Малко физика и настройки

[Shveda]

Преди време аз се състезавах , заедо с Иво(ganeca) и доста четох и превеждах геометрии и настройки,много от нещата и сами сме си стигнали с Иво до тях, но по трудния начин. Реших да си споделя трудовете и тук, дано да бъдат полезни. Ако прецените, че не е за тук - трийте, без да се притеснявате.

Част -1ва ГУМИ!

Автомобилните гуми са най-важният елемент в стремежа колата да се държи добре. Ето защо те са първите, които ще бъдат обсъдени. Гумите са 90% от настройката на автомобила, по всяко време и навсякъде. Те са първото нещо, върху което трябва да се съсредоточите, първото нещо, което да бъде наред, още преди дори да започнете да мислите за нещо друго. Никоя друга настройка не може да компенсира лошите гуми; ако направите лош избор, вие сте прецакани.

Триене

Гумите са единствената връзка между автомобила и земята. Тази връзка зависи единствено от триенето между повърхността и контактната повърхност на гумата, така че нека първо да погледнем как работи триенето.

Формулата за триене между две повърхности е ‘странично натоварване’ = μ * ‘тегло’. μ е коефициентът на триене. За гумена гума, μ определено не е постоянна, тя варира в зависимост от температурата, налягането и най-вече, от количеството на приплъзване. Това е представено в следващата графика.

На хоризонталната ос е количеството на приплъзване от 0% (без приплъзване, гумите само се търкалят) до 100% (или гумата е неподвижна, а автомобила се движи, или на автомобила е неподвижен, но гумата е в движение). На вертикалната ос е коефициентът на триене. В лявата част на графиката, преобладава приплъзването в гумите, което е известно също като ‘гърчене на гумите’. Това се случва, когато гумата се деформира при натоварване и контактната повърхност се движи спрямо оста (моста). Това също води до наличието на ъгли на приплъзване. В дясната част, преобладава приплъзването между двете повърхности; гумата започва леко да се плъзга странично. Забележително е, че μ достига своя максимум, когато има малко приплъзване, обикновено между 5% и 15%. Причината е, че гумата взаимодейства с повърхността по много специален начин. Всъщност, причината, поради която графиката е с такава странна форма е, че защото тя е комбинация от неща, намесени са два отделни механизма: хистерезис и сцепление.

Първият компонент, сцепление, е явление, при което най-външните атоми на каучуковите молекули са в пряк контакт с външните молекули на повърхността. Каучукът е полимер и молекулярната му структура наподобява спагети от навързани атоми, а повърхността е повечето пъти кристална, в нея атомите са по-близо един до друг. Така че, когато има разлика в скоростта на двете, атомните „низове" в каучука ще се разтегнат. В някои молекули връзките ще се разкъсат и ще се формират други. Този процес се повтаря докато едната повърхност се трие в другата. Очевидно е, че късането и разтягането на молекулярните връзки, както и движението на атомите се нуждае от енергия, а оттам и сила. Това е силата на сцепление. Тя достига максималната си стойност, когато разликата в скоростите е някъде между 0,03 и 0,06 метра в секунда.

Вторият компонент, хистерезис,
съществува, тъй като гумата се деформира. Когато каркаса на гумите се изкривява, в някои области каучука се свива, а в други области се разтяга. За да може да има разтягане, атомите трябва да се движат успоредно помежду си, а както винаги, това е необратим процес заради триенето. Триенето ще загрее гумите. Отново, всичко това отнема енергия, и следователно сила. Това е сила на хистерезис, която е много подобна на силата на сцепление, само че размерът й се определя от вътрешното триене в гумата.

Тъй като теглото върху гумата и количеството на приплъзване се променят, пропорцията на тези два компонента се мени. Например, ако има повече приплъзване, компонентата на хистерезиса ще доминира над тази на сцеплението. Ако каучуковата смес е много мека, температурата е висока, а повърхността е гладка, сцеплението ще бъде доминиращата сила.

Имайте предвид, че всичко по-горе е валидно за много твърди състезателни повърхности, като асфалт или много твърда глина. Ако повърхността е мека, деформацията на повърхността е това, което причинява силата на триене: шиповете на гумите копаят в повърхността и правят канали в нея. В този случай, графиката няма част, която е извита надолу; μ винаги се увеличава с увеличаването на теглото върху гумата и количеството на приплъзване. Това е напълно различен механизъм. Това е и причината, когато on-road автомобила прави завой и прехвърля тегло на външните гуми, силата на завиване да намалява, а когато оф-роуд автомобил прави същото нещо, силата на завиване да се увеличава. Така че има смисъл on-road автомобилите да имат високо съпротивление срещу преобръщане (настройка на стабилизиращата щанга), а оф-роуд автомобилите – по-ниско.

Kръг на теглителната сила.

Сега, когато знаем как работи триенето и как то обикновено е максимално, когато има малко приплъзване, нека да разберем как то оказва влияние върху работата на автомобила.


Освен ако прорезите на гумата не са симетрични, триенето е еднакво във всички посоки, а също така има максимална стойност, която също е една и съща във всички посоки. Това може да бъде представено от кръга на теглителната сила.

Вертикалната компонента на графиката представлява ускорение и забавяне, и хоризонтална компонента представлява завиване наляво и надясно. Максималният размер на сцепление се представлява от очертанието на кръга, а площта на кръга представлява количеството на сцепление на гумите на пътя. Естествено, най-бързият начин за обиколка на пистата е гумите да се използват максимално. Така че, за да се спира възможно най-бързо, ще трябва гумтие да стогнат до точка С от графиката. Ако натиснете спирачка твърде силно, ще прескочите точка С на графиката, ще поднесете и спирачния ви път ще се увеличи. Може дори да загубите контрол. Същото важи и за ускорението: ако надхвърлите точка А, ще забуксувате и ще ускорите по-бавно. Възможно е също да надхвърлите границата на сцепление при завиване (точки D (в черно) и Б, и да се завъртите.

Но най-трудно е да се прецени не са осевите линии, а частите между тях. Точка D например (в зелено) представлява ситуация, при която колата завива надясно и ускорява. Забележете, че D (в зелено) е на ръба на кръга, но колата не ускорява или завива на максимална скорост, а е някъде по средата. Да речем, че ускорявате възможно най-бързо (точка А) и завивате леко наляво. На графиката, това означава, че сте в точка вляво от А, която е извън кръга, така че гумите ще блокират и колата няма да завие (при предно предаване) или ще се завърти (при задно). Друг интересен факт е, че за да получите най-голяма сила на завиване, не трябва да прилага никаква мощност към колелата. (Точки Б и Д (в черено)) И обратно, за да се получи възможно най-бързо ускорение и спиране, не трябва да има завиване.

Имайте предвид, че радиусът на кръга на теглителната сила представлява максималната сила на сцепление, а това е пропорционално (е, донякъде, според както е обяснено в предишната точка) на вертикалното натоварване върху гумата. И така, накратко: размера на кръга се увеличава при оказване на по-голям натиск е върху гумата, и намалява, ако има по-малък вертикален натиск върху нея. Кръгът дори не съществува, когато няма натиск върху гумата. Това има смисъл, защото гума, която виси във въздуха не може да се противопостави на никаква странична сила.

 

[Shveda]

Ъгли на странично изместване/ плъзгане

Може би сте се чудили какво точно се случва, когато излезете извън фрикционния кръг и как колата ви ще реагира. Ъглите на плъзгане предоставят ясен начин да се опише това.
Ъгълът на плъзгане е ъгъла между това накъде е насочена гумата и накъде всъщност отива. Всяка гума има собствен ъгъл на плъзгане.
Гума, която не се плъзга има ъгъл на плъзгане нула градуса. Но "плъзгане" може да бъде както вътрешно, така и външно; не е нужно контактната повърхност да се плъзга по отношение на пътя, усукването на каркаса на гумата също е форма от плъзгане.
Следващата рисунка представлява кола завиваща при ниска скорост. И четирите ъгли на плъзгане са равни на нула.

Ако приемем, че колата има правилна геометрия на Акерман и без заден toe-in (в предната си част гумите са по-близко една до друга), колата може да завива без нито една от гумите да се плъзне. Имайте предвид, че мислените линии през четири оси се пресичат в една точка. Това е точката около която автомобила завива. Нещо като апекса на завоя който автомобила взема.
Това е типична ситуация, при която скоростта на завиване е ниска, а и четирите гуми са повече или по-малко с еднакво тегло върху себе си.
Но... за съжаление, нещата не винаги са като ти се иска да бъдат. Едно често срещано състояние е недозавиването. Това става, когато предните гуми нямат достатъчно тегло върху себе си и те започват да се плъзгат, като по този начин създават ъгъл на плъзгане.

Ъгълът на плъзгане на предните гуми е ъгълът между сините линии и зелените линии.
Колата не се върти около точката, която очаквате или искате тя да се върти. (където се пресичат сини линии, точка N) Вместо това, тя се върти около пресечната точка на зелените линии (точка U), което прави по-голям радиус на завиване от очакваното. Това е недозавиване: когато радиуса на завоя е по-голям, отколкото бихте искали да бъде. Обратното също е възможно: върху задните гуми може да няма достатъчно тежест и да започнат да се плъзгат. Това обикновено води до състояние, наречено презавиване, при което радиусът на завоя е по-малък, отколкото бихте очаквали да бъде.

Тук, задните гуми са започнали да се плъзгат, създавайки ъгъл на плъзгане в задната част на колата. Вътрешната предна гума също е започнала да се плъзга. Това е така, защото колата не може да се вътри около две различни точки едновременно. В този случай, колата се върти около точка O, (докато водачът би очаквал да се върти около точка N.) Когато един автомобил завива, линиите представляващи ъгъла на плъзгане винаги се пресичат в точката около която автомобила се върти. В противен случай, гумата с най-малко на тегло върху себе си (в случая вътрешната предна) ще оформи ъгъл на плъзгане.
Забележете, че точката около която колата се върти (o) вече е много по-близо до центъра на автомобила, и по-напред. Автомобилът ще завие много остро, много по-остро и по-рано от очакваното.
Обикновеното недозавиване или презавиване са много често срещани състояния, но в реалността могат да се случат най-различни щури неща. Например: можете да вземете завоя с powerslide.

Въпреки, че предните колела се насочват наляво, автомобилът завива надясно. (countersteering) Задните гуми се плъзгат при екстремен ъгъл. Няма нужда да казвам, че това изисква сериозни умения на шофиране.

 

[Shveda]

Oкачване и компоненти на окачването

Пружини

Най-често срещаният вид пружини са спиралните пружини (виж снимката), те обикновено са поставени около кожуха на амортисьора като формират 'пружинен амортисьор'. Пружината е еластичен елемент, който се противопоставя на движение в посоката на работата си. Силата, която упражнява е пропорционална на движението на един от краищата му. Или ако опишем това в математическо уравнение: 'сила' = 'движение' * 'пружинна константа'. Висока стойност на пружинната константа означава по-твърда пружина, а ниска стойност – по-мека пружина.

За прогресивните пружини пружинната константа ще се увеличава със свиването им, а за регресивните пружини - ще намалее. Повечето спирални пружини са слабо прогресивни, тъй като при свиването си, някои от намотките започват да се докосват едина друга, особено в близост до горния и долния край, а оттам и броят на активните намотки намалява.
От математическа гледна точка пружините не са много сложни, но не и от гледна точка на работата им. Проблемът е, че те работят в две измерения: отляво-надясно и отпред-назад. Например: кола с меки пружини ще търпи силно накланяне на купето в бързи завои, но също така и ще 'потъва' много при силно спиране и ще 'кляка' много при ускоряване. Това е така, защото пружините трябва да поемат моментите, които се генерират (вж. roll center и anti-squat), и меките пружини трябва да се свиват по продължение на по-голямо разстояние, за да може да поеме определена сила. (Ако ви изглежда, че това няма смисъл, предлагам още веднъж да погледнете добре графиката) Имайте предвид, че и двете наблюдения имат един и същ ефект: повече натоварване на предните гуми. Така че може би си мислите: "Защо това да е толкова важно, щом ефектът е един и същ." Важно е, защото когато прочетете всички глави, ще можете да настроите страничния баланс на автомобила независимо от надлъжния му баланс, но за сега, само не забравяйте, че твърдостта на пружината засяга почти всичко: справяне с неравности, съпротивление срещу преобръщане, съпротвление срещу люлеене (?pitch), ....

Като цяло, може да се каже, че по-твърдите пружини водят до по-малко сцепление в този край на колата, и обратно, с по-меки пружини добива по-добро сцепление. Това е така, защото пружините възпрепятстват прехвърлянето на тегло както отпред-назад, така и отляво-надясно: при едни и същи завой, ускорение или спирачна сила, по-твърдата пружина ще се свие по-малко, което води до по-малко движение на шасито и следователно по-малко прехвърляне на тегло, а меката пружина ще се свие много, в резултат на на което ще има голямо прехвърляне на тегло.

Но, не винаги ще може да използвате пружините, които искате: за малки неравности с висока честота, твърдите пружини ще карат колата да подскача, което води до загуба на сцепление. Така че ще ви трябват по-меки пружини, тъй като те позволяват на гумите да останат в контакт със земята. Обаче на гладки писти, твърдите пружини са вашия избор; те също така ще подпомогнат възможността на автомобила за скачане и управляемостта.

 

[Shveda]

Амортисьори


Амортизирането е необходимо за поглъщане на енергията свързана с движението на окачването. Това движение може да бъде предизвикано от неравности или от странично или надлъжно ускорение. Без амортизиране, степента на движение на окачването никога няма да спре да се увеличава, което води до много комична ситуация. По отношение на енергията, амортизирането поглъща по-голямата част от енергията, която колата получава, докато се движи, за разлика от пружините, които съхраняват енергията, и отново я освобождават. Представете си кола без амортисьори движеща се по неравен път. Последващите въздействия на неравностите по гумите ще накара окачването да отскача много интензивно, което не е добре. Амортисьорите абсорбират излишната енергия, и позволяват на гумите да останат в контакт със земята колкото е възможно повече. Това също така показва, че амортизирането трябва винаги да съответства на пружинната константа: никога не комбинирайте много твърда пружина с много мек амортисьор или много мека пружина с много твърд амортисьор. Малки промени обаче могат да дадат интересни резултати. Малко по-голямо амортизиране ще направи колата по-стабилна, то ще забави страничното и надлъжното накланяне на автомобила, което го прави не толкова 'нервен'. Имайте предвид, че амортисьорите само коригират скоростта, с която настъпват страничното и надлъжното накланяне, но не променят техния размер. Така че, ако искате вашата кола да се накланя по-малко, настройте стабилизиращата щанга или пружините, но не и амортисьорите.
Нещо, което може да се коригира чрез степента на амортизиране, е скоростта на обратния ход на окачването: ако кола с меки пружини, но с твърди амортисьори бъде натисната надолу, тя ще отскочи много бавно, а кола с твърди пружини и меки амортисьорите ще отскочи много бързо. Същата ситуация възниква при излизане от завой: в завоя, теглото се прехвърля и шасито се накланя и/или потъва, но когато волана се изправи и силата на завиване изчезне, шасито се връща към първоначалната си позиция. Скоростта, с която това ще се случи, се контролира от степента на амортизиране. Така че, колата с меки пружини и твърди амортисьори ще се стреми да продължи да завива, когато волана вече е изправен. Също така ще се стреми да продължи направо, в началото на завиването; усещането за автомобила като цяло ще е, че реагира по-бавно, но същевременно е много плавен. Колата с твърди пружини и меки амортисьори ще реагира много бързо: тя ще следва командите на водача много бързо и агресивно.
Може би не винаги ще бъдете в състояние да използвате пружините и степените на амортизиране, които искате, заради неравностите. Малки неравности с висока честота изискват меки настройки и за амортисьорите, и за пружините. Не можете да използвате такива настройки за големи, груби неравности, тъй като колата често ще се удря в земята, така че ще трябва да настроите колата си да бъде по-твърда. На много гладки писти, можете да използвате много твърди настройки и за пружините, и за амортисьорите.
Но това не е чак толкова просто: дори в обикновените амортисьори, използвани в R/C автомобилите, има разлика между високо-скоростни и ниско-скоростни амортисьори. Може би трябва да се отбележи, че скоростта, за която става въпрос е скоростта на вала по отношение на кожуха, а не скоростта на автомобила. В повечето автомобили в реален мащаб, разликата се постига посредством набор от пружинни клапи в буталото. За не толкова сложните амортисьори, като използваните в R/C, разликата е ефект от присъщите свойства на използвания флуид.
Ако има нещо, което състезателят ентусиаст трябва да знае за динамиката на флуидите, това е, че има два основни вида флуидни потоци: ламинарен и турбулентен. Потокът се нарича ламинарен, ако частиците се движат успоредно една на друга, създавайки линии, които никога не се пресичат. Ламинарен поток възниква, когато скоростта е ниска, течността е с висок вискозитет, а повърхността е гладка и добре заоблена. Потокът се нарича турбулентен, ако частиците се движат произволно, създавайки вихри. Ситуации, при които скоростта е висока, течността е на тънък слой, а повърхността е груба, благоприятстват турбуленцията. При случай на турбуленция, е необходима (или се губи, зависи от гледната точка) много повече енергия, тъй като има много повече триене между частиците. Също така, при ламинарен поток налягането (съпротивлението, в случая на амортисьора) е пропорционално на скоростта на флуида, докато при турбулентен поток, то е пропорционално на скоростта на квадрат. Няма строго разграничение между двата вида; има голяма сива зона между тях.
За да се предскаже дали потока е турбулентен, се използва числото на Рейнолдс. То се дефинира като Re = D * V / n. D е диаметърът, V е скоростта на флуида, и n е вискозитета му. Ако Re е по-малко от 2000, е по-вероятно потокът да е ламинарен, ако е в интервала между 2000 и 4000 това е нещо по средата, и ако е по-голямо от 4000, потокът най-вероятно е турбулентен.
А сега да разгледаме един типичен R/C амортисьор: имаме масло с определен вискозитет, преминаващо през дюзи с определен диаметър при определена скорост. Част от маслото тече около външната страна на буталото, като това почти винаги е ламинарен поток, тъй като разстоянието между буталото и кожуха е толкова малко, че се създава голямо съпротивление. За маслото, преминаващо през отворите на буталото обаче, е трудно да се предскаже. Когато скоростта на вала е много ниска, потокът ще бъде ламинарен, а когато е висока – ще бъде турбулентен. Кога точно ще се случи преходът е трудно да се предскаже, но е лесно да се усети, защото съпротивлението на буталото е пропорционално на скоростта на вала, когато потокът все още е ламинарен, и пропорционално на квадрат от момента, в който потокът се превърне в турбулентен и това се усеща като един вид хидравлично блокиране, тъй като разликата в съпротивлението обикновено е доста съществена. Преходът понякога се описва като "стягане", като че ли амортисьора "се стяга".

Този ефект може да бъде както полезен така и нежелан: това може да попречи на колата да се удари в земята при приземяване от скок, но и може да накара колата ви да подскача много лошо при остри коловози или неравности взети с висока скорост. Така че е доста важно тази настройка да се направи добре.

Начинът, по който да постигнете това е да изберете правилните бутало и масло: както комбинация от бутало с малки отвори и масло с нисък вискозитет, така и комбинация от бутало с големи отвори и масло с висок вискозитет ще постигнат едно и също статично амортизиране; ще се усеща по един и същи начин когато натискате колата с ръка. Също така, по този начин автомобила се се държи еднакво и при ниско-скоростни преходи, като плавно завиване, и при неравности с ниска честота. Но истинската разлика е при високо-скоростното амортизиране: първата комбинация ще стяга много бързо поради ниския вискозитет и увеличената скорост на флуида. (едно и също количество масло трябва да премине през по-малки отвори за един и същи период от време, така че скоростта му трябва да е по-висока) Втората комбинация ще има относително висока устойчивост на турбулентност, заради твърде плътния флуид, който тече с много по-ниска скорост. Следователно, турбуленция или ще се проявяви при много по-високи скорости на вала, или няма да се появи изобщо.

Така че изборът на правилните бутало и масло зависи до голяма степен от вида на пистата. ‘Убийствени’ скокове или ‘трошащи шасита’ неравности изискват бутала с малки отвори, за да се предотврати удрянето на шасито в земята, но обикновено това прави колата много нестабилна. От друга страна, ако на пистата има много неравности или е много набраздена, всяко стягане на амортисьорите ще кара колата да скача и следователно да е много нестабилна. В този случай трябва да пробвате бутала с големи отвори.

Имайте предвид, че определянето на това дали отворите на буталата са твърде малки или твърде големи, не е толкова лесно, колкото би ви се искало; тъй като амортисьорите не са в пряк контакт със земята, има известна еластичност на цялата система на окачването. Рамената на окачването не са абсолютно твърди, нито пък джантите, така че очаквйте леко огъване, а следователно и леко отскачане от тях. Освен това има еластичност и в гумите, макар и това да е много по-малко "подскачаща" форма на еластичност. Тези ефекти са най-забележими, когато колата се приземява след голям скок и отскача малко без шасито да докосне земята. Това означава, че отворите на буталата са твърде малки, което блокира амортисьорите прекалено бързо, така че ударът трябва да се поеме от еластичността на рамената на окачването и джантите.

 

[Shveda]

Център на завъртане


Да се предвиди как колата ще реагира, когато се приложат сили върху гумите не е лесно. Силата може да се абсорбира, раздели, преобразува в момент и т.н... от какви ли не компоненти на окачването. За да се избегне всичко това можете да се опитате да намерите центъра на завъртане на колата си и оттам да се опитате да предвите реакцията на кола. Центърът на завъртане е въображаема точка в пространството, гледайте на нея като на виртуален шарнир към който колата се върти, когато шасито накренява в завой. Това е все едно компонентите на окачването да принуждават шасито да се върти около тази точка в пространството.

Нека първо да разгледаме теорията. Теоремата на Кенеди ни казва, че ако три обекта са скачени заедно, има най-много три полюса на движение, а те са винаги колинеарни, т.е. те винаги са на една линия. За да се разбере какво всъщност е полюсът, направете аналогия с полюсите на Земята: докато Земята се върти, полюсите си стоят където са. С други думи, Земята се върти около въображаема ос, която свързва двата полюса. Но това е 3-измерна аналогия, а в случая на центъра на въртене, на първо време ни трябват само две измерения. Така че полюсът на даден обект (или група от обекти) е като централната точка на окръжност, която той описва.

Ако погледнем към окачването на един типичен R/C автомобил, с долен носач и кобилица, виждаме един куп обекти, които са скачени заедно. Тези обекти включват шасито, кобилицата, носача и главината. За сега считаме главината, оста и колелата за едно цяло. Първо, нека да погледнем шасито, кобилицата и главината. Те са скачени заедно, така че теоремата на Кенеди е в сила. Полюсът на кобилицата и главината е сферичния болт, който ги свързва, тъй като и двете се движат около него. Полюсът на кобилицата и шасито също е сферичния болт, който ги свързва. Така че, ако сега погледнем шасито, кобилицата и главината, вече сме намерили два от трите полюса, така че ако има трети, той ще бъде на въображаемата линия, която свързва другите два. Тази линия е показана в червено на следващата картинка.
Същото важи и за долната половина на система на окачването, полюсът на долния носач и главината е външния шарнирен болт, полюсът на носача и шасито е вътрешния шарнирен болт, така че ако има трети полюс, той трябва да бъде на линията, която свързва другите два. Тази линия също е показана в червено. Ако колата ви използва сферични връзки, вместо шарнирни болтове, оста, преминаваща през центровете на двете сфери образува виртуалния шарнирен болт.

Ако двете червени линии се пресичат, полюсът на главината/колелото и шасито е пресечната точка I. Точка I понякога се нарича "виртуална ос на въртене" или "моментен център". Този полюс може да ни даде информация за това как се движи окачването.
Разстоянието от точка I на централната линия на гумата понякога се нарича "дължина на люлееща се ос", това е все едно главината/колелото да е закачена към една въображаема люлееща се ос, която се върти около точка I. Наличието на толкова дълга люлееща се ос ще бъде равнозначно на наличие на двойно независимо лостово окачване, но действителната конструкция би била много непрактична. Въпреки това то служи като добро опростяване. Дължината на люлеещата се ос, заедно с ъгъла, определя стойността на промяната на камбера, която ще претърпи колелото по време на компресията на окачването. Голяма дължина на люлеещата се ос ще доведе до много малка промяна на камбера при компресия на окачването, а малката дължина - до голяма промяна.

Ако кобилицата и носачът са идеално успоредни един на друг, двете червени линии няма да се пресичат, или, с други думи, пресечната точка I е на безкрайно далечно разстояние от колата. Това все пак не е проблем: само изчертайте зелената линия (на следващата картинка) успоредна на двете червени.
Двете червени линии винаги трябва да се пресичат от страната на центъра на колата, ако те се пресичат от външната страна, промяната на камбера ще е странна: ще отива от отрицателна към положителна и обратно към отрицателна, което не е добре за постоянността на сцеплението.
Колелото и земята също могат да се движат едно спрямо друго; нека приемем, че колелото може да се върти около точката, където докосва земята, която обикновено е в средата на каркаса на гумата. Тази точка е полюса на гумата и земята. При това описание, проблем може да възникне когато шасито накренява: гумите може също да накреняват, а оттам и контактната точка между земята и гумата може да се измести, особено при гуми с квадратен каркас, които не се огъват много.

Сега можем отново да приложим теоремата на Кенеди: земята, колелото и шасито са скачени заедно, вече сме намерили полюса на колелото и земята и полюса на колелото и шасито. Ако съществува полюс на земята и шасито, то той трябва да бъде някъде по линията, която свързва другите два полюса, показана в зелено на следващата картинка.

Същата процедура може да бъде следвана и за другата половина на окачването, като на картинката по-долу. Отново ще се получи зелена линия на която ще се намира полюса на земята и шасито. Пресечната точка на двете зелени линии е полюса на земята и шасито. (ограден в лилаво)

Тази точка (в лилаво), полюсът на шасито и земята се нарича още център на завъртане на шасито. Тя ни дава информация за начина, по който се движи в шасито спрямо земната повърхност. Теоретично, земята може да се върти около нея, докато шасито ще стои неподвижно, но обикновено е обратното – шасито се върти около нея, докато земята стои неподвижно.
Също така, центърът на завъртане е и единствената точка в пространството, където може да се приложи сила към шасито, без тя да може да го накара да се завърти.

Центърът на завъртане ще се движи, когато окачването е компресирано или разтегнато, и заради това той в действителност е моментен център на завъртане. Той се движи, тъй като компонентите на окачването не се движат в идеален кръг по отношение един на друг, повечето от пътищата на движение са на по-случаен принцип. За щастие, всеки път може да бъде описан като безкрайна поредица от безкрайно малки кръгови сегменти. Така че няма особено значение че шасито не се върти с перфектни кръгови движения, просто погледнете на това като въртене в кръг около централна точка, която се мести през цялото време.

Ако искате да определите местоположението на центъра на завъртане на колата си, можете да го направите 'на око', представяйки си линиите и пресечните точки, или можете да вземете наистина голям лист хартия и да направите четеж в мащаб на системата на окачването на автомобила ви.
Сега, когато знаем къде се намира центъра на завъртане, нека да видим как той влияе върху поведението на колата. Представете си автомобил, който се движи в кръг с постоянен радиус, при постоянна скорост. Инерционна сила дърпа колата от централната точка, но тъй като колата е динамично балансирана, трябва да има сила, равна, но с обратна посока, която дърпа автомобила в посока към централната точка. Тази сила се осигурява от сцеплението на гумите.

По принцип, силата на инерция работи по всички различни маси на автомобила, във всяка точка, но чрез определяне на центъра на тежестта (CG), е възможно да се заменят всички инерционни сили от една голяма сила, работеща в центъра на тежестта. Това е все едно общата маса на колата да е събрана в една точка в пространството, в центъра на тежестта. Ако центърът на тежестта е правилно определен и двете условия трябва да бъдат напълно равностойни.
Силите, генерирани от гумите могат да бъдат комбинирани в една сила, работещи в центъра на завъртане (RC) на автомобила.
Гледанo от задната част на колата, изглежда така:

Две равни, но противоположни сили, които не работят в една и съща точка генерират въртящ момент, равен на размера на двете сили, умножен по разстоянието между тях. Така че, колкото е по-голямо разстоянието, толкова по-ефективно дадена двойка сили може да генерира въртящ момент върху шасито. Това разстояние се нарича момент на завъртане. Имайте предвид, че това винаги е вертикалното разстояние между центъра на тежестта и центъра на завъртане, тъй като силите винаги работят хоризонтално.

Въртящият момент, генериран от двете сили ще накара шасито да се завърти около центъра на на завъртане. Това въртящо движение ще продължи докато момента, генериран от пружините е също толкова голям, но с обратна посока. Амортисьорите определят скоростта, с която това се случва. Имайте предвид, че въртящият момент е постоянен, най-малкото в този пример, при който радиусът на завоя е постоянна величина, но моментът предизвикан от пружините се увеличава при компресиране на окачването. (Виж глава "Пружини") Разликата между двата момента, резултатната сила, е тази, която кара шасито да накренява. Тази резултатна сила намалява, защото моментът, предизвикан от пружините се увеличава. Така че скоростта, с която шасито се завърта винаги намалява, и достига нула, когато моментите са равни. Така че, за дадена твърдост на пружините, голям момент на завъртане ще накара шасито да накренява далеч в краищата, а малък момент ще накара шасито да накренява по-малко.

Така че във всеки даден момент, размера на момента на завъртане е показател за големината на въртящия момент, който кара шасито да се наклони в завой.
Сега възниква различен проблем; местоположението на центъра на завъртане се променя, когато окачването се компресира или разтяга, през повечето време той се движи в същата посока, както шасито, така че, ако окачването се компресира, центъра на завъртане слиза надолу.

Тази малка анимация показва как височината на центъра на завъртане се променя с компресирането на окачването. Височината на центъра на тежестта също се променя малко, тъй като позицията на цялата маса под окачването се променя спрямо промените на шасито. Така че е наистина трудно да се каже, дали момента на завъртане всъщност се увеличава или намалява.

Също така, когато колата завива и шасито се накланя, центъра на завъртане обикновено се отдалечава от централната ос на шасито.

 

[Shveda]

Повечето R/C автомобили позволяват дължината и разположението на кобилицата да се променят, като по този начин се променят характеристиките на завъртане на автомобила. Следните обобщения важат в повечето случаи. При кобилица, която е успоредна на долния носач, колата ще стои много ниско, когато колата е в неутрално положение, и следователно първоначалното накреняване на тялото при навлизане в завой ще бъде голямо. При кобилица, която е под ъгъл надолу, центърът на завъртане ще стои по-високо, като началният момент на завъртане ще бъде по-малък, което прави точно този край на колата много агресивен при навлизане в завой. При много дълга кобилица, моментът на завъртане остава повече или по-малко със същия размер, когато шасито се накланя, този край на шасито ще потъва много дълбоко в движението на окачването. Ако не се използва много камбер, това може да накара гумите да се хлъзгат заради прекомерен положителен камбер. При къса кобилица, моментът на завъртане става много по-малкък, когато шасито се накланя; шасито няма да се наклони много.
До този момент, ние сме игнорирали факта, че са налице две независими системи на окачване в автомобила – една в предната и една в задната част. Всяка от тях има собствен център на завъртане. Тъй като частите на двете системи са свързани от твърда структура – шасито – те ще си оказват взаимно влияние. Някои хора са склонни да забравят това, когато правят настройка на колите си; те започват да настройват единия край, без дори да имат предвид това, което се случва в другия. Излишно е се споменава, че това може да доведе до аномалии в работата на автомобила. Наличието на много гъвкаво шаси може да скрие тези аномалии до известна степен, но това е доста далеч от реално решение.
Така или иначе, предната част на шасито е принудена да се върти около предния център на завъртане, а задната част е принудена да се върти около задния център на завъртане. Ако шасито е твърдо, то ще бъде принудено да се върти около оста, която свързва двата центъра на завъртане (в лилаво), тази ос се нарича ос на завъртане. (в червено)

Позицията на оста на завъртане по отношение на центъра на тежестта на автомобила говори много за способностите на завиване на колата, прогнозира как ще реагира колата при вземането на завой. Ако оста на завъртане е под ъгъл надолу към предната част, предницата ще да се нанкланя по-дълбоко в своето окачване отколкото задницата, ще кара колата да "забива нос" в завой. Тъй като задният момент на завъртане е по-малък в сравнение с предния, задницата няма да се накланя много, и така шасито ще остане блозо до неутралното положение. Забалежете, че при кола с много малък отрицателен ход на окачването (провисване), шасито ще снижава по-ефективно, когато колата се накланя. Когато носа на колата е ниско, а задницата високо, по-голям процент от теглото на колата ще бъде поддържано от предните гуми, повече натиск върху гумите означава повече сцепление, така че колата ще има много сцепление отпред, което води то презавиване. Ос на завъртане, която е под ъгъл надолу към задната част ще предизвиква недозавиване. Не забравяйте, че позицията на центровете на завъртане има динамично състояние, така че оста на завъртане може да променя наклона си, когато автомобилът преминава през неравности или взима завой, така че е възможно една кола да недозавива при влизане в завой, когато накланянето на шасито е по-слабо изразено, и да презавива в средата на завоя, защото предния център на завъртане е слязъл много ниско. Този пример илюстрира как характеристиките на центъра на завъртане може да се използва за да се настрои колата така, че да отговаря на конкретни изискавния на работа, породени или от водача, или от пистата.
Като цяло, може да се каже, че ъгълът на кобилицата спрямо носача определя къде е центъра на завърнате при шаси в неутрално положение, а дължината на кобилицата определя до каква степен ще се промени височината на центъра на завъртане когато шасито се накланя. Дълга, успоредна кобилица ще позиционира центъра на завъртане много ниско, и той ще остане много ниско докато автомобила завива. Следователно, колата (или поне този край на колата) ще се накланя много. Кобилица, която е под ъгъл надолу и е много къса ще позиционира центъра на завъртане много високо, и той ще остане високо докато шасито се накланя. Така че шасито ще се накланя много малко. Обратно, къса, успоредна кобилица ще накара колата да се накланя много в началото, но постепенно, тенденцията ще намалее. Така че ще се накланя много бързо в началото, но бързо ще спре. А дълга кобилица, която е под ъгъл надолу ще намали тенденцията на колата да се накланя първоначално, а след това няма да има особено голямо значение.
От гледна точка на поведението на колата, това означава, че този край, където кобилицата е под най-голям ъгъл надолу (най-висок център на завъртане), има най-много сцепление в началото, когато влиза в или излиза от завой, а този край с най-нисък център на завъртане когато шасито се налканя ще има най-голямо сцепление в средата на завоя. Така че, ако имате нужда от малко повече завиване в средата на завоите, удължете предната кобилица малко. (Не забравяйте да регулирате камбера след това) Ако искате по-агресивно завиване, и повече нискоскоростно завиване, или намалете ъгъла на задната кобилица, или увеличете малко ъгъла на предната .

Сега можете да се запитате: какво е най-доброто, висок център на завъртане или нисък? Всичко зависи от останалата част на колата и от пистата. Едно нещо е сигурно: по неравен път, е по- добре центърът на завъртане да е малко по-високо, това ще попречи на автомобила се подмята много от едната страна към другата при преодоляване на неравностите, а също така ще прави възможно използването на по-меки пружини, които позволяват на гумите да останат в контакт с неравната почва. На гладки писти, можете да използвате много нисък център на завъртане, комбиниран с твърди пружини, за да се увеличи реакцията на автомобила и способностите за скачане.

 

[Shveda]

Anti-squat (компенсиране на потъването на задницата при потеглянe)

Правилната височината е много важна; ако е твърде малка шасито често ще опира в земята, а ако е много голяма, рискът от преобръщане ще бъде ненужно голям. Еднаква височина отпред и отзад е добра отправна точка. Повишаване или намаляване на височината на един край на колата променя характеристиките на завиване на автомобила, най-ниския край ще има малко по-голям процент от статичното тегло на колата. Но по-важното е, че центърът на завъртане също ще бъде снижен, което кара тази конкретна част от колата да се накланя по-дълбоко при завиване, карайки я да стои още по-ниско и по следователно да има още по-голямо сцепление.
Вие също трябва да са наясно, че промените във височината обикновено влияят върху количеството на движение надолу на окачването, което, както е обяснено в следващия раздел, може да има сериозни последици.

 

[Shveda]

Движение на окачването


Количеството на отрицателно движение на окачването (downtravel) на колата може да има огромен ефект върху нейното поведение; то влияе на количеството както на страничното,така и на надлъжното накланяне, което търпи шасито.
На тази анимация виждаме кола с много downtravel докато шасито се накланя в завой. Шасито се накланя свободно, а височината на центъра на тежестта не се променя много.

На тази анимация виждаме колата почти без downtravel докато се накланя в завой. Шасито е натиснато надолу докато се накланя, при което центъра на тежестта се снижава.

Така че, ако едната страна на колата има по-малко downtravel от другата страна, този край ще бъде натиснат повече надолу в завой, което води до по-голямо сцепление в този край, особено в средната част на завоя, където прехвърлянето на тегло е по-изразено. Много малко downtravel в предната част ще доведе до добро завиване, особено при влизане в завой с висока скорост, или много агресивно. Много малко downtravel в задната част ще доведе до добро и равномерно сцепление през целия завой.
Но това не е всичко: количеството движение на окачването също влияе на надлъжния баланс на автомобила, т.е. при спиране и ускоряване. Краят на колата с много downtravel ще може да се вдига много, затова накланянето ще бъде по-изразено, което от своя страна ще осигури повече прехвърляне на тегло. Например: ако предния край има много downtravel, той ще се вдигне много при рязко ускоряване, прехвърляйки много тегло върху задната ос. Така че колата ще има много слабо завиване при подване на мощност, но силно задно сцепление. Много downtravel в двата края, комбиниран с меки пружини, може да доведе до прекомерно прехвърляне на тегло: недозавиване при подаване на мощност и презавиване при отнемане на мощност. Лечението е просто: или да се намали downtravel, или да се използват по-твърди пружини.

 

[Shveda]

Стабилизиращи щанги


Стабилизиращите щанги са като "странични пружини", те работят само странично.

Ето как работят: ако едната страна на окачването е компресирана, единия край на щангата се вдига. Другия край също ще се вдигне, дърпайки другата страна на окачването също нагоре, което дава повече устойчивост на шасито срещу преобръщане. До каква степен и колко силно ще бъде вдигната другата страна зависи от твърдостта и дебелината на използваната щанга: тънка щанга ще се огъва много, така че няма да издърпате другата страна се твърде много, позволявайки на шасито да се наклони дълбоко в движението на окачването. Имайте предвид, че щангата работи само когато едната страна на окачването се изтегля по-далеч от другата, както когато колата е в завой. Когато и двете страни са еднакво компресирани, както когато колата е спира, щангата няма ефект. Така че стабилизиращите щанги влияят само на страничния баланс на колата, а не на надлъжния баланс.

За съжаление, стабилизиращите щанги не са единствените неща, които влияят на устойчивостта срещу преобръщане на автомобила, те работят съвместно с пружините и амортисьорите. Да предположим, че добавите стабилизираща щанга в задната част на колата си без да променяте някоя от другите настройки. Когато колата влезе в завой, шасито започва да се накланя. Обикновено окачването от външната страна на завоя ще се компресира, а окачването от вътрешната страна ще се разтегне, оказвайки много по-силен натиск върху външната гума. Обаче, със стабилизиращата щанга , окачването от вътрешната страна ще се компресира, така че шасито ще се наклони по-малко, и задната част на колата ще седи по-ниско от нормалното. Така че задницата ще поеме по-голямо тегло върху себе си, и то ще е разпределено по-равномерно върху двете гуми. Това води до допълнително и по-постоянно сцепление. Не забравяйте, че това става в началото на завоя, а ситуацията е различна в средата на завоя. Обикновено, без стабилизираща щанга, шасито ще спре да се накланя, когато въртящият момент е напълно абсорбиран от външната пружина. Но със стабилизираща шанга, час от този момент се абсорбира от щангата, и се използва за компресиране на вътрешното окачване. Така че външното окачване няма да се компресира толкова, колкото обикновено, карайки задната част на шасито да седи по-високо от нормалното, така че има по-малко тегло върху задницата на колата и повече на предницата. Това е сякаш изведнъж задницата става по твърда, което води до по-добро завиване и по-малко задно сцепление. Въпреки това, задното сцепление е по-постоянно, тъй като теглото се разпределя по-равномерно между задните гуми, освен в случай че пистата е много неравна; стабилизиращата щанга може наистина да повлияе зле на поведението на колата на неравен терен, така че те рядко се използват при неравни писти. Добавяне на стабилизираща щанга в предната част на колата има подобен, но обратен ефект: намалява завиването, но го прави много по-плавно и по-постоянно. Също може да попречи на предницата да „забива нос" твърде много, което прави радиуса на завиване голям и плавен. Това може да бъде полезно на големи, широки писти.
Математически, твърдостта на усукване на средната част на щангата нараства с диаметъра на щангата на четвърта степен, а за двете странични части, твърдостта на усукване нараства с квадрата на диаметъра. Имайте това предвид, когато сменяте стабилизиращите щанги.

 

[Shveda]

Позиции за монтиране на амортисьорите

Повечето R/C автомобили имат няколко възможни позиции за монтиране на амортисьорите, както на кулата (зона 1), така и на носача. (зона 3) С монтирането на амортисьорите на различна позиция, може да се променя действието на пружините. Въпросът е: как ще се отрази това на поведението, или на "усещането " за колата? За да разберете това, първо трябва да знаете какво е стойност на колелата.
Стойността на колелото е еквивалент на стойност на пружината на колелото; това е стойност на пружината на пружина, която ще даде същата твърдост като настоящата, ако би била закачена точно в централната ос на колелото. В края на краищата, това е мястото, където действат силите на сцепление: върху колелото.
А стойността на колелото се определя като (съотношение на хода)² * (стойност на пружината), като съотношението на хода е разстоянието между долната позиция за монтиране на амортисьора и вътрешния шарнирен болт, разделено на разстоянието между вътрешния шарнирен болт и централната ос на гумата.
Или: стойност на колелото = стойност на пружината * (D1/D2)²
Коефициентът на хода понякога се нарича " съотношение на монтаж".
Формулата ни казва, че колкото по-близо са монтирани долните краища на амортисьорите до средата на шасито, толкова по-мека ще е стойността на колелата.
Имайте предвид, че ако промените долната позиция за монтаж на амортисьора, променяте както ъгъла на анортисьора, така и съотношението на хода, но обикновено промяната на съотношението на хода е тази, която има най-голям ефект. Количеството движение на окачването също се променя, което може да засегне и поведението на автомобила.
Ъгълът на амортисьора (а) има по-лек ефект от по-ниската позиция за монтиране: той променя начина по-който се променя съотношението на хода когато окачването е компресирано.
Ъгълът на амортисьорите също не е постоянен: той се увеличава когато окачването се компресира. Този ефект е по-изразен колкото по-хоризонтирани са амортисьорите, така че колкоти по-наклонени са амортисьорите, толкова по-прогресивна ще бъде стойността на колелата. Така че мислете за високите позиции за монтиране като средство за фина настройка на стойностите на пружините и амортисьорите и за промяна на прогресивността.
Имайте предвид, че това не е съвсем вярно: ако централната ос на гумата не се пресича с външния шарнирен болт, значителна част от силите, действащи на гумата се предават на шасито по кобилицата. Независимо от всичко, това е много добро приближение.
Тъй като ъгълът на амортисьорите променя тяхната прогресивност, това също оказва влияние върху скоростта на вала: ако амортисьора е по-хоризонтален (прогресивен), скоростта на вала ще се увеличи с компресирането на амортисьора, а ако е по-близо до вертикално положение (линеен), скоростта на вала няма да варира с движението на окачването. Очевидно е, че това се отразява и на високоскоростното амортизиране; отразява се в момента на преход от нискоскоростно към високоскоростно амортизиране. Той ще настъпи по-рано, когато амортисьора е по-близо до вертикално положение, защото, когато е наклонен, отнема известно време (и известно положително движение на окачването) вала да "набере скорост", и да стигне до същата скорост на вала. Така че, увеличаването на наклона на амортисьора има повече или по-малко същия ефект като използването на бутало с малко по-големи дупки, а монтирането му по-изправен има същия ефект като използването на бутало с малко по-малки дупки.
Намирам, че промяната на долната позиция за монтиране на амортисьорите понякога е удобна, когато искате да промените количеството на отрицателно движение на окачването, но не ви се иска да променяте дължината на амортисьора, или когато имате нужда пружината да бъде малко по твърда или по-мека. Промяната на горната позиция на монтиране е много лека настройка, предпочитам да го променям чак след като всички други, по-важни настройки са направени, и колата се държи, повече или по-малко, както аз искам. Особено полезно е да се промени "усещането" за завиване при влизане в завои. Е, не знам дали това се важи, когато действието на пружините е много прогресивно, но колкото амортисьорите са по-изправени (под по-малък наклон), толкова по-непосредствено ще е тяхното действие при слизане в завой. Например: ако предните амортисьори са близо до вертикална позиция, а задните са по-хоризонтирани, колата ще влиза добре в завоя, ще реагира много бързо. Ако задните са близо до вертикална позиция, а предните са по-хоризонтални, колата няма да влиза много добре в завой, но ще завива по-добре в средата на завоя. В някои случаи, задницата може дори да започне да се плъзга. Това работи по почти по същия начин, както когато има твърди пружини или силно амортизиране: ако имате твърди пружини или силно амортизиране отпред, първоначалната реакция при влизане в завой ще бъде много силна. В средната част на завоя, автомобилът вероятно ще недозавива, но първоначалната реакция е тази, която дава на автомобила „реагиращ“ характер.

 

[Shveda]

Мисля, че до тук е достатъчно за карането из поляни и за хубава настройка на модел, предив, че няма състезателна насоченост. Надявам се да е полезно четиво.

 

[JetMan]

Много полезна статия !

 

[st5rov]

Част -1ва ГУМИ!
Триене
Формулата за триене между две повърхности е ‘странично натоварване’ = μ * ‘тегло’. μ е коефициентът на триене. За гумена гума, μ определено не е постоянна, тя варира в зависимост от температурата, налягането и най-вече, от количеството на приплъзване. Това е представено в следващата графика.

Нещо не се отваря графиката?