Введение

Термин или маневр в динамике автомобиля

В динамике автомобиля угол скольжения или угол бокового уклона — это угол между направлением, в котором ориентировано колесо, и направлением его фактического движения (то есть угол между вектором скорости движения и векторной суммой продольной скорости колеса и боковой скорости, как показано на изображении справа). Этот угол скольжения вызывает силу, называемую силой бокового сцепления, которая действует в плоскости пятна контакта и перпендикулярна линии пересечения пятна контакта и средней плоскости колеса. Эта сила бокового сцепления возрастает приблизительно линейно в течение первых нескольких градусов угла скольжения, затем увеличивается нелинейно до максимального значения, после чего начинает уменьшаться. Угол скольжения определяется как

Причины

Угол скольжения, отличный от нуля, возникает из-за деформации каркаса и протектора шины. При вращении шины трение между пятном контакта и дорогой приводит к тому, что отдельные "элементы" протектора (конечные участки протектора) остаются неподвижными относительно дороги. Если возникает боковая скорость скольжения u, пятно контакта деформируется. Когда элемент протектора входит в пятно контакта, трение между дорогой и шиной заставляет этот элемент протектора оставаться неподвижным, в то время как шина продолжает двигаться вбок. Таким образом, элемент протектора "отклоняется" в сторону. Хотя эквивалентным является рассмотрение отклонения шины/колеса от неподвижного элемента протектора, принято фиксировать систему координат относительно средней плоскости колеса. По мере движения элемента протектора через пятно контакта, его отклонение от средней плоскости колеса увеличивается. Это отклонение порождает угол скольжения и боковую силу. Скорость нарастания боковой силы описывается длиной релаксации.

Эффекты

Отношения между углами скольжения передней и задней осей (являющиеся функцией углов скольжения передних и задних шин соответственно) определяют поведение автомобиля в повороте. Если отношение угла скольжения передней оси к углу скольжения задней оси больше 1:1, автомобиль будет склонен к недостаточной поворачиваемости, а отношение меньше 1:1 приведет к избыточной поворачиваемости. Фактические мгновенные углы скольжения зависят от множества факторов, включая состояние дорожного покрытия, однако подвеска автомобиля может быть спроектирована для обеспечения определенных динамических характеристик. Основным способом регулирования развиваемых углов скольжения является изменение относительного кренящего момента (скорости перераспределения веса от внутреннего к внешнему колесу в повороте) между передней и задней осями путем изменения относительного количества боковой нагрузки, передаваемой на передние и задние колеса. Этого можно достичь путем изменения высоты центров крена или регулировки жесткости подвески к крену, либо путем изменения конструкции подвески, либо добавления стабилизатора поперечной устойчивости. Из-за асимметрии бокового скольжения по длине пятна контакта, результирующая сила этого скольжения возникает не в геометрическом центре пятна контакта, а на некотором расстоянии от него, определяемом как пневматический след, и тем самым создает момент на шине, так называемый самоцентрирующийся момент.

Измерение угла скольжения

Существует два основных способа измерения угла скольжения шины: на движущемся транспортном средстве или на специализированном испытательном стенде. Для измерения угла скольжения на движущемся транспортном средстве используется ряд устройств; некоторые из них применяют оптические методы, другие – инерционные, третьи – GPS, а также комбинацию GPS и инерциальных методов. Разработаны различные испытательные машины для измерения угла скольжения в контролируемых условиях. В Университете Падуи имеется стенд для испытания мотоциклетных шин, использующий диск диаметром 3 метра, который вращается под шиной, зафиксированной под определенным углом развала и схождения, до 54 градусов. Датчики измеряют возникающую силу и момент, при этом вносятся поправки с учетом кривизны траектории. Другие устройства используют внутреннюю или внешнюю поверхность вращающихся барабанов, скользящие платформы, конвейерные ленты или прицеп, прижимающий испытываемую шину к реальному дорожному покрытию.