От геометрии к физике, и обратно

Давайте спросим бывалых водителей, отмотавших не одну сотню тысяч километров по различным дорогам, при этом «объездивших» целый табун автомобилей: «Зачем нужно проверять и регулировать геометрию ходовой части?». Чаще всего, как в Одессе, получим встречный вопрос: «А что это такое?». Мы: «Да это же развал-схождение!». Тогда ответ, в 99,9% случаев, будет такой: «Чтобы не изнашивались шины». Опыт общения с механиками, обслуживающими автомобили на стендах для контроля этой самой геометрии, к сожалению, свидетельствует о том, что многие из них придерживаются точно такого же мнения. Для сравнения пример из жизни: равноценно сказать, что болезни суставов в ногах и плоскостопие следует лечить, чтобы не изнашивались ботинки.

Все, что будет изложено далее, преследует цель разъяснить, что износ шин (ботинок) является следствием, а причина лежит в неисправностях ходовой части Вашего автомобиля (болезнях костей и суставов ног). А вот если исправить геометрию ходовой части (вылечить ноги), то есть убрать причину, тогда, как следствие, изменится поведение автомобиля на дороге (походка больного). А когда уйдет следствие, то у правильно ездящего автомобиля не будут катастрофически изнашиваться колеса, как у здорового человека - подошвы. Что такое неправильная походка понятно всем: косолапость, хромота, шарканье подошвами и т.п. А что такое неправильная езда? Вот об этом дальше и пойдет речь.

И еще одно замечание. Водителям автомобилей, даже довольно опытным и квалифицированным, о геометрии ходовой части достаточно информации в предыдущих двух абзацах. Нам же, как изобретателям, разработчикам, производителям и продавцам устройств, предназначенных для контроля и регулировки ходовой части, хотелось бы завоевать внимание тех, кто уже работает на них или собирается это делать в будущем.

наверх

1. Геометрия

Перед обсуждением основных параметров геометрии ходовой части давайте договоримся о некоторых общих терминах, которыми в дальнейшем будем оперировать. Для этого рассмотрим переднюю подвеску и рулевое управление автомобиля. На Рис.1 показана схема широко распространенной подвески типа "Мак-Ферсон" в комплекте с не менее популярным реечным рулевым управлением. Здесь нужно обратить внимание на следующие элементы:

Ось поворота колеса. Это прямая, вокруг которой поворачивается управляемое колесо, связанное с другими деталями (поворотный кулак, стойка и т.д.), когда водитель воздействует на рулевое управление.

Управляемые колеса - это те, у которых положение плоскости качения изменяется под действием рулевого управления.

На нашей схеме (рис.1) она обозначена (1) и проходит через две характерные точки. Верхняя точка (2) является центром подшипника, в который упирается верх амортизаторной стойки с пружиной, а нижняя (3) совпадает с центром шарового пальца в шарнире на поперечном рычаге. В подвеске на двух поперечных рычагах верхняя точка является центром сферы шарового пальца верхней шаровой опоры. У автомобилей с зависимой подвеской эта линия является осью шкворня.

Плоскость вращения колеса. Это любая плоскость в колесе, перпендикулярная оси его вращения. Нам удобно будет принять ее проходящей через середину шины (см. 4, Рис. 1).

Точка контакта колеса с дорогой. Это точка на линии пересечения плоскости вращения с дорогой, в которой колесо соприкасается с ней (см. 5, Рис. 1).

Точка пересечения с дорогой оси поворота колеса. Она обозначена на схеме, как (6) и находится в месте пересечения оси поворота с горизонтальной плоскостью, на которой стоит колесо автомобиля.

2. Измеряемые параметры

Геометрия ходовой части определяет:

положение в пространстве плоскостей качения и осей вращения колес автомобиля относительно вертикали или поверхности дороги (имеется в виду, что поверхность дороги горизонтальна);
плоскостей качения колес одной оси друг относительно друга;
осей поворота управляемых колес относительно вертикали или поверхности дороги;
взаимное положение осей и плоскостей качения передних и задних колес.

Специалисту, занимающемуся практической работой по ремонту и регулировке ходовой части достаточно, глубоко не вдаваясь в теорию движения автомобиля, качения колес и действия рулевого управления, представлять себе следующие основные параметры:

Угол развала (см. Рис.2) - это угол наклона плоскости вращения колеса к вертикали. Если верхняя часть колеса относительно центра автомобиля отклонена от вертикали наружу, как это изображено на схеме, то угол считают положительным, а если внутрь – отрицательным.

1. Здесь и далее вертикаль на рисунках показана в виде нити с отвесом.

2. Обычно в контрольных таблицах нормативов геометрии ходовой части развал (и другие параметры тоже) задается при положении колес, соответствующем прямолинейному движению автомобиля с определенной нагрузкой (количеством пассажиров и груза в салоне и багажнике).

Угол поперечного наклона оси поворота (см. Рис.2) – это угол между вертикалью и проекцией оси поворота на плоскость поперечного сечения автомобиля.

Угол продольного наклона оси поворота (см. Рис.3) - это угол между вертикалью и проекцией оси поворота на продольную плоскость симметрии автомобиля. Если верхняя часть оси поворота отклонена от вертикали назад по ходу движения автомобиля (как это изображено на схеме), то угол считают положительным, а если вперед – отрицательным.

Угол схождения (см. Рис.4) – это угол между плоскостями качения колес одной оси (суммарное схождение) или между плоскостью качения любого колеса и продольной плоскостью симметрии автомобиля (раздельное схождение). Если расстояние между колесами впереди меньше, чем сзади, как это изображено на схеме, то угол считают положительным, а если больше – отрицательным.

Разность углов поворота управляемых колес (см. Рис.5). Для того чтобы при повороте любого радиуса оба колеса перемещались по концентрическим окружностям, центр которых расположен на продолжении задней оси автомобиля, как это показано на рисунке, внутреннее к центру поворота колесо должно быть отклонено от прямолинейного положения на больший угол, чем наружное. Это обеспечивается за счет работы рулевой трапеции. То есть шарниры рулевых тяг и оси поворота колес расположены в вершинах трапеции. Контрольным параметром здесь является разность углов поворота передних колес. Обычно эта разность задается при повороте одного из колес на угол 20?.

Силы, действующие в зоне контакта колеса с дорогой (сопротивление качению, тяговая, тормозная сила и т.д.), создают момент вокруг оси поворота, который способен отклонить (повернуть) управляемое колесо в ту или иную сторону. Понятием плеча обката пользуются, чтобы определить величину и направление момента этих сил относительно оси поворота.

Точка контакта колеса с поверхностью дороги (1, Рис.6), как правило, не совпадает с точкой пересечения с дорогой оси поворота (2). Расстояние между этими точками называют плечом обката. Очевидно, что его размер зависит от углов поперечного и продольного наклона оси поворота, а также развала, типа и конструкции подвески. Если ось поворота пересекается с дорогой ближе к центру автомобиля, чем плоскость вращения колеса (Рис. 6А), плечо считается положительным, в противном случае (Рис.6Б) – отрицательным. Когда они совпадают друг с другом, имеет место нулевое плечо обката.

Углы перекоса или сдвига осей колес (см. Рис.7). Исправный автомобиль должен иметь параллельные друг другу оси передней и задней подвесок и симметричные относительно продольной оси автомобиля плоскости вращения колес. Любые отклонения от общей симметрии являются неисправностями, а потому должны быть обнаружены и устранены.

Общим свойством для всех вышеописанных параметров является то, что углы развала, схождения и перекоса осей, как правило, малы - не превышают нескольких минут, максимум 1 градуса. Поэтому они незаметны на глаз и сложны для замера, а углы наклона оси поворота вообще визуально не определимы, так как детали автомобиля, формирующие эти углы, недоступны для прямого контроля.

Технология замера параметров геометрии ходовой части, как правило, предусматривает контроль положения плоскостей или осей вращения колес автомобиля, установленного на горизонтальную площадку.

наверх

3. Физика

Физические процессы, которые влияют на «походку» автомобиля, обусловлены взаимодействием огромного количества факторов. В основном, это действие сил тяжести, тормозных и тяговых сил, сопротивления качению колес, веса автомобиля, пассажиров и багажа (груза), упругости шин и пружин подвески, сопротивления амортизаторов. В некоторых случаях к ним еще нужно добавить аэродинамические силы. При этом никак нельзя забыть о сцеплении шин с дорогой. Все эти факторы постоянно изменяются, взаимно влияя друг на друга. Величина, а также точки приложения и плечи действия этих сил зависят от конструкции автомобиля, геометрических параметров подвески, распределения нагрузки по осям автомобиля и массы других факторов, рассмотреть которые в рамках данного обзора не представляется возможным, да и не является необходимым. Учитывая сложность процессов и разнообразие вариантов конструкции ходовой части автомобилей, претендовать на фундаментальное описание всех взаимосвязей в такой короткой публикации нереально. Достаточно показать на наиболее типичных примерах действие сил, влияющих на ходовые качества автомобиля, в связи с перемещение геометрическими параметрами подвесок, а также пояснить роль тех или иных параметров геометрии в обеспечении устойчивости и управляемости автомобиля.

Если Вы интересуетесь автоспортом, наверняка слышали такое выражение, как «настройка ходовой части в соответствии с особенностями трассы». Под этой настройкой понимается:

подбор шин и давления воздуха в них;
регулировка жесткости пружин подвески и стабилизаторов, а также характеристики сопротивления амортизаторов;
регулировка геометрии ходовой части.

Все это делается с целью обеспечить оптимальный контакт колес с дорожным покрытием, а также характеристику поворачиваемости, соответствующую условиям движения на той или иной трассе. И еще одно: окончательная настройка ходовой части выполняется после серии предварительных тренировочных заездов с учетом данных измерительной аппаратуры, установленной на автомобиле, и требований гонщика.

Для чего мы воспользовались вышеприведенным примером? Только затем, чтобы обратить Ваше внимание на то, каким множеством объективных и субъективных факторов должна быть обусловлена оптимальная характеристика ходовой части гоночного автомобиля.

Наиболее очевидными из них являются:

тип и конструктивное исполнение подвески;
тип и конструкция шин, давление воздуха в них и их температура;
распределение нагрузки по осям автомобиля (положение центра тяжести);
аэродинамика автомобиля;
продольные, поперечные и вертикальные ускорения;
тип привода (передний, задний, полный);
удельная мощность;
погодные условия;
траектория, состояние и профиль трассы (покрытие, наличие поворотов, прямых участков, подъемов, спусков, поперечных уклонов);
средние скорости движения;
манера вождения.

Итак, заключительным критерием, который подводит итог всему вышеприведенному списку, являются субъективные ощущения водителя. Очевидно, что в любой ситуации водитель за рулем автомобиля может оценивать поведение автомобиля ТОЛЬКО ЗА СЧЕТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОПРЕДЕЛЕННЫХ ФАКТОРОВ НА ЕГО ОРГАНЫ ЧУВСТВ. Это зрительные, слуховые, вестибулярные или тактильные ощущения. Но ни один самый заслуженный чемпион из чемпионов не в состоянии определить геометрические параметры ходовой части. Точно так же, пока не существует приборов, которые способны измерять эти параметры на движущемся автомобиле. Водитель может передать свои ощущения, вызванные воздействием физических параметров движения автомобиля (ускорений, замедлений, центробежных и других сил) на его органы чувств, а специалист по настройке, зная взаимосвязь тех или иных сил с параметрами движения, должен быть способен выполнить необходимые регулировки. Точно так, как опытный врач на основании жалоб больного и данных обследования может назначить лечение.

К счастью, специалисты, занимающиеся геометрией ходовой части на практикующих СТО, имеют дело не с автогонками, где пилоты выкручивают из своих болидов все, на что те способны. Но, к сожалению, только они – эти пилоты, тонко чувствуют автомобиль и, в отличие от простых клиентов СТО, способны точными техническими терминами передать свои наблюдения, то есть сформулировать требования. К тому же, им на помощь приходят контрольно-измерительные приборы, датчики которых постоянно следят за поведением автомобиля, а снятые ими параметры фиксируются в памяти бортовых компьютеров и передаются на центральный пульт контроля. Серийный дорожный автомобиль не насыщен такой сложной аппаратурой и, как правило, за рулем не имеет профессионального гонщика. На стадии разработки и испытания его прототип проходит эти операции на специальных полигонах, в лабораториях и в руках высококвалифицированных испытателей. Собранные данные обобщаются, обрабатываются и учитываются в виде технических требований при подготовке автомобиля к серийному производству. То есть грамотно спроектированный и доведенный автомобиль имеет оптимальную устойчивость и управляемость на тех режимах и тех дорогах, для которых он предназначен. А геометрические параметры его ходовой части с определенными требованиями и допусками прописаны в соответствующих пунктах технической характеристики. Да и жалобы у водителей обычных дорожных автомобилей тоже формулируются попроще, чем у гонщиков. Как правило, их можно свести к следующим:

автомобиль уводит (водители говорят "тянет") в сторону от прямолинейного движения;
при выходе из поворота руль не стремится возвратиться в среднее положение;
при прямолинейном движении рулевое колесо не находится в среднем положении;
на прямом участке дороги или поворотах автомобиль рыскает из стороны в сторону;
на поворотах «пищит» резина;
интенсивный и неравномерный износ шин.

А теперь, чтобы стала понятна связь между поведением автомобиля на дороге и особенностями регулировки его ходовой части, нам с Вами придется разобраться в некоторых процессах, влияющих на управляемость и устойчивость.

ВНИМАНИЕ! Некоторым читателям, не имеющим достаточного опыта и желания работать с технической литературой, многое из того, что будет изложено в дальнейшем, может показаться ненужным, непонятным, неинтересным или сложным для восприятия. Ничего страшного в этом нет. Вы можете спокойно пропустить теоретические объяснения и просто прочитать ВЫВОДЫ, которые содержат конкретные указания для практической работы. То есть, в них мы избегаем ответа на один из сакраментальных вопросов «Кто виноват?», а сразу переходим к ответу на второй из этих вопросов: «Что делать?».

наверх

4. Стабилизация управляемых колес

Управляя исправным автомобилем на достаточно ровном участке дороги с хорошим покрытием, каждый из нас испытал ощущение, что руль сам поддерживает прямолинейное движение. Руки на нем почти расслаблены и готовы приложить усилие только в тех случаях, когда требуется изменить направление (обгон, объезд препятствия, поворот) или сохранить прямолинейное движение, если появилась причина, вызвавшая отклонение от него (ухаб, порыв бокового ветра, поперечный уклон дороги и т.п.). Нам также знакомо, что при выходе из поворота достаточно просто отпустить «баранку» и добавить газу, чтобы рулевое управление само выпрямило колеса. Эта способность автоматически поддерживать прямолинейное движение и называется стабилизацией управляемых колес.

Стабилизация обеспечивается совокупностью статических и динамических сил, приложенных к колесам. Давайте рассмотрим их действие в связи с геометрическими параметрами передней подвески. Для простоты вначале возьмем заднеприводный автомобиль, имеющий нейтральное плечо обката и разберемся с тем, что с ним происходит на повороте (Рис.8).

Известно, что на любое тело, движущееся по кривой, действует центробежная сила (2, Рис. 8). Она приложена к его центру тяжести (1). Величина силы зависит от массы автомобиля, радиуса поворота и квадрата скорости движения. Автомобиль не «уносит» с дороги в сторону действия центробежной силы, так как в точках контакта колес с дорогой (4) действуют силы сцепления (3). На задних колесах их действие просто предотвращает занос автомобиля вбок, а на передних возникает более сложная зависимость. Кроме того, что эти силы препятствуют сносу колес, они вызывают момент (5), который равен произведению силы сцепления колеса с дорогой на плечо (7), и направлен так, чтобы повернуть колесо вокруг оси поворота (6) в положение, соответствующее прямолинейному движению. Это плечо обусловлено наличием положительного угла продольного наклона оси поворота. Поэтому, если во время движения по кривой отпустить руль, он будет стремиться возвратиться к среднему положению, при котором колеса обеспечивают прямолинейное движение, а центробежная сила отсутствует.

Как только колеса будут отклонены от среднего положения, движение автомобиля снова пойдет по кривой, а, значит, появится центробежная сила и процесс стабилизации возобновится.

Очевидно, что у автомобиля с передними ведущими колесами или полноприводного, к действию сил сцепления колеса с дорогой добавляется еще и тяговая сила, которая увеличивает стабилизирующий момент. Другими словами: чем сильнее давим на газ, тем более ощутима стабилизация.

Итак, мы разобрались в том, за счет чего осуществляется стабилизация при движении по кривой. А при прямолинейном движении стабилизация обеспечивается следующим образом. В точке контакта колес с дорогой обычно имеются силы, направленные вперед или назад и расположенные в плоскости вращения колеса. Эти силы (1 Рис.9) обусловлены, либо наличием сопротивления качению колеса, либо тяги, если автомобиль полно- или переднеприводный. Они создают вокруг осей поворота (2) моменты, которые стремятся повернуть колесо вовнутрь или наружу автомобиля, в зависимости от того, положительное или отрицательное плечо обката. На наших схемах плечо положительное, а сила направлена назад (так как колеса не ведущие), следовательно, момент «старается» повернуть колеса наружу. Этому препятствуют рулевые тяги, наружный шарнир которых (3) связан с поворотным кулаком, а внутренний (4) - с рейкой рулевого механизма. Как видим, при симметричных рулевых тягах, нагрузка на двух концах рулевой рейки одинакова по величине и противоположна по направлению. Следовательно, рейка находится в равновесии, поэтому на рулевом колесе отсутствует реакция, которая постоянно старалась бы повернуть его в какую-нибудь сторону.

При неквалифицированном регулировании схождения может возникнуть ситуация, когда одна тяга станет заметно длиннее другой (рис.10). Как видим, вследствие этого нарушается геометрическая симметрия рулевой трапеции, что вызывает неравенство сил на концах рулевой рейки. На схеме зеленым цветом показано распределение сил, действующих на левую рулевую тягу, а синим - на правую. Если наложить схемы этих сил одна на другую (это сделано на правой рулевой тяге), то разность сил будет очевидна. То есть, стабилизирующий момент, обусловленный радиусом плеча обката и силой сопротивления качению, будет одинаков и справа и слева, а сила, действующая на рулевую рейку со стороны правой рулевой тяги, будет больше, чем с левой стороны. Симптомом этого дефекта обычно является то, что изменяется положение рулевого колеса, соответствующее прямолинейному движению. Так как на концах рейки нет равновесия сил, при прямолинейном движении она постоянно будет стремиться повернуть руль в одну сторону (на нашей схеме влево, то есть в сторону действия большей силы на одном из ее концов).

Теперь рассмотрим ситуацию, когда на левом и правом колесах имеет место разность плеч обката. На схеме Рис. 9 видно, что если на одном колесе переместить точку (5) в сторону, назад или вперед по ходу движения автомобиля, что произойдет при изменении развала, продольного и поперечного наклона, размер плеча обката (6) тоже может поменяться, так как переместятся точки, стоящие на концах отрезка. Это создаст разность стабилизирующих моментов, действующих вокруг оси поворота, то есть вызовет в рулевом управлении силы, заставляющие передние колеса стремиться к повороту в какую-то одну сторону.

Наш опыт общения со специалистами, работающими на постах регулировки геометрии ходовой части, к сожалению, свидетельствует, что многие из них позволяют себе некоторые вольности по отношению к технологии выполнения работ. Обычно это выражается в следующем:

1. Производители автомобилей (особенно оснащенных подвеской «Мак-Ферсон») часто не предусматривают возможность регулирования продольного наклона оси поворота. Поэтому некоторые мастера делают вывод, что и проверять этот параметр нет необходимости. Чего, мол, измерять то, что потом все равно не нужно регулировать, а клиенты вообще не знают что это за угол такой. Они приехали регулировать «развал-схождение», так мы им это и делаем! Тем более, что для замера продольного наклона требуется сделать больше телодвижений, чем, скажем, развала или схождения: расстопорить руль, повращать его вправо-влево, затем снова застопорить. Правда, потом возможны ситуации, когда после выезда с СТО у водителя появляется жалоба, что автомобиль «тянет в сторону». А как теперь можно ему что-либо вразумительное объяснить, если этот замер вообще не производился?

2. Из того, что было сказано выше, однозначно следует, что при регулировании схождения необходимо действовать так, чтобы не нарушить симметрию рулевой трапеции. Однако в некоторых моделях автомобилей положение рулевых тяг таково, что доступ к какой-то из них затруднен или невозможен без выполнения дополнительных операций. Еще бывает, что после неквалифицированной замены деталей длина рулевых тяг стала неодинаковой. Вывод, который из этого делают некоторые «специалисты», простой: если недоступна одна из тяг, будем регулировать другой. А если после этого со своего правильного места уйдет руль, можно восстановить справедливость «хирургическим» путем, переставив его на шлицах вала. Думаем, что комментарии здесь излишни!

Стабилизация управляемых колес за счет продольного наклона оси поворота и плеча обката – динамическая, так как действует только в движении. Это понятно, ведь она использует силы центробежные или действующие в точке контакта колеса с дорогой во время движения (имеются в виду тяговая, тормозная или сопротивление качению). Но еще есть и статическая стабилизация, которая использует вес автомобиля, независимо от того находится он в данный момент в покое или движется.

На схеме Рис.11 показаны два примера поворота колеса: на левой части рисунка поперечный наклон оси поворота (1) равен нулю (она вертикальна), а на правой – имеет место некоторый угол поперечного наклона. Точка контакта колеса с дорогой (4) при повороте колеса описывает круг (2), центром которого является место пересечения с дорогой оси поворота (3), а плоскость круга перпендикулярна оси поворота. Представим себе, что колесо повернуто на угол (5) от положения, соответствующего прямолинейному движению. При отсутствии угла поперечного наклона оси поворота (левая часть рисунка) плоскость круга, по которому движется точка контакта колеса с дорогой, расположена горизонтально, то есть перемещение этой точки будет в плоскости дороги. На правой части рисунка плоскость круга наклонена вместе с осью поворота, поэтому точка контакта колеса с дорогой после поворота как бы опустилась ниже поверхности дороги на величину отрезка (6). Ясно, что у реального автомобиля не эта точка пойдет вниз (под дорогу), а вверх приподнимется передняя часть автомобиля. Так как автомобиль оказался «вывешенным», то сила тяжести будет стараться опустить его, то есть повернуть колесо в положение, когда этого вывешивания не будет. Очевидно, что это будет только при положении колес, соответствующем прямолинейному движению, а при повороте колеса в любую сторону тут же возникает стабилизирующий момент.

Просим обратить внимание на то, что для простоты объяснения мы в предыдущих рассуждениях пренебрегли влиянием угла продольного наклона оси поворота. На реальном автомобиле всегда имеет место одновременное действие двух факторов стабилизации: статического и динамического. Поэтому при значительном нарушении симметричности углов продольного и поперечного наклона на правом и левом колесах вероятно появление разности момента стабилизации справа и слева, а это может привести к тому, что на руле будет ощущаться стремление автомобиля «убежать» в сторону.

В некоторых ситуациях используются другие возможности для стабилизации управляемых колес, в частности за счет свойств отрицательного плеча обката.

Наиболее ярким примером влияния плеча обката на ходовые качества является случай торможения автомобиля с неодинаковой тормозной силой на правом и левом передних колесах. Разность тормозных сил может возникнуть, как в результате неисправности, так и дорожных условий. Например, износ или замасливание колодок, попадание воздуха в гидропривод, или наезд одной стороной автомобиля на обледеневший участок дороги. Такая же картина возникает при намокании тормозных колодок после проезда глубокой лужи или брода На Рис. 12 показана схема торможения автомобиля с неработающим тормозом на правом переднем колесе. Стрелками (7) показаны тормозные силы на всех остальных колесах. При возникновении замедления появляется сила инерции (8), которая направлена вперед по ходу движения автомобиля. Совместное действие силы инерции автомобиля и силы торможения, приложенной к левому переднему колесу, создает момент (4), который старается повернуть автомобиль против часовой стрелки, то есть влево.

Если плечо обката положительное (1), как это показано на левой части рисунка, то действие силы торможения на этом плече создает момент вокруг оси поворота, который направлен так, что старается повернуть левое переднее колесо в том же направлении, то есть способствует моменту силы инерции в изменении направления движения автомобиля.

На правой части рисунка мы видим противоположную картину. Момент силы инерции так же, как и на левом рисунке, старается повернуть автомобиль влево. Однако здесь мы имеем отрицательное плечо обката (2). А его действие вызывает момент (6) относительно оси поворота, который, противодействуя моменту силы инерции, поворачивает колесо в противоположную сторону, то есть вправо. Таким образом, при отрицательном плече обката возникает момент, стабилизирующий направление движения автомобиля при неравномерной тормозной силе за счет поворота колеса в нужном направлении.

наверх

5. Увод шин

Эластичная резиновая шина, в которую обуты все колеса современных автомобилей, имеет целый ряд неоспоримых достоинств, однако под действием сил, вызывающих ее поперечную деформацию (изгиб), она вынуждает колесо катиться так, что фактическое направление его движения не всегда совпадает с положением плоскости вращения, а отклоняется от нее на некоторый угол. Аналогично ведет себя колесо, когда плоскость его вращения наклонена на некоторый угол к вертикали. На Рис.13 слева показано колесо, на которое действует боковая сила, приложенная к его оси. Это может быть действие центробежной силы, бокового ветра или силы, обусловленной движением автомобиля по дороге, имеющей поперечный уклон – косогору. Цифрами без кружков на рисунке обозначены точки на колесе до приложения боковой силы, а само колесо обведено пунктиром.

Под горизонтальной линией, изображающей поверхность дороги, теми же цифрами обозначен след траектории качения этого колеса. Как видим, он расположен на прямой, являющейся линией пересечения плоскости вращения колеса с дорогой. Если колесо находится под действием боковой силы?F, оно прогибается и его срединная плоскость приобретает форму, обозначенную цифрами с кружками. Очевидно, что при качении колеса место, обозначенное на нем очередной цифрой с кружком, не попадет на след плоскости вращения, а окажется сдвинутым от него в сторону действия силы.

Так же поведут себя все последующие точки, что вызовет отклонение траектории движения колеса на некоторый угол, хотя плоскость его вращения не изменила своего положения. Этот угол называют углом увода. Другими словами, Вы не поворачивали руль, однако автомобиль отклонило на некоторый угол в сторону действия боковой силы, потому, что из-за своей эластичности шина прогнулась.

На правой части рисунка показан процесс возникновения увода колеса, если плоскость его вращения отклонена на какой-то угол от вертикали (например, вследствие угла развала).

Итак, углом увода колеса мы будем считать угол отклонения траектории реально движущегося колеса под действием боковой силы или наклона, от теоретической траектории, образованной линией пересечения плоскости вращения колеса с поверхностью дороги.

Предыдущие рассуждения позволяют сделать соответствующие умозаключения относительно причин, влияющих на величину увода. Если увод зависит от деформации шины и угла наклона плоскости вращения колеса к поверхности дороги, очевидны следующие выводы.

Практически увод зависит от:

давления воздуха в шинах;
размерности шины (низкий или полный профиль);
тип шины (радиальная или диагональная);
нагрузки на колесо (имеется в виду часть веса автомобиля, приходящаяся на это колесо, либо аэродинамическая сила, которая зависит от формы кузова автомобиля, а также от наличия спойлеров, антикрыльев и т.п.);
величины боковой силы (центробежная сила на повороте зависит от крутизны поворота и скорости движения, аэродинамическая сила зависит от скорости бокового ветра и парусности кузова автомобиля);
от конструкции подвески и ее состояния (учитывается, что углы развала колес изменяются в зависимости от величины сжатия подвески, а также от того, насколько они изначально правильно отрегулированы).

наверх

6. Характеристика поворачиваемости автомобиля

Итак, под действием боковой силы реальная траектория движения колеса отклоняется от теоретической на угол, называемый углом увода. Давайте посмотрим, как при этом поведет себя автомобиль. На Рис. 14 изображено движение автомобиля на повороте. Здесь водитель повернул руль на некотрый угол, что вызвало соответствующее отклонение управляемых колес, и автомобиль начал движение по криволинейной траектории. Возникшая центробежная сила (1) обусловила деформацию шин всех колес. В свою очередь эта деформация вызвала их увод.

Возможен один из трех случаев:

угол увода колес передней оси больше, чем задней (рис. А);
углы увода колес передней и задней оси равны друг другу (Б);
угол увода колес задней оси больше, чем передней (В).

Теоретическая траектория движения центра тяжести автомобиля (2) описывается дугой с радиусом, равным радиусу поворота при данном положении управляемых колес. Если угол увода передней оси больше, чем задней, то реальная траектория пойдет по стрелке (3), то есть с отклонением от теоретической линии в сторону увеличения радиуса. Такая характеристика поворачиваемости называется недостаточной.

Рис.14. Характеристика поворачиваемости автомобиля.

Если углы увода передней и задней осей равны между собой, то реальная траектория пойдет по стрелке (4), то есть по касательной к теоретической, а, следовательно, с тем же радиусом. Это автомобиль с нейтральной поворачиваемостью.

Наконец, если угол увода задней оси больше, чем передней, то движение пойдет по стрелке (5), то есть с отклонением от теоретической траектории в сторону уменьшения радиуса. Такая характеристика поворачиваемости называется избыточной.

Теперь может возникнуть закономерный вопрос «А при чем здесь геометрия подвески?». Давайте будем в этом разбираться.

Для начала нужно понять вот что:

1. Реальные углы увода на исправном автомобиле при правильном давлении воздуха в шинах и без превышения норм загр
Мне понравилось