Перенос веса

Изменение нагрузки на колеса или центра масс транспортного средства.

Chevrolet Camaro катается на заднем сиденье во время дрэг-рейсинга .

Мотоциклист, выполняющий остановку .

Toyota MR2 наклоняется наружу при повороте.

Перенос веса и перенос нагрузки — это два выражения, которые несколько запутанно используются для описания двух различных эффектов: ^[1]

• изменение нагрузки на разные колеса даже идеально жестких транспортных средств при ускорении
• изменение положения центра масс (ЦМ) относительно колес из-за податливости подвески или смещения или раскачивания груза

В автомобильной промышленности под переносом веса обычно понимают изменение нагрузки на разные колеса во время ускорения. ^[2] Правильнее было бы назвать это переносом нагрузки , ^{[1] [3]} и это выражение используется в мотоциклетной промышленности, ^{[4] [5]} в то время как перенос веса на мотоциклах, в меньшей степени на автомобилях, и перемещение груза на любом из них происходит за счет изменения расположения ЦМ относительно колес. В этой статье используется последняя пара определений.

Передача нагрузки

В колесных транспортных средствах передача нагрузки — это измеримое изменение нагрузки , которую испытывают различные колеса во время ускорения (как продольного, так и поперечного). ^[3] Сюда входит торможение и замедление (которое представляет собой ускорение с отрицательной скоростью). ^[6] Перемещение центра масс относительно колес не требуется, поэтому передача нагрузки может осуществляться на транспортных средствах вообще без подвески. Передача нагрузки является важнейшей концепцией в понимании динамики транспортного средства . То же самое справедливо и для велосипедов, но только в продольном направлении. ^[4]

Причина

Основные силы , ускоряющие транспортное средство, возникают в пятнах контакта шин . Поскольку эти силы не направлены через CoM транспортного средства, генерируются один или несколько моментов , силы которых представляют собой силы тяги шин на уровне дорожного покрытия, другой (равный, но противоположный) - это инерция массы, расположенная в CoM, а плечо момента равно расстояние от поверхности дорожного покрытия до ЦМ. Именно эти моменты вызывают изменение нагрузки, распределяемой между шинами. Нередко случайный наблюдатель интерпретирует это как качку или качку кузова автомобиля. Абсолютно жесткий автомобиль без подвески, которая не проявляла бы качки или крена кузова, все равно испытывает передачу нагрузки. Однако крен и крен кузова нежесткого транспортного средства добавляют некоторый (небольшой) перенос веса из-за (небольшого) горизонтального смещения CoM относительно вертикального перемещения подвески оси колеса, а также из-за деформации шин, т.е. контакта Смещение патча относительно колеса.

Опускание CoM к земле является одним из методов уменьшения передачи нагрузки. В результате передача нагрузки снижается как в продольном, так и в поперечном направлениях. Другой метод уменьшения передачи нагрузки — увеличение расстояния между колесами. Увеличение колесной базы (длины) автомобиля снижает передачу продольной нагрузки, а увеличение колеи (ширины) автомобиля уменьшает передачу боковой нагрузки. Большинство высокопроизводительных автомобилей рассчитаны на максимально низкую посадку и обычно имеют удлиненную колесную базу и колею.

Одним из способов расчета эффекта переноса нагрузки, учитывая, что в этой статье термин «перенос нагрузки» используется для обозначения явления, обычно называемого «переносом веса» в автомобильном мире, является использование так называемого «уравнения переноса веса»:

${\displaystyle \Delta \mathrm {Weight} _{\mathrm {front} }=a{\frac {h}{b}}m}$или ${\displaystyle \Delta \mathrm {Weight} _{\mathrm {front} }={\frac {a}{g}}{\frac {h}{b}}w}$

где – изменение нагрузки на передние колеса, – продольное ускорение, – ускорение свободного падения , – высота центра масс, – колесная база, – полная масса транспортного средства, – полная масса транспортного средства. ^{[7] [8]} ${\displaystyle \Delta \mathrm {Weight} _{\mathrm {front} }}$ ${\displaystyle a}$ ${\displaystyle g}$ ${\displaystyle h}$ ${\displaystyle b}$ ${\displaystyle m}$ ${\displaystyle w}$

Перенос веса предполагает фактическое (относительно небольшое) перемещение ЦМ транспортного средства относительно осей колес за счет смещения шасси по требованию подвески или груза или жидкостей внутри транспортного средства, что приводит к перераспределению общей нагрузки транспортного средства между отдельные шины.

Центр массы

Перенос веса происходит при смещении центра тяжести автомобиля во время автомобильных маневров. Ускорение заставляет подрессоренную массу вращаться вокруг геометрической оси, что приводит к перемещению CoM. Перенос веса вперед-назад пропорционален изменению продольного расположения CoM на колесную базу автомобиля, а перенос веса из стороны в сторону (суммируемый по передней и задней части) пропорционален отношению изменения поперечного расположения CoM. на трассу автомобиля.

Жидкости, такие как топливо, легко текут внутри своих контейнеров, вызывая изменения в СоМ автомобиля. По мере расходования топлива не только меняется положение КОМ, но и снижается общий вес автомобиля.

Например, когда автомобиль ускоряется, может произойти перенос веса на задние колеса. Сторонний наблюдатель может стать свидетелем этого, поскольку автомобиль заметно наклоняется назад или приседает . И наоборот, при торможении может произойти перенос веса на переднюю часть автомобиля. При резком торможении может быть хорошо видно даже изнутри автомобиля, когда нос ныряет к земле (в основном это происходит из-за переноса нагрузки). Аналогичным образом, при изменении направления (боковое ускорение) может происходить перенос веса наружу от направления поворота.

Перенос веса, как правило, имеет гораздо меньшее практическое значение, чем перенос нагрузки , по крайней мере, для автомобилей и внедорожников. Например, при повороте 0,9g автомобиль с колеей 1650 мм и высотой ШМ 550 мм увидит передачу нагрузки в размере 30 % от веса автомобиля, то есть на внешние колеса будет приходиться на 60 % больше нагрузки, чем раньше. а внутренние на 60% меньше. В результате такого переноса нагрузки общее доступное сцепление с дорогой упадет примерно на 6%. При этом ЦМ автомобиля обычно будет перемещаться в поперечном и вертикальном направлении относительно пятна контакта не более чем на 30 мм, что приводит к переносу веса менее 2% и соответствующему снижению сцепления с дорогой на 0,01%.

Тяга

Передача нагрузки приводит к изменению доступной тяги на всех четырех колесах при торможении, ускорении или повороте автомобиля. Такое смещение, когда одна пара шин выполняет больше «работы», чем другая пара, приводит к чистой потере общего доступного сцепления с дорогой. Чистые потери можно объяснить явлением, известным как чувствительность шин к нагрузке .

Исключением является положительное ускорение, когда мощность двигателя приводит в движение два или меньше колес. В этой ситуации, когда не все шины используются, передача нагрузки может быть выгодной. Таким образом, самые мощные автомобили почти никогда не бывают переднеприводными , поскольку само ускорение приводит к уменьшению тяги передних колес. Вот почему спортивные автомобили обычно имеют либо задний , либо полный привод (а в случае полного привода в нормальных условиях мощность имеет тенденцию смещаться в сторону задних колес).

Перекатывать

Если (боковая) передача нагрузки достигает нагрузки на шину на одном конце транспортного средства, внутреннее колесо на этом конце поднимется, что приведет к изменению характеристик управляемости. Если он достигнет половины веса автомобиля, он начнет переворачиваться. Некоторые большие грузовики переворачиваются перед заносом, тогда как легковые автомобили и небольшие грузовики обычно переворачиваются только тогда, когда съезжают с дороги. Установка гоночных шин на высокий или узкий автомобиль и последующее резкое вождение может привести к опрокидыванию.

Смотрите также

• Анти-ролл-бар
• Динамика велосипеда и мотоцикла
• Управление автомобилем

Рекомендации

1. Фоул, Тони (2006). Управление мотоциклом и конструкция шасси (второе изд.). Дизайн Тони Фоула. стр. 9–1. ISBN 978-84-933286-3-4.
2. Гиллеспи, Томас Д. (1992). Основы динамики транспортных средств . САЭ Интернешнл. ISBN 978-1-56091-199-9.
3. Пачейка, Ханс Б. (2006). Динамика шин и транспортных средств (Второе изд.). САЭ Интернешнл. стр. 14–15. ISBN 978-0-7680-1702-1. Проверено 31 марта 2009 г.
4. Коссалтер, Витторе (2006). Динамика мотоцикла (второе изд.). Лулу.com. стр. 84–85. ISBN 978-1-4303-0861-4.
5. Кокко, Гаэтано (2005). Дизайн и технология мотоциклов . Мотоциклы. стр. 40–46. ISBN 978-0-7603-1990-1.
6. Джазар, Реза Н. (2008). Динамика автомобиля. Спрингер. п. 72. ИСБН 978-0-387-74243-4. Проверено 31 марта 2009 г.
7. Джон Перли Хаффман (июнь 2010 г.). «Физика колесных стоек». Автомобиль и водитель . Проверено 13 июля 2013 г.
8. П. Гритт (20 августа 2002 г.). «Введение в тормозные системы» (PDF) . ДаймлерКрайслер . Архивировано из оригинала (PDF) 24 ноября 2019 г. Проверено 13 июля 2013 г.

Внешние ссылки

• Рейтинг опрокидывания DOT по типу транспортного средства