Пошаговое руководство по расчету высот центра качения для стабильности транспортного средства

Пошаговое руководство по расчету высот центра качения для стабильности транспортного средства

Понимание высоты центра крена имеет основополагающее значение для динамики транспортного средства и конструкции подвески. Центр крена транспортного средства является условной точкой, в которой силы поворота в подвеске реагируют на кузов транспортного средства. Это критическое измерение влияет на то, как ваш автомобиль обрабатывается во время поворота, влияет на характеристики крена кузова и в конечном итоге определяет стабильность и безопасность вашего транспортного средства в динамических условиях. Независимо от того, являетесь ли вы автомобильным инженером, энтузиастом гонок или тюнером подвески, освоение расчетов центра крена имеет важное значение для оптимизации производительности транспортного средства.

Это всеобъемлющее руководство проведет вас через полный процесс расчета высоты центра крена, от понимания фундаментальных концепций до применения передовых геометрических методов. Мы рассмотрим различные типы подвески, методы измерения и практические применения, которые позволят вам анализировать и оптимизировать геометрию подвески для улучшения управляемости и стабильности.

Что такое Roll Center и почему это важно?

Определение центра качения в динамике автомобиля

Наиболее часто используется геометрический (или кинематический) рулонный центр, тогда как Общество автомобильных инженеров использует силовое определение. Геометрический рулонный центр диктуется исключительно геометрией подвески и может быть найден с использованием принципов мгновенного центра вращения. Между тем, центр рулона на основе силы, по данным Общества автомобильных инженеров США, является «точка в поперечной вертикальной плоскости через любую пару колесных центров, при которой боковые силы могут быть применены к подвесной массе без производства рулона подвески».

Для большинства практических применений конструкции подвески и настройки инженеры работают с определением геометрического центра крена. Этот подход обеспечивает четкую, поддающуюся исчислению точку, которую можно определить с помощью анализа геометрии крена. Поперечное расположение центра крена обычно находится в центральной линии транспортного средства, когда подвеска на левой и правой сторонах автомобиля являются зеркальными отражениями друг друга.

Взаимосвязь между Roll Center и обработкой транспортных средств

Высота центра крена играет решающую роль в определении характеристик управляемости транспортного средства. Она влияет на крен кузова, подгонку и поведение над креном. Положение центра крена напрямую влияет на то, как боковые силы передаются от шин через подвеску к кузову транспортного средства во время маневров на поворотах.

Позиции центра крена вашей передней и задней подвески являются ключевыми особенностями, влияющими на скорости переноса боковой нагрузки вашей передней и задней осей. Их положение и разница в высоте передней и задней оси могут использоваться для настройки распределения жесткости крена вашего автомобиля таким же образом, что вы бы настроили жесткость передней и задней креновых стержней для настройки подголовника и перегона.

Высота центра крена влияет на стабильность транспортного средства, влияя на распределение боковых сил. Более высокая высота центра крена обычно приводит к меньшему крену кузова и улучшенной стабильности. Однако эта связь не является линейной, и чрезмерно высокие центры крена могут вводить нежелательные эффекты, такие как силы крена, которые мы подробно рассмотрим позже.

Ось качения и ее влияние на баланс автомобиля

Ось крена представляет собой линию, соединяющую центры крена передней и задней подвески. Высота центра крена передней и задней подвески будет совершенно иной; обычно передняя подвеска имеет более низкий центр крена, чем задняя, в результате чего ось крена наклоняется вниз к передней части транспортного средства. Факторы, определяющие наклон оси крена, будут зависеть главным образом от центра высоты тяжести и распределения веса между передней и задней осями транспортного средства.

Центр рулона в передней части автомобиля сидит ниже центра рулона в задней части, создавая нисходящую наклонную ось рулона. Эта конфигурация характерна для большинства пассажирских транспортных средств и обеспечивает сбалансированную характеристику управляемости. Понимание того, как центры переднего и заднего рулона взаимодействуют через ось рулона, имеет важное значение для достижения желаемого баланса управляемости.

Понимание мгновенных центров: основа расчета центра ролла

Что такое Мгновенный Центр?

Термин «мгновенный» подразумевает конкретное положение в связке, тогда как «центр» относится к точке поворота связности в конкретный момент.В переднем представлении двойной геометрии волдырей расширение верхней и нижней части руки создает точку поворота, вокруг которой связки движутся в конкретный момент. Эта точка поворота известна как центр момента.

Центр моментов представляет собой теоретическую точку, вокруг которой вращается в любой данный момент сборка колес. Центр моментов считается центром круга, вокруг которого движется концентратор. Эта концепция является фундаментальной для понимания кинематики подвески и формирует основу для расчета высоты центра крена.

При определении ИС нам нужно только расширить линии, соединяющие ваши внутренние и внешние точки для каждой руки. Точка пересечения этих точек на самом деле является ИС. Этот геометрический метод построения обеспечивает простой подход к поиску мгновенного центра для различных конфигураций подвески.

Как меняются центры с приостановкой

По мере движения шины вверх и вниз она вызывает отклонение связей, эффективно изменяя центр моментов. Поэтому при проектировании геометрии подвески важно учитывать, как меняется центр моментов при движении подвески. По мере перемещения связи центр перемещается, поэтому правильная геометрическая конструкция не только устанавливает все центры моментов в желаемых положениях на высоте езды, но и контролирует, насколько быстро и в каком направлении они движутся при движении подвески.

Поскольку рычаги подвески меняют свои углы при тормозах, ускорениях и поворотах автомобиля, мгновенные центры для обеих сторон изменятся и, следовательно, изменится и центр крена. Большинство инженеров пытаются удержать центр крена от перемещения более чем на три дюйма в любом направлении, так как что-либо за пределами этого приводит к нежелательным характеристикам обработки. Эта миграция центра крена во время движения подвески является критическим фактором в конструкции подвески и должна тщательно контролироваться для поддержания предсказуемых характеристик обработки.

Метод трех мгновенных центров

Для установления высоты центра крена кузова любой подвески сначала должны быть найдены два из трех мгновенных центров, контактный центр шины и виртуальный центр качения. Если между этими центрами проведены прямые линии, а в некоторых случаях они проецируются за их пределы, то третий мгновенный центр, который является центром крена кузова, становится точкой, где пересекаются обе линии.

Контактные центры шин (мгновенные центры IWG1 и IWG2), в которых поворот колес относительно земли легко идентифицируется как центры шины, в которых они касаются земли, но второй мгновенный виртуальный центр может быть найден только после того, как была идентифицирована виртуальная или воображаемая эквивалентная геометрия рычага качения. Этот трехцентровый метод обеспечивает систематический подход к определению местоположения центра крена для любого типа подвески.

Пошаговый расчёт центра крена для двойной подвески Wishbone

Подготовьте геометрию подвески

Перед началом расчётов центра крена вам нужна точная диаграмма фронтального вида вашей геометрии подвески. Эта диаграмма должна включать все критические точки крепления и размеры. Вам нужно будет определить следующие элементы:

Для облегчения конструкции подвески трехмерный вид сборки часто разбивается на два измерения. Проецируя связи в переднем виде, можно определить центр мгновения. Этот центр мгновения определяет центр роли, движение скраба, изменение камеры и данные, необходимые для изучения характеристик рулевого управления.

Поиск центра мгновенной левой стороны

Чтобы найти центр мгновенной для левой стороны подвески, выполните следующие действия:

Шаг 1: Проведите линию через точки поворота верхней части рычага управления (внутреннее крепление шасси и наружный шаровой сустав). Расширьте эту линию за шаровой шв по направлению к центральной линии транспортного средства.

Шаг 2: Проведите вторую линию через точки поворота рычага управления (внутреннее крепление шасси и наружный шаровой сустав). Расширьте эту линию за шаровой шв по направлению к центральной линии транспортного средства.

Шаг 3: Точка пересечения этих двух протяженных линий является центром момента для левой боковой подвески. Затем нарисуйте третью линию от нижней части исходной стороны контактного пятна шины, прямо туда, где встретились предыдущие две линии (эта точка, где встречаются три линии, известна как центр момента).

Для параллельных рычагов управления мгновенный центр или ИС, то есть точка, вокруг которой вращается вся система подвески, лежит в бесконечности.Если звенья параллельны и линии никогда не пересекаются, центр крена считается сидящим на уровне земли.

Поиск правильного центра мгновенного

Повторите тот же процесс для правой стороны подвески:

Шаг 1: Проведите линию через правые верхние точки поворота рычага управления и продвиньте ее к центральной линии транспортного средства.

Шаг 2: Проведите линию через правые точки поворота рычага управления ниже и продвиньте ее к центральной линии транспортного средства.

Шаг 3: Отметьте точку пересечения как центр моментов правой стороны.

Для симметричных подвесок центры мгновенного с обеих сторон обычно будут находиться на одинаковой высоте, но на противоположных сторонах центральной линии транспортного средства.Любая асимметрия в геометрии подвески приведет к различным расположениям центра мгновенного, которые могут быть использованы намеренно для настройки характеристик управляемости.

Расположение Roll Center

Центр рулона автомобиля можно найти после того, как центр мгновенного перемещения был расположен для каждого из колес с каждой стороны. Затем можно провести линию от центра мгновенного движения с одной стороны до центра контактного пятна на противоположном боковом колесе. Это повторяется для другого центра и колеса мгновенного перемещения. Там, где эти две линии пересекаются, точное местоположение центра рулона транспортного средства.

Для завершения расчета центра крена:

Шаг 1: Нарисуйте линию от левого центра мгновенного движения до правого центра контактного заплаты шины.

Шаг 2: Нарисуйте линию от правого центра мгновенного движения до левого центра контактного заплаты шины.

Шаг 3: Пересечение этих двух линий — расположение центра крена. Измерьте вертикальное расстояние от земли до этой точки, чтобы определить высоту центра крена.

Высота центра крена может быть положительной (выше уровня земли), на уровне земли или даже отрицательной (ниже уровня земли) в зависимости от геометрии подвески. Каждая конфигурация имеет различные последствия для обработки, которые мы рассмотрим в разделе настройки.

Расчет центра качения приостановки MacPherson Strut

Макферсон Струт Геометрия

Системы подвески распорок MacPherson широко используются в современных автомобилях благодаря компактной конструкции и экономичности, однако их расчёт центра крена требует несколько иного подхода по сравнению с двойными системами вентиляции, поскольку верхняя часть рычага управления заменяется стойкой сборки.

Для подвески стойки Макферсона вертикальные качели и центры поворота IBW1 и IBW2 получают для каждой полуподвески, проецируя линию, перпендикулярную направлению стойки скольжения на верхнем стержне. Эта перпендикулярная линия представляет собой виртуальную верхнюю управляющую руку, которая существовала бы, если бы стойка была заменена обычной патрубкой.

Пошаговый расчет центра рулона MacPherson Strut

Шаг 1: Определите центр мгновенной передачи оружия с нижним управлением

Проведите линию через внутренние и внешние точки поворота нижней части рычага управления, протягивая ее к центральной линии транспортного средства. Это тот же процесс, который используется для двойной подвески вилки.

Шаг 2: Определите виртуальную верхнюю точку поворота

В верхней точке крепления стойки проведите линию, перпендикулярную оси стойки. Эта перпендикулярная линия представляет собой виртуальную верхнюю управляющую руку. Направление этой линии зависит от угла стойки, который обычно наклоняется внутрь к центральной линии транспортного средства.

Шаг 3: Найдите Мгновенный Центр

Расширяйте перпендикулярную линию от верхней стойки до тех пор, пока она не пересекается с удлиненной нижней линией рычага управления. Эта точка пересечения является центром момента для этой стороны подвески.

Шаг 4: Повторите для противоположной стороны

Выполните ту же конструкцию для противоположной стороны транспортного средства, чтобы найти второй центр.

Шаг 5: Расчет центра ролла

Проведите линии от каждого центра к противоположному центру контактных патчей шины. Пересечение этих двух линий - местоположение центра крена. Измерьте вертикальную высоту от земли, чтобы определить высоту центра крена.

Специальные предложения для MacPherson Strut Systems

Подвески стойки MacPherson обычно имеют более высокие центры крена, чем эквивалентные конструкции двойных стволов, из-за крутого угла виртуального верхнего рычага управления.Угол стойки оказывает значительное влияние на высоту центра крена, а изменения положения или угла крепления стойки резко повлияют на местоположение центра крена.

При опускании транспортного средства подвески распорок MacPherson испытывают более драматическую миграцию центра крена, чем двойные системы вентиляции. Это связано с тем, что угол распорки изменяется более значительно при изменении высоты езды, в результате чего виртуальная верхняя рука управления вращается и перемещает мгновенное местоположение центра существенно.

Расчеты центра ролла для других типов подвески

Многоканальные подвесные системы

Многозвенные подвески представляют уникальные проблемы для расчета центра крена из-за их сложной геометрии. При попытке определить ИС для связей, таких как многозвенные или трапециевидные, изо всех сил пытаются найти надежную консервированную геометрическую формулировку. При подходе к динамике концентратора мгновенный центр любой независимой связи легко измеряется без необходимости задействованных сил или конкретного геометрического расчета.

Для многозвенных подвесок с пятью или более звеньями могут потребоваться передовые методы, такие как теория винта или вычислительный анализ. Три основные подвески, а именно, подвески Double-Wishbone, McPherson и Multilink, используются в качестве иллюстрированных примеров с числовыми данными, выводами уравнений и вычислительными результатами. Эти передовые методы обычно реализуются с использованием специализированного программного обеспечения для анализа подвески.

Твердая подвеска оси с боковыми линиями локализации

Для подвесок с твердой осью с боковыми устройствами определения местоположения, такими как Панхард-бары или Ватты, расчет центра крена более прост. Центр крена легко понять, поскольку есть физическая часть, такая как j-бар или панхард-бар для нас, чтобы увидеть. Центр крена крена легко вычислить. Центр крена является средним значением внутренней и внешней высоты точки крепления в центре левого и правого мест крепления.

Для бара Панхарда или трек-бара центр крена расположен у самой барной стойки при взгляде спереди. Высота барной стойки определяет высоту центра крена. Для ваттовой связности центр крена находится в центральной точке поворота механизма крена.

Приостановка полуприцепного оружия и полуприцепа

В обоих примерах параллельных двойных стойких подвесок и вертикальных подвесок колонн их геометрия конструкции становится аналогичной параллельной поперечной двойной компоновке вентиляционной оси, поскольку оба вертикальных элемента оси колючей проволоки движутся параллельно кузову, когда они отклоняются вверх и вниз. Следовательно, глядя на подвеску спереди, ни двойные стойки колеи, ни раздвижная компоновка колонны не имеют поперечной тенденции к развороту вокруг какого-либо воображаемого оси. Линии, проведенные через две задние стойки рычага или ось колючей проволоки, которые представляют собой основные точки конструкции для определения виртуальных центров колеблющейся руки, проецируются на бесконечность. Контактный центр шины к виртуальному мгновенному центру, соединяющему линии, проецируемые к середине транспортного средства, поэтому будут встречаться на уровне земли, таким образом устанавливая положение центра рулона кузова.

Для чистых подвесок с параллельными рычагами центр крена обычно находится на уровне земли или очень близко к нему. Полуприцепные подвески, где ось поворота крена крена угловая, будут иметь центры крена, которые варьируются в зависимости от угла поворота и ориентации оси крена.

Практические методы и инструменты измерения

Необходимые измерения и сбор данных

Для точного расчета высоты центра крена необходимы точные измерения геометрии подвески. Передняя колея — расстояние между центрами передних колес, в метрах. Задняя колея — расстояние между центрами задних колес, в метрах. Нижняя высота поворота рычага управления — вертикальное положение поворота руки относительно земли, в метрах. Нижняя длина руки — расстояние от поворота до крепления колеса, в метрах. Колесобака — расстояние между передней и задней осями, в метрах.

К числу основных измерений относятся:

Эти измерения должны производиться с использованием транспортного средства на статической высоте движения на ровной поверхности с подвеской в нормальном рабочем положении с использованием высокоточных измерительных инструментов, таких как цифровые суппорты, лазерные измерительные приборы или оборудование для координации измерений для достижения наилучшей точности.

Программные инструменты и калькуляторы

Для помощи в расчетах центра крена доступно несколько программных средств. Эта услуга обеспечивает точную оценку геометрии подвески и центра крена транспортного средства. Она вычисляет высоту передней и задней центров крена, комбинированного центра крена и визуализирует, как центр крена распределяется по колесной базе. Выход помогает инженерам, тюнерам и водителям оценивать поведение крена и крена кузова на поворотах.

Профессиональные пакеты программного обеспечения для анализа подвески предлагают комплексные возможности, включая:

Для тех, кто работает с более простыми настройками или изучает основы, онлайн-калькуляторы рулонного центра обеспечивают быстрый способ проверки ручных расчетов. Эти инструменты обычно требуют ввода основных размеров подвески и высоты центра рулона вывода вместе с соответствующими параметрами.

CAD-ориентированный геометрический анализ

Программное обеспечение для автоматизированного проектирования (CAD) обеспечивает отличную платформу для анализа геометрии подвески. Создавая точные 2D или 3D модели подвески, вы можете использовать инструменты CAD для:

Большинство современных пакетов САПР включают инструменты измерения и анализа, которые делают геометрические вычисления простыми. Визуальный характер анализа САПР также помогает развить интуицию о том, как изменения геометрии подвески влияют на расположение центра крена.

Понимание влияния высоты центра качения на динамику транспортного средства

Расчет движения тела / Body Roll Calculation

Расчет момента крена вашего автомобиля позволяет определить количество, которое ваш автомобиль будет крениться в определенных сценариях, и позволит вам регулировать скорости пружины и геометрию подвески, чтобы настроить идеальное количество крена, необходимое на каждой оси для вашего автомобиля. Момент крена вашего автомобиля является прямой особенностью ваших позиций центра крена и вашего положения центра тяжести и влияет на то, как ваш автомобиль обрабатывает и может использоваться для расчета точного количества крена шасси, испытываемого в определенной ситуации.

Момент крена рассчитывается путем умножения боковой силы, действующей на транспортное средство, на расстояние между центром крена и центром тяжести. Более крупная рука крена (большое расстояние между центром крена и CG) приводит к большему крену тела для данной боковой силы. И наоборот, меньшая рука крена уменьшает крен тела, но может вводить другие эффекты, такие как силы крена.

Также принципиально иметь некоторый рулон в шасси с точки зрения вождения. Теоретически идеально не иметь степеней рулона через угол, если шина может обеспечить неограниченное сцепление, но это нереально. Некоторый рулон требуется для того, чтобы донести до водителя сообщение о том, что автомобиль приближается к своим пределам. Чем меньше рулона имеет автомобиль, тем меньше предупреждения есть, прежде чем автомобиль потеряет сцепление.

Силы разъединения и их последствия

Однако если мы чрезмерно уменьшим расстояние между центром тяжести и центром крена, это может привести к нежелательному эффекту, известному как угон. При увеличении расстояния между центром крена и землей происходит угон. При правом повороте каждая шина испытывает силу (Fy) в определенном направлении. Эта сила заставляет шину крениться влево, так как движение прикладывается к IC1 из-за боковой силы. В результате верхняя линия подвески выталкивается наружу силой F1, а нижняя линия толкается внутрь силой F2. Разрешение этих сил в их компоненты генерирует чистую вертикальную силу (Fz). Эта сила отвечает за поднятие пружинной массы и называется силой угона.

Усилия разъема становятся проблематичными, когда центры разворота расположены слишком высоко относительно земли. Эти вертикальные силы могут заставить кузов автомобиля подниматься во время поворотов, что снижает нагрузку на контактные пятна шины и уменьшает доступное сцепление. В крайних случаях разъем может привести к непредсказуемой управляемости и даже нестабильности транспортного средства.

В параметрических моделях транспортных средств расположение центра мгновенного перемещения часто используется для оценки величины силы разгона. Угол линии, соединяющей центр мгновенного перемещения с контактным патчем шины, определяет величину силы разгона для данной боковой нагрузки. Углы разгона создают большие силы разгона.

Фронт против центра заднего ската

Нижний передний рулевой центр позволяет более плавно управлять дросселем и более плавный перенос веса, но повреждает отзывчивость, в то время как более высокий передний рулевой центр делает автомобиль более отзывчивым. Нижний задний рулевой центр обеспечивает больше заднего сцепления и сцепления при дроссельной заслоне, при жертве меньшего сцепления при торможении. Более высокий задний рулевой центр, однако, улучшает реакцию, но также делает автомобиль более горсткой для вождения.

Связь между высотами передней и задней крутых центров имеет решающее значение для достижения сбалансированной управляемости. Транспортное средство с относительно более высоким передним крутящим центром будет стремиться к нижней сцепке, поскольку на задней оси происходит более боковая передача нагрузки. И наоборот, относительно более высокий задний крутящий центр способствует крутизне за счет увеличения сцепления передней оси относительно задней.

Сравнение передних и задних центров крена для оценки баланса управляемости. Большие различия могут создавать либо уклон в сторону пониженной или перевернутой крутизны. Настройка разницы в высоту крена между передней и задней осями обеспечивает мощный инструмент для регулировки баланса транспортного средства без изменения скорости пружины или жесткости анти-ролльной полосы.

Оптимальный диапазон высоты Roll Center

Общие рекомендации по позиционированию Roll Center

Идеальный диапазон положения центра крена, который может быть использован для начала установки, составляет от 15% до 30% от высоты вашего центра тяжести. Некоторые гоночные автомобили с экстремальным количеством бокового захвата могут двигаться ближе к центру положения гравитации, но эти цифры являются хорошей отправной точкой для настройки вашего автомобиля и настройки.

Для большинства пассажирских транспортных средств высота центра тяжести обычно составляет от 20 до 24 дюймов (500-600 мм) над землей. Используя ориентир 15-30%, это предполагает оптимальную высоту центра крена в диапазоне 3-7 дюймов (75-180 мм) для уличных транспортных средств. Гоночные автомобили с более низкими центрами тяжести и более высокими силами поворота могут использовать центры крена ближе или даже выше высоты CG.

Многие данные автоспорта свидетельствуют о том, что для неаэротранспортных средств идеально подходит диапазон для центров крена. Причина, по которой это относится к транспортным средствам, не являющимся аэромобилями, заключается в том, что при движении аэромобиля прижимная сила отклоняет геометрию подвески таким образом, что центры крена перемещаются. Поэтому они спроектированы таким образом, что идеальные положения центра крена достигаются, когда автомобиль движется, и аэро эффективен в геометрии.

Специальные соображения

Различные применения транспортных средств требуют различных стратегий высоты центра крена:

Уличные транспортные средства: Умеренные высоты центра крена (2-5 дюймов) обеспечивают хороший баланс между управлением креном кузова и качеством езды. Сохраняйте комбинированный центр крена относительно низким для улучшения устойчивости дорожного автомобиля, не снижая его так низко, что геометрия подвески становится непрактичной.

Гонки на дорогах: Высокие центры крена (4-8 дюймов) помогают управлять креном кузова во время высокоскоростного поворота при сохранении разумных уровней силы разгона. Конкретная высота зависит от центра тяжести транспортного средства и ожидаемых уровней бокового ускорения.

Овальные гонки на треке: Часто используются асимметричные высоты центра крена, с разной высотой с левой и правой сторон, чтобы оптимизировать транспортное средство для преимущественно левого или правого поворота.

Транспортные средства вне дорог: Транспортные средства с гусеницами часто имеют геометрию подвески, которая считается ужасающей для любого другого типа транспортного средства ... но поскольку они обычно движутся довольно медленно, плохие побочные эффекты могут не давать о себе знать ... если вы не поместите транспортное средство в условия вне его элемента, например, на автомагистрали.

Опасности экстремальных высот центра рулона

Одно из осознаний, которое вам нужно сделать, заключается в том, что крен тела — это катастрофически катастрофическая вещь, которую нужно иметь и которую нужно устранить любой ценой. Не делайте этого. Если геометрия такова, что есть немного крена тела ... либо просто дайте ему произойти, либо противодействуйте ему весенними скоростями и антикварными полосами, чтобы он не стал чрезмерным. Плохие побочные эффекты от попыток устранить крен тела с помощью геометрии подвески не стоят этого; лечение хуже, чем болезнь.

Попытка полностью устранить крен кузова путем размещения крена в центре тяжести или над ним создает серьезные проблемы. Угонные силы становятся экстремальными, вызывая непредсказуемую передачу веса и потенциально опасные характеристики обращения. Кроме того, очень высокие крена центров приводят к большим количествам изменения камбера во время крена кузова, что может уменьшить контактный пластырь шины и доступный захват.

Если бы это было до меня, я бы снизил высоту точек крепления передних А-рук, чтобы центр крена на номинальной высоте езды спустился к чему-то более правдоподобному, предпочтительно близкому к уровню земли. Если ему нужно больше жесткости передних кренов, выберите соответственно скорости пружины или используйте антиролльную планку. Этот совет подчеркивает, что управление креном кузова должно в первую очередь исходить из пружин и антиролльных планок, а не из экстремальной геометрии подвески.

Миграция в Центре Ролла через приостановление поездок

Почему миграция в ролл-центре имеет значение

Миграция центра крена относится к тому, как меняется расположение центра крена при движении подвески через диапазон движения. Эта миграция оказывает значительное влияние на управляемость транспортным средством, поскольку рычаг момента крена (расстояние между центром крена и центром тяжести) динамически изменяется во время поворота, торможения и ускорения.

Центр крена системы подвески относится к тому центру относительно земли, вокруг которого тело будет мгновенно вращаться. Фактическое положение центра крена изменяется в зависимости от геометрии подвески и угла крена. По мере того, как подвеска сжимается или расширяется, углы рычага управления изменяются, что перемещает центры крена и, следовательно, центр крена.

Чрезмерная миграция центра крена может вызвать несоответствия в обращении. Например, если центр крена перемещается значительно ниже во время крена тела, эффективная рука момента крена увеличивается, что может привести к прогрессивному крену тела, который чувствует себя нестабильным для водителя. И наоборот, если центр крена поднимается во время сжатия, это может создать непредсказуемые переходы крена.

Анализ миграции в Roll Center

Для анализа миграции центра качения необходимо рассчитать высоту центра качения в нескольких положениях подвески:

Для каждой позиции обновите геометрию подвески с помощью новых углов рычага управления и точек поворота, затем пересчитайте центры моментов и центр крена, используя те же геометрические методы, описанные ранее. Укажите высоту центра крена по сравнению с путешествием подвески, чтобы визуализировать шаблон миграции.

В идеале миграция центра качения должна быть сведена к минимуму, при этом центр качения остается относительно стабильным в диапазоне движения подвески. Когда автомобиль проходит через динамический качель, линии сходят с ума, поскольку точки поворота быстро движутся, что может вызвать головную боль у гонщиков - статический центр качения достаточно сложен для понимания, но данные становятся безумными, когда вы качаете шасси.

Разработка стратегий контроля миграции

Несколько параметров геометрии подвески влияют на миграцию центра качения:

Длина рулевого колеса: Более длинные руки опускают центр крена. Более длинные ручки управления также уменьшают скорость изменения угла во время перемещения подвески, что помогает минимизировать миграцию центра крена. Если ему нужна плюшевая передняя подвеска с большим количеством перемещения, что приводит к большому разнообразию геометрии, используйте более длинные руки (расширяйте, удлиняя руки). Более длинные руки помогут многому ...

Угол управления: Начальный угол рычагов управления на высоте езды влияет как на статичную высоту центра крена, так и на то, как он мигрирует. Оружие, которое более горизонтально на высоте крена, как правило, создает более стабильные центры крена во время путешествия.

Коэффициент длины верхней и нижней стрелок: Относительная длина верхней и нижней стрелок управления влияет на миграцию в центре камбера и рулона.

Пивот-точечные местоположения: Разворотная высота нижних плеч — более высокие поворотные точки поднимают центр крена.Тщательный выбор высоты поворотной точки и боковых позиций позволяет дизайнерам оптимизировать как статическую высоту центра крена, так и характеристики миграции.

Практическое настройка приложений и корректировок

Корректировка Trackside Roll Center

Регулируемый шаровой шарик использует шарниры для изменения угла A-Arm для быстрых регулировок центра переднего крена прямо на трассе. На высоте A-Arm корректировки угла могут быть сделаны только на шаровом шаровом суставе или в сочетании с внутренними регулировками поворотного слага. Эти регулируемые компоненты позволяют гонщикам точно настраивать высоту центра крена без серьезных модификаций подвески.

Я также думаю, что если у вас есть базовое понимание геометрии Roll Center, то вы можете сократить мыслительный процесс на треке и просто сосредоточиться на LF и RF Мгновенных центрах. На треке — вы можете легко визуализировать влияние на RF мгновенный центр, если вы поднимаете RF-руку во внутренний поворот 1⁄2». Этот практический подход позволяет тюнерам вносить обоснованные коррективы, основанные на понимании того, как изменения положения рычага управления влияют на мгновенное местоположение центра.

Если вы используете рамку RF A-Arm, установленную для настройки высоты, вы можете использовать слизни, чтобы убедиться, что у вас есть повторяемые и документируемые изменения. Идея заключается в том, что при перемещении центра заднего крена вниз на полдюйма у вас есть что-то твердое и повторяемое для записи в вашей книге настройки передней крена вы можете просто записать, что вы переместили внутреннюю точку крепления RF A-arm вверх на полдюйма с помощью слизняка.

Коррекция центра крена после снижения

Понижение транспортного средства существенно влияет на высоту центра крена и геометрию подвески. При опускании автомобиля угол рычага управления вверх более крутой, что обычно опускает центр крена и может даже толкать его ниже уровня земли. Это создает чрезмерно большую руку момента крена и может привести к плохой управляемости.

SPC Performance предлагает регулируемые шаровые стыки, характерные для многих приложений, в то время как Whiteline также предлагает наборы для центров качения для нескольких платформ, таких как WRX. Эти виды регулировок необходимы для корректировки геометрии подвески при внесении значительных изменений в высоту автомобиля.

Корректирующие наборы центра качения обычно работают:

При опускании транспортного средства более чем на 1-1,5 дюйма (25-40 мм) следует учитывать коррекцию центра крена для поддержания надлежащей геометрии подвески и характеристик управляемости.

Использование регулировок центра ролла для балансировки обработки тюнинга

Можно подумать о регулировке центра поворота на обочине, если вы хотите, чтобы автомобиль испытывал более жесткие передние пружины под торможением, но при этом передние пружины чувствуют себя более мягкими в центре поворота. Настройки центра поворота влияют на то, как быстро переносится вес во время переходных маневров, что влияет на время наращивания сцепления на каждой оси.

Все корректировки касаются времени. Когда и как автомобиль катится и какое влияние мы можем оказать на время рулона шасси, чтобы все происходило в нужной точке в углу? Конечной целью знания конкретного времени в углу, чтобы иметь ход подвески, является окончательная настройка секрета.

Для настройки баланса между сиденьями и сиденьями с помощью центров качения:

При настройке антипрокатных решеток и амортизаторов следует учитывать настройки с расположением центра крена, чтобы обеспечить предсказуемую передачу веса. Корректировки центра крена должны координироваться с изменением скорости пружины и антипрокатного бара для достижения желаемого баланса управляемости.

Документация и испытания

Используйте калькулятор в качестве базового уровня перед любым изменением настройки или компонента, например, новыми рычагами или более широкими колесами. Проверяйте результаты на транспортном средстве с помощью испытательных приводов и, по возможности, с помощью оборудования для измерения поворотов или подвески. Систематические испытания и документация необходимы для эффективной настройки подвески.

Ведите подробные записи:

Эта документация позволяет соотнести изменения геометрии подвески с производительностью на треке и построить базу знаний для будущих усилий по настройке.

Продвинутые темы в анализе Roll Center

Трехмерный анализ центра ролла

В то время как традиционный двумерный анализ передней обзора достаточен для большинства применений, истинное движение подвески происходит в трех измерениях.В этой статье все подвески будут приниматься действительно пространственными или трехмерными, а затем будет разработана теория мгновенной оси винта и связанные с ней вычислительные и кинематические методы для замены всех центров мгновенного вращения и осей винта мгновенными осями винта для гораздо точного трехмерного кинематического анализа.

Трехмерный анализ становится важным, когда:

Передовые вычислительные методы с использованием теории винта обеспечивают более точные результаты для сложных пространственных механизмов. Эти методы обычно реализуются в специализированном программном обеспечении для анализа подвески и требуют значительных математических знаний для правильного применения.

Анализ центра форс-мажорного ролла

Геометрический центр крена, обсуждаемый в этом руководстве, представляет собой кинематический центр вращения. Однако определение центра крена на основе силы учитывает, как силы фактически передаются через подвеску под нагрузкой. Именно здесь берутся отдельные мгновенные центральные местоположения каждого угла автомобиля, а затем вычисляется результирующий вектор вертикальной реакции из-за боковой силы. Это значение затем учитывается при расчете силы крена и боковой передачи веса.

Анализ на основе применения силы включает:

Силовой рулонный центр может существенно отличаться от геометрического рулонного центра, особенно в подвесках со значительным соответствием или в транспортных средствах, испытывающих высокие боковые ускорения.Профессиональные гоночные команды часто используют как геометрический, так и силовой анализ, чтобы полностью понять поведение подвески.

Центр рулона в асимметричных подвесках

Некоторые гоночные приложения используют намеренно асимметричную геометрию подвески, с различными настройками на левой и правой сторонах автомобиля.Это распространено в овальных гонках на треках, где автомобиль преимущественно поворачивается в одном направлении.

В асимметричных суспензиях:

Расчет центров крена для асимметричных подвесок следует тем же геометрическим принципам, но результаты должны быть интерпретированы с учетом направленного характера установки. Расположение центра крена для левого крена тела (правый поворот) будет отличаться от расположения центра крена для правого крена тела (левый поворот).

Общие ошибки и устранение неполадок

Измерения и ошибки расчета

Точный расчет центра качения зависит от точных измерений и тщательной геометрической конструкции.Обычные ошибки включают:

Неправильное расположение контактного пятна шины: Центр контактного пятна должен измеряться в центре контакта шины с землей, а не в центре колеса. Для закапываемых колес контактный участок может быть смещен с боковой стороны от центральной линии колеса.

Неточные управляющие углы рук: Небольшие ошибки в измерении расположения поворотных точек рычага управления могут привести к значительным ошибкам в мгновенном расположении центра, особенно когда рычаги управления почти параллельны. Используйте прецизионные измерительные инструменты и проверяйте измерения несколько раз.

Игнорирование соблюдения приостановки: Реальные подвески отклоняются под нагрузкой из-за соответствия втулке, что может сместить эффективные точки поворота. Для высокоточного анализа учитывают эффекты соответствия или используют сферические подшипники для устранения соответствия.

Ошибки двухмерного упрощения: Проецирование трехмерной геометрии подвески на двумерную плоскость может привести к ошибкам, если рычаги управления имеют значительные углы переднего приклада. Убедитесь, что ваша проекция передним обзором точно представляет боковую кинематику.

Толкование необычных результатов

Центр заката ниже уровня земли:] Отрицательные высоты центра крена возможны и возникают, когда центр мгновенного контакта с линиями заплат пересекается ниже плоскости земли. Обычно это происходит с сильно опущенными транспортными средствами или подвесками с очень крутыми углами рычага управления. Хотя по своей сути это не так, очень низкие или отрицательные центры крена создают большие ручки моментов крена и чрезмерный крен кузова.

Крайне высокие центры крена: Если ваши расчеты показывают центры крена выше высоты центра колеса, проверьте свои измерения и линии конструкции.В то время как центры крена возможны, чрезвычайно высокие значения часто указывают на ошибки измерения или необычную геометрию подвески, которая может не работать хорошо на практике.

Roll Center Вдали от центральной линии транспортного средства: Для симметричных подвесок центр крена должен находиться на или очень близко от центральной линии транспортного средства.Если расчетный центр крена значительно смещен по бокам, проверьте на ошибки измерения или асимметричную геометрию подвески.

Методы валидации

Чтобы проверить расчеты центра рулона:

Сравните с известными значениями: Если вы работаете с серийным автомобилем, в исследовании публикуются данные геометрии подвески или сравниваются ваши результаты со значениями из аналогичных транспортных средств.

Проверка с помощью программного обеспечения: Использование нескольких методов расчета или программных средств для проверки результатов.Расхождения между методами могут указывать на ошибки в измерении или вычислении.

Физическое тестирование: Измерение фактических углов крена тела во время поворота и сравнение с прогнозируемыми значениями на основе вычисленной высоты центра крена и местоположения центра тяжести.Значимые расхождения предполагают ошибки в расчете или неучтенные эффекты соответствия.

Анализ чувствительности: Немного изменяйте свои входные измерения и наблюдайте, как изменяется расчетный центр крена.Если небольшие изменения измерения приводят к резким сдвигам центра крена, ваша геометрия подвески может быть вблизи сингулярной конфигурации (например, параллельных рычагов управления), где небольшие ошибки имеют большие эффекты.

Реальные мировые тематические исследования и примеры

Пример 1: снижение производительности автомобиля на улице

Общий сценарий включает в себя автомобиль с уличным исполнением, опущенный на 2 дюйма (50 мм) от высоты езды на складе. Перед опусканием передняя подвеска имела высоту центра крена 2,5 дюйма (64 мм) над землей с рычагами управления под относительно небольшими углами.

После опускания без коррекции геометрии:

Установка комплекта коррекции центра крена с измененными положениями шарикового соединения:

Этот пример демонстрирует важность поддержания правильной геометрии подвески при изменении высоты езды и показывает, как коррекция центра крена может восстановить характеристики управляемости.

Пример 2: Оптимизация настройки гоночного автомобиля

Седан для гонок на дорогах демонстрировал нижнюю поворачиваемость в середине угла, которая не могла быть решена с помощью весенней скорости или анти-ролльной регулировки. Анализ показал:

Начальная конфигурация:

Относительно более высокий центр заднего крена вызывал более боковую передачу нагрузки на задней оси, уменьшая заднее сцепление и создавая нижнюю часть поворота. Команда внесла коррективы для поднятия центра передней крена:

Результаты:

Этот случай демонстрирует, как различия в высоте центра крена между передней и задней осями могут использоваться для настройки баланса управления, и как систематический анализ может идентифицировать решения, которые не очевидны из традиционных настроек.

Тематическое исследование 3: Артикуляция внедорожных транспортных средств

Внедорожник, предназначенный для скалолазания, имел чрезвычайно высокие ролл-центры (10+ дюймов), чтобы максимизировать артикуляцию подвески и минимизировать крен кузова на низких скоростях. Однако при движении по шоссе автомобиль проявлял опасные характеристики управления, включая чрезмерные силы разгона и непредсказуемую передачу веса.

Анализ показал:

Этот пример иллюстрирует, что геометрия подвески должна соответствовать предполагаемому применению. То, что хорошо работает для использования на низкой скорости бездорожья, может быть опасным на скоростях шоссе. Решение включало либо принятие ограничений и ограничение использования автомагистрали, либо проектирование системы подвески с двойным режимом с регулируемой геометрией для различных условий эксплуатации.

Интеграция с другими параметрами приостановки

Центр ролла и выбор весенних ставок

Высота центра крена и скорость пружины работают вместе для управления креном кузова. Общая жесткость крена транспортного средства исходит из двух источников: геометрическое сопротивление крену (определяется высотой центра крена) и упругое сопротивление крену (определяется скоростями крена и анти-ролловыми полосами).

Нижний рулонный центр требует более жестких пружин или более крупных антирулонных стержней для достижения той же полной жесткости рулона. И наоборот, более высокий рулонный центр обеспечивает более геометрическое сопротивление рулону, позволяя использовать более мягкие пружины при сохранении контроля рулона. Однако, как обсуждалось ранее, чрезмерно высокие рулонные центры вводят силы разъема и другие нежелательные эффекты.

Оптимальный подход балансирует высоту центра крена и скорость пружины для достижения желаемой жесткости крена при минимизации негативных побочных эффектов. Для большинства применений умеренные высоты центра крена (15-30% от высоты CG) в сочетании с соответствующими скоростями пружины обеспечивают наилучшую общую производительность.

Roll Center и Anti-Roll Bar Tuning

Противопрокатные решётки (также называемые решётками раскачивания или стабилизаторными решётками) обеспечивают дополнительную жесткость крена, соединяя левую и правую стороны подвески.Взаимодействие между высотой центра крена и жесткостью антипрокатного стойка важно для достижения сбалансированной управляемости.

При настройке антиролльными решетками:

Некоторые гоночные команды предпочитают использовать регулировки центра крена для грубых изменений баланса управления и анти-ролльных полос для тонкой настройки. Такой подход обеспечивает гибкость при сохранении относительно простой геометрии подвески.

Roll Center и камберные кривые

Та же геометрия подвески, которая определяет высоту центра качения, также контролирует изменение камбера через движение подвески.Мгновенное местоположение центра напрямую влияет на то, сколько изменения камбера происходит для данного количества перемещения колеса.

В целом:

При оптимизации высоты центра крена учитывайте полученные кривые камбера, чтобы обеспечить соответствующее управление контактным патчем шины во время поворота.Некоторый компромисс может быть необходим для достижения как приемлемых характеристик центра крена, так и желательного поведения камбера.

Ресурсы и дальнейшее обучение

Рекомендуемые книги и публикации

Для тех, кто хочет углубить свое понимание геометрии подвески и анализа рулонного центра, доступны несколько авторитетных ресурсов:

Динамика гоночных автомобилей от Milliken и Milliken остается окончательным ориентиром для динамики транспортных средств, включая всеобъемлющий охват геометрии подвески, центров рулона и их влияние на обработку. Этот ресурс на уровне учебника обеспечивает как теоретические основы, так и практические применения.

Инженерные работы Херб Адамс предлагает практическое руководство по проектированию подвески и настройке с доступными объяснениями концепций рулонного центра и их применения к реальным транспортным средствам.

Настройка к победе Кэрролл Смит предоставляет ориентированные на гонки идеи по настройке и настройке подвески, включая практические советы по корректировке центра крена и их влиянию на баланс управления.

Технические документы SAE (Общество автомобильных инженеров) предлагают передовые исследования методов анализа подвески, включая такие продвинутые темы, как трехмерный кинематический анализ и определение центра крена на основе силы.

Онлайн инструменты и программное обеспечение

Несколько программных пакетов и онлайн-инструментов могут помочь с расчетами центра качения и анализом подвески:

Программное обеспечение для анализа подвески: Профессиональные пакеты, такие как OptimumKinematics, SusProg3D и Lotus Suspension Analysis, обеспечивают комплексные возможности моделирования подвески, включая расчет центра крена, анализ миграции и инструменты оптимизации.

Онлайн-калькуляторы: Различные веб-сайты предлагают бесплатные калькуляторы центров качения, которые обеспечивают быстрые оценки на основе базовых размеров подвески.Хотя они менее всеобъемлющие, чем профессиональное программное обеспечение, эти инструменты полезны для обучения и предварительного анализа.

CAD Software: Программы САПР общего назначения, такие как SolidWorks, AutoCAD или даже бесплатные альтернативы, такие как FreeCAD, могут использоваться для создания моделей геометрии подвески и выполнения геометрического анализа. Многие пакеты САПР включают инструменты измерения и анализа, подходящие для расчетов в рулонном центре.

Профессиональное развитие и обучение

Для тех, кто стремится к профессиональному опыту в области дизайна подвески и динамики автомобиля:

Курсы SAE: Общество автомобильных инженеров предлагает курсы профессионального развития по динамике автомобиля, дизайну подвески и технике шасси. Эти курсы обеспечивают структурированное обучение у экспертов отрасли.

Университетские программы: Многие университеты предлагают специализированные курсы или программы обучения в области автомобильной техники с акцентом на динамику транспортных средств и системы подвески. Некоторые учреждения также предлагают онлайн-курсы, доступные для работающих специалистов.

Гоночные школы и мастерские: Такие организации, как Milliken Research Associates и различные гоночные школы, предлагают практические семинары, охватывающие настройку подвески, тестирование и оптимизацию. Эти практические возможности обучения дополняют теоретические знания.

Онлайн-сообщества: Форумы и онлайн-сообщества, посвященные автомобильной инженерии и гонкам, предоставляют возможности учиться у опытных практиков, задавать вопросы и делиться знаниями. На таких сайтах, как Английские советы , ведутся активные дискуссии по геометрии подвески и динамике транспортных средств.

Вывод: Освоение расчетов центра рулона для повышения производительности автомобиля

Понимание и расчет высоты рулонного центра является фундаментальным навыком для всех, кто участвует в проектировании подвески, динамике транспортного средства или настройке производительности.Перекатный центр представляет собой критическую связь между геометрией подвески и управляемостью транспортного средства, влияя на характеристики рулона кузова, скорости передачи веса и общую стабильность во время динамических маневров.

В этом всеобъемлющем руководстве мы изучили весь процесс расчета центра качения, от основных геометрических принципов до передовых методов анализа.

Независимо от того, разрабатываете ли вы новую систему подвески, настраиваете существующую настройку или просто хотите глубже понять динамику транспортного средства, способность вычислять и интерпретировать высоты центра крена дает ценную информацию о том, как будет вести себя ваш автомобиль. Геометрические методы, представленные в этом руководстве, работают для всех распространенных типов подвески и могут применяться только с точными измерениями и тщательной конструкцией.

Помните, что анализ рулонного центра - это только один аспект комплексной конструкции и настройки подвески. Наиболее успешные подходы объединяют соображения рулонного центра с весенними скоростями, демпфированием, антипрокатными полосами, настройками выравнивания и характеристиками шин для создания сбалансированного, предсказуемого и быстрого автомобиля. Систематическое тестирование и документация позволяют соотносить рассчитанные значения с реальной производительностью и постоянно совершенствовать свое понимание.

Применяя эти методы к своим собственным проектам, начните с тщательных измерений и методических расчетов. Проверяйте свои результаты с помощью нескольких методов, когда это возможно, и всегда проверяйте вычисленные значения на фактическое поведение транспортного средства. С практикой вы будете развивать интуицию о том, как изменения геометрии подвески влияют на расположение центра качения и характеристики обработки, позволяя вам принимать обоснованные решения, которые улучшают производительность и безопасность транспортного средства.

Область динамики транспортных средств продолжает развиваться с новыми методами анализа, инструментами моделирования и пониманием поведения подвески. Овладев фундаментальными принципами расчета рулонного центра, представленными в этом руководстве, вы создали прочную основу для дальнейшего обучения и применения в этом увлекательном и критическом аспекте автомобильной техники.