У первісному варіанті такої підвіски, розробленому самим Макферсоном, кульовий шарнір розташовувався на продовженні осі стійки амортизатора - таким чином, вісь амортизаторної стійки була і віссю повороту колеса. Пізніше, наприклад, на Audi 80 і Volkswagen Passat перших поколінь, шаровий шарнір стали зміщувати назовні до колеса, що дозволяло отримати менші, і навіть негативні значення плеча обкатки.
Таким чином, плече обкату (Scrub Radius)- це відстань по прямій між точкою, в якій вісь повороту колеса перетинається з дорожнім полотном, та центром плями контакту колеса та дороги (у ненавантаженому стані автомобіля). При повороті колесо обкатується навколо осі свого повороту по цьому радіусу.
Воно може бути нульовим, позитивним та негативним (всі три випадки показані на ілюстрації).
Протягом десятиліть більшості автомобілів використовувалися порівняно великі позитивні значення плеча обкату. Це дозволяло зменшити зусилля на рульовому колесі при паркуванні в порівнянні з нульовим плечем обкату (бо колесо котиться при повороті керма, а не просто провертається на місці) і звільнити місце в підкапотному просторірахунок виносу коліс «назовні».
Однак згодом стало ясно, що позитивне плече обкату може бути небезпечним - наприклад, при наїзді коліс одного борту на ділянку узбіччя, що має відмінний від основної дороги коефіцієнт зчеплення, відмову гальм однієї сторони, проколі однієї з шин або порушення регулювання кермо починає сильно «рватися» з рук». Цей же ефект спостерігається при великому позитивному плечі обкату і при проїзді будь-якої нерівності на дорозі, але плече все ж таки робили досить малим, щоб при нормальному керуванні він залишався малопомітний.
Починаючи з сімдесятих-вісімдесятих років, у міру збільшення швидкостей руху автомобілів, і особливо - з поширенням підвіски типу «Макферсон», що легко допускає це з технічного боку, Стали масово з'являтися автомобілі з нульовим або навіть негативним плечем обкату. Це дозволяє мінімізувати описані вище небезпечні ефекти.
Наприклад, на «класичних» моделях ВАЗ плече обкату було більшим позитивним, на «Ниві» ВАЗ-2121 завдяки компактному гальмівному механізму з плаваючою скобою його зменшили майже до нуля (24 мм), а на передньопривідному сімействі LADA Samara - плече обкату стало вже негативним. Mercedes-Benz як правило, волів на своїх задньопривідних моделях мати нульове плече обкатки.
Плечо обкату визначається не тільки конструкцією підвіски, а й параметрами коліс. Тому при підборі незаводських «дисків» (за прийнятою в технічній літературі термінології ця частина називається «колесо»і складається із центральної частини - дискаі зовнішньої, на яку сідає шина - обода) для автомобіля слід дотримуватися зазначених заводом-виробником допустимі параметри, особливо - виліт, так як при встановленні коліс з неправильно підібраним вильотом плече обкату може сильно змінитися, що дуже суттєво позначається на керованості та безпеці автомобіля, а також на довговічності його деталей.
Наприклад, при встановленні коліс з нульовим або негативним вильотом при передбаченому із заводу позитивному (наприклад, занадто широких) площина обертання колеса зсувається назовні від осі повороту колеса, що не змінюється при цьому, і плече обкату може придбати зайво велике позитивне значення - кермо при цьому починає «рватися з рук» на кожній нерівності дороги, зусилля на ньому при паркуванні перевищує всі допустимі величини (через збільшення плеча важеля в порівнянні зі штатним вильотом), а знос ступичних підшипниківта інших компонентів підвіски суттєво збільшується.
Навіщо потрібні кути розвалу, сходження та кастер?
Підвіска без кутів
Якщо взагалі не робити жодних кутів, колесо в ході стиснення-відбою залишатиметься перпендикулярним до дороги, у постійному та надійний контактз нею. Щоправда, поєднати центральну площину обертання колеса і вісь його повороту конструктивно досить складно (тут і далі йдеться про класичну підвіску двоважеля) задньопривідного автомобіля, наприклад «жигулів»), оскільки обидві кульові опориразом з гальмівним механізмомвсередину колеса не поміщаються. А якщо так, то площина і вісь «розходяться» на відстань А, зване плечем обкату (при повороті колесо обкатується навколо осі ab). У русі сила опору коченню неведучого колеса створює на цьому плечі відчутний момент, який стрибкоподібно змінюється при проїзді нерівностей. В результаті кермо постійно рватиметься з рук.
У поперечній площині положення колеса характеризується кутами α (розвал) та β (нахил осі повороту)
Крім того, долати цей найбільший момент у повороті доведеться м'язовою силою. Отже, позитивне (в даному випадку) плече обкату бажано зменшити, а то й зовсім звести до нуля. Для цього можна нахилити вісь повороту ab. Тут важливо не перестаратися, щоб при ході вгору колесо не надто завалювалося всередину.
Кочення похилого колеса нагадує кочення конуса
Насправді роблять так: кілька нахиливши вісь повороту (β), необхідну величину добирають нахилом площині обертання колеса (α). Кут ос і є розвал. Під цим кутом колесо спирається на дорогу. Покришка у зоні контакту деформується.
Виходить, що автомобіль рухається немов на двох конусах, що прагнуть розкотитися вбік. Щоб компенсувати цю неприємність, площину обертання коліс треба звести. Процес називається регулюванням сходження. Обидва параметри жорстко пов'язані. Тобто, якщо кут розвалу нульовий, не повинно бути і сходження, негативний - потрібна розбіжність, інакше шини «горітимуть». Якщо на автомобілі розвал коліс виставлений по-різному, його тягтиме убік колеса з великим нахилом.
При позитивному плечі обкату поворот колеса супроводжується підйомом переднього кузова
Інші два кути забезпечують стабілізацію керованих коліс – простіше кажучи, змушують автомобіль із відпущеним кермом їхати прямо. Кут поперечного нахилу осі повороту (β) відповідає за вагову стабілізацію. Легко помітити, що при цій схемі (мал.) в момент відхилення колеса від нейтралі передок починає підніматися. Оскільки важить він чимало, то за відпусканні керма під впливом сили тяжіння система прагне зайняти вихідне становище, відповідне руху по прямий. Щоправда, для цього доводиться зберігати те саме, хоч і невелике, але небажане позитивне плече обкату.
Кастер – кут подовжнього нахилу осі повороту
Поздовжній кутнахилу осі повороту – кастер – дає динамічну стабілізацію. Принцип її зрозумілий з поведінки рояльного коліщатка - у русі воно прагне опинитися позаду ніжки, тобто зайняти найбільш стійке положення. Щоб отримати той самий 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... (дякую кастеру!) намагаються повернути колесо на місце.
Більше 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 поворотмашини "під схил" або "під вітер" і не дає їй перекинутися.
Позитивне (а) та негативне (б) плечі обкату
У передньопривідний автомобільз підвіскою «Мак-Ферсон» ситуація зовсім інша. Ця конструкція дозволяє отримати нульове і навіть негативне (рис. б) плече обкату – 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 стабілізаціяпри розгоні не потрібно - колесо вже не котиться за ніжки, а тягне її за собою. Невеликий (1°30") кут поздовжнього нахилу осі повороту збережений для стійкості при гальмуванні. Значний внесок у «правильну» поведінку автомобіля робить негативне плече обкату - при зростанні опору коченню колеса воно автоматично коригує траєкторію.
Кути для кожної моделі автомобіля визначають після безлічі випробувань, доведення робіт і повторних випробувань. На старій, зношеній машині пружні деформації підвіски (насамперед гумових елементів) набагато більше, ніж у нової - колеса помітно розходяться від куди менших сил. Але варто зупинитися, як у статиці всі кути знову на своєму місці. Тож регулювати розбовтану підвіску - порожня праця. Спочатку потрібно її відремонтувати.
Звести нанівець всі зусилля розробників можна іншими способами. Наприклад, гарненько задерти задню частинуавтомобіля. Дивишся – кастер змінив знак і від динамічної стабілізації залишилися спогади. І якщо при розгоні «спортсмен» ще зможе впоратися із ситуацією, то при екстреному гальмуванні- навряд чи. А якщо додати нестандартні шини та колеса з іншим вильотом, то просто неможливо передбачити, що вийде зрештою.
Водій веде автомобіль. Попереду – перешкода. Він гальмує, але гальма "беруть" трохи по-різному. У більшості випадків ця різниця практично малопомітна. Але ось при дуже різке гальмування(рис. 1) автомобіль кидає убік, може бути всього на півметра, або заносить і... аварія. Вона нерідко виникає також через те, що при гальмуванні колеса однієї сторони машини опинилися на льоду, бруді чи воді.
Що спільного між названими випадками? Загальне те, що колеса правої та лівої сторін потрапили до різні умовипід силу опору руху. І, природно, ці різні умови «провокували» замет чи мимовільний розворот автомобіля, який водій не завжди встигав вчасно скоригувати.
«Самозахист» проти занесення
Усе сучасні моделіобов'язково мають два незалежні контури в гідроприводі гальм (див. ). Для гарантії збереження ефективності гальмування, а значить, і безпеки, необхідно, щоб при будь-яких несправностях працювало гальмо хоча б одного переднього колеса. З цієї причини набула широкого поширення найдешевша і проста з двоконтурних - діагональна схема роздільного гідравлічного приводугальм. Але перехід на неї змусив конструкторів закласти «заходи самозахисту» у геометричні співвідношення параметрів передньої підвіски та кермового приводу. Цей захід - негативне плече обкатки.
Декілька слів про сам термін. Плечем обкатки (рис. 2) називають відстань між точкою контакту шини з дорогою і точкою В. Вона позначає перетин з дорогою продовження уявної осі, що проходить через центри верхнього і нижнього кульових шарнірів двоважільного передньої підвіски. Якщо відрізок ГВ розташований усередині колії автомобіля (рис. 2а), його вважають позитивним. Якщо завдяки певному поєднанню розмірів деталей у передній підвісці відрізок ГВ виявляється поза колії, то плече обкатки r вважають негативним (рис. 2б).
Тепер подивимося, що станеться при гальмуванні машини з роздільною діагональною схемою гідроприводу гальм. Припустимо, що один із контурів (скажімо, обслуговуючий гальмапереднього правого та заднього лівого коліс) вийшов з ладу. При натисканні на педаль гальмуються переднє ліве та заднє праве колесо(Рис. 3). У точках контакту з дорогою виникають гальмівні сили, відповідно Fтп і Fтз.
Момент від сили інерції Fн, прикладеної в центрі тяжкості ЦТ автомобіля на плечі, що дорівнює половині колії, стане розгортати машину навколо переднього лівого колеса. Його лише в невеликій мірі нейтралізуватиме момент від сили Fтз, що розвертає автомобіль у протилежному напрямку навколо загальмованого заднього правого колеса. Окремо розглянемо силу Fтп. Вона значно більша, ніж Fтз (через перерозподіл зчіпної вагипри гальмуванні), тому для спрощення схеми дії сил умовно вважатимемо, що гальмує лише одне переднє колесоі сила інерції розгортає машину навколо нього. Але така ж приблизно ситуація виникає за будь-якої схеми, і навіть якщо привід повністю справний, але колеса однієї сторони машини потрапляють при гальмуванні на покриття з малим коефіцієнтом зчеплення (зледенілі, засніжені, мокрі) або у разі розриву на ходу шини одного з передніх коліс. Зберегти у своїй заданий напрямокдуже важко, інколи ж і неможливо. Крім того, тут керовані колеса прагнуть повернутись у той бік, де гальмівна сила може бути реалізована за рахунок вищого коефіцієнта зчеплення, різко збільшуючи розворот автомобіля.
Звернемося до рис. 4. Кероване колесо при гальмуванні повертається щодо «шкворня», уявної осі АВ під дією гальмівної сили Fтп.
Зусилля на кермі знижено майже до нуля
При традиційному позитивному плечі обкатки (відрізок ГВ на рис. 4а) виникає момент Мт, що діє в тому ж напрямку, що і момент Мі, утворений силою інерції Fн на плечі, що дорівнює половині колії.
Якщо ж сконструювати підвіску передніх коліс так, щоб плече обкатки вийшло негативним (відрізок ВГ на рис. 4б), то добуток цього плеча на силу Fтп, прикладену в точці контакту колеса Г з дорогою, дасть момент Мт, що діє в напрямку, протилежному моменту Мі , і його нейтралізуватиме.
Під час порівняльних випробувань автомобілів з негативним та позитивним плечима обкатки гальмування проводилося з початкової швидкості 80 км/год за відсутності блокування коліс та відпущеного кермового колеса. Один із контурів діагональної схеми приводу при цьому штучно відключали. У моделі з позитивним плечем обкатки кут розвороту щодо вихідного напрямку руху становив 140-160° при значному зміщенні. А модель із закладеним у конструкцію негативним плечем обкатки мала кут розвороту не більше 15-17°, тобто мало відхилялася від початкової траєкторії. Це свідчення безперечної переваги негативного плеча обкатки при несиметричному гальмуванні автомобіля.
Особливо цікаві у зв'язку з цим і отримані на випробуваннях дані про величину зусилля або крутного моменту, які необхідно прикласти водієві до рульового колеса, щоб утримати машину на бажаній траєкторії при гальмуванні. Момент на кермі, необхідний при позитивному плечі обкатки, досягає приблизно 130 кгс*см, тобто при радіусі рульового колеса 20-25 см водій повинен прикладати зусилля більше 5-6 кгс. На автомобілі з негативним плечем обкатки момент на рульовому колесі в тих же умовах мізерно малий і коливається біля нульового значення. При цьому коригування траєкторії руху кермом не викликає у водія жодних труднощів.
Занесення при гальмуванні – в 10 разів менше
Такий позитивний ефектнегативного плеча обкатки, який підвищує безпеку за рахунок збереження прямолінійної траєкторії при гальмуванні або при попаданні коліс однієї сторони на слизька ділянкадороги.
А наскільки більшим може бути негативне плече обкатки? Занадто велика його величина може призвести до погіршення стабілізуючих властивостей кермового управління, що доведеться компенсувати відповідно збільшенням поздовжнього нахилу шворня. Але така «компенсація», своєю чергою, збільшить зусилля на кермі, що небажано. Тому у більшості машин величина негативного плеча обкатки коливається в межах від 2 до 10 мм, досягаючи в крайніх випадках 18 мм (як зроблено на Audi-80). Інша крайність – моделі з плечем обкатки, рівним нулю («Мерседес-Бенц»).
Правильні кути установки коліс - один з найважливіших факторів, що забезпечують нормальну керованість, стабільність та стійкість автомобіля при прямолінійному русі та при проходженні поворотів. Оптимальні кожної моделі параметри геометрії підвіски закладаються на етапі проектування. Задані значення кутів установки коліс схильні до зміни і вимагають періодичного регулювання через природного зносувузлів та елементів ходової частини або після ремонту підвіски.
Призначення кутів установки коліс
Коректно налаштована геометрія підвіски дозволяє автомобілю більш ефективно сприймати сили та моменти, що виникають у плямі контакту колеса з дорожньою поверхнею. різних режимівруху. Цим забезпечується передбачувана поведінка автомобіля, а саме: стабільність руху по прямій, стійкість у поворотах, стабілізація при розгонах та гальмуванні. Також завдяки відсутності зайвого опору коченню коліс відбувається більш рівномірне зношування шин, що дозволяє збільшити термін їхньої служби.
Задані виробником значення кутів установки коліс є оптимальними для конкретного автомобіляі відповідають його призначенню та особливостям налаштування підвіски. Однак, у разі потреби, конструктивно передбачена можливість їх зміни чи регулювання. Кількість параметрів, які можна регулювати кожного автомобіля, індивідуально.
Види основних кутів установки коліс автомобіля
| Параметр | Вісь автомобіля | Регульований параметр | На що впливає |
|---|---|---|---|
| Кут розвалу коліс (Camber) | Передня Задня | Так (залежить від автомобіля) | Стійкість руху у повороті Передчасне зносшин |
| Кут сходження коліс (Toe) | Передня Задня | Так | Стійкість при прямолінійному русі Передчасне знос шин |
| Поперечний кут нахилу осі повороту (KPI) | Передня | Ні | |
| Поздовжній кут нахилу осі повороту (Caster) | Передня | Так (залежить від автомобіля) | Стабілізація автомобіля під час руху |
| Плечо обкатки | Передня | Ні | Стабільність автомобіля при гальмуванні Стабілізація автомобіля під час руху |
Розвал коліс
Розвал коліс (англ. camber) — це кут, утворений середньою площиною колеса та вертикаллю, що проходить через точку перетину середньої площини колеса та опорної поверхні. Розрізняють позитивний та негативний розвал:
- позитивний (+) - коли верхня частина колеса нахилена назовні (від кузова автомобіля);
- негативний (-) - коли верхня частина колеса нахилена всередину (до кузова автомобіля).
Позитивний та негативний кутирозвалу коліс Конструктивно camber утворюється положенням ступичного вузла та забезпечує максимальну площу плями контакту шини з дорогою. У випадку двоважільного незалежної підвіскиположення маточини визначається верхнім і нижнім поперечними важелями. На формування кута розвалу впливає нижній важільі амортизаційна стійка.
Відхилення значень кута розвалу від норми впливають на автомобіль в такий спосіб.
- хороша стійкістьавто у поворотах;
- погіршується зчеплення коліс при прямолінійному русі;
- підвищений знос внутрішньої сторонишини.
- гарне зчепленняколіс із дорогою;
- погіршується стійкість у поворотах;
- підвищений знос зовнішньої сторони шини.
Сходження коліс
Сходження коліс (англ. toe) - Кут між поздовжньою віссю автомобіля і площиною обертання колеса. Може бути визначено як різницю відстаней між передніми і задніми бортами ободів коліс (на малюнку це значення А мінус В). Таким чином, сходження може вимірюватися у градусах чи міліметрах.
Сходження коліс автомобіля Розрізняють сумарне та індивідуальне сходження. Індивідуальне сходження розраховується окремо кожному за колеса. Це відхилення площини його обертання поздовжньої осі симетрії автомобіля. Сумарне сходження розраховується як сума індивідуальних кутів сходження лівого та правого коліс однієї осі. Аналогічно визначається сумарне сходження у міліметрах. При позитивному сходження (англ. toe-in) колеса взаємно повернені всередину за напрямом руху при негативному значенні (англ. toe-out) - Назовні.
Позитивне та негативне сходження коліс Відхилення значень кута сходження від норми впливають на автомобіль в такий спосіб.
Занадто великий негативний кут:
- підвищений знос шини із внутрішньої сторони;
- гостра реакція авто на кермо.
Занадто великий позитивний кут:
- погіршується витримка траєкторії руху;
- підвищений знос шин із зовнішнього боку.
Поперечний кут нахилу осі повороту колеса Поперечний кут нахилу осі повороту (англ. KPI) - Кут між віссю повороту колеса і перпендикуляром до опорної поверхні. Завдяки даному параметру при повороті керованих коліс кузов автомобіля піднімається, внаслідок чого виникають сили,
що прагнуть повернути колесо в прямолінійне положення. Таким чином, KPI значно впливає на стабільність і стійкість автомобіля при прямолінійному русі. Різниця величин кутів поперечного нахилу правої та лівої осей може призводити до відведення автомобіля у бік з великим нахилом. Цей ефект може виявлятися і відповідно нормальним значенням інших кутів установки коліс.
Кут поздовжнього нахилу осі повороту колеса
Поздовжній кут нахилу осі повороту Поздовжній кут нахилу осі повороту (англ. caster) -кут між віссю повороту колеса та перпендикуляром до опорної поверхні в поздовжній площині автомобіля. Розрізняють позитивний та негативний кути поздовжнього нахилу осі повороту колеса.
Позитивний caster сприяє виникненню додаткової динамічної стабілізації автомобіля під час руху на середній та високої швидкості. При цьому погіршується повертаність на малої швидкості.
Плечо обкатки
Крім перерахованих вище параметрів, для передньої осі має велике значення ще одна характеристика - плече обкатки. Це відстань між точкою, утвореною перетином осі симетрії колеса та опорної поверхні, і точкою перетину лінії поперечного нахилу осі повороту та опорної поверхні. Плечо обкатки позитивне, якщо точка перетину поверхні та вісь повороту колеса лежать праворуч від осі симетрії колеса (нульового плеча), і негативне, якщо знаходиться зліва від нього. Якщо ці точки збігаються, то плече обкатки нульове.
Значення плеча обкатки Цей параметрвпливає на стабілізацію та поворотність колеса. Оптимальним значенням для сучасних автомобілівє нульове чи позитивне плече обкатки. Знак плеча обкатки визначається розвалом, поперечним нахилом осі повороту колеса та вильотом колісного диска.
Автовиробники не рекомендують встановлювати колісні дискиіз нестандартним вильотом, т.к. це може спричинити зміну заданого плеча обкатки на негативне значення. Це може серйозно вплинути на стійкість та керованість автомобіля.
Зміна значень кутів установки коліс та їх регулювання
Кути установки коліс схильні до змін внаслідок природного зносу деталей, а також після їх заміни на нові. Всі без винятку рульові тяги та наконечники мають різьбове з'єднаннящо дозволяє збільшити або зменшити їх довжину для регулювання величин кутів сходження коліс. Сходження задніх коліс, Так само як і передніх, регулюється на всіх типах підвісок, за винятком задньої залежної балки або моста.
Замітка Михайла розкрила деякі питання щодо налаштування кутів керованих коліс.
Спільними зусиллями постараємося розібратися.
Розвал(camber) - відбиває орієнтацію колеса щодо вертикалі і визначається як кут між вертикаллю і площиною обертання колеса.
У болідів ф1 розвал негативний
Сходження(TOE) -характеризує орієнтацію коліс щодо поздовжньої осі автомобіля.
Вважається, що вплив негативного розвалупотрібно компенсувати, негативним сходженням і навпаки, через деформацію шини в плямі контакту «розвалене» колесо можна як підставу конуса.
На картинці позитивний розвал та позитивне сходження.
Одна з позитивних сторін негативного сходження - збільшення швидкості реакції рульового управління.
Крім розвалу і сходження, які можна побачити "очем", є ще кілька параметрів, які впливають на керованість авто.
Плечо обкату—один із параметрів, який впливає на чутливість кермового керування. Завдяки йому кермо «сигналізує» про порушення рівності поздовжніх реакцій на керованих колесах (Нерівності покриття, нерівномірний розподіл гальмівних сил між правим та лівим колесом).
Позитивне (а) та негативне (6) плече обкату:
А, Б - центри кульових шарнірів передньої підвіски;
В - точка перетину умовної осі, "шкворня", з поверхнею дороги;
Г – середина плями контакту шини з дорогою.
Плечо обкату не впливає на легкість кермового управління. За наявності плеча обкату поздовжні сили, що діють на керовані колеса, створюють моменти, що прагнуть розвернути їх навколо осі повороту. Але у разі рівності сил обох колесах моменти виявляються «дзеркальними», тобто. рівними та протилежно спрямованими. Взаємно компенсуючи один одного, вони не впливають на рульове колесо. Однак моменти навантажують деталі кермової трапеції зусиллями, що розтягують або стискають (залежно від розташування плеча обкату).
(Негативний розвал збільшує позитивне значення плеча обкату)
Вагова стабілізація передніх коліс.
При повороті колеса піднімається передня частина авто, тому під впливом ваги колесо прагне зайняти положення прямолінійного руху. Вагова, або статична, стабілізація передніх коліс (тобто забезпечення їх повернення напрям прямолінійного руху) забезпечується позитивним плечем обкату і кутом поперечного нахилу осі поворотної стійки.
Поперечний нахил поворотної стійки.
SAI - кут поперечного нахилу осі повороту керованого колеса (зі зменшенням поперечного кута ефективність вагової стабілізації знижується, надлишковий нахил призводить до надмірного зусилля на кермі)
IA - увімкнений кут (Постійним конструктивний параметр авто, визначає взаємну орієнтацію осі повороту і цапфи колеса)
γ - кут розвалу колеса
r - плече обкату (У даному випадку, позитивне)
rц - поперечне усунення осі повороту
У 2-важільній підвісці включений кут визначається лише геометрією цапфи.
Механізм роботи вагової стабілізації.
При повороті колеса його цапфа рухається дугою кола, площина якої перпендикулярна осі повороту. Якщо вісь вертикальна, цапфа переміщається горизонтально. Якщо вісь нахилена, траєкторія цапфи відхиляється від горизонталі.
У дуги, яку описує цапфа, з'являються вершина та низхідні ділянки. Становище верхньої точкидуги визначається напрямом нахилу осі повороту колеса. При поперечному нахилі вершина дуги відповідає нейтральному положенню колеса. Значить, при відхиленні колеса від нейтралі в будь-який бік цапфа (а разом з нею і колесо) прагнутиме опуститися нижче за вихідний рівень. Колесо працює як домкрат - піднімає частину автомобіля, що знаходиться над ним. «Домкрату» протидіє сила, що прямо залежить від ряду параметрів: ваги піднятої частини автомобіля, кута нахилу осі, величини її поперечного зміщення та кута повороту колеса. Вона намагається повернути у вихідну, стійку позицію, тобто. повернути кермо в нейтральне положення
Динамічна стабілізація передніх коліс.
Для забезпечення стабільності руху, тобто прагнення автомобіля рухатися прямо, недостатньо тільки поперечного нахилу осі поворотної стійки колеса, особливо на великої швидкості. Пов'язано це з появою додаткового опору коченню і з гіроскопічним ефектом, який може викликати вплив колеса при дії сили, що обурює. Для більшої стабільності вводять поздовжній нахил осі поворотної стійки колеса завдяки якому точка перетину осі повороту з поверхнею дороги зміщена вперед щодо контакту шини з дорогою. Тепер колесо прагне зайняти положення позаду точки перетину осі колеса з дорогою, причому чим більша сила опору коченню, тим більше більший моментповертає колесо у положення прямолінійного руху. При такому зсуві сила, що діє на колесо при повороті, також прагне випрямити колесо.
Головна функція кастера – швидкісна (або динамічна) стабілізація керованих коліс автомобіля. Стабілізацією в даному випадку називають здатність керованих коліс чинити опір відхилення від нейтрального (що відповідає прямолінійному руху) положення і автоматично повертатися до нього після припинення дії зовнішніх сил, що викликали відхилення.
Відхилення керованих коліс може бути спричинене навмисними діями, пов'язаними із зміною напрямку руху. У цьому випадку стабілізуючий ефект сприяє виходу з повороту, автоматично повертаючи колеса в нейтральне положення. А ось на вході в поворот і в його апексі драйверу, навпаки, доводиться долати опір коліс, прикладаючи до кермового колеса певне зусилля. Реактивна сила, що виникає на рульовому колесі, створює те, що називають інформативністю рульового управління.
Потрібний виліт осі повороту (його називають плечем стабілізації) найчастіше отримують за рахунок її нахилу в поздовжньому напрямку на кут, який називають кастером. При малих значеннях кастера плече стабілізації виявляється невеликим по відношенню до розмірів колеса, а плече поздовжніх сил (опір коченню або тяги) - і зовсім мізерним. Тому вони не спроможні стабілізувати масивне колесо. "На допомогу приходить гума". У момент дії дестабілізуючих бічних сил у плямі контакту автомобільного колесаз дорогою генеруються досить потужні поперечні (бічні) реакції, що парують обурення. Вони виникають внаслідок складних процесівдеформації шини, що котиться з бічним відведенням.
Додаткову інформацію про бічне відведення, механізм утворення бічної реакції та стабілізуючий момент наведено нижче.
В результаті відведення колеса під дією бічної сили (силового відведення) рівнодіюча елементарних бічних реакцій завжди виявляється зміщеною назад по ходу руху від центру контактного майданчика. Тобто стабілізуючий момент діє колесо навіть у тому випадку, коли слід осі повороту збігається з центром плями контакту. Виникає питання: навіщо взагалі потрібний кастер? Справа в тому, що стабілізуючий момент (Мст) залежить від різних факторів (конструкції шини і тиску в ній, навантаження на колесо, зчеплення з дорогою, величини поздовжніх сил і т.д.) і не виявляється достатньою для оптимальної стабілізації керованих коліс. У цьому випадку плече стабілізації збільшують поздовжнім нахилом осі повороту, тобто. позитивним кастером. Дестабілізуючі сили, що діють на колесо автомобіля, що рухається, викликаються різними причинамиале, як правило, мають однаковий, інерційний характер. Відповідно і бічні реакції, і стабілізуючі моменти зі зростанням швидкості збільшуються. Тому стабілізацію керованих коліс, в яку робить вагомий внесок кастер, називають швидкісною. Зі збільшенням швидкості вона «керує» поведінкою керованих коліс. На малих швидкостях вплив цього механізму стає несуттєвим, тут працює вагова стабілізація, яку відповідає нахил осі повороту колеса в поперечному напрямі.
Установка осі повороту коліс з позитивним кастером корисна не тільки для їх стабілізації. Позитивний кастер усуває небезпеку різкої зміни траєкторії.
Ще один сприятливий наслідок поздовжнього нахилу осі повороту призводить до суттєвої зміни розвалу керованих коліс при їх повороті.
Механізм залежності простіше зрозуміти, якщо уявити гіпотетичну ситуацію, коли вісь повороту колеса розташована горизонтально (кастер дорівнює 90 °). У цьому випадку "поворот" керованого колеса повністю трансформується зміну його нахилу щодо дорожнього полотна, тобто. розвалу. Тенденція така, що розвал зовнішнього колеса в повороті стає негативнішим, а внутрішнього - більш позитивним. Чим більше кастер, тим більше змінакутів розвалу у повороті.
..................
Нижче наведено роздрук налаштувань боліда Ф1, Лотус Е20
Джерела.
