Оптимальное передаточное отношение

Не существует такой вещи, как оптимальное передаточное отношение для определенной автомодели, это будет изменяться в зависимости от трассы и поверхности. Большинство передаточных отношений находится в диапазоне от 6 до 8,5 и это не зависит от модели и конструкции автомодели.

 

Эффекты передаточного отношения

Передаточное отношение оказывает в основном два основных эффекта, один из них это ускорение и другой это максимальная скорость. Для иллюстрации этого приведен график, с низкой передачей (передаточное отношение 8) и высокой передачей (передаточное отношение около 6).

 

 

О чем говорит этот график? Низкая передача позволяет автомодели ускоряться намного быстрее, чем в случае высокой передачи, однако максимальная скорость автомодели с высокой передачей будет выше, чем у автомодели с низкой передачей.

Вы можете смотреть на этот график и думать: почему ускорение автомодели снижается, если она движется быстрее? Это эффект сопротивления воздуха. Сила сопротивления пропорциональна квадрату скорости, поэтому если движетесь со скоростью 2 м/с, а затем ускоряетесь до скорости 4 м/с, сила сопротивления воздуха увеличивается в 4 раза.

 

Выделение тепла и время запуска

Некоторым нежелательным эффектом изменения передаточного отношения является изменение времени запуска. Снижение передаточного отношения (высокая передача) вызывает повышение температуры мотора, так как он вынужден потреблять больший ток для обеспечения той же величины вращающего момента, что в свою очередь вызывает более быстрый разряд батареи.

 

Глава 6: Распределение веса и мощности

 

Распределение веса

Распределение веса является очень важным, оно не только затрагивает статический вес на на различных колеса, оно также влияет но то, как вес перемещается в динамических условиях.

Самым легким способом оценить распределение веса является определение центра тяжести автомобиля (ЦТ). Это точка в пространстве, в которой считается расположенной вся масса автомобиля. Из-за его положения, ЦТ может быть использован для упрощения воздействий сил инерции. В действительности, каждая частица массы подвержена инерции, но намного легче использовать эквивалентное условие: предположим, что вся масса объекта сконцентрирована в его центральной точке, то есть в ЦТ. Поэтому вместо того, чтобы выяснять, как каждая часть 1,5 кг автомобиля реагирует на некоторую силу, мы должны только выяснить, как невесомый автомобиль с 1,5 кг точкой в его центре тяжести (ЦТ) реагирует на эту силу. Последнее намного легче: сила действует только в ЦТ, а не в остальной части автомобиля.

Конечно, это будет работать только тогда, когда ЦТ определен правильно. Я думаю, что это большая работа, и это может быть неточным, поэтому я предлагаю другой метод. Он основывается на том факте, что когда объект статически сбалансирован, его ЦТ находится прямо над точкой, где он поддерживается. Применяя это в трех различных плоскостях, вы можете определить ЦТ объекта. Здесь приведен пример.

 

Мы имеем объект с тяжелой частью (темная) и легкой частью (светлая) и мы хотим определить его ЦТ. Так как правая часть более тяжелая, ЦТ вероятно будет расположен где-то справа.

 

Мы попытаемся сбалансировать его на остром краю, и это положение, в котором объект остается неподвижным. Так что мы знаем, что ЦТ находится где-то прямо над точкой, в которой поддерживается объект.

 

Красная линия содержит все точки, которые находятся выше точки, в которой поддерживается объект, поэтому ЦТ находится где-то на красной линии.

 

Мы можем следовать той же самой процедуре, но в других измерениях. И снова, мы можем провести красную линию, на которой расположен ЦТ.

 

Так как это двухмерный пример, достаточно 2 попыток для определения ЦТ (фиолетовый кружок). Для автомобиля, который имеет 3 измерения, вам необходимо проделать это 3 раза. Это может представлять некоторую практическую проблему, но это тот случай, где вам необходимо использовать ваше воображение.

Теперь, когда мы знаем, где расположен ЦТ автомобиля, мы можем легко вычислить величину веса на колесах и распределение веса.

Сначала, давайте рассмотрим распределение веса спереди назад:

 

 

Колесная база (WB) - это расстояние между передней и задней осями, F - это расстояние между ЦТ (зеленый) и передней осью, R - это расстояние между ЦТ и задней осью.

Вес на передней оси = вес автомобиля * (R / WB)
Вес на задней оси = вес автомобиля * (F / WB)

Или, в процентах:

Процент на передней оси = (R / WB) * 100%
Процент на задней оси = (F / WB) * 100%

Очевидно, что это будет иметь влияние на управление: больший вес на колесе означает большее сцепление. Поэтому, если ЦТ расположен дальше назад, автомобиль будет иметь большую величину заднего сцепления, что будет неплохо, если важно ускорение. Если ЦТ расположен дальше вперед, автомобиль будет иметь хорошую поворачиваемость, но будет испытывать недостаток заднего сцепления, что увеличивает риск заносов.

В некоторых случаях, главной заботой становится боковое распределение веса, особенно в так называемых LTO (поворот только налево) автомобилях, которые ездят по овальнымым трассам. В основном это то же самое:

 

TW - это ширина колеи, расстояние между центрами колес на оси, E - это расстояние между ЦТ (зеленый) и центральной линией колес с левой стороны, I - это расстояние между ЦТ и центральной линией колес с правой стороны. Если передняя и задняя оси не одинаковы по ширине, E и I должны измеряться от ЦТ.

Вес на левой стороне = (I / TW) * вес автомобиля
Вес на правой стороне = (E / TW) * вес автомобиля

Или, в процентах:

Процент на левой стороне = (I / TW) * 100%
Процент на правой стороне = (E / TW) * 100%

Заметьте, что если вам нужно знать величину веса на одном колесе, вам нужно умножить вес автомобиля на 2 множителя, один для бокового баланса и другой для продольного баланса, например:

Вес на левом переднем колесе = вес автомобиля * (I / TW) * (R / WB)
Вес на правом переднем колесе = вес автомобиля * (E / TW) * (R / WB)
Вес на левом заднем колесе = вес автомобиля * (I / TW) * (F / WB)
Вес на правом заднем колесе = вес автомобиля * (E / TW) * (F / WB)

Заметьте, что это истинно только в случае, когда автомобиль не дергается, нагрузка пружин должна быть одинаковой на левой и правой стороне.

И снова, расположение ЦТ далеко от центра автомобиля имеет последствия для управления автомобилем: расположение ЦТ на левой стороне автомобиля улучшает способность автомобиля поворачивать налево, но это может затруднить управление автомобилем на прямом участке, особенно при ускорении.

Высота ЦТ также является очень важной: она определяет характеристики крена автомобиля и перенос веса. Более подробно об этом рассказано в главе 2.

К сожалению, это еще не все, не была учтена инерция, вращательная инерция, если быть более точным. Здесь приведен пример:

 

Эти рисунки представляют два автомобиля, в первом из них, слева, весь тяжелый материал (синий) расположен на его концах, далеко от ЦТ (фиолетовый). Во втором автомобиле, справа, весь тяжелый материал расположен в середине, очень близко к ЦТ. Оба автомобиля достаточно тяжелые и их ЦТ находятся в одинаковых местах.

Поэтому оба автомобиля будут переносить одинаковый вес при торможении или прохождении поворотов, и их углы крена также будут одинаковыми. Все же они не будут управляться одинаково, так как их вращательные моменты инерции различны. Первый автомобиль будет реагировать медленно, будет вяло заходить в повороты, и вообще будет более неохотно менять направление. Некоторые могут сказать, что он медленный, другие могут найти его очень устойчивым, это одно и то же. Второй автомобиль будет вести себя противоположным образом: он будет очень быстро менять направление, он будет очень подвижным и таким образом будет нестабильным.

Таким образом, вращательный момент инерции не изменяет величину смещения шасси, он изменяет скорость этого смещения.

Вращательный момент инерции также может быть рассчитан: вращательный момент инерции тела вокруг оси является суммой всех элементарных масс тела умноженных на квадрат их расстояния до этой оси. Для простых тел, например цилиндров, кубов и конусов, вы можете это сделать вручную, но для реальных применений вам потребуется сложная CAD программа.

Заметьте, что является важным, вокруг какой именно оси вы рассчитываете вращательный момент инерции. Рассмотрим следующий пример:

 

Эти рисунки представляют идентичные автомобили, за исключением того факта, что у них по разному распределен вес: у первого автомобиля тяжелые компоненты (синий) расположены вдоль поперечной оси (фиолетовая), а у второго автомобиля тяжелый материал расположен вдоль продольной оси.

Рассмотрим первый автомобиль. Если мы рассчитываем вращательный момент инерции вокруг его поперечной оси, нам необходимо перемножить все массы с квадратами их расстояний. В этом случае, мы должны умножить большинство масс на квадрат очень небольшого расстояния, в результате получим очень небольшое значение. С другой стороны, если мы рассчитываем вращательный момент инерции вокруг продольной оси (не отображена), нам необходимо умножить большинство масс на квадрат очень большого расстояния, в результате получим большое значение. Поэтому первый автомобиль имеет очень большой момент инерции вокруг его продольной оси и очень небольшой момент инерции вокруг его поперечной оси. Другими словами, этот автомобиль будет очень медленно реагировать при прохождении поворотов, он будет очень медленно перемещаться со стороны на сторону (крениться). Но, он будет очень легко смещаться спереди назад (наклоняться), это может быть полезным для быстрого торможения, но это заставит автомобиль отскакивать вперед и назад на ухабах, делая его очень нестабильным.

 

 

Для второго автомобиля имеет место противоположное: он имеет большое значение для вращательного момента инерции вокруг его поперечной оси и очень маленькое значение вокруг продольной оси. Это означает, что автомобиль будет быстро крениться и будет очень отзывчивым в поворотах, но он будет очень стабильным спереди назад. Это поможет стабилизировать автомобиль на ухабах и в то же время обеспечит хорошую способность к прохождению поворотов.

Возможно, теперь вы можете понять очковтирательство насчет установки двигателя посередине полномасштабного автомобиля: мотор является самым тяжелым изделием, поэтому, поместив его посередине, вы снизите вращательный момент инерции и создадите более легко управляемый автомобиль.