Когда вы «возитесь» с ремонтом , экспериментируете с размерами колес или занимаетесь настройкой вновь поставленной подвески, может случиться конфуз, о котором вы, возможно, даже никогда не слышали - вполне вероятно, изменится радиус плеча обкатки. Эта «штука» может оказать серьезное влияние на управляемость вашего автомобиля.
Без четкого и полного понимания всех факторов, влияющих на работу подвески, расположение колес и отработки геометрии, легко совершить ошибку в настройке, которая в конечном итоге заставит ваш автомобиль почувствовать себя хуже, чем было раньше. При этом уловить то мгновение, когда была допущена досадная оплошность, достаточно сложно.
В общих чертах радиус плеча обкатки - это неуловимая, почти мифическая настройка, стоящая где-то на краю ключевых регулировок, таких как развал, смещение и размер колеса. По сути, она определяется расположением точки в пространстве, где воображаемая линия, проходящая через центр подвески, пересекает вертикальную линию, проходящую по центру колеса, эти две линии где-то встретятся. Важно, что этот угол высчитывают на автомобиле без нагрузки. Для подсчетов, проводимых инженерами, это крайне важно.
Обратите внимание на больший угол подвески относительно колеса
В общем, есть три основных варианта радиуса плеча:
Если две линии пересекаются точно на пятне контакта шины с дорогой, у такого автомобиля нет радиуса плеча обкатки.
Если линии пересекаются ниже пятна контакта, теоретически под землей, то это называется положительным радиусом плеча обкатки.
Когда обе линии сходятся над пятном контакта - это отрицательное плечо обкатки.
В зависимости от этих настроек они могут серьезно влиять на то, как автомобиль управляется, ускоряется и останавливается. Разные расчетные нагрузки на ось и конфигурации привода нуждаются в различных настройках, которые будут высчитаны еще задолго до того, как инженеры приступят к реализации желаемых характеристик управляемости. Да, у автопроизводителей куча сложной работы, и этот этап лишь один из них. Измените всего один параметр в подвеске и вы инициируете цепную реакцию, которая в конечном итоге может свести на нет вашу главную цель.
Радиус плеча обкатки относится к относительному углу между подвеской и осью колес
При нулевом радиусе распространенное мнение заключается в том, что эта настройка может заставить автомобиль чувствовать себя слегка неустойчивым в передней части при прохождении поворотов и при резком торможении.
С другой стороны, в неподвижном состоянии при повороте руля приходится поворачивать пятно контакта, максимально распластанное по поверхности дороги, что требует больше усилий и больше изнашивает шину. В наши дни такая настройка (с нулевым плечом) на автомобилях встречается крайне редко. Чуть больше или чуть меньше, но не ноль.
Можно, конечно, изменить нулевую настройку. Например, «выдвиньте» колеса при помощи прокладок или установите полностью регулируемые койловеры, и радиус может стать положительным. Это заставит шину «скрести» по земле при поворотах, добавляя неравномерный износ и уменьшая срок ее службы. Автомобиль с положительным плечом обкатки может вести себя на дороге непредсказуемо: руль при проезде неровностей может вырываться из рук, при проезде поворотов создается «ощутимый момент, препятствующий равномерному движению».
Положительный момент такой настройки существует для заднеприводных автомобилей. Им такая настройка полезна для того, чтобы помочь сохранить передние колеса в прямом направлении, даже когда вы отпустите рулевое колесо. Используется в спортивных автомобилях и поставляется в стандартной комплектации с большинством конструкций подвески с двойными поперечными рычагами.
Передняя ось Volkswagen Scirocco
Положительный радиус плеча не способствует торможению, если по какой-либо причине между сторонами транспортного средства действует различная сила. Скажем, если левые колеса имеют меньшее сцепление с дорогой и система ABS не позволяет развить на них максимальное усилие. В этом случае автомобиль будет пытаться развернуться в сторону колес с большим сцеплением.
Экстремальный положительный радиус плеча может очень тяжелым, настолько, что это было действительно жизнеспособным только на старых автомобилях с очень тонкими шинами.
У большинства из нас на автомобилях стоит отрицательный радиус плеча, потому что он имеет тенденцию идти рука об руку с настройками распорок подвески МакФерсон. Это помогает управляемым передним колесам вести себя на дороге более стабильно, что хорошо для прохождения поворотов и общей управляемости автомобиля, если, предположим, у вас внезапно спустило одну из передних шин. Другой удобный «побочный эффект» заключается в том, что, если вы влетите колесами в воду с одной стороны автомобиля, отрицательный радиус сработает против естественного смещения автомобиля, смягчая последствия прохождения опасного участка.
Отрицательный радиус плеча безопаснее при аквапланировании
Настроить подвеску в отрицательном плече - наиболее безопасный вариант сделать это. Она (настройка) позволяет сгенерировать определенные усилия, которые уменьшат любую непреднамеренную водителем тенденцию к изменению направления движения, которая в случае с положительной настройкой может иметь место быть.
КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ
/ХОЧУ ВСЕ ЗНАТЬ
УГЛОВАТАЯ ПОДВЕСКА
ГРАМОТНОМУ ВОДИТЕЛЮ ПРИГОДЯТСЯ АЗЫ ГЕОМЕТРИИ
ТЕКСТ / ЕВГЕНИЙ БОРИСЕНКОВ
Самое простое и, казалось бы, очевидное решение - вообще не делать никаких углов. При этом колесо в ходе сжатия-отбоя остается перпендикулярным к дороге, в постоянном и надежном контакте с ней (рис. 1). Правда, совместить центральную плоскость вращения колеса и ось его поворота конструктивно довольно сложно (здесь и далее речь о классической двухрычажной подвеске заднеприводных «жигулей»), поскольку обе шаровые опоры вкупе с тормозным механизмом внутрь колеса не помещаются. А раз так, то плоскость и ось «расходятся» на расстояние А, называемое плечом обката (при повороте колесо обкатывается вокруг оси ab). В движении сила сопротивления качению неведущего колеса создает на этом плече ощутимый момент, скачкообразно меняющийся при проезде неровностей. Мало кому понравится езда с постоянно рвущимся из рук рулем!
Кроме того, придется изрядно попотеть, преодолевая этот самый момент в повороте. Стало быть, положительное (в данном случае) плечо обката желательно уменьшить, а то и вовсе свести к нулю. Для этого можно наклонить ось поворота ab (рис. 2). Здесь важно не переусердствовать, чтобы при ходе вверх колесо не слишком заваливалось внутрь. На практике делают так: несколько наклонив ось поворота (b), нужную величину добирают наклоном плоскости вращения колеса (a). Угол a и есть развал. Под этим углом колесо опирается о дорогу. Покрышка в зоне контакта деформируется (рис. 3).
Выходит, что автомобиль движется словно на двух конусах, стремящихся раскатиться в стороны. Чтобы компенсировать эту неприятность, плоскости вращения колес надо свести. Процесс называется регулировкой схождения. Как вы уже догадались, оба параметра жестко связаны. То есть, если угол развала нулевой, не должно быть и схождения, отрицательный - требуется расхождение, иначе шины будут «гореть». Если на автомобиле развал колес выставлен по-разному, его будет тянуть в сторону колеса с большим наклоном.
Другие два угла обеспечивают стабилизацию управляемых колес - проще говоря, заставляют автомобиль с отпущенным рулем ехать прямо. Первый, уже знакомый нам угол поперечного наклона оси поворота (b) отвечает за весовую стабилизацию. Легко заметить, что при этой схеме (рис. 4) в момент отклонения колеса от «нейтрали» передок начинает подниматься. А так как весит он немало, то при отпускании руля под действием силы тяжести система стремится занять исходное положение, соответствующее движению по прямой. Правда, для этого приходится сохранять то самое, хоть и небольшое, но нежелательное положительное плечо обката.
Продольный угол наклона оси поворота - кастер - дает динамическую стабилизацию (рис. 5). Принцип ее ясен из поведения рояльного колесика - в движении оно стремится оказаться позади ножки, то есть занять наиболее устойчивое положение. Чтобы получить тот же эффект в автомобиле, точка пересечения оси поворота с поверхностью дороги (с) должна быть впереди центра пятна контакта колеса с дорогой (d). Для этого ось поворота и наклоняют вдоль. Теперь при повороте боковые реакции дороги, приложенные позади... (спасибо кастеру!) (рис. 6) стараются вернуть колесо на место.
Более того, если на машину действует боковая сила, не связанная с поворотом (например, вы едете по косогору или при боковом ветре), то кастер обеспечивает при случайно отпущенном руле плавный поворот машины «под склон» или «под ветер» и не дает ей опрокинуться.
В переднеприводном автомобиле с подвеской «Мак-Ферсон» ситуация совершенно иная. Эта конструкция позволяет получить нулевое и даже отрицательное (рис. 7б) плечо обката - ведь внутрь колеса здесь надо «запихнуть» лишь опору единственного рычага. Угол развала (и, соответственно, схождения) легко свести к минимуму. Так и есть: у знакомых всем ВАЗов «восьмого» семейства развал - 0°±30", схождение - 0±1 мм. Так как передние колеса теперь тянут автомобиль, динамическая стабилизация при разгоне не требуется - колесо уже не катится позади ножки, а тянет ее за собой. Небольшой (1°30") угол продольного наклона оси поворота сохранен для устойчивости при торможении. Значительный вклад в "правильное" поведение автомобиля вносит отрицательное плечо обката - при возрастании сопротивления качению колеса оно автоматически корректирует траекторию.
Как видите, трудно переоценить влияние геометрии подвески на управляемость и устойчивость. Естественно, конструкторы уделяют ей самое пристальное внимание. Углы для каждой модели автомобиля определяют после великого множества испытаний, доводочных работ и снова испытаний! Но только... в расчете на исправный автомобиль. На старой, изношенной машине упругие деформации подвески (в первую очередь, резиновых элементов) гораздо больше, чем у новой - колеса заметно расходятся от куда меньших сил. Но стоит остановиться, как в статике все углы вновь на своем месте. Так что регулировать разболтанную подвеску - мартышкин труд! Сначала нужно ее отремонтировать.
Свести на нет все усилия разработчиков можно и другими способами. Например, хорошенько задрать заднюю часть автомобиля. Глядишь - кастер поменял знак и от динамической стабилизации остались воспоминания. И если при разгоне «спортсмен» еще сможет справиться с ситуацией, то при экстренном торможении - вряд ли. А если добавить нестандартные шины и колеса с иным вылетом, кто возьмется предсказать, что получится в конечном итоге? Раньше срока изношенная резина и «убитые» подшипники - полбеды. Бывает и хуже...
Рис. 1. «Подвеска без углов».
Рис. 2. В поперечной плоскости положение колеса характеризуется углами a (развал) и b (наклон оси поворота).
Рис. 3. Качение наклонного колеса напоминает качение конуса.
Рис. 4. При положительном плече обката поворот колеса сопровождается подъемом передка кузова.
Рис. 5. Кастер - угол продольного наклона оси поворота.
Рис. 6. Так «работает» кастер.
Рис. 7. Положительное (а) и отрицательное (б) плечи обката.
В изначальном варианте такой подвески, разработанном самим Макферсоном, шаровой шарнир располагался на продолжении оси амортизаторной стойки - таким образом, ось амортизаторной стойки была и осью поворота колеса. Позднее, например на Audi 80 и Volkswagen Passat первых поколений, шаровой шарнир стали смещать наружу к колесу, что позволяло получить меньшие, и даже отрицательные значения плеча 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.
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.
Современные автомобили имеют всё более сложные и качественные шасси, которые должны соответствовать как требованиям по комфортабельности и спортивности, так и, в особой степени, требованиям безопасности движения.
Для того, чтобы требования к ходовой части выполнялись в течение всей «жизни автомобиля», а также после возможных аварий, сегодня существуют отличные возможности по проверке геометрии ходовой части и корректировке неправильных настроек.
Ходовая часть является связующим звеном между автомобилем и дорожным полотном. Как силы, действующие на опорную поверхность колеса и силы тяги, так и возникающие при прохождении поворотов силы бокового увода передаются ходовой частью на дорогу через колёса автомобиля.
Ходовая часть подвергается воздействию множества сил и моментов. Увеличивающаяся мощность автомобилей, а также возросшие требования к их комфортабельности и безопасности ведут к постоянному росту требований к ходовой части.
Зачем нужны углы развала, схождения и кастер?
Подвеска без углов
Если вообще не делать никаких углов, колесо в ходе сжатия-отбоя будет оставаться перпендикулярным к дороге, в постоянном и надежном контакте с ней. Правда, совместить центральную плоскость вращения колеса и ось его поворота конструктивно довольно сложно (здесь и далее речь о классической двухрычажной подвеске заднеприводного автомобиля, например «жигулей»), поскольку обе шаровые опоры вкупе с тормозным механизмом внутрь колеса не помещаются. А раз так, то плоскость и ось «расходятся» на расстояние А, называемое плечом обката (при повороте колесо обкатывается вокруг оси ab). В движении сила сопротивления качению неведущего колеса создает на этом плече ощутимый момент, скачкообразно меняющийся при проезде неровностей. В результате руль будет постоянно рваться из рук.
В поперечной плоскости положение колеса характеризуется углами α (развал) и β(наклон оси поворота)
Кроме того, преодолевать этот самый немалый момент в повороте придется мускульной силой. Стало быть, положительное (в данном случае) плечо обката желательно уменьшить, а то и вовсе свести к нулю. Для этого можно наклонить ось поворота ab. Здесь важно не переусердствовать, чтобы при ходе вверх колесо не слишком заваливалось внутрь.
Качение наклонного колеса напоминает качение конуса
На практике делают так: несколько наклонив ось поворота (β), нужную величину добирают наклоном плоскости вращения колеса (α). Угол ос и есть развал. Под этим углом колесо опирается о дорогу. Покрышка в зоне контакта деформируется.
Выходит, что автомобиль движется словно на двух конусах, стремящихся раскатиться в стороны. Чтобы компенсировать эту неприятность, плоскости вращения колес надо свести. Процесс называется регулировкой схождения. Оба параметра жестко связаны. То есть, если угол развала нулевой, не должно быть и схождения, отрицательный - требуется расхождение, иначе шины будут «гореть». Если на автомобиле развал колес выставлен по-разному, его будет тянуть в сторону колеса с большим наклоном.
При положительном плече обката поворот колеса сопровождается подъемом передка кузова
Другие два угла обеспечивают стабилизацию управляемых колес - проще говоря, заставляют автомобиль с отпущенным рулем ехать прямо. Угол поперечного наклона оси поворота (β) отвечает за весовую стабилизацию. Легко заметить, что при этой схеме (рис.) в момент отклонения колеса от «нейтрали» передок начинает подниматься. А так как весит он немало, то при отпускании руля под действием силы тяжести система стремится занять исходное положение, соответствующее движению по прямой. Правда, для этого приходится сохранять то самое, хоть и небольшое, но нежелательное положительное плечо обката.
Кастер - угол продольного наклона оси поворота
Продольный угол наклона оси поворота - кастер - дает динамическую стабилизацию. Принцип ее ясен из поведения рояльного колесика - в движении оно стремится оказаться позади ножки, то есть занять наиболее устойчивое положение. Чтобы получить тот же эффект в автомобиле, точка пересечения оси поворота с поверхностью дороги (с) должна быть впереди центра пятна контакта колеса с дорогой (d). Для этого ось поворота и наклоняют вдоль...
Так "работает" кастер
Теперь при повороте боковые реакции дороги, приложенные позади... (спасибо кастеру!) стараются вернуть колесо на место.
Более того, если на машину действует боковая сила, не связанная с поворотом (например, вы едете по косогору
или при боковом ветре), то кастер обеспечивает при случайно отпущенном руле плавный поворот машины «под склон» или «под ветер» и не дает ей опрокинуться.
Положительное (а) и отрицательное (б) плечи обката
В переднеприводном автомобиле с подвеской «Мак-Ферсон» ситуация совершенно иная. Эта конструкция позволяет получить нулевое и даже отрицательное (рис. б) плечо обката - ведь внутрь колеса здесь надо «запихнуть» лишь опору единственного рычага. Угол развала (и, соответственно, схождения) легко свести к минимуму. Так и есть: ВАЗов «восьмого» семейства развал - 0°±30", схождение - 0±1 мм. Так как передние колеса теперь тянут автомобиль, динамическая стабилизация при разгоне не требуется - колесо уже не катится позади ножки, а тянет ее за собой. Небольшой (1°30") угол продольного наклона оси поворота сохранен для устойчивости при торможении. Значительный вклад в «правильное» поведение автомобиля вносит отрицательное плечо обката - при возрастании сопротивления качению колеса оно автоматически корректирует траекторию.
Углы для каждой модели автомобиля определяют после множества испытаний, доводочных работ и повторных испытаний. На старой, изношенной машине упругие деформации подвески (в первую очередь, резиновых элементов)
гораздо больше, чем у новой - колеса заметно расходятся от куда меньших сил. Но стоит остановиться, как в статике все углы вновь на своем месте. Так что регулировать разболтанную подвеску - пустой труд. Сначала
нужно ее отремонтировать.
Свести на нет все усилия разработчиков можно и другими способами. Например, хорошенько задрать заднюю часть автомобиля. Глядишь - кастер поменял знак и от динамической стабилизации остались воспоминания. И если при разгоне «спортсмен» еще сможет справиться с ситуацией, то при экстренном торможении - вряд ли. А если добавить нестандартные шины и колеса с иным вылетом, то просто невозможно предсказать, что получится в конечном итоге.