Viktöverföring

Chevrolet Camaro utför en wheelie under dragracing .

En motorcyklist utför ett stopp .

En Toyota MR2 lutad mot utsidan av en sväng.

Viktöverföring och lastöverföring är två uttryck som används något förvirrande för att beskriva två distinkta effekter:

förändringen i belastning som bärs av olika hjul på även helt stela fordon under acceleration
förändringen i massacentrum (CoM) placering i förhållande till hjulen på grund av upphängning eller lastförskjutning eller slaskande

Inom bilindustrin hänvisar viktöverföring vanligtvis till förändringen i last som bärs av olika hjul under acceleration . Detta skulle mer korrekt hänvisas till som lastöverföring , och det är uttrycket som används i motorcykelindustrin , medan viktöverföring på motorcyklar, i mindre utsträckning på bilar, och lastförflyttning på endera beror på en förändring i CoM-positionen i förhållande till till hjulen. Den här artikeln använder detta senare definitionspar.

Lastöverföring

I hjulförsedda fordon är lastöverföring den mätbara förändringen av last som bärs av olika hjul under acceleration (både längsgående och lateral) . Detta inkluderar bromsning och retardation (vilket är en acceleration i negativ takt). Ingen rörelse av masscentrum i förhållande till hjulen är nödvändig, och därför kan lastöverföring upplevas av fordon utan fjädring alls. Lastöverföring är ett avgörande koncept för att förstå fordonsdynamik . Samma sak gäller för cyklar, men bara i längdriktningen.

Orsak

De stora krafterna som accelererar ett fordon uppstår vid däckens kontaktpunkter . Eftersom dessa krafter inte riktas genom fordonets CoM, genereras ett eller flera moment vars krafter är däckens dragkrafter på beläggningsnivå, det andra (lika men motsatt) är masströgheten placerad vid CoM och momentarmen är avståndet från beläggningsytan till CoM. Det är dessa moment som orsakar variation i belastningen fördelad mellan däcken. Ofta tolkas detta av den tillfällige observatören som en pitchande eller rullande rörelse av fordonets kaross. Ett perfekt styvt fordon, utan fjädring som inte skulle uppvisa stigning eller rullning av karossen, genomgår fortfarande lastöverföring. Stigningen och rullningen av karossen på ett icke-styvt fordon tillför dock en viss (liten) viktöverföring på grund av den (lilla) CoM horisontella förskjutningen med avseende på hjulets axelfjädring vertikala rörelse och även på grund av deformation av däcken, dvs kontakt lappförskjutning i förhållande till hjulet.

Att sänka CoM mot marken är en metod för att minska lastöverföringen. Som ett resultat reduceras lastöverföringen i både längsgående och laterala riktningar. En annan metod för att minska lastöverföringen är att öka hjulavstånden. En ökning av fordonets hjulbas (längd) minskar den längsgående lastöverföringen medan en ökning av fordonets spårvidd (bredd) minskar lastöverföringen i sidled. De flesta högpresterande bilar är utformade för att sitta så lågt som möjligt och har vanligtvis en utökad hjulbas och spår.

Ett sätt att beräkna effekten av lastöverföring, med tanke på att den här artikeln använder "lastöverföring" för att betyda det fenomen som vanligtvis kallas "viktöverföring" i bilvärlden, är med den så kallade "viktöverföringsekvationen":

\Delta Weight_{front}=a{\frac {h}{b}}m

eller

\Delta Weight_{front}={\frac {a}{g}}{\frac {h}{b}}w

där $\displaystyle \Delta Weight_{front}}$ är förändringen i lasten som bärs av framhjulen, $a$ är den längsgående accelerationen, $g$ är tyngdaccelerationen , $h$ är masscentrumhöjden, $b$ är hjulbasen, $m$ är fordonets totala massa och $w$ är fordonets totala vikt.

Viktöverföring innebär den faktiska (relativt lilla) rörelsen av fordonets CoM i förhållande till hjulaxlarna på grund av förskjutning av chassit då upphängningen följer, eller av last eller vätskor inuti fordonet, vilket resulterar i en omfördelning av den totala fordonslasten mellan de enskilda däcken.

Masscentrum

Viktöverföring sker när fordonets CoM växlar under bilmanövrar. Acceleration får den fjädrande massan att rotera kring en geometrisk axel, vilket resulterar i omplacering av CoM. Viktöverföring fram och bak är proportionell mot förändringen av den longitudinella placeringen av CoM till fordonets hjulbas, och viktöverföring från sida till sida (summad över fram och bak) är proportionell mot förhållandet mellan förändringen i CoM:s laterala placering till fordonets spår.

Vätskor, såsom bränsle, flödar lätt i sina behållare, vilket orsakar förändringar i fordonets CoM. När bränsle förbrukas ändras inte bara positionen för CoM, utan fordonets totalvikt minskar också.

Till exempel, när ett fordon accelererar kan en viktöverföring mot bakhjulen ske. En utomstående observatör kan bevittna detta när fordonet synbart lutar sig bakåt eller sätter sig på huk . Omvänt, under inbromsning kan viktöverföring mot bilens framsida ske. Vid hård inbromsning kan det vara tydligt även inifrån fordonet när nosen dyker mot marken (det mesta av detta beror på lastöverföring). På liknande sätt, under riktningsändringar (lateral acceleration), kan viktöverföring till utsidan av svängriktningen ske.

Viktöverföring är i allmänhet av mycket mindre praktisk betydelse än lastöverföring , åtminstone för bilar och stadsjeepar. Till exempel i en sväng på 0,9 g kommer en bil med en spårvidd på 1650 mm och en CoM-höjd på 550 mm att se en lastöverföring på 30 % av fordonets vikt, det vill säga de yttre hjulen kommer att se 60 % mer last än tidigare, och insidan 60 % mindre. Det totala tillgängliga greppet kommer att minska med cirka 6 % som ett resultat av denna lastöverföring. Samtidigt kommer fordonets CoM vanligtvis att röra sig i sidled och vertikalt, i förhållande till kontaktytan med högst 30 mm, vilket leder till en viktöverföring på mindre än 2 % och en motsvarande minskning av greppet på 0,01 %.

Dragning

Lastöverföring gör att den tillgängliga dragkraften på alla fyra hjulen varierar när bilen bromsar, accelererar eller svänger. Denna förspänning till ett par däck som gör mer "arbete" än det andra paret resulterar i en nettoförlust av totalt tillgängligt grepp. Nettoförlusten kan hänföras till det fenomen som kallas däckbelastningskänslighet .

Ett undantag är vid positiv acceleration när motorkraften driver två eller färre hjul. I denna situation där alla däck inte används kan lastöverföring vara fördelaktigt. Som sådan är de mest kraftfulla bilarna nästan aldrig framhjulsdrivna , eftersom själva accelerationen gör att framhjulens dragkraft minskar. Det är därför sportbilar vanligtvis har antingen bakhjulsdrift eller fyrhjulsdrift (och i fyrhjulsdriftfallet tenderar kraften att vara förspänd mot bakhjulen under normala förhållanden).

Rulla över

Om (lateral) lastöverföring når däckbelastningen i ena änden av ett fordon, kommer det inre hjulet på den änden att lyftas, vilket orsakar en förändring i köregenskaper. Om den når halva fordonets vikt börjar den välta. Vissa stora lastbilar välter innan de sladdar, medan personbilar och små lastbilar vanligtvis bara rullar över när de lämnar vägen. Att montera racingdäck på ett högt eller smalt fordon och sedan köra det hårt kan leda till vältning.

Se även

externa länkar

DOT rollover ratings per fordonstyp