Недостаточная и избыточная поворачиваемость - Understeer and oversteer - Wikipedia

Недостаточная поворачиваемость: автомобиль недостаточно поворачивает и съезжает с дороги.

Чрезмерная поворачиваемость: автомобиль поворачивает круче, чем предполагалось, и может попасть в штопор

Недостаточная поворачиваемость и избыточная поворачиваемость находятся динамика автомобиля термины, используемые для описания чувствительности автомобиля к рулевому управлению. Избыточная поворачиваемость - это то, что происходит, когда автомобиль поворачивает (поворачивает) больше, чем указано водителем. И наоборот, недостаточная поворачиваемость - это то, что происходит, когда автомобиль поворачивает меньше, чем указывает водитель.

Автомобильные инженеры определяют недостаточную и избыточную поворачиваемость на основе изменений угла поворота рулевого колеса, связанных с изменениями поперечного ускорения, в течение последовательности испытаний в установившемся режиме кругового поворота. Энтузиасты автомобилей и автоспорта часто используют эту терминологию в журналах и блогах, чтобы описать реакцию автомобиля на рулевое управление при различных маневрах.

В Америке, особенно в НАСКАР, Недостаточная поворачиваемость называется «жесткой», а избыточная поворачиваемость - «лузовой».^[1]

Терминология динамики автомобиля

Стандартная терминология, используемая для описания недостаточной и избыточной поворачиваемости, определяется Общество Автомобильных Инженеров (SAE) в документе J670^[2] и по Международная организация по стандартизации (ISO) в документе 8855.^[3] Согласно этим условиям, недостаточная и избыточная поворачиваемость основаны на различиях в установившихся условиях, когда транспортное средство следует по траектории постоянного радиуса с постоянной скоростью и постоянным углом поворота рулевого колеса на ровной и ровной поверхности.

Недостаточная и избыточная поворачиваемость определяются градиентом недостаточной поворачиваемости (K), который является мерой того, как рулевое управление, необходимое для устойчивого поворота, изменяется в зависимости от поперечного ускорения. Рулевое управление на постоянной скорости сравнивается с рулевым управлением, которое необходимо для движения по тому же круговому пути на низкой скорости. Низкоскоростное рулевое управление для заданного радиуса поворота называется Аккерманн. Автомобиль имеет положительный градиент недостаточной поворачиваемости, если разница между требуемым рулевым управлением и рулевым управлением Акермана увеличивается по сравнению с постепенным увеличением поперечного ускорения. Транспортное средство имеет отрицательный уклон, если разница в управляемости уменьшается относительно постепенного увеличения поперечного ускорения.

Недостаточная и избыточная поворачиваемость формально определяются с помощью градиента «K». Если K положительный, автомобиль показывает недостаточную поворачиваемость; если K отрицательно, автомобиль показывает избыточную поворачиваемость; если K равно нулю, автомобиль нейтральный.

Для определения градиента недостаточной поворачиваемости можно использовать несколько тестов: постоянный радиус (повторные тесты на разных скоростях), постоянная скорость (повторные тесты с разными углами поворота) или постоянный поворот (повторные тесты на разных скоростях). Формальное описание этих трех видов тестирования предоставлено ISO.^[4] Гиллеспи подробно описывает два метода измерения.^[5]

Результаты зависят от типа теста, поэтому просто указать значение град / г недостаточно; также необходимо указать тип процедуры, используемой для измерения градиента.

Транспортные средства по своей сути нелинейные системы, и это нормально, что K изменяется в диапазоне тестирования. Автомобиль может проявлять недостаточную поворачиваемость в одних условиях и избыточную поворачиваемость в других. Следовательно, необходимо указывать скорость и поперечное ускорение всякий раз, когда сообщается о характеристиках недостаточной / избыточной поворачиваемости.

Вклад в недостаточную поворачиваемость

Многие свойства автомобиля влияют на градиент недостаточной поворачиваемости, включая жесткость шины на поворотах, развал, поперечная сила рулевое управление, самоустанавливающийся момент, боковой перенос веса, и соответствие в системе рулевого управления. Распределение веса влияет на нормальное усилие на каждую шину и, следовательно, на ее сцепление. Эти индивидуальные вклады могут быть определены аналитически или измерением в Бундорф анализ.

Простое понимание реальных характеристик управляемости

Хотя большая часть этой статьи посвящена эмпирическому измерению градиента недостаточной поворачиваемости, этот раздел будет посвящен характеристикам на дороге.

Под недостаточной поворачиваемостью обычно понимают состояние, при котором во время поворота передние колеса начинают скользить первыми. Поскольку передние колеса проскальзывают, а задние колеса имеют сцепление, автомобиль будет поворачивать меньше, чем если бы все шины имели сцепление. Поскольку угол поворота меньше, чем если бы все шины имели сцепление с дорогой, это называется недостаточным поворотом.

Обратное верно, если задние шины первыми нарушают сцепление с дорогой. Передние колеса будут продолжать ускорять переднюю часть автомобиля в поперечном направлении, очерчивая круг. Задние шины будут иметь тенденцию продолжать движение по касательной к этому кругу, но не могут из-за их прикрепления к передней части автомобиля, которая все еще имеет сцепление. В результате задние колеса будут качаться наружу относительно передней части автомобиля. Это поворачивает автомобиль по направлению к внутренней части поворота. Если угол поворота не изменяется (т.е. рулевое колесо остается в том же положении), то передние колеса будут образовывать все меньший и меньший круг, в то время как задние колеса продолжают вращаться вокруг передней части автомобиля. Вот что происходит, когда машина «раскручивается». Автомобиль, подверженный избыточной поворачиваемости, иногда называют `` счастливым хвостом '', так как собака виляет хвостом, когда счастлива, а общая проблема транспортных средств с отрицательной k - рыбалка.

Автомобиль называют «нейтральным», когда передние и задние колеса теряют сцепление с дорогой одновременно. Это желательно, потому что, хотя автомобиль может скользить по направлению к внешней стороне поворота, он поддерживает эффективный угол поворота, установленный водителем. Это делает «более безопасным» движение, близкое к предельному состоянию тяги, потому что результат потери тяги более предсказуем.

При реальном вождении (где скорость и радиус поворота могут постоянно изменяться) несколько дополнительных факторов влияют на распределение тяги и, следовательно, на тенденцию к избыточной или недостаточной поворачиваемости. В первую очередь их можно разделить на вещи, которые влияют на распределение веса на шины и дополнительные фрикционные нагрузки на каждую шину.

Распределение веса неподвижного автомобиля влияет на управляемость. Если центр тяжести перемещается ближе к передней оси, автомобиль имеет тенденцию к недостаточной поворачиваемости из-за чувствительность к нагрузке на шины. Когда центр тяжести находится к задней части автомобиля, задняя ось имеет тенденцию отклоняться, что приводит к избыточной поворачиваемости. Перенос веса обратно пропорционален направлению и величине ускорения и пропорционален высоте центра тяжести. При торможении вес переносится на передние колеса, и задние шины имеют меньшее сцепление с дорогой. При ускорении вес переносится на заднюю часть и снижается сцепление с передним колесом. В крайних случаях передние колеса могут полностью оторваться от земли, что означает, что рулевое управление не может быть передано земле вообще.

Шины должны передавать на землю силы ускорения и торможения в дополнение к поперечным силам поворота. Эти векторы складываются, и если новый вектор превышает максимальную силу статического трения шины в любом направлении, шина будет проскальзывать. Если у заднеприводного автомобиля достаточно мощности для вращения задних колес, он может в любой момент вызвать избыточную поворачиваемость, посылая достаточную мощность двигателя на колеса, чтобы они начали вращаться. Как только сцепление прерывается, они относительно свободно качаются вбок. Под тормозной нагрузкой больше работы обычно выполняют передние тормоза. Если это прямое смещение слишком велико, то передние шины могут потерять сцепление с дорогой, что приведет к недостаточной поворачиваемости.

В то время как распределение веса и геометрия подвески имеют наибольшее влияние на измеренный градиент недостаточной поворачиваемости в установившемся тесте, распределение мощности, смещение тормозов и перенос веса между передними и задними колесами также будут влиять на то, какие колеса теряют сцепление первыми во многих реальных сценариях.

Предельные условия

Когда автомобиль с недостаточной поворачиваемостью доводится до предела сцепления шин, когда больше невозможно увеличить поперечное ускорение, автомобиль будет следовать по траектории с радиусом больше, чем предполагалось. Хотя автомобиль не может увеличивать поперечное ускорение, он динамически устойчив.

Когда автомобиль с избыточной поворачиваемостью доводится до предела сцепления шин, он становится динамически нестабильным с тенденцией к растягивать. Несмотря на то, что транспортное средство нестабильно при управлении без обратной связи, опытный водитель может поддерживать управление после точки нестабильности с помощью противодействие, и / или правильное использование дроссельной заслонки или даже тормозов; это можно назвать дрейфующий.

Связанные меры

Градиент недостаточной поворачиваемости является одним из основных критериев характеристики поведения на устойчивом повороте. Он участвует в других свойствах, таких как характеристическая скорость (скорость автомобиля с недостаточной поворачиваемостью, когда угол поворота, необходимый для преодоления поворота, в два раза больше угла Аккермана), усиление бокового ускорения (г / град), увеличение скорости рыскания (1 / с). , и критическая скорость (скорость, при которой автомобиль с избыточной поворачиваемостью имеет бесконечный прирост бокового ускорения).

Рекомендации

1. "Край реагирует на радиоактивное вещество NASCAR: гоночная трасса Phoenix Raceway - YouTube". www.youtube.com. Получено 2020-11-12.
2. Рекомендуемая практика SAE International для наземных транспортных средств, «Терминология динамики транспортных средств», стандарт SAE J670, ред. 2008-01-24
3. Международная организация по стандартизации, «Дорожные транспортные средства. Динамика транспортных средств и устойчивость к дороге. Словарь», стандарт ISO 8855, ред. 2010 г.
4. Международная организация по стандартизации, «Легковые автомобили. Поведение при устойчивом круговом движении. Методы испытаний без обратной связи», стандарт ISO 4138.
5. Т. Д. Гиллеспи, "Основы динамики транспортного средства", Society of Automotive Engineers, Inc., Warrendale, PA, 1992. pp. 226–230