Перенос веса и перенос нагрузки — это два выражения, которые используются несколько запутанно для описания двух различных эффектов: [1]
В автомобильной промышленности перенос веса обычно относится к изменению нагрузки, переносимой различными колесами во время ускорения. [2] Это было бы правильнее называть 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 из-за изменения положения центра тяжести относительно колес. В этой статье используется эта последняя пара определений.
В колесных транспортных средствах перенос нагрузки — это измеримое изменение нагрузки, приходящейся на разные колеса во время ускорения (как продольного, так и поперечного). [3] Сюда входит торможение и замедление (которое представляет собой ускорение с отрицательной скоростью). [6] Никакого движения центра масс относительно колес не требуется, поэтому перенос нагрузки может происходить в транспортных средствах без подвески вообще. Перенос нагрузки — это важнейшая концепция для понимания динамики транспортного средства . То же самое справедливо и для велосипедов, хотя и только в продольном направлении. [4]
Основные силы , которые ускоряют транспортное средство, возникают в пятнах контакта шин . Поскольку эти силы не направлены через центр тяжести транспортного средства, генерируется один или несколько моментов , силы которых являются силами тяги шин на уровне дорожного покрытия, другой (равный, но противоположный) - это инерция масс, расположенных в центре тяжести, а плечо момента - это расстояние от поверхности дорожного покрытия до центра тяжести. Именно эти моменты вызывают изменение нагрузки, распределенной между шинами. Часто это интерпретируется сторонним наблюдателем как качательное или кренящее движение кузова транспортного средства. Абсолютно жесткое транспортное средство без подвески, которое не будет демонстрировать качательное или кренящееся движение кузова, все равно подвергается передаче нагрузки. Однако качание и крен кузова нежесткого транспортного средства добавляет некоторую (небольшую) передачу веса из-за (небольшого) горизонтального смещения центра тяжести относительно вертикального хода подвески оси колеса, а также из-за деформации шин, т. е. смещения пятна контакта относительно колеса.
Опускание CoM к земле является одним из методов снижения передачи нагрузки. В результате передача нагрузки уменьшается как в продольном, так и в поперечном направлении. Другой метод снижения передачи нагрузки заключается в увеличении расстояния между колесами. Увеличение колесной базы (длины) автомобиля снижает продольную передачу нагрузки, а увеличение колеи (ширины) автомобиля снижает поперечную передачу нагрузки. Большинство автомобилей с высокими эксплуатационными характеристиками спроектированы так, чтобы сидеть как можно ниже, и обычно имеют увеличенную колесную базу и колею.
Один из способов расчета эффекта переноса нагрузки, учитывая, что в данной статье термин «перенос нагрузки» используется для обозначения явления, которое в автомобильном мире обычно называют «переносом веса», заключается в использовании так называемого «уравнения переноса веса»:
где - изменение нагрузки, приходящейся на передние колеса, - продольное ускорение, - ускорение свободного падения , - высота центра масс, - колесная база, - общая масса транспортного средства, - общий вес транспортного средства. [7] [8]
Перенос веса подразумевает фактическое (относительно небольшое) перемещение центра тяжести транспортного средства относительно осей колес из-за смещения шасси при изменении положения подвески или перемещения груза или жидкостей внутри транспортного средства, что приводит к перераспределению общей нагрузки транспортного средства между отдельными шинами.
Перенос веса происходит при смещении CoM транспортного средства во время автомобильных маневров. Ускорение заставляет подрессоренную массу вращаться вокруг геометрической оси, что приводит к перемещению CoM. Перенос веса спереди назад пропорционален изменению продольного положения CoM по отношению к колесной базе транспортного средства, а перенос веса из стороны в сторону (суммированный по передней и задней части) пропорционален отношению изменения поперечного положения CoM к колее транспортного средства.
Жидкости, такие как топливо, легко текут внутри своих контейнеров, вызывая изменения в CoM транспортного средства. По мере потребления топлива не только изменяется положение CoM, но и уменьшается общий вес транспортного средства.
Например, когда автомобиль ускоряется, может произойти перенос веса на задние колеса. Внешний наблюдатель может это заметить, поскольку автомобиль заметно наклоняется назад или приседает . И наоборот, при торможении может произойти перенос веса на переднюю часть автомобиля. При резком торможении это может быть ясно видно даже изнутри автомобиля, поскольку нос ныряет к земле (в основном это будет связано с переносом нагрузки). Аналогично, во время изменения направления (боковое ускорение) может произойти перенос веса наружу от направления поворота.
Передача веса, как правило, имеет гораздо меньшее практическое значение, чем передача нагрузки , по крайней мере, для автомобилей и внедорожников. Например, при повороте на 0,9g автомобиль с колеей 1650 мм и высотой CoM 550 мм увидит передачу нагрузки в размере 30% от веса автомобиля, то есть внешние колеса будут испытывать на 60% большую нагрузку, чем раньше, а внутренние на 60% меньшую. Общее доступное сцепление с дорогой снизится примерно на 6% в результате этой передачи нагрузки. В то же время CoM автомобиля обычно будет перемещаться в поперечном и вертикальном направлении относительно пятна контакта не более чем на 30 мм, что приведет к передаче веса менее чем на 2% и соответствующему снижению сцепления на 0,01%.
Передача нагрузки приводит к изменению доступного сцепления на всех четырех колесах при торможении, ускорении или повороте автомобиля. Это смещение в сторону того, что одна пара шин выполняет больше «работы», чем другая пара, приводит к чистой потере общего доступного сцепления. Чистую потерю можно объяснить явлением, известным как чувствительность к нагрузке на шины .
Исключением является положительное ускорение, когда мощность двигателя приводит в движение два или менее колес. В этой ситуации, когда все шины не используются, передача нагрузки может быть выгодной. Таким образом, самые мощные автомобили почти никогда не бывают переднеприводными , так как само ускорение приводит к снижению тяги передних колес. Вот почему спортивные автомобили обычно имеют либо задний привод , либо полный привод (и в случае полного привода мощность имеет тенденцию быть смещенной в сторону задних колес в нормальных условиях).
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 она достигнет половины веса транспортного средства, оно начнет переворачиваться. Некоторые большие грузовики переворачиваются до заноса, в то время как легковые автомобили и небольшие грузовики обычно переворачиваются только тогда, когда они съезжают с дороги. Установка гоночных шин на высокое или узкое транспортное средство и последующее резкое вождение могут привести к переворачиванию.
