk a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni, mivel 3 jelentős problémát vet fel, amely minden autóra vonatkozik, és egy negyediket, amely csak a jelentős aerodinamikájú autókra vonatkozik (tudod-e mik ezek a problémák?).

Legközelebb elmélyülünk ezekben a kérdésekben, és átbeszéljük azokat a kompromisszumokat, amelyek a rendelkezésünkre álló különféle módszerekből adódnak a tekercs csökkentésére.