Когда вы стоите на небольшом расстоянии лицом к вашему автомобилю, хорошо заметна позиция колес – иногда они стоят ровно, иногда занимают бойцовскую стойку с упором на нижнюю часть – «да кто ты вообще, чтобы мной управлять» или наоборот, их стойка сужена книзу, вверху расставлены уши – «о чем это он/она говорит». Вполне возможно, от постановки колес автомобиля зависит комфортное движение вашего автомобиля. На языке специалистов углы установки колес на осях называются:
- развал, измеряется в градусах. Это отклонение колеса в сторону от вертикали, если смотреть на автомобиль спереди.
- кастор (продольный угол наклона оси поворота): наклон относительно линии поворота колес, проходящей через верхнюю и нижнюю точки поворота, если смотреть на автомобиль сбоку.
- схождение: разница расстояний между передними краями шин двух колес оси и их задними краями.
Текстовое описание сразу становится понятным при взгляде на картинку ниже:
Какое положение колес наиболее оптимально для выполнения задач автомобиля – сохраняет заданную долговечность эксплуатации автошины, динамику ходовой части, и насколько эти параметры зависят от постановки колес относительно осей и дорожного полотна, рассмотрим сегодня в нашей статье о развале сходе, угле установки колес.
Зачем нужен развал колес и какой угол лучше
Производители предусматривают различные углы установки колес для марок автомобилей, с расчетом на получение заданных параметров управления. Угол развала (camber) обозначает угол между вертикалью и наклоном колеса к дорожному покрытию.
Зачем нужен развал?
В положении с нулевым развалом колеса показывают хорошую курсовую устойчивость, отличные эксплуатационные качества на ровной прямой дороге. Но так как ездить только по прямым и ровным дорогам приходится нечасто, конструкторы проектируют подвеску ближе к реальным нагрузкам. Долгое время предпочтение отдавалось положительному развалу.
При положительном развале верхняя часть колес наклонена наружу (угол наклона имеет положительное значение).
Есть версия, что таким образом компенсируется смещение колес под нагрузкой, когда угол развала уменьшается. Чтобы сохранить сцепление колеса с дорожным покрытием и не увеличивать износ шины, угол установки колес разваливали в положительную сторону. Кроме того, дорожное покрытие априори является выпуклой конструкцией, поэтому колесу придают небольшой угол развала для сохранения вертикального положения.
При отрицательном развале, наоборот, нижняя часть колес расположена шире, чем верхняя (отрицательный угол наклона).
Это улучшает управляемость автомобиля, придает ему устойчивость в прохождении поворотов. Отрицательный развал усиливает сцепление с поверхностью благодаря широкому пятну контакта. Это явление давно известно и эффективно применяется в автогоночном спорте – мы видим отрицательные развалы на всех болидах. Однако цели создания спортивных автомобилей отличаются от серийных, выполняющих утилитарные задачи. При отрицательном развале уменьшается пятно контакта, теряется показатель разгона и торможения.
Чтобы найти оптимальный угол развала для максимального количества режимов движения, конструкторам необходимо учесть смещения частей ходовой и смоделировать адекватную реакцию подвески, создающую комфорт движения и обеспечивающую техническую надежность транспортного средства.
На что влияет схождение
Ориентация колес относительно продольной оси автомобиля (toe) состоит из суммы углов двух колес, поэтому схождение может быть индивидуальным или суммарным. Схождение измеряется в градусах углов, или в миллиметрах расстояния между ободами колес в их центральном сечении. Если плоскости вращения колес пересекаются впереди автомобиля, схождение положительное, если сзади – отрицательное.
Читайте также: Разные шины на разные оси
Необходимость схождения вызвана несколькими факторами, влияющими на динамические свойства колеса:
Свободное качение колеса встречает силу продольного сопротивления, для ее компенсации необходимое противодействие оказывает схождение колес, установленное под рассчитанным углом. Если колесо управляется дополнительной силой (имеется в виду, посредством руля), возникает разворачивающий момент, сила которого зависит от расположения оси поворота, и опосредованно влияет на изменение схождения колеса в движении. В зависимости от плеча обкатки, разворачивающий момент может либо усиливать расхождение колес, либо противодействовать ему.
Без учета крутящего момента, выставив колеса на нейтральное схождение, получим в динамике расходящееся схождение, что влечет за собой неуверенную управляемость, пилообразный износ шины, повышенный расход топлива. Для уменьшения таких последствий используют положительное схождение – как компенсирующее усилие отрицательного схождения. Но и в нем есть свои плюсы – руль становится более чувствительным, реагирует на малейшее движение водителя.
Оптимальное схождение находится практическим путем в балансе между положительным и отрицательным, в сочетании с углами развала.
Почему важен кастор
Продольный угол наклона оси (castor) – угол между осью поворота и вертикальной осью при наблюдении автомобиля сбоку. Кастор положительный, если линия наклона направлена к кабине автомобиля, отрицательный – если к кузову.
Основная задача кастора – стабилизация колес автомобиля, находящегося в движении.
Под стабилизацией понимается управляемость колес в разных положениях при движении на скорости и возможность возврата к первоначальному положению после их завершения.
Правильно выполненная стабилизация делает участие водителя в управлении колесами минимальным, автомобиль может держать курс даже с отпущенным рулем управления. Если автомобиль входит в поворот, водителю приходится преодолевать сопротивление колес, тогда как на выходе из поворота стабилизация способствует выходу, и возвращает колеса в нейтральное положение. В результате водитель получает информацию о проведении маневра, называемое водителями и специалистами «чувство управления рулем». Благодаря положительному кастору, попадая в боковой порыв ветра, автомобиль плавно уходит под ветер.
В современных автомобилях угол положительного кастора находится в диапазоне от 0о до 10о.
Кастор устраняет возможность изменения траектории движения под влиянием боковой силы, увеличивая продольный угол наклона в положительную сторону. При этом увеличиваются нагрузки на усилитель и детали механизма рулевого управления. Особенностью воздействия кастора является его возможность стабилизировать положение автомобиля на высоких скоростях, тогда как при маневрировании влияние кастора является столь незначительным, что его показателем можно пренебречь.
Во времена, когда усиление руля не применялось в системе управления, было актуальным отрицательное значение кастора. В технологии управления автомобилем стабилизирующий момент создавался с помощью диагональной конструкции шины (которые в настоящее время мало используются). В целом кастор не оказывает влияния на эксплуатационные характеристики шины.
Поперечный угол наклона оси поворота (SAI)
На малых скоростях роль стабилизирующего фактора выполняет воздействие веса автомобиля на управляемое колесо. Стабилизация с помощью веса работает постоянно, через поперечную ось автомобиля при крене на повороте. На низких скоростях весовой стабилизации достаточно, с увеличением скорости движения происходит автоматическое подключение в работу кастора.
Поперечный угол наклона оси поворота (Steering Axis Inclination) – угол между осью и вертикалью при фронтальном наблюдении – зависит от угла развала.
Отклонение параметров SAI от нормы может означать смещение координат подвески, которые задают положение оси поворота, его причины следует искать в параметрах подвески передних колес, развале и сходе.
Поперечный угол связан с величиной плеча обкатки – положение пятна контакта по отношению к оси поворота. Плечо обкатки положительное, если ось попадает на внутреннюю часть протектора, и отрицательное, если на внешнюю.
Плечо обкатки регулирует динамику автомобиля при боковом движении, если ее не удается отрегулировать с помощью кастора и развала.
Регулировка углов установки колес
Для некоторых автовладельцев становится открытием, что регулировку углов установки колес необходимо проводить регулярно, и поводов для этого больше, чем покупка нового колеса. Это делают после каждых 30 000 км пробега, после каждого попадания в яму, любого другого дорожного происшествия, связанного с работой подвески, при замене рулевой рейки, рулевых тяг или наконечников, передних амортизаторов, поворотных кулаков, если они влияют на сход-развал. Обязательно, если руль стоит криво при прямолинейном движении.
Из-за неправильного схода-развала снижается управляемость, автомобиль становится нервным, удерживать его устойчивый курс сложно.
Это приводит к преждевременному износу резины и повышенному расходу топлива. Но прежде чем отправляться на СТО для регулировки углов развала схождения, сделайте диагностику и замените изношенные детали подвески.
Самостоятельная регулировка схода-развала и кастора часто выполняется с непониманием их взаимозависимости, влияния на динамические характеристики ходовой, долговечность покрышек и экономику автомобиля. По этой причине производители стараются установить допустимые диапазоны регулирования углов установки колес, при которых движение данной модели автомобиля будет оптимальным. Таким образом, исключается необходимость инженерных расчетов для сервисного персонала СТО.
Изменение углов установки колес пока не описывается математическими формулами или компьютерными программами. Заложенные исходные данные конструкции автомобиля, среди которых:
- расположение привода,
- максимальная снаряженная масса,
- максимальная и обычная скорость автомобиля,
- скорость разгона,
- длина торможения и другие —
не дают возможности рассчитать оптимальные значения величины схождения, развала, кастора из-за изменений параметров движения в разных режимах эксплуатации. Выбор критерия их оптимизации также является вопросом обсуждения, в зависимости от назначения и поставленных задач для определенного типа автомобиля.
Оптимизация углов установки колес рассчитывается проектировщиками в ходе повторяемой последовательности действий. Начинают с расчета положения колес в различных условиях движения, анализа изменения технических параметров при изменениях ориентации колес, доводкой показателей на практике, в ходе тестов и испытаний. Порядок оптимизации примерно следующий:
1.Математический расчет простой конструкции подвески
2.Расчет многозвенной конструкции с помощью алгоритма
3.Анализ изменений технических характеристик автомобиля (устойчивости, управляемости, скорости, износа шин и т.п.) в зависимости от углов установки колес.
4.Тестирование полученных результатов на практике в специальных режимах движения (по прямой, по кругу, в повороте и т.п.), фиксация показателей (скорость, температура протектора, усилия в разных точках подвески, руля и осей)
5.Выбор оптимальных параметров подвески для модели автомобиля и передача расчетных параметров проекта в производство.
На основании этих сложных расчетов, испытаний и множества целевых проверок автомобиль становится безопасным и эффективным средством для перевозок грузов и передвижения людей.
Заключение
В попытке разобраться в зависимостях углов развала и схождения, влиянии поперечных осей и продольных усилий на выполнение поворотов при разных скоростях бокового ветра и автомобиля, мы поняли, насколько сложна работа инженеров, конструкторов деталей машин – на них ответственность за проектирование моделей, за нашу безопасность и комфорт в автотранспорте, будь это легковой автомобиль или мощный грузовик.
Итак, развал, схождение, кастор и другие углы установки колес важны для автомобиля, потому что регулируют управляемость автомобиля.
Регулировкой углов схождения и развала можно устранить следующие проблемы движения:
- автомобиль уходит в сторону на прямой ровной дороге,
- рулевое колесо не возвращается самостоятельно в околонулевое положение,
- рулевое колесо остается повернутым при движении автомобиля по прямой,
- при входе в поворот на большой скорости автомобиль заносит,
Делают это на испытательном стенде обслуживания автомобилей. СТО используют базу данных всех углов наклона по всем существующим маркам и моделям автомобилей, выполняют регулировку с большой точностью и в соответствии с требованиями производителя. В результате автомобиль приобретает уверенную управляемость на любых дорожных покрытиях.
Более того, оптимизация схода, развала и правильного угла кастора:
- не только стремятся к максимальному комфорту водителя и пассажиров, но и минимизируют износ автомобиля;
- сохраняют рабочие характеристики шин, уменьшают их износ, увеличивают срок службы;
- экономят топливо в результате оптимизации траектории движения автомобиля;
- устраняют проблемы с управляемостью и устойчивостью, а значит, улучшают безопасность автомобиля.
Регулярный контроль схода-развала, техническое соответствие параметров ходовой части с подвеской и показателями экономики автомобиля – те действия, благодаря которым водитель, автовладелец и конструктор становятся одной командой, работающей над красотой, комфортом и безопасностью современных моделей автомобилей. От идеи до расчета, от испытаний до эксплуатации, пусть каждое действие команды ведет к гармоничному результату!
