Przedostatnia środa, w której spotykamy się z poradami Mike Kojimy na temat zwiększenia możliwości Waszych samochodów. W tym odcinku zajmiemy się tzw. Roll Centerem. czyli punktem z którego samochód się przechyla. We wcześniejszych częściach tłumaczyłem go jako „punkt wychyłu, więc powinniście zapamiętać :)

The Ultimate Guide to Suspension and Handling Part IX: It’s All in the Geometry – The Roll Center By Mike Kojima

W pierwszych częściach naszej serii omówiliśmy podstawy spraw zawieszeniowych. Teraz nadszedł czas aby pogrzebać w strojeniu geometrii zawieszenia. Ustawienie geometrii jest krokiem dalej niż montaż ulicznych części. Wprowadzanie zmian na tym poziomie jest pracą dla inżynierów zawieszeń w samochodach wyścigowych, jednak zauważyliśmy iż coraz więcej popularnych samochodów ma części pomagających w tych ustawieniach. Niektórzy z Was są również wystarczająco zaawansowani aby samemu z tym eksperymentować.

Roll Center

Roll center to pozorny punkt w przestrzeni wokół którego się obraca się (kom. przechyla) samochód, gdy działają na niego siły w zakręcie. Roll center jest ważny, gdyż jego położenie określa, jak samochód będzie sie prowadzić i jakie czynniki należy wziąć pod uwagę podczas strojenia zawieszenia.

lateral-instant-center-l

Znalezienie punktu chwilowego jest tak łatwe jak narysowanie kilku linii poprzez punkty zawieszenia i przedłużeni ich dopóki się nie spotkają. Górny przykład jest tym co zazwyczaj można znaleźć w nowoczesnym samochodzie z wielowahaczowym zawieszeniem. Dolny przykład pokazuje, że punkt chwilowy może również znaleźć się na zewnątrz koła. Jedynym rodzajem samochodu, który mógłby mieć takie rozwiązanie to obecne bolidy F1. Aby znaleźć roll center w takim pojeździe trzeba by narysować linię od chwilowego punktu, w połowie kąta i przedłużyć w stronę środka samochodu. Nie sądzę, żeby ktokolwiek z nas miał zamiar zaprojektować bolid F1 w najbliższym czasie, więc nie martwmy się o to teraz.

Namierzenie Roll Centera należy rozpocząć od znalezienia chwilowego punktu każdej ze stron zwieszenia, w widoku od przodu.Punkt chwilowy (kom. naprawdę nie pytajcie) jest punktem w przestrzeni wokół którego obracają się wahacze. Rysując linię od mocowania, poprzez sworznie, górnych i dolnych wahaczy i przedłużając ją do momentu skrzyżowania, które będzie Chwilowym Punktem. Teraz narysuj po obydwu stronach linię od centrum kontaktu opony (kom. Punkt Dave’a – ktoś pamięta? :) ) do punktu chwilowego.  Punktem w którym te linie się przetną będzie Roll Center. Dla zawieszenia McPhersona górną linię rysujemy pod kątem 90 stopni do kolumny amortyzatora, na wysokości górnego mocowania.

roll-center-m

Roll Center znajdujemy poprzez narysowanie linii od punktu kontaktu opony do punktów chwilowych. Przetną się w punkcie wychyłu samochodu.

roll_center-s

W przypadku skrajnych nachyleń wahaczy, Roll Center może znaleźć się pod ziemią. Jednak nie oznacza to koniec zabawy i wiele samochodów wyścigowych ma tak ustawione przednie zawieszenie., ze względu na chęć zwiększania ujemnego cambera, jednak nie jest to idealne.

roll-center-beam-axle-s

Znalezienie Roll Centera dla samochodów z ruchomą belka jest całkowicie inne od samochodu z niezależnym zawieszeniem. Ruchome belki są typowe dla amerykańskich samochodów jak mustangi, lub ciężarówki (kom. czasami w stanach Pickupy określa się mianem „trucków”). Dla samochodu z zawieszeniem piórowym, roll center liczymy od mocowania piór do belki (kom. czyli zawsze wychodzi na środku, jak na rysunku). W typie 4-link (kom. nie znalazłem tłumaczenia, jak ma ktoś jakąś potoczna nazwę, będę wdzięczny) jest to przecięcie tych wahaczy, gdy patrzymy od tyłu. Dla Drążka Panharda będzie to przecięcie jego końcówek w widoku od tyłu. Drążek Watta (kom. lub drążek skrętny) jest na środku wahacza (kom. czyli tego elementu skręcanego).

Dai S13

Wierzcie lub nie ale driftowozy to chyba najbardziej wrażliwe na położenie roll centera samochody.

Największe efekty jakie roll center jakie działają na prowadzenie samochodu, to jak pojazd reaguje na ruchy kierownicą w zakręcie, jak mocno samochód się przechyla w zakręcie i jk przyjazny jest balans samochodu gdy jesteśmy na granicy przyczepności.

roll_couple-m

Oto dobry przykład pokazujący co to jest „para przechylająca” (kom. wiem, śmieszne, ale chodzi o tą dźwignię, która powstaje z połączenia roll centera i środka ciężkości. Niestety nie ma polskiej nazwy na to, jak na wiele elementów i często się używa angielskich nazw) i jak wpływa na przechyły samochodu.

Dystans pomiędzy roll center a środkiem ciężkości jest zwany „para przechylającą” (kom. jeśli ktoś wymyśli lepsze określenie na Roll Couple – zapraszam ;) ). Położenie środka ciężkości określamy poprzez podnoszenie samochodu, gdy jest on na wagach, o określoną wysokość i obserwację zmiany wagi na kołach. Wtedy dane wprowadzacie w równanie (kom. niestety MotoIQ takowego nie dało, ale MACIE TUTAJ fajny kalkulator. Wprawdzie w calach i funtach, ale zrobi za Was całą matematykę. Chętni „całą matematykę” znajdą w internecie) i otrzymujecie koordynaty środka ciężkości. Jako, że możemy dość bezpiecznie założyć, iż większość ludzi nie posiada precyzyjnie wypoziomowanej podłogi oraz drogich wag samochodowych (kom. najtańsze to kosz na poziomie 1200 Euro. Zresztą, zobaczcie TUTAJ), zazwyczaj bezpiecznie można oszacować wysokość środka ciężkości dla przedniej osi na poziomie wysokości wału korbowego. Z tyłu jest to najczęściej wysokość podłogi bagażnika. Para przechylająca jest ramieniem dźwigni której używa siła odśrodkowa aby przechylić wokół roll centera samochód w zakręcie.

roll-moment-s

Wyobraź sobie dźwignię, na którą działa siła odśrodkowa aby przechylić samochód.

Im dłuższa para przechylająca, tym z większą dźwignią siła odśrodkowa działa na zawieszenie poprzez środek ciężkości i samochód będzie się bardziej przechylał w zakręcie. Dłuższa para przechylająca powoduje, że samochód wolniej reaguje na ruchy kierownicą. Transfer masy wynikający z mocnego przechylenia i długiej pary przechylającej nie wpływa za bardzo na całkowity transfer masy, jednak zwiększa dynamiczny transfer masy (kom. przechodząc z jednego zakrętu w drugi), który już sprawia, że samochód staje się nerwowy i trudniejszy w prowadzeniu przy limicie przyczepności.

 

Body Roll-01

Choć intuicyjnie wydaje się, że duże przechyły nadwozia spowodują spory transfer masy, jednak tak nie jest. Przechyły nadwozia spowalniają reakcje samochodu, na ruchy kierownicą. Dynamiczny transfer masy powiązany z przechyłami sprawi, że samochód będzie nerwowy na granicy przyczepności, gdzie nie są wybaczane zbyt duże ruchy kierownicą. To jest jeden z powodów, dla których chcesz ograniczyć przechyły.

body_roll-S

Jeśli narysujemy dość luźny schemat nadwozia, zobaczysz że przesunięcie środka ciężkości jest bardzo małe, nawet przy tym bardzo przesadzonym diagramie z tonami przechyłu. Zazwyczaj transfer masy ze względu na przechył wynosi poniżej 2%, nawet w mocno przechylającym się samochodzie. Nie zyskasz tu wiele, poprzez ograniczenie przechyłu. Obniżenie środka ciężkości i zwiększenie rozstawu kół są znacznie bardziej skutecznymi sposobami ograniczenia transferu masy.

Falken Mustang

Samochody które muszą przyśpieszać z wolnych zakrętów i przede wszystkim pracują przy niższych prędkościach, szczególnie te o dużej mocy, jak Mustang Justina Pawlaka, mogą zyskiwać ze starannego pozycjonowania roll centera.

Hyundai Genesis Rhys Millen

Samochody do wyścigów górskich nie polegające na aerodynamice, jak Hyundai Rhysa Millena także mogą odnieść korzyści z ostrożnego umiejscowienia roll centera.

Odwrotna sytuacja ma się z krótką parą przechylającą. Jeśli para przechylająca jest krótka, inżynierowie nazywają to geometrycznym stabilizatorem, który ma taki sam efekt jak usztywnienie zawieszenie, zwiększa transfer masy na zewnętrzną opon. To może zwiększyć pod- lub nadsterowność w zależności od tego na którym końcu samochodu to zrobisz.

Nemo Evo

W samochodach, jak Nemo Evo (kom. kosmiczny Time Attackowy Evo 7 od Nemo Racing. Sporo więcej o nim TUTAJ, TUTAJ i TUTAJ.), które mocno korzystają z aerodynamiki pozycja roll center nie ma znaczenia, z powodu używania bardzo twardych sprężyn.

Często pomijaną wadą obniżenia (kom. samochodu) jest to, że w większości samochodów roll center obniża się znacznie bardziej niż środek ciężkości. Mimo, że obniżenie środka ciężkości i zwiększenie rozstawu kół są dwoma najbardziej skutecznymi sposobami na zmniejszenie transferu masy, zbyt duże obniżenie powiększa parę przechylającą i dynamiczny transfer masy

wielowahaczM

strut-suspension To pokazuje co się dzieje z dźwigną przechyłu w zbyt obniżonym samochodzie. Dla ekstremalnie niskich aut, jak niektóre driftowozy czy samochody wyścigowe, roll center musi być z tego powodu skorygowany. Zobaczcie różnicę pomiędzy roll centerem, a środkiem ciężkości pomiędzy przykładami obniżonego i zwykłego zawieszenia.

Może to anulować zalety obniżenia środka ciężkości i jednostajnego transferu masy. Olbrzymia para przechylająca stworzona poprzez nadmierne obniżenie będzie wymagała zbyt sztywnego zawieszenia do kontroli ruchów nadwozia. A gdy zawieszenie jest za sztywne, nie będzie skutecznie absorbować nierówności drogi, co utrudni utrzymanie kontaktu opon z podłożem, a nie możesz jechać szybko kiedy opony nie dotykają ziemi. My, inżynierowie nazywamy to wstrząsaniem opon.

jacking-force-m

Bardzo wysoki roll center może powodować moment uniesienia, które będą prowadzić do tak dużego transferu masy, że może on spowodować przewrócenie samochodu. Ten obraz jest wizualnym przedstawieniem jak to może wyglądać (kom. zdarzyło Wam się obaczyć, że samochód odrywa koło od podłoża w zakręcie?).

Wysoka pozycja roll centera może spowodować podniesienie koła podczas ostrego skręcania. To podnoszenie jest bardzo niebezpieczne i jest powodem dlaczego Garbusy VW i Chevrolety Covairy przed 1964 z łamanym tylnym mostem miały niepokojącą tendencję do przewracania się. W większości samochodów roll center jest na wysokości 2″-4″ od podłoża (kom. 5-10 cm), dla przedniego zawieszenia i 4″-10″ (kom. 10 – 25 cm) dla tylnego z tym, że tylny musi być wyżej od przedniego. Jest tak gdyż samochód będzie transferował więcej masy na przód z powodu zwiększonego geometrycznego stabilizatora, dając bardziej przewidywalną tendencję do podsterowności przy całkowitym limicie. Większość samochodów wyścigowych jest w ten sposób budowana.

2010-mclaren-mp4-25-formula-1

Nowoczesne bolidy F1 mają ciekawą, ekstremalną sprzeczność w stosunku do tego tym jaka powinna być prawidłowa geometria. Przedni roll center jest bardzo wysoko i nachyloną ku tyłowi oś przechyłu. Geometria przedniej osi, wraz z parą przechyłu zostały poświęcone dla aerodynamiki. Bolid F1 prawdopodobnie wypycha z bardzo powolnych zakrętów (kom. łapią sporą podsterowność), ale z drugiej strony rzadko im się takie zdarzają.

Lokacje środka ciężkości i roll center mogą zostać użyte to przewidzenia charakterystyki zachowania samochodu. Jeśli połączymy przedni i tylny roll center to ta linia będzie reprezentować oś przechyłu samochodu. Oś przechyłu jest osią według której samochód będzie się przechylał w zakręcie. Oś środka ciężkości może być wykreślona poprzez połączenie przedniego i tylnego środka ciężkości (kom. na przedniej i tylnej osi samochodu. Co ważne, na osi środka ciężkości znajdziemy oczywiście sam punkt środka ciężkości całego samochodu, ale to chyba oczywiste).

Porsche 911

Czy możesz zgadnąć jakie będą właściwości jezdne tego Porsche z rozkładem masy zmierzającym ku tyłowi i jak mały będzie moment przechyłu?

Oś środka ciężkości od teraz będzie się nazywać Osią Mike’a, ponieważ nie mogłem znaleźć obecnie istniejącego terminu inżynieryjnego na nią! Gdy narysowane są obok siebie Oś Przechyłu oraz Oś Mike’a, to dystanse i nachylenie między nimi da Wam jaką charakterystykę prowadzenia będzie miał samochód.

mike-axis-m

Sport Compact Car (kom. taki magazyn) nazwał oś obrotu Osią Mike’a!

Jeśli przestrzeń pomiędzy tymi dwoma liniami jest mniejsza w przedniej części, z obniżającą się Osią Mike’a (kom. ku przodowi oczywiście), samochód będzie miał tendencję do podsterowności z powodu większego transferu masy na zewnętrzne koło na przedzie w wyniku większego stabilizatora geometrycznego. Jeśli dystans pomiędzy liniami będzie większy na przedzie niż na tyle, samochód będzie mniej podsterowny z powodu mocniejszego stabilizatora geometrycznego dając większe obciążenie tylnego, zewnętrznego koła.

Przedniosilnikowe samochody RWD zazwyczaj wykazują drugą cechę, w postaci nadsterowności, pomimo rozmieszczenia masy na przedzie. Samochody z silnikiem umieszczonym z tyłu, bądź centralnie także cechują się tym z powodu większej bezwładności tylnej osi i krótszą parę przechyłu z tyłu niż z przedniej. Przednionapędowy samochód zazwyczaj ma tak ciężki przód, że trudno przezwyciężyć jego naturalną tendencję do podsterowności. Potrzeba bardzo wysokiej sztywności tyłu i stabilizatora geometrycznego aby te samochody obracały się rozsądnie do tempa ruchów kierownicy.

Mike Kojima

Rzeczy nazywają moim imieniem, Jo!

nissan

Ten Nissan Sentra ewidentniepotrzebuje pomocy!

sentra

Ten B15 Sentra otrzymał pomoc. Zewnętrzny sworzeń został zamieniony na taki, z długą szpilką dystansującą. To obniża oś wahacza i podwyższa roll center nawet w radykalnie obniżonym samochodzie.

wahacze

W wygrywającym MPTCC (kom. Takie mistrzostwa od MotoIQ. Więcej POD LINKIEM) B14 Dai Yoshihary zamieniliśmy Nissanowe sworznie na znacznie dłuższe Chryslerowskie aby obniżyć oś wahacza. Wymaga to trochę fabrykacji, gdyż sworznie Chryslera nie wchodzą tak od razu do Sentry.

Sworznie Whiteline

Jeśli masz szczęście, Whiteline produkuje dłuższe sworznie wahacza i korygujące bump steera drążki kierownicze dla Twojego samochodu, więc nie będziesz musiał nic fabrykować!

Driftworks Nissan

Jeśli masz Nissana S-chassis, Driftworks produkuje zwrotnice, które pomagają obniżyć samochód, skorygować bump steer i poprawić roll center.

Nissan zwrotnica

Właściciele Nissanów S-chssis są szczęściarzami. Ten samochód ma dolne wahacze SPL , które korygują roll center, wraz ze zwrotnicami produkowami przez Hariguchi obniżają samochód i także poprawiają roll center. Części jak te są odpowiedzią, dlaczego niektóre samochody z Formula D są tak obniżone, a dalej działają.

tylne zawieszenie

SPL ma także tylne-dolne wahacze korygujące roll center na przegubie zewnętrznym (kom. ten na dole, nie ten czerwony, który zwraca na siebie uwagę).

Roll center może być regulowany w takich samochodach jak 240Z, 300ZX, 240SX, AE86, późniejszych Celicach i prawdopodobnie wielu innych poprzez użycie fabrykowanych wahaczy lub podkładek aby wyregulować oś wahacza. SPL, Whiteline, Perrin i kilku innych produkują zestawy do wielu samochodów.  Pamiętaj, że możesz ustawić roll center, możesz obniżyć samochód i obniżyć środek ciężkości skracając zarazem parę przechyłową.

Regulacja roll centera jest mało znanym, ale skutecznym sposobem, aby zmienić dynamiczny balans samochodu poprzez zmniejszenie pary przechyłu i transferu masy. W dopuszczalnych granicach może to zrobić równie dobrze jak sztywniejsze sprężyny i stabilizatory. Należy pamiętać, iż zbytnie obniżenie może spowodować więcej problemów, niż rozwiązać, chyba że możesz sobie pozwolić na tajemne części i fabrykację, aby zrekompensować problemy z geometrią po obniżeniu.

Do następnego razu, szczęśliwego automobilizmu (kom. z premedytacja, najdziwniejsze tłumaczenie słowa „motoring” :D )!

MotoIQ

Zobacz także:

Zostaw odpowiedź