Сход-развал что это такое и зачем он нужен, как правильно сделать своими руками
Правильное выравнивание колес имеет ведущее значение для отзывчивого рулевого управления и продления срока эксплуатации покрышек. Если наблюдается неравномерный или ускоренный износ, тянет в бок или вибрирует при езде, тогда необходимо провести диагностику. В статье пойдет речь о том, что такое сход развал и для чего регулируется УУК (угол установки колес). Подробно рассмотрим пошаговое руководство и все основные моменты.
Что такое сход развал
Что такое сход развал.
Речь идет о двух параметрах подвески, оказывающих влияние на систему управления, и имеют одинаковое значение. После каждого вмешательства в заводскую конструкцию нужно заново настраивать систему (после ДТП, при замене запчастей и пр.).
Угол развала
Угол развала.
Развал (англ. Camber) – это значение угла между вращаемой вертикалью кругового компонента и его плоскостью. Бывает нулевой/нейтральный (имеет идеальные прямые углы), положительный (крен наружу от кузова) и отрицательный (наклон к кузову).
В машинах с подвеской адаптивного типа показатели во время езды варьируют. Отрицательный развал способствует улучшению показателей на поворотах, положительный – возникает в случае перегрузки авто. Правильный угол необходим для обеспечения стабилизации на поворотах.
Угол схождения
Угол схождения.
Схождение (англ. Toe-Tracking) – речь идет о продольном положении колес один к одному или значении угла между вращаемой плоскостью шины и направлением ее движения.
В некоторых авто предусмотрена возможность регулирования не только передних, но и задних колес. При неверно выставленных параметрах или сбоях показатели транспортного средства существенно ухудшаются.
Для чего нужно регулировать УУК
Углы установки круговых компонентов рассчитываются непосредственно для каждой модели авто индивидуально. Это необходимо для обеспечения плавности хода и улучшения управляемости. Правильный угол наклона обеспечивает контроль движения автомобиля. Именно от УУК зависит безопасность пассажиров и водителя.
Почему угол установки колес разный для разных авто
При значениях развала в пределах ноля УУК является более стабильным при движении по прямой. Положительный развал компенсируется жесткой подвеской. С годами конструкторы приняли решение уходить от положительных значений в сторону отрицательных. Такой подход улучшает устойчивость авто в поворотах, т. к. колеса не подламываются, а лучше цепляются за дорожное покрытие.
При минусовом развале происходит быстрый износ внутренней части шин. В отличие от спортивных автомобилей, предпочтение отдается околонулевым значениям. Углы установки круговых компонентов различаются в соответствии с кинематикой подвески и ее конструкцией, а также от уровня жесткости, вылета колес, а также ширины колеи.
Признаки неправильного развала схождения
Езда на личном авто не всегда осуществляется по ровному дорожному покрытию. Нагрузка в основном приходится на подвеску и покрышки. Это чревато изменением угла наклона колес к поверхности дороги.
Признаки неправильного развала схождения.
Регулировку УУК следует проводить в ряде случаев:
- крен в сторону при движении без поворотов;
- «визг» на низких скоростях и быстрый износ наружной части колеса;
- отсутствие возврата руля в исходное положение или расхождение в радиусе вращения.
Провести диагностику следует, когда машина начинает «плавать» в колее, при разных углах разворота и ухудшении рулевого отклика.
Что такое кастер, и на что он влияет
Кастер представляет собой наклон проекции между осью вращения шин и их вертикалью. Этот параметр влияет на схождение развал, но его часто упускают из вида. Отвечает кастер также за рулевое вращение – возвращает руль на исходную позицию после поворота. Параметры можно регулировать только тогда, когда это предусмотрено производителем.
Как регулируются УУК
Раньше для регулировки угла наклона использовали отвес, специальные шайбы или нитку. В настоящее время процесс прошел компьютеризацию: показания считываются оптическими датчиками, выводящими показатели на монитор. Теперь процедура стала проще и быстрее.
Процесс регулировки УУК.
Сначала диагностируется ходовая часть и проверяется давление в шинах с использованием компрессора. Затем проверяется состояние ходовой части и выявляются ухудшения со стороны подвески, влияющие на управляемость корпуса и его устойчивость.
Процесс регулировки УУК:
- транспортное средство устанавливается на стенд;
- на колеса надеваются адаптеры-мишени;
- с помощью оптических датчиков проводится диагностика положения колес;
- при наличии неисправностей проводятся работы по их устранению.
Как правило, регулировку начинают с кастера, положение которого оказывает влияние на сход и развал. Настройка угла осуществляется посредством находящихся в подвеске специальных узлов.
Как узнать нужный угол
Современная компьютеризированная технология выравнивания колес.
Современная компьютеризированная технология выравнивания колес проводит все необходимые расчеты, инструктируя мастера. Такой подход дает возможность обеспечить параметры, которые соответствуют оригинальной спецификации оборудования для каждого серийного автомобиля индивидуально.
В теории выравнивания колес используется ряд размерных углов, но только два из них считаются регулируемыми:
- Соотношение колес на одной оси при верхнем обзоре иллюстрирует угол схождения. Для определения параметра нужно сравнить расстояние между центральной частью шин спереди с расстоянием между задней частью.
- Развал – «наклон» колеса при обзоре сзади или спереди. Угол развала должен быть отрицательным, чтобы нагрузка приходилась на внешнюю сторону проектора.
Для настройки параметров нужно понимать углы поворота колес, а не слепо следовать указаниям компьютера. Важно знать, что они представляют собой с точки зрения износа шин, торможения и управляемости. Необходимо понимать теорию выравнивания колес. Это поможет оценить влияние регулировки колес, оказываемое на передвигающееся транспортное средство.
Сколько по времени занимает процедура
На регулировочные работы уходит около 30 минут. Длительность проведения процедуры зависит от типа транспортного средства, его состояния. Также имеет значение качество используемого оборудования и уровень профессионализма мастера.
Регулировка развала на легковых авто своими руками
В зависимости от марки и модели машины углы установки колес отличаются. Это связано с различной формой конструкции подвески.
Нужные инструменты
Для работы понадобятся:
- различные гаечные ключи;
- шпагат или проволока;
- уровень или отвес.
Также следует подготовить яму для осмотра и опоры для исключения скольжения настраиваемых колес.
Подготовка и диагностика
Устанавливаем машину на «блины» (по 4-е металлических листа, смазанных солидолом), после чего сверяем высоту, которая должна быть одинаковой. Кривая опора оказывает негативное воздействие на проводимые измерения.
Регулировка развала
Регулировка развала своими руками.
Прикладываем строительный уровень к ободу и проводим регулировку до получения идеального результата – пузырек строго по центру. Регулировка осуществляется с помощью болтов. Принцип заключается в отклонении оси колеса от кузова на 90 градусов.
Для переднеприводных автомобилей регулировка осуществляется за счет болтов, которые держат стойку. Для заднеприводных транспортных средств – посредством шайб (их количества) между рычагом и балкой.
Регулировка углов схождения
Многие считают, что это разовая процедура, но это не так. Корректировки необходимы с определенной периодичностью. Выполняется процедура последовательно.
Подготовка
Автомобиль устанавливается в исходное положение – направление колес кпереди. Используем бруски для фиксации шин вдоль горизонтальной прямой. Используем рулетку для проведения точных измерений промежутка между колесами. Устанавливаем бечевку, протягивая к передним колесам от задних. Важно проследить, чтобы она не прислонялась ни к чему.
Проверка
Используем строительную рулетку для проведения замеров. Если полученные показатели имеют разницу более 1 см. Тогда возникает необходимость в проведении корректировочных работ.
Процедура регулировки
Выполнить регулировку схода развала можно своими руками. В процессе корректировки нужно уменьшить расстояние. Для этого подтягиваются рулевые тяги с помощью муфты. Между точками замеряется промежуток посредством обеих тяг. Средний показатель должен быть равен не более 1-2 мм.
Регулировать нужно две тяги по очереди, следя за пыльником, который должен поворачиваться свободно. В случае закручивания рекомендуется ослабить хомут.
Что будет, если не проверять УУК
Как минимум, машина будет вести себя хуже при езде по прямой, а также при поворотах. Даже незначительные на первый взгляд отклонения приводят к крену – автомобиль будет уходить в сторону. При этом возникает необходимость в приложении большей силы для удержания руля с целью сохранения прямолинейного движения.
При отсутствии своевременной регулировки схода развала шины изнашиваются быстро и неравномерно. Протекторы выходят из строя уже через 10-15 тыс. км.
Как часто требуется проверка углов развала схождения
Для тех, кто владеет автомобилями российского автопрома – каждые 15-20 тыс. км пробега. Иномарки можно диагностировать каждые 30 тыс. км. Проверять критерии рекомендуется у профессионалов. Самостоятельно это можно сделать только при наличии специализированного инструмента.
В каких случаях не поможет
При неверно установленных параметрах регулировка не помогает. Необходимо выставлять углы в допусках, заданных производителем. Может помешать изношенная подвеска при образовании заметных люфтов. Бессмысленно устанавливать параметры при «гуляющих» деталях.
Опытные «развальщики» сначала осматривают всю ходовую часть и резинометаллические детали, проводя проверку характера их перемещения. Для начала меняются изношенные детали, и только затем регулируется угол схода развала.
Пример повреждения коррозией силовых элементов.
Бывают случаи, когда при нормальной подвеске выставить углы не получается. Причиной может являться необратимая деформация кузова, что случается при повреждении коррозией силовых элементов или после автомобильных аварий.
Даже при правильном выставлении углов схода развала авто все равно может продолжать кренить. В таком случае рекомендуется заменить подозрительную пару колес новыми или поменять их местами. Деформация каркаса искривляет шины, что также является причиной изменения угла схода развала.
Владелец двух автосервисов: один выполняет срочные работы по ремонту подвески, двигателей, навесного оборудования, второй сервис по кузовному ремонту и покраске. Начинал сам автослесарем. потом переквалифицировался на установку сигнализаций, сейчас сам работодатель и эксперт.
Регулировка сход развала
Бывает, что автолюбитель платит за регулировки, которые не предусмотрены конструкцией автомобиля. Или эти регулировки навязывают. Рассмотрим подробно, для чего нужны углы установки колес. Проанализируем признаки, когда необходимо проверять сход-развал, чтобы не зависеть от мнения специалистов автосервиса.
Углы установки колес в легковом автомобиле
Колеса, которые поворачиваются для осуществления маневров при движении, называются управляющими. По умолчанию регулируются именно эти колеса. В некоторых моделях, например, Chevrolet Lacetti, регулируют схождение передних и задних колес. С 1987 года появились легковые автомобили, у которых управляющими являются все четыре колеса.
Угол между плоскостью колеса и вертикальной продольной или поперечной плоскостями, угол между осью вращения управляющего колеса и вертикалью называют углами установки колес. В зависимости от типа подвески угол может быть регулируемым или жестко установленным на заводе, на весь срок эксплуатации узлов ходовой части. Перед регулировками УУК устанавливается штатное давление в камерах. Весь дополнительный груз удаляется и пассажиры с автомобиля высаживаются.
Определения
В общем случае конструктивно различают УУК:
1. Угол между плоскостью колеса и продольной вертикальной плоскостью в направлении движения, указанный на рис. 1, называют схождением колес. Различают положительный (изображен на рисунке) нулевой и отрицательный сход. На легковых автомобилях предусмотрен положительный угол, когда расстояние А меньше величины В. Стрелкой указано направление движения вперед. Иногда схождение измеряется как разница значений В-А. Это более практично. В инструкции по эксплуатации указан тип измерений и допустимые значения.
Рис. 1.
2. Угол между вертикальной продольной плоскостью и плоскостью вращения колеса, указанный на рис. 2 называют развалом колес. В большинстве случаев в инструкции от завода указывают для регулировки положительное значение угла, указано на рисунке слева.
Рис. 2.
3. Угол между осью поворота колеса и вертикалью как показано на рис. 3, называется кастер (кастор). Как правило, этот угол устанавливается на заводе. Он не подлежит регулировке в процессе эксплуатации. На схеме изображен положительный угол.
Рис. 3.
4. Угол между осью поворота колеса и вертикалью на виде спереди, как изображено на рис. 4, называется углом поперечного наклона оси поворота. Угол устанавливается на заводе. На автомобилях со шкворнем в подвеске этот угол называют углом наклона шкворня.
Рис. 4.
Для чего нужны сход-развал, иные УУК
Схождение, развал управляющих колес, другие УУК влияют на устойчивость автомобиля, на износ покрышек при движении. Положительные углы сход-развала обеспечивают наиболее полный контакт покрышки с дорогой в динамике при маневрах, при движении по неровностям на большинстве автомобилей.
Значение углов взаимосвязаны. Например, положительный кастер предполагает положительное значение схода колес.
Кастор, поперечный угол наклона шкворней или оси поворота необходимы для самовыравнивания автомобиля при движении. Чем больше значение угла оси поворота, тем лучше курсовая устойчивость. Однако, с ростом угла растет радиус поворота, автомобиль теряет в маневренности в городе.
При правильно работающей подвеске, выставленны х углах, на прямой дороге в безветренную погоду руль можно отпустить. Автомобиль не должен изменить направление движения. При поворотах руль возвращается в исходное положение, что облегчает управление транспортом. Влияние неровностей дороги прежде всего гасятся резиной и подвеской, передавая вибрации и удары на рулевой механизм в ослабленном виде.
Признаки нарушения сход-развала
В процессе эксплуатации УУК меняются в связи с износом или заменой элементов подвески, рулевого управления. При уходе параметров за границы допустимых значений наблюдается:
• неравномерный износ одного или двух покрышек управляемых колес, как указано на рис. 5;
• быстрый равномерный износ покрышек обоих управляющих колес;
• повышенные вибрация, удары руля на неровной дороге;
• увод автомобиля в сторону при движении по прямой на полотне дороги без уклона, при отсутствии бокового ветра;
• неустойчивое поведение автомобиля на скорости выше 80 км/час;
• частые заносы задней части на скользкой дороге могут быть причиной неправильного схода неуправляющих колес.
В таблице 1 указаны типичные значения для углов схождения, развала.
Таблица 1.
Когда и как необходимо регулировать сход – развал, иные УУК
Схождение, развал изменяются в процессе эксплуатации. Регулировать и проверять УУК необходимо:
• после ремонта и замены узлов подвески (пружины, рессоры, пальцы, сайлентблоки, рулевые рейки);
• при установке прокладок для увеличения дорожного просвета или их снятии;
• если наблюдается неравномерный или повышенный износ резины;
• когда руль не возвращается в положение при прямолинейном движении после поворота;
• если колесо попало в колодец или яму при движении.
Не на всех автомобилях в процессе эксплуатации регулируется развал. Например, на автомобилях УАЗ Патриот развал колес установлен на заводе и не корректируется. Меняются изношенные пальцы и вкладыши и регулируется схождение.
Другие УУК проверяются при техническом обслуживании. Если их параметр ушел за границы допустимого, узлы подвески меняют на новые. Так может быть после аварии или значительного удара колеса о препятствие при движении автомобиля.
Схождение и развал регулируют на стенде СТО или вручную. В последнем варианте необходима ровная площадка, приспособления, инструкция и навыки ремонта автомобиля. Необходимо помнить, что давление колес и нагрузка должны быть такими, как указано в паспорте на транспортное средство. Если регулировка проходит на СТО, желательно взять протокол проверки, в котором указаны все УУК, зафиксированные до и после регулировок. Нелишним будет обратить внимание и на нулевое положение рулевого колеса. Это не влияет на УУК, но может влиять на радиус поворота и удобство вождения.
Измерения величин УУК или разницы расстояний между кромками диска (на рис. 1 расстояние В – А) необходимо связывать с диаметром колес и дисков. Например, если владелец установил диски иного наружного диаметра, чем указано в инструкции по эксплуатации и паспорте. Или колеса с иной высотой борта покрышки. В таком случае параметры необходимо пересчитать на новые. Такие ошибки характерны для автомобилей с повышенной проходимостью.
Когда следует изменить допустимое значение схождения?
При нулевом сходе колес резина прослужит дольше всего. Близкое к нулю значение можно выставить, если учитывать:
• автомобиль чаще всего эксплуатируется при движении по прямой;
• перевозимый вес ниже в два и более раз от допустимого;
• пружины или рессоры новые, не просевшие;
• пальцы рулевых тяг и сайлентблоки новые, без зазоров и люфта;
• стиль вождения умеренный и осторожный;
• дорожное полотно хорошего качества, неровности преодолеваются на медленной скорости;
• автомобиль эксплуатируется на песчаной дороге, грунтовке;
• есть возможность в любой день проверить угол схода и отрегулировать, не допуская уход параметра в значение с иным знаком, нежели указан в паспорте.
При установке значения, не указанного производителем, необходимо обратить внимание на ошибку при измерении и проверить результат регулировки, проехав несколько метров. Ошибки и увод УУК в динамике учитываются так, чтобы не допустить перехода знака угла. Например, для автомобилей с положительным схождением колес недопустимо иметь расхождение.
Устанавливая сход близким к нулевому значению, регулируют развал близко к минимальной границе допустимого параметра, если эта регулировка конструктивно предусмотрена. При осторожном, бережном стиле вождения перечисленные меры увеличивают срок эксплуатации узлов подвески, рулевого управления, резины.
Последствия неправильного сход-развала
Увеличение угла за пределы допустимого, но не переход знака, приводит:
• к ускоренному износу протектора, при увеличении угла схождения в 3 раза резина может выйти из строя через 2 – 4 тысячи километров на легковом автомобиле;
• к преждевременному износу сальников, вкладышей и пальцев рулевого управления и подвески;
• быстрой утомляемости в дороге, когда автомобиль постоянно приходится ловить и выравнивать.
При смене знака одного из параметров УУК, автомобиль резко теряет курсовую устойчивость, склонен к заносам и изменению направления движения при торможении. Это приводит не только к преждевременному износу резины, узлов подвески, элементов рулевого управления, но и к аварийным ситуациям.
Секреты подвескостроения У-У-К
Каждый раз, когда по тому или иному поводу речь заходит об углах установки колес, приходится слышать общепринятые фразы о том, что УУК призваны «компенсировать, снижать, повышать и улучшать». Обычно этим и ограничиваются. Если же предпринимаются попытки «копнуть глубже», а именно объяснить, почему колеса устанавливаются так, а не иначе, и каким образом достигается «снижение и повышение», чаще всего знания об этом предмете оказываются поверхностными, не совсем верными или неверными вовсе. Попробуем «повысить и улучшить» осведомленность в этой непростой, но очень интересной теме, заручившись поддержкой эксперта в области «подвескостроения» АЛЕКСАНДРА СОЛНЦЕВА, профессора, заместителя заведующего кафедрой «Автомобили» МАДИ (ГТУ). Как говорится, еще раз и поподробнее…
Экскурс в историю показывает, что мудреная установка колес применялась на различных средствах передвижения задолго до появления автомобиля. Вот несколько более или менее хорошо известных примеров.
Не секрет, что колеса некоторых карет и прочих колясок на конной тяге, предназначенных для «динамичной» езды, устанавливали с большим, хорошо заметным глазу положительным развалом. Делалось это для того, чтобы грязь, шматками летевшая с колес, не попадала в экипаж и на важных седоков, а разбрасывалась по сторонам.
Похоже, мастер, сработавший эту коляску, имел представление о положительном развале колес
У утилитарных повозок для неспешного передвижения все было с точностью до наоборот. Так, дореволюционные руководства о том, как построить хорошую телегу, рекомендовали ставить колеса с отрицательным развалом. В этом случае при потере нагеля, стопорящего колесо, оно не сразу соскакивало с оси. У возницы было время, чтобы заметить повреждение «ходовой», чреватой особенно большими неприятностями при наличии в телеге нескольких десятков пудов муки и отсутствии домкрата.
В конструкции орудийных лафетов (опять-таки наоборот) иногда применялся положительный развал колес. Понятно, что не с целью уберечь пушку от грязи. Так прислуге было удобно накатывать орудие за колеса руками сбоку, не опасаясь отдавить ноги. А вот у арбы ее огромные колеса, которые помогали запросто перебираться через арыки, были наклонены в другую сторону – к повозке. Достигавшееся при этом увеличение колеи способствовало повышению устойчивости среднеазиатского «мобиля», отличавшегося высоким расположением центра тяжести.
Какое отношение эти исторические факты имеют к установке колес современных автомобилей? Да, в общем, никакого. Тем не менее они позволяют сделать полезный вывод. Видно, что установка колес (в частности, их развал) не подчинена какой-либо единой закономерности. При выборе этого параметра «производитель» в каждом конкретном случае руководствовался разными соображениями, которые он считал приоритетными.
Итак, к чему стремятся конструкторы автомобильных подвесок при выборе УУК? Конечно, к идеалу. Идеалом для автомобиля, который движется прямолинейно, считается такое положение колес, когда плоскости их вращения (плоскости качения) перпендикулярны поверхности дороги, параллельны друг другу, оси симметрии кузова и совпадают с траекторией движения. В этом случае потери мощности на трение и износ протектора шин минимальны, а сцепление колес с дорогой, наоборот, максимально. Естественно, возникает вопрос: что же заставляет преднамеренно отклоняться от идеала? Забегая вперед, можно привести несколько соображений. Во-первых, мы судим об углах установки колес на основании статической картины, когда автомобиль неподвижен. Кто сказал, что в движении, при ускорении, торможении и маневрировании автомобиля она не меняется? Во-вторых, сокращение потерь и продление срока службы шин не всегда является приоритетной задачей.
Прежде чем рассказывать о том, какие факторы принимают в расчет разработчики подвесок, условимся, что из большого числа параметров, описывающих геометрию подвески автомобиля, мы ограничимся лишь теми, что входят в группу первичных (primary) или основных. Они называются так потому, что определяют настройку и свойства подвески, всегда контролируются при ее диагностике и регулируются, если таковая возможность предусмотрена. Это хорошо известные схождение, развал и углы наклона оси поворота управляемых колес. При рассмотрении этих важнейших параметров нам придется вспомнить и о других характеристиках подвески. Чтобы оживить память, можно воспользоваться приводящимися справками.
Схождение
В различных источниках, в том числе и серьезной технической литературе, часто приводится версия о том, что схождение колес необходимо для компенсации побочного действия развала. Мол, из-за деформации шины в пятне контакта «разваленное» колесо можно представить как основание конуса. Если колеса установлены с положительным углом развала (почему – пока неважно), они стремятся «раскатиться» в разные стороны. Чтобы этому противодействовать, плоскости вращения колес сводят. Версия, надо сказать, не лишена изящества, но не выдерживает критики. Хотя бы потому, что предполагает однозначную взаимосвязь между развалом и схождением. Следуя предлагаемой логике, колеса, имеющие отрицательный угол развала, обязательно должны устанавливаться с расхождением, а если угол развала нулевой, то и схождения быть не должно. В действительности это совсем не так. Действительность, как водится, подчиняется более сложным и неоднозначным закономерностям.
При качении наклоненного колеса в пятне контакта действительно присутствует боковая сила, которую часто так и называют – тяга развала. Она возникает в результате упругой деформации шины в поперечном направлении и действует в сторону наклона. Чем больше угол наклона колеса, тем больше тяга развала. Именно ее используют водители двухколесной техники – мотоциклов и велосипедов – при прохождении поворотов. Им достаточно наклонить своего скакуна, чтобы заставить его «прописывать» криволинейную траекторию, которую остается лишь корректировать рулевым управлением. Тяга развала играет немаловажную роль и при маневрировании автомобилей, о чем будет сказано далее. Так что вряд ли ее стоит намеренно компенсировать схождением. Да и сам посыл, что из-за положительного угла развала колеса стремятся развернуться наружу, т. е. в сторону расхождения, неверен. Напротив, конструкция подвески управляемых колес в большинстве случаев такова, что при положительном развале его тяга стремится увеличить схождение. Так что «компенсация побочного действия развала» не при чем. Известно несколько факторов, обусловливающих необходимость схождения колес.
Первый состоит в том, что предварительно выставленным схождением компенсируется влияние продольных сил, действующих на колесо при движении автомобиля. Характер и глубина (а значит, и результат) влияния зависят от многих обстоятельств: ведущее колесо или свободно катящееся, управляемое или нет, наконец, от кинематики и эластичности подвески. Так, на свободно катящееся колесо автомобиля в продольном направлении воздействует сила сопротивления качению. Она создает изгибающий момент, стремящийся развернуть колесо относительно узлов крепления подвески в направлении расхождения. Если подвеска автомобиля жесткая (например, неразрезная или торсионная балка), то эффект окажется не очень значительным. Тем не менее он обязательно будет, поскольку «абсолютная жесткость» – термин и явление сугубо теоретические. К тому же перемещение колеса определяется не только упругой деформацией элементов подвески, но и компенсацией конструктивных зазоров в их соединениях, колесных подшипниках и т. д. В случае подвески с большой податливостью (что характерно, например, для рычажных конструкций с эластичными втулками) результат многократно возрастет.
Если колесо не только свободно катящееся, но и управляемое, ситуация усложняется. За счет появления у колеса дополнительной степени свободы та же сила сопротивления оказывает двоякое воздействие. Момент, изгибающий переднюю подвеску, дополняется моментом, стремящимся развернуть колесо вокруг оси поворота. Разворачивающий момент, величина которого зависит от расположения оси поворота, воздействует на детали механизма рулевого управления и вследствие их податливости также вносит свою весомую лепту в изменение схождения колеса в движении. В зависимости от плеча обкатки вклад разворачивающего момента может быть со знаком «плюс» или «минус». То есть он может либо усиливать расхождение колес, либо противодействовать этому.
Если не принять все это во внимание и установить изначально колеса с нулевым схождением, в движении они займут расходящееся положение. Из этого «вытекут» последствия, характерные для случаев нарушения регулировки схождения: повышенный расход топлива, пилообразный износ протектора и проблемы с управляемостью, о чем будет сказано далее. Сила сопротивления движению зависит от скорости автомобиля. Поэтому идеальным решением стало бы переменное схождение, обеспечивающее столь же идеальное положение колес на любых скоростях. Поскольку сделать это сложно, колесо предварительно «сводят» так, чтобы достичь минимального износа шин в режиме крейсерской скорости.
Колесо, расположенное на ведущей оси, большую часть времени подвергается действию силы тяги. Она превышает силы сопротивления движению, поэтому равнодействующая сил будет направлена по ходу движения. Применив ту же логику, получим, что в этом случае колеса в статике нужно установить с расхождением. Аналогичный вывод можно сделать и в отношении управляемых ведущих колес.
Лучший критерий истины – практика. Если, памятуя об этом, посмотреть регулировочные данные для современных автомобилей, можно испытать разочарование, не обнаружив большой разницы в схождении управляемых колес задне- и переднеприводных моделей. В большинстве случаев и у тех и у других этот параметр будет положительным. Разве что среди переднеприводных автомобилей чаще встречаются случаи «нейтральной» регулировки схождения. Причина не в том, что описанная выше логика не верна. Просто при выборе величины схождения наряду с компенсацией продольных сил учитывают и другие соображения, которые вносят поправки в конечный результат. Одно из наиболее важных – обеспечение оптимальной управляемости автомобиля. С ростом скоростей движения и динамичности автотехники этот фактор приобретает все большее значение.
Для болида Ferrari F2008 износ колес – дело десятое, чего нельзя сказать об отзывчивости рулевого управления (впереди – toe-out) и компенсации избыточной поворачиваемости (сзади – toe-in)
Управляемость – понятие многогранное, поэтому стоит уточнить, что схождение колес наиболее ощутимо влияет на стабилизацию прямолинейной траектории автомобиля и его поведение на входе в поворот. Наглядно это влияние можно пояснить на примере управляемых колес. Допустим, в движении по прямой на одно из них оказывается случайное возмущающее воздействие от неровности дороги. Возросшая сила сопротивления поворачивает колесо в направлении уменьшения схождения. Через рулевой механизм воздействие передается на второе колесо, схождение которого, наоборот, увеличивается. Если изначально колеса имеют положительное схождение, сила сопротивления на первом уменьшается, а на втором – растет, что противодействует возмущению. Когда схождение равно нулю, противодействующий эффект отсутствует, а когда оно отрицательное – появляется дестабилизирующий момент, способствующий развитию возмущения. Автомобиль с такой регулировкой схождения будет рыскать по дороге, его придется постоянно ловить подруливанием, что недопустимо для обычного дорожного автомобиля. У этой «монеты» есть и обратная, позитивная сторона – отрицательное схождение позволяет добиться от рулевого управления наиболее быстрой реакции. Малейшее действие водителя тут же провоцирует резкое изменение траектории – автомобиль охотно маневрирует, легко «соглашается» на поворот. Такая регулировка схождения сплошь и рядом используется в автоспорте. Те, кто смотрят телепередачи о чемпионате WRC, наверняка обращали внимание на то, как активно приходится работать рулем тому же Лёбу или Гронхольму даже на относительно прямых участках трассы.
Аналогичное воздействие на поведение автомобиля оказывает схождение колес задней оси – уменьшение схождения вплоть до небольшого расхождения увеличивает «подвижность» оси. Этот эффект часто используют для компенсации недостаточной поворачиваемости автомобилей, например, переднеприводных моделей с перегруженной передней осью.
Таким образом, статические параметры схождения, которые приведены в регулировочных данных, представляют собой некую суперпозицию, а иногда и компромисс между желанием сэкономить на топливе и резине и добиться оптимальных для автомобиля характеристик управляемости. Причем заметно, что в последние годы превалирует последнее.
Развал
До недавнего времени наблюдалась тенденция именно разваливать колеса, т. е. придавать углам развала положительные значения. Многим наверняка памятны учебники по теории автомобиля, в которых установка колес с развалом объяснялась стремлением перераспределить нагрузку между внешним и внутренним ступичными подшипниками. Мол, при положительном угле развала большая ее часть приходится на внутренний подшипник, который проще выполнить более массивным и прочным. В результате выигрывает долговечность подшипникового узла. Тезис не очень убедительный, хотя бы потому, что он если и справедлив, то только для идеальной ситуации – прямолинейного движения автомобиля по абсолютно ровной дороге. Известно, что при маневрах и проезде неровностей, даже самых незначительных, подшипниковый узел испытывает динамические нагрузки, которые на порядок превышают статические силы. Да и распределяются они не совсем так, как «диктует» положительный развал колес.
Иногда пытаются толковать положительный развал как дополнительную меру, направленную на уменьшение плеча обкатки. Когда у нас дойдет дело до знакомства с этим важным параметром подвески управляемых колес, станет понятно, что такой способ воздействия далеко не самый удачный. Он сопряжен с одновременным изменением ширины колеи и включенного угла наклона оси поворота колеса, что чревато нежелательными последствиями. Существуют более прямые и менее болезненные варианты изменения плеча обкатки. К тому же его минимизация не всегда является целью разработчиков подвески.
Более убедительно выглядит версия, что положительным развалом компенсируется смещение колес, происходящее при увеличении нагрузки на ось (в результате роста загрузки автомобиля или динамического перераспределения его массы при ускорении и торможении). Эластокинематические свойства большинства типов современных подвесок таковы, что с увеличением веса, приходящегося на колесо, угол развала уменьшается. Чтобы при этом обеспечить максимальное сцепление колес с дорогой, логично их предварительно чуть «развалить». Тем более что в умеренных дозах развал несильно отражается на сопротивлении качению и износе шин. Достоверно известно, что на выбор величины развала также оказывает влияние общепринятое профилирование дорожного полотна. В цивилизованных странах, где существуют дороги, а не направления, их поперечное сечение имеет выпуклый профиль. Чтобы в этом случае колесо оставалось перпендикулярным к опорной поверхности, ему нужно придать небольшой положительный угол развала.
Просматривая спецификации на УУК, можно заметить, что в последние годы превалирует противоположная «развальная тенденция». Колеса большинства серийных автомобилей в статике устанавливаются с отрицательным развалом. Дело в том, что, как уже упоминалось, на первый план выходит задача обеспечения их наилучшей устойчивости и управляемости. Развал – это параметр, который оказывает определяющее влияние на так называемую боковую реакцию колес. Именно она противодействует центробежным силам, действующим на автомобиль в повороте, и способствует его удержанию на криволинейной траектории. Из общих соображений следует, что сцепление колеса с дорогой (боковая реакция) будет максимальным при наибольшей площади пятна контакта, т. е. при вертикальном положении колеса. На самом деле у колеса стандартной конструкции она достигает пика при небольших отрицательных углах наклона, что обусловлено вкладом упоминавшейся тяги развала. Значит, чтобы сделать колеса автомобиля предельно цепкими в повороте, нужно их не разваливать, а, наоборот, «сваливать». Этот эффект известен давно и столь же давно используется в автоспорте. Если предметно взглянуть на «формульный» болид, хорошо заметно, что его передние колеса установлены с большим отрицательным развалом.
Что хорошо для гоночных болидов, не совсем подходит для серийных автомобилей. Чрезмерный отрицательный развал вызывает повышенный износ внутренней зоны протектора. С увеличением наклона колеса сокращается площадь пятна контакта. Сцепление колес при прямолинейном движении уменьшается, в свою очередь снижается эффективность ускорения и торможения. На способность автомобиля удерживать прямолинейную траекторию избыточный отрицательный развал влияет так же, как и недостаточное схождение, автомобиль становится излишне нервозным. Виновна в этом все та же тяга развала. В идеальной ситуации вызванные развалом боковые силы действуют на оба колеса оси и уравновешивают друг друга. Но стоит одному из колес потерять сцепление с дорогой, как тяга развала другого оказывается некомпенсированной и заставляет автомобиль отклониться от прямолинейной траектории. Кстати, если припомнить, что величина тяги зависит от наклона колеса, нетрудно объяснить боковой увод автомобиля при неодинаковых углах развала правого и левого колес. Одним словом, при выборе величины развала также приходится искать «золотую середину».
Чтобы обеспечить автомобилю хорошую устойчивость, недостаточно в статике сделать углы развала отрицательными. Конструкторы подвески должны добиться, чтобы колеса сохраняли оптимальную (или близкую к ней) ориентацию на всех режимах движения. Выполнить это непросто, поскольку при маневрах любые изменения положения кузова, сопровождающиеся смещением элементов подвески (клевки, боковые крены и т. д.), приводят к существенному изменению развала колес. Как ни странно, эта задачка решается проще на спортивных автомобилях с их «зубодробительными» подвесками, отличающимися высокой угловой жесткостью и короткими ходами. Здесь статические величины развала (и схождения) меньше всего отличаются от того, как они выглядят в динамике.
Значительный отрицательный развал колес передней оси BMW Sauber F1.08 – гарантия того, что в быстрых поворотах внешнее колесо будет предельно цепким 
Судя по величине развала, болид Milliken MX1 CamberCar 1960 года способен «закладывать» очень быстрые виражи
Чем больше диапазон ходов подвески, тем больше изменение развала в движении. Поэтому тяжелее всего приходится разработчикам обычных дорожных автомобилей с максимально эластичными (для наилучшего комфорта) подвесками. Им приходится поломать голову над тем, как «совместить несовместимое» – комфорт и устойчивость. Обычно компромисс удается найти, «поколдовав» над кинематикой подвески. Существуют решения, позволяющие свести к минимуму изменение углов развала и придать этим изменениям желательный «тренд». Например, желательно, чтобы в повороте наиболее нагруженное внешнее колесо оставалось бы в том самом оптимальном положении – с небольшим отрицательным развалом. Для этого при крене кузова колесо должно еще больше «заваливаться» на него, что достигают оптимизацией геометрии направляющих элементов подвески. Помимо этого, стараются уменьшить сами крены кузова, применяя стабилизаторы поперечной устойчивости. Справедливости ради стоит сказать, что эластичность подвески не всегда враг устойчивости и управляемости. В «хороших руках» эластичность, напротив, способствует им. Например, при умелом использовании эффекта «самоподруливания» колес задней оси. Возвращаясь к теме разговора, можно резюмировать, что углы развала, которые указываются в спецификациях для легковых автомобилей, будут значительно отличаться от того, какими они окажутся в повороте.
Завершая «разборку» со схождением и развалом, можно упомянуть еще об одном интересном аспекте, имеющем практическое значение. В регулировочных данных на УУК приводятся не абсолютные значения углов развала и схождения, а диапазоны допустимых величин. Допуски на схождение жестче и обычно не превышают ±10’, на развал – в несколько раз более свободные (в среднем ±30°). Это значит, что мастер, выполняющий регулировку УУК, может настроить подвеску, не выходя за пределы заводских спецификаций. Казалось бы, несколько десятков угловых минут – ерунда. Вогнал параметры в «зеленый коридор» – и порядок. Но давайте посмотрим, каков может быть результат. К примеру, в спецификациях для BMW 5-й серии в кузове Е 39 указываются: схождение 0°5’±10’, развал –0°13’±30’. Это значит, что, оставаясь в «зеленом коридоре», схождение может принять значение от –0°5’ до +15’, а развал от –43’ до +17’. То есть и схождение, и развал могут быть отрицательными, нейтральными или положительными. Имея представление о влиянии схождения и развала на поведение автомобиля, можно намеренно «подшаманить» эти параметры так, чтобы получить желаемый результат. Эффект не окажется разительным, но он обязательно будет.
Все о углах установки колес часть 1.
Для тех, кто хочет понять, что означают Углы Установки Колес (Развал/Схождение) и досконально разобраться в вопросе, в этой статье есть ответы на все вопросы.
Экскурс в историю показывает, что мудреная установка колес применялась на различных средствах передвижения задолго до появления автомобиля. Вот несколько более или менее хорошо известных примеров.
Не секрет, что колеса некоторых карет и прочих колясок на конной тяге, предназначенных для «динамичной» езды, устанавливали с большим, хорошо заметным глазу положительным развалом. Делалось это для того, чтобы грязь, летевшая с колес, не попадала в экипаж и на важных седоков, а разбрасывалась по сторонам.У утилитарных повозок для неспешного передвижения все было с точностью до наоборот. Так, дореволюционные руководства о том, как построить хорошую телегу, рекомендовали ставить коле- са с отрицательным развалом. В этом случае при потере нагеля, стопорящего колесо, оно не сразу соскакивало с оси. У возницы было время, чтобы заметить повреждение «ходовой», чреватой особенно большими неприятностями при наличии в телеге нескольких десятков пудов муки и отсутствии домкрата. В конструкции орудийных лафетов (опять-таки наоборот) иногда применялся положительный развал колес. Понятно, что не с целью уберечь пушку от грязи. Так прислуге было удобно накатывать орудие за колеса руками сбоку, не опасаясь отдавить ноги. А вот у арбы ее огромные колеса, которые помогали запросто перебираться через арыки, были наклонены в другую сторону — к повозке. Достигавшееся при этом увеличение колеи способствовало повышению устойчивости среднеазиатского «мобиля», отличавшегося высоким расположением центра тяжести. Какое отношение эти исторические факты имеют к установке колес современных автомобилей? Да, в общем, ни какого. Тем не менее, они позволяют сделать полезный вывод. Видно, что установка колес (в частности, их развал) не подчинена какой-либо единой закономерности.
При выборе этого параметра «производитель» в каждом конкретном случае руководствовался разными соображениями, которые он считал приоритетными. Итак, к чему стремятся конструкторы автомобильных подвесок при выборе УУК? Конечно, к идеалу. Идеалом для автомобиля, который движется прямолинейно, считается такое положение колес, когда плоскости их вращения (плоскости качения) перпендикулярны поверхности дороги, параллельны друг другу, оси симметрии кузова и совпадают с траекторией движения. В этом случае потери мощности на трение и износ протектора шин минимальны, а сцепление колес с дорогой, наоборот, максимально. Естественно, возникает вопрос: что же заставляет преднамеренно отклоняться от идеала? Забегая вперед, можно привести несколько соображений. Во-первых, мы судим об углах установки колес на основании статической картины, когда автомобиль неподвижен. Кто сказал, что в движении, при ускорении, торможении и маневрировании автомобиля она не меняется? Во-вторых, сокращение потерь и продление срока службы шин не всегда является приоритетной задачей. Прежде чем рассказывать о том, какие факторы принимают в расчет разработчики подвесок, условимся, что из большого числа параметров, описывающих геометрию подвески автомобиля, мы ограничимся лишь теми, что входят в группу первичных (primary) или основных. Они называются так потому, что определяют настройку и свойства подвески, всегда контролируются при ее диагностике и регулируются, если таковая возможность предусмотрена. Это хорошо известные схождение, развал и углы наклона оси поворота управляемых колес. При рассмотрении этих важнейших параметров нам придется вспомнить и о других характеристиках подвески.
Схождение (TOE) характеризует ориентацию колес относительно продольной оси автомобиля. Положение каждого колеса может быть определено отдельно от других, и тогда говорят об индивидуальном схождении. Оно представляет собой угол между плоскостью вращения колеса и осью автомобиля при его наблюдении сверху. Суммарное схождение (или просто схождение) колес одной оси. как и следует из названия, представляет собой сумму индивидуальных углов. Если плоскости вращения колес пересекаются впереди автомобиля, схождение положительное (toe-in), если сзади — отрицательное (toe-out). В последнем случае можно говорить о расхождении колес.
В регулировочных данных иногда схождение приводится не только в виде угловой, но и линейной величины. Это связано с тем. что о схождении колес также судят по разности расстояний между закраинами ободьев, замеренных на уровне их центров сзади и спереди оси.
В различных источниках, в том числе и серьезной технической литературе, часто приводится версия о том, что схождение колес необходимо для компенсации побочного действия развала. Мол, из-за деформации шины в пятне контакта «разваленное» колесо можно представить как основание конуса. Если колеса установлены с положительным углом развала (почему — пока неважно), они стремятся «раскатиться» в разные стороны. Чтобы этому противодействовать, плоскости вращения колес сводят.(рис.20)
Версия, надо сказать, не лишена изящества, но не выдерживает критики. Хотя бы потому, что предполагает однозначную взаимосвязь между развалом и схождением. Следуя предлагаемой логике, колеса, имеющие отрицательный угол развала, обязательно должны устанавливаться с расхождением, а если угол развала нулевой, то и схождения быть не должно. В действительности это совсем не так.
Действительность, как водится, подчиняется более сложным и неоднозначным закономерностям.При качении наклоненного колеса в пятне контакта действительно присутствует боковая сила, которую часто так и называют — тяга развала. Она возникает в результате упругой деформации шины в поперечном направлении и действует в сторону наклона. Чем больше угол наклона колеса, тем больше тяга развала. Именно ее используют водители двухколесной техники — мотоциклов и велосипедов — при прохождении поворотов. Им достаточно наклонить своего скакуна, чтобы заставить его «прописывать» криволинейную траекторию, которую остается лишь корректировать рулевым управлением. Тяга развала играет немаловажную роль и при маневрировании автомобилей, о чем будет сказано далее. Так что вряд ли ее стоит намеренно компенсировать схождением. Да и сам посыл, что из-за положительного угла развала колеса стремятся развернуться наружу, т.е. в сторону расхождения, неверен. Напротив, конструкция подвески управляемых колес в большинстве случаев такова, что при положительном развале его тяга стремится увеличить схождение. Так что «компенсация побочного действия развала» не причем.Известно несколько факторов, обусловливающих необходимость схождения колес .Первый состоит в том, что предварительно выставленным схождением компенсируется влияние продольных сил, действующих на колесо при движении автомобиля. Характер и глубина (а значит, и результат) влияния зависят от многих обстоятельств: ведущее колесо или свободно катящееся, управляемое, или нет, наконец, от кинематики и эластичности подвески. Так, на свободно катящееся колесо автомобиля в продольном направлении воздействует сила сопротивления качению. Она создает изгибающий момент, стремящийся развернуть колесо относительно узлов крепления подвески в направлении расхождения. Если подвеска автомобиля жесткая (например, не разрезная или торсионная балка), то эффект окажется не очень значительным. Тем не менее он обязательно будет, поскольку «абсолютная жесткость» — термин и явление сугубо теоретические. К тому же перемещение колеса определяется не только упругой деформацией элементов подвески, но и компенсацией конструктивных зазоров в их соединениях, колесных подшипниках и т.д.
В случае подвески с большой податливостью (что характерно, например, для рычажных конструкций с эластичными втулками) результат многократно возрастет. Если колесо не только свободно катящееся, но и управляемое, ситуация усложняется. За счет появления у колеса дополнительной степени свободы та же сила сопротивления оказывает двоякое воздействие. Момент, изгибающий переднюю подвеску, дополняется моментом, стремящимся развернуть колесо вокруг оси поворота. Разворачивающий момент, величина которого зависит от расположения оси поворота, воздействует на детали механизма рулевого управления и вследствие их податливости также вносит свою весомую лепту в изменение схождения колеса в движении. В зависимости от плеча обкатки вклад разворачивающего момента может быть со знаком «плюс» или «минус». То есть он может либо усиливать расхождение колес, либо противодействовать этому. Если не принять все это во внимание и установить изначально колеса с нулевым схождением, в движении они займут расходящееся положение. Из этого «вытекут» последствия, характерные для случаев нарушения регулировки схождения: повышенный расход топлива, пилообразный износ протектора и проблемы с управляемостью, о чем будет сказано далее.
Сила сопротивления движению зависит от скорости автомобиля. Поэтому идеальным решением стало бы переменное схождение, обеспечивающее столь же идеальное положение колес на любых скоростях. Поскольку сделать это сложно, колесо предварительно «сводят» так, чтобы достичь минимального износа шин в режиме крейсерской скорости. Колесо, расположенное на ведущей оси, большую часть времени подвергается действию силы тяги. Она превышает силы сопротивления движению, поэтому равнодействующая сил будет направлена по ходу движения. Применив ту же логику, получим, что в этом случае колеса в статике нужно установить с расхождением. Аналогичный вывод можно сделать и в отношении управляемых ведущих колес.
Лучший критерий истины — практика. Если, памятуя об этом, посмотреть регулировочные данные для современных автомобилей, можно испытать разочарование, не обнаружив большой разницы в схождении управляемых колес задне- и переднеприводных моделей. В большинстве случаев и у тех, и у других этот параметр будет положительным. Разве что среди переднеприводных автомобилей чаще встречаются случаи «нейтральной» регулировки схождения. Причина не в том, что описанная выше логика не верна. Просто при выборе величины схождения наряду с компенсацией продольных сил учитывают и другие соображения, которые вносят поправки в конечный результат. Одно из наиболее важных — обеспечение оптимальной управляемости автомобиля. С ростом скоростей движения и динамичности автотехники этот фактор приобретает все большее значение.
Управляемость — понятие многогранное, поэтому стоит уточнить, что схождение колес наиболее ощутимо влияет на стабилизацию прямолинейной траектории автомобиля и его поведение на входе в поворот. Наглядно это влияние можно пояснить на примере управляемых колес.
Допустим, в движении по прямой на одно из них оказывается случайное возмущающее воздействие от неровности дороги. Возросшая сила сопротивления поворачивает колесо в направлении уменьшения схождения. Через рулевой механизм воздействие передается на второе колесо, схождение которого, наоборот, увеличивается. Если изначально колеса имеют положительное схождение, сила сопротивления на первом уменьшается, а на втором — растет, что противодействует возмущению. Когда схождение равно нулю, противодействующий эффект отсутствует, а когда оно отрицательное — появляется дестабилизирующий момент, способствующий развитию возмущения. Автомобиль с такой регулировкой схождения будет рыскать по дороге, его придется постоянно ловить подруливанием, что недопустимо для обычного дорожного автомобиля.
У этой «монеты» есть и обратная, позитивная сторона — отрицательное схождение позволяет добиться от рулевого управления наиболее быстрой реакции. Малейшее действие водителя тут же провоцирует резкое изменение траектории — автомобиль охотно маневрирует, легко «соглашается» на поворот. Такая регулировка схождения сплошь и рядом используется в автоспорте.
Те, кто смотрят телепередачи о чемпионате WRC, наверняка обращали внимание на то, как активно приходится работать рулем тому же Лёбу или Гронхольму даже на относительно прямых участках трассы. Аналогичное воздействие на поведение автомобиля оказывает схождение колес задней оси — уменьшение схождения вплоть до небольшого расхождения увеличивает «подвижность» оси. Этот эффект часто используют для компенсации недостаточной поворачиваемости автомобилей, например, переднеприводных моделей с перегруженной передней осью.
Таким образом, статические параметры схождения, которые приведены в регулировочных данных, представляют собой некую суперпозицию, а иногда и компромисс между желанием сэкономить на топливе и резине и добиться оптимальных для автомобиля характеристик управляемости. Причем заметно, что в последние годы превалирует последнее.
Развал – параметр, который отвечает за ориентацию колеса относительно дорожного покрытия. Мы помним, что в идеале они должны быть перпендикулярны друг другу, т.е. развала быть не должно. Тем не менее у большинства дорожных автомобилей он есть. В чем фишка?
Справка.
Развал (camber) отражает ориентацию колеса относительно вертикали и определяется как угол между вертикалью и плоскостью вращения колеса. Если колесо на самом деле «развалено», т.е. его вершина наклонена наружу, развал считается положительным. Если колесо наклонено к кузову – развал отрицательный.
До недавнего времени наблюдалась тенденция именно разваливать колеса, т.е. придавать углам развала положительные значения. Многим, наверняка, памятны учебники по теории автомобиля, в которых установка колес с развалом объяснялась стремлением перераспределить нагрузку между внешним и внутренним ступичными подшипниками. Мол, при положительном угле развала большая ее часть приходится на внутренний подшипник, который проще выполнить более массивным и прочным. В результате выигрывает долговечность подшипникового узла. Тезис не очень убедительный, хотя бы потому, что он если и справедлив, то только для идеальной ситуации – прямолинейного движения автомобиля по абсолютно ровной дороге. Известно, что при маневрах и проезде неровностей, даже самых незначительных, подшипниковый узел испытывает динамические нагрузки, которые на порядок превышают статические силы. Да и распределяются они не совсем так, как «диктует» положительный развал колес.
Иногда пытаются толковать положительный развал как дополнительную меру, направленную на уменьшение плеча обкатки. Когда у нас дойдет дело до знакомства с этим важным параметром подвески управляемых колес, станет понятно, что такой способ воздействия далеко не самый удачный. Он сопряжен с одновременным изменением ширины колеи и включенного угла наклона оси поворота колеса, что чревато нежелательными последствиями. Существуют более прямые и менее болезненные варианты изменения плеча обкатки. К тому же его минимизация не всегда является целью разработчиков подвески.
Более убедительно выглядит версия, что положительным развалом компенсируется смещение колес, происходящее при увеличении нагрузки на ось (в результате роста загрузки автомобиля или динамического перераспределения его массы при ускорении и торможении). Эласто-кинематические свойства большинства типов современных подвесок таковы, что с увеличением веса, приходящегося на колесо, угол развала уменьшается. Чтобы при этом обеспечить максимальное сцепление колес с дорогой, логично их предварительно чуть «развалить». Тем более что в умеренных дозах развал несильно отражается на сопротивлении качению и износе шин.
Достоверно известно, что на выбор величины развала также оказывает влияние общепринятое профилирование дорожного полотна. В цивилизованных странах, где существуют дороги, а не направления, их поперечное сечение имеет выпуклый профиль. Чтобы в этом случае колесо оставалось перпендикулярным к опорной поверхности, ему нужно придать небольшой положительный угол развала.
Просматривая спецификации на УУК, можно заметить, что в последние годы превалирует противоположная «развальная тенденция». Колеса большинства серийных автомобилей в статике устанавливаются с отрицательным развалом. Дело в том, что, как уже упоминалось, на первый план выходит задача обеспечения их наилучшей устойчивости и управляемости. Развал – это параметр, который оказывает определяющее влияние на так называемую боковую реакцию колес. Именно она противодействует центробежным силам, действующим на автомобиль в повороте, и способствует его удержанию на криволинейной траектории. Из общих соображений следует, что сцепление колеса с дорогой (боковая реакция) будет максимальным при наибольшей площади пятна контакта, т.е. при вертикальном положении колеса. На самом деле у колеса стандартной конструкции она достигает пика при небольших отрицательных углах наклона, что обусловлено вкладом упоминавшейся тяги развала. Значит, чтобы сделать колеса автомобиля предельно цепкими в повороте, нужно их не разваливать, а, наоборот, «сваливать». Этот эффект известен давно и столь же давно используется в автоспорте. Если предметно взглянуть на «формульный» болид, хорошо заметно, что его передние колеса установлены с большим отрицательным развалом.
Что хорошо для гоночных болидов, не совсем подходит для серийных автомобилей. Чрезмерный отрицательный развал вызывает повышенный износ внутренней зоны протектора. С увеличением наклона колеса сокращается площадь пятна контакта. Сцепление колес при прямолинейном движении уменьшается, в свою очередь снижается эффективность ускорения и торможения. На способность автомобиля удерживать прямолинейную траекторию избыточный отрицательный развал влияет так же, как и недостаточное схождение, автомобиль становится излишне нервозным. Виновна в этом все та же тяга развала. В идеальной ситуации вызванные развалом боковые силы действуют на оба колеса оси и уравновешивают друг друга. Но стоит одному из колес потерять сцепление с дорогой, как тяга развала другого оказывается некомпенсированной и заставляет автомобиль отклониться от прямолинейной траектории. Кстати, если припомнить, что величина тяги зависит от наклона колеса, нетрудно объяснить боковой увод автомобиля при неодинаковых углах развала правого и левого колес. Одним словом, при выборе величины развала также приходится искать «золотую середину».
Чтобы обеспечить автомобилю хорошую устойчивость, недостаточно в статике сделать углы развала отрицательными. Конструкторы подвески должны добиться, чтобы колеса сохраняли оптимальную (или близкую к ней) ориентацию на всех режимах движения. Выполнить это непросто, поскольку при маневрах любые изменения положения кузова, сопровождающиеся смещением элементов подвески (клевки, боковые крены и т.д.), приводят к существенному изменению развала колес. Как ни странно, эта задачка решается проще на спортивных автомобилях с их «зубодробительными» подвесками, отличающимися высокой угловой жесткостью и короткими ходами. Здесь статические величины развала (и схождения) меньше всего отличаются от того, как они выглядят в динамике.
Чем больше диапазон ходов подвески, тем больше изменение развала в движении. Поэтому тяжелее всего приходится разработчикам обычных дорожных автомобилей с максимально эластичными (для наилучшего комфорта) подвесками. Им приходится поломать голову над тем, как «совместить несовместное» – комфорт и устойчивость. Обычно компромисс удается найти, «поколдовав» над кинематикой подвески.
Существуют решения, позволяющие свести к минимуму изменение углов развала и придать этим изменениям желательный «тренд». Например, желательно, чтобы в повороте наиболее нагруженное внешнее колесо оставалось бы в том самом оптимальном положении – с небольшим отрицательным развалом. Для этого при крене кузова колесо должно еще больше «заваливаться» на него, что достигают оптимизацией геометрии направляющих элементов подвески. Помимо этого, стараются уменьшить сами крены кузова, применяя стабилизаторы поперечной устойчивости.
Справедливости ради стоит сказать, что эластичность подвески не всегда враг устойчивости и управляемости. В «хороших руках» эластичность, напротив, способствует им. Например, при умелом использовании эффекта «самоподруливания» колес задней оси. Возвращаясь к теме разговора, можно резюмировать, что углы развала, которые указываются в спецификациях для легковых автомобилей, будут значительно отличаться от того, какими они окажутся в повороте.
Завершая «разборку» со схождением и развалом, можно упомянуть еще об одном интересном аспекте, имеющем практическое значение. В регулировочных данных на УУК приводятся не абсолютные значения углов развала и схождения, а диапазоны допустимых величин. Допуски на схождение жестче и обычно не превышают ±10′, на развал – в несколько раз более свободные (в среднем ±30′). Это значит, что мастер, выполняющий регулировку УУК, может настроить подвеску, не выходя за пределы заводских спецификаций. Казалось бы, несколько десятков угловых минут – ерунда. Вогнал параметры в «зеленый коридор» – и порядок. Но давайте посмотрим, каков может быть результат. К примеру, в спецификациях для BMW 5-й серии в кузове Е39 указываются: схождение 0°5’±10′, развал –0°13’±30′. Это значит, что, оставаясь в «зеленом коридоре», схождение может принять значение от –0°5′ до 5′, а развал от –43′ до 7′. То есть и схождение, и развал могут быть отрицательными, нейтральными или положительными. Имея представление о влиянии схождения и развала на поведение автомобиля, можно намеренно «подшаманить» эти параметры так, чтобы получить желаемый результат. Эффект не окажется разительным, но он обязательно будет.
Рассмотренные нами развал и схождение – параметры, которые определяются для всех четырех колес автомобиля. Далее речь пойдет об угловых характеристиках, которые имеют отношение только к управляемым колесам и определяют пространственную ориентацию оси их поворота.
Известно, что положение оси поворота управляемого колеса автомобиля определяется двумя углами: продольным и поперечным. А почему бы не сделать ось поворота строго вертикальной? В отличие от случаев с развалом и схождением ответ на этот вопрос более однозначный. Здесь разные источники практически единодушны, по крайней мере в отношении продольного угла наклона – кастера.
Справедливо отмечают, что главная функция кастера – скоростная (или динамическая) стабилизация управляемых колес автомобиля. Стабилизацией в данном случае называют способность управляемых колес сопротивляться отклонению от нейтрального (соответствующего прямолинейному движению) положения и автоматически возвращаться к нему после прекращения действия внешних сил, вызвавших отклонение. На движущееся автомобильное колесо постоянно действуют возмущающие силы, стремящиеся вывести его из нейтрального положения. Они могут быть следствием проезда неровностей дороги, неуравновешенности колес и т.д. Поскольку величина и направление возмущений постоянно меняются, их воздействие носит случайный колебательный характер. Не будь механизма стабилизации, парировать колебания пришлось бы водителю, что превратило бы управление автомобилем в мучение и наверняка увеличило износ шин. При грамотно выполненной стабилизации автомобиль устойчиво движется по прямой с минимальным вмешательством водителя и даже с отпущенным рулевым колесом.
Отклонение управляемых колес может быть вызвано намеренными действиями водителя, связанными с изменением направления движения. В этом случае стабилизирующий эффект содействует водителю на выходе из поворота, автоматически возвращая колеса в нейтральное положение. А вот на входе в поворот и в его апексе «драйверу», напротив, приходится преодолевать «сопротивление» колес, прикладывая к рулевому колесу определенное усилие. Возникающая на рулевом колесе реактивная сила создает то, что называют чувством руля или информативностью рулевого управления и чему уделяют много внимания и разработчики автомобилей, и автомобильные журналисты.