Угол скольжения

Эта статья об управлении автомобилем. Для темы авиации см. Угол бокового скольжения .

«Отклоненная» траектория протектора, скорость бокового скольжения и угол скольжения

График зависимости поворотной силы от угла увода

Система координат, используемая Пачейкой и Коссалтером для анализа шин. Начало координат находится на пересечении трех плоскостей: средней плоскости колеса, базовой плоскости и вертикальной плоскости, совмещенной с осью (не показано). Ось X находится в базовой плоскости и средней плоскости и ориентирована вперед, примерно по направлению движения; ось Y также находится в плоскости земли и повернута на 90° по часовой стрелке от оси X, если смотреть сверху; а ось Z перпендикулярна плоскости земли и направлена ​​вниз от начала координат. Угол скольжения $\alpha$ и угол развала $\gamma$ также показаны.

В динамике автомобиля угол увода или угол бокового скольжения - это угол между направлением, в котором указывает колесо, и направлением, в котором оно фактически движется (т. е. угол между вектором скорости вперед $v_{x}$ и векторная сумма скорости движения колес вперед $v_{x}$ и боковая скорость $v_{y}$, как показано на изображении справа). Этот угол скольжения приводит к возникновению силы, поворотной силы , которая находится в плоскости пятна контакта и перпендикулярна пересечению пятна контакта и средней плоскости колеса. Эта поворотная сила увеличивается примерно линейно в течение первых нескольких градусов угла скольжения, затем нелинейно увеличивается до максимума, а затем начинает уменьшаться.

Угол скольжения, $\alpha$ определяется как
$$\alpha \triangleq -\arctan \left({\frac {v_{y}}{|v_{x}|}}\right)$$

Причины

Ненулевой угол скольжения возникает из-за деформации каркаса и протектора шины . Когда шина вращается, трение между пятном контакта и дорогой приводит к тому, что отдельные «элементы» протектора (конечные участки протектора) остаются неподвижными по отношению к дороге. скорость бокового скольжения u Если ввести , пятно контакта будет деформироваться. Когда элемент протектора входит в пятно контакта, трение между дорогой и шиной заставляет элемент протектора оставаться неподвижным, однако шина продолжает двигаться вбок. При этом элемент протектора будет «отклоняться» в сторону. Хотя в равной степени справедливо представить это как отклонение шины/колеса от неподвижного элемента протектора, принято считать, что система координат фиксируется вокруг средней плоскости колеса.

При движении элемента протектора через пятно контакта он отклоняется дальше от средней плоскости колеса. Это отклонение приводит к углу увода и поворотной силе . Скорость, с которой нарастает угловая сила, описывается длиной релаксации .

Эффекты

Соотношения между углами увода передней и задней оси (в зависимости от углов увода передних и задних шин соответственно) будут определять поведение автомобиля в данном повороте. Если соотношение углов переднего и заднего увода больше 1:1, автомобиль будет иметь тенденцию к недостаточной поворачиваемости , а соотношение менее 1:1 приведет к избыточной поворачиваемости . Фактические мгновенные углы увода зависят от многих факторов, включая состояние дорожного покрытия, но подвеска автомобиля может быть спроектирована так, чтобы обеспечивать определенные динамические характеристики. Основным средством регулировки углов развернутого увода является изменение относительной пары кренов (скорости, с которой вес переносится с внутреннего колеса на внешнее при повороте) спереди назад путем изменения относительной величины передачи передней и задней боковой нагрузки . Этого можно достичь путем изменения высоты центров крена или регулировки жесткости крена путем изменения подвески или добавления стабилизатора поперечной устойчивости .

Из-за асимметрии бокового скольжения по длине пятна контакта результирующая сила этого бокового скольжения возникает вдали от геометрического центра пятна контакта, на расстоянии, называемом пневматическим следом , и таким образом создает крутящий момент на шина, так называемый самовыравнивающийся крутящий момент .

Измерение угла скольжения

Существует два основных способа измерения угла скольжения шины: на движущемся транспортном средстве или на специальном испытательном устройстве.

Существует ряд устройств, которые можно использовать для измерения угла увода транспортного средства во время его движения; некоторые используют оптические методы, некоторые используют инерциальные методы, некоторые GPS , а некоторые и GPS, и инерциальные методы.

Для измерения угла скольжения в контролируемой среде были разработаны различные испытательные машины. Машина для испытания шин мотоциклов расположена в Университете Падуи . При этом используется диск диаметром 3 метра, который вращается под шиной, удерживаемой с фиксированным углом поворота и развала до 54 градусов. Датчики измеряют создаваемую силу и момент, а также вносят поправку с учетом кривизны пути. В других устройствах используется внутренняя или внешняя поверхность вращающихся барабанов, скользящих досок, конвейерных лент или прицепа, который прижимает испытательную шину к реальной поверхности дороги.

См. также

• Развал тяги
• Поворотная сила
• Скольжение (динамика автомобиля)
• Тяговый круг
• Торможение на трассе