Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

При наличии достаточной силы сцепления между шиной и дорогой эластичное колесо, нагруженное поперечной силой, может катиться без скольжения под некоторым углом к своей средней продольной плоскости. Такое качение называется уводом колеса, а угол, образованный вектором скорости центра колеса с этой плоскостью, углом увода колеса δув.

Угол увода колеса можно определить по формуле:

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля(9.4)

где kув – коэффициент сопротивления уводу колеса, Н/рад, показывающий, какую по величине силу нужно приложить к колесу, чтобы оно катилось с углом увода, равным 1 рад.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Рисунок 9.2 – Качение эластичного колеса при отсутствии (а) и действии (б) боковой силы

Поворачиваемость – свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес. Основные причины поворачиваемости: увод колес, вызываемый эластичностью шин; поперечный крен кузова, связанный с эластичностью подвески автомобиля. В зависимости от соотношения углов увода передних и задних колес (мостов) автомобиль может иметь нейтральную, недостаточную и излишнюю поворачиваемость.

Нейтральная поворачиваемость характеризуется тем, что углы увода передних и задних колес равны (δ1 = δ2), и, следовательно, Rэ = R. Однако траектории движения автомобиля с жесткими шинами не совпадает с траекторией движения автомобиля с эластичными шинами (рис. 9.3, а). В этом случае вследствие увода центр поворота находится не в точке О, как у автомобиля с жесткими шинами, а в месте пересечения перпендикуляров к векторам скоростей переднего и заднего мостов (точка О1).

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиляа Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиляб Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиляв

Рисунок 9.3 – Схемы движения автомобиля с различной степенью поворачиваемости: а – нейтральная; б – недостаточная; в – избыточная

Недостаточная поворачиваемость характеризуется тем, что угол увода передних колес больше, чем угол увода задних колес (δ1 > δ2), и Rэ > R. Для движения автомобиля с недостаточной поворачиваемостью по траектории заданного радиуса управляемые колеса необходимо повернуть на больший угол, чем при жестких колесах (рис. 9.3, б). Следовательно, автомобиль с недостаточной поворачиваемостью безопасен при движении на повороте, так как у него имеется некоторый резерв «подруливания».

Излишняя поворачиваемость характеризуется тем, что угол увода передних колес меньше, чем угол увода задних колес (δι δ2 имеет отрицательное значение.

Для количественной оценки шинной поворачиваемости автомобиля применяют коэффициент поворачиваемости ηпов, равный:

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля(9.6)

При излишней поворачиваемости (ηпов > 1), при нейтральной – (ηпов = 1), а при недостаточной – (ηпов

Дата добавления: 2017-06-02 ; просмотров: 689 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

При наличии достаточной силы сцепления между шиной и дорогой эластичное колесо, нагруженное поперечной силой, может катиться без скольжения под некоторым углом к своей средней продольной плоскости. Такое качение называется уводом колеса, а угол, образованный вектором скорости центра колеса с этой плоскостью, углом увода колеса δув.

Угол увода колеса можно определить по формуле:

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля(9.4)

где kув – коэффициент сопротивления уводу колеса, Н/рад, показывающий, какую по величине силу нужно приложить к колесу, чтобы оно катилось с углом увода, равным 1 рад.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Рисунок 9.2 – Качение эластичного колеса при отсутствии (а) и действии (б) боковой силы

Поворачиваемость – свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес. Основные причины поворачиваемости: увод колес, вызываемый эластичностью шин; поперечный крен кузова, связанный с эластичностью подвески автомобиля. В зависимости от соотношения углов увода передних и задних колес (мостов) автомобиль может иметь нейтральную, недостаточную и излишнюю поворачиваемость.

Нейтральная поворачиваемость характеризуется тем, что углы увода передних и задних колес равны (δ1 = δ2), и, следовательно, Rэ = R. Однако траектории движения автомобиля с жесткими шинами не совпадает с траекторией движения автомобиля с эластичными шинами (рис. 9.3, а). В этом случае вследствие увода центр поворота находится не в точке О, как у автомобиля с жесткими шинами, а в месте пересечения перпендикуляров к векторам скоростей переднего и заднего мостов (точка О1).

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиляа Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиляб Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиляв

Рисунок 9.3 – Схемы движения автомобиля с различной степенью поворачиваемости: а – нейтральная; б – недостаточная; в – избыточная

Недостаточная поворачиваемость характеризуется тем, что угол увода передних колес больше, чем угол увода задних колес (δ1 > δ2), и Rэ > R. Для движения автомобиля с недостаточной поворачиваемостью по траектории заданного радиуса управляемые колеса необходимо повернуть на больший угол, чем при жестких колесах (рис. 9.3, б). Следовательно, автомобиль с недостаточной поворачиваемостью безопасен при движении на повороте, так как у него имеется некоторый резерв «подруливания».

Излишняя поворачиваемость характеризуется тем, что угол увода передних колес меньше, чем угол увода задних колес (δι δ2 имеет отрицательное значение.

Для количественной оценки шинной поворачиваемости автомобиля применяют коэффициент поворачиваемости ηпов, равный:

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля(9.6)

При излишней поворачиваемости (ηпов > 1), при нейтральной – (ηпов = 1), а при недостаточной – (ηпов

Дата добавления: 2016-02-27 ; просмотров: 8472 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Устройство автомобилей

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Увод колеса

При прохождении автомобилем поворота возникающая боковая сила Ру действует на весь автомобиль, в том числе и на колеса, которые находятся в контакте с дорогой. Поскольку колеса снабжены эластичными шинами, то боковая сила Ру вызовет деформацию шин в зоне контакта колес с дорогой.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы называется боковым уводом (или просто уводом), а угол между этим вектором и плоскостью вращения колеса – углом увода.

Боковая сила, вызывающая увод, может быть связана с углом увода соотношением:

где kув – коэффициент сопротивления уводу, показывающий какую по величине поперечную силу надо приложить к колесу, чтобы оно катилось с углом увода, равным 1 рад.

Для малых углов увода (до 6˚) коэффициент kув приближенно можно считать постоянным. Для легковых автомобилей kу изменяется от 15 до 40 Н/рад, а для грузовых автомобилей и автобусов – от 30 до 100 Н/рад.

Коэффициент kув можно считать постоянным лишь приближенно. Увеличение вертикальной нагрузки и давления воздуха в шинах сопровождается повышением сопротивления уводу.
При возникновении увода происходит деформация шины в радиальном и поперечном направлении, в результате чего возрастает внутреннее трение в шине. При дальнейшем увеличении углов увода начинается скольжение протектора по дороге. Результатом этого является то, что сила, необходимая для качения колеса с уводом должна быть больше, чем для его качения без увода.

Поворачиваемость автомобиля

Свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес называется поворачиваемостью автомобиля. Поворачиваемость проявляется в результате бокового увода колес вследствие эластичности шин или поперечного крена кузова вследствие эластичности упругих элементов подвески. Поэтому различают поворачиваемость шинную и креновую.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Если в автомобиле с жесткими шинами центр поворота находится в точке О (рис. 2) пересечения продолжения осей передних и задних колес, то у автомобиля с эластичными шинами центр поворота будет находиться в точке О1 пересечения перпендикуляров к векторам скоростей v1 и v2 переднего и заднего мостов. Тогда можно записать:

где δ1 и δ2 – углы увода соответственно переднего и заднего мостов;
ρэ – радиус поворота автомобиля с эластичными шинами;
L – база автомобиля.

Для автомобиля с жесткими шинами углы увода равны нулю: δ1 = δ2 = 0, и для радиуса поворота справедлива формула:

где ρ – радиус поворота автомобиля с жесткими шинами.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

При действии поперечной силы на автомобиль с жесткими шинами он будет сохранять свое прежнее направление движения, пока обеспечивается его устойчивость по сцеплению колес с дорогой. Автомобиль же на эластичных шинах с нейтральной поворачиваемостью при действии боковой силы будет двигаться прямолинейно под углом δув к прежнему направлению движения.

Чтобы понять влияние различных видов поворачиваемости на устойчивость автомобиля, рассмотрим воздействие на автомобиль боковой силы Ру в случае, когда угол поворота управляемых колес равен нулю: θ = 0.

В случае нейтральной поворачиваемости (рис. 3, а) автомобиль будет двигаться под углом δув = δ1 = δ2 к траектории своего прежнего движения.

Креновая поворачиваемость автомобиля зависит от конструкции подвески. На рис. 4 показан задний мост с подвеской на листовых полуэллиптических рессорах, который поворачивает направо. Передние концы рессор соединены с кузовом простым шарниром, а задние – при помощи серьги.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Под действием поперечной силы Ру кузов автомобиля наклоняется, вызывая сжатие левых рессор и распрямление правых. Левая рессора, сжимаясь, перемещает задний мост назад (в точку А ), а правая распрямляясь перемещает его вперед (в точку В ). В результате задний мост поворачивается в горизонтальной плоскости.

Если вследствие крена углы поворота переднего и заднего мостов неодинаковы по величине и направлению, то автомобиль поворачивает, хотя передние колеса относительно балки моста не повернуты. Так, при действии одной и той же силы Ру один автомобиль (рис. 5, а) повернет вправо, а второй автомобиль (рис. 5, б) – влево.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

У автомобиля с излишней креновой поворачиваемостью при действии поперечной силы кривизна траектории непрерывно увеличивается. Это приводит к росту центробежной силы и дальнейшему уменьшению радиуса поворота. Однако максимальное значение угла поперечного крена обычно ограничивается упорами, предусмотренными конструкцией подвески.

Креновая поворачиваемость связана с шинной поворачиваемостью, так как увод колеса возникает не только под действием моментов, но и при наклоне колеса к вертикали (развале).
Если направление поперечной силы совпадает с направлением развала, то увод возрастает. Один градус развала вызывает увод в 10…20 градусов.
У автомобилей с независимой подвеской на поперечных рычагах крен кузова вызывает изменение развала.
При двухрычажной подвеске колеса наклоняются в сторону крена кузова и направления поперечной силы, что увеличивает общий увод моста.
При однорычажной подвеске колеса наклоняются в сторону, противоположную крену кузова и навстречу поперечной силе, при этом общий увод моста уменьшается.

Так как автомобиль, имеющий недостаточную поворачиваемость, обладает большей устойчивостью, то при его конструировании и эксплуатации стремятся обеспечить именно недостаточную поворачиваемость. Поэтому у легковых автомобилей наиболее распространена подвеска на двух рычагах. Заднюю подвеску выполняют зависимой или же независимой на одном поперечном рычаге.
Если сделать наоборот (впереди установить зависимую, а сзади двухрычажную независимую подвеску), то это приведет к резкому ухудшению управляемости автомобиля.

При эксплуатации для сохранения недостаточной поворачиваемости автомобиля при перевозке грузов их размещают так, чтобы их центр тяжести находился ближе к передней оси автомобиля.
Во всех случаях давление воздуха в шинах колес передней оси поддерживают ниже, чем в задних шинах, а в случае вынужденного использования шин разной конструкции следует более жесткие шины устанавливать на заднюю ось, а менее жесткие – спереди.

Автомобиль с излишней поворачиваемостью может вообще потерять управляемость. Из формулы (3) получим:

При прямолинейном движении автомобиля δ1 = δ2 = θ = 0, ρэ = ∞ и обе части уравнения (3) равны нулю.
Если на автомобиль кратковременно подействует боковая сила (например, порыв ветра), то возникает большой увод колес. В этом случае в уравнении (3) δ1 > 0, δ2 > 0 и δ2 > δ1 (автомобиль имеет излишнюю поворачиваемость), θ = 0, следовательно,

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Допустим, что сила Рц параллельна силам боковых реакций Rу1 и Rу2 дороги на колеса автомобиля. Такое допущение основывается на том, что после возникновения центробежная сила Рц и радиус поворота ρэ достаточно велик.
Тогда из уравнения равновесия автомобиля следует (рис. 6)

На основании отношения (1) и с учетом уравнений (5) и (6) получим:

где kув1 и kув2 – коэффициенты сопротивления боковому уводу шин переднего и заднего мостов соответственно.

Из выражений (5), (7) и (8) определяется критическая скорость автомобиля по условиям управляемости:

У автомобилей с недостаточной или нейтральной поворачиваемостью критическая скорость vув отсутствует, так как при δ2 δ1 подкоренное выражение отрицательно, а при δ2 = δ1 оно равно бесконечности.

Источник

Я не знаю, что такое угол увода колеса…

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

«Я им столько раз объяснил, что даже уже сам понял».
(с) один преподаватель другому

Вступление, или «зачем всё это».

Заметка на эту тему напрашивалась очень давно, и, по логике вещей, она должна была появиться сразу после заметки о Ньютоне и Камме или даже внутри неё.

Или вообще не появляться.

Следуя моему кредо, я не занимаюсь перепечаткой того, что легко найти в интернете, книгах и так далее, в общем, того, где всё уже сказано и добавить нечего. Если же есть что добавить, спросить, подискутировать — тогда я пишу, стараясь сделать так, чтобы мой текст был а) корректен с физической точки зрения и б) понятен на интуитивном уровне. То есть чтобы упрощения не превращались в ляпы.

Зачем же я сел за эту заметку? Ведь определение угла увода колеса есть в ГОСТах, есть в любом автомобильном учебнике, есть даже в популярных книжках и статьях, короткое и четкое и… понятное?

Уже больше года прошло с момента написания той заметки про поворачиваемость автомобиля и про силы, которые влияют на его движение. При этом в той заметке я ни полсловом не упомянул (вполне осознанно) краеугольный камень, священный грааль etc всего автопрома и особенно автоспорта — угол увода колеса. Это привело к некоторому количеству откликов в комментариях и письмах. В общем, мне пришлось разговаривать с людьми на тему угла увода колеса. И это поставило меня перед тем фактом, что разные специалисты под углом увода понимают совершенно разные вещи (за которыми стоит разная физика!), а многие авторы популярных книг и интернет-статей вообще до конца не понимают, о чём пишут.

Особенно сюрреалистично было наблюдать, как разные маститые автомобильные специалисты на одни и те же очень простые вопросы дают прямо противоположные ответы (все они, конечно, абсолютно уверены в своих словах). Даже в комментариях к той статье вы ещё можете найти инженера из тюдор мотоспорт (между прочим, они строят самые быстрые тайм-аттак машины в России), который агрессивно доказывал, что угол увода колеса — это тот угол, который даёт подлом (деформация) резины без учета угла собственно сноса (скольжения) колеса.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Мне стало интересно, и я занялся сбором статистики. Многие меня проигнорировали, но с несколькими автомобильными инженерами и пилотами высокого уровня мне удалось поговорить на эту тему. И я обнаружил, что подавляющее большинство инженеров, особенно тех, кто получали автомобильное образование у нас (в СССР, России) по нашим учебникам, углом увода колеса считают только непосредственно угол, который даёт деформация резины, без учета угла сноса (скольжения) колеса. И отсюда выводят всякие естественные заключения, что при срыве колеса в скольжение его угол увода уменьшается, и так далее. При этом некоторые из них поработали даже на западные гоночные команды, и всё равно продолжают так считать. И очень понятно, почему они так делают — если почитать те самые учебники, то физика работы шины, которая там рассматривается, рассматривается именно в диапазоне до начала сноса.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Большинство же пилотов (тоже европейского уровня! И некоторые гоночные инженеры) под углом увода колеса понимают именно то, что написано в определении, дословно и ни больше, ни меньше, то есть угол, который даёт деформация резины ПЛЮС тот угол, который получается от собственно сноса резины. Не учитывать снос резины они считают (по вполне понятным причинам) полной чушью и оперируют практически только им.

В первый случай, например, совершенно не ложится классическое определение поворачиваемости машины. Точнее, оно совершенно неинтуитивно и вызывает массу вопросов. При этом это определение из тех же самых учебников. По нему, машина имеет избыточную поворачиваемость, если угол увода задних колёс больше, чем угол увода передних. Но банальный пример — если взять нейтральную машину и перекачать ей задние колёса до 5 атмосфер, тем самым а) уменьшив угол увода (в их понимании) на задних колёсах, но б) получив машину, которая везде поедет вперёд жопой (в данном случае это академическое слово! Как «похерить» в математике), заставляет заниматься натягиванием совы на глобус (да, при большом желании оно натягивается). Кстати, поворачиваемость автомобиля такой пилот и такой инженер так же определяют по-разному. Пилоты, как правило, вообще не оперируют поворачиваемостью машины в отрыве от скольжения, для них избыточная машина — это машина, которая раньше начинает скользить задней осью, чем передней (естественно, баланс машины рассматривается в каждой фазе каждого поворота, а не «вообще»). Инженеры же вполне оперируют поворачиваемостью машины до срыва колес в скольжение.

В общем, я не знал, что писать на тему угла увода колеса, но последнее время мне попалось несколько современных работ, где авторы задаются такими же вопросами, и они вдохновили меня на эту заметку.

Пневматическая шина (которая есть полимер, а конкретнее — эластомер) упруга и под действием сил деформируется. По простому говоря, она вообще не может в повороте катиться туда, куда направлен обод колеса, она всегда катится под углом к ободу. (Ровно такая же, кстати, деформация, условно говоря сдвиг «слоёв» резины друг относительно друга, происходит и при разгоне и торможении, и имеет под собой ровно ту же самую физику, и, как следствие, рождает такие приемы пилотирования, как threshold braking.)

Вот наглядное видео процесса

И картинка, которая объясняет, что происходит с шиной в повороте и как определяется угол увода колеса:

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Под воздействием сил (из той самой заметки) «слои» резины сдвигаются друг относительно друга, и в задней части пятна контакта проскальзывают относительно дороги, «отпружинивая» на место по мере того как данный участок шины отрывается от дороги при качении колеса.

Классическое определение угла увода (slip angle в англоязычной литературе) звучит так, что это угол между вектором поступательной скорости колеса и его плоскостью (центральной продольной осью), или, попросту говоря, угол между направлением качения колеса и плоскостью вращения диска колеса.

Почему этот угол так важен для автомобильных инженеров и водителей? Потому что уже очень давно было обнаружено, что коэффициент трения резины и, как следствие, сила сцепления шины с асфальтом зависит от величины угла увода.

Попов В.Л. в своей книге «Механика контактного взаимодействия и физика трения…» пишет: «Понимание физической природы трения между эластомером (например, резиной) и жестким основанием важно для многих технических приложений. Механизм трения эластомеров существенно отличается от механизма трения между твердыми материалами, такими как металлы или керамика. Прежде всего благодаря работам Гроша (1962) стало ясно, что трение резины находится в тесной связи с её внутренним трением. Одним из доказательств этого является корреляция между температурными зависимостями коэффициента трения и комплексного модуля сдвига. Этот факт указывает на то, что трение резины является её объемным свойством«. Не знаю, благодаря ли работам неизвестного мне Гроша это стало ясно, но лично у меня сложилось впечатление, что это было ясно уже за несколько десятилетий до 1962 года.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Физика работы шины крайне сложна и до сих пор полностью не описана, не смоделирована и до конца непонятна даже инженерам шинных компаний, в чём он не стесняются признаваться. Если перечислять свойства шин, которые оказывают влияние на генерируемую ей силу сцепления, то получится огромный кусок текста. От формы каркаса шины до скорости колеса, от состава протектора до его температуры, от нагрузки на шину до угла установки колеса — параметров огромное количество. И это не говоря о самой поверхности (разной абразивности асфальта, на котором может быть вода, масло и так далее).

При этом очевидно, что шины — это самая важная часть автомобиля, которая оказывает определяющее воздействие на то, как он едет, на его характер, безопасность, скоростные возможности и так далее. Поэтому производители автомобилей столкнулись с потребностью описать физику работы шины сразу же, как только эта шина была изобретена, и работы в этом направлении проделано крайне много. Шины — самая наукоёмкая часть современного автомобиля. При этом большинство результатов этой работы является секретом компаний, которые производят шины, занимаются математическим моделированием шин и так далее.

Тем не менее общие принципы, следующие из их работ, достаточно хорошо известны. Существует два подхода к описанию физики трения шины и дороги. Один из них — эмпирический, когда берут конкретные шины и инструментально замеряют генерируемые ими силы, после чего пытаются придумать формулу, которая будет выдавать те же результаты, которые получены инструментальными замерами. То есть в чистом виде занимаются подгонкой ответа. Второй — теоретический, когда пытаются придумать математическую модель исходя из представления тех процессов, которые происходят в шине, и надеются, что она будет выдавать близкие к реальным результаты всего по нескольким входным параметрам.

Первый способ вполне рабочий и десятилетиями применяется в автоиндустрии. Самой известной эмпирической моделью является «волшебная формула» за авторством Hans B. Pacejka. Она используется (и совершенствуется!) в гражданской шинной индустрии, в автоспорте, в симуляторах, и даёт хорошие результаты, но при этом никакой физической основы под её структурой нет (поэтому её и называют «волшебной», или «магической»).

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Проблема эмпирического подхода состоит в том, любая попытка «измерить шину» немедленно наталкивается на то, что все переменные постоянно меняются и непонятно, какой именно из десятков параметров как влияет на конечный результат, и чем больше различных шин измерено, тем тяжелее придумать формулы, которые будут давать адекватные результаты для них всех, при любом давлении, температуре и так далее. И он вообще не объясняет (с математической точки зрения), почему кривая — именно такая.

При этом можно измерить катящуюся шину, но очень тяжело измерить скользящую шину. В скользящей шине происходят «взрывные» процессы (меняющие свойства резины за миллиардные доли секунды), она быстро разрушается и так далее. Более того, скользящая шина не очень интересна компаниям, которые делают резину, соответственно, проводят исследования, разрабатывают формулы и так далее. Никто ведь не будет рекламировать поведение шины далеко за гранью срыва в скольжение, все рекламируют поведение шины до того, как она сорвётся. Гонщикам тоже неинтересна скользящая шина — им интересна шина на грани срыва в скольжение, вокруг того самого максимально развиваемого сцепления. Всё это приводит к тому, что «эмпирические» модели, которые довольно полно составлены и описаны в учебниках (по которым те самые автомобильные инженеры и учатся), хорошо работают именно в зоне до скольжения шины, и могут быть не так хороши в зоне, где шина сильно скользит.

Известные графики (и они реальны!) зависимости генерируемой силы и угла увода — это она.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Но обратите внимание, где они заканчиваются… И мне кажется, что это и есть причина разногласий между пилотами и автомобильными инженерами в данном вопросе. Вторым неинтересна та область, где шина сильно скользит, и они просто не рассматривают её. И так привыкли рассматривать только сдвиг резины и научили своих учеников, написали в своих учебниках, что им кажется, что скольжение никакого отношения к углу увода не имеет. Спортсмены же всегда прекрасно чувствуют этот «пик», где шина достигает своего максимально возможного сцепления («встаёт в упор»). И чувствуют, когда шина «перегружается» и кривая начинает движение вниз. При этом собственно деформация резины им практически неинтересна, как и теоретическое обоснование этой кривой.

Подводя итог, озвучу моё личное ни на что не претендующее мнение. Угол увода колеса — это именно то, что написано в определении, и если шина сильно скользит, то тот угол, с которым она скользит, составляет угол увода. Любимые любым инженером графики, которыми они оперируют в спорах об уводе колеса, никак не противоречат этому, просто они заканчиваются близко к моменту срыва колеса в скольжение, вокруг этой точки. Совершенно никто не мешает продолжить этот график и дальше, в ту область, где шина находится в огромном сносе и доживает свои последние минуты. И по оси абсцисс там всё так же будет угол увода колеса. А вот как там пойдет кривая — это уже второй вопрос. Хотя, опять же эмпирический опыт гонщиков подсказывает, как она пойдет, а те, кто разрабатывает теоретические модели шин, пытаются придумать модели, которые дадут конкретные цифры. Проблема в том, что они, как и шинные компании, отказываются раскрывать свои наработки, справедливо считая их know how, активом, который даёт преимущество компании на рынке.

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Смотреть картинку Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Картинка про Увод колеса и поворачиваемость автомобиля. Фото Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

А фраза «при скольжении угол увода колеса уменьшается» — просто некорректна. Хотя меня ей попотчевал человек, который в Европе строил подвески для Формул (не 1, но серьёзных), рассчитывая их, в том числе, исходя из математических моделей шин.

Либо, вариант два, если под «углом увода» понимать именно угол, на который «сдвигается» резина, то всё равно рассматривать поведение колеса в повороте без отрыва от его скольжения невозможно, и тот угол, на который колесо скользит, всё равно надо как-то называть.

В конечном итоге это только вопрос терминологии. В русском языке, насколько я понимаю, нет адекватных устоявшихся терминов понятиям «shear angle», «chassis slip angle», «slip» и так далее, и даже в английском они появились не так и давно и общепринятыми стали не везде, во многих учебниках вы их не увидите.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *