Кастор и прочее......

В продолжение заметки «Власть руля» http://www.f1-portal.ru/index.php?id_notes=5551

Заметка Михаила, вскрыла некоторые вопросы относительно настройки углов управляемых колес.

Общими усилиями, постараемся разобраться.

 

Развал  (camber)-- отражает ориентацию колеса относительно вертикали и определяется как угол между вертикалью и плоскостью вращения колеса.

У болидов ф1 развал отрицательный

Схождение (TOE) --характеризует ориентацию колес относительно продольной оси автомобиля.

Считается, что влияние отрицательного развала нужно компенсировать, отрицательным схождением и наоборот,  из-за деформации шины в пятне контакта «разваленное» колесо можно представить как основание конуса.

На картинке положительный развал и положительное схождение.

Одна из положительнх сторон отрицательного схождения--увеличение скорости реакции рулевого управления.

 

Помимо развала и схождения, которые можно увидеть "глазом", присутствует еще несколько параметров, которые оказывают влияние на управляемость авто.

Плечо обката—один из параметров, который влияет на чувствительность рулевого управления. Благодаря ему руль «сигнализирует» о нарушении равенства продольных реакций на управляемых колесах (неровности покрытия, неравномерное распределение тормозных сил между правым и левым колесом). 

Положительное (а) и отрицательное (6) плечо обката:
А, Б — центры шаровых шарниров передней подвески;
В — точка пересечения условной оси, «шкворня», с поверхностью дороги;
Г — середина пятна контакта шины с дорогой.

Плечо обката не оказывает влияния на легкость рулевого управления. При наличии плеча обката действующие на управляемые колеса продольные силы создают моменты, стремящиеся развернуть их вокруг оси поворота. Но в случае равенства сил на обоих колесах моменты оказываются «зеркальными», т.е. равными и противоположно направленными. Взаимно компенсируя друг друга, они не оказывают воздействия на рулевое колесо. Однако моменты нагружают детали рулевой трапеции растягивающими или сжимающими (в зависимости от расположения плеча обката) усилиями.

(Отрицательный развал увеличивает положптельное значение плеча обката)

Весовая стабилизация передних колес.

При повороте колеса поднимается передняя часть авто, поэтому под действием веса колесо стремится занять положение прямолинейного движения. Весовая, или статическая, стабилизация передних колес (т. е. обеспечение их возврата в направление прямолинейного движения) обеспечивается положительным плечом обката и углом поперечного наклона оси поворотной стойки .

 

Поперечный наклон поворотной стойки.

SAI - угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса (с уменьшением поперечного угла эффективность весовой стабилизации снижается, избыточный наклон приводит к чрезмерному усилию на руле)

IA - включенный угол (неизменным конструктивный параметр авто, определяет взаимную ориентацию оси поворота и цапфы колеса)          

γ  - угол развала колеса

r -  плечо обката (в данном случае, положительное)

rц - поперечное смещение оси поворота

 

В 2-рычажной подвеске включенный угол определяется только геометрией цапфы.

 

Механизм работы весовой стабилизации.

При повороте колеса его цапфа движется по дуге окружности, плоскость которой перпендикулярна оси поворота. Если ось вертикальна, цапфа перемещается горизонтально. Если ось наклонена, траектория цапфы отклоняется от горизонтали.

У дуги, которую описывает цапфа, появляются вершина и нисходящие участки. Положение верхней точки дуги определяется направлением наклона оси поворота колеса. При поперечном наклоне вершина дуги соответствует нейтральному положению колеса. Значит, при отклонении колеса от нейтрали в любую сторону цапфа (а вместе с ней и колесо) будет стремиться опуститься ниже исходного уровня. Колесо работает как домкрат – приподнимает находящуюся над ним часть автомобиля. «Домкрату» противодействует сила, прямо зависящая от ряда параметров: веса поднятой части автомобиля, угла наклона оси, величины ее поперечного смещения и угла поворота колеса. Она пытается вернуть все в исходную, устойчивую позицию, т.е. повернуть руль в нейтральное положение

 

Динамическая стабилизация передних колес.

 

Для обеспечения стабильности движения, т. е. стремления автомобиля двигаться прямо, недостаточно только поперечного наклона оси поворотной стойки колеса, особенно на большой скорости. Связано это и с появлением дополнительного сопротивления качению и с гироскопическим эффектом, который может вызвать влияние колеса при действии возмущающей силы. Для большей стабильности вводят продольный наклон оси поворотной стойки колеса, благодаря которому точка пересечения оси поворота с поверхностью дороги смещена вперед относительно контакта шины с дорогой. Теперь колесо стремится занять положение позади точки пересечения оси колеса с дорогой, причем чем больше сила сопротивления качению, тем больший момент возвращает колесо в положение прямолинейного движения. При таком смещении сила, действующая на колесо при повороте, также стремится выпрямить колесо.

Главная функция кастера – скоростная (или динамическая) стабилизация управляемых колес автомобиля. Стабилизацией в данном случае называют способность управляемых колес сопротивляться отклонению от нейтрального (соответствующего прямолинейному движению) положения и автоматически возвращаться к нему после прекращения действия внешних сил, вызвавших отклонение. 

Отклонение управляемых колес может быть вызвано намеренными действиями, связанными с изменением направления движения. В этом случае стабилизирующий эффект содействует на выходе из поворота, автоматически возвращая колеса в нейтральное положение. А вот на входе в поворот и в его апексе «драйверу», напротив, приходится преодолевать «сопротивление» колес, прикладывая к рулевому колесу определенное усилие. Возникающая на рулевом колесе реактивная сила создает то, что называют информативностью рулевого управления.

Нужный вылет оси поворота (его называют плечом стабилизации) чаще всего получают за счет ее наклона в продольном направлении на угол, который и называют кастером.  При малых значениях кастера,  плечо стабилизации оказывается небольшим по отношению к размерам колеса, а плечо продольных сил (сопротивления качению или тяги) – и вовсе мизерным. Поэтому они не в состоянии стабилизировать массивное колесо. "На помощь приходит резина". В момент действия дестабилизирующих боковых сил в пятне контакта автомобильного колеса с дорогой генерируются достаточно мощные поперечные (боковые) реакции, парирующие возмущение. Они возникают вследствие сложных процессов деформации шины, катящейся с боковым уводом. 

Дополнительная информация о боковом уводе, механизме образования боковой реакции и стабилизирующего момента приведена ниже.

 

 

 

В результате увода колеса под действием боковой силы (силового увода) равнодействующая элементарных боковых реакций всегда оказывается смещенной назад по ходу движения от центра контактной площадки. То есть стабилизирующий момент действует на колесо даже в том случае, когда след оси поворота совпадает с центром пятна контакта. Возникает вопрос: зачем вообще нужен кастер? Дело в том, что стабилизирующий момент (Мст) зависит от различных факторов (конструкции шины и давления в ней, нагрузки на колесо, сцепления с дорогой, величины продольных сил и т.д.) и не всегда оказывается достаточным для оптимальной стабилизации управляемых колес. На этот случай плечо стабилизации увеличивают продольным наклоном оси поворота, т.е. положительным кастером. Дестабилизирующие силы, действующие на колесо движущегося автомобиля, вызываются разными причинами, но, как правило, имеют одинаковый, инерциальный характер. Соответственно, и боковые реакции, и стабилизирующие моменты с ростом скорости увеличиваются. Поэтому стабилизацию управляемых колес, в которую вносит весомый вклад кастер, называют скоростной. С увеличением скорости она «рулит» поведением управляемых колес. На малых скоростях влияние этого механизма становится несущественным, здесь работает весовая стабилизация, за которую отвечает наклон оси поворота колеса в поперечном направлении.

Установка оси поворота управляемых колес с положительным кастером полезна не только для их стабилизации. Положительный кастер устраняет опасность резкого изменения траектории.

Еще одно благоприятное следствие продольного наклона оси поворота приводит к существенному изменению развала управляемых колес при их повороте.

Механизм зависимости проще понять, если представить гипотетическую ситуацию, когда ось поворота колеса расположена горизонтально (кастер равен 90°). В этом случае "поворот" управляемого колеса полностью трансформируется в изменение его наклона относительно дорожного полотна, т.е. развала. Тенденция такова, что развал внешнего колеса в повороте становится более отрицательным, а внутреннего – более положительным.  Чем больше кастер, тем больше изменение углов развала в повороте.

..................

 

Ниже приведена распечатка настроек болида Ф1, Лотус Е20

 

Источники:

mash-xxl.info

drive2.ru

razvalanet.ucoz.com

scarbsf1.com