Сучасні автомобілі мають все більш складні і якісні шасі, які повинні відповідати як вимогам по комфортабельності і спортивності, так і, в особливій мірі, вимогам безпеки руху.

Для того, щоб вимоги до ходової частини виконувалися протягом всієї «життя автомобіля», а також після можливих аварій, сьогодні існують відмінні можливості по перевірці геометрії ходової частини та коригуванні неправильні налаштування.

Ходова частина є сполучною ланкою між автомобілем і дорожнім полотном. Як сили, що діють на опорну поверхню колеса і сили тяги, так і виникають при проходженні поворотів сили бічного відведення передаються ходовою частиною на дорогу через колеса автомобіля.

Ходова частина піддається впливу безлічі сил і моментів. Подальше збільшення потужність автомобілів, а також зрослі вимоги до їх комфортності та безпеки ведуть до постійного зростання вимог до ходової частини.

пояснення

плече Обкатился

Плече обкатки - це відстань між центром плями контакту колеса з дорогою (центру відбитка шини) і точкою перетину осі повороту керованого колеса (шкворневої осі) з поверхнею дороги.

F 1 \u003d Гальмівна сила або сила опору коченню

F 2 \u003d Сила тяги

r s \u003d Плече обкатки

Зменшення плеча обкатки (картина 1b ) Зменшує зусилля на ободі рульового колеса. Мале плече обкатки знижує відгуки на удари керованого колеса про нерівності дороги.

При гальмуванні розташованим на колесі гальмівним механізмом виникає поздовжня силаF 1 , Яка утворює моментF 1 * r S . Цей момент призводить до появи сили на рульовій тязі і при позитивному розмірі плеча обкаткиr S віджимає колесо в напрямку, відповідному негативному сходження.

У транспортного засобу, обладнаного ABS?

При роботі ABS виникають різні за величиною поздовжні сили, прикладені до правого і лівого колеса, які у вигляді поштовхів передаються на рульове колесо. В цьому випадку плече обкатки повинно бути рівним нулю, але краще, якщо плече обкатки буде мати негативне значення.

Підвіску коліс будь-якого топа можна розглядати як встановлене консольно колесо щодо кузова автомобіля, тому при гальмуванні виникає поздовжня сила, яка прагне повернути це колесо, причому колесо завжди буде прагнути повернути передньою частиною назовні, тобто в бік негативного сходження. Установка негативного плеча обкатки дозволить отримати момент поздовжньої сили, який буде напрямку в протилежну сторону моменту, який прагне повернути колесо в бік негативного сходження. У більшості автомобілів, не обладнаних FBS, контури гальмівних систем мають діагональну схему з'єднання, плече обкатки, як правило - від'ємне значення. Будь-яке некоректне зміна, внесена в конструкцію транспортного засобу, таких, як установка дисків з підвищеним вильотом, що виникає при бажанні встановити широкі шини, або установка проставки між маточиною і диском колеса неприпустимо. Зміна плеча обкатки може справити негативний вплив на стійкість прямолінійного руху, особливо при гальмуванні, і втрату керованості на повороті.

Плече обкатки - один з найважливіших параметрів передньої підвіски.

З плечем обкатки r s пов'язано:

• зміщення пружини на стійці McPherson;
• виліт ЕТ дисків коліс (відстань від площини симетрії шини до площини диска колеса, що контактує з маточиною);
• зусилля на кермі як в статиці, так і в динаміці;
• стійкість автомобіля при гальмуванні;
• становище підшипникового вузла в ступиці, а разом з ним і положення колеса: поздовжня площина симетрії шини повинна розташовуватися в базі підшипника (ів), бажано по центру (рис. 2). В іншому випадку, заявлений ресурс підшипника (ів) не буде досягнутий.

Мал. 2. Відносне положення площини симетрії шини та бази підшипника (ів): а - конічних роликових; б - дворядного кулькового

Виліт дисків коліс ЕТ - параметр, на який водії звертають увагу тільки тоді, коли, встановивши більш широке колесо, воно починає зачіпати про арку. І тоді рішення приходить само: взяти диски з меншим ЕТ. «Добрі люди» кажуть: «відхилення ± 5 мм допустимо». А раптом на заводі вже використовували ці 5 мм, що тоді ?! А тоді втрата керованості при екстреному гальмуванні на міксті (неоднакове зчепленні зліва і справа).

Яскравий приклад, який ілюструє важливість плеча обкатки, наведено в журналі «Автомобільна промисловість»:

Випробування №1. На автомобіль встановили колеса з таким ЕТ, що отримали плече обкатки r s \u003d + 5 мм. Розгін до 60 км / ч. Відпускають кермо (!!!) і застосовують екстрене гальмування на міксті. Результат - розворот автомобіля на 720 ° - що і очікували.

Випробування №2. Все той же, але r s \u003d -5 мм (диски з ЕТ на 10 мм більше перших, до речі, це зменшило колію на 20 мм). Результат - відведення автомобіля на 15 ° - несподівано ?!

І це відповідь тим, хто вважає, що чим ширше колія, тим стійкіше автомобіль, а диски коліс впливають тільки на екстер'єр автомобіля.

Причина настільки такої різниці у поведінці автомобіля після, здавалося б, косметичного зміни - еластокінематіка рульової трапеції (рис. 3).

Мал. 3. Вплив позитивного (а) і негативного (б) плеча обкатки r s \u003d R 1 / cos σ (див. Рис. 4) на стійкість автомобіля при гальмуванні:

R`x 1\u003e R "x 1, R`x 2 =R "x 2 - гальмівні сили на відповідних колесах;

F і - сила інерції, прикладена до центру мас автомобіля

Мал. 4. Параметри установки керованих коліс

Якщо гальмівна сила більше, наприклад, зліва, то на центр мас автомобіля діє повертає момент, рівний різниці гальмівних сил помножений на плече (половина колії). Але так як сили зліва і справа неврівноважені, то на рульову трапецію діє момент

(R` * x 1 -R "* x 1) · R 1.

Рульова трапеція повертається (за рахунок деформації опор, важелів, кузова). У разі позитивного плеча обкатки цей поворот збільшує повертає момент, при негативному плечі - частково або повністю його компенсує.

Негативне плече обкатки отримати непросто. Збільшують ЕТ дисків (глибину), поперечний кут нахилу шкворневої осі і кут розвалу коліс. Але зі збільшенням першого кута зростає зусилля на кермі, а зі збільшенням розвалу - погіршується зчеплення шин з дорогою в повороті (потрібен негативний розвал!). Чим ширше профіль шин, тим складніше конструктивно розмістити в колесі гальмівні механізми, маточину, кульові опори, кермові тяги і привід.

Красивим рішенням проблеми зменшення плеча обкатки є застосування многоричажной передньої підвіски з чотирма кульовими опорами (див. Рис. 5).

Мал. 5: Підвіска переднього керованого колеса виробника VAG

За конструкцією вона дуже схожа на підвіску на подвійних поперечних важелях класичної трикутної форми. Однак замість однієї кульової опори в вершині трикутника застосовані дві - утворюється чотирикутник. Така конструкція непрацездатна без п'ятого важеля - рульової тяги. На трикутних важелях вісь повороту колеса проходила через центри кульових опор. У новій конструкції ця вісь віртуальна і проходить далеко за межами чотирикутника (рис. 6).

Мал. 56 Схема повороту колеса на многоричажной передній підвісці (друга пара важелів умовно не показана)

За матеріалами Навчального посібника «Експлуатаційні властивості автомобілів», А. Ш. Хусаїнов

КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛІВ

/ХОЧУ ВСЕ ЗНАТИ

незграбність ПОДВЕСКА

Грамотного ВОДІЄВІ стане в нагоді АЗИ ГЕОМЕТРИИ

ТЕКСТ / Евгения БОРИСЕНКО

Найпростіше і, здавалося б, очевидне рішення - взагалі не робити ніяких кутів. При цьому колесо в ході стиснення-відбою залишається перпендикулярним до дороги, в постійному і надійному контакті з нею (рис. 1). Правда, поєднати центральну площину обертання колеса і вісь його повороту конструктивно досить складно (тут і далі мова про класичну двохважелем підвісці задньопривідних «жигулів»), оскільки обидві кульові опори укупі з гальмівним механізмом всередину колеса не поміщаються. А раз так, то площину і вісь «розходяться» на відстань А, зване плечем Обкатился (при повороті колесо обкатується навколо осі ab). У русі сила опору коченню незнаючим колеса створює на цьому плечі відчутний момент, стрибкоподібно змінюється при проїзді нерівностей. Мало кому сподобається їзда з постійно рвуться з рук кермом!

Крім того, доведеться неабияк попітніти, долаючи цей самий момент в повороті. Стало бути, позитивне (в даному випадку) плече Обкатился бажано зменшити, а то і зовсім звести до нуля. Для цього можна нахилити вісь повороту ab (рис. 2). Тут важливо не перестаратися, щоб при ході вгору колесо не занадто завалювалося всередину. На практиці роблять так: кілька нахиливши вісь повороту (b), потрібну величину добирають нахилом площини обертання колеса (a). Кут a і є розвал. Під цим кутом колесо спирається про дорогу. Покришка в зоні контакту деформується (рис. 3).

Виходить, що автомобіль рухається немов на двох конусах, що прагнуть розкотитися в сторони. Щоб компенсувати цю неприємність, площини обертання коліс треба звести. Процес називається регулюванням сходження. Як ви вже здогадалися, обидва параметри жорстко пов'язані. Тобто, якщо кут розвалу нульовий, не повинно бути і сходження, негативний - потрібно розбіжність, інакше шини будуть «горіти». Якщо на автомобілі розвал коліс виставлений по-різному, його буде тягнути в сторону колеса з великим нахилом.

Інші два кута забезпечують стабілізацію керованих коліс - простіше кажучи, змушують автомобіль з відпущеним кермом їхати прямо. Перший, вже знайомий нам кут поперечного нахилу осі повороту (b) відповідає за вагову стабілізацію. Легко помітити, що при цій схемі (рис. 4) в момент відхилення колеса від «нейтрали» передок починає підніматися. А так як важить він чимало, то при відпуску керма під дією сили тяжіння система прагне зайняти вихідне положення, відповідне руху по прямій. Правда, для цього доводиться зберігати те саме, хоч і невелике, але небажане позитивне плече Обкатился.

Поздовжній кут нахилу осі повороту - кастер - дає динамічну стабілізацію (рис. 5). Принцип його ясний з поведінки рояльного коліщатка - в русі воно прагне опинитися позаду ніжки, тобто зайняти найбільш стійке положення. Щоб отримати той же ефект в автомобілі, точка перетину осі повороту з поверхнею дороги (с) повинна бути попереду центру плями контакту колеса з дорогою (d). Для цього вісь повороту і нахиляють уздовж. Тепер при повороті бічні реакції дороги, прикладені позаду ... (спасибі Кастер!) (Рис. 6) намагаються повернути колесо на місце.

Більш того, якщо на машину діє бічна сила, не пов'язана з поворотом (наприклад, ви їдете по косогору або при бічному вітрі), то кастер забезпечує при випадково відпущеному кермі плавний поворот машини «під схил» або «під вітер» і не дає їй перекинутися.

У переднеприводном автомобілі з підвіскою «Мак-Ферсон» ситуація зовсім інша. Ця конструкція дозволяє отримати нульове і навіть негативне (рис. 7б) плече Обкатился - адже всередину колеса тут треба «запхати» лише опору єдиного важеля. Кут розвалу (і, відповідно, сходження) легко звести до мінімуму. Так і є: у знайомих усім ВАЗів «восьмого» сімейства розвал - 0 ° ± 30 ", сходження - 0 ± 1 мм. Так як передні колеса тепер тягнуть автомобіль, динамічна стабілізація при розгоні не потрібно - колесо вже не котиться позаду ніжки, а тягне її за собою. Невеликий (1 ° 30 ") кут поздовжнього нахилу осі повороту збережений для стійкості при гальмуванні. Значний внесок в "правильну" поведінку автомобіля вносить негативне плече Обкатился - при зростанні опору коченню колеса воно автоматично коригує траєкторію.

Як бачите, важко переоцінити вплив геометрії підвіски на керованість і стійкість. Природно, конструктори приділяють їй найпильнішу увагу. Кути для кожної моделі автомобіля визначають після безлічі випробувань, доводочних робіт і знову випробувань! Але тільки ... в розрахунку на справний автомобіль. На старій, зношеної машині пружні деформації підвіски (в першу чергу, гумових елементів) набагато більше, ніж у нової - колеса помітно розходяться від куди менших сил. Але варто зупинитися, як в статиці всі кути знову на своєму місці. Так що регулювати розбовтану підвіску - марна праця! Спочатку потрібно її відремонтувати.

Звести нанівець всі зусилля розробників можна і іншими способами. Наприклад, гарненько задерти задню частину автомобіля. Дивишся - кастер поміняв знак і від динамічної стабілізації залишилися спогади. І якщо при розгоні «спортсмен» ще зможе впоратися з ситуацією, то при екстреному гальмуванні - навряд чи. А якщо додати нестандартні шини та колеса з іншим вильотом, хто візьметься передбачити, що вийде в кінцевому підсумку? Раніше терміну зношена гума і «убиті» підшипники - півбіди. Буває і гірше...

Мал. 1. «Підвіска без кутів».

Мал. 2. У поперечній площині положення колеса характеризується кутами a (розвал) і b (нахил осі повороту).

Мал. 3. Котіться похилого колеса нагадує кочення конуса.

Мал. 4. При позитивному плечі Обкатился поворот колеса супроводжується підйомом передка кузова.

Мал. 5. Кастер - кут поздовжнього нахилу осі повороту.

Мал. 6. Так «працює» кастер.

Мал. 7. Позитивне (а) і негативне (б) плечі Обкатился.

Коли ви «возитеся» з ремонтом, експериментуєте з розмірами коліс або займаєтеся налаштуванням знову поставленої підвіски, може трапитися конфуз, про який ви, можливо, навіть ніколи не чули - цілком ймовірно, зміниться радіус плеча обкатки. Ця «штука» може мати серйозний вплив на керованість вашого автомобіля.

Без чіткого і повного розуміння всіх факторів, що впливають на роботу підвіски, розташування коліс і відпрацювання геометрії, легко зробити помилку в налаштуванні, яка в кінцевому підсумку змусить ваш автомобіль відчути себе гірше, ніж було раніше. При цьому вловити ту мить, коли була допущена прикра помилка, досить складно.

В загальних рисах радіус плеча обкатки - це невловима, майже міфічна настройка, що стоїть десь на краю ключових регулювань, таких як розвал, зміщення і розмір колеса. По суті, вона визначається розташуванням точки в просторі, де уявна лінія, що проходить через центр підвіски, перетинає вертикальну лінію, що проходить по центру колеса, ці дві лінії десь зустрінуться. Важливо, що цей кут вираховують на автомобілі без навантаження. Для підрахунків, проведених інженерами, це вкрай важливо.

Зверніть увагу на більший кут підвіски щодо колеса

Загалом, є три основні варіанти радіусу плеча:

Якщо дві лінії перетинаються точно на плямі контакту шини з дорогою, у такого автомобіля немає радіусу плеча обкатки.

Якщо лінії перетинаються нижче плями контакту, теоретично під землею, то це називається позитивним радіусом плеча обкатки.

Коли обидві лінії сходяться над плямою контакту - це негативне плече обкатки.

Залежно від цих параметрів вони можуть серйозно впливати на те, як автомобіль управляється, прискорюється і зупиняється. Різні розрахункові навантаження на вісь і конфігурації приводу потребують різних настройках, які будуть вирахувані ще задовго до того, як інженери приступлять до реалізації бажаних характеристик керованості. Так, у автовиробників купа складної роботи, і цей етап лише один з них. Змініть всього один параметр в підвісці і ви почнете ланцюгову реакцію, яка в кінцевому підсумку може звести нанівець вашу головну мету.

Радіус плеча обкатки відноситься до відносного кутку між підвіскою і віссю коліс

При нульовому радіусі поширена думка полягає в тому, що ця настройка може змусити автомобіль відчувати себе злегка нестійким в передній частині при проходженні поворотів і при різкому гальмуванні.

З іншого боку, в нерухомому стані при повороті керма доводиться повертати пляма контакту, максимально розпластане по поверхні дороги, що вимагає більше зусиль і більше зношує шину. У наші дні така настройка (з нульовим плечем) на автомобілях зустрічається вкрай рідко. Трохи більше або трохи менше, але не нуль.

Можна, звичайно, змінити нульову настройку. Наприклад, «висуньте» колеса за допомогою прокладок або встановіть повністю регульовані койловеров, і радіус може стати позитивним. Це змусить шину «шкребти» по землі при поворотах, додаючи нерівномірний знос і зменшуючи термін її служби. Автомобіль з позитивним плечем обкатки може вести себе на дорозі непередбачувано: кермо при проїзді нерівностей може вириватися з рук, при проїзді поворотів створюється «відчутний момент, що перешкоджає рівномірному руху».

Позитивний момент такого налаштування існує для задньопривідних автомобілів. Їм така настройка корисна для того, щоб допомогти зберегти передні колеса в прямому напрямку, навіть коли ви відпустіть рульове колесо. Використовується в спортивних автомобілях і поставляється в стандартній комплектації з більшістю конструкцій підвіски з подвійними поперечними важелями.

Передня вісь Volkswagen Scirocco

Позитивний радіус плеча не сприяє гальмуванню, якщо з якої-небудь причини між сторонами транспортного засобу діє різна сила. Скажімо, якщо ліві колеса мають менше зчеплення з дорогою і система ABS не дозволяє розвинути на них максимальне зусилля. В цьому випадку автомобіль буде намагатися розвернутися в бік коліс з великим зчепленням.

Екстремальний позитивний радіус плеча може дуже важким, настільки, що це було дійсно життєздатним тільки на старих автомобілях з дуже тонкими шинами.

У більшості з нас на автомобілях варто негативний радіус плеча, тому що він має тенденцію йти рука об руку з настройками розпірок підвіски Макферсон. Це допомагає керованим переднім колесам поводитися на дорозі більш стабільно, що добре для проходження поворотів і загальної керованості автомобіля, якщо, припустимо, у вас раптово спустило одну з передніх шин. Інший зручний «побічний ефект» полягає в тому, що, якщо ви влетите колесами в воду з одного боку автомобіля, негативний радіус спрацює проти природного зсуву автомобіля, пом'якшуючи наслідки проходження небезпечної ділянки.

Негативний радіус плеча безпечніше при акваплануванні

Налаштувати підвіску в негативному плечі - найбільш безпечний варіант зробити це. Вона (настройка) дозволяє згенерувати певні зусилля, які зменшать будь-яку ненавмисну \u200b\u200bводієм тенденцію до зміни напрямку руху, яка у випадку з позитивної налаштуванням може мати місце бути.

Навіщо потрібні кути розвалу, сходження і кастер?

Підвіска без кутів

Якщо взагалі не робити ніяких кутів, колесо в ході стиснення-відбою буде залишатися перпендикулярним до дороги, в постійному і надійному контакті з нею. Правда, поєднати центральну площину обертання колеса і вісь його повороту конструктивно досить складно (тут і далі мова про класичну двохважелем підвісці заднеприводного автомобіля, наприклад «жигулів»), оскільки обидві кульові опори укупі з гальмівним механізмом всередину колеса не поміщаються. А раз так, то площину і вісь «розходяться» на відстань А, зване плечем Обкатился (при повороті колесо обкатується навколо осі ab). У русі сила опору коченню незнаючим колеса створює на цьому плечі відчутний момент, стрибкоподібно змінюється при проїзді нерівностей. В результаті кермо буде постійно рватися з рук.

У поперечній площині положення колеса характеризується кутами α (розвал) і β (нахил осі повороту)

Крім того, долати цей самий чималий момент в повороті доведеться мускульною силою. Стало бути, позитивне (в даному випадку) плече Обкатился бажано зменшити, а то і зовсім звести до нуля. Для цього можна нахилити вісь повороту ab. Тут важливо не перестаратися, щоб при ході вгору колесо не занадто завалювалося всередину.

Кочення похилого колеса нагадує кочення конуса

На практиці роблять так: кілька нахиливши вісь повороту (β), потрібну величину добирають нахилом площини обертання колеса (α). Кут ос і є розвал. Під цим кутом колесо спирається про дорогу. Покришка в зоні контакту деформується.

Виходить, що автомобіль рухається немов на двох конусах, що прагнуть розкотитися в сторони. Щоб компенсувати цю неприємність, площини обертання коліс треба звести. Процес називається регулюванням сходження. Обидва параметра жорстко пов'язані. Тобто, якщо кут розвалу нульовий, не повинно бути і сходження, негативний - потрібно розбіжність, інакше шини будуть «горіти». Якщо на автомобілі розвал коліс виставлений по-різному, його буде тягнути в сторону колеса з великим нахилом.

При позитивному плечі Обкатился поворот колеса супроводжується підйомом передка кузова

Інші два кута забезпечують стабілізацію керованих коліс - простіше кажучи, змушують автомобіль з відпущеним кермом їхати прямо. Кут поперечного нахилу осі повороту (β) відповідає за вагову стабілізацію. Легко помітити, що при цій схемі (рис.) В момент відхилення колеса від «нейтрали» передок починає підніматися. А так як важить він чимало, то при відпуску керма під дією сили тяжіння система прагне зайняти вихідне положення, відповідне руху по прямій. Правда, для цього доводиться зберігати те саме, хоч і невелике, але небажане позитивне плече Обкатился.

Кастер - кут поздовжнього нахилу осі повороту

Поздовжній кут нахилу осі повороту - кастер - дає динамічну стабілізацію. Принцип його ясний з поведінки рояльного коліщатка - в русі воно прагне опинитися позаду ніжки, тобто зайняти найбільш стійке положення. Щоб отримати той же ефект в автомобілі, точка перетину осі повороту з поверхнею дороги (с) повинна бути попереду центру плями контакту колеса з дорогою (d). Для цього вісь повороту і нахиляють уздовж ...

Так "працює" кастер

Тепер при повороті бічні реакції дороги, прикладені позаду ... (спасибі Кастер!) Намагаються повернути колесо на місце.
Більш того, якщо на машину діє бічна сила, не пов'язана з поворотом (наприклад, ви їдете по косогору або при бічному вітрі), то кастер забезпечує при випадково відпущеному кермі плавний поворот машини «під схил» або «під вітер» і не дає їй перекинутися.

Позитивне (а) і негативне (б) плечі Обкатился

У переднеприводном автомобілі з підвіскою «Мак-Ферсон» ситуація зовсім інша. Ця конструкція дозволяє отримати нульове і навіть негативне (рис. Б) плече Обкатился - адже всередину колеса тут треба «запхати» лише опору єдиного важеля. Кут розвалу (і, відповідно, сходження) легко звести до мінімуму. Так і є: ВАЗів «восьмого» сімейства розвал - 0 ° ± 30 ", сходження - 0 ± 1 мм. Так як передні колеса тепер тягнуть автомобіль, динамічна стабілізація при розгоні не потрібно - колесо вже не котиться позаду ніжки, а тягне її за собою. Невеликий (1 ° 30 ") кут поздовжнього нахилу осі повороту збережений для стійкості при гальмуванні. Значний внесок в «правильне» поведінку автомобіля вносить негативне плече Обкатился - при зростанні опору коченню колеса воно автоматично коригує траєкторію.

Кути для кожної моделі автомобіля визначають після безлічі випробувань, доводочних робіт і повторних випробувань. На старій, зношеної машині пружні деформації підвіски (в першу чергу, гумових елементів) набагато більше, ніж у нової - колеса помітно розходяться від куди менших сил. Але варто зупинитися, як в статиці всі кути знову на своєму місці. Так що регулювати розбовтану підвіску - порожній працю. Спочатку потрібно її відремонтувати.
Звести нанівець всі зусилля розробників можна і іншими способами. Наприклад, гарненько задерти задню частину автомобіля. Дивишся - кастер поміняв знак і від динамічної стабілізації залишилися спогади. І якщо при розгоні «спортсмен» ще зможе впоратися з ситуацією, то при екстреному гальмуванні - навряд чи. А якщо додати нестандартні шини та колеса з іншим вильотом, то просто неможливо передбачити, що вийде в кінцевому підсумку.