Факторы влияющие на управляемость автомобиля
[Знание-сила!] Управляемость автомобиля и факторы, на неё влияющие о которых полезно знать
Попробовал собрать все мысли в одну статью, получилось многовато, но это минимум, который нужно знать любому автокулибину.
Кинематика поворота автомобиля на абсолютно жестких колесах
Рулевое управление автомобиля должно обеспечивать такую кинематику поворота, при которой продолжнения осей всех колес пересекаются в одной точке, называемой центром поворота:
В обычном понимании шина едет прямо, однако, т.к. она не твердая а эластичная, то деформируется под действием сил. Форма беговой дорожки искривляется и в реальности шина начинает ехать не туда куда направляется, а отклоняется от этого направления на некий угол δ.
И для того, чтобы отпечаток шины изменил форму, вовсе не обязательно буквально поворачивать. Для этого вполне достаточно небольшого наклона дорожного полотна (обеспечивающего слив воды), неровности асфальта, лёгкого подруливания, бокового ветра, даже при движении по абсолютно прямолинейному участку дороги. Один или несколько из этих факторов ВСЕГДА во время движения автомобиля.
Боковые силы, которые действуют на шину:
Центробежная сила в повороте действует на автомобиль и он в свою очередь на шину. Чтобы вызвать силовой увод, достаточно едва заметно вильнуть рулем.
Тила тяжести (тоже действует на машину) а при наличии уклона дороги в бок вызывает силовой увод шины. Любая дорога должна иметь уклон в сторону обочины. Это закладывается в проект для того чтобы с её поверхности стекала вода. Так же плохие дороги имеют множество неровностей, которые вызывают силовой увод шины в произвольную сторону при движении.
На сопротивление силовому уводу шины влияют следующие факторы:
Конструкция шины (например диагональная жестче чем радиальная, металлокорд обеспечивает лучшую сопротивляемость силовому уводу чем нейлоновый корд), но и шины одного типа разной модели могут иметь разное сопротивление силовому уводу). Радиальные шины с нейлоновым кордом получили наибольшее распространение из за наименьшего сопротивления качению и наибольшей долговечности.
Давление в шине. Чем больше давление, тем меньше силовой увод.
Наличие тяги на колесе. Если ось ведущая, то сопротивление силовому уводу меньше. Чем больше тяга на оси, тем больше деформация шины и силовой увод.
Соотношение ширины профиля шины и ширины диска. Чем шире диск, тем лучше шина сопротивляется силовому уводу. Рационально ставить диски, которые на 20% уже профиля колеса. Например если шина имеет ширину профиля 195мм, то для неё стоит использовать диски шириной 6J (в дюймах).
Масса, приходящаяся на колесо. Чем больше масса, тем хуже шина сопротивляется силовому уводу. Иными словами, чем тяжелее машина – тем больше должны быть шины.
Наклон колеса по отношению к плоскости дороги. Сопротивление силовому уводу хуже если наружное (со стороны, куда направлена боковая сила) колесо наклонено в сторону боковой силы и наоборот.
Угловая жесткость подвески (та самая которая препятствует крену). Чем она больше, тем больше силовой увод шин. Стабилизатор поперечной устойчивости увеличивает силовой увод.
Кинематический увод колеса
Крен кузова может вызвать наклон колеса по отношению к плоскости дороги.
Зависимая подвеска почти не вызывает при крене кузова дополнительный наклон помимо заранее установленной величины развала колес (кроме очень незначительного наклона в результате деформации шин от переноса масс).
Независимая подвеска на двойных поперечных рычагах (ВАЗ-классика, Нива, Москвич-классика, Митсубуиси Паджеро, Тойота Сурф/Хайлюкс/4Раннер итд) колесо кренится в сторону крена кузова и вызывает дополнительный увод колеса, который на передней оси заднеприводного автомобиля полезен (но об этом позже).
Независимая подвеска на одном поперечном рычаге (НАМИ-1, на современных автомобилях такая не применяется, лишь её разновидность «на косых рычагах» например на БМВ задняя подвеска) вызывает наклон колеса в сторону, противоположную крену кузова. Такой наклон уменьшает увод, это благоприятно для задней оси заднеприводного автомобиля.
Макферсон. Как правило, вызывает меньший увод чем подвеска на двойных поперечных рычагах. Так же применима для передней оси автомобиля.
Кинематический увод оси.
Т.к. шарниры рычагов или рессор зависимой подвески при крене в поворотах описывают траекторию окружности относительно кузова, то и положение оси относительно кузова меняется. Ось (зависимой подвески) может разворачиваться относительно автомобиля (на большинстве автомобилей так и происходит) и тем самым подруливать в ту или иную сторону. Этот эффект обычно используется конструкторами для улучшения управляемости, однако, когда любители вносят изменения (например лифт задней подвески установкой лишних листов в рессоры, подкладок под пружины, более высоких пружин или пружин дополнительно к рессорам), зачастую статическое положение подвески изменяется таким образом, что получается эффект, обратный задуманному.
Поворот автомобиля на эластичных колесах
Под термином «поворачиваемость» большинство автолюбителей автоматически понимают свойства автомобиля, проявляющиеся при прохождении поворотов. На самом же деле негативные моменты, связанные с поворачивамостью, в наибольшей мере проявляют себя именно при прямолинейном движении. При чём, чем больше скорость – тем сильнее.
Если совокупный увод на передней оси больше увода на задней оси, то радиус поворота больше чем был бы на жестких колесах. Такие автомобили называются автомобилями с недостаточной поворачиваемостью. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая гасит возмущение. Автомобиль устойчив. Курс немного меняется но коррекция рулем легко компенсирует возмущение. Автомобиль движется прямо, но передние колеса немного повернуты. В действительности большинство автомобилей проектируется и доводится именно таким образом, чтобы их поворачиваемость была лёгкой недостаточной.
Если совокупный увод на осях автомобиля одинаков, то радиус поворота таков каким он был бы на жестких колёсах. Такие автомобили называются автомобилями с нейтральной поворачиваемостью. При появлении боковой силы, автомобиль начинает боком «сползать» с дороги. Коррекция рулем легко компенсирует возмущение. Автомобиль движется немного боком по курсу.
Если совокупный увод на передней оси меньше увода на задней, то радиус поворота меньше чем был бы на жестких колесах. При воздействии боковой силы появляется центробежная сила, которая не гасит возмущение. Автомобиль не устойчив. Курс меняется, коррекция рулем возможно (не всегда) компенсирует это изменение. Автомобиль движется боком, передние колеса повернуты.
Это самый неприятный и опасный эффект. Реально для водителей выглядит как «рысканье» автомобиля по казалось бы прямой дороге на большой скорости. Приходится много подруливать «ловя» прямолинейное движение. Рысканье «устаканивается» при сбрасывании газа так как при этом снимается тяга с задней оси и уменьшается силовой увод шин на ней.
Автомобилей с чисто нейтральной поворачиваемостью не бывает. Увод на осях автомобиля меняется и по мере поворота рулевого колеса и в зависимости от крена кузова в повороте, наличия тяги, наличия других боковых сил. Реальный современный автомобиль должен при любых условиях, любой загрузке, любом маневре иметь определенную небольшую недостаточную поворачиваемость. На практике борьба за управляемость выглядит как борьба с избыточной поворачиваемостью, особенно для заднеприводного автомобиля. Автомобиль с избыточной поворачиваемостью имеет такое понятие как «критическая скорость» выше которой он способен двигаться по криволинейной траектории без поворота руля. Такой автомобиль опасен, если его максимальная скорость выше критической.
Методы борьбы с избыточной поворачиваемостью:
Положительный развал передних колес автомобиля (колеса наклонены наружу).
Увеличение наклона наружного (нагруженного) ПЕРЕДНЕГО колеса наружу поворота при крене. Этот метод доступен только на независимых подвесках, в частности на подвеске с двойными поперечными рычагами (ВАЗ и Москвич классика).
Увеличение угловой (против крена) жесткости ПЕРЕДНЕЙ подвески относительно задней. Рекомендуется соотношение угловых жесткостей передней относительно задней в диапазоне 1.4-2.6.
Угловая жесткость подвески зависит от:
Рессорной (пружинной) колеи (расстояние между центрами рессор или пружин). Чем больше расстояние, тем больше угловая жесткость. Вот тут проблема для зависимой подвески т.к. на передней оси как правило поставить пружины/рессоры так же широко как на задней мешают поворотные кулаки. Тут преимущество имеет независимая подвеска т.к. её пружинная/рессорная колея как правило равна колесной.
Вертикальной жесткости подвески. Тут тоже небольшая нестыковочка. Как правило переменность веса груза, приходящегося на заднюю ось заставляет конструктора поставить более жесткие пружины/рессоры сзади а для управляемости желательно наоборот.
Наличия стабилизатора поперечной устойчивости (но это вредная штука. При наезде на препятствие только одним колесом, суммарная жесткость складывается из его жесткости и жесткости основного упругого элемента). Тем не менее, именно поэтому на автомобили в большинстве случаев стабилизатор стоит именно на передней оси либо передний стабилизатор гораздо жестче чем задний.
Отрицательный развал задних колес автомобиля (колеса наклонены внутрь). Возможно только на независимой подвеске ведущей задней оси.
Увеличение наклона колес внутрь поворота при крене. Тоже касается только независимой подвески.
Уменьшение угловой жесткости задней подвески
Разворот задней оси в сторону поворота. Обеспечение кинематики направляющего устройства, которая бы при повороте подруливала (разворачивала) ось в сторону поворота.
Если на заднеприводном автомобиле и не применяется этот приём, то по крайней мере не допускается разворот оси в обратную сторону.
Как правило автолюбители дорабатывая автомобили самостоятельно, эту кинематику наоборот портят. Например устанавливая в рессоры дополнительные листы или дополняя рессоры пружинами чтобы рессора была сильнее выгнутая (а не прямая) в статическом положении. Подвеска при крене начинает наоборот подруливать в сторону противоположную повороту и делать автомобиль склонным к избыточной поворачиваемости.
Установка дифференциала повышенного трения в заднюю ведущую ось (например винтового Quaife, дискового, вискомуфты или Торсен).
Влияние типа привода на управляемость автомобиля
По умолчанию склонен к недостаточной повроачиваемости. Т.к. наличие тяги на оси снижает сопротивление силовому уводу шины, то наличие тяги на передней оси увеличивает силовой увод а её отсутствие на задней оси уменьшает силовой увод задней оси получаем автомобиль склонный к недостаточной поворачиваемости, что в общем благоприятно для автомобиля. Если недостаточная поворачиваемость слишком велика, её легко уменьшить кинематикой направляющего устройства задней подвески (легче чем наоборот). При всех преимуществах, у переднего привода есть очень большой недостаток – сложно реализовать большую тягу (обратите внимание как даже на маломощных «Самарах» при резком старте легко поднимается перед и колёса начинают шлифовать асфальт).
Если не брать во внимание кинематику подвески и соотношение угловых жесткостей, то автомобиль с полным приводом имеет поворачиваемость близкую к нейтральной т.к. тяга у него (как правило межосевой дифференциал либо симметричный либо близок к симметричному) распределяется по осям равномерно и силовой увод шин примерно одинаков. Полный привод заметно снижает требования к подвеске автомобиля. Это то, почему постоянный дифференциальный полный привод нужен не только на нестабильных грунтах, но и на сухом асфальте.
Склонен к избыточной поворачиваемости. Это самая сложная задача для конструктора подвесок. Приходится прибегать к целому ряду мер для снижения склонности автомобиля к избыточной поворачиваемости и идти на ряд компромисов. Список таких мер приводится выше. Между тем, обратите внимание, что задний привод всё равно настойчиво применяется на дорогих и мощных автомобилях. Это потому, что на нём можно реализовать гораздо большую тягу чем на переднем на опорных поверхностях, на которых она реализуема в принципе – сухой асфальт.
А теперь о наиболее модных переделках:
Стабилизаторы и крен. Очень модно среди автолюбителей устанавливать на жигули и Волги задний стабилизатор поперечной устойчивости. Это уменьшает крен и водитель чувствует себя уверенней. В действительности, кренов не стоит бояться. Это конечно на практике стрёмно, и при крене происходит смещение центра тяжести, но оно слишком несущественное чтобы хоть сколько-нибудь значительно повлиять на устойчивость автомобиля, особенно легкового. К примеру на Рэнджровере 1-ой серии стабилизаторов нет вообще, он сильно кренится в поворотах, но его владельцы не слишком комплексуют по этому поводу :). Стабилизатор – это довольно-таки противная вещь. Если на подвеске стоит стабилизатор, то при наезде на препятствие одним колесом, жесткость складывается из жесткости основной подвески плюс жесткости стабилизатора. В добавок, одним из фактором, влияющим на «поворачиваемость» автомобиля (недостаточная, нейтральная или избыточная) является соотношение угловой жесткости передней и задней подвески (на которую непосредственно влияет стабилизатор).
При установке заднего стабилизатора без соответствующего увеличения жесткости переднего, это соотношение меняется и автомобиль может стать склонным к избыточной поворачиваемости, что является крайне неприятным явлением и проявляется в виде «рысканья» автомобиля при прямолинейном движении на большой скорости.
Кроме того, в конструкции подвески, скорее всего предусмотрена какая-то компенсация за счёт кинематики, которая не происходит если уменьшается крен относительно заложенного в конструкции при заданном окружной боковой силе.
Независимая подвеска на зад вместо моста. Очень модная тема среди самодельщиков – это установка на зад жигулей или Волги подвески от старой БМВ. Если кратко: нельзя устанавливать в автомобиль заднюю подвеску принципиально другого типа не установив от донора и переднюю. Но тогда, наверное, проще ездить на самом доноре.
Попробую в общих чертах объяснить почему задняя подвеска от БМВ на Жигулях или Москвиче – это минус а не плюс. Конечно, идея полностью независимой подвески на автомобиле – это хорошо т.к. позволяет более предсказуемо быстро ехать по разбитой грунтовой дороги. Малые неподрессоренные массы позволяют подвеске быстрее срабатывать, лучше обкатывать неровности и не терять с ними контакт. При этом, т.к. неподрессоренные массы на задней подвеске меньше чем на передней, то переднюю ось сносит первой, её занос не прогрессирующий (направление заноса обратно центробежной силе) и водитель успевает среагировать прежде чем дело доходит до прогрессирующего заноса задней оси.
Если вы адский раллист и любите отжигать по грунтовкам, то полностью независимая подвеска – это необходимость. Для асфальтовых гонщиков никаких реальных преимуществ независимая подвеска на задней оси не даёт.
Заднеприводный автомобиль по умолчанию склонен к избыточной поворачиваемости т.к. силовой увод шин задней оси больше чем у передней из за того, что она ведущая. Для компенсации этого явления, на таких автомобилях как Жигули, Москвич или Волга, спереди установлена независимая подвеска на двойных поперечных рычагах, кинематика которой такова, что колёса наклоняются таким образом, что усиливается силовой увод шин передней оси, чем и компенсируется силовой увод шин на задней. Однако, на БМВ спереди стоит МакФерсон, который ничего не компенсирует. За то, сзади на БМВ поставили независимую подвеску на косых рычагах, которые напрямую компенсируют силовой увод собственных шин уменьшая его (тоже за счёт наклона в нужную сторону, в другую). Такое решение, несомненно правильнее во-первых с точки зрения управляемости т.к. проблема решается прямо в её источнике. Во-вторых, это позволяет установить на перед МакФерсон и расширить подкапотное пространство, высвободив компоновочное пространство для двигателя и вспомогательных агрегатов. Но, как и у любой конструкции, есть и недостатки: Во-первых, при этом ось крена атомобиля на подвеске опускается до уровня асфальта со стороны задней подвески, что несколько увеличивает плечо крена и его величину. А спереди у нас МакФерсон, с кинематикой, очень чувствительной к крену из за коротких нижних рычагов, следовательно нужно «глушить» крен стабилизатором, что и делает фирма БМВ. А сильный стабилизатор – неприятная вещь в плане комфорта для плохих дорог. Во-вторых, получаем в автомобиле ещё одну ось, правильность установки колёс которой зависит от высоты посадки автомобиля на подвеске, а в случае задней оси, переменность нагрузки гораздо больше чем в случае передней (так как задние пассажиры и груз сидят прямо на ней) и высота посадки сильно зависит от наличия или отсутствия трёх задних пассажиров и груза в багажнике.
Ну и наконец, поставив заднюю подвеску на косых рычагах на автомобиль с передней на двойных поперечных рычагах, мы получаем двойную компенсацию силового увода шин задней оси и можем нарваться на недостаточную поворачиваемость. Она, конечно, не так страшна как избыточная, и эту ситуацию можно легко «вылечить» установив стабилизатор поперечной устойчивости на заднюю подвеску, но зачем нам ещё одна лишняя деталь, к тому же отрицательно сказывающаяся на комфорте? Да и вообще, зачем весь этот гемморой? Для того, чтобы быстрее ездить по грунтовкам? Лучше уж тогда по ним поездить аккуратнее, но за то с комфортом. Ну, или на «оригинале» БМВ, учитывая что старые БМВ сейчас весьма доступны, стоят недорого и запчастей к ним навалом.
Кастор – (так же известный как «продольный наклон шкворня») это ещё одна очень модная тема, часто рассматривающаяся как панацея против всех проблем с управляемостью автомобиля. В действительности же, реально этот наклон влияет только на возврат руля в центр и, в общем, имеет смысл только на автомобилях с ГУР, а на автомобилях без него, лишь утяжеляет руль. При установке ГУР на автомобиль без него, если руль кажется «ватным», имеет смысл «завалить кастор» градусов на 5-7, собственно для чёткого возврата. В остальных случаях, кастор может на что-то повлиять лишь косвенно, к примеру из за всё того же утяжеления руля, он мешает водителю активно подруливать и тем самым уменьшает рысканье. Но с рысканьем на самом деле, нужно бороться устраняя причину а не частично следствие.
Занижение – ещё одна очень модная тема для тюнинга в наше время. Идея занижения автомобиля вполне рациональна: чем меньше под машиной просвет, тем меньше там воздуха, тем меньше он отрицательно влияет на сцепление автомобиля с дорогой на большой скорости. И это не считая «стильного» внешнего вида. Лично мне очень нравятся заниженные автомобили с эстетической точки зрения. Однако, в реальной жизни, НЕЗАВИСИМАЯ подвеска автомобиля геометрически проектируется таким образом, что ширина колеи почти неизменна при ходе подвески. Допускается изменение колеи в пределах упругости шин.
Тем не менее, вменяемыми методами, это условие возможно выполнить только в некотором небольшом диапазоне хода подвески, близком к её нейтральному положению. Считается что подавляющую часть времени, при движении на большой скорости, подвеска автомобиля работает в этом небольшом диапазоне. Однако, для обеспечения необходимой энергоёмкости подвески при вменяемой жесткости, ход подвески делается существенно больше чем этот диапазон, в котором колея близка к постоянной. Подразумевается, что при работе подвески, в этот диапазон подвеска переходит достаточно редко, только при наезде на крупные препятствия, на которые, как правило, наезжают на небольшой скорости. На большой – реже, в основном по случайности. Так вот при занижении автомобиля, независимая подвеска выводится (из нормального состояния) в этот самый диапазон сильной переменности колеи постоянно независимо от того, что развал колёс подрегулировали под новое положение. Более того, вдали от нормального нейтрального положения, кинематика подвески уже не работает таким образом, чтобы компенсировать силовой увод шин. И ещё один косяк заключается в том, что рулевые тяги принимают такое положение, при котором схождение колёс становится переменным.
Конечно, если ездить, лёжа на отбойниках (резиновых буферах подвески), то подвеска почти не работает и следовательно колея не переменна и схождение почти постоянно. А адские низкопрофильные шины фактически не имеют силового увода (он ничтожен) и компенсировать его тоже не требуется. Однако, стоит ли таким образом подвергать разрушительным нагрузкам не только все узлы автомобиля включая кузов, но и тела водителя и пассажиров? В нашей стране нужно ездить на автомобиле с максимально мягкой длинноходной подвеской и «мясными» шинами, способными проехать любую весеннюю выбоину в асфальте не лопнув и без разрушения колёсного диска.
Если подвеска ЗАВИСИМАЯ, то её занизить несколько проще. После занижения нужно скорректировать кастор, положение короткой рулевой тяги на переднем мосту и направление редуктора заднего моста.
Но, также следует учитывать следующие вещи:
При занижении зависимой задней подвески мы можем утратить кинематическую компенсацию задней подвески или наоборот её увеличить за необходимые пределы (в зависимости от конструкции).
Если подвеска рессорная, то в большинстве случаев занижают двумя способами:
1) Удалением части листов из рессор. Делать это не желательно. Во-первых, многолистовая рессора проектируется как единое целое с выполнением условия балки равного сопротивления изгиба и это обеспечивает равномерное распределение напряжений по длине листа. В случае нарушения этого условия рессора достаточно быстро выходит из строя (лопается) от усталостного износа. Такая машина годится только для эпизодических выездов на мероприятия. Во-вторых ослабленная рессора становится более склонной к S-образному изгибу от реактивного момента моста (особенно при троганьи и торможении). Это довольно-таки неприятный эффект при вождении автомобиля и такая рессора быстр лопается возле стремянок.
2) Установкой проставок между мостом и рессорой и более длинных стремянок. В этом случае ось моста удаляется от коренного листа рессоры, в результате чего увеличивается рычаг к реактивному моменту, что тоже вызывает S-образный изгиб рессор и довольно-таки скорый их выход из строя (поломка листов около стремянок). От этого существует «лекарство», так называемая реактивная тяга или «Traction bar». Такая тяга одна устанавливается от кузова через серьгу к заднему мосту двумя резиновыми шарнирами и предотвращает S-образный изгиб.
СОДЕРЖАНИЕ
Факторы, влияющие на управляемость автомобиля
Распределение веса
Высота центра масс
| Модель | Модельный год | Высота ЦТ |
|---|---|---|
| Додж Рам Б-150 | 1987 г. | 85 см (33 дюйма) |
| Шевроле Тахо | 1998 г. | 72 см (28 дюймов) |
| Лотус Элиза | 2000 г. | 47 см (19 дюймов) |
| Тесла Модель S | 2014 г. | 46 см (18 дюймов) |
| Шевроле Корвет (C7) Z51 | 2014 г. | 44,5 см (18 дюймов) |
| Альфа Ромео 4C | 2013 | 40 см (16 дюймов) |
| Автомобиль Формулы 1 | 2017 г. | 25 см (10 дюймов) |
Центр масс
Смещение веса назад, предпочитаемое спортивными и гоночными автомобилями, является следствием эффектов управляемости при переходе от движения по прямой к повороту. Во время входа в поворот передние шины, помимо создания части боковой силы, необходимой для ускорения центра масс автомобиля в повороте, также создают крутящий момент вокруг вертикальной оси автомобиля, который запускает поворот автомобиля в поворот. Однако поперечная сила, создаваемая задними шинами, действует в противоположном направлении кручения, пытаясь вывернуть автомобиль из поворота. По этой причине автомобиль с распределением веса «50/50» будет испытывать недостаточную поворачиваемость при входе в поворот. Чтобы избежать этой проблемы, спортивные и гоночные автомобили часто имеют большее распределение веса сзади. В случае чисто гоночных автомобилей это значение обычно находится в диапазоне от «40/60» до «35/65». Это дает передним шинам преимущество в преодолении момента инерции автомобиля (угловая инерция рыскания), тем самым уменьшая недостаточную поворачиваемость при входе в поворот.
Угловая инерция крена
Таким образом, большая ширина, хотя и противодействует высоте центра тяжести, ухудшает управляемость из-за увеличения угловой инерции. Крылья и крыша некоторых высокопроизводительных автомобилей изготовлены из легких материалов, отчасти по этой причине.
Угловая инерция по рысканью и тангажу (полярный момент)
Приостановка
Многие автомобили имеют подвеску, которая соединяет колеса с двух сторон посредством стабилизатора поперечной устойчивости и / или неразрезной оси. В Citroën 2CV передняя и задняя подвески взаимодействуют друг с другом.
Изгиб рамы взаимодействует с подвеской. (См. ниже.)
Весенняя ставка
Для автомобильной подвески обычно используются следующие типы пружин, пружины с регулируемой скоростью и пружины с линейной жесткостью. Когда к линейной пружине прикладывается нагрузка, пружина сжимает величину, прямо пропорциональную приложенной нагрузке. Этот тип пружины обычно используется в дорожных гонках, когда качество езды не имеет значения. Линейная пружина всегда будет вести себя одинаково. Это обеспечивает предсказуемые характеристики управляемости при прохождении поворотов на высокой скорости, ускорении и торможении. Регулируемые пружины имеют низкую начальную жесткость пружин. Жесткость пружины постепенно увеличивается по мере ее сжатия. Проще говоря, при сжатии пружина становится жестче. Концы пружины намотаны более плотно, чтобы добиться более низкой жесткости пружины. При езде это смягчает мелкие неровности дороги, улучшая ходовые качества. Однако как только пружина сжимается до определенной точки, пружина не наматывается так сильно, что обеспечивает более высокую (более жесткую) жесткость пружины. Это предотвращает чрезмерное сжатие подвески и предотвращает опасный перекат кузова, который может привести к опрокидыванию. Пружины переменной скорости используются в автомобилях, разработанных для комфорта, а также в гоночных внедорожниках. В гонках по бездорожью они позволяют транспортному средству эффективно поглощать сильные удары от прыжка, а также эффективно поглощать небольшие неровности на бездорожье.
Ход подвески
Серьезные тиски в управлении TR3B и связанных с ним автомобилей были вызваны недостаточным ходом подвески. (См. Ниже.) У других автомобилей не будет хода подвески из-за некоторой комбинации неровностей и поворотов, что приведет к аналогичным катастрофическим последствиям. С этой проблемой могут столкнуться и чрезмерно модифицированные автомобили.
Шины и диски
Современный химический состав шин зависит от температуры окружающей среды и дороги. В идеале шина должна быть достаточно мягкой, чтобы соответствовать поверхности дороги (таким образом, иметь хорошее сцепление с дорогой), но быть достаточно жесткой, чтобы прослужить достаточную продолжительность (расстояние), чтобы быть экономически целесообразным. Обычно рекомендуется иметь разные комплекты летних и зимних шин для климата с такими температурами.
Колея и колесная база
Неподрессоренная масса
Этот неподрессоренный вес смягчается от неровностей дорожного покрытия только за счет упругости шины на сжатие (и проволочных колес, если они установлены), которая помогает колесу оставаться в контакте с поверхностью дороги, когда инерция колеса препятствует близкому следованию за поверхностью земли. Однако упругость шины при сжатии приводит к сопротивлению качению, преодоление которого требует дополнительной кинетической энергии, а сопротивление качению расходуется в шине в виде тепла из-за изгиба резиновых и стальных лент в боковинах шин. Чтобы снизить сопротивление качению для повышения экономии топлива и избежать перегрева и выхода из строя шин на высоких скоростях, шины имеют ограниченное внутреннее демпфирование.
Таким образом, «подпрыгивание колеса» из-за инерции колеса или резонансное движение неподрессоренной массы, перемещающееся вверх и вниз из-за упругости шины, лишь плохо амортизируется, в основном амортизаторами или амортизаторами подвески. По этим причинам высокий неподрессоренный вес снижает устойчивость к дороге и увеличивает непредсказуемые изменения направления движения на неровных поверхностях (а также снижает комфорт езды и увеличивает механические нагрузки).
Поскольку на борту легко могут быть только тормоза на ведущих колесах, Citroën 2CV имел инерционные амортизаторы на ступицах задних колес, которые гасили только колебания колес.
Аэродинамика
Аэродинамические силы обычно пропорциональны квадрату скорости воздуха, поэтому аэродинамика автомобиля становится все более важной по мере увеличения скорости. Подобно дротикам, самолетам и т. Д., Автомобили можно стабилизировать с помощью плавников и других задних аэродинамических устройств. Однако в дополнение к этому автомобили также используют прижимную силу или «отрицательную подъемную силу» для улучшения устойчивости на дороге. Это заметно на многих типах гоночных автомобилей, но также в некоторой степени используется на большинстве легковых автомобилей, хотя бы для того, чтобы противодействовать тенденции автомобиля создавать положительную подъемную силу.
В последние годы аэродинамика стала предметом повышенного внимания гоночных команд, а также производителей автомобилей. Усовершенствованные инструменты, такие как аэродинамические трубы и вычислительная гидродинамика (CFD), позволили инженерам оптимизировать характеристики управляемости транспортных средств. Усовершенствованные аэродинамические трубы, такие как Full Scale, Rolling Road, Automotive Wind Tunnel, недавно построенные в Конкорде, Северная Каролина, позволили моделировать дорожные условия с максимальной точностью и воспроизводимостью в очень контролируемых условиях. CFD аналогичным образом использовался в качестве инструмента для моделирования аэродинамических условий, но с использованием чрезвычайно продвинутых компьютеров и программного обеспечения для цифрового дублирования конструкции автомобиля, а затем «тестирования» этой конструкции на компьютере.
Подача мощности на колеса и тормоза
Одна из причин, по которой спортивные автомобили обычно имеют задний привод, заключается в том, что избыточная поворачиваемость, вызванная усилением, полезна опытному водителю на крутых поворотах. Перенос веса при ускорении имеет противоположный эффект, и любой из них может доминировать в зависимости от условий. Вызвать избыточную поворачиваемость за счет подачи мощности в переднеприводном автомобиле можно за счет правильного использования « левостороннего торможения ». В любом случае это не важная проблема безопасности, потому что в аварийных ситуациях питание обычно не используется. Использование низких передач на крутых склонах может вызвать избыточную поворачиваемость.
Рулевое управление
Точность рулевого управления особенно важна на льду или твердом снегу, где угол скольжения на пределе сцепления меньше, чем на сухой дороге.
Усилие рулевого управления зависит от направленного вниз усилия на колеса рулевого управления и от радиуса пятна контакта. Таким образом, для постоянного давления в шинах оно соответствует силе веса автомобиля в 1,5 раза. Способность водителя воздействовать на колесо крутящим моментом зависит от его размера. На более длинном автомобиле колеса необходимо проворачивать дальше, чтобы он поворачивался с заданным радиусом. Усилитель рулевого управления снижает требуемую силу за счет ощущения. Это полезно, в основном, при парковке, когда вес переднего тяжелого транспортного средства превышает вес водителя примерно в десять или пятнадцать раз, для водителей с ограниченными физическими возможностями и когда в рулевом механизме наблюдается сильное трение.
На дорожных автомобилях начали использовать рулевое управление на четыре колеса (оно было у некоторых разведывательных машин времен Второй мировой войны). Это уменьшает эффект угловой инерции, заставляя всю машину двигаться до того, как она повернется в желаемом направлении. Его также можно использовать в другом направлении для уменьшения радиуса поворота. Некоторые машины будут делать то или другое, в зависимости от скорости.
Изменения геометрии рулевого управления из-за неровностей дороги могут привести к тому, что передние колеса поворачиваются в разных направлениях вместе или независимо друг от друга. Рулевая тяга должна быть спроектирована таким образом, чтобы минимизировать этот эффект.
Электронный контроль устойчивости
Система контроля устойчивости некоторых автомобилей может быть несовместима с некоторыми методами вождения, такими как избыточная поворачиваемость, вызванная мощностью. Поэтому, по крайней мере, со спортивной точки зрения, предпочтительно, чтобы она могла быть отключена.
Статическая центровка колес
Конечно, для дорожных машин все должно быть одинаково, слева и справа. Развал влияет на рулевое управление, потому что шина создает усилие в сторону, к которой наклонен верх. Это называется тягой изгиба. Дополнительный передний отрицательный развал используется для улучшения проходимости автомобилей с недостаточным развалом.
Жесткость каркаса
Водитель, управляющий автомобилем
Знакомство
Чем больше у человека опыта работы с автомобилем или типом автомобиля, тем больше у него шансов в полной мере использовать его характеристики управляемости в неблагоприятных условиях.
Положение и поддержка водителя
Необходимость выдерживать перегрузки в руках мешает водителю точно управлять автомобилем. Точно так же отсутствие поддержки сиденья водителя может заставить его двигаться, когда автомобиль подвергается быстрому ускорению (при прохождении поворота, взлете или торможении). Это мешает точному управлению, что затрудняет управление автомобилем.
Возможность легко дотянуться до органов управления также является важным фактором, особенно если автомобиль едет с трудом.
В некоторых случаях хорошая поддержка может позволить водителю сохранить некоторый контроль даже после незначительной аварии или после первой стадии аварии.
Внешние условия, влияющие на обращение
Погода
Состояние дороги
Автомобили с относительно мягкой подвеской и малой неподрессоренной массой меньше всего страдают от неровностей поверхности, в то время как на плоских гладких поверхностях чем жестче, тем лучше. Неожиданная вода, лед, масло и т. Д. Представляют опасность.
Общие проблемы с обращением
Когда какое-либо колесо выходит из контакта с дорогой, происходит изменение управляемости, поэтому подвеска должна удерживать все четыре (или три) колеса на дороге, несмотря на резкие повороты, повороты и неровности дороги. Это очень важно для управляемости, а также по другим причинам, чтобы ход подвески не закончился и «снизу» или «сверху».
Наиболее важные общие ошибки обработки:
Компромиссы
Модификации и корректировки послепродажного обслуживания
Снижение центра тяжести всегда помогает управляемости (а также снижает вероятность опрокидывания). В некоторой степени это можно сделать, используя пластиковые окна (или их нет) и легкие материалы крыши, капота (капота) и крышки багажника (багажника), уменьшив дорожный просвет и т. Д. Увеличение колеи с «перевернутыми» колесами будет иметь аналогичный эффект, но чем шире автомобиль, тем меньше у него свободного места на дороге и тем дальше ему, возможно, придется свернуть, чтобы пропустить препятствие. Более жесткие пружины и / или амортизаторы, как передние, так и задние, обычно улучшают управляемость на почти идеальных поверхностях, в то же время ухудшая управляемость на неидеальных дорожных условиях из-за «пропуска» автомобиля (и разрушения сцепления), что затрудняет управление автомобилем. трудный. Комплекты подвески для вторичного рынка обычно легко доступны.
Более легкие колеса (в основном из алюминия или магниевого сплава) улучшают управляемость, а также повышают комфорт за счет уменьшения неподрессоренной массы.
Момент инерции можно уменьшить, используя более легкие бамперы и крылья (крылья) или их совсем не использовать.
Устранение недостаточной или избыточной поворачиваемости достигается за счет увеличения или уменьшения сцепления с дорогой на передней или задней оси. Если передняя ось имеет большее сцепление с дорогой, чем у аналогичного автомобиля с нейтральными характеристиками рулевого управления, автомобиль будет иметь избыточную поворачиваемость. Автомобиль с избыточной поворачиваемостью может быть «настроен» путем увеличения сцепления с дорогой на задней оси или, альтернативно, путем уменьшения сцепления с дорогой на передней оси. Обратное верно для автомобиля с недостаточной управляемостью (задняя ось имеет избыточное сцепление с дорогой, которое фиксируется увеличением переднего сцепления или уменьшением заднего сцепления). Следующие действия будут иметь тенденцию к «увеличению сцепления с дорогой» оси. Увеличение расстояния от рычага момента до cg, уменьшение передачи поперечной нагрузки (смягчение ударов, смягчение стабилизаторов поперечной устойчивости, увеличение ширины колеи), увеличение размера пятна контакта шины, увеличение передачи продольной нагрузки на эту ось и снижение давления в шинах.