Понаблюдайте, как машина срывается со старта: нос поднимается, а корма опускается. Это перенос веса, и это не причуда подвески: он следует из законов Ньютона и формы машины. В этом посте разобран один пример автомобиля с заявленными допущениями. Цифры иллюстративные, а не данные какой-либо машины из игры.
Формула
Шины толкают машину вперёд на уровне дороги, но масса машины действует в её центре тяжести, над дорогой. Эти две силы образуют пару, которая стремится повернуть машину носом вверх, и шины должны компенсировать это изменением нагрузки. Взяв моменты относительно пятен контакта, получаем дополнительную нагрузку на заднюю ось, и такая же величина снимается с передней:
ΔW = m × a × h ÷ L
Здесь m — масса, a — ускорение, h — высота центра тяжести над дорогой, а L — колёсная база. Масса, ускорение и высота увеличивают перенос, а большая колёсная база его уменьшает. Он не зависит от пружин, шин или того, какие колёса ведущие.
Разобранный пример
Допустим, автомобиль массой 1 500 кг, центр тяжести на высоте 0,5 м, колёсная база 2,7 м и статическое распределение 50:50, то есть на каждой оси по 750 кг. Разгоняем его при 1 g — это намеренно щедрая цифра — и принимаем g равным 9,81 м/с².
Перенос равен 1 500 × 0,5 ÷ 2,7 = 277,8 кг нагрузки на каждый 1 g, или 2 725 Н после умножения на 9,81. Это 18,5% веса машины, перемещённого с одной оси на другую. Задняя ось теперь несёт 750 + 277,8 = 1 027,8 кг, передняя — 750 − 277,8 = 472,2 кг. Каждая меняется на 37% от своей статической нагрузки: задняя поднимается на 37,0%, передняя опускается на 37,0%. В ньютонах задняя несёт 10 082,5 Н, передняя — 4 632,5 Н, и вместе они по-прежнему дают вес машины 14 715 Н.
Почему задний привод выигрывает, а передний проигрывает
Шина может толкать максимум с силой μ, умноженной на нагрузку на неё. Перенос веса повышает нагрузку на задние шины и снижает на передние, поэтому он помогает машине с задним приводом и вредит машине с передним. Возьмём μ = 1,0, правдоподобную цифру для хорошей шины, и пусть a — ускорение в g. Перенос при таком ускорении равен a × 277,8 кг.
- Задний привод: максимальная сила равна μ × (750 + 277,8a) кгс, а машине нужно 1 500a. Решая, получаем a = 0,5 ÷ (1 − 5/27) = 0,614 g. Without transfer the limit would be 0.5 g, so the transfer is worth 0.114 g.
- Передний привод: передние шины несут 750 − 277,8a, поэтому a = 0,5 ÷ (1 + 5/27) = 0,422 g. Transfer costs 0.078 g against the static 0.5 g.
- Полный привод: каждая шина толкает, и нагрузки по-прежнему дают вес машины, поэтому потолок равен μ × g, 1,00 g, без штрафа за разделение.
Это только потолки сцепления. Реальной машине также нужна мощность, чтобы до них добраться, поэтому обороты на старте существуют как настройка.
Время на 60 футов показывает разницу. 60 футов — это 18,288 м, а при постоянном ускорении t = √(2d ÷ a). Задний привод при 0,614 g (6,02 м/с²) проходит их за 2,46 с, а передний привод при 0,422 g (4,14 м/с²) — за 2,97 с. Для сравнения, при 1 g понадобилось бы 1,93 с. Пост о 60 футах объясняет, почему этот отрезок важен.
Противооткидные штанги
Если перенос растёт, пока передняя ось не начнёт нести ничего, передние колёса поднимаются. В этой простой модели это происходит, когда a × h ÷ L равно статической доле передней оси, 0,5, поэтому a = 0,5 × 2,7 ÷ 0,5 = 2,7 g. An ordinary car never gets near that. A dragster, with a rearward weight bias, enormous grip and far more power than a road car, can. A wheelie bar is a pair of small wheels on a frame behind the rear axle. It does not add traction; it stops the nose rising past a few degrees, because a car with its front in the air cannot be steered and a rising nose can carry on over.
Приседание и антиприсед
Формула даёт полную нагрузку, которая перемещается, но не то, как она движется. Часть идёт через пружины, которые сжимаются сзади и разжимаются спереди. Это приседание. Остальное проходит через рычаги подвески, которые давят на кузов напрямую. Геометрия антиприседа наклоняет задние рычаги так, что сила тяги на ось имеет составляющую, направленную вверх на кузов, и конструкция с высоким показателем антиприседа передаёт больше переноса через рычаги и меньше через пружины.
Антиприсед не меняет ΔW. Задние шины несут одну и ту же дополнительную нагрузку в любом случае; меняется только путь. Его польза — контроль и меньший клевок. Драг-сетапы часто идут в обратную сторону на передней оси: мягкие пружины и большой ход, чтобы нос мог подниматься, а нагрузка доходила до задних шин без борьбы.
Перенос веса задаётся массой, высотой центра тяжести, колёсной базой и ускорением. Подвеска определяет, как он движется, а не то, сколько его.
В игре
В описании Pink Slip Kings в Play сказано, что можно улучшать шины, трансмиссию и подвеску, а также балансировать мощность и сцепление шин, чтобы улучшить старт. Там не сказано, моделирует ли игра перенос веса, поэтому физику здесь читайте как фон о реальных автомобилях.
Pink Slip Kings: Drag Racing — это трёхмерная гонка на драг-стрипе с ручным управлением стартом и переключением передач и подробной настройкой двигателя, трансмиссии, шин и подвески, с динамометром, телеметрией и временем гонки. Игра работает офлайн, без рекламы и покупок в приложении, а её игровые деньги и машины нельзя купить или обменять на реальные деньги.