NEUMÁTICOS DE CARRERAS: FUERZA LATERAL

Fuerza lateral

Las llantas o neumáticos son de un material de goma, que permite la fricción en la pista a la hora de competir. La función principal de los neumáticos es dar velocidad y dirección a los autos de carreras.

Aquellos neumáticos son componentes de goma que tienen contacto directo con la pista toda la carrera. Estos pequeños componentes de goma son la única forma en que el conductor tiene para corroborar de que el coche permanezca en la dirección deseada.

El movimiento lateral que realizan los autos en la pista con los neumáticos da lugar a una fuerza elástica. Esta fuerza, llamada fuerza de giro o fuerza lateral, es perpendicular a la dirección hacia la cual apunta la rueda y ocurre en el centro del parche de contacto del neumático.

La relación entre la fuerza lateral y el ángulo de deslizamiento es recíproca: la fuerza lateral puede pensarse como resultado del ángulo de deslizamiento y el ángulo de deslizamiento como resultado de la fuerza lateral. La fuerza de giro puede pensarse como la capacidad del neumático para resistir el deslizamiento hacia un lado cuando está en una esquina.

El movimiento de la fuerza lateral aumentará con el ángulo de desplazamiento, y ambas crecerán al bajar el radio de giro o al aumentar la velocidad lineal del vehículo (ambas condiciones representan un crecimiento en la aceleración lateral). A medida que aumenta el ángulo de deslizamiento, comienza a producirse cierto deslizamiento en la banda de rodadura del neumático. Si el ángulo de deslizamiento aumenta aún más, eventualmente el neumático se “soltará” y se producirá deslizamiento en todo el parche de contacto.

Los tres tipos de comportamiento de los neumáticos en una esquina, a saber, sin deslizamiento, algunos deslizantes y deslizamientos totales en el parche de contacto, se denominan elasticidad, transición y fricción.Rangos de funcionamiento del neumático, respectivamente. Cuando está en el rango de fricción, la fricción deslizante entre el neumático y la pista es la única fuerza de giro presente, y ya no es causada por la distorsión de la banda de rodadura.

El pico de la curva determinará cuánta fuerza lateral puede producir un neumático. Esta fuerza se llama límite de adherencia.. Después de alcanzar este límite, la fuerza lateral disminuirá, y esto se transmitirá al conductor como una ligera sensación en el volante, lo que indica que se ha superado el límite de adherencia. La forma de la curva determina cómo se comportará el automóvil en situaciones de alta aceleración y límite de agarre. Si la curva tiene una parte superior aguda, indica un cambio abrupto de la transición a un patín, con poca advertencia al conductor. Las curvas con parte superior casi plana indican una transición más suave, lo que advierte mucho más sobre la situación de agarre de los neumáticos. Desafortunadamente, los neumáticos con mayor capacidad de fuerza lateral (es decir, los neumáticos de carrera) son los que tienen una transición más abrupta del agarre al deslizamiento, por lo que el piloto de carreras tiene que aprender a leer eso de su sistema de dirección.

Un hecho interesante sobre los neumáticos que operan con un gran ángulo de deslizamiento, es que tienen una resistencia significativa al movimiento hacia adelante, y esta resistencia aumenta con el ángulo de deslizamiento. Por lo tanto, si no se aplica potencia durante tal situación, el auto de carrera se desacelerará, al igual que pisar los frenos. La técnica de utilizar ángulos de deslizamiento altos para desacelerar el automóvil se conoce como velocidad de fregado . Esto permite que el conductor disminuya la velocidad sin utilizar realmente los frenos, al lanzar el auto muy fuerte en una esquina, generando altos ángulos de deslizamiento.

Los neumáticos

Los neumáticos de carreras son considerados los mejores amigos del conductor, como dijo una vez el legendario piloto de carreras Carroll Smith.

Deflexión lateral y ángulo de deslizamiento

Cuando el conductor gira el volante, el automóvil inicia la negociación de la esquina. Poco después de que esto suceda, la inercia del automóvil genera una fuerza centrífuga o inercial que empuja al automóvil a salir de la esquina. Esta fuerza (que no es una fuerza real, sino una fuerza aparente, ya que surge solo debido a los efectos de inercia) también se transmite a los neumáticos, lo que provoca una desviación lateral en ellos

La deflexión lateral ocurre por dos razones: primero, el neumático tiene una torsión elástica, es decir, la parte del neumático que está en contacto con la carretera (llamada parche de contacto) no girará tanto como el resto del neumático (por rotación, Me refiero a la rotación de la dirección de las ruedas, sobre el eje vertical). Dado que el neumático es elástico, los puntos en el neumático cerca del parche de contacto también tendrán una desviación lateral.

Una vez que el neumático está rodando, las partículas que formarán parte del parche de contacto se renovarán constantemente, experimentando una desviación lateral al pasar a través del borde delantero del parche de contacto, su centro y su borde posterior. Por otro lado, las partículas están unidas entre sí, y debido a eso, la deformación comienza antes de que la partícula alcance el borde delantero del parche de contacto, y termina después de que la goma pase el parche de contacto. La Figura 3 muestra la deformación que tiene lugar antes, durante y después de que la partícula toque la pista.

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La segunda razón por la que ocurre la desviación lateral es porque el agarre entre el neumático y la pista evita que el neumático se deslice hacia los lados cuando la fuerza de inercia que empuja el neumático hacia afuera está presente en la esquina.

Esta combinación de efectos hace que el neumático se desplace en una dirección diferente a la que apuntan las ruedas. Piense en ello como el siguiente ejemplo: si camina en línea recta, pero con cada paso que mueva sus pies unos centímetros hacia el lado, el camino que harán sus pies estará en un ángulo con la dirección hacia la que está mirando. Lo mismo ocurre con las partículas en el parche de contacto del neumático.

El ángulo entre la trayectoria del neumático y la dirección de orientación de la rueda se denomina ángulo de deslizamientoy es de fundamental importancia para el conocimiento de cómo funciona un auto de carrera durante una curva.

Es importante tener en cuenta que no se produce deslizamiento entre el neumático y la pista, lo que hace que el término “ángulo de deslizamiento” sea un nombre poco apropiado. Sin embargo, este es el nombre utilizado en la mayoría de (probablemente en toda) la literatura sobre neumáticos, dinámica de vehículos y dinámica de autos de carrera, y se usará aquí también.

Generación de fricción

La generación de fuerza lateral, la cual existe debido a la “fricción” entre el neumático y la pista depende en gran medida de la carga vertical, pero también del ancho, el tamaño y la presión del neumático, que están claramente relacionados con el área de contacto entre la banda de rodadura del neumático. y el camino. Mencionado lo anterior, usaré los términos “fricción” o “agarre” que se refieren a la fuerza que surge en la interfaz del neumático con la pista.

Las fuerzas generadas en la interfaz de la pista del neumático surgen principalmente debido a dos mecanismos: la adhesión y la histéresis. La adhesión se eleva desde la unión intermolecular entre el caucho del neumático y el agregado en la superficie de la pista. Es el más grande de los componentes en una superficie de pista seca, pero se reduce significativamente en condiciones de pista húmeda, por lo tanto, la reducción de agarre en condiciones de lluvia.

Para explicar cómo la histéresis aumenta el agarre entre el neumático y la pista, primero aclararé qué es la histéresis. En términos de neumáticos, la histéresis es la tendencia de la goma a tener un retorno retrasado al estado natural después de sufrir una deformación. ¿Confuso? Un poco. Aclaremos un poco más las cosas: si presiona la uña contra la banda de rodadura del neumático de histéresis de baja especificación de calle, la goma volverá rápidamente a su estado natural. Haga lo mismo con el neumático de histéresis de alta especificación de carrera y la marca permanecerá allí durante unos segundos, volviendo mucho más lento.

Sensibilidad de carga

Para aclarar un poco las cosas, definamos el coeficiente de fuerza lateral . Esto es análogo al coeficiente de fricción para la fricción. En definitiva, es solo una forma de normalizar (o no dimensionalizar) la fuerza lateral. La definición matemática es la siguiente:

Donde LFC es el coeficiente de fuerza lateral, Fy es la fuerza lateral y Fz es la carga vertical sobre el neumático. Ahora, si se prueba un neumático para obtener la curva de fuerza lateral contra ángulo de deslizamiento con varias cargas verticales, el resultado es algo como en la figura 6.

Es posible obtener conclusiones importantes sobre el comportamiento de un par de neumáticos que actúan paralelos entre sí, como en los ejes delantero o trasero. Bajo las aceleraciones laterales, habrá una transferencia de carga en el eje desde el neumático interior al exterior.

La carga vertical general sobre el eje seguirá siendo la misma, sin embargo, la fuerza lateral total generada por el eje será menor que si no hubiera ocurrido una transferencia de carga lateral.