Введение

Изменение нагрузки на колеса или центра масс в транспортном средстве, применение в танцах.

Передача веса и перераспределение нагрузки – два термина, используемые несколько путано для описания двух различных эффектов:

изменение нагрузки, приходящейся на разные колеса даже абсолютно жестких транспортных средств при ускорении;
изменение положения центра масс (CoM) относительно колес из-за упругости подвески, смещения или колебания груза.

В автомобильной промышленности под передачей веса обычно понимают изменение нагрузки, приходящейся на разные колеса при ускорении. Более корректным было бы назвать это перераспределением нагрузки, и именно этот термин используется в мотоциклетной промышленности. В то время как передача веса на мотоциклах, в меньшей степени на автомобилях, и перемещение груза на любом из них обусловлены изменением положения CoM относительно колес. В данной статье используется последняя пара определений.

Передача нагрузки

В колесных транспортных средствах передача нагрузки – это измеримое изменение нагрузки, приходящейся на разные колеса при ускорении (как продольном, так и поперечном). Не требуется никакого перемещения центра масс относительно колес, поэтому передача нагрузки может возникать даже у транспортных средств без подвески. Передача нагрузки – ключевое понятие для понимания динамики транспортного средства. То же справедливо и для велосипедов, хотя и только в продольном направлении. Перемещение веса подразумевает фактическое (обычно небольшое) смещение центра масс транспортного средства относительно осей колес из-за деформации шасси подвеской, или перемещения груза или жидкостей внутри транспортного средства, что приводит к перераспределению общей массы транспортного средства между отдельными шинами.

Центр массы

Передача веса происходит при смещении центра масс (CoM) транспортного средства во время автомобильных маневров. Ускорение вызывает вращение неподрессоренной массы вокруг геометрической оси, что приводит к изменению положения CoM. Передача веса спереди назад пропорциональна изменению продольного положения CoM относительно колесной базы транспортного средства, а боковая передача веса (суммарная для передней и задней оси) пропорциональна отношению изменения поперечного положения CoM к ширине колеи транспортного средства. Жидкости, такие как топливо, свободно перемещаются в своих резервуарах, вызывая изменения в CoM транспортного средства. По мере расхода топлива изменяется не только положение CoM, но и уменьшается общая масса транспортного средства. Например, при ускорении может произойти перенос веса на задние колеса. Внешний наблюдатель может заметить это как видимый наклон автомобиля назад или его приседание. И наоборот, при торможении может происходить перенос веса на переднюю часть автомобиля. При резком торможении это может быть отчетливо видно даже изнутри автомобиля, когда передняя часть опускается к земле (большая часть этого обусловлена передачей нагрузки). Аналогично, при изменении направления движения (боковом ускорении) может происходить перенос веса на внешнюю сторону поворота. Передача веса, как правило, имеет гораздо меньшее практическое значение, чем передача нагрузки, по крайней мере, для легковых автомобилей и внедорожников. Например, при повороте с ускорением 0,9g автомобиль с шириной колеи 1650 мм и высотой CoM 550 мм испытает передачу нагрузки в 30% от массы транспортного средства, то есть внешние колеса будут испытывать на 60% большую нагрузку, чем раньше, а внутренние – на 60% меньшую. Общая доступная сила сцепления уменьшится примерно на 6% в результате этой передачи нагрузки. В то же время, CoM транспортного средства обычно смещается в поперечном и вертикальном направлениях относительно пятна контакта не более чем на 30 мм, что приводит к передаче веса менее чем на 2% и соответствующему снижению сцепления на 0,01%.

Притяжение

Передача нагрузки приводит к изменению доступного сцепления всех четырех колес при торможении, ускорении или повороте автомобиля. Эта предрасположенность к тому, что одна пара шин работает больше, чем другая, приводит к чистой потере общего доступного сцепления. Эта потеря связана с явлением, известным как чувствительность шин к нагрузке. Исключение составляет ситуация положительного ускорения, когда мощность двигателя передается на два или менее колес. В этой ситуации, когда не все шины задействованы, передача нагрузки может быть полезной. Поэтому самые мощные автомобили почти никогда не бывают переднеприводными, так как само ускорение снижает сцепление передних колес. Именно поэтому спортивные автомобили обычно имеют задний или полный привод (а в случае полного привода мощность, как правило, смещена в сторону задних колес в нормальных условиях).

Перевернуть

Если (боковая) передача нагрузки достигнет нагрузки на шину на одном конце транспортного средства, внутреннее колесо на этом конце поднимется, что приведет к изменению управляемости. Если она достигнет половины веса транспортного средства, оно начнет переворачиваться. Некоторые большие грузовики могут перевернуться раньше, чем начнут скользить, в то время как легковые автомобили и небольшие грузовики обычно переворачиваются только при съезде с дороги. Установка гоночных шин на высокий или узкий автомобиль и агрессивное вождение могут привести к опрокидыванию.