На первый взгляд, колёса автомобиля установлены относительно кузова и дороги вполне ортодоксально – ось вращения параллельна дороге, а плоскость перпендикулярна. И при повороте управляемых колёс или рабочем ходе подвески ничего не изменяется. На самом деле это не так, установка колёс во всех трёх измерениях достаточно сложна, преследуются разные цели и вырабатывается компромисс.
Почему колеса в автомобиле стоят под углом?
Принудительное отклонение углов установки от идеальных имеет несколько аспектов, друг с другом не связанных, поэтому инженеры выбирают их точное значение в зависимости от приоритетов, заданных разработкой конкретного автомобиля.
Возможно даже, что кому-то потребуются нулевые углы, хотя на практике такое может возникнуть только случайно.
Вот некоторые из влияющих факторов:
- исторические, возникшие, когда дороги были скорее с закруглённой в профиле проезжей частью, чем плоскими, к тому же очень грязными и скользкими;
- требующие особых характеристик управляемости на спортивных, гоночных и просто быстрых автомобилях;
- потребность в обеспечении стабильности движения, не отвлекающей водителя на непрерывное подруливание;
- фактор проходимости, не всегда под колёсами ровный асфальт;
- особенности подвески, обеспечение комфорта требует от неё наличия эластичных связей;
- минимизация расхода материала протектора шин;
- экономия топлива за счёт сокращения потерь на качение.
Все эти задачи можно решить простой, но точной настройкой углов установки колёс. Несколько усложняет задачу их большое количество и не всегда интуитивно понятные связи между ними.
Виды углов установки колес
Все углы можно разделить на продольные, поперечные и траекторные, в соответствии с тремя плоскостями, определяющими положение колёс в пространстве.
Развал колес
Самая древняя настройка. Появилась ещё во времена конных повозок, когда дороги имели скаты для отвода воды с обеих сторон, то есть имели круглый поперечный профиль, к тому же грязь, летящую с колёс, удобнее было отбрасывать чуть в сторону, а не прямо вверх и затем на пассажиров.
Это интересно: Что такое сайлентблоки и зачем они нужны в подвеске машины
Так возникло понятие развала. Это угол между плоскостью вращения колеса и вертикальной осью автомобиля. Он почти всегда был положительным, то есть колёса наклонялись верхней частью наружу автомобиля. Пятно контакта шины с дорогой увеличивалось и протектор изнашивался равномерней.
Но дороги всё чаще стали иметь плоский профиль поверхности, и угол развала стали уменьшать. Этому способствовало увеличение жёсткости подвесок и уменьшение люфтов в ступичных подшипниках. Развал всё меньше зависел от мгновенной нагрузки на колесо, и его не надо было делать с запасом.
В современных машинах он стал почти нулевым, на скоростных автомобилях даже отрицательным, ведь в поворотах развал увеличивается из-за ограниченной боковой жёсткости крепления колеса и самой шины, поэтому для сохранения эффективности работы пятна контакта плоскость лучше завалить во внутрь.
Схождение колес
Схождением называется угол между продольной осью машины и плоскостью колеса. Поскольку управляемые колёса связаны между собой через рулевые тяги, то при прямолинейном движении они ориентируются так, что схождение левого и правого становится одинаковым.
У задних колёс тоже может быть ненулевое схождение, но там эти углы регулируются независимо, а для совпадения оси машины с траекторией их искусственно стараются сделать равными.
Сход колёс сильно влияет на стабильность и управляемость. При движении на них действуют силы, стремящиеся развернуть плоскости наружу. Поскольку подвеска и шины имеют ограниченную жёсткость, то так и происходит. Для компенсации колёса сводят вовнутрь. Это ликвидирует опасность возникновения колебательных процессов и уменьшает износ шин.
Читайте ещё: Для чего нужен бортовой компьютер в автомобиле и как он считает расход топлива
Одновременно снижается острота управления, поэтому в спорте схождение делают нулевым или даже отрицательным, а для сохранения баланса управляемости регулируют обе оси.
Поперечный угол наклона оси
Ось поворота управляемых колёс называют иногда линией шкворня. Шкворней в подвесках давно нет, их функции выполняют разнесённые шарниры, но понятие осталось в виртуальном виде.
Наклонить воображаемый шкворень можно в продольном или поперечном направлении. Во втором случае угол между осью поворота и вертикалью будет влиять на самовозврат колёс при работе рулём, то есть способствовать стабильности сохранения траектории. Он же определит и плечо обкатки, о чём будет сказано ниже.
Продольный угол наклона оси
Его ещё называют кастором или кастером. По важности он третий после развала и схождения, поэтому часто в машинах предусмотрена его регулировка.
Продольный наклон шкворня перемещает проекцию оси поворота вперёд или назад относительно центра пятна контакта шины. Если он положительный, то есть колесо сильно смещено вперёд, машина стабильна, но хуже управляется и наоборот. При этом характеристики поведения автомобиля довольно сильно зависит от сочетания кастора со схождением.
Чтобы упростить задачу подбора оптимального соотношения, регулировки надо начинать именно с него. Если его изменение вообще предусмотрено. Обычно в простых бюджетных машинах кастор не регулируется, чтобы не создавать лишних проблем обычному водителю, не очень интересующемуся нюансами управляемости.
Плечо обкатки
С понятиями углов установки определённым образом связано плечо обкатки или обката управляемых колёс. Это расстояние на поперечной оси между центром пятна контакта и проекцией оси поворота (виртуального шкворня) на поверхность дороги. Оно также может быть положительным или отрицательным.
Знак плеча обкатки сильно влияет на стабильность при торможении. Особенно если контуры резервирования тормозной системы разнесены по диагонали, то есть при отказе одного из контуров замедляются только переднее левое, заднее правое или наоборот.
Если плечо отрицательное, то колесо стремится повернуться в ту сторону, которая препятствует развороту машины из-за несимметричного характера тормозного усилия. При положительном плече машину скорее всего развернёт, а то и опрокинет.
Поскольку плечо обкатки зависит не столько от поперечного угла наклона шкворня, сколько от размеров колёс, то не стоит пытаться установить на машину широкие диски с нештатным вылетом. Это мало что даст для управления, зато уничтожит заложенную заводом стабильность при торможении.
Когда надо регулировать развал-схождение колес
Регулировки углов заложены регламентом, а также должны контролироваться или изменяться при любом вмешательстве в подвеску.
Существует ряд ремонтных работ, которые не изменяют геометрию установки, но поскольку технологию трудно проконтролировать, то принято ставить автомобиль на регулировочный стенд после каждого ремонта.
Цена вопроса достаточно велика, это и безопасность, и быстрый неравномерный износ резины.
Стенды для регулировки
В принципе, опытный мастер способен отрегулировать углы с помощью ровной площадки, специальной линейки и некоторых других простейших приспособлений. Но более предсказуемый результат даст использование специализированного «развального» стенда, которые давно перестали быть редким экзотическим оборудованием.
Динамические
С их помощью можно быстро оценить состояние подвесок и ввести необходимые изменения. Колёса раскручиваются, измеряются и анализируются возникающие при этом силы на опорную поверхность, после чего компьютер рассчитывает и выдаёт необходимую информацию к недостаткам можно отнести невысокую точность результатов.
Статические
Таких стендов большинство, они имеют различную конструкцию. Общим является размещение датчиков на колёсах, информация от которых поступает в стенд, и рассчитываются нужные углы. Стенды имеют высокую точность и могут одновременно регулировать все четыре колеса.
Оборудование снабжается базой данных по большом количеству моделей автомобилей и инструкциями по регулировке.
Почему после стенда машину все равно ведет в сторону?
Возможны разные причины:
- плохое техническое состояние автомобиля, особенно подвесок, большие люфты и нештатная жёсткость не позволяют обеспечить стабильность углов;
- после некачественно проведённого кузовного ремонта нарушена геометрия силовой структуры автомобиля;
- на машине установлены шины с повреждённым каркасом, что может быть и незаметно визуально;
- из-за неравномерного износа протектора шин после езды с неправильными углами колёса обрели так называемую силовую неоднородность, что приводит к уводу шины даже при прямолинейном движении.
Все эти случаи потребуют обращения к специалисту по диагностике кузова и ходовой части, кроме двух последних, которые можно проверить простой перестановкой колёс между осями.
