A felfüggesztés alkatrészei

3. Dőlésközpont

Nem könnyű annak megjóslása, hogy az autó hogy fog reagálni, amikor erők hatnak a kerekeire. Az erőt elnyelheti, megoszthatja, vagy forgatónyomatékká alakíthatja át. a mindenféle felfüggesztési alkatrész. Ennek elkerüléséhez megpróbálhatjuk megtalálni az autó dőlésközpontját, hogy innen próbáljuk megjósolni a kocsi reakcióját. A dőlésközpont egy elképzelt pont a térben, amire úgy tekinthetünk, mint egy virtuális sarkpont, mely körül az autó elfordul, amikor a karosszéria megdől a kanyarban. Olyan, mintha a felfüggesztési alkatrészek a karosszériát e körül a térbeli pont körül késztetnék megdőlésre.

Először is nézzük meg az e mögött lévő elméletet. Kennedy tétele szerint, ha három tárgy össze van kapcsolva, legfeljebb három mozgási pólus lehet, és ezek mindig kollineárisak, azaz mindig egy vonalra esnek. Hogy jobban megértsük, mi a pólus, nézzük meg a Föld sarkainak példáját: ahogy a Föld forog, a pólusok mindig egy helyben maradnak. Más szóval, a Föld egy képzeletbeli tengely körül forog, mely összeköti a két pólust. Nos, ez egy háromdimenziós párhuzam, a dőlésközpont esetében először csak két dimenzióra van szükség. Tehát egy tárgy (vagy tárgy csoport) pólusa olyan, mint az ezt körülíró kör középpontja.

Ha megnézzük egy tipikus R/C autó felfüggesztését, melyhez az alsó A-tengelyvégcsap és a felső rugókengyel tartozik, egy csomó tárgyat látunk, melyek össze vannak kapcsolva, például a karosszéria, a felső rugókengyel, az A-tengelyvégcsap, és a kerékagy. Most tekintsük a kerékagyat, a tengelyt és a kereket egy egységnek. Először is nézzük meg a karosszériát, a felső rugókengyelt, és a kerékagyat. Össze vannak kapcsolva, tehát Kennedy tétele alkalmazható. A felső rugókengyel és a kerékagy pólusa a gömbcsukló, mely összeköti őket, hiszen mind a ketten körülötte fordulhatnak el. A felső rugókengyel és a karosszéria pólusa ugyancsak a gömbcsukló, mely összeköti őket. Tehát, ha megnézzük a karosszériát, a felső rugókengyelt, és a kerékagyat, megtaláltunk három pólusból kettőt, tehát, ha van harmadik is, akkor azon a vonalon kell lennie, mely a másik kettőt is összeköti. Ezt a vonalat pirossal rajzoltuk meg a következő ábrán.

Ugyanez vonatkozik a felfüggesztési rendszer alsó felére is, az alsó A-tengelyvégcsap és a kerékagy pólusa a külső forgópántcsap, az alsó A-tengelyvégcsap és a karosszéria pólusa a belső forgópántcsap, tehát, ha van harmadik pólus is, azon a vonalon kell lennie, mely a másik kettőt is összeköti. Ezt a vonalat is pirossal húztuk meg. Ha az autódon gömbcsukló van, és nem forgópántcsap, a két gömb központján keresztülmenő tengely alkotja a virtuális forgópántcsapot.

Ha a két piros vonal keresztezi egymást, a kerékagy / kerék és a karosszéria pólusa az I metszéspont. Az I pontot "virtuális sarkcsapnak" vagy "pillanatnyi központnak" is nevezik. Ez a pólus információt adhat arról, hogyan mozog a felfüggesztés.
Az I pont és a kerékabroncs középvonala közötti távolságot "lengőtengelyhossznak" is nevezik, mert olyan, mintha a kerékagy / kerék egy képzeletbeli lengőtengelyre lenne kapcsolva, mely az I pont körül fordul el. Az ilyen hosszú lengőtengely megfelel a dupla háromszög alakú felfüggesztésnek, de ez a konstrukció nem lenne praktikus. Viszont nagyon jó egyszerűsítésnek. A lengőtengelyhossz a szöggel együtt határozzák meg a kerékdőlés-változást, mely a kereket éri a felfüggesztés összenyomásakor. A hosszú lengőtengelyhossz nagyon kis kerékdőlés-változást eredményez a felfüggesztés összenyomása alatt, és a nagyon rövid nagyon sokat okoz.
Ha a felső rugókengyel és az A-tengelyvégcsap tökéletesen párhuzamos, a két piros vonal nem fogja metszeni egymást, más szóval az I metszéspont végtelen messze van az autótól. Ez viszont nem probléma: a zöld vonalat (a következő ábrán) csak a két piros vonallal párhuzamosan kell meghúzni.
A két piros vonal mindig az autó központja mellett keresztezze egymást, ha az autón kívül keresztezik egymást, akkor a kerékdőlés-változás bizarr lesz: negatívból pozitív lesz, majd megint negatív, ami nem jó a tapadás állandósága szempontjából.
A kerék és a föld is mozoghat egymáshoz képest; tételezzük fel, hogy a kerék elfordulhat azon a ponton, ahol a földhöz ér, mely általában a köpenyváz közepén található. Ez a pont a kerék és a föld pólusa. Amikor a karosszéria megdől, probléma jelentkezhet, mert a kerekek is megdőlnek, így a föld és a gumi közti érintkezési pont is eltolódhat, különösen a szögletes vázú kerekeknél, melyek nem hajlanak meg nagyon.
Most ismét alkalmazhatjuk Kennedy tételét: a föld, a kerék, és a karosszéria össze vannak kapcsolva, már meg is találtuk a kerék és föld pólusát, és a kerék és a karosszéria pólusát is. Ha létezik a kerék és a karosszéria pólusa, akkor az valahol azon a vonalon van, mely összeköti a másik két pólust, melyet a következő ábrán zölddel rajzoltunk meg.

Ugyanezt az eljárást követhetjük a felfüggesztés másik felénél is, mint ahogy az ábrán is látszik. Ismét a zöld vonalon található a föld és a karosszéria pólusa. A két zöld vonal metszéspontja a föld és a karosszéria pólusa. (Bíborszínnel van bekarikázva.)

Ezt a pontot (bíbor), a karosszéria és a föld pólusát, a karosszéria dőlésközpontjának is nevezik. Arról nyújt számunkra információt, hogy a karosszéria hogy mozog a földhöz képest. Elméletileg a föld is foroghat e pont körül, míg a karosszéria egy helyben marad, de általában pont fordítva történik; a karosszéria forog, míg a föld egy helyben marad.
A dőlésközpont az egyetlen pont a térben, ahol a karosszériát olyan erő érheti, ami nem készteti borulásra.
A dőlésközpont elmozdul, ha a felfüggesztést összenyomjuk, vagy felemeljük, ezért tulajdonképpen, ez egy pillanatnyi dőlésközpont. Azért mozdul el, mert a felfüggesztési alkatrészek egymáshoz képest nem tökéletes körben mozdulnak el, a mozgás útja legtöbbje inkább véletlenszerű. Szerencsére minden útvonalat leírhatjuk végtelenül kis körszegmensek végtelen sorozataként. Ezért annyira nem fontos, hogy a karosszéria nem egy tökéletes kör mentén mozog, hanem inkább csak úgy tekintsünk erre, hogy egy olyan kör mentén mozog, melynek központja folytonosan elmozdul.
Ha meg akarod határozni az autód dőlésközpontjának helyét, vagy szemmel beméred, ha elképzeled a vonalakat és a metszéspontokat, vagy veszel egy nagyon nagy papírlapot, és készítesz egy méretrajzot az autód felfüggesztési rendszeréről.
Most, hogy már tudjuk, hol van a dőlésközpont (DK), nézzük meg, hogyan befolyásolja ez az autó mozgását. Képzeljünk el egy autót, mely egy állandó sugarú körben állandó sebességgel halad. Egy tehetetlenségi erő kifele húzza a kör középpontja felől, de mivel az autó dinamikusan ki van egyensúlyozva, egy ezzel egyenlő, de ellentétes erő a kör középpontja felé is húzza az autót. Ezt az erőt a kerekek tapadása biztosítja.

Elvben, a tehetetlenségi erő az autó minden különböző tömegére, minden pontban hatást gyakorol, de a gravitációs központ (GK) meghatározásával az összes tehetetlenségi erőt egy nagy erővel helyettesíthetjük, mely a DK-ra hat. Olyan, mintha az autó teljes tömegét egy térbeli pontra, a DK-ba sűrítenénk. Ha a DK-t helyesen határozzuk meg, mindkét körülménynek tökéletesen egyformának kell lennie.
A kerekek által létrehozott erőket is egy erőbe lehet összesíteni, mely az autó gördülési központjára hat.
Hátulnézetben így néz ki:

Két egyenlő, de ellentétes erő, mely nem egy pontban hat forgatónyomatékot gerjeszt, mely egyenlő a két erő nagyságával, szorozva a kettő közötti távolsággal. Tehát minél nagyobb a távolság, annál hatékonyabban tud egy adott erőpár forgatónyomatékot kifejteni a karosszériára. Ezt a távolságot a dőlés nyomatékának nevezik. Ez mindig a gravitációs- és a dőlésközpont közötti vertikális távolság, mivel az erők mindig horizontálisan hatnak.

A két erő által generált forgatónyomaték készteti a karosszériát a dőlésre a dőlésközpont körül. Ez a dőlési mozgás addig folytatódik, amíg a rugók által generált forgatónyomaték egyenlő nem lesz csak éppen az ellentétes irányban. A lengéscsillapító határozza meg, hogy ez milyen gyorsan következik be. Ne felejtsük el, hogy a dőlési forgatónyomaték állandó, legalábbis ebben a példában, ahol a kanyarodási sugár állandó, de a rugók által létrehozott forgatónyomaték növekszik, ahogy a felfüggesztést összenyomódik. (Lásd a "Rugók" fejezetet.) A két forgatónyomaték közötti különbség, azaz az eredőjük, okozza a karosszéria dőlését. Ez az eredő csökken, mert a rugók által előidézett forgatónyomaték növekszik. Tehát az a sebesség, mellyel a karosszéria megdől, folyamatosan csökken, és végül megszűnik, amikor a két forgatónyomaték kiegyenlíti egymást. Tehát egy adott rugómerevségnél, egy nagy forgatónyomaték nagyon kimozdítja a karosszériát a kanyarban, és egy kisebb forgatónyomaték kevésbé dőlti meg a karosszériát.

Tehát bármely adott időben, a dőlés nyomatékának nagysága azt mutatja, mekkora forgatónyomaték készteti dőlésre a karosszériát a kanyarban.

Nos, egy másféle probléma is felmerül; a dőlésközpont helye változik, amikor a felfüggesztés összenyomódik, vagy kienged. Legtöbb esetben a karosszériával egy irányba mozog, tehát, ha a felfüggesztés összenyomódik, akkor a dőlésközpont is lejjebb kerül.

Ez a kis animáció mutatja, hogy a DK magassága hogyan változik, ha a felfüggesztést összenyomjuk. A GK magassága is változik egy kicsit, mert az egész rugózatlan tömeg helyzete is változik a karosszéria helyzetének változásához viszonyítva. Tehát elég nehéz megmondani, hogy a dőlés nyomatéka csökken, vagy növekszik-e.
Ezen kívül, amikor az autó kanyarodik, és a karosszéria megdől, a DK általában a karosszéria középvonalától eltávolodik.

A legtöbb R/C autónál a felső rugókengyel hosszát és helyzetét meg lehet változtatni, ezzel meg lehet változtatni az autó dőlési jellemzőit. A következő általánosítás a legtöbb esetre igaz: ha a felső rugókengyel párhuzamos az alsó A-tengelyvégcsappal, akkor a DK nagyon alacsonyan lesz, a normál menetmagasságnál, így a test kezdeti dőlése, amikor az autó elkezd kanyarodni, nagy lesz. Ha a felső rugókengyel szöget zár be az alsó A-tengelyvégcsappal, akkor a DK magasabban lesz, így a kezdeti dőlési nyomaték kisebb lesz, mely miatt az autónak az a bizonyos vége érezhetően sokkal agresszívabban veszi be a kanyart. A nagyon hosszú felső rugókengyel azt okozza, hogy a dőlési nyomaték többé-kevésbé ugyanakkora marad, amikor megdől a karosszéria; a karosszéria azon oldala nagyon mélyen befordul a felfüggesztés pályájába. Ha kismértékű kerékdőlést használunk, akkor a kerekek megcsúszhatnak, a nagyon nagy pozitív kerékdőlés miatt. A rövid felső rugókengyel azt okozza, hogy a dőlési nyomaték sokkal kisebb lesz, amikor a karosszéria bedől; a karosszéria nem dől nagy mértékben.
Ez idáig nem vettük figyelembe, hogy két független felfüggesztő rendszer van az autóban; egy elől és egy hátul. Mindkettőnek megvan a dőlésközpontja. Mivel mindkét rendszer "karosszéria" részét egy merev szerkezet, a karosszéria köti össze, egymást befolyásolják. Ezt néhány ember hajlamos ezt elfelejteni, amikor beállítja az autókat; elkezdik beállítani az egyik végét, anélkül, hogy figyelembe vennék, hogy a másik mit csinál. Nem kell mondanom, hogy ez az autó irányításában anomáliákhoz vezethet. Egy nagyon rugalmas karosszéria ezeket az anomáliákat valamelyest elrejtheti, de ez nagyon messze van az igazi megoldástól.
Minden esetre a karosszéria eleje az első DK körül fordul, a hátsó része pedig a hátsó körül. Ha a karosszéria merev, akkor azon a tengelyen fog elfordulni, ami a két DK-t összeköti (bíbor), ezt a tengelyt a dőlési tengelynek hívják (piros).

A dőlési tengely helyzete az autó gravitációs központjához viszonyítva sokat elmond az autó kanyarodási képességeiről; ez alapján meg lehet jósolni, hogy az autó hogyan viselkedik kanyarodás közben. Ha a dőlési tengely az autó eleje felé szöget zár be, az eleje mélyebben befordul a felfüggesztési útba, mint a hátulja, és emiatt az autónak leül az orra a kanyarban. Mivel a hátsó dőlési nyomaték kisebb, mint elől, ezért az autó hátulja nem fog nagyon megdőlni; ezért a karosszéria közel marad a menetmagassághoz. Jegyezzük meg, hogy annak az autónak, melynek nagyon kis negatív felfüggesztési útja van (esés) a karosszéria sokkal hatékonyabban esik, amikor az autó bedől. Ha az autó orra alacsonyan, és a hátulja magasan van, az autó súlyának nagyobb százaléka fog az első kerekekre nehezedni. A nagyobb keréknyomás erősebb tapadást jelent, így a kocsi jobban tapad az elején, e miatt túlkormányzás keletkezik. Az a dőlési tengely, mely az autó hátulja felé zár be szöget, alulkormányzást okoz. Emlékezzünk arra, hogy a dőlési központok helyzete dinamikus, tehát a dőlési tengely tulajdonképpen kifordulhat, ha a kocsi bukkanókon megy át vagy kanyarodik, tehát elképzelhető, hogy az autó alulkormányoz, amikor bemegy egy kanyarba, amikor a karosszéria dőlés nem annyira jelentős, és túlkormányozzon, a kanyar közepén, mert az első DK nagyon leesett. Ez a példa mutatja, hogyan lehet a dőlési központ jellemzőit felhasználni, hogy akár a vezető, akár a pálya követelményeihez az autót be lehessen állítani.

Általánosságban elmondhatjuk, hogy a felső rugókengyel az A-tengelyvégcsappal bezárt szöge határozza meg, hogy hol van a dőlési központ, amikor a karosszéria semleges helyzetben van, és hogy a felső rugókengyel hossza határozza meg, hogy a DK magassága mennyire változik, amikor a karosszéria megdől. A hosszú, párhuzamos rugókengyel esetében a DK nagyon alacsonyan lesz, és alacsony is marad, amikor a kocsi fordul. Emiatt, az autó (vagy legalábbis az autónak annak a vége) nagyon megdől. Ha a felső rugókengyel szöget zár be, és nagyon rövid, akkor a DK nagyon magasan lesz, és magasan is marad, amikor a karosszéria fordul. Tehát a karosszéria nagyon keveset dől meg. Ennek megfelelően, a rövid, párhuzamos rugókengyel miatt az autó nagyon megdől az elején, de dőlés közben ez a hajlam eltűnik. Tehát gyorsan dől az elején, de gyorsan meg is áll. A hosszú rugókengyel, mely szöget zár be, csökkenti az autó kezdeti dőlésének hajlamát, de ahogy a karosszéria megdől, nem lesz túl nagy hatása.

Az autó irányításának szempontjából ez azt jelenti, hogy az a vége, ahol a rugókengyel a legnagyobb szöget zárja be (a legmagasabb DK), ott van a legnagyobb kezdeti tapadás forduláskor, vagy a kanyarból kifele jövet, és azon a végen, ahol a DK a legalacsonyabb, amikor a karosszéria megdől, ott lesz a legnagyobb tapadás a kanyar közepében. Tehát, ha kicsit nagyobb kormányzásra van szükség a kanyar közepén, kicsit meg kell hosszabbítani az első felső rugókengyelt. (Ne felejtsük el a kerékdőlést is beállítani utána.) Ha agresszívabb befordulásra és több kissebességű kormányzásra van szükség, akkor vagy a hátsó felső rugókengyelt kell kisebb szögbe állítani, vagy az első rugókengyel szögét kell egy kicsit növelni.

Most biztos felteszed ezt a kérdést magadnak: mi a jobb, a magas, vagy az alacsony DK? Minden az autó többi részétől és a pályától függ. Egy biztos: a hepehupás pályán, jobb, ha a DK egy kicsit magasabban van; ez megakadályozza, hogy az autó sokat ide-oda dülöngéljen, a bukkanók miatt, valamint lehetővé teszi, hogy puhább rugókat használjunk, mely miatt a kerekek állandóan az egyenetlen úthoz tapadnak. Sima pályán nagyon alacsony DK-t lehet használni, merev rugókkal kombinálva, mely megnöveli az autó ugrási képességét. Erről később bővebben.

A cikk további részei:
  1. Rugók
  2. Lengéscsillapítás
  3. Dőlésközpont
  4. Leülésgátló, utazási magasság
  5. A felfüggesztés pályája
  6. Borulásgátló rudak
  7. A lengéscsillapító felszerelési helyei

© Copyright 2001 by Bruno 'Elvo' Heremans
Forrás: http://users.pandora.be/elvo/
Frdította: Csacsi