|
|
Автомодель - настройка и управление. Глава 1: Шины
Автор статьи: Bruno Heremans / оригинал статьи
Авторы перевода: Кирилл Киселёв (Turbokisa) / Владислав Ярополов
| Мне кажется, что вокруг немного людей, которые действительно понимают автомодельные настройки и точно знают, за что каждая регулировка отвечает, большинство действуют интуитивно. Цель данной статьи в том, чтобы предоставить некоторое понимание элементарной динамики автомодели для каждого, кто заинтересован. Для того, чтобы вызвать как можно меньше неразберихи, возможные узлы регулировок указаны как отдельные главы, упорядоченные в порядке важности. В начале каждой главы есть некоторая общая информация об элементе и точное объяснение того, на что он действительно влияет, далее следует совет о том, как и когда данный элемент регулировать. Ближе к концу статьи есть несколько глав, уделяющих много внимания вопросу общего баланса модели.
|
 |
| Шины являются наиболее важным элементом в поисках хорошо управляемой модели. Они - единственная связь между моделью и землёй. Эта связь зависит исключительно от трения между поверхностью и пятном контакта шины, так что давайте посмотрим, как работает трение. |
1.1 Шины для шоссейных автомоделей1.1.1 Трение
Формула трения между двумя поверхностями: µ*вес. µ - коэффициент трения. Для резиновой шины µ определённо не постоянен; он изменяется с температурой, давлением и что более важно со степенью скольжения. Это представлено на следующем графике. |
 |
На горизонтальной оси - степень скольжения, от 0% (без скольжения, шина непосредственно катится вперёд) до 100% (шина неподвижна, а модель перемещается, или модель неподвижна, но шина движется). На вертикальной оси - коэффициент трения. В левой части графика доминирует скольжение в шине. Данный процесс известен, как изгиб шины. Это случается, когда шина деформируется под нагрузкой и пятно контакта перемещается относительно оси. Это также является причиной существования углов бокового увода. В правой части доминирует скольжение между двумя поверхностями, шина начинает немного скользить в сторону. |
| Заметьте, что µ достигает своего максимума, когда есть небольшое скольжение, обычно между 5% и 15%. Это объясняется тем, что шина взаимодействует с поверхностью очень необычным способом.
Фактически, причиной, из-за которой график имеет такую странную форму, является комбинация факторов. Существует два раздельных механизма: адгезия и гестерезис.
Первый компонент, адгезия, явление, когда самые крайние атомы молекул резины находятся в прямом контакте с внешними молекулами поверхности. Резина полимер и её молекулярная структура похожа на "спагетти" из цепочек атомов. Поверхность в свою очередь по большей части является кристаллической, в ней атомы более тесно связаны друг с другом. Поэтому, когда существует скоростное различие между двумя цепочками атомов, атомные цепочки в резине будут растягиваться. Некоторые молекулярные связи будут разрушаться, и будут образовываться новые. Этот процесс повторяется по мере того, как одна поверхность волочится по другой. Очивидно, что разрушение молекулярных связей и движение атомов поглащает энергию, а следовательно также силу. Эта сила - сила адгезии. Она достигает своего максимума, когда разность скоростей двух тел лежит в интервале от 0.03 до 0.06 метров в секунду.
Второй компонент, гистерезис, существует из-за того, что резина деформируется. Поскольку каркас шины искривляется, в некоторых местах резина сжимается, а в других растягивается. Для того,чтобы растяжение было возможно, атомы должны перемещаться относительно друг друга. Трение заставляет резину нагреваться. Опять таки, всё это поглащает энергию и следовательно силу. Эта сила - сила гестеризиса, которая очень схожа с силой адгезии, но её величина определяется внутренним трением в резине.
По мере того, как нагрузка на шину и степень скольжения изменяются, соотношение между этими дувмя компонентами изменяется. Например, если скольжение велико, компонент гестерезиса будет преобладать над адгезией. Если состав резины очень мягкий, температура высокая, а поверхность гладкая, адгезия будет преобладающей силой.
Заметьте, что всё вышесказанное справедливо для очень твёрдых поверхностей, таких как асфальт или очень твёрдая глина. Если поверхность мягкая, существует деформация поверхности, которая служит причиной возникновения силы трения: шипы на шине вонзаются в поверхность и образуют в ней бороздки. В этом случае график не имеет части, которая изгибается вниз; µ всегда увеличивается по мере того, как нагрузка на шину и степень скольжения увеличиваются. Это полностью другой механизм. Это также объясняет следущее явление: когда шоссейная модель делает поворот и переносит вес на внешние колёса, её способность к повороту уменьшается, тогда как внедорожная модель делает тоже самое, её способность к повороту увеличивается. |
|
1.1.2 Круг трения
Теперь, когда мы знаем как работает трение, и что оно обычно максимально при наличии небольшого скольжения, давайте определим, как оно влияет на управляемость автомодели. Трение одинаково во всех направлениях (за исключением случая, когда рисунок протектора не симметричен), и имеет максимальное значение, которое также одинаково во всех направлениях. Это может быть представлено кругом трения. |
 |
Вертикальная составляющая графика изображает ускорение и замедление, а горизонтальная изображает повороты налево и направо. Максимальная величина сцепления представлена краем круга, а область внутри круга представляет собой величину сцепления шины с дорогой. Естественно, самый быстрый способ прохождения трассы заключается в использовании ваших шин до их истинного предела. Поэтому, для максимально быстрого торможения вам потребуется использовать шины в точке C. Если вы тормозите слишком жёстко, и превышаете точку С, шина начнут скользить, и тормозной путь возрастёт. Вы даже можете потерять управление. Похожая ситуация происходит и с ускорением: если вы превысите точку А, вы получите избыток пробуксовки, и ваше ускорение замедлиться. Также возможно превысить пределы сцепления при повороте (точки D и B) и войти в занос. Но сложнее всего исследовать не осевые линии, а сектора между ними. Например точка D
(зелёная), представляет ситуацию когда автомодель поворачивает направо и ускоряется. Заметьте, что D (зеленая) находится на крае круга, т.е. пока модель не ускоряется и не поворачивает с максимальной интенсивностью, точка D находится где-то между точками A и B. |
| Допустим, вы ускоряетесь максимально быстро (точка A), и немного поворачиваете налево.
На графике это означает, что вы находитесь в точке слева от А и следовательно за пределами круга. Поэтому шины сорвутся в скольжение, и автомодель не станет поворачивать (передний привод) или войдётв занос (задний привод). Другой интересный факт заключается в следующем: для того, чтобы получить наибольшую способность к повороту, к колёсам не должно быть приложено никакого вращательного момента. И наоборот, для того, чтобы получить максимально возможное ускорение или торможение, никакого поворота колёс быть не должно.
Имейте в виду, что радиус круга трения показывает максимальную силу адгезии, а она пропорциональна (как было объяснено в предыдующем параграфе) вертикальной нагрузке на колесо. Итак, в двух словах: размер круга увеличивается при увеличении вертикальной нагрузки на колесо, и уменьшается при уменьшении нагрузки. Круг вообще не существует, когда нет нагрузки на колесо. Это вполне логично, поскольку колесо, подвешенное в воздухе, не может сопротивляться никакой боковой силе. |
|
1.1.3 Углы бокового увода
Вам может быть интересно, что именно случается, когда вы выходите за круг трения, и как ваша модель будет реагировать. Углы бокового увода дают ясное описание этого процесса.
Угол бокового увода - это угол между направлением, куда шина "смотрит" и направлением, куда она действительно движется. Каждая шина имеет собственный угол бокового увода.
Шина, которая не скользит имеет нулевой угол бокового увода. Но скольжение может быть как внутреннее, так и внешнее; пятно контакта шины не обязательно должно скользить относительно дороги, изгиб каркаса шины тоже форма скольжения.
Следующий рисунок изображает модель, проходящую поворот на низкой скорости. Все четыре угла бокового увода равны нулю. |
 |
Предположим, автомодель обладает правильным эффектом Аккермана и не имеет заднего схождения, поэтому автомодель может повернуть без проскальзования шин. Заметьте, что воображаемые линии, проходящие через четыре полуоси, пересекаются в одной точке. Это точка, вокруг которой поворачивает автомодель. Своего рода апекс поворота, который проходит автомодель. Это типичная ситуация, когда скорость прохождения поворота мала, и все четыре шины загружены более или менее одинаково.
Но... к сожалению, жизнь не всегда устроена так, как нам хочется. Первым достаточно частым случаем является недостаточная поворачиваемость. |
| Это происходит, когда передние шины не имеют достаточной нагрузки и начинают скользить, создавая угол бокового увода. |
 |
Угол бокового увода передних шин - это угол между синими и зелёными линиями. Автомодель не поворачивает вокруг точки, которую вы ожидали (точка, где пересекаются синие линии, т.е. точка N). Вместо этого, она поворачивает вокруг пересечения зелёных линий (точка U), что делает радиус поворота больше, чем ожидается. Это недостаточная поворачиваемость: когда радиус поворота больше, чем вы хотели. |
| Может также произойти противоположное: задние шины могут иметь недостаточную нагрузку и начнут скользить. Это состояние назвается избыточной поворачиваемостью, при которой радиус поворота меньше, чем вы ожидаете. |
 |
В данном случае задние шины начинают скользить, создавая углы бокового увода на заднем мосту автомодели. Внутренняя передняя шина также начинает скользить. Это происходит потому, что автомодель не может поворачиваться вокруг двух разных точек одновременно. В данном случае автомодель поворачивает вокруг точки O (тогда как пилот ожидает, что она будет поворачивать вокруг точки N). Когда автомодель проходит поворот, линии показывающие углы бокового увода, всегда пересекаются в точке, вокруг которой поворачивает автомодель. Если они не пересекаются в этой точке, шина с наименьшей нагрузкой (в данном случае внутренняя передняя) будет создавать угол бокового увода. |
Обратите внимание на то, что точка, вокруг которой поворачивает автомодель (точка O), теперь находится значительно ближе к центру автомодели и больше сдвинута к передней части. Автомодель будет поворачивать значительно острее, круче и раньше, чем ожидается.
Очивидно, что избыточная и недостаточная поворачиваемость являются очень рапространёнными ситаациями, но в действительности, могут происходить всякого рода странные вещи.
|
 |
Например: вы можете пройти поворот с контскольжением.
Несмотря не то, что передние колёса направлены налево, автомодель поворачивает направо. Задние шины скользят на предельном угле. Нет необходимости говорить, что это требует значительного водительского мастерства.
|
|
|
|
 |
