Назовите параметры установки управляемых колес автомобиля

Параметры установки управляемых колёс

Рассмотрим переднюю подвеску автомобиля.
В связи с её конструктивными особенностями (например, такими, как размещение внутри колёс тормозного механизма и части деталей подвески), плоскость вращения колеса и ось его поворота в большинстве случаев не совпадают и оказываются на определённом расстоянии друг от друга. Это расстояние, измеренное на уровне поверхности земли, и называется плечом обката (обкатки).

Таким образом, плечо обката (Scrub Radius) — это расстояние по прямой между точкой, в которой ось поворота колеса пересекается с дорожным полотном, и центром пятна контакта колеса и дороги (в ненагруженном состоянии автомобиля). При повороте колесо «обкатывается» вокруг оси своего поворота по этому радиусу.
Оно может быть нулевым, положительным и отрицательным (все три случая показаны на иллюстрации).

В течение десятилетий на большинстве автомобилей использовались сравнительно большие положительные значения плеча обката. Это позволяло уменьшить усилие на рулевом колесе при парковке по сравнению с нулевым плечом обката (потому что колесо катится при повороте руля, а не просто проворачивается на месте) и освободить место в подкапотном пространстве за счёт выноса колёс «наружу».

Однако со временем стало ясно, что положительное плечо обката может быть опасным — например, при наезде колёс одного борта на участок обочины, имеющий отличный от основной дороги коэффициент сцепления, отказе тормозов одной стороны, проколе одной из шин или нарушении регулировки руль начинает сильно «рваться из рук». Этот же эффект наблюдается при большом положительном плече обката и при проезде любой неровности на дороге, но плечо всё же делали достаточно малым, чтобы при нормальном вождении он оставался малозаметен.

Начиная с семидесятых-восьмидесятых годов, по мере увеличения скоростей движения автомобилей, и в особенности — с распространением подвески типа «Макферсон», легко допускающей это с технической стороны, стали массово появляться автомобили с нулевым или даже отрицательным плечом обката. Это позволяет минимизировать описанные выше опасные эффекты.

Citroёn ещё на модели DS 1956 года применил оригинальную конструкцию передней подвески, в которой ось поворота колеса лежала на центральной плоскости его вращения, что стало возможным благодаря исключительно компактной ступице, вместе с шаровыми шарнирами полностью разместившейся внутри имевшего большой вылет колеса, и выносу тормозных механизмов к главной передаче. Соответственно, плечо обкатки оказалось равно нулю. Однако распространения эта конструкция не получила.

Отрицательное плечо обката впервые было применено в 1966 году на американских Oldsmobil Toronado и Cadillac Eldorado. В 1972 году на Audi 80 большое (—18 мм) отрицательное плечо обката было дополнено диагональной схемой разделения тормозных контуров, которая позволила повысить эффективность торможения в случае выхода из строя одного из контуров системы (при положительном плече обката машина с такой тормозной системой при выходе из строя одного из контуров становилась бы при торможении неустойчивой). Впоследствии оба конструктивных решения стали применяться массово.[2]

Например, на «классических» моделях ВАЗ плечо обката было большим положительным, на «Ниве» ВАЗ-2121 благодаря более компактному тормозному механизму с плавающей скобой его уменьшили почти до нуля (24 мм), а на переднеприводном семействе LADA Samara — плечо обката стало уже отрицательным. Mercedes-Benz как правило предпочитал на своих заднеприводных моделях иметь нулевое плечо обкатки.

Плечо обката определяется не только конструкцией подвески, но и параметрами колёс. Поэтому при подборе незаводских «дисков» (по принятой в технической литературе терминологии эта часть именуется «колесо» и состоит из центральной части — диска и внешней, на которую сажается шина — обода) для автомобиля следует соблюдать указанные заводом-изготовителем допустимые параметры, особенно — вылет, так как при установке колёс с неправильно подобранным вылетом плечо обката может сильно измениться, что весьма существенно сказывается на управляемости и безопасности автомобиля, а также на долговечности его деталей.

Например, при установке колёс с нулевым или отрицательным вылетом при предусмотренном с завода положительном (к примеру, слишком широких) плоскость вращения колеса сдвигается наружу от не меняющейся при этом оси поворота колеса, и плечо обката может приобрести излишне большое положительное значение — руль при этом начинает «рваться из рук» на каждой неровности дороги, усилие на нём при парковке превышает все допустимые величины (из-за увеличения плеча рычага по сравнению со штатным вылетом), а износ ступичных подшипников и других компонентов подвески существенно увеличивается.

Развал и схождение.

Развал — угол наклона плоскости вращения колеса, взятый между ней и вертикалью. Считается положительным, если верхняя часть колеса наклонена наружу, и отрицательным — если внутрь.

В большинстве случаев под «развалом» понимают статический развал управляемых колёс, задаваемый при техническом обслуживании автомобиля.

Основное назначение статического развала управляемых колёс — уменьшать передачу на руль их движения, возникающего вследствие наезда на мелкие неровности покрытия. Вместо того, чтобы передаваться через рулевую трапецию на руль, благодаря развалу они гасятся за счёт упругости покрышек, что снижает количество корректирующих движений руля и, соответственно, утомляемость водителя. Кроме того, развал обеспечивает максимальный контакт протектора шины с поверхностью дороги при движении автомобиля и устойчивость на поворотах, влияя, следовательно, на устойчивость и управляемость, а также влияет на интенсивность и характер износа протектора шин. С точки зрения кинематики подвески развал, наряду с углом поперечного наклона оси поворота управляемого колеса, оказывает влияние на величину радиуса обката, но влияние его ощутимо меньше, чем второго упомянутого параметра.

Также развал позволяет компенсировать наличие определённого конструктивно необходимого зазора в конических роликовых подшипниках ступиц колёс (в настоящее время применяется только на устаревших моделях) — благодаря наклону оси колеса зазор выбирается весом автомобиля.

В случае подвески большинства типов, за исключением «макферсона», статический развал передних управляемых колёс имеет небольшое положительное значение (колёса наклонены наружу) — обычно в пределах от 0’ до 45’, редко до 2°. Большой же отрицательный развал («колёса домиком») является признаком износа подвески либо её неправильной регулировки. Такое его значение позволяет снизить усилия на управляемых колёсах и уменьшить передачу на рулевое управление рывков, возникающих при проезде неровностей дороги. Однако в автомобилях с подвеской «макферсон» (о ней см. ниже) используется нулевой или небольшой отрицательный развал, что связано с отличием иных установочных параметров данной подвески, вызванным её конструктивными особенностями.

Стоит отметить, что на практике угол развала задаётся весьма грубо (допуск при его установке обычно сравним с его величиной) и, к тому же, довольно сильно меняется при работе подвески (даже у имеющей весьма совершенную кинематику подвески на двух поперечных рычагах как правило при максимальном ходе сжатия изначально заданный положительный развал сменяется отрицательным). Так что на практике его установка преимущественно влияет на равномерность износа протектора передних шин — неправильно выставленный развал приводит к повышенному износу внутренней или наружной стороны протектора шины. Кроме того, развал должен быть одинаковым с обеих сторон, так как при одностороннем наклоне колес автомобиль начинает «вести» в сторону при движении по прямой.

При движении автомобиля работа его подвески может вызывать существенное изменение изначальной установки развала колёс, появляющийся вследствие этого развал называется динамическим. Он оказывает существенное влияние на поведение автомобиля на дороге, его устойчивость и управляемость (см. ниже).

Схождение — угол между направлением движения и плоскостью вращения колеса; считается положительным, если передний край колес направлен внутрь и отрицательным, если наружу относительно продольной оси автомобиля («расхождение»). Может измеряться и в миллиметрах — как расстояние между кромками колёс (что на практике более удобно при регулировке подвески).

На управляемых колёсах схождение в основном необходимо для того, чтобы скомпенсировать возникающий в результате наличия у них положительного развала увод (динамическую дестабилизацию), что существенно снижает износ шин. Оба угла взаимосвязаны и регулируются исключительно в связке. Если нарушен развал — тогда нельзя выставить схождение, то есть, первым регулируется всегда развал. Динамическое изменение схождения на передних управляемых колёсах, возникающее при работе подвески, на практике не играет большой роли, поскольку легко компенсируется управляющим воздействием со стороны водителя.

На неуправляемых колёсах задней оси значение схождения может меняться при работе подвески, причём характер этого изменения оказывает существенное влияние на устойчивость и управляемость автомобиля. В независимой задней подвеске (а также и в зависимой, допускающей регулировку схождения) всегда выставляют небольшое положительное схождение, что улучшает устойчивость автомобиля к заносу, в то время, как даже небольшое «расхождение» колёс задней оси (выставленное ли при регулировке, или возникшее при работе подвески) может привести к повышенной склонности к заносу (избыточная поворачиваемость) и, соответственно, ухудшению устойчивости и управляемости. Излишне большое положительное значение схождения, напротив, приводит к сильной недостаточной поворачиваемости (склонность к сносу передней оси), что также может негативно сказаться на управляемости, особенно на неровном покрытии.

Кастор (угол продольного наклона шкворня)

Положительный кастор (автомобиль движется справа налево).
Кастер, или кастор, — это продольный угол оси поворота колеса, взятый между ней и вертикалью.

При наклонённой назад (положительный кастор) оси поворота колесо во время движения само стремится занять положение позади этой оси, что создаёт эффект динамической стабилизации, который можно уподобить поведению колёсика рояля или офисного стула — при качении оно всегда само занимает положение позади своей оси (во многих европейских языках такое колёсико как раз и называется «кастером» или «кастором»). При движении в повороте боковые силы реакции дороги также стараются вернуть колесо в исходное положение, так как прикладываются позади оси его поворота, что обеспечивает «самовозврат» рулевого колеса в нейтральное положение, так называемую «обратную связь» в рулевом управлении. Благодаря наличию положительного кастера заднеприводный автомобиль продолжает ехать прямо при отпущенном руле, даже несмотря на воздействие возмущающих сил — неровностей дороги, бокового ветра и так далее. Колесо, имеющее положительный кастер, старается занять положение, соответствующее прямолинейному движению, даже если лопнула одна из рулевых тяг.

Поэтому на заднеприводных автомобилях оси поворота передних колёс всегда наклоняют назад. Точнее говоря, на автомобилях общего назначения (не спортивных) в течение десятилетий, примерно до 60-х годов в Европе и середины 70-х в Северной Америке, значение кастора в передней подвеске было близким к нулю (инструкцией по обслуживанию рекомендовалось обычно устанавливать его в пределах 0…+1°), что соответствовало наименьшему усилию на руле (при большом положительном кастере водителю приходится бороться с возникающими при повороте управляемых колёс дополнительными силами, стремящимися вернуть их в нейтральное положение, что существенно увеличивает усилие на руле); и лишь после существенного ужесточения требований к управляемости автомобилей производители перешли на большие значения положительного кастера (2…3°, а на современных моделях и до 6…8°), что со временем, в сочетании с другими мерами, направленными на улучшение управляемости массовых автомобилей (увеличение ширины шин, переход к отрицательному плечу обката, и так далее), сделало применение усилителя рулевого управление необходимым на автомобилях большинства классов.

По той же причине вилку переднего колеса на мотоциклах и велосипедах тоже всегда наклоняют назад.

Отсюда вытекает и совершенная недопустимость при тюнинге заднеприводных автомобилей чрезмерно лифтовать заднюю подвеску — при этом кузов вместе с осью поворота передних колёс наклоняется вперёд, и кастер становится нулевым или даже отрицательным, при этом эффект динамической стабилизации передних колёс сменяется их динамической дестабилизацией, что значительно затрудняет управление автомобилем и делает его опасным. Большинство передних подвесок автомобилей имеют возможность регулировки кастера в небольших пределах для компенсации нормального износа в процессе эксплуатации. В особенности это касается сравнительно старых моделей, имеющих обычно весьма небольшое положительное значение кастера.

Для переднеприводного автомобиля положительный кастер намного менее актуален, так как передние колёса уже не свободно катятся, а тянут машину за собой, и небольшое его положительное значение сохраняют лишь для большей устойчивости при торможении.

Угол поперечного наклона шкворня

Угол поперечного наклона шкворня (оси поворота колеса) отвечает за весовую стабилизацию управляемых колёс автомобиля. Благодаря наличию у оси его поворота поперечного наклона колесо стремится вернуться к нейтральному положению в повороте под воздействием массы автомобиля (самовозврат руля в повороте).

Источник

Углы установки колес автомобиля

Правильные углы установки колес – один из важнейших факторов, обеспечивающих нормальную управляемость, стабильность и устойчивость автомобиля при прямолинейном движении и при прохождении поворотов. Оптимальные для каждой модели параметры геометрии подвески закладываются на этапе проектирования. Заданные значения углов установки колес подвержены изменению и требуют периодической регулировки по причине естественного износа узлов и элементов ходовой части или после ремонта подвески.

Назначение углов установки колес

Корректно настроенная геометрия подвески позволяет автомобилю более эффективно воспринимать силы и моменты, возникающие в пятне контакта колеса с дорожной поверхность во время различных режимов движения. Этим обеспечивается предсказуемое поведение автомобиля, а именно: стабильность движения по прямой, устойчивость в поворотах, стабилизация при разгонах и торможении. Также благодаря отсутствию излишнего сопротивления качению колес происходит более равномерный износ шин, что позволяет увеличить срок их службы.

Заданные производителем значения углов установки колес являются оптимальными для конкретного автомобиля и соответствуют его назначению и особенностям настройки подвески. Однако, в случае необходимости, конструктивно предусмотрена возможность их изменения либо регулировки. Количество параметров, которые можно регулировать для каждого автомобиля, индивидуально.

Виды основных углов установки колес автомобиля

Развал колес

Развал колес (англ. camber) – это угол, образованный средней плоскостью колеса и вертикалью, проходящей через точку пересечения средней плоскости колеса и опорной поверхности. Различают положительный и отрицательный развал:

Конструктивно camber формируется положением ступичного узла и обеспечивает максимальную площадь пятна контакта шины с дорогой. В случае двухрычажной независимой подвески положение ступицы определяется верхним и нижним поперечными рычагами. В подвеске типа МакФерсон на формирование угла развала влияет нижний рычаг и амортизационная стойка.

Отклонение значений угла развала от нормы влияют на автомобиль следующим образом.

Слишком большой отрицательный угол:

Слишком большой положительный угол:

Схождение колес

Cхождение колес (англ. toe) – угол между продольной осью автомобиля и плоскостью вращения колеса. Может быть также определено как разность расстояний между передними и задними бортами ободов колес (на рисунке это значение А минус В). Таким образом, схождение может измеряться в градусах либо миллиметрах.

Различают суммарное и индивидуальное схождение. Индивидуальное схождение рассчитывается отдельно для каждого колеса. Это отклонение плоскости его вращения от продольной оси симметрии автомобиля. Суммарное схождение рассчитывается как сумма индивидуальных углов схождения левого и правого колес одной оси. Аналогично определяется суммарное схождение в миллиметрах. При положительном схождении (англ. toe-in) колеса взаимно повернуты внутрь по направлению движения, при отрицательном значении (англ. toe-out) – наружу.

Отклонение значений угла схождения от нормы влияют на автомобиль следующим образом.

Слишком большой отрицательный угол:

Слишком большой положительный угол:

Поперечный угол наклона оси поворота колеса

Поперечный угол наклона оси поворота (англ. KPI) – угол между осью поворота колеса и перпендикуляром к опорной поверхности. Благодаря данному параметру при повороте управляемых колес кузов автомобиля приподнимается, вследствие чего возникают силы,
стремящиеся вернуть колесо в прямолинейное положение. Таким образом, KPI оказывает значительное влияние на стабильность и устойчивость автомобиля при прямолинейном движении. Разность величин углов поперечного наклона правой и левой осей может приводить к уводу автомобиля в сторону с большим наклоном. Данный эффект может проявляться и при соответствии нормальным значениям остальных углов установки колес.

Угол продольного наклона оси поворота колеса

Продольный угол наклона оси поворота (англ. caster) – угол между осью поворота колеса и перпендикуляром к опорной поверхности в продольной плоскости автомобиля. Различают положительный и отрицательный углы продольного наклона оси поворота колеса.

Положительный caster способствует возникновению дополнительной динамической стабилизации автомобиля при движении на средней и высокой скорости. При этом ухудшается поворачиваемость на малой скорости.

Плечо обкатки

Помимо вышеперечисленных параметров, для передней оси имеет большое значение еще одна характеристика – плечо обкатки. Это расстояние между точкой, образованной пересечением оси симметрии колеса и опорной поверхности, и точкой пересечения линии поперечного наклона оси поворота и опорной поверхности. Плечо обкатки положительное, если точка пересечения поверхности и ось поворота колеса лежат справа от оси симметрии колеса (нулевого плеча), и отрицательное, если располагается слева от него. Если эти точки совпадают – то плечо обкатки нулевое.

Данный параметр влияет на стабилизацию и поворачиваемость колеса. Оптимальным значением для современных автомобилей является нулевое либо положительное плечо обкатки. Знак плеча обкатки определяется развалом, поперечным наклоном оси поворота колеса и вылетом колёсного диска.

Автопроизводители не рекомендуют устанавливать колесные диски с нестандартным вылетом, т.к. это может повлечь изменение заданного плеча обкатки на отрицательное значение. Это может серьезно повлиять на устойчивость и управляемость автомобиля.

Изменение значений углов установки колес и их регулировка

Углы установки колес подвержены изменениям вследствие естественного износа деталей, а также после их замены на новые. Все без исключения рулевые тяги и наконечники имеют резьбовое соединение, которое позволяет увеличить или уменьшить их длину для регулировки величин углов схождения колес. Схождение задних колес, равно как и передних, регулируется на всех типах подвесок, за исключением задней зависимой балки или моста.

Регулировка значений развала для задней и передней оси предусмотрена далеко не на всех автомобилях: она отсутствует на зависимой подвеске, на подвеске МакФерсон (за исключением небольшого ряда моделей авто, у которых верхний крепеж стойки – это болт с эксцентриком). Присутствует настройка camber, как правило, на обоих осях подвесок с верхними и нижними поперечными рычагами.

Неправильный сход-развал задних колес на переднеприводном автомобиле оказывает меньшее влияние на его управляемость и неравномерный износ шин, поскольку задняя часть менее нагружена. Параметры caster и KPI, регулировка которых в конструкции подвески автомобиля, как правило, не предусмотрена, должны всегда соответствовать допустимым значениям.

Источник

Параметры установки передних управляемых колес.

К параметрам установки передних управляемых колес относятся:

а. продольный наклон геометрической оси поворота управляемого колеса;

б. схождение и развал колес.

а. поперечный наклон геометрической оси поворота управляемого колеса;

Регулируемые параметры установки передних управляемых колёс.

В первую очередь проверяют и регулируют продольный наклон (кастер) геометрической оси поворота.

Эта линия проходит через шаровые опоры верхнего и нижнего рычагов подвески («классическая» двухрычажная подвеска), либо через верхнюю и нижнюю точки крепления амортизаторной стойки (подвеска типа «МакФерсон»), либо по оси шкворня (шкворневая подвеска) в продольной плоскости автомобиля. Может быть как положительным, так и отрицательным (рис.6).

Кастер способствует стабилизации передних колес в направлении прямолинейного движения. Из-за того, что точка контакта колеса (при положительном касторе) с поверхностью лежит несколько позади оси поворота, при отклонении колеса от прямолинейного движения возникают боковые силы, стремящиеся вернуть колесо в начальное положение. Это способствует возвращению колеса в свое спокойное положение, выравниванию автомобиля.

Рисунок 6 – Продольный наклон (кастер).

Угол кастера влияет на поворачиваемость при накате, торможении и при ускорении, так как это наклоняет шасси больше или меньше в зависимости от величины угла кастера.

Характерные признаки отклонения величины угла (например при дефектах кузова после удара) от нормы: увод автомобиля в сторону при движении, разные усилия на рулевом колесе при левом и правом поворотах, односторонний износ протектора, визг шин на поворотах.

Развал колес – это угол между вертикалью и плоскостью вращения колеса (рис. 7).

Развал меняется с изменением загрузки автомобиля. Зрительно это заметно у некоторых тяжёлых грузовиков: на незагруженном автомобиле такой большой развал задних колёс, что машина едет только на внешних шинах. Нулевой развал обеспечивает минимальный износ шин и следовательно повышается срок службы покрышек. Отрицательный развал улучшает устойчивость автомобиля на поворотах.

Эласто-кинематические свойства большинства типов современных подвесок таковы, что с увеличением веса, приходящегося на колесо, угол развала уменьшается. Чтобы при этом обеспечить максимальное сцепление колес с дорогой, логично их предварительно чуть «развалить» в «+».

Рисунок 7 – Развал колёс.

Схождение способствует правильному положению передних колес при различных скоростях движения и углах поворота автомобиля, стабилизации колес при движении на прямых участках дороги..

Схождение может быть как положительным (колеса сведены к оси впереди автомобиля) так и отрицательным (соответственно наоборот).

Схождение колес контролируется и регулируется в последнюю очередь.

При отсутствии схождения автомобиль «рыскает» по дороге и водитель постоянно должен подруливать, стараясь сохранить траекторию движения. Повышенное схождение вызывает увеличение износа шин. Признаки отклонения схождения от нормы: сильный пилообразный износ шин (даже при небольших отклонениях), визг шин в повороте, повышенный расход топлива из-за большого сопротивления качению передних колес (накат автомобиля намного меньше положенного).

Рисунок 8 – Схождение колёс.

Нерегулируемые параметры установки передних управляемых колёс.

Угол поперечного наклона шкворня (рис.9) – угол между вертикалью и осью симметрии шкворня (либо линией, проходящей через шаровые опоры подвески, или стойку подвески) в поперечной плоскости.

Угол поперечного наклона принимает только положительные значения.

Угол β поперечного наклона шкворня обусловливает автоматический самовозврат колес к прямолинейному движению после поворота. При повороте колеса относительно шкворня, имеющего наклон в поперечной плоскости, оно стремится опуститься ниже плоскости дороги, однако это невозможно, поэтому любой поворот колеса вызывает подъем передней части автомобиля, и сила тяжести стремится вернуть колесо в нейтральное положение, соответствующее его прямолинейному движению. Стабилизирующий момент на управляемых колесах, возникающий вследствие попе­речных наклонов шкворней, зависит от угла наклона и. массы, приходящейся на управляемые колеса автомобиля, и не зависит от скорости его движения. Эти углы относительно велики и составляют 6-10°.

Если точка пересечения оси поворота колеса с дорогой лежит с внутренней стороны от плоскости вращения колеса, то плечо обкатки положительное, с наружной – отрицательное, существует также нулевое плечо обкатки.

При нулевом плече обкатки предупреждается передача посторонних сил на рулевое управление при торможении и при повреждении шины.

При положительном плече обкатки случайное повышение силы сопротивления одного из колес способно вызвать поворот руля в эту же сторону и нарушить курсовую устойчивость автомобиля.

Плечо обкатки определяется не только конструкцией подвески, но и параметрами колёс. При установке дисков с нулевым или близким к нему вылетом плоскость вращения колеса сдвигается наружу, и плечо обкатки может приобрести большие положительные значения, руль начнёт вырываться из рук на каждой неровности дороги, усилие на нём возрастет, а износ ступичных подшипников существенно увеличится.

Рисунок 10 – Плечо обкатки.

а – положительный, б – отрицательный, в – нулевой.

Источник