Subviraje y sobreviraje son términos de dinámica del vehículo que se utilizan para describir la sensibilidad del vehículo a los cambios en el ángulo de dirección asociados con cambios en la aceleración lateral. Esta sensibilidad está definida para una carretera nivelada para una determinada condición de funcionamiento en estado estable por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) en el documento J670 [1] y por la Organización Internacional de Normalización (ISO) en el documento 8855. [2] Si el vehículo El subviraje o sobreviraje depende de la tasa de cambio del ángulo de subviraje. El ángulo de subviraje es la cantidad de dirección adicional (en las ruedas de la carretera, no en el volante) que se debe agregar en cualquier maniobra determinada en estado estable más allá del ángulo de dirección de Ackermann. El ángulo de dirección de Ackermann es el ángulo de dirección con el que el vehículo viajaría en una curva cuando no se requiere aceleración lateral (a una velocidad insignificante).
El gradiente de subviraje (U) es la tasa de cambio del ángulo de subviraje con respecto a la aceleración lateral en una carretera nivelada para una determinada condición de funcionamiento en estado estable.
El vehículo tiene subviraje si la pendiente de subviraje es positiva, sobreviraje si la pendiente de subviraje es negativa y dirección neutral si la pendiente de subviraje es cero.
Los entusiastas de los automóviles y los deportes de motor suelen utilizar la terminología de manera informal en revistas y blogs para describir la respuesta del vehículo a la dirección en una variedad de maniobras.
Se pueden utilizar varias pruebas para determinar la pendiente de subviraje: radio constante (repetir las pruebas a diferentes velocidades), velocidad constante (repetir las pruebas con diferentes ángulos de dirección) o dirección constante (repetir las pruebas a diferentes velocidades). ISO proporciona descripciones formales de estos tres tipos de pruebas. [3] Gillespie entra en detalles sobre dos de los métodos de medición. [4]
Los resultados dependen del tipo de prueba, por lo que simplemente dar un valor en grados/g no es suficiente; también es necesario indicar el tipo de procedimiento utilizado para medir el gradiente.
Los vehículos son sistemas inherentemente no lineales y es normal que U varíe a lo largo del rango de prueba. Es posible que un vehículo muestre subviraje en algunas condiciones y sobreviraje en otras. Por lo tanto, es necesario especificar la velocidad y la aceleración lateral siempre que se informen características de subviraje/sobreviraje.
Muchas propiedades del vehículo afectan el gradiente de subviraje, incluida la rigidez de los neumáticos en las curvas, el empuje de la inclinación , la dirección de cumplimiento de la fuerza lateral , el par autoalineante , la transferencia lateral de peso y el cumplimiento del sistema de dirección. La distribución del peso afecta a la fuerza normal sobre cada neumático y por tanto a su agarre. Estas contribuciones individuales pueden identificarse analíticamente o mediante medición en un análisis de Bundorf .
Se debe tener mucho cuidado para evitar confundir el comportamiento de subviraje/sobreviraje con el comportamiento límite de un vehículo. La física es muy diferente. Tienen diferentes implicaciones de manejo y diferentes causas. El primero se ocupa de los efectos de distorsión de los neumáticos debido al deslizamiento y los ángulos de caída a medida que se alcanzan niveles crecientes de aceleración lateral. Este último se refiere al caso de fricción límite en el que las ruedas delanteras o traseras se saturan primero. Es mejor utilizar los términos descriptivos de los pilotos de carreras "empujar (arar) y soltar (girar)" para el comportamiento límite, de modo que estos conceptos no se confundan. [5]
Si bien gran parte de este artículo se centra en la medición empírica de la pendiente de subviraje, esta sección se concentra en el desempeño en carretera.
Empujar (arar) normalmente puede entenderse como una condición en la que, al tomar una curva, los neumáticos delanteros se saturan (incapaces de producir fuerza de tracción adicional) antes que los traseros. Dado que los neumáticos delanteros no pueden proporcionar ninguna fuerza lateral adicional y los neumáticos traseros sí, la parte delantera del vehículo debe seguir una trayectoria de mayor radio que la trasera.
Lo contrario ocurre si los neumáticos traseros se saturan antes que los delanteros. Los neumáticos delanteros seguirán proporcionando la fuerza lateral necesaria para mantener la parte delantera del vehículo en la trayectoria deseada. En cambio, los neumáticos traseros deben seguir una trayectoria con un radio mayor. El resultado es que los neumáticos traseros se balancearán hacia afuera en relación con la parte delantera del vehículo. Esto hace girar el vehículo hacia el interior de la curva. Si no se cambia el ángulo de dirección (es decir, el volante permanece en la misma posición), las ruedas delanteras trazarán un círculo cada vez más pequeño mientras que las ruedas traseras continúan girando alrededor de la parte delantera del automóvil. Esto es lo que sucede cuando un coche "patina". Un automóvil susceptible de estar suelto a veces se conoce como "cola feliz", como en la forma en que un perro mueve la cola cuando está feliz y un problema común es la cola de pez .
En la conducción en el mundo real (donde tanto la velocidad como el radio de giro pueden cambiar constantemente), varios factores adicionales afectan la distribución de la tracción y la tendencia a girar o girar. Estos se pueden dividir principalmente en cosas que afectan la distribución del peso de los neumáticos y cargas de fricción adicionales aplicadas a cada neumático.
La distribución de carga normal (vertical) de un vehículo en estado estable afectará el manejo. Si el centro de masa se mueve hacia adelante, la pendiente de subviraje tiende a aumentar debido a la sensibilidad a la carga de los neumáticos . Cuando el centro de masa se mueve hacia atrás, la pendiente de subviraje tiende a disminuir. La transferencia de carga longitudinal es proporcional a la magnitud de la aceleración longitudinal y la altura del centro de masa. Al frenar, se aplica una carga normal adicional a la rueda delantera y se elimina una magnitud igual de carga normal de los neumáticos traseros. La carga normal sobre el neumático y el coeficiente de fricción determinan la fuerza de tracción máxima que se puede generar. Al acelerar, parte de la carga normal se transfiere a la parte trasera desde el frente, lo que cambia la tracción máxima que se puede lograr en el extremo ocho. En casos extremos, los neumáticos delanteros pueden levantarse completamente del suelo, lo que significa que no se puede transferir ningún movimiento de dirección a el suelo en absoluto.
Los neumáticos transmiten fuerzas laterales y longitudinales al suelo. la fuerza de tracción total es la suma vectorial de las fuerzas laterales y longitudinales. Si la fuerza de tracción resultante deseada requerida en cualquier condición de operación excede la fuerza de tracción disponible del neumático (una función de la fuerza normal y el coeficiente de fricción), entonces el neumático está saturado.
Si bien la distribución del peso y la geometría de la suspensión tienen el mayor efecto en el gradiente de subviraje medido en una prueba de estado estable, la distribución de potencia, la tendencia de los frenos y la transferencia de peso delantera-trasera también afectarán qué ruedas pierden tracción primero en muchos escenarios del mundo real.
Cuando un vehículo con subviraje se lleva al límite de agarre de los neumáticos, donde ya no es posible aumentar la aceleración lateral, el vehículo seguirá una trayectoria con un radio mayor al previsto. Aunque el vehículo no puede aumentar la aceleración lateral, es dinámicamente estable.
Cuando un vehículo con sobreviraje se lleva al límite de agarre de los neumáticos, se vuelve dinámicamente inestable con tendencia a patinar . Aunque el vehículo es inestable en control de circuito abierto, un conductor experto puede mantener el control más allá del punto de inestabilidad con contraviraje y/o uso correcto del acelerador o incluso de los frenos; Esto se hace intencionadamente en el deporte del drifting .
Si un vehículo con tracción trasera tiene suficiente potencia para hacer girar las ruedas traseras, puede iniciar un sobreviraje en cualquier momento enviando suficiente potencia del motor a las ruedas para que comiencen a girar. Una vez que se rompe la tracción, tienen relativa libertad para oscilar lateralmente. Bajo carga de frenado, los frenos delanteros suelen realizar más trabajo. Si esta tendencia hacia adelante es demasiado grande, los neumáticos delanteros pueden perder tracción y provocar subviraje.
El gradiente de subviraje es una de las principales medidas para caracterizar el comportamiento en curvas en estado estable. Está involucrado en otras propiedades como la velocidad característica (la velocidad para un vehículo con subviraje donde el ángulo de dirección necesario para realizar un giro es el doble del ángulo de Ackermann), ganancia de aceleración lateral (g/grados), ganancia de velocidad de guiñada (1/s). y velocidad crítica (la velocidad a la que un vehículo sobrevirador tiene una ganancia de aceleración lateral infinita).