Механика колесного движителя. схемы виклов. разгон,торможение,руление.

[AlexS4]

тема планируется как справочник по начальным основам механики колесных ТС самых разнообразных конструкций с количеством колес от 1 до 6+   для конструкторов и продвинутых райдеров/драйверов.

ps пугающие концептуальные заблуждения от вцелом технически грамотных персон навели на мысль о необходимости темы...

*******UNDER CONSTRUCTION*********

модель M1 схема 1F1R: приметив 1
кинематическая диаграмма:
обозначения:

Спойлер

CM - центр масс; m - масса;   f,r индексы - показывают отношение параметра  соответствующему колесу;  B-база ТС;
bf,br-размещение проекции CM в базе; Rf,Rr радиусы колес;Of,Or центры(проекции осей) колес; Cf,Cr- "точкки" контакта колес с дорогой,M1s1(см ниже);
h-конструктивная(статическая) высота CM от дороги; h(t)- его реальное мгновенное значение, несмотря на M1s1(см ниже) актуально для стоппи/вилли)
Maf(t),Mar(t),Mdf(t),Mdr(t) - ускоряющие(моторные) и замедляющие(тормозные) моменты на колесах.
Фf(t),Фr(t) углы между дорогой и прямыми проходящими через СМ и Сf,Cr,  Pf(t),Pr(t) - мгновннное значение веса на колесе.
s(t)линейное положение CM в пространстве M1s0(см ниже) ;   v(t)=ds/dt мгновенная скорость ;  a(t)=-d(t)=dv/dt мгновенное значение +ускорения или -замедления. p(t)=mv(t) -мех импульс F^->(t)=dp/dt - суммарная сила от движетелей, действующая в СМ или ее проекция на дорогу.
Faf(t)...Fdr(t) - замедляющие или ускоряющие силы создаваемые колесом как движителем
Ffaf(t)...Ffdr(t) - силы трения колес с дорогой

на пальцах (abstract:)
из-за того факта что СМ у любых реальных колесных ТС находится выше точек контакта колес с дорогой,  ускорения и замедления ТС созданные колесным движетелем  вызывают изменения балланса весов между колесами (или осями). отличия от статического балланса (покоя) могут быть настолько большими что ТС может потерять контакт одного из колес с дорогой или даже опрокинуться назад при разгоне задним приводом(wheellie/козел/свеча/rearflip) и или торможении передним тормозом(stoppy/черезруль/overfront). механика этих процессов в первом прближении(см упрощения и изоляция) описывается парой нехитрых диф ураввнений(см математика). а основная практическая идея в том что колесо как движитель максиально эффективно когда работает в режиме подталкивания(упирается) т.е. реакция опоры(подвески) оси направлена под вполне определенным  углом и тяга движетеля добавляет эквивалентный вес в точке контакта колеса с дорогой. зависимость упомянутого угла от геометрии, силовых характеристик ТС и условий контакта с дорогой и граничные условия для отрыва колес от дороги и для опрокидываний ТС см в математика.

а совсем просто: задний привод и передний тормоз всегда эффективнее в смысле использования трения контакта с дорогой (держака).

Спойлер

утверждение может не работать в случаях:
M1d1 когда максимальный момент на колесах впринципе недостаточен для преодаления трения покоя и перевода колеса в проскальзывание или блокировку (относительно слабый двигатель или тормоз)
M1d2 при одновременно большом статическом дисбаллансе Pf,Pr и очень низком коэффициенте трения под разгруженным колесом (напр самокат на льду с райдером стоящем на пегах заднего колеса) либо прочие несоизмеримые  условия по трению (загруженный грузовик с 4мя парами задних колес)
M1d3 вырожденный случай, когда в процессе ускорений можно переместить CM так что проекция выйдет далеко за базу ТС. как можно сделать на самокате, свесившись далеко назад в процессе торможения, (возможно даже без контакта переднего колеса как в трюке manual)

упрощения и применимость модели, математика:

Спойлер

упрощения:
M1s0 модель плоская (рассматривается только прямолинейное движение в горизонтальном сечении)
M1s1 модель жесткая  (нет деформаций в подвесках колес, шинах и раме)
M1s2 модель испытывает только внешние силы приложенные к CM параллельно плоскости дороги (нет внешних прижимной силы и поворачивающего момента в пределах M1s0  тоесть внешних сил меняющих значение и распределение Pf,Pr

применимость:
несмотря на то, что, например, длинноходная подвеска может в разы менять конкретные значения скажем для условий опрокидывания, упрощение M1s1 не оказывает качественного влияния на адекватность модели в широких диапазонах парамеров, но может давать большие количественные погрешности. M1s2 же может давать качественно неадекватную модель, если внешние силы не удовлетворяющие M1s2 соизмеримы с dp/dt,Px,Fx, посему модель адекватна только для небольших скоростей по отношению к аэродинамическим поверхностям и для движения по сравнительно твердым поверхностям.  эта модель позволяет моделировать разгоны и торможения практически любых ТС и легко выраждается в схему моноколеса F1R0 или усложняется до автомобиля F2R2 без изменения фундаментальных зависимостей.
математика:

частые ошибки и трудности понимания модели:

Спойлер

M1e1 Pf(t),Pr(t) рассматривают как статические, не меняющиеся в процессе разгона/торможения величины, хотя в реальности их значения могут меняться в разы! на достаточно энерговооруженных ТС.
M1e2 в качестве опорных рычагов для dp/dt предполагают отрезки до осей Of,Ob  а не до Cf,Cb, хотя такое было бы возможним только при M=0 на соответствующем колесе и при том что оно было бы жестко прикреплено к дороге. Эта безобидная свиду ошибка приводит к качественно неправильным результатам при оценке Pf(t),Pr(t).

*******UNDER CONSTRUCTION*********


плз без флуда ... ато так и будем думать что тормоз должен быть сзади )