Многие из вас, вероятно, помнят иски о перевороте Ford Explorer в начале 2000-х годов. Нас ежедневно заваливали новостями об опасностях Explorer и риске для общества, который представляли внедорожники в целом. Перенесемся на 20 лет вперед, и хотя мы меньше слышим об опасностях внедорожников, большинство водителей согласны с тем, что стиль вождения отличается от стиля вождения седана. Как правило, наземные транспортные средства относятся к той же категории, что и опасные. Добавьте к этому, что мы, кажется, добавляем все больше и больше снаряжения для наших транспортных средств, и есть потенциальный рецепт катастрофы.
Во время моей карьеры инженера-разработчика и тестировщика я участвовал в некоторых механических и структурных испытаниях, используемых для определения рисков опрокидывания. Производители тратят невероятное количество времени и денег на испытания автомобилей и лоббирование правительства с целью контроля стандартов. (Посмотрите на тяжелые грузовики здесь, в Соединенных Штатах - краш-тесты не требуются.) Это руководство даст вам несколько практических советов и даст представление о том, как производители определяют нагрузку. Имея немного знаний и понимание физики игры, вы будете принимать более правильные решения при загрузке и, надеюсь, избежите опасной ситуации.
Центр тяжести (ЦТ) расположен низко, у ног пассажиров. При том, что кажется небольшим увеличением веса крыши, ЦТ смещается назад и резко увеличивается в высоте.
Будьте в курсе
Вам нужно выучить некоторые термины и информацию, чтобы понять физику нагрузки на крышу. Для вас, инженеров и математиков, есть силы и переменные, которые я намеренно опускаю. Моя цель - сосредоточиться на общей картине и основных концепциях.
При исследовании транспортных средств вы можете увидеть две опубликованные спецификации, относящиеся к нагрузке на крышу: статическую и динамическую (вы не всегда будете видеть обе, так как некоторые производители не тестируют обе).
СТАТИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА НА КРЫШУ - это вес, который производитель проверил на предмет безопасности для конструкции автомобиля в неподвижной среде. Эта нагрузка важна только потому, что она говорит вам, какой вес может выдержать автомобиль в неподвижном состоянии, например, палатка на крыше с пассажирами.
ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА НА КРЫШУ - это вес, который производитель проверил на безопасность конструкции автомобиля при движении по дороге. Сила ветра, влияющая на раскачивание дорожного транспортного средства, тормозной путь, ускорение и предотвращение столкновений были проверены, и производитель считает, что транспортное средство предсказуемо и безопасно реагирует на заявленный вес. Если производитель обеспечивает динамическую нагрузку, это хорошая спецификация для использования в условиях бездорожья. Правильная техника вождения по бездорожью в сочетании с контролем скорости должна оказаться менее динамичной, чем корректирующий маневр на высокой скорости.
Вы можете заметить, что характеристики даны в виде нагрузки, но я продолжаю ссылаться на вес. Это связано с тем, что нагрузка - это то, что испытывает автомобиль. Вес - это мера, которую мы можем контролировать как водители и то, как мы загружаем автомобиль. Однако учтите, что сопротивление ветру, устойчивость груза и движение изменяют ходовые качества автомобиля.
Термин
ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ (ЦТ) часто понимают неправильно. Также называемый центром масс, это виртуальная точка, в которой сходятся и уравниваются все окружающие массы. Подумайте о сфере; CG будет точной серединой. В транспортном средстве ЦТ - это точка, в которой все силы вращаются или реагируют на них.
МОМЕНТ - это сила, которая заставляет что-то вращаться. Подумайте о том, как импульс представляет собой силу, действующую в направлении от точки при вращении. Здесь та же идея, в том смысле, что момент - это сила, необходимая для вращения чего-либо вокруг точки.
ARM - расстояние от стандартной точки отсчета до ЦТ. Визуализируйте качели; рука будет концом доски, на которой вы сидите.
DATUM будет местом, которое мы будем использовать для измерения после того, как определим ЦТ. Обычно я предпочитаю использовать расстояние от центра передней и задней втулки.
СТАТИЧЕСКИЙ КОЭФФИЦИЕНТ СТАБИЛЬНОСТИ (SSF) - это статический расчет для определения вероятности опрокидывания. Чем меньше число, тем выше риск. Как правило, вы найдете результаты от 1,0 до 2,0. Помните, что это статический расчет, а это означает, что если у вас малое число, у вас есть транспортное средство, которое будет легко катиться. SSF используется Национальным управлением безопасности дорожного движения США (NHTSA) для подсчета звездных рейтингов ролловеров, и также было показано, что он удивительно точен с течением времени с фактическими данными ролловеров по сравнению с прогнозируемыми данными ролловеров.
TRACK - расстояние по ширине транспортного средства, измеренное от центра шины до центра шины на той же оси.
Практическое применение
Давайте углубимся в практическое применение этих знаний, чтобы увидеть, как работает один из моих личных автомобилей. У меня Land Rover Defender 90 с небольшим 2-дюймовым лифтом подвески. Перед тестированием я убедился, что мои жидкости заправлены и у меня полный бак топлива. Если вы решите делать это дома, вам понадобятся автомобильные весы и подъемник или домкраты. Цель состоит в том, чтобы рассчитать вес, чтобы получить данные о том, насколько легко мой автомобиль перевернется.
Начнем с нахождения центра тяжести с помощью некоторой тригонометрии. В очень упрощенном виде все, что нам нужно знать, это колесная база, высота ступицы и измерение веса автомобиля в спущенном состоянии, а также с одной осью (передней или задней), поднятой на 10 дюймов. Изменение распределения веса покажет нам высоту ЦТ.
1994 Базовый вес Defender 90
Колесная база, 93,9 дюйма
Высота шины (измеренная), 32,9 дюйма
Вес автомобиля 4 008 фунтов
Вес передней оси, 2 483 фунта
Вес задней оси, 1 525 фунтов
Ширина гусеницы, 62 дюйма
Приподнятые передние колеса, 10 дюймов
Новое распределение веса по осям
Вес переднего моста, 2 451 фунт
Вес задней оси, 1 557 фунтов
Мы хотим найти, где ЦТ находится между колесами, а затем вычислить высоту ЦТ. Воспользуйтесь приведенной ниже формулой или упростите себе задачу и воспользуйтесь онлайн-калькулятором на странице www.s2sx.com/calc.
Rf=высота от центра передней втулки до земли
Rr=высота от центра задней ступицы до земли
wb=колесная база
Wf=нагрузка на переднюю ось
a=нагрузка на переднюю ось/общая массаколесная база. Это соответствует положению ЦТ перед задней осью.
b=колесная база - a
W=общий вес
Центр тяжести
35,73 дюйма за передней ступицей, 23,45 дюйма над землей
Теперь, когда мы знаем расчет компьютерной графики для моего Defender, давайте посмотрим, что даст добавление веса крыши. При установке алюминиевого багажника на крышу Hannibal (85 фунтов), палатки на крыше (110 фунтов) и навеса (35 фунтов) я попытался централизовать весовую нагрузку между колесами. Эта нагрузка на крышу на 57 дюймов выше расчетной ЦТ и весит 230 фунтов.
1994 Defender 90 с грузом
Колесная база, 93,9 дюйма
Высота шины (измеренная), 32,9 дюйма
Вес автомобиля: 4 238 фунтов
Вес передней оси, 2 622 фунта
Вес задней оси, 1 616 фунтов
Приподнятые передние колеса, 10 дюймов
Вес передней оси, 2 501 фунт
Вес задней оси, 1 737 фунтов
Давайте углубимся в данные и посмотрим, как эти цифры относятся к нашему риску пролонгации. Если мы посмотрим на расположение компьютерной графики спереди назад, оно очень мало изменилось. Он сдвинулся назад на 0,07 дюйма. В этой установке я не мог переместить груз назад, так как палатка открывается вперед. Это также позволяет мне узнать, что, когда я загружаю автомобиль для поездки, моя грузоподъемность находится позади моего расчета пустой ЦТ. Высота ЦТ 23,45 дюйма без нагрузки на крышу увеличилась до 41,48 дюйма с нагрузкой 230 фунтов. Это увеличение на 18 дюймов. Так что же это означает в связи с риском опрокидывания? Чтобы это выяснить, нам нужно вычислить SSF.
Коэффициент статической устойчивости - это хороший способ оценить присущий вашему автомобилю риск опрокидывания на основе его центра тяжести и ширины колеи. Помните, чем выше число, тем меньше вероятность опрокидывания. Внедорожники обычно набирают 1,0-1,3 балла, а седаны - 1,3 и выше. Старайтесь не иметь ежедневный водительский балл ниже 1.0, а специализированная подготовка водителей ниже 1 обязательна.0.
T=ширина дорожки
CG=высота центра тяжести
Центр тяжести
35,80 дюйма за передней ступицей, 41,48 дюйма над землей
Результаты SSF моего защитника
Без нагрузки на крышу=1,32 SSF
Нагруженная крыша=0,75 SSF
Это соответствует моей вероятности опрокидывания, увеличенной на 56 процентов, если добавить 230 фунтов к крыше Defender. Это резкое увеличение, и оно не включает динамическую энергию, связанную с вождением. Статистические данные действительно показывают, что SSF удивительно близко коррелирует с фактическими данными об авариях.
Что еще хуже, чем выше нагрузка на крышу от ЦТ, тем больше рычага, который имеет нагрузка при движении вне развала. Сила изменяется от вертикальной силы и добавляет также горизонтальную составляющую. Это означает, что перемещение веса дальше от центра эффективно увеличивает его. Эта же концепция применяется к элементам, установленным в передней и задней части автомобиля. Добавление высоко установленного запасного колеса на заднюю дверь или наличие большой лебедки, свисающей спереди, увеличивает его вес по мере увеличения расстояния от центра тяжести.
ЦТ также меняется из стороны в сторону в зависимости от нагрузки. Полезно знать, какая сторона вашего автомобиля тяжелее, что позволит вам принять взвешенное решение о том, как загружать предметы. Когда мы движемся вне развала, мы добавляем горизонтальную составляющую, а также нисходящую составляющую.
Технические характеристики нагрузки на крышу
Я обратился к некоторым производителям и запросил спецификации нагрузки на крышу, что оказалось более сложной задачей, чем ожидалось. Многие производители не проверяют нагрузку на крышу и используют смоделированное тестовое значение. Обращаясь к следующим примерам, имейте в виду, что мы узнали: спецификации нагрузки на крышу - это всего лишь базовый уровень, и вы можете быстро аннулировать их, просто внеся небольшие изменения.
Технические характеристики нагрузки на крышу производителя
- 2020 Ford Bronco: 450 фунтов (статическая нагрузка), 110 фунтов (динамическая нагрузка). Динамические только автомобили без 37-дюймовых шин.
- 2020 Jeep Wrangler Rubicon: Статические и динамические нагрузки не опубликованы. MFG заявляет, что дополнительный вес на жесткой крыше не допускается.
- 2020 Land Rover Defender 110: 661 фунт в статике, 370 фунтов в динамике. Dynamic с рекомендованными производителем внедорожными шинами и заводским багажником для экспедиций.
- 2020 Toyota Land Cruiser (серия 200): 440 фунтов в статике, 150 фунтов в динамике.
- 2020 Toyota Four Runner: 265 фунтов в статике, 120 фунтов в динамике.
- 2020 Subaru Crosstrek: 700 фунтов в статике, 176 фунтов в динамике.
Соображения
Не нужно много веса сверху, чтобы быстро перегрузить наши машины. Все, что повышает ЦТ, всегда будет влиять на динамику автомобиля. Стоит спросить себя, что вам действительно нужно, чтобы прикрутить крышу автомобиля. Вам нужна палатка на крыше? Зачем тебе запаска на крыше? Знаете ли вы, как пользоваться домкратом Hi-Lift, и можете ли вы принять лишний вес на крыше? Мой опыт подсказывает, что обычно ответ прост: нет.
Некоторых ситуаций следует по возможности избегать, например, хранения топлива и воды на крыше. Тяжелые жидкости и предметы, которые могут расплескаться, следует загружать как можно ниже. Я всегда покупаю качественные контейнеры и держу их в машине. За передним сиденьем есть место для канистр с топливом и водой. Подумайте о весе, прежде чем нагружать. Кладите самые тяжелые предметы низко и по центру между колесами.
Если вы решили увеличить вес, научитесь водить с ним. Вам нужно будет ехать медленнее, давать меньшие входные данные и, прежде всего, вам придется научиться планировать заранее. Следует разработать сканирование дороги для выявления участков, где могут возникнуть проблемы. Используйте те же методы сканирования и фокусировки, что и мотоциклисты. Научитесь читать дорогу и адаптируйте свой стиль вождения к автомобилю таким, какой он есть. При правильном планировании, хороших манерах вождения и безопасной загрузке автомобиля у вас будет гораздо больше шансов на успешную и приятную экспедицию.
Будьте оверлендером, а не перегруженным.