Как просто построить драговый автомобиль

[Віталій Іванович]

Как просто построить драговый автомобиль. Отвлечение от темы — школьная физика

Решил сюда скопировать один из своих постов в другом блоге на тему того, что все-таки ускоряет автомобиль: мощность или момент. Спор давний, но глупый и сразу попрошу не разводить споров в комментах, спорить не о чем, физика едина для всех. Для кого не едина, рекомендую посетить библиотеку Надеюсь, этот пост внесет некоторую ясность тем, кто не до конца понял суть прошлой заметки.

Т.к. вопросам моделирования динамики машин (ну это грубо, там нюансов еще гора) я посветил достаточно много своего времени (пару-тройку лет это точно). В общем и целом так:

Сам по себе момент величина статическая и без привязки к информации о скорости (частоте вращения и т.д.) не несет информации об энергетической составляющей движения. Ну т.е. если, грубо говоря, в стену сильно упереться, то к определенным точкам этой стены будет приложен существенный момент. Но скорость ноль и мощность тоже ноль, стенка никуда не поехала. а момент-то есть
Но если все более правильно рассмотреть, то мощность это произведение момента на частоту вращения, а если совсем правильно, то P=M*n*Pi/30, где P мощность в Вт, M — момент в Нм, n — частота вращения в об/мин.

Иными словами имея перед глазами график мощности, всегда однозначно из него пересчитывается в каждой точке график момента и наоборот. Скажу по секрету, что при замере на стенде, сам стенд измеряет именно мощность на колесах и частоту вращения двигателя, а момент просто пересчитывает. График момента на распечатке со стенда — расчетная величина

Всю динамическую характеристику автомобиля можно построить как по балансу мощности, так и по балансу сил (если брать в расчет только момент, но с привязкой к оборотам, разумеется), разницы никакой нет, но.

Корректнее было бы называть две цифры:
— максимальная мощность мотора
— мощность мотора при максимальном моменте
Правда это слегка разрушит шаблоны маркетологов, но даст гораздо больше представления о реальных возможностях мотора.

Но в реальности объективную эффективность мотора по ускорению автомобиля описывает численный интеграл именно мощности от зоны МКМ до отсечки, а не пиковые значения мощности и момента!
Это очень важное отличие!

Далее. Если мы говорим об удобстве эксплуатации, то есть такая штука как коэффициент приспособляемости мотора, это отношение максимального крутящего момента к крутящему моменту в точке максимальной мощности. Иными словами это крутизна спада момента после пика. Чем круче спад момента с ростом оборотов после максимума, тем коэффициент приспособляемости выше и тем приятнее "ездить на моменте"…

Так вот этот коэффициент говорит об удобстве реальной ежедневной эксплуатации мотора в разы больше информации, чем само значение пикового момента. Коэффициент приспособляемости хоть и косвенно (математически), но на самом деле очень хорошо пропорционален интегралу мощности в зоне от МКМ до ММ, иными словами, еще более правильно с точки зрения содержания информации было бы описывать возможности мотора другими двумя числами:

— максимальная мощность
— коэффициент приспособляемости.

И если сравнить два мотора одинаковой пиковой мощности, то более эффективным в плане динамики обязательно будет тот мотор, у которого выше коэффициент приспособляемости, причем, практически пропорционально этому коэффициенту.

Так вот тут самое интересное, что коэффициент приспособляемости на практике сильно зависит от степени форсировки мотора (литровой мощности), и как правило он максимален у низкофорсированных моторов и минимален у крутильных зажигалок (речь пока об атмосферниках, турбы не в счет).
Так вот топовые кольцевые моторы имеют коэффициент порядка 1.03-1.06, а американские V8, у которых с 6 литров 140 лошадей (грубо ) имеют коэффициент приспособляемости 1.6 и иногда выше. Кстати, сказать, дизели имеют очень большой коэф.приспособляемости.

Иными словами, если взять мотор цивика 140 л.с. и 6-ти литровый "неэффективный" V8 с такой же мощностью, то общая фактически реализуемая энерговооруженность американца будет раза в полтора выше, а максимальная мощность как бы равна. Так же в сравнении и с дизелем той же мощности.

Собственно, отсюда и пошла фраза, что момент выигрывает гонки, хотя физически она совершенно некорректная . Верное то, что у мотора с высоким моментом при равной максимальной мощности будет выше интеграл мощности (и коэффициент приспособляемости) и поэтому такой мотор быстрее.

В общем, спорить об этом не нужно Учите физику, господа Всем хорошего вечера

[Віталій Іванович]

Как просто построить драговый автомобиль. Часть 15.

В этой заметке хотел разобрать вопрос выбора оптимальной ГП, но две прошлые записи вызвали некоторое количество комментариев, и по их результатам хотелось бы внести некоторую ясность в работу трансмиссии и остановиться подробнее на некоторых моментах.

За то, на сколько падают обороты после каждого переключения отвечают только передаточные числа ряда и на это никаким образом не влияет ГП.

Например, возьмем передаточные числа 5-го ряда: 2.923, 1.810, 1.276, 0.969, 0.784
Перепад оборотов при переключении с 1 на 2 передачи: 2.923/1.810=1.615, это значит, что если переключение происходит, например, с 9000, то при включении второй передачи обороты упадут до 9000/1.615=5573 об/мин. Перепад со 2 на 3 передачи 1.810/1.276=1.418, т.е. обороты упадут до 9000/1.418=6347, на 4-ой передаче будет с 9000 до 6834, на 5-ой передаче 7282 об/мин. Еще раз повторю, что ГП на это никаким образом не повлияет.

Из всего этого видно, что если переключаться с одних и тех же оборотов, то на каждой передаче обороты после переключения будут разными, что наталкивает на мысль а правильно ли в таком случае на всех передачах закручивать мотор до одних и тех же оборотов? Ну что, пробуем ответить Берем график из 14-ой части:

Строим какие передадутся моменты на колеса в зависимости от скорости для каждой передачи (5-ый ряд):

Берем по этому графику первую передачу (красный график) и виртуально начинаем ускоряться, далее понимаем, что когда мы доходим до точки пересечения с желтым графиком (вторая передача), то дальше смысла крутить мотор нет никакого, потому что чем дальше крутим, тем выше сила тяги на второй передаче на этой же скорости, т.е. ехать на второй выгоднее. Точно так же видно, что если переключиться раньше точки пересечения, то на второй передаче будет меньше сила тяги, а значит тоже проигрыш времени. Из этого делаем вывод: оптимальный момент переключения для каждой передачи заранее определен, любое другое переключение — чистые потери и ничего больше, и не нужно с этим никаких экспериментов, все устанавливается однозначно.

Теперь вернемся к вопросу: а до каких же оборотов оптимально крутить каждую передачу? Берем точки пересечения этих графиков: 1-2: 80 км/ч (с 8600 до 5350 об/мин) км/ч, 2-3: 128 км/ч (с 8400 до 5930 об/мин), 3-4: 179 км/ч (8250 до 6250 об/мин).

Теперь для каждого переключения на графике МОЩНОСТИ мотора строим линию, где начальная точка линии — это обороты, на которых мы переключились, а конечная точка линии — обороты, в которые попали после переключения, и таким образом строим по линии для каждого переключения. Вот что из этого получается:

И видим мы занятную картинку Все линии оптимальных переключений получились строго горизонтальными! (Это очень важный момент!) Желтым цветом я обозначил переключение с первой на вторую, красным — со второй на третью, а зеленым — с третьей на четвертую передачу.

Итак, вернемся немного назад — мы построили графики силы тяги для каждой передачи, установили по этим графикам когда же лучше всего переключаться, отметили эти точки по оборотам на графике МОЩНОСТИ мотора и видим вот что: оптимальное переключение происходит только тогда, когда мощность развиваемая мотором после переключения строго равна мощности, которую он развивал до переключения! Это первый вывод.

Второй вывод: переключения должны происходить всегда достаточно далеко после оборотов максимальной мощности, а не на этих оборотах, как многие считают. И если график мотора выглядит примерно таким образом:

т.е. только-только достигли максимальной мощности и сразу отсечка, то реализовать эту мощность в полной мере никогда не получится, потому что обороты оптимального переключения всегда будут лежать за отсечкой.


А вот пример правильного по диапазону мотора, который можно реализовать на все 100% RedLine46

Иными словами, всегда имеет смысл поработать над надежностью ШПГ, над кинематикой ГРМ, чтобы добиться запаса по оборотам вверх после максимальной мощности. (в следующей статье продолжим рассматривать КПП и я подробнее поясню, что еще можно этим выиграть)

Третий вывод: оптимальные обороты переключения для каждой передачи свои, а не одинаковые на всех передачах и чем точнее в эти обороты попал пилот, тем лучше результат.

Я надеюсь, из примера с графиком стало понятно как посчитать оптимальные обороты переключения каждой передачи, имея в руках график мощности мотора и зная относительное падение оборотов для каждой передачи своего ряда, все это очень просто, главное найти точки с одинаковой мощностью, которые по оборотам отстоят друг от друга ровно на то значение падения, которое обеспечивает ряд КПП. Если графика мотора нет, то тоже не беда, достаточно замерить G-tech'ом лог ускорения в заезде, где на графике ускорения отчетливо видно, переключаться надо раньше или позже. Если ускорение после переключения устанавливается на значениях выше, чем было в последний момент до переключения, значит обороты переключения для этой передачи надо понизить (перекрут), если наоборот — соответственно повысить.

По той причине, что обороты переключения для каждой передачи разные мы уже давным давно отказались от использования штатных шифт-ламп в тахометре, которые настраиваются только на фиксированные обороты, используем шифт-лампу, подключенную к январю, а софт TRS позволяет настроить обороты включения лампы для каждой передачи отдельно. Разумеется, лампу надо выставлять на оборотах ниже, чем желаемое переключение, потому что пилоту требуется некоторое время, чтобы отработать сигнал лампы. Делали очень просто, на тестовых заездах выставляется некоторое значение для всех передач, пилот едет 1-2 тестовых заезда, после них проверка лога заездов. В логе четко видны фактические обороты, на которых пилот переключил каждую передачу, исходя из этого корректируются обороты включения лампы, чтобы добиться именно фактического включения пилотом всех передач на нужных оборотах, часто расхождение оборотов мотора от момента вспышки до переключения составляет от 500 до 1500 об/мин, в зависимости от темперамента мотора и реакции пилота. А разного рода эксперименты вроде того "а давай-ка я сейчас попозже попробую переключить" ни к чему хорошему не приводят, все на много проще и довольно однозначно, чтобы ничего не выдумывать.

Только в этом всем есть некоторый нюанс — все это рассмотрено для случая, когда сцепление шин позволяет реализовать всю мощность без пробуксовки, но в случае переднего привода это далеко не всегда так и это пораждает нюансы, в т.ч. связанные и с выбором ГП и опять с диапазоном работы мотора. Надеюсь, что в следующей записи получится углубиться в эти нюансы, и понимание этих нюансов — наиболее важная часть по трансмиссии для результата на переднем приводе.

Ну и тем, кто дочитал до этого места и без дымящегося мозга — успехов в новом сезоне и быстрых секунд!

[Віталій Іванович]

Как просто построить драговый автомобиль. Часть 16.

Последнее время формат моих записей маленько меняется, в том смысле, что новой записью я стараюсь охватить те вопросы, которые чаще всего были после выхода предыдущей. Как оказалось, остается множество вопросов о моторах, откуда берется мощность, как это все согласовать с трансмиссией и прошлые несколько записей только увеличили их количество.

Вопрос: Чем определяется мощность мотора?
Ответ: Выбором модели турбины и по существу больше ничем.
Все игры с ГБЦ, объемом, распредвалами и прочим — лишь смещают рабочую область самой турбины по турбокарте и двигают мощность мотора по оборотам, но на величину самой мощности почти никаким образом не влияют.

Те, кто знает как обращаться с турбокартой, могут эту часть текста сразу пролистать, для остальных очень краткий ликбез

По горизонтальной оси расход воздуха, он же пропорционален мощности. По вертикальной оси степень компрессии, условно можно считать это абсолютным давлением. Т.е. 1.0 — это атмосферное давление, а 2.0 — это 1.0 бар избытка.
Замкнутыми кривыми обозначены поля КПД компрессора (подписаны на графике цифрами в процентах), центральная часть — это поле с максимальным КПД, и чем дальше от центра, тем меньше КПД компрессора.

Т.е. очевидно, что если мы будем стараться разными способами увести зону работы мотора правее (в более высокие мощности), соответственно, с более высоким бустом (вверх), то зона работы довольно быстро выйдет в поля с крайне низким КПД, т.е. существенная часть мощности вращения, которую использует компрессор будет уходить на нагрев и все меньше на сжатие воздуха. Обычно про это явление говорят "турбина сдувается на высоких оборотах". Она не сдувается, она вылазит в зоны, где КПД ниже плинтуса. Но это еще половина беды, чтобы крутить компрессор с низким КПД требуется бОльшая мощность, а это значит, что мощность будет отобрана из выпуска, а чтобы получить эту мощность повышается давление в выпуске (да-да, давление в выпускном коллекторе почти всегда выше, чем во впускном на бусте, а когда компрессор работает неэффективно, то в особо тяжких случаях до двух раз выше). Все это в итоге сильно ухудшает освобождение цилиндра от отработавших газов и как следствие на такте впуска цилиндр остается существенно наполненным отработавшим газом с прошлого такта и фактическое наполнение свежей ТВС существенно снижается. Иными словами, буст есть, а мощность не растет, да еще и в цилиндре настоящий ад кромешный по температуре, а это и излишний нагрев и детонация.

Возвращаясь к теме, на турбокарте отмечены (не мной ) условно зоны работы с этой турбиной 2-х литрового мотора и 5-ти литрового, видно что по горизонтали они друг под другом, т.е. мощность одинаковая, только сильно разная степень компрессии, иными словами одна и та же мощность достижима на этой турбине на 2х литровом моторе на бусте чуть больше 2х бар и на 5-ти литровом при избытке 0.5-0.7 бар. И очевидно, что на том, что на другом моторе попытки дунуть больше этого быстро выведут мотор из поля с приемлимым КПД. Примерно так же будет изменяться положение рабочей зоны по турбокарте при изменении конфигурации ГБЦ, валов, ресиверов и прочего, что влияет на расход воздуха, но выше головы (турбины) не прыгнешь.

Из этого можно сделать простой и понятный вывод, что надо прикрутить турбину побольше, дунуть и будет мощность Действительно будет И так рассуждали некоторые деятели, которые строили на заре турбовазостроения вместе с нашим Василием Пупкиным вот такие моторы:

До этого мы говорили буст есть, мощности нет. Теперь мощность есть, но толку все равно нет. Многие знают, что на практике автомобиль с этим мотором из 13-ти секунд не смог выехать… Да и как ему быстро ехать с таким диапазоном.

Мне кажется все-таки стоит задуматься и о том как расширить диапазон мотора. Начнем с того, что подумаем как заставить турбину раздуться пораньше. Возьмем ту же GT3582, турбокарта которой приведена выше. Известно, что выход на буст начинается тогда, когда сам мотор (базовый атмосферный) достигнет некоторого критического расхода воздуха (он же поток отработавших газов), после чего уже начинает развиваться своего рода цепная реакция и буст повышается, а дальше мы его контролируем вестгейтом. Иными словами изначально раскручивает турбину атмосферник, не так ли? ;) Это вроде бы очевидно. На практике та же турбина 3528 устойчиво выходит на буст (около 2 бар) примерно тогда, когда исходный атмосферник имеет расход воздуха, соответствующий примерно 110-120 л.с. мощности. И что это значит?

Значит это примерно следующее, что, например, на всем стандартном на вазовском моторе (92 л.с.) эта турбина вообще практически не выйдет на буст, или выйдет под отсечку и сразу же все закончится (см. график выше ;)), а если, например, как базовый взять вот такой мотор:

Это хороший такой атмосферник: валы СТИ-5, ГБЦ с большими клапанами, правильно пропиленная, правильный ресивер для атмосферника.

А теперь внимательно смотрим на грфик, зона где мощность переваливает за 120 л.с. — это 4700-4900 об/мин, т.е. с таким базовым мотором турбина GT3582 уже на этих оборотах будет дуть на все деньги уверенно. А казалось бы, фазы валов шире, все злее, а спул вот раньше ;) А это и лучший старт и меньше переключений. Поэтому однозначно, если речь идет о хороших результатах стоит уделять внимание всему, что влияет на расход воздуха в моторе и не ради мощности, а ради того, чтобы расширить диапазон мотора и получить хорошие результаты.

Но этого по-прежнему мало, если мотор докрутится до 8000, как на графике и на этом все кончится. А почему кончится? Потому что ГРМ дальше не позволит — нарушение кинематики. Если на атмосфернике снижение наполнения после определенных оборотов ничем не компенсировать, то на турбе это почти всегда можно сделать (при условии что турбина подобрана правильно под нужную мощность) небольшим повышением давления и единственное, что ограничивает диапазон по оборотам — это кинематика. Вопреки расхожему мнению, этому вопросу стоит уделить особое внимание на драговом турбомоторе, ничуть не меньше, чем на самых злых атмосферниках. Это и облегчение всех поступательно движущихся деталей, в т.ч. и переход на клапаны с более тонкими ножками (6 мм) и подбор жестких пружин. По сути весь этот комплекс мероприятий превратит никуда не едущий мотор Василия Пупкина (559 л.с.) в очень эффективный боевой мотор, который будет иметь ровный момент где-то с 4800-5000 обмин и вплоть до 10000-10500 обмин, а может даже немного дальше, при этом с той же мощностью, но которую теперь можно эффективно реализовать, опять же общий крутящий момент не будет очень большим, потому что максимальная мощность будет жить на больших оборотах, что поможет немного сохранить КПП (я уже писал об этом). И если вернуться к заметке про КПП, то это диапазон мотора равный 2+! Который позволит использовать самую растянутую КПП, которая только найдется и уж точно избавит как минимум от одного лишнего переключения со всеми вытекающими последствиями

Всем успехов и личных рекордов в эти выходные! И не переключайтесь, продолжение будет

[Віталій Іванович]

Как просто построить драговый автомобиль. Часть 17.

Сегодня хотел продолжить тему выбора турбины для драга, но отдельно сосредоточиться на выборе горячей части. Тема, которую хотел затронуть, может показаться немного странной и в какой-то части не очень удобной для понимания, но тем не менее, опять же речь пойдет о собственном опыте и наблюдениях и на истину в последней инстанции эта запись никак не претендует.

Рассказывать про то, что такое A/R горячки я не буду, думаю и так все знают, а кто не знает, может легко найти на просторах интернета. Всем известно, что чем меньше диаметр горячей крыльчатки и меньше A/R, тем раньше вся система будет выходить на буст. Что такое "раньше"? Это значит, что турбинной части требуется меньший поток газа, чтобы создать на валу нужную для компрессорной части мощность, чтобы та в свою очередь создала избыточное давление во впуске. Вроде все просто и понятно, но из этого вылазит одна очень интересная и важная для переднего привода особенность.

Итак, наш герой Василий, как всегда, понятлив и решает, что буст должен быть как можно раньше, а все остальное ерунда. Прикручивает вечером в пятницу немалую турбину GT3576 c горячей частью 0.63, турба должна везти за счет момента, бла-бла-бла и он всех победит

Вот что из этого может выйти:

                           

Внимательно слушаем звук: первая — все хорошо, вторая, очень быстрый срыв в букс аж под отсечку, третяя — провал. Провал оборотов, нет буста, провал заезда. 2012 год, финал ЧР, заезд за первое-второе место и слив.

Теперь разбираемся по порядку. Буст растет, увеличивается реализуемая мощность, поток газа в выпуске тоже растет, появляется легкая пробуксовка колес, мы приближаемся к точке, отмеченной синим — максимально возможная реализация, далее начинают расти обороты, но реализуемая мощность падает, что ведет к снижению и потока газов на выпуске. Но Василий выбрал достаточно мелкую горячую часть (или еще круче — собрал немыслимый гибрид с большой холодной и мелкой горячей частями), которой и снизившегося (на первых двух передачах существенно снизившегося) потока отработавших газов все равно хватает поддерживать высокий буст. По графику видно, что с ростом букса реализуемое усилие падает, т.е. имея в моторе некоторый буст, который фактически остается на том же уровне, что и был при максимальном зацепе, мотор моментально улетает в отсечку или близко к ней и теперь остается только два варианта: или держать газ и буксовать, пока не придет время переключения, или ювелирно сбрасывать газ, чтобы степень пробуксовки попытаться вернуть к зоне, близкой к максимальному зацепу. И то, и другое — это однозначный слив времени.

Разумеется, то, что сейчас сделал Василий на видео — это еще и однозначная ошибка настройки — перебор с бустом на второй передаче, но чем более взрывной характер имеет мотор из-за слишком мелкой горячей части, тем существенно сложнее настроить буст в гонке, чтобы постоянно держаться как можно ближе к точке максимального зацепа колес, что приходится перестраховываться и держаться левее этой точки в настройках. А это во-первых слив, а во-вторых сложная работа корректировать настройки даже не от гонки к гонке, а пытаться ловить изменения зацепа в процессе "раскатывания клея" в течение дня, что тоже многократно повышает вероятность ошибиться и попасть в ситуацию на видео.

Решение по выбору горячей части, которое в существенной мере помогает избавиться от подобных проблем дрифт-кара — разумное увеличение горячей части турбины и/или A/R. Еще раз подчеркну — РАЗУМНОЕ увеличение, а не "чем больше, тем лучше" . Тогда получается следующий эффект: при развитии лишнего букса и пересечении оптимальной точки по графику реализуемая мощность и поток газа начинают падать таким образом, что на большой горячей части этого потока уже не достаточно чтобы поддерживать высокое давление и это приводит к снижению буста и прекращению развития дальнейшей излишней пробуксовки и чем более оптимально подобрана горячая часть, тем она ближе позволяет держаться к зоне максимальной реализации и существенно упрощает настройку. Как минимум, автомобиль уже начинает прощать некоторые промахи в настройке.

Поэтому, теперь уже хорошо подумав, выбираем турбину GT3582 и вауля, машина едет что называется "в набор" все передачи, при этом средний буст и расход воздуха на каждой передаче даже выше, чем был с малой горячей частью

                           

точно так же, без каких-либо проблем с лишним буксом ездила майкопская машина с турбиной Holset HX50 и переделанной custom горячей частью (кстати, именно на ее опыте убедились первый раз как это работает), по этому видео очень хорошо слышно все.

                           

Разумеется, такой подход имеет и сложности:
1. Обороты ланча, с которых уверенно может стартовать автомобиль повышаются, но это довольно успешно решается применением нитроса на старте, я уже об этом писал.
2. Более поздний спул требует от мотора большей выносливости и вообще работоспособности на высоких оборотах в районе 9-10 тыс или еще выше. Но я всегда писал, что в быстром турбопроекте от этого никуда не деться, 10.000 об/мин или более — совершенно нормальная практика, надо готовить ГБЦ и низ для нормальной работы в таком режиме, иначе — только бадминтон ;)
3. Перебор в размерах горячей части тоже ни к чему хорошему не приводит, конечно, хотя как показывает практика не так страшен, как казалось раньше.

Если резюмировать пост, то на переднем приводе моторы, где установлена турбина с более производительной горячкой проще в настройке и в целом на много менее склонны к излишней пробуксовке. И для серьезных проектов разумно выбирать турбины, которые могут комплектоваться разными горячими частями, например Garret или Holset, чтобы можно было относительно не дорого подобрать оптимальный вариант из 2-х или 3-х.

Все вышесказанное касается по большей части именно переднего привода, т.к. на полном и заднем проблем с реализацией мощности существенно меньше, а вот стартовать наоборот сложнее. Так же наши наблюдения подтверждаются и опытом в других странах, где драг более развит, так в наиболее быстрых переднеприводных машинах в мире нигде не используется горячая часть tial, только обычные твинскрольные горячки, причем с A/R от 1.14 до 1.45 — это очень большие горячки по нашим меркам, но это факт.

В этой статье и комментах, я не буду давать каких-либо советов или комментариев по выбору турбины и т.д., прошу понять меня правильно, поскольку все очень сугубо индивидуально и зависит от многих факторов: объема, степени доработки ГБЦ, выбора распредвалов и еще много от чего, я только обозначил общую тенденцию по выбору и рассказал о том, опыте, который мы приобрели на двух автомобилях в этом направлении. Кому это пригодится и кто воспользуется этим опытом — и сам сможет сделать такой выбор.

Всем успехов в сезоне, стройте быстрые автомобили!

P.S. Радует, что все больше людей начинают задумываться о правильности кинематики подвески, скорее всего, в следующий раз снова вернемся к теме ходовой части, не переключайтесь

[Віталій Іванович]

Как просто построить драговый автомобиль. Часть 18.

В прошлый раз обещал снова поднять тему подвески. Мы уже кратко рассматривали аспекты работы пружин, но сейчас речь несколько о другом — кинематика. Жаль, но для многих это слово малознакомо, и как показывает практика, из тех, кто строит драговые автомобили, очень мало кто (да почти никто, чего уж тут.) уделяет вопросам кинематики ходовой части хоть какое-то внимание. И очень зря, правильная геометрия подвески — это залог стабильного и прямолинейного движения автомобиля — это раз. Постоянное и стабильное пятно контакта — это два.

Но ничего нового я не расскажу, только прописные истины и базис, описанный во всех учебниках по теории автомобиля, к сожалению они не пользуются популярностью у корчестроителей.

До тех пор пока высота автомобиля и ширина колес (колеи) остаются более или менее близко к стандартному положению, поведение автомобиля при ускорении остается относительно адекватным, потому что на любом заводе инженеры едят не зря свой хлеб и как минимум соблюдают базовые принципы построения ходовой части, но когда заходит речь о широких колесах и/или занижении, вот с этого уже начинаются неприятные вещи.

Начнем потихоньку разбирать основные вопросы геометрии и кинематики, тут мне пришлось немного не полениться и набросать 3D схему кинематики передней подвески макферсон

За неточности не пинайте, суть здесь изложена — этого достаточно. На схеме желтым обозначены условные шарниры — это точки качания, зафиксированные на кузове, а синяя палка — рулевая тяга

Уже давно наш герой Василий поставил большие слики и получил вот такой автомобиль:

или вообще такой

Теперь рассмотрим чем грозит такой крен назад с точки зрения кинематики. Я уже затрагивал эту тему раньше, но сейчас хотелось бы рассмотреть поподробнее и в контексте всей кинематики подвески. Если провести линию между передним и задним шарнирами рычага, то она будет почти параллельно условной линии порога автомобиля у большинства моделей, либо с незначительным наклоном вперед.

На рисунке верхняя синяя линия — это линия между точками качания рычага, линия ниже — это условно обозначен порог автомобиля (он здесь вообще непричем:), просто чтобы было понятнее увидеть как встают рычаги на автомобилях с фотографий выше), и самая нижняя синяя линия — линия дороги, видно что рычаг наклонен назад.

А теперь отходим от рычага и подходим к двери дома, представляем, что дверь — это наш рычаг, так же две точки, качается туда-сюда, ну вылитый рычаг Теперь тянем дверь строго вертикально вниз или вверх. Что происходит? Ничего, максимум снимем дверь с петель. А теперь если потянуть дверь не вертикально вверх, а с небольшим углом в какую-либо сторону — дверь так же будет стараться двигаться в эту же сторону. Точно так же и здесь, сила, создающая ускорение автомобиля направлена строго параллельно асфальту и если ось рычага так же параллельна дороге, то никаких сил, которые его поворачивают вверх или вниз при ускорении нет. Но рычаг стоит наклоном назад и это приводит к тому, что помимо естественного перераспределения масс, поднимающего перед автомобиля, еще и на рычаге появляется сила, которая поднимает дополнительно перед при ускорении. Эх, Василий, Василий.

Как исправить? Ну, во-первых автомобиль должен стоять на дороге или строго горизонтально, либо под небольшим наклоном вперед, во-вторых при изготовлении подрамника можно немного изменить точки крепления рычага и увеличить наклон рычага вперед относительно кузова, это сработает только в плюс, при ускорении на рычагах будет появляться обратная сила, препятствующая задиранию переда вверх и клевкам на торможении. Фанатизма в наклоне машины вперед тоже проявлять не стоит, потому что уменьшается угол кастора (наклона стойки), что тоже не добавляет стабильности в управлении. По моим наблюдениям, оптимальный наклон вперед — когда разница в клиренсе по порогу между передом и задом не более 30 мм.

Василий опомнился, да еще прочитал предыдущие статьи, сделал выводы и начал опускать перед сколько смог, высота получилась на нужном уровне, все отлично! Но что стало с кинематикой подвески? Да что опять не так?! — скажет наш друг.

На картинке изображено колесо 26/10-15 и положение рычага и рулевой тяги при достаточно существенном занижении кузова, невооруженным глазом видно с каким наклоном стоят рычаг и рулевая тяга. Ну и что? А вот что. Берем эту же 3Д модель и изменяем длину амортизатора на +-30 мм, иными словами моделируем его рабочий ход и смотрим на угол наклона колеса при этом (развал). Нейтральное положение 0 градусов, ход отбоя на 30 мм меняет угол на 0.4 градуса, а ход сжатия на эти же 30 мм изменяет угол на 0.7 градуса в противоположную сторону, итого 1.1 градус изменения развала при ходе подвески! Если на узких колесах это не очень сильно сказывается на зацепе, то при увеличении ширины шин изменение развала на много чувствительнее, т.к. один градус на краях шины дает уже заметный перекос. Короче говоря, хорошего мало, снова потери.

Можно ли исправить? Сложнее, но можно, если в двух словах — перенести точку крепления шаровой ниже, а точки качания рычага на кузове — соответственно, выше. Попытаться установить ось рычага, проведенную между задней точкой качания рычага и шаровой по возможности параллельно асфальту. Все это вполне реально сделать при правильном проектировании подрамника.

Прекрасно, рычаг наклонили вперед по точкам качания, по поперечной оси тоже стоит ровно, делаем измерения на 3Д модели по изменению угла развала при том же ходе +-30 мм и видим отклонение угла при сжатии на 0.08 градуса, а при отбое и того меньше 0.02. Итого около 0.1 градуса (в 10! раз меньше, чем было изначально).

Все вроде бы замечательно, НО! Рулевая тяга! Опять же не надо быть выпускником Массачусетского университета, чтобы увидеть, что при рабочем ходе подвески расстояние между крайними концами рулевых тяг будут существенно меняться. Пока поперечная ось рычага была более или менее параллельна рулевой тяге, то и расстояние между шаровыми менялось похожим образом, что частично компенсировало изменение эффективной длины рулевых тяг, но сейчас это приведет к существенному изменению схождения при ходе подвески вверх-вниз. Крайне поршивый эффект, который создает чувство расхлябанности и невнятной информативности при езде, ну говорю уже о том, что приводит к рысканию по дороге, а это снова потери времени.

Для решения проблемы, как минимум, надо переносить рулевую сошку ниже по стойке, чтобы рулевые тяги приняли горизонтальное положение. К слову скажу, что на рынке встречаются стойки с перенесенными ниже рулевым сошками и если их ставить без изменения положения рычагов, то снова получаем непараллельность оси рычага и рулевой тяги, т.е. тот же самый эффект — существенное изменение схождения при рабочем ходе подвески. Не забывайте, что в подвеске все взаимосвязано, а не просто лепите купленные тюняшки!

Но Василий снова не может понять в чем дело. Его автомобиль по-прежнему кидает в стороны на небольших неровностях, едет зигзагами и постоянно его ловит, иногда вплоть до того, что приходится приотпускать газ, чтобы вернуть автомобиль на траекторию. Да-да, на не очень ровных трассах такое бывает даже с передним приводом. Василий поставил широкие слики, но была проблема — боковина слика упиралась в пружину стойки, что было решено без особых раздумий и проблем — 20 мм проставка и даже самые широкие слики замечательно помещаются

Проводим линию между двумя точками поворота колеса, проецируем ее на пятно контакта на земле и рядом строим центр пятна контакта. Вот расстояние между центром колеса и той точкой, куда вышла линия, соединяющая точки поворота колеса называется плечом обката, на рисунке это 42 мм. Теперь попытаемся понять к чему это приводит. Условно точкой приложения силы считаем центр колеса, но от оси поворота до точки приложения силы у нас есть плечо, которое поворачивает колесо при приложении силы, кто-то скажет, что колеса два, они симметричны и плечи друг друга компенсируют — левое колесо старается повернуть вправо, а правое влево, а итоговая сила равна нулю. Все так, НО! Ровно до тех пор пока условия дороги идеальные и абсолютно одинаковый зацеп слева и справа, но такого никогда не бывает. Кроме того, на драговых машинах стоят или очень жесткие блокировки, или вообще спулы (колеса жестко связаны без дифферинциала) в таких условиях когда с одной стороны попадается кусок покрытия с более хорошим зацепом, а с другой — с более плохим, то руль просто выворачивает из рук, очень сложно контролировать автомобиль, причем эти действия цикличны, автомобиль кидает вправо, нагружается левая сторона, разгружается правая, усилие на руле еще больше возрастает, в какой-то момент пилот отлавливает машину и направляет обратно на траекторию, но это уже загружает правую сторону и разгружает левую и руль вытягивает уже влево. и так почти бесконечно. При том, что если передний привод еще хоть как-то стабилизирует себя сам, то на полном при такой кинематике подвески будет полный атас. я бы за руль врядли сел

Как лечить? Ну в первую очередь, бороться с лишним вылетом, ставить узкие пружины, избавляться от проставок. Затем, частично можно исправить ситуацию наклоном стойки внутрь кузова, т.е. смещением опор стоек друг к другу (к центру автомобиля), а развал вернуть в ноль уже развальными болтами на цапфе. Если колеи все-таки не достаточно, то предпочтительнее ее расширять изготовлением более длинных рычагов или широкого подрамника. Ну и обязательно создать простенькую модель, чтобы по измерениям можно было точно воссоздать на компьютере модель кинематики и добиться как минимум нулевого плеча обката. Правда, если учесть, что машина в драге всегда едет с немного распущенной передней подвеской, то желательно иметь слегка отрицательное плечо, чтобы в том положении, как машина едет на стрипе плечо выходило в ноль, это гарантирует прогнозируемое управление и отличную стабильность на прямой.

Вот теперь на много лучше

Я очень надеюсь, что корчестроители, все-таки обратятся к хорошей литературе, а уровень понимания и подготовки корчей будет потихоньку рости. Ведь, многие уже имеют очень мощные моторы, но практически не занимаются вопросами ее реализации, тем не менее все подходит к тому, что побеждать будет тот, кто складывает результат из мелочей и ничем не пренебрегает, тем более такими вещами как ходовая часть.

P.S. В Гродно мы немного обновили наше лучшее время, теперь 10.153 сек, скорость на финише 241.3 км/ч, а лучшее время 60-ти футов (18.3 м) — 1.58 сек.

Вот еще фотка, чтобы отчет был полным

                           

[Віталій Іванович]

Как просто построить драговый автомобиль. Часть 19.

Давно хотел поговорить о некоторых народных заблуждениях в области драга (или около того), вот теперь дошли руки и до этой темы.

Стремление ехать быстрее и поиски резервов для этого похвальны, но порой они приводят к забавным решениям, которые можно охарактеризовать как "тюнинг ради тюнинга". Например, выбор размерности задних шин и вообще решения по выбору задних колес для переднеприводного драгстера. Логика Василия предельно проста и понятна: задние колеса катаются просто так, отъедают полезную мощность на сопротивление качению и это надо минимизировать. Как говорится, не поспоришь Ну и на волне этого утверждения рождается решение натянуть на какие-нибудь диски очень узкую резину, причем, я уже несколько раз даже встречал, что натягивают узкую резину на стальные штамповки.

Серега, Яна, ничего личного!

Открываем учебник по теории автомобиля, раздел по сопротивлению качению. Видим, что оно пропорционально весу, который приходится на колесо, и некому коэффициенту. Если не совсем вдаваться в подробности, то можно принять, что этот коэффициент постоянен в наших пределах скоростей и как раз-таки на него в этой формуле влияет ширина покрышки.

P=Q*f, где Q- нормальная нагрузка на шину, f — этот самый наш коэффициент.

Смотрим справочную таблицу (где-то там же в учебнике) и видим, что для асфальтобетона он лежит в пределах 0.01. Теперь считаем. На задние колеса большинства переднеприводных драговых машин приходится вес около 300 кг, т.е. нормальная сила 300*9.8=2940Н (надеюсь, все поняли как посчитал? ;)), а сила сопротивления качению, получается грубо 30Н. Да-да, это усилие примерно равное тому, которое надо приложить, чтобы оторвать от земли 3 кг Ради сравнения посчитаем тяговое усилие автомобиля. Вес машины AMS с пилотом 983 кг, ускорение на клее до 1.2G. 938*9.8*1.2=11030Н. Сопротивление качению задних колес 30Н или менее 0.3% от силы тяги. Не очень много изменится, даже если убрать задние колеса вовсе, а на практике даже вдвое более узкая шина даст уменьшение сопротивления качению на более 20-30%, потому что возрастает сопротивление от неровностей дороги, а это выигрыш не более 0.1%. Маловато будет

Василий приводит новый аргумент: "но ведь с ростом скорости потери растут!". Ок, разберемся Рост силы сопротивления, которую мы посчитали зависит от многих факторов, конструкции шин и т.д., но в большинстве случаев он практически нулевой, ну или очень незначительный. Растет МОЩНОСТЬ потерь на сопротивление, а не сила, т.к. она пропорциональна силе и скорости, поэтому с ростом скорости возрастает именно мощность сопротивления, которая почти полностью преобразуется в нагрев шины. Снова считаем, большинство подъезжает к финишу на скорости около 200 км/ч, это 55.55 м/c, ну грубо возьмем 60 м/с, мощность потерь на задние колеса составит 60*30=1800 Вт или примерно 2.5 л.с., если мы сокращаем эту величину на реальные 20%, то получим выигрыш около 0.5 л.с… При 500 л.с. под капотом. Снова как-то маловато, да? А на некоторых автомобилях вес на задней оси и вовсе едва превышает 200 кг, там влияние задних колес будет еще ниже.

Ну так нафига их вообще ставят?!

акая малая ширина этих колес обусловлена именно весом, т.к. самая тяжелая часть и шины и диска — это обод и рабочая поверхность, поэтому именно эти части колеса стараются уменьшить, благодаря этому достигается очень низкий вес этих колес. Пара таких колес легче на 7-9 кг относительно даже самых легких обычных колес, не говоря уже о штампованных железках. Что это дает? Во-первых, снижение массы задней части, когда уже начинаешь экономить вес даже на легких тормозных суппортах, то те же 7-9 кг снижения веса даются не просто, хотя это тоже не сильно много, но все же бОльший вклад, чем от уменьшения сопротивления качению. Но мы пока рассмотрели только ту часть, которая касается затрат на ускорение колеса вперед, расценивая его как часть кузова.

Но в реальности колесо еще и вращается и имеет немалый момент инерции относительно своей оси. А для того, чтобы ему придавать ускорение во вращении, нужны дополнительные силы — снова потери. Вот тут мы подходим к на много более значимой причине применения подобных колес

Возьмем колесо 175/55/15, легкая шина такого размера весит 6.5кг, вес достаточно легкого диска примерно столько же, итого вес колеса около 13 кг, наружный диаметр получается 0.57м. Для упрощения посчитаем момент инерции колеса как равномерного блина и добавим к этому 30%, примерно на столько отличается реальный момент инерции колеса, из-за того, что основная масса сосредоточена ближе к наружному радиусу.

J=(m*r^2)/2, где m — масса колеса, r — его радиус. Получается момент инерции одного колеса 2.1 кг*м2, как и договорились добавляем к этому 30%, итого 2.8 кг*м2
О чем это говорит? Да ни о чем пока еще Чтобы знать какое усилие нужно для того, чтобы этому колесу придавать угловое ускорение, надо это самое ускорение посчитать сначала

Как уже говорил, ускорение автомобиля 1.2G или 11.8 м/c2, это значит что угловое ускорение колеса диаметром 0.57 м будет составлять 6.5 оборотов в секунду за каждую секунду. Т.е. каждую секунду колесо будет добавлять к своей скорости по 6.5 об/сек или 390 об/мин! А если применительно к нашим расчетам то это 20.7 рад/с2. Теперь считаем какой момент нужно приложить к одному колесу, чтобы придавать ему такое ускорение: 20.7*2.8=58 Н/м. Т.к. этот момент сообщается колесу от дорожного полотна через плечо равное радиусу колеса 0.57/2, то не сложно посчитать какую полезную силу тяги это отнимает. 58/0.285=203Н — это на одно колесо. на оба колеса уже 406Н! Или 3.7% от общей силы тяги автомобиля на старте. Вот это уже весьма заметно, чтобы обратить внимание в эту сторону Если заняться снижением момента инерции задних колес вплотную и установить очень легкие тормозные диски сзади, наподобие тех, которые стоят у нас, то можно примерно вдвое снизить этот паразитный момент инерции задних колес.
Тормозные диски я уже показывал, но здесь они уместны, т.к. они тоже по большей части вносят свой вклад именно в борьбу с паразитным моментом инерции задних колес, который отнимает больше всего полезной силы тяги на старте.

Итак, подведем небольшой итог заднеколесной темы
Если ставим узкие шины на относительно тяжелый диск, то в лучшем случае получаем преимущество относительно силы тяги в 0.1-0.15%, что в общем, не играет ровным счетом никакой роли в итоговом результате.

Если же все-таки решено разориться на недешевые, но полноценные драговые колеса (в идеале и тормозные диски), то по сравнению даже с достаточно легкими колесами выигрываем:

а) в весе, который приходится на заднюю ось, если на ось приходится 300 кг, то 3%, если 200 кг, то 4.5% — это уже чувствительные цифры, которыми точно не стоит пренебрегать, но это не все.

б) до двух раз сокращаем паразитный момент инерции задних колес, что может дать еще до 2% увеличения полезной (реализуемой в ускорение) силы тяги ПОМИМО (!) выигрыша от снижения веса на задней оси.Это существенно! К примеру, такого же эффекта на нашем автомобиле можно добиться, если снять с задней оси дополнительно около 19 (!) кг.

в) чем легче весь автомобиль, тем выигрыш от установки полноценных легких колес более заметен в цифрах. Напомню, что цифры выше приведены для автомобиля массой 983 кг., а ведь есть автомобили по 740-750 кг вместе с пилотом ;).

P.S. Кстати, до тех пор, пока автомобиль буксует (а часто это происходит почти всю дистанцию), вес ведущих колес на ускорение не влияет ровным счетом никак В таком случае снижать вес передних колес имеет смысл только ради снижения неподрессоренной массы.

Ну и как всегда, всем пожелания хороших времен и старайтесь хотя бы для себя обосновывать свои решения адекватно
Ни гвоздя, ни жезла!