Көлік құралдарындағы жүктеме таралуы және орталық массаның өзгеруі
Weight transfer
Көліктерде дөңгелектерге түсетін жүктеме өзгерісі, салмақ ауысуы, центр массасының жылжуы – осы мақалада толық қарастырылады. Автокөліктер, мотоциклдер үшін маңызды!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Дөңгелектің жүктемесінің немесе көлік құралының масса орталығының өзгеруі, биде қолданылуы
Change in wheel load or center of mass in a vehicle
the use in dancing
Ауырлық тасымалдау және жүк тасымалдау – екі түрлі эффектіні сипаттау үшін шатастыратын қолданылатын екі термин:
Weight transfer and load transfer are two expressions used somewhat confusingly to describe two distinct effects:
үдеу кезінде тіпті толығымен қатаң көлік құралдарының әртүрлі дөңгелектеріне түсетін жүктеменің өзгеруі;
аспаның икемділігіне, жүк ауысуына немесе құйрылуына байланысты дөңгелектерге қатысты масса орталығының (CoM) орналасуының өзгеруі.
the change in load borne by different wheels of even perfectly rigid vehicles during acceleration
the change in center of mass (CoM) location relative to the wheels because of suspension compliance or cargo shifting or sloshing
Автомобиль өнеркәсібінде ауырлық тасымалдау әдетте әртүрлі дөңгелектерге түсетін жүктеменің өзгеруіне жатқызылады. Бұл дұрысырақ жүк тасымалдау деп аталуы керек, және осы термин мотоцикл өнеркәсібінде қолданылады. Ал мотоциклдерде, автомобильдерде де ауырлық тасымалдау және жүк қозғалысы дөңгелектерге қатысты CoM орналасуының өзгеруіне байланысты болады. Осы мақалада соңғы екі анықтама қолданылады.
In the automobile industry, weight transfer customarily refers to the change in load borne by different wheels during acceleration. This would be more properly referred to as load transfer, and that is the expression used in the motorcycle industry, while weight transfer on motorcycles, to a lesser extent on automobiles, and cargo movement on either is due to a change in the CoM location relative to the wheels. This article uses this latter pair of definitions.
Жүкті беру
Дөңгелекті көлік құралдарында жүктеменің ауысуы – үдеу кезінде (ұзындық және көлденең) әртүрлі дөңгелектерге түсетін жүктеменің өлшенетін өзгерісі. Масса орталығының дөңгелектерге қатысты қозғалысы міндетті емес, сондықтан аспасы жоқ көліктерде де жүктеме ауысуы байқалуы мүмкін. Жүктеме ауысуы – көлік құралы динамикасын түсіну үшін маңызды ұғым. Бұл велосипедтерге де қатысты, бірақ тек ұзындық бағытта. Салмақ ауыстыруы – көліктің шассисінің икемделуіне байланысты дөңгелек осьтеріне қатысты масса орталығының (салыстырмалы түрде шағын) қозғалысын, немесе көлік ішіндегі жүк немесе сұйықтықтың жылжуын қамтиды, бұл жеке дөңгелектер арасындағы жалпы жүктеменің қайта бөлінуіне әкеледі.
In wheeled vehicles, load transfer is the measurable change of load borne by different wheels during acceleration (both longitudinal and lateral). No motion of the center of mass relative to the wheels is necessary, and so load transfer may be experienced by vehicles with no suspension at all. Load transfer is a crucial concept in understanding vehicle dynamics. The same is true in bikes, though only longitudinally. Weight transfer involves the actual (relatively small) movement of the vehicle CoM relative to the wheel axes due to displacement of the chassis as the suspension complies, or of cargo or liquids within the vehicle, which results in a redistribution of the total vehicle load between the individual tires.
Массалық орталығы
Салмақты ауыстыру автомобиль маневрлері кезінде көліктің CoM (орталық салмақ нүктесі) ығысқанда пайда болады. Үдеу (жеделдету) арқалық массаның геометриялық осьтің айналуына себеп болады, нәтижесінде CoM-ның орны ауысады. Алдыңғы және артқы салмақтың ауысуы CoM-ның бойлық орналасуының көліктің базалық ұзындығына (wheelbase) қатынасына пропорционалды, ал бүйірден бүйірге салмақтың ауысуы (алдыңғы және артқы салмақтардың қосындысы) CoM-ның көлденең орналасуының көліктің доңғалақ іздеріне (track) қатынасына пропорционалды. Отын сияқты сұйықтықтар ыдыстарда оңай жылғалыстап, көліктің CoM-да өзгерістерге әкеледі. Отын жаққанда, CoM-ның орны ғана емес, сонымен қатар көліктің жалпы салмағы да азаяды. Мысалы, көлік үдегенде, салмақ артқы дөңгелектерге қарай ауысады. Сырттан қараған адам көліктің арт жағына қарай еңкейгенін немесе төмендегенін байқауы мүмкін. Керісінше, тежеу кезінде салмақ көліктің алдыңғы жағына қарай ауысады. Қатты тежеу кезінде бұл тіпті көліктің ішінде де айқын байқалуы мүмкін, өйткені алдыңғы бөлігі жерге қарай түседі (мұның көп бөлігі жүктеме ауысуынан болады). Сол сияқты, бағытты өзгерту кезінде (көлденең үдеу) бұрылыс бағытының сыртына салмақ ауысуы мүмкін. Салмақ ауыстыру, кемінде автомобильдер мен SUV үшін, жүктеме ауыстырудан гөрі әлдеқайда аз маңызды. Мысалы, 0,9g бұрылыста 1650 мм доңғалақ іздері және 550 мм CoM биіктігі бар автомобильде 30% жүктеме ауысады, яғни сыртқы дөңгелектер бұрынғыдан 60% артық жүктеме алады, ал ішкі дөңгелектер 60% аз жүктеме алады. Осы жүктеме ауысуының нәтижесінде қол жетімді ұстау күші (grip) шамамен 6%-ға төмендейді. Сонымен қатар, көліктің CoM-і әдетте жанасу бетіне (contact patch) қатысты көлденең және тік бағытта 30 мм-ден аспайтын қозғалыс жасайды, бұл салмақтың 2%-дан аз ауысуына және ұстау күшінің 0,01%-ға төмендеуіне әкеледі.
Weight transfer occurs as the vehicle's CoM shifts during automotive maneuvers. Acceleration causes the sprung mass to rotate about a geometric axis resulting in relocation of the CoM. Front back weight transfer is proportional to the change in the longitudinal location of the CoM to the vehicle's wheelbase, and side to side weight transfer (summed over front and rear) is proportional to the ratio of the change in the CoM's lateral location to the vehicle's track. Liquids, such as fuel, readily flow within their containers, causing changes in the vehicle's CoM. As fuel is consumed, not only does the position of the CoM change, but the total weight of the vehicle is also reduced. By way of example, when a vehicle accelerates, a weight transfer toward the rear wheels can occur. An outside observer might witness this as the vehicle visibly leans to the back, or squats. Conversely, under braking, weight transfer toward the front of the car can occur. Under hard braking it might be clearly visible even from inside the vehicle as the nose dives toward the ground (most of this will be due to load transfer). Similarly, during changes in direction (lateral acceleration), weight transfer to the outside of the direction of the turn can occur. Weight transfer is generally of far less practical importance than load transfer, for cars and SUVs at least. For instance in a 0.9g turn, a car with a track of 1650 mm and a CoM height of 550 mm will see a load transfer of 30% of the vehicle weight, that is the outer wheels will see 60% more load than before, and the inners 60% less. Total available grip will drop by around 6% as a result of this load transfer. At the same time, the CoM of the vehicle will typically move laterally and vertically, relative to the contact patch by no more than 30 mm, leading to a weight transfer of less than 2%, and a corresponding reduction in grip of 0.01%.
Тракция
Жүктің ауысуы машинаны тежегенде, жылдамдығын арттырғанда немесе бұрылғанда төрт дөңгелегінің де ұстау қабілетін өзгертеді. Бұл бір жұп дөңгелектің екінші жұпқа қарағанда көп жұмыс істеуіне бейімділік тудырады, нәтижесінде жалпы ұстау қабілеті төмендейді. Бұл төмендеуді шинаның жүктемеге сезімталдығы деп аталатын құбылысқа байланыстыруға болады. Бірақ, оң үдеу кезінде, егер қозғалтқыш қуаты екі немесе одан аз дөңгелекті жеңелдетсе, бұл ережеге ерекшелік бар. Мұндай жағдайда, барлық дөңгелектер пайдаланылмағандықтан, жүктің ауысуы тиімді болуы мүмкін. Сондықтан, ең қуатты көліктер көбінесе алдыңғы жетекке ие болмайды, себебі үдеудің өзі алдыңғы дөңгелектердің ұстау қабілетін азайтады. Осы себепті спорттық автомобильдерде әдетте артқы жетек немесе толық жетек болады (ал толық жетек болған жағдайда, қуат көбінесе қалыпты жағдайда артқы дөңгелектерге бағытталады).
Load transfer causes the available traction at all four wheels to vary as the car brakes, accelerates, or turns. This bias to one pair of tires doing more "work" than the other pair results in a net loss of total available traction. The net loss can be attributed to the phenomenon known as tire load sensitivity. An exception is during positive acceleration when the engine power is driving two or fewer wheels. In this situation where all the tires are not being utilized load transfer can be advantageous. As such, the most powerful cars are almost never front wheel drive, as the acceleration itself causes the front wheels' traction to decrease. This is why sports cars usually have either rear wheel drive or all wheel drive (and in the all wheel drive case, the power tends to be biased toward the rear wheels under normal conditions).
Қайта айналдыру
Егер (жанама) жүктеме тасымалдау көлік құралының бір жағындағы дөңгелектің жүктемесіне жететін болса, сол жақтағы ішкі дөңгелек көтеріліп, басқару ерекшеліктерінің өзгеруіне себеп болады. Егер ол көліктің салмағының жартысына жетсе, көлік аударылып кетуі мүмкін. Кейбір үлкен жүк көліктері сырғымай тұрып-ақ аударылып кетеді, ал жеңіл көліктер мен шағын жүк көліктері көбінесе жолдан шыққаннан кейін ғана аударылады. Биік немесе тар көлікке жарыс дөңгелектерін орнатып, оны жоғары жылдамдықпен айдау аударылуға әкелуі мүмкін.
If (lateral) load transfer reaches the tire loading on one end of a vehicle, the inside wheel on that end will lift, causing a change in handling characteristic. If it reaches half the weight of the vehicle it will start to roll over. Some large trucks will roll over before skidding, while passenger vehicles and small trucks usually roll over only when they leave the road. Fitting racing tires to a tall or narrow vehicle and then driving it hard may lead to rollover.