Peatükk 6: Kaalu- ja jõujaotus

6.1 Kaalujaotus

Kaalujaotus on väga oluline, ta mitte ainult ei mõjuta staatilist kaalu rehvidel, vaid ka kaalu muutumist dünaamilises olukorras.

Lihtsaim viis kaalujaotust hinnata on määrata auto raskuskese (CG=Centre of Gravity). See on punkt ruumis, kus asuvaks võib tinglikult lugeda kogu auto massi. Asukoha tõttu saab seda kasutada inertsjõudude efektide lihtsustamiseks. Tegelikkuses mõjutab inerts iga üksikut massiosa, kuis on palju lihtsam kasutada samaväärset tingimust: oletada, et kogu mass asub objekti keskpunktis, s.t. raskuskeskmes. Seega ei pea me mõtlema, kuidas iga 1.5 kg raskuse auto osa reageerib mingile jõule, piisab kui me mõtleme välja kuidas kaalutu auto 1.5 kg raskuse punktiga keskel (raskuskeskmes) reageerib. Viimane on palju lihtsam: jõud mõjub ainult raskuskeskmele ja mitte ülejäänud autole.

Loomulikult töötab see ainult juhul, kui raskuskese on õieti määratud. Üks meetod selle määramiseks on kirjeldatud siin. Minu arvates on see väga vaevaline ja ebatäpne, seega ma pakun välja teise meetodi. See põhineb faktil, et kui objekt on staatiliselt balansseeritud, on tema raskuskese otse toetuspunkti kohal. Rakendades seda kolmes erinevas tasapinnas, saame teada objekti raskuskeskme asukoha. Järgneb näide:
determining a cgs
Meil on objekt, mis koosneb raskest osast (tume) ja kergemast osast (hele) ning me tahaksime määrata tema raskuskeset. Kuna parem pol on raskem, asub raskuskese tõenäoliselt kusagil keskpunktist paremal.
determining a cgs
Üritame balansseerida objekti teraval serval ja leiame koha, kus objekt püsib paigal. Saame teada, et raskuskese on kusagil toetusjoone kohal.
determining a cgs
Punane joon sisaldab kõiki punkte toetusjoone kohal, nii et raskuskese asub kusagil punasel joonel.
determining a cgs
Kordame protseduuri, kuid teises dimensioonis. Jällegi saame tõmmata punase joone, millel asub raskuskese.
determining a CGs
Kuna tegemist on 2D näidisega, piisab kahest balansseerimisest raskuskeskme määramiseks (lilla ringi sees). 3-dimensioonilise auto jaoks on vaja seda teha 3 korda. See võib tekitada mõningaid praktilisi probleeme, kuid siin pead kasutama oma kujutlusvõimet.
Nüüd, kui me teame, kus auto raskuskese asub, saame lihtsalt arvutada kaalu ratastel ja kaalujaotuse.
Vaatleme esmalt eest-taha kaalujaotust:
front-to-rear balances
Teljevahe (WB=wheelbase) on kaugus esi- ja tagasilla vahel, F on kaugus raskuskeskme (roheline) ja esisilla vahel, R kaugus raskuskeskme ja tagasilla vahel.
Kaal esisillal = auto kaal * (R/WB)
Kaal tagasillal = auto kaal * (F/WB)
Või protsentides väljendatuna:
Kaal esisillal protsentides = (R/WB) * 100%
Kaal tagasillal protsentides = (F/WB) * 100%

Ilmselgelt on sellel mõju auto käitumisele: rohkem kaalu rehvil tähendab rohkem pidamist. Seega kui raskuskese on tagapool, on autol rohkem pidamist tagaratastel, mis on hea kiirenduse jaoks. Kui raskuskese on eespool, on autol rohkem pööramist, kuid vähem pidamist taga, mis suurendab spinnimise ohtu.

Mõnedel juhtudel on põiksuunaline kaalujaotus väga oluline, eriti n.ö. LTO (Left Turn Only, ainult vasakule pööramine) autodel, millega sõidetakse ovaalidel. Põhimõtted on samad:
left-to-right balances
TW (treadwidth) on rööpelaius, kaugus kahe sama silla ratta keskjoonte vahel, E on kaugus raskuskeskme (roheline) ja vasakute rataste keskjoone vahel, I on kaugus raskuskeskme ja paremate rataste keskjoone vahel. Kui esi- ja tagasild ei ole ühelaiused, tuleb E ja I mõõta raskuskeskme kohal.
Kaal vasakul küljel = (I/TW)*auto kaal
Kaal paremal küljel= (E/TW)*auto kaal
Või protsentides:
Vasaku külje kaal protsentides = (I/TW)*100%
Parema külje kaal protsentides = (E/TW)*100%
Kui tahad teada kaalu ühel rattal, on vaja korrutada auto kaal kahe teguriga, piki- ja põikisuunalisega. Näiteks:
Kaal vasakul esirattal = auto kaal*(I/TW)*(R/WB)
Kaal paremal esirattal = auto kaal*(E/TW)*(R/WB)
Kaal vasakul tagarattal = auto kaal*(I/TW)*(F/WB)
Kaal paremal tagarattal = auto kaal*(E/TW)*(F/WB)

See vastab tõele, kui auto ei ole väändes; vedrude eelkoormus peab olema sama vasakul ja paremal.

Jällegi, raskuskeskme asukoht keskkohast eemal avaldab mõju auto käitumisele: selle asumine vasakul pool parandab vasakule pööramise võimekust, kuid teeb väga raskeks otsesõitmise, eriti kiirendusel.

raskuskeskme kõrgus on samuti väga oluline, see määrab auto rullumisomadused ja kaalusiirde. Pikemalt on seda kirjeldatud  peatükis 2.

Paraku ei ole see veel kõik. Üks osa inertsi on välja jäetud, pöörlemisinerts, kui täpne olla. Siin on näide:
inertia
Need joonised kujutavad kahte autot, vasakpoolsel on rasked osad (sinised) paigutatud nurkadesse, kaugel eemal raskuskeskmest (lilla). Parempoolsel on rsked osad keskel koos, raskuskeskme lähedal. Mõlemad autod kaaluvad samapalju ja nende raskuskeskmed on täpselt samas kohas.
Nii et mõlemad autod siirdavad samapalju kaalu kiirendusel ja pidurdusel, samuti on nende rullumisnurgad identsed. Siiski ei käitu nad ühtmoodi, kuna nende pöörlemisinerts on erinev. Vasakpoolne auto reageerib aeglaselt, pöörates sisse justkui vastu tahtmist ja on üleüldse suunamuutuste vastu tundetum. Mõned võivad öelda, et ta on aeglane, mõned stabiilne, sama asi. Teine auto on täpselt vastupidine: ta vahetab suunda väga kiirelt ja tundub väga vilgas, seetõttu ka ebastabiilne.
Nii et pöörlemisinerts ei muuda raami liikumise ulatust, see muudab liikumise kiirust. See on nagu suure, raske otsaga pesapallikurikas: vajab suurt pingutust, et teda liikuma saada ja kui ta kord juba liigub, ei ole tema teekonna muutmine kerge.
Pöörlemisinertsi pöördemomenti saab ka arvutada: pöördemoment ümber telje on kõigi elementaarmasside summa korrutatuna nende kauguse ruuduga  teljest. Lihtsate vormide puhul, nagu silindrid, koonused, kuubikud ja sellised, võid seda käsitsi arvutada, kuid tegelikus elus esinevatel juhtudel vajad keerulist CAD programmi.

Oluline on ka, millise telje suhtes inertsi pöördemomenti arvutada. Vaatleme järgnevat näidet:
inertia
Kaks joonist kujutavad identseid autosid, välja arvatud fakt, et nende kaal on jaotatud erinevalt: esimesel on rasked osad (sinised) põikiteljel (lilla), teisel pikiteljel.
Vaatleme esimest autot. Kui arvutame pöördemomendi põikitelje suhtes, peame korrutama kõik massid nende kauguste ruutudega. Sel juhul peme korrutama suuremad massid väikese kauguse ruuduga, tulemuseks väike väärtus. Teisest küljest, kui arvutame pöördemomendi pikitelje (joonisel ei ole kujutatud) suhtes, peame korrutama suuremad massid suure kauguse ruuduga, tulemuseks suur väärtus. Seega on esimesel autol suur inerts pikitelje suhtes ja väike moment põikitelje suhtes. Teisisõnu reageerib auto kurvis väga aeglaselt; ta rullub küljelt küljele väga aeglaselt. Kuid ta liigub eest taha (noogutab) väga kergelt, see võib olla kasulik kiireks pidurduseks, kuid paneb auto konarustel hüplema, tehes ta ebastabiilseks.

Teise auto puhul kehtib vastupidine: tal on suur inertsi pöördemoment põiktelje suhtes (joonisel puudub) ja väga väike pikitelje suhtes. See tähendab, et auto rullub kiiresti ja on kurvides väga tundlik, kuid ta on väga stabiilne pikisuunas. See aitab autot konarustel stabiliseerida, säilitades samas head kurvisõiduomadused.
Võibolla mõistad nüüd pisut paremini, miks kiidetakse keskmootoriga täismõõdus autosid: mootor on üks raskemaid asju, nii et selle keskele asetamine vähendab auto pöörlemisinertsi momenti, andes erksamalt käituva auto.

6.2 Jõujaotus ja diferentsiaalid

Kui sa peaksid midagi mäletama peatükist 1, rehvid, siis on see fakt, et millal iganes sa rakendad rehvile suuremat pikisuunalist jõudu (pidurdad või kiirendad), kaotad sa põikisuunalist pidamist. Seega on jõujaotus auto seadistuse juures väga oluline.
Mitmed seadmed võivad mõjutada auto jõujaotust: diferentsiaalid, kas hammasratas- või kuuldiferentsiaalid, torsen diferentsiaalid, jäigad teljed, ühesuunasidurid ja igasugu viskoossidurid.

6.2.1 Kuuldiferentsiaalid


Kuuldiferentsiaale kasutatakse kõige sagedamini. Neid saab reguleerida kinnisemaks ja lahtisemaks, mis teeb nad väga mitmekülgseks. Kasutusjuhendi kaasaskandmine ei ole paha mõte, seda eriti diferentsiaalide osa pärast, juhuks kui nad hakkavad liigse mustuse tõttu ragisema ja sa pead neid puhastama ja lahti võtma. Kasutusjuhendi kaasaskandmine ei ole paha mõte IGAL JUHUL. Kui midagi sellest juhendist puudub, on see kirjas su auto kasutusjuhendis. Kuuldiferentsiaalide hooldus seisneb põhimõtteliselt nende puhtana ja sujuvalt toimivana hoidmises, ilma et nad libiseksid.
Sa võid neid kasutada auto käitumise muutmiseks. Kui keerad esidiferentsiaali pisut rohkem kinni, tekib rohkem alajuhitavust kurvi sisenemisel, kuid rohkem pööramist ja esiotsa pidamist kurvist väljudes. Auto tundub ka stabiilsem. Kui keerad tagumist diferentsiaali kinni, läheb tagaots kergemini libisema. Kuid ma ei soovita diferentsiaalide jäikust kasutada ala-/ülejuhitavuse balansi muutmiseks. Põhjus on selles, et kinnine diferentsiaal aeglustab autot kurvis. lahtiste diferentsiaalidega auto veereb läbi kurvi vabamalt, kaotades vähem kiirust.

6.2.2 Ühesuunasidurid


Ühesuunasidur, või ühesuunalaager, mis on monteeritud keskmisele veovõllile, võimaldab esisillal pöörelda kiiremini kui tagasillal. Teisisõnu, esirattad saavad vabalt joosta. Kuid esisillas on siiski (kuul)diferentsiaal.
Peamine puudus on, et sa kaotad esirataste pidurdamise. Hea pidamisega rajal, kus pole vaja palju pidurdada, ei ole see probleemiks. See on aga puuduseks madala ja keskmise pidamisega radadel, see võib põhjustada spinne paljast piduri puudutamisest. Ühesuunasiduri peamine eelis on suurem kurviläbimise kiirus. See fakt, et esirattad saavad vabalt veereda, lubab autol kurvi läbida palju väiksema rehvilibisemisega, võimaldades suuremat kurvikiirust.
Mõnedel autodel on reguleeritav ühesuunasidur, millel saab reguleerida ühesuunalaagrile mõjuvat hõõrdumist. See on väga kasulik seade: see võimaldab reguleerida esimeste pidurite võimsust nullist kuni 100%-ni. Kui keerad reguleerimismutri kinni ja lukustad sellega ühesuunalaagri, võid pidurid põhja lüüa, auto pidurdab väga tugevalt, nii et esirattad libisevad kurvist välja, tehes auto mingil määral alajuhitavaks. Kui keerad reguleerimismutrit lahti, teeb suurema töö (või kõik) pidurdamisel ära   tagasild. Auto pöörab palju paremini ja kurvikiirused on suuremad.

6.2.3 Ühesuunaline esidiferentsiaal


Ühesuunaline diferentsiaal sisaldab kaks ühesuunalaagrit: üks kummalegi rattale. Töötab nagu kuuldiferentsiaal, kuid ainult edasisuunas: esirattad saavad pöörelda kiiremini, kui tagumised, kuid mitte aeglasemalt. Seega gaas-maas käitub ta enamvähem samuti, kui lahtine ühesuunasidur, kuid gaas-peal (kurvist välja kiirendades) teeb see auto palju stabiilsemaks ja annab rohkem ning ühtlasemat esiotsa pidamist. Seda sellepärast, et sisemine esiratas ei saa "tühjaks käia". Esipidamine püsib väga ühtlane, ükskõik kui palju jõudu sa talle annad. Teine vahe on selles, et gaas-maas ei ole esisillas enam diferentsiaali, lihtsalt vabajooks. Seega vahe lahtise ühesuunasiduri ja ühesuunadiferentsiaali vahel on see, et ühesuunasiduriga mõjub kurvi sisse keerates ikka väike diferentsiaalihõõrdumine. See võib teha shikaanid ja rasked teravad kurvid veidi kergemini sõidetavaks. Negatiivselt poolelt, sa kaotad ühesuunadiferentsiaali magusa tunde kiirendamisel. Ei ole head ilma halvata.
Seega, ühesuunadiferentsiaaliga saavutad esirattapidurite kadumise, diferentsiaali hõõrdetakistuse kadumise pööramisel, suurema kurvikiiruse ja suurepärase kiirenduse kurvist välja. Tõeliselt hea pidamisega, suurtel, sujuvatel, avatud radadel pead ühesuunadiferentsiaali kasutama, et olla konkurentsivõimeline.

6.2.4 TORSEN diferentsiaalid

TORSEN tuleb sõnadest TORque SENsing, mis tähendab "momenditundlik". Torsen diferentsiaal "tunneb", kuhu moment läheb ja lukustub, kui üks ratas on palju kiirem kui teine. See põhineb faktil, et tiguratas saab vedada tavalist hammasratast, kuid mitte vastupidi. Nii et kui üks ratas (tavaliselt sisemine) kaotab pidamise ja tahab "tühjalt käia", tunneb diferentsiaal seda ja saadab suurema osa momenti teisele rattale. See võimaldab jõudu tõeliselt hästi maha panna, ilma et rattad libiseksid. Torsen diferentsiaale kasutatakse tihti 1/8 mõõdus sisepõlemismootoriga bagide kesk ja/või esidiferentsiaalidena. Neil on ilmselgelt jõudu piisavalt, nii et nad ei hooli pöörleva massi kasvamisest.

6.2.5 Hammasratasdiferentsiaalid


Hammasratasdiferentsiaalid on natuke vähemkeerukad, kui kuuldiferentsiaalid, kuid nad kannatavad rohkem jõudu. Nad on palju raskemad ja vajavad erineva viskoossusega silikoonõli või määret reguleerimiseks. Mis seadistust puudutab, siis kehtivad samad põhimõtted nagu kuuldiferentsiaali kohta.

6.2.5 Jäigad teljed

Jäik telg ehk spool on nagu täiesti lukus diferentsiaal ilma liikuvate osadeta. See tähendab, et ta on superjäik, kerge ja lihtne seadistada. Kuid, diferentseeriv toime puudub täielikult, seega kaotab ta kurvis palju kiirust rehvide hõõrdumise tõttu. Jäik esisild teeb auto kurvi sissepööramise väga raskeks, kuid annab stabiilsust kiirendamisel ja aeglustamisel. Jäik tagasild annab palju pööramist.
Jäigad tagasillad on tavaline 1/8 sisepõlemismootoriga rajaautodel. Need kasutavad väga laiu poorkummist rehve ja võimsaid mootoreid, nii et väike rehvilibisemine kurvis ei ole neile midagi hullu.

6.2.6 Viskosidurid

Viskosidurid, nagu Losi Hydra Drive ja Schumacher Visco drive on lisad tavalisele liugsidurile. Need vähendavad haakimist ja annavad sidurile sujuvama, pehmema tunde. Kasu on lihtne: ühtlasem pidamine konarlikel lõikudel. Puuduseks on arvestatav kaalulisa.