Недостаточная и избыточная поворачиваемость — это термины, используемые в динамике автомобиля для описания чувствительности автомобиля к изменениям угла поворота, связанным с изменениями поперечного ускорения. Эта чувствительность определена для ровной дороги для данного устойчивого рабочего режима Обществом инженеров автомобильной промышленности (SAE) в документе J670 [1] и Международной организацией по стандартизации (ISO) в документе 8855. [2] Независимо от того, является ли транспортное средство Недостаточная или избыточная поворачиваемость зависит от скорости изменения угла недостаточной поворачиваемости. Угол недостаточной поворачиваемости — это величина дополнительного поворота (на опорных катках, а не на маховике), которая должна быть добавлена при любом данном установившемся маневре, превышающем угол поворота Аккермана. Угол поворота Аккермана — это угол поворота, при котором транспортное средство будет двигаться по повороту, когда не требуется бокового ускорения (на пренебрежимо низкой скорости).
Градиент недостаточной поворачиваемости (U) — это скорость изменения угла недостаточной поворачиваемости по отношению к поперечному ускорению на ровной дороге для данного установившегося режима работы.
Транспортное средство имеет недостаточную поворачиваемость , если градиент недостаточной поворачиваемости положительный, избыточную поворачиваемость, если градиент недостаточной поворачиваемости отрицательный, и нейтральную поворачиваемость , если градиент недостаточной поворачиваемости равен нулю.
Любители автомобилей и автоспорта часто неофициально используют эту терминологию в журналах и блогах для описания реакции автомобиля на рулевое управление при различных маневрах.
Для определения градиента недостаточной поворачиваемости можно использовать несколько тестов: постоянный радиус (повторные испытания на разных скоростях), постоянная скорость (повторные испытания с разными углами поворота) или постоянная поворачиваемость (повторные испытания на разных скоростях). Формальные описания этих трех видов испытаний предоставлены ISO. [3] Гиллеспи подробно останавливается на двух методах измерения. [4]
Результаты зависят от типа теста, поэтому просто указать значение град/г недостаточно; также необходимо указать тип процедуры, использованной для измерения градиента.
Транспортные средства по своей сути являются нелинейными системами , и U может меняться в зависимости от диапазона испытаний. Автомобиль может проявлять недостаточную поворачиваемость в одних условиях и избыточную поворачиваемость в других. Поэтому необходимо указывать скорость и поперечное ускорение при каждом сообщении о характеристиках недостаточной/избыточной поворачиваемости.
На градиент недостаточной поворачиваемости влияют многие свойства транспортного средства, в том числе жесткость шин на поворотах, тяга при развале , управляемость податливости поперечных сил , самовыравнивающийся крутящий момент , боковая передача веса и податливость системы рулевого управления. Распределение веса влияет на нормальную силу, действующую на каждую шину, и, следовательно, на ее сцепление. Эти отдельные вклады можно определить аналитически или путем измерения с помощью анализа Бундорфа .
Необходимо проявлять особую осторожность, чтобы не путать поведение недостаточной/избыточной поворачиваемости с предельным поведением транспортного средства. Физика совсем другая. Они имеют разные последствия и разные причины. Первое связано с эффектами искажения шин из-за углов скольжения и развала по мере достижения возрастающего уровня поперечного ускорения. Последнее касается случая предельного трения, при котором первыми насыщаются либо передние, либо задние колеса. Лучше всего использовать описательные термины гонщиков «толкать (плуг) и свободно (вращение)» для определения предельного поведения, чтобы эти понятия не путались. [5]
Хотя большая часть этой статьи посвящена эмпирическому измерению градиента недостаточной поворачиваемости, этот раздел посвящен ходовым качествам.
Толчок (плуг) обычно можно понимать как состояние, при котором при прохождении поворота передние шины насыщаются (не могут создавать дополнительную силу тяги) раньше задних. Поскольку передние шины не могут создавать дополнительную боковую силу, а задние могут, передняя часть автомобиля должна двигаться по траектории большего радиуса, чем задняя.
Обратное верно, если задние шины насыщаются раньше передних. Передние шины будут продолжать создавать боковую силу, необходимую для удержания передней части автомобиля на желаемом пути. Вместо этого задние колеса должны следовать по траектории большего радиуса. В результате задние колеса будут раскачиваться наружу относительно передней части автомобиля. Это поворачивает автомобиль внутрь поворота. Если угол поворота не изменяется (т.е. рулевое колесо остается в том же положении), то передние колеса будут описывать все меньший и меньший круг, в то время как задние колеса продолжают вращаться вокруг передней части автомобиля. Вот что происходит, когда машина «выворачивается». Автомобиль, склонный к расшатыванию, иногда называют «счастливым хвостом», как собака виляет хвостом, когда счастлива, и распространенной проблемой является ловля рыбы .
В реальном вождении (где скорость и радиус поворота могут постоянно меняться) несколько дополнительных факторов влияют на распределение тяги и тенденцию к всплеску или вращению. В первую очередь их можно разделить на факторы, влияющие на распределение веса по шинам и дополнительные фрикционные нагрузки на каждую шину.
Нормальное (вертикальное) распределение нагрузки автомобиля в устойчивом состоянии влияет на управляемость. Если центр масс смещается вперед, градиент недостаточной поворачиваемости имеет тенденцию увеличиваться из-за чувствительности шин к нагрузке . Когда центр масс перемещается назад, градиент недостаточной поворачиваемости имеет тенденцию уменьшаться. Передача продольной нагрузки пропорциональна величине продольного ускорения и высоте центра масс. При торможении дополнительная нормальная нагрузка прикладывается к переднему колесу и равная по величине нормальная нагрузка снимается с задних шин. Нормальная нагрузка на шину и коэффициент трения определяют максимальную силу тяги, которую можно создать. При ускорении часть нормальной нагрузки переносится на заднюю часть спереди, изменяя максимальное тяговое усилие, которого можно достичь на восьмом конце. В крайних случаях передние колеса могут полностью оторваться от земли, что означает, что усилие рулевого управления не может быть передано на вообще земля.
Шины передают на землю боковые и продольные силы. общая сила тяги представляет собой векторную сумму поперечных и продольных сил. Если результирующая желаемая сила тяги, необходимая в любых условиях эксплуатации, превышает доступную силу тяги шины (функцию нормальной силы и коэффициента трения), то шина насыщена.
Хотя распределение веса и геометрия подвески оказывают наибольшее влияние на измеренный градиент недостаточной поворачиваемости в ходе испытаний в установившемся режиме, распределение мощности, смещение тормозов и перенос веса между передними и задними колесами также влияют на то, какие колеса теряют сцепление с дорогой первыми во многих реальных сценариях.
Когда автомобиль с недостаточной поворачиваемостью доводится до предела сцепления шин, при котором уже невозможно увеличить поперечное ускорение, автомобиль будет следовать по траектории с радиусом большим, чем предполагалось. Хотя автомобиль не может увеличить поперечное ускорение, он динамически стабилен.
Когда автомобиль с избыточной поворачиваемостью доводится до предела сцепления шин, он становится динамически нестабильным и имеет тенденцию к пробуксовке . Хотя транспортное средство неустойчиво при управлении с разомкнутым контуром, опытный водитель может поддерживать управление после точки нестабильности с помощью противодействия рулевому управлению и / или правильного использования дроссельной заслонки или даже тормозов; это делается намеренно в дрифте .
Если автомобиль с задним приводом имеет достаточную мощность для пробуксовки задних колес, он может в любой момент вызвать избыточную поворачиваемость, передавая на колеса достаточную мощность двигателя, чтобы они начали вращаться. Как только сцепление прекращается, они могут относительно свободно раскачиваться вбок. При тормозной нагрузке большую работу обычно выполняют передние тормоза. Если этот уклон вперед слишком велик, передние колеса могут потерять сцепление с дорогой, что приведет к недостаточной поворачиваемости.
Градиент недостаточной поворачиваемости является одним из основных показателей, характеризующих поведение при прохождении поворотов в установившемся режиме. Он участвует в других свойствах, таких как характеристическая скорость (скорость автомобиля с недостаточной поворачиваемостью, где угол поворота, необходимый для прохождения поворота, в два раза превышает угол Аккермана), прирост поперечного ускорения (г/град), прирост скорости рыскания (1/с). и критическая скорость (скорость, при которой автомобиль с избыточной поворачиваемостью имеет бесконечное усиление поперечного ускорения).