Перенос веса
Автор статьи: Владислав Ярополов.
Перенос веса или перенос нагрузки?
Что имеется в виду во всех руководствах по настройке шасси?
Перенос веса
Перенос веса происходит, когда центр тяжести (ЦТ) шасси смещается во время маневров автомодели. Ускорение вызывает вращение подпружиненной массы вокруг виртуальной геометрической оси, приводя к перемещению центра тяжести относительно точек опоры (пятен контакта шин).
И другими словами
Перенос веса (Weight Transfer)
Перенос веса относится к перераспределению веса, поддерживаемого каждым колесом во время воздействия ускорений (продольного и поперечного). Это включает ускорение, торможение или поворот. Понимание переноса веса является критическим для понимания динамики автомодели.
Перенос веса происходит, поскольку центр тяжести (CoG) смещается во время маневров автомодели. Ускорение вызывает вращение центра масс вокруг геометрической оси, приводя к смещению центра тяжести (CoG). Перенос веса спереди-назад пропорционален отношению высоты центра тяжести к колесной базе автомодели, а боковой перенос веса (в сумме спереди и сзади) пропорционален отношению высоты центра тяжести к колее автомодели, а также высоте его центра крена (разъясняется далее).
Например, когда автомодель ускоряется, ее вес переносится в сторону задних колес. Вы можете наблюдать это, так как автомодель заметно наклоняется назад, или "приседает". И наоборот, при торможении, вес переносится в сторону передних колес (нос "ныряет" к земле). Сходным образом, во время изменений в направлении (боковое ускорение), вес переносится к внешней стороне поворота.
Перенос веса вызывает изменение доступного сцепления на всех четырех колесах, когда автомодель тормозит, ускоряется или поворачивает. Например, так как при торможении происходит перенос веса вперед, передние колеса осуществляют основную "работу" торможения. Это смещение "работы" к одной паре колес от другой приводит к потере общего доступного сцепления.
Если боковой перенос веса достигает нагрузки колеса на одном из концов автомодели, внутреннее колесо на этом конце будет подниматься, вызывая изменение в характеристиках управления. Если этот перенос веса достигает половины веса автомодели, она начинает переворачиваться. Некоторые большие траки будут переворачиваться перед скольжением, а дорожные автомодели обычно переворачиваются только тогда, когда они сходят с дороги.
Распределение веса при торможении и ускорении.
При устойчивой скорости, вес распределяется между передними и задними колесами в некотором фиксированном соотношении. Во время торможения, из-за инерции большая часть веса ложится на передние колеса, обостряя отклик на руление. Противоположностью этого является ускорение, когда больше веса ложится на задние колеса, замедляя отклик на руление. Скольжение на четырех колесах и tack-in используют это перераспределение веса для достижения нужного эффекта.
| 
| |
| 
|
|
Перенос нагрузки
Очень часто перенос нагрузки называют переносом веса из-за их близкой взаимосвязи. Перенос нагрузки - это мнимый перенос веса связанный с инерционными силами, действующими на центр тяжести (ЦТ),
Различие состоит в том, что перенос веса вызывается действительным (небольшим) горизонтальным смещением центра тяжести (ЦТ) относительно точек опора (пятен контакта шин), в то время как перенос нагрузки является чисто концептуальным. И то и другое приводит к перераспределению общей нагрузки между отдельными колесами.
Главные силы, которые ускоряют транспортное средство, действуют в пятнах контакта шин. Поскольку эти силы не направлены через центр тяжести (ЦТ), образуется один или несколько моментов сил. Этими силами являются - сила сцепления шин на уровне дорожного покрытия, другая сила (равная, но противоположная по направлению) - сила инерции массы расположенной в центре тяжести, а плечом силы является расстояние центра тяжести (ЦТ) от уровня дорожного покрытия. Именно эти моменты сил вызывают перераспределение нагрузки между колесами. Часто это интерпретируется внешним наблюдателем, как продольный наклон или крен шасси. Но интересно отметить, что совершенно жесткое транспортное средство, без подвески, которое не испытывает никакого продольного наклона или крена шасси, по-прежнему будет подвергаться переносу нагрузки. Однако, продольный наклон или крен шасси привносит некоторый (небольшой) перенос веса из-за горизонтального смещения (небольшого) центра тяжести (ЦТ) относительно пятен контакта шин.
Перенос веса обычно имеет намного меньшую практическую важность, чем перенос нагрузки. Например, для поворота с боковым ускорением 0,9G, перенос нагрузки может составлять 30% от веса шасси, при этом внешние колеса будут нагружены на 30% больше, чем обычно, а внутренние на 30% меньше, чем обычно. В результате переноса нагрузки, общее доступное сцепление снизится примерно на 3%. В то же самое время, центр тяжести (ЦТ) обычно смещается вбок и вертикально, по отношению к пятнам контакта шин, не более чем на несколько миллиметров, что приводит к переносу веса менее, чем на 2%, и соответствующее снижение общего доступного сцепления на 0,01%.
Соответственно, можно сделать вывод, что в руководствах по настройке шасси должна идти речь о переносе нагрузки, а не о действительном переносе веса. Можно учитывать действительный перенос веса, но только как дополнительный фактор, привносящий незначительное дополнительное перераспределение нагрузки между отдельными колесами.
Думаю, что не стоит менять устоявшуюся терминологию и вносить сумятицу в руководства по настройке шасси, просто нужно понимать, что речь идет о мнимом переносе веса связанном с инерционными силами, действующими на центр тяжести (ЦТ).
Динамический перенос веса
Во время маневрирования автомодели по трассе шасси испытывает воздействие сил во всех направлениях, что приводит к переносу веса на всех четырех колес в очень сложной манере.
Динамический перенос веса приводит к изменению вертикальной нагрузки на колеса, которая является добавочной (+ или -) к статической нагрузке (обусловленной силой тяжести). Колеса воспринимают только общую вертикальную нагрузку, вне зависимости от ее происхождения. Поэтому любые настройки вашего шасси, воздействие водителя и внешние воздействия заканчиваются в результате единой динамической нагрузкой на колесо. Когда ваши пружины, амортизаторы и стабилизаторы поперечной устойчивости влияют на перенос веса, они работают вместе для формирования единой нагрузки на каждое из колес.
В качестве настройщика шасси, мы жизненно заинтересованы в одном аспекте динамического переноса веса - перераспределении статических нагрузок на колеса, когда автомодель находится в движении.
Суммарный перенос веса (Total Weight Transfer - TWT)
Суммарный перенос веса является суммой трех важных компонентов:
Неподрессоренный перенос веса (Non Suspended Weight Transfer - WTU) - происходит вследствие компонента боковой силы приложенного к массе колес, ступиц и т.п. Для неразрезной оси это включает общую массу узла неразрезной оси. Можно использовать высоту оси для хорошего приближения оценки высоты центра тяжести (ЦТ) для неподрессоренной массы.
Неподрессоренный перенос веса является раздельным для передней и задней подвески. При правильном проектировании шасси неподрессоренный перенос веса должен составлять лишь небольшую долю от суммарного переноса веса. Но должно быть ясным, что большое различие в переднем и заднем неподрессоренном переносе веса будет изменять баланс шасси.
Два компонента подрессоренного переноса веса (Suspended Weight Transfer):
Геометрический перенос веса (Geometric Weight Transfer - WTG) - происходит вследствие компонента боковой силы, приложенного прямо к центру крена (RC). Геометрический перенос веса воздействует непосредственно через рычаги подвески и не вызывает крена шасси.
WTG = Lateral Acceleration * RCheight * Weight / Track width
WTG = Боковое ускорение * Высота RC * Подрессоренная масса / Ширина колеи
Геометрический перенос веса является раздельным для передней и задней подвески. Он может изменяться путем поднятия или опускания центра крена относительно уровня дорожного покрытия. Таким образом, изменение дорожного просвета (клиренса) или изменение геометрии центра крена является очень важным инструментом настройки шасси.
Упругий перенос веса (Elastic Weight Transfer - WTE) - происходит вследствие компонента боковой силы, приложенного к центру тяжести подрессоренной массы, и вызывает крен шасси. Эта сила воздействует на пружины, амортизаторы и стабилизаторы поперечной устойчивости, и является единственным из трех компонентов, который вызывает крен шасси.
WTE = Lateral Acceleration * (CGheight - RCheight) * Weight / Track width
WTE = Боковое ускорение * (Высота ЦТ - Высота RC) * Подрессоренная масса / Ширина колеи
Упругий перенос веса является единым для передней и задней подвески. Мы не должны пытаться рассчитывать этот компонент переноса веса отдельно для передней и задней подвески. Шасси является жесткой структурой, которая кренится вокруг оси между передним и задним центрами крена. Поэтому упругий перенос веса основан на массе, центр которой располагается в центре тяжести (ЦТ) всей подпружиненной массы. Этому переносу веса сопротивляются пружины, амортизаторы и стабилизаторы поперечной устойчивости.
Ясно, что низкий центр крена обеспечивает небольшой геометрический перенос веса и большая часть переноса веса происходит через пружины (упругий перенос веса) и, следовательно, замедляется время стабилизации шасси. И наоборот, с высоким центром крена большая часть переноса веса предшествует крену шасси, снижая часть переноса веса передающуюся через пружины.
Положение высоты центра крена и эффект геометрического переноса веса против упругого переноса веса существенно влияет на настройку шасси.
Итак, суммарный перенос веса:
TWT = (WTU-F + WTU-R) + (WTG-F + WTG-R) + WTE
где суффиксы F и R обозначают перенос веса, рассчитываемый отдельно для передней и задней подвески.
Ключевой момент подрессоренного переноса веса