Understyring og overstyring - Understeer and oversteer

Skildring av understyring.
Understyring: bilen svinger ikke nok og forlater veien
Skildring av overstyring.
Overstyring: bilen svinger skarpere enn tiltenkt og kan komme i spinn

Understyring og overstyring er kjøretøydynamikkbetegnelser som brukes for å beskrive følsomheten til et kjøretøy for styring. Overstyring er det som skjer når en bil svinger (styrer) med mer enn beløpet som føreren befaler. Motsatt er understyring det som skjer når en bil styrer mindre enn beløpet som føreren befaler.

Bilingeniører definerer understyring og overstyring basert på endringer i styrevinkelen assosiert med endringer i lateral akselerasjon over en sekvens av steady-state sirkulære dreietester. Bil- og motorsportentusiaster bruker ofte terminologien mer generelt i blader og blogger for å beskrive kjøretøyets reaksjon på styring i en rekke manøvrer.

Kjøretøydynamikk terminologi

Standardterminologi som brukes for å beskrive understyring og overstyring er definert av Society of Automotive Engineers (SAE) i dokument J670 og av International Organization for Standardization (ISO) i dokument 8855. Under disse begrepene er understyring og overstyring basert på forskjeller i jevn- angi forhold der kjøretøyet følger en bane med konstant radius med konstant hastighet med en konstant rattvinkel, på en flat og plan overflate.

Understyring og overstyring er definert av en understyringsgradient (K) som er et mål på hvordan styringen som trengs for en jevn sving endres som en funksjon av lateral akselerasjon. Styring med jevn hastighet sammenlignes med styringen som vil være nødvendig for å følge den samme sirkulære banen ved lav hastighet. Lavhastighetsstyringen for en gitt svingradius kalles Ackermann-styre . Kjøretøyet har en positiv understyringsgradient hvis forskjellen mellom nødvendig styring og Ackermann -styringen øker med hensyn til trinnvise økninger i lateral akselerasjon. Kjøretøyet har en negativ stigning hvis forskjellen i styring reduseres med hensyn til trinnvise økninger i lateral akselerasjon.

Understyring og overstyring er formelt definert ved hjelp av gradienten “K”. Hvis K er positiv, viser kjøretøyet understyring; hvis K er negativ, viser kjøretøyet overstyring; hvis K er null, er bilen nøytral.

Flere tester kan brukes til å bestemme understyringsgradient: konstant radius (gjenta tester ved forskjellige hastigheter), konstant hastighet (gjenta tester med forskjellige styrevinkler) eller konstant styring (gjenta tester ved forskjellige hastigheter). Formelle beskrivelser av disse tre typene testing er levert av ISO. Gillespie går i detalj på to av målemetodene.

Resultatene avhenger av typen test, så det er ikke tilstrekkelig å oppgi en deg/g -verdi; Det er også nødvendig å angi hvilken type prosedyre som brukes for å måle gradienten.

Kjøretøyer er iboende ikke -lineære systemer , og det er normalt at K varierer over testområdet. Det er mulig for et kjøretøy å vise understyring under noen forhold og overstyring i andre. Derfor er det nødvendig å spesifisere hastigheten og lateral akselerasjon når det rapporteres understyring/overstyringsegenskaper.

Bidrag til understyringsgradient

Mange egenskaper ved kjøretøyet påvirker understyringsforløpet, inkludert stivhet i dekkets svinger, kamberkraft , styring av sidekrefter , selvjusterende dreiemoment , lateral vektoverføring og samsvar i styringssystemet. Vektfordelingen påvirker den normale kraften på hvert dekk og dermed grepet. Disse individuelle bidragene kan identifiseres analytisk eller ved måling i en Bundorf -analyse .

Enkel forståelse av virkelige håndteringsegenskaper

Selv om mye av denne artikkelen er fokusert på empirisk måling av understyringsgradient, konsentrerer denne delen seg om veiprestasjoner.

Understyring kan vanligvis forstås som en tilstand der forhjulene begynner å gli først under sving. Siden forhjulene glir og bakdekkene har grep, vil bilen snu mindre enn om alle dekk hadde grep. Siden svingmengden er mindre enn det ville være hvis alle dekk hadde trekkraft, er dette kjent som understyring.

Det motsatte er sant hvis bakdekkene først bryter trekkraften. Fordekkene vil fortsette å akselerere fronten på bilen sidelengs, og spore en sirkel. Bakdekkene vil ha en tendens til å fortsette langs tangenten til den sirkelen, men kan ikke på grunn av at de er festet til fronten på bilen, som fremdeles har trekkraft. Resultatet er at bakdekkene svinger utover i forhold til bilens front. Dette snur bilen mot innsiden av kurven. Hvis rattvinkelen ikke endres (dvs. rattet forblir i samme posisjon), vil forhjulene spore en mindre og mindre sirkel mens bakhjulene fortsetter å svinge rundt fronten på bilen. Dette er det som skjer når en bil "snurrer ut". En bil som er utsatt for overstyring er noen ganger kjent som 'hale lykkelig', som på den måten en hund slurrer halen når den er lykkelig, og et vanlig problem i biler med negativ k er fiskehaling .

En bil kalles 'nøytral' når dekkene foran og bak mister trekkraften samtidig. Dette er ønskelig fordi mens kjøretøyet kan gli mot utsiden av svingen, opprettholder det den effektive styrevinkelen som er satt av føreren. Dette gjør det 'tryggere' å kjøre nær grensetilstanden for trekkraft fordi resultatet av å bryte trekkraften er mer forutsigbart.

Ved kjøring i virkeligheten (hvor både hastighet og svingradius kan være i konstant endring) påvirker flere ekstra faktorer fordelingen av trekkraft og tendensen til overstyring eller understyring. Disse kan primært deles opp i ting som påvirker vektfordelingen til dekkene og ekstra friksjonsbelastning på hvert dekk.

Vektfordelingen til et kjøretøy ved stillstand vil påvirke håndteringen. Hvis tyngdepunktet flyttes nærmere forakslen, har bilen en tendens til å understyres på grunn av dekkbelastningsfølsomhet . Når tyngdepunktet er mot baksiden av kjøretøyet, har bakakselen en tendens til å svinge ut, noe som er overstyrt. Vektoverføring er omvendt proporsjonal med retningen og størrelsen på akselerasjonen, og er proporsjonal med høyden på tyngdepunktet. Ved bremsing overføres vekten til fronten og bakdekkene har mindre trekkraft. Når du akselererer, vil vekten overføres til baksiden og redusere trekket til framdekket. I ekstreme tilfeller kan forhjulene løfte seg helt av bakken, noe som betyr at ingen styreenhet kan overføres til bakken i det hele tatt.

Dekk må overføre akselerasjon og bremsekrefter til bakken i tillegg til sidekrefter. Disse vektorene legges til, og hvis den nye vektoren overstiger dekkets maksimale statiske friksjonskraft i en hvilken som helst retning, vil dekket skli. Hvis et bakhjulsdrevet kjøretøy har nok kraft til å snurre bakhjulene, kan det når som helst starte overstyring ved å sende nok motorkraft til hjulene til at de begynner å snurre. Når trekkraften er brutt, er de relativt frie til å svinge sidelengs. Under bremsebelastning utføres vanligvis mer arbeid av frontbremsene. Hvis denne forspenningen er for stor, kan forhjulene miste trekkraft og forårsake understyring.

Mens vektfordeling og fjæringsgeometri har størst effekt på målt understyringsgradient i en steady-state-test, vil kraftfordeling, bremseforspenning og vektoverføring foran og bak også påvirke hvilke hjul som først mister trekkraft i mange virkelige scenarier.

Grenseforhold

Når et understyrt kjøretøy tas til grepsgrensen for dekkene, der det ikke lenger er mulig å øke akselerasjonen i siden, vil kjøretøyet følge en sti med en radius større enn beregnet. Selv om kjøretøyet ikke kan øke sideakselerasjonen, er den dynamisk stabil.

Når et overstyrt kjøretøy tas til dekkens grepsgrense, blir det dynamisk ustabilt med en tendens til å spinne ut . Selv om kjøretøyet er ustabilt i åpen sløyfekontroll, kan en dyktig sjåfør beholde kontrollen forbi ustabilitet med motstyring , og/eller korrekt bruk av gass eller bremser; dette kan kalles drifting .

Relaterte tiltak

Understyringsgradient er et av hovedtiltakene for å karakterisere steady-state svingeatferd. Den er involvert i andre egenskaper som karakteristisk hastighet (hastigheten for et understyrt kjøretøy der styrevinkelen som trengs for å forhandle om en sving er to ganger Ackermann -vinkelen), lateral akselerasjonsforsterkning (g's/deg), girhastighetsøkning (1/s) og kritisk hastighet (hastigheten der et kjøretøy med overstyring har uendelig sideveis akselerasjonsforsterkning).

Referanser