Серьезный разговор о теории и технике

[helgi]

Предлагаю на этой ветке форума обсудить теорию движения и устройство спортивных автомобилей. Сразу обращаю внимание на то, что я пока не инженер. Я только учусь . Поэтому призываю к диалогу всех заинтересованных лиц. Тех,кто уже знает, и тех, кто хочет узнать. Тех, кто не ограничивается высказываниями, вроде "дайте ему быструю машину, он поедет гораздо быстрее". Конструктивная критика приветствуется!!!

[helgi]

Интересно, кого-нибудь из читателей интересовало устройство гоночного автомобиля серии ДТМ? Вообще, на фотографию, приведенную ниже, сначала не обратил внимания. Но приглядитесь. Под цифрой 1 – верхний рычаг передней подвески установлен немного не так, как на формулах. Объяснить это можно, используя приведенный ниже текст из книги Раймпеля «Шасси автомобиля». Только дополнительная тяга (под цифрой 2) выполнена очень похожей на рулевую. Имеет ли место в данном случае применение перевернутой схемы. Или это просто компоновка такая со смещением крепления к краю ступицы? Последнее маловероятно.
Вот, что говорит Раймпель :
«Почти все гоночные и спортивные автомобили оборудованы подвеской на двойных поперечных рычагах, что связано с их оптимальными кинематическими параметрами. На рис. 3.4.3.а приведена конструкция передней подвески автомобиля Порше-917, на рис. 3.4.3.б – задняя того же автомобиля. При торможении автомобиля на нижние рычаги действуют гораздо более сильные горизонтальные силы, чем на верхние, и, чтобы уменьшить нагрузки, действующие в месте крепления рычагов, создали увеличенную продольную базу с помощью дополнительных продольных штанг; на рис. 3.4.3.в приведена такая конструкция, приведенная на задней подвеске. Для предотвращения какого-либо изменения угла схождения колес под действием продольных сил, нижние рычаги установлены перевернутыми, то есть рычаги прикреплены к колесу основанием.»

[helgi]

Еще. Если у вас есть какие-нибудь вопросы, обращайтесь. Как говориться, обшарю все архивы, переверну всю институтскую библиотеку, изведу всех на кафедре, но докапаюсь до истины и мудрых книжек с картинками! Если будет много вопросов буду поступать в аспирантуру, чтобы был доступ к информации и знающим людям.

[helgi]

Часто-часто от пилотов можно услышать, что, мол, страдали они на трассе от избыточной-недостаточной поворачиваемости. Неплохая отговорка кто знает, тот поймет, а кто не знает, не станет строить из себя дурака и обязательно поддакнет, мол, страдал, это точно. Так, что же это за поворачиваемость такая и с чем ее едят?

К сожалению, детсадовские ответы, в духе руль крутить меньше-больше надо, подходят для автошколы и невменяемых инструкторов. А у нас тут Технический Вид Спорта! Пора наводить порядок. А то в грязных скандалах разбираются все, а в том, что связано напрямую с самими гонками, специалистов маловато.

Сразу надо сказать, тема неподъемная и трудноперевариваемая. Пришлось сильно попотеть, чтоб перевести инженерный язык на уровень, понятный среднестатистическому болельщику. Надеюсь, подобное чтиво может скрасить дождливый субботний вечер. Основано оно на лекциях зав. кафедрой «Автомобили» МАДИ Андрея Михайловича Иванова, статьях журналиста и автогонщика Михаила Горбачева и подвесочного гуру Иорнсена Раймпеля. Как говорит наш любимый телеведущий, мы поехали.

Начнем с того, что вся мощь двигателя, все его, в нашем случае, 550 Ньютон-метров, передаются Матушке Земле через два относительно небольших эллипса в месте контакта колес с дорогой. Эти эллипсы и называются пятном контакта колеса с дорогой. Вот так и получается: если движок зверский, а резина посредственная, то весь пар в свисток уйдет. Но гонки, как известно, выигрывают в поворотах, в некоторых видах автоспорта даже в первых. А при криволинейном движении у шин проявляется масса интересных свойств, в части которых попробуем разобраться.

Ни для кого не секрет, что в повороте на машину действует центробежная сила. И сила эта каким-то образом должна действовать на шины. Даже если бы эти резинотехнические изделия были совершенно дубовыми, имел бы место эффект основанный на законах физики. Эту самую силу, направленную перпендикулярно движению, колесо может воспринять только в том случае, если начнет отклоняться от прямолинейного направления движения. Позволю себе привести иллюстрации из книги господина Раймпеля.

Вот тут и всплывает так называемый угол увода – штука очень полезная и нужная для гонщиков.

увеличение рисунка по клику

Автомобильное колесо хоть и круглое, но далеко не глупое. Оно всегда будет катиться в сторону наименьшего сопротивления. В обычных условиях пятно контакта – эллипс, и потому колесо катится прямолинейно. Но под воздействием внешних сил эллипс превращается в нечто почкообразное, следовательно, колесу удобнее будет катиться немного в бок, несмотря на то что направлено оно строго прямо. Такими силами могут быть центробежная сила в повороте, внезапный порыв ветра или тычок некультурного соперника на трассе.

Скорее всего, при замедленном повторе прохождения гонщиком поворота любители автоспорта замечали, что автомобиль как бы скользит по трассе, а колеса повернуты на больший угол, нежели направление движения. Раньше, когда теория качения колеса не была детально проработана, пилотам приходилось экспериментировать на трассе в поисках оптимального способа прохождения поворотов. После многих проб и ошибок наиболее быстрые спортсмены приходили к выводу, что в повороте более эффективно вести машину почти на гране скольжения. Попытаемся понять, почему.

Как видно из рисунка, под воздействием внешней силы сначала начинает деформироваться боковина шины, что очевидно. Затем одновременно с деформацией начинается проскальзывание пятна контакта. Именно в этот момент шина может передать наибольшую боковую силу, равную пределу по сцеплению (произведение коэффициента сцепления на вертикальную силу, приходящуюся на колесо). Значит, машина может развить в повороте максимальное ускорение, пройти его на большей скорости и оторваться от преследователей!

Дальнейший рост угла увода приводит к полной потере контроля над автомобилем, что нежелательно. Мастерство профессионалов заключается в поиске этого оптимального угла увода, той скорости, когда автомобиль начинает скользить и скорость прохождения поворота максимальна. Если не верите мне, можете посмотреть диаграмму, приведенную Раймпелем, человеком на порядки более уважаемым )

По вертикали откладывается коэффициент сцепления в поперечном направлении, который и определяет максимальное угловое ускорение. Таким образом, скользя немного, можно пройти поворот на большей скорости.

Теперь, рассмотрев краешек темы угла увода, можно переходить непосредственно к поворачиваемости. С теоретической точки зрения было бы неплохо, если бы колеса у автомобилей не подвергались никаким углам увода и мы могли бы рассмотреть поворот, используя геометрию из пятого класса школы. Но тогда шины, как минимум, были бы дубовыми, что не понравилось бы пилотам, и не существовало бы никаких законов физики, что понравилось бы исключительно анархистам. Но в повседневной жизни передние колеса поворачивают не совсем туда, куда они направлены, а задние подруливают совсем не туда, куда нам хотелось бы.

Как видно из рисунка и формул, радиус поворота R зависит от угла поворота управляемых колес, углов увода колес, базы автомобиля L. На рисунке приведен пример автомобиля с жуткой избыточной поворачиваемостью. Нетрудно догадаться, что если угол увода задних колес больше угла увода передних колес, то поворачиваемость избыточная. Угол увода передних больше – поворачиваемость недостаточная. Парадоксально, но факт. Существует такая скорость, при которой автомобиль с избыточной поворачиваемостью будет просто вертеться волчком при малейшем повороте руля (смотри диаграмму справа).

Если приглядеться к формуле в верхнем правом углу, там фигурирует коэффициент К – коэффициент сопротивления боковому уводу. Он численно равен тангенсу угла наклона кривой из рисунка 4. То есть чем больше К, тем больше угол альфа, тем меньше деформируется боковина под воздействием внешней боковой силы.

Этого эффекта можно добиться многими способами. Выбрать состав резины жестче, поднять давление в шине. Не стоит забывать, что это, вместе и с агрессивным стилем пилотирования (скольжения), может привести к повышенному нагреву и износу протектора.

Есть еще один способ влияния на радиус поворота исходя из приведенной формулы.

Как видно из диаграммы, на коэффициент сопротивления боковому уводу в значительной степени влияет вертикальная нагрузка на колесо (статическая весовая или аэродинамическая на большой скорости). Приходим к выводу, что пилот, читавший умные книжки, может подобрать такие настройки прижимной силы, что на прямых его автомобиль будет обладать недостаточной поворачиваемостью, а в нужных поворотах за счет перераспределения веса – избыточной. Только загвоздка в том, что коэффициент этот изменяется далеко не пропорционально изменению веса (см. рисунок). В умении тонкой настройки и заключается отличие водителей самовозок от суперпрфессиональных пилотов.

Затронем теперь последний вопрос влияния поворачиваемости на поведение автомобиля на трассе. В начале истории автоспорта часто происходили непонятные аварии. Автомобиль без видимых причин терял управление и улетал с трассы. Происходило это чаще всего на высоких скоростях.

Опять эта поворачиваемость! Допустим, автомобиль, обладающий избыточной поворачиваемостью, движется прямо. Вдруг на него начинает действовать внешняя боковая сила (на рисунке с обозначением «с» – случайная). Колеса не могут не передать эту силу дороге. Появляется угол увода. Все бы ничего, если бы поворачиваемость была нейтральной. Тогда автомобиль сместился бы плоскопараллельно сам себе. То есть продолжал прямолинейное движение, только в соседней полосе. Но в нашем случае автомобиль начинает разворот вокруг некоторой точки О. Тут же появляется центробежная сила. Самое страшное, что она направлена в ту же сторону, что и случайная сила. Теперь пилот вряд ли сможет что-либо сделать. Он превращается в зрителя и наблюдает изнутри, как его машина несется боком в кювет.

Посмотрим, что будет при недостаточной поворачиваемости.

Под воздействием случайной силы автомобиль также начинает разворот вокруг точки О. Только теперь центробежная сила направлена в противоположную сторону случайной и компенсирует ее. Автомобиль в таком случае очень устойчив к внешним воздействиям.
В НАСКАР пилоты обычно настраивают машины именно на недостаточную поворачиваемость, ведь летать в отбойник после малейшего контакта с соперником – радости мало.

[Игорь Тарасов]

Здорово !!

[helgi]

Главное,чтоб я в своих выводах не ошибсявот я и просил знающих людей поправить,если что не так!

[Dj RaScoolBaS]

так это твои чертежи или просто отсканированная спец. литература?!
Если первое, то ничего кроме не могу сказать, если второе, то я искренне удивлен, что на русском языке вообще есть такие публикации

[ХодОК]

Будучи чистым гуманитарием ничего по делу сказать не могу, кроме восхищенного "О!" Скопировал себе текст в библотеку, почитаю еще разок на досуге. Заодно подумал - а не стоит ли подобные серьезные материалы заодно подвешивать и в виде word'овских файлов, для удобства скачивания. Может, даже стоит сделать отдельную библиотеку, наподобие фототеки...

[fre3maN]

У меня есть вопрос:

Сообщение от helgi

передаются Матушке Земле через два относительно небольших эллипса в месте контакта колес с дорогой

А разве это эллипсы? Разве не прямоугольная форма у пятна контакта?

Сообщение от helgi

Но гонки, как известно, выигрывают в поворотах, в некоторых видах автоспорта даже в первых.

Эхх, не всегда все решается в 1м повороте ))

***

А так вообще - С У П Е Р ! ! ! Мне понравилось, раньше я к вопросу избыточной поворачиваемости подходил вообще чисто с точки зрения поведения на трассе, при этом чисто дилетантски, а теперь просветился ))

Но есть еще пожелание: мож ты о способах

Сообщение от helgi

Этого эффекта можно добиться многими способами. Выбрать состав резины жестче, поднять давление в шине. Не стоит забывать, что это, вместе и с агрессивным стилем пилотирования (скольжения), может привести к повышенному нагреву и износу протектора.

Побольше расскажешь: как еще можно добиться избыточной/недостаточной поворачиваемости.
И еще об изменениях в углах атаки передних/задних антикрылььев, жесткости пружин, вымсоты положения кузова ))
В общем, вот такие вот мысли. И еще раз - большое спс!

[helgi]

Ух,ребят.Вы меня за профессора не держите только