Плечо обкатки колеса что это

Параметры установки управляемых колёс

Различные варианты плеча обката.

Рассмотрим переднюю подвеску автомобиля.
В связи с её конструктивными особенностями (например, такими, как размещение внутри колёс тормозного механизма и части деталей подвески), плоскость вращения колеса и ось его поворота в большинстве случаев не совпадают и оказываются на определённом расстоянии друг от друга. Это расстояние, измеренное на уровне поверхности земли, и называется плечом обката (обкатки).

Таким образом, плечо обката (Scrub Radius) — это расстояние по прямой между точкой, в которой ось поворота колеса пересекается с дорожным полотном, и центром пятна контакта колеса и дороги (в ненагруженном состоянии автомобиля). При повороте колесо «обкатывается» вокруг оси своего поворота по этому радиусу.
Оно может быть нулевым, положительным и отрицательным (все три случая показаны на иллюстрации).

В течение десятилетий на большинстве автомобилей использовались сравнительно большие положительные значения плеча обката. Это позволяло уменьшить усилие на рулевом колесе при парковке по сравнению с нулевым плечом обката (потому что колесо катится при повороте руля, а не просто проворачивается на месте) и освободить место в подкапотном пространстве за счёт выноса колёс «наружу».

Однако со временем стало ясно, что положительное плечо обката может быть опасным — например, при наезде колёс одного борта на участок обочины, имеющий отличный от основной дороги коэффициент сцепления, отказе тормозов одной стороны, проколе одной из шин или нарушении регулировки руль начинает сильно «рваться из рук». Этот же эффект наблюдается при большом положительном плече обката и при проезде любой неровности на дороге, но плечо всё же делали достаточно малым, чтобы при нормальном вождении он оставался малозаметен.

Начиная с семидесятых-восьмидесятых годов, по мере увеличения скоростей движения автомобилей, и в особенности — с распространением подвески типа «Макферсон», легко допускающей это с технической стороны, стали массово появляться автомобили с нулевым или даже отрицательным плечом обката. Это позволяет минимизировать описанные выше опасные эффекты.

Citroёn ещё на модели DS 1956 года применил оригинальную конструкцию передней подвески, в которой ось поворота колеса лежала на центральной плоскости его вращения, что стало возможным благодаря исключительно компактной ступице, вместе с шаровыми шарнирами полностью разместившейся внутри имевшего большой вылет колеса, и выносу тормозных механизмов к главной передаче. Соответственно, плечо обкатки оказалось равно нулю. Однако распространения эта конструкция не получила.

Отрицательное плечо обката впервые было применено в 1966 году на американских Oldsmobil Toronado и Cadillac Eldorado. В 1972 году на Audi 80 большое (—18 мм) отрицательное плечо обката было дополнено диагональной схемой разделения тормозных контуров, которая позволила повысить эффективность торможения в случае выхода из строя одного из контуров системы (при положительном плече обката машина с такой тормозной системой при выходе из строя одного из контуров становилась бы при торможении неустойчивой). Впоследствии оба конструктивных решения стали применяться массово.[2]

Например, на «классических» моделях ВАЗ плечо обката было большим положительным, на «Ниве» ВАЗ-2121 благодаря более компактному тормозному механизму с плавающей скобой его уменьшили почти до нуля (24 мм), а на переднеприводном семействе LADA Samara — плечо обката стало уже отрицательным. Mercedes-Benz как правило предпочитал на своих заднеприводных моделях иметь нулевое плечо обкатки.

Плечо обката определяется не только конструкцией подвески, но и параметрами колёс. Поэтому при подборе незаводских «дисков» (по принятой в технической литературе терминологии эта часть именуется «колесо» и состоит из центральной части — диска и внешней, на которую сажается шина — обода) для автомобиля следует соблюдать указанные заводом-изготовителем допустимые параметры, особенно — вылет, так как при установке колёс с неправильно подобранным вылетом плечо обката может сильно измениться, что весьма существенно сказывается на управляемости и безопасности автомобиля, а также на долговечности его деталей.

Например, при установке колёс с нулевым или отрицательным вылетом при предусмотренном с завода положительном (к примеру, слишком широких) плоскость вращения колеса сдвигается наружу от не меняющейся при этом оси поворота колеса, и плечо обката может приобрести излишне большое положительное значение — руль при этом начинает «рваться из рук» на каждой неровности дороги, усилие на нём при парковке превышает все допустимые величины (из-за увеличения плеча рычага по сравнению со штатным вылетом), а износ ступичных подшипников и других компонентов подвески существенно увеличивается.

Развал и схождение.

Развал колёс

Развал — угол наклона плоскости вращения колеса, взятый между ней и вертикалью. Считается положительным, если верхняя часть колеса наклонена наружу, и отрицательным — если внутрь.

В большинстве случаев под «развалом» понимают статический развал управляемых колёс, задаваемый при техническом обслуживании автомобиля.

Основное назначение статического развала управляемых колёс — уменьшать передачу на руль их движения, возникающего вследствие наезда на мелкие неровности покрытия. Вместо того, чтобы передаваться через рулевую трапецию на руль, благодаря развалу они гасятся за счёт упругости покрышек, что снижает количество корректирующих движений руля и, соответственно, утомляемость водителя. Кроме того, развал обеспечивает максимальный контакт протектора шины с поверхностью дороги при движении автомобиля и устойчивость на поворотах, влияя, следовательно, на устойчивость и управляемость, а также влияет на интенсивность и характер износа протектора шин. С точки зрения кинематики подвески развал, наряду с углом поперечного наклона оси поворота управляемого колеса, оказывает влияние на величину радиуса обката, но влияние его ощутимо меньше, чем второго упомянутого параметра.

Также развал позволяет компенсировать наличие определённого конструктивно необходимого зазора в конических роликовых подшипниках ступиц колёс (в настоящее время применяется только на устаревших моделях) — благодаря наклону оси колеса зазор выбирается весом автомобиля.

В случае подвески большинства типов, за исключением «макферсона», статический развал передних управляемых колёс имеет небольшое положительное значение (колёса наклонены наружу) — обычно в пределах от 0’ до 45’, редко до 2°. Большой же отрицательный развал («колёса домиком») является признаком износа подвески либо её неправильной регулировки. Такое его значение позволяет снизить усилия на управляемых колёсах и уменьшить передачу на рулевое управление рывков, возникающих при проезде неровностей дороги. Однако в автомобилях с подвеской «макферсон» (о ней см. ниже) используется нулевой или небольшой отрицательный развал, что связано с отличием иных установочных параметров данной подвески, вызванным её конструктивными особенностями.

Стоит отметить, что на практике угол развала задаётся весьма грубо (допуск при его установке обычно сравним с его величиной) и, к тому же, довольно сильно меняется при работе подвески (даже у имеющей весьма совершенную кинематику подвески на двух поперечных рычагах как правило при максимальном ходе сжатия изначально заданный положительный развал сменяется отрицательным). Так что на практике его установка преимущественно влияет на равномерность износа протектора передних шин — неправильно выставленный развал приводит к повышенному износу внутренней или наружной стороны протектора шины. Кроме того, развал должен быть одинаковым с обеих сторон, так как при одностороннем наклоне колес автомобиль начинает «вести» в сторону при движении по прямой.

При движении автомобиля работа его подвески может вызывать существенное изменение изначальной установки развала колёс, появляющийся вследствие этого развал называется динамическим. Он оказывает существенное влияние на поведение автомобиля на дороге, его устойчивость и управляемость (см. ниже).

Схождение колёс.

Схождение — угол между направлением движения и плоскостью вращения колеса; считается положительным, если передний край колес направлен внутрь и отрицательным, если наружу относительно продольной оси автомобиля («расхождение»). Может измеряться и в миллиметрах — как расстояние между кромками колёс (что на практике более удобно при регулировке подвески).

На управляемых колёсах схождение в основном необходимо для того, чтобы скомпенсировать возникающий в результате наличия у них положительного развала увод (динамическую дестабилизацию), что существенно снижает износ шин. Оба угла взаимосвязаны и регулируются исключительно в связке. Если нарушен развал — тогда нельзя выставить схождение, то есть, первым регулируется всегда развал. Динамическое изменение схождения на передних управляемых колёсах, возникающее при работе подвески, на практике не играет большой роли, поскольку легко компенсируется управляющим воздействием со стороны водителя.

На неуправляемых колёсах задней оси значение схождения может меняться при работе подвески, причём характер этого изменения оказывает существенное влияние на устойчивость и управляемость автомобиля. В независимой задней подвеске (а также и в зависимой, допускающей регулировку схождения) всегда выставляют небольшое положительное схождение, что улучшает устойчивость автомобиля к заносу, в то время, как даже небольшое «расхождение» колёс задней оси (выставленное ли при регулировке, или возникшее при работе подвески) может привести к повышенной склонности к заносу (избыточная поворачиваемость) и, соответственно, ухудшению устойчивости и управляемости. Излишне большое положительное значение схождения, напротив, приводит к сильной недостаточной поворачиваемости (склонность к сносу передней оси), что также может негативно сказаться на управляемости, особенно на неровном покрытии.

Кастор (угол продольного наклона шкворня)

Кастор колёс.

Положительный кастор (автомобиль движется справа налево).
Кастер, или кастор, — это продольный угол оси поворота колеса, взятый между ней и вертикалью.

При наклонённой назад (положительный кастор) оси поворота колесо во время движения само стремится занять положение позади этой оси, что создаёт эффект динамической стабилизации, который можно уподобить поведению колёсика рояля или офисного стула — при качении оно всегда само занимает положение позади своей оси (во многих европейских языках такое колёсико как раз и называется «кастером» или «кастором»). При движении в повороте боковые силы реакции дороги также стараются вернуть колесо в исходное положение, так как прикладываются позади оси его поворота, что обеспечивает «самовозврат» рулевого колеса в нейтральное положение, так называемую «обратную связь» в рулевом управлении. Благодаря наличию положительного кастера заднеприводный автомобиль продолжает ехать прямо при отпущенном руле, даже несмотря на воздействие возмущающих сил — неровностей дороги, бокового ветра и так далее. Колесо, имеющее положительный кастер, старается занять положение, соответствующее прямолинейному движению, даже если лопнула одна из рулевых тяг.

Поэтому на заднеприводных автомобилях оси поворота передних колёс всегда наклоняют назад. Точнее говоря, на автомобилях общего назначения (не спортивных) в течение десятилетий, примерно до 60-х годов в Европе и середины 70-х в Северной Америке, значение кастора в передней подвеске было близким к нулю (инструкцией по обслуживанию рекомендовалось обычно устанавливать его в пределах 0…+1°), что соответствовало наименьшему усилию на руле (при большом положительном кастере водителю приходится бороться с возникающими при повороте управляемых колёс дополнительными силами, стремящимися вернуть их в нейтральное положение, что существенно увеличивает усилие на руле); и лишь после существенного ужесточения требований к управляемости автомобилей производители перешли на большие значения положительного кастера (2…3°, а на современных моделях и до 6…8°), что со временем, в сочетании с другими мерами, направленными на улучшение управляемости массовых автомобилей (увеличение ширины шин, переход к отрицательному плечу обката, и так далее), сделало применение усилителя рулевого управление необходимым на автомобилях большинства классов.

По той же причине вилку переднего колеса на мотоциклах и велосипедах тоже всегда наклоняют назад.

Отсюда вытекает и совершенная недопустимость при тюнинге заднеприводных автомобилей чрезмерно лифтовать заднюю подвеску — при этом кузов вместе с осью поворота передних колёс наклоняется вперёд, и кастер становится нулевым или даже отрицательным, при этом эффект динамической стабилизации передних колёс сменяется их динамической дестабилизацией, что значительно затрудняет управление автомобилем и делает его опасным. Большинство передних подвесок автомобилей имеют возможность регулировки кастера в небольших пределах для компенсации нормального износа в процессе эксплуатации. В особенности это касается сравнительно старых моделей, имеющих обычно весьма небольшое положительное значение кастера.

Для переднеприводного автомобиля положительный кастер намного менее актуален, так как передние колёса уже не свободно катятся, а тянут машину за собой, и небольшое его положительное значение сохраняют лишь для большей устойчивости при торможении.

Угол поперечного наклона шкворня

Угол поперечного наклона шкворня.

Угол поперечного наклона шкворня (оси поворота колеса) отвечает за весовую стабилизацию управляемых колёс автомобиля. Благодаря наличию у оси его поворота поперечного наклона колесо стремится вернуться к нейтральному положению в повороте под воздействием массы автомобиля (самовозврат руля в повороте).

Что такое радиус плеча обкатки, и почему он важен?

Параметр подвески, о котором почти ничего неизвестно

Когда вы «возитесь» с ремонтом подвески, экспериментируете с размерами колес или занимаетесь настройкой вновь поставленной подвески, может случиться конфуз, о котором вы, возможно, даже никогда не слышали – вполне вероятно, изменится радиус плеча обкатки. Эта «штука» может оказать серьезное влияние на управляемость вашего автомобиля.

Без четкого и полного понимания всех факторов, влияющих на работу подвески, расположение колес и отработки геометрии, легко совершить ошибку в настройке, которая в конечном итоге заставит ваш автомобиль почувствовать себя хуже, чем было раньше. При этом уловить то мгновение, когда была допущена досадная оплошность, достаточно сложно.

В общих чертах радиус плеча обкатки – это неуловимая, почти мифическая настройка, стоящая где-то на краю ключевых регулировок, таких как развал, смещение и размер колеса. По сути, она определяется расположением точки в пространстве, где воображаемая линия, проходящая через центр подвески, пересекает вертикальную линию, проходящую по центру колеса, эти две линии где-то встретятся. Важно, что этот угол высчитывают на автомобиле без нагрузки. Для подсчетов, проводимых инженерами, это крайне важно.

Обратите внимание на больший угол подвески относительно колеса

В общем, есть три основных варианта радиуса плеча:

Если две линии пересекаются точно на пятне контакта шины с дорогой, у такого автомобиля нет радиуса плеча обкатки.

Если линии пересекаются ниже пятна контакта, теоретически под землей, то это называется положительным радиусом плеча обкатки.

Когда обе линии сходятся над пятном контакта – это отрицательное плечо обкатки.

В зависимости от этих настроек они могут серьезно влиять на то, как автомобиль управляется, ускоряется и останавливается. Разные расчетные нагрузки на ось и конфигурации привода нуждаются в различных настройках, которые будут высчитаны еще задолго до того, как инженеры приступят к реализации желаемых характеристик управляемости. Да, у автопроизводителей куча сложной работы, и этот этап лишь один из них. Измените всего один параметр в подвеске и вы инициируете цепную реакцию, которая в конечном итоге может свести на нет вашу главную цель.

Радиус плеча обкатки относится к относительному углу между подвеской и осью колес

При нулевом радиусе распространенное мнение заключается в том, что эта настройка может заставить автомобиль чувствовать себя слегка неустойчивым в передней части при прохождении поворотов и при резком торможении.

С другой стороны, в неподвижном состоянии при повороте руля приходится поворачивать пятно контакта, максимально распластанное по поверхности дороги, что требует больше усилий и больше изнашивает шину. В наши дни такая настройка (с нулевым плечом) на автомобилях встречается крайне редко. Чуть больше или чуть меньше, но не ноль.

Можно, конечно, изменить нулевую настройку. Например, «выдвиньте» колеса при помощи прокладок или установите полностью регулируемые койловеры, и радиус может стать положительным. Это заставит шину «скрести» по земле при поворотах, добавляя неравномерный износ и уменьшая срок ее службы. Автомобиль с положительным плечом обкатки может вести себя на дороге непредсказуемо: руль при проезде неровностей может вырываться из рук, при проезде поворотов создается «ощутимый момент, препятствующий равномерному движению».

Положительный момент такой настройки существует для заднеприводных автомобилей. Им такая настройка полезна для того, чтобы помочь сохранить передние колеса в прямом направлении, даже когда вы отпустите рулевое колесо. Используется в спортивных автомобилях и поставляется в стандартной комплектации с большинством конструкций подвески с двойными поперечными рычагами.

Передняя ось Volkswagen Scirocco

Положительный радиус плеча не способствует торможению, если по какой-либо причине между сторонами транспортного средства действует различная сила. Скажем, если левые колеса имеют меньшее сцепление с дорогой и система ABS не позволяет развить на них максимальное усилие. В этом случае автомобиль будет пытаться развернуться в сторону колес с большим сцеплением.

Экстремальный положительный радиус плеча может сделать рулевое управление очень тяжелым, настолько, что это было действительно жизнеспособным только на старых автомобилях с очень тонкими шинами.

У большинства из нас на автомобилях стоит отрицательный радиус плеча, потому что он имеет тенденцию идти рука об руку с настройками распорок подвески МакФерсон. Это помогает управляемым передним колесам вести себя на дороге более стабильно, что хорошо для прохождения поворотов и общей управляемости автомобиля, если, предположим, у вас внезапно спустило одну из передних шин. Другой удобный «побочный эффект» заключается в том, что, если вы влетите колесами в воду с одной стороны автомобиля, отрицательный радиус сработает против естественного смещения автомобиля, смягчая последствия прохождения опасного участка.

Отрицательный радиус плеча безопаснее при аквапланировании

Настроить подвеску в отрицательном плече – наиболее безопасный вариант сделать это. Она (настройка) позволяет сгенерировать определенные усилия, которые уменьшат любую непреднамеренную водителем тенденцию к изменению направления движения, которая в случае с положительной настройкой может иметь место быть.

В результате в автомобилях с диагонально разделенными тормозными системами, если один контур выходит из строя, то оставшееся тормозное усилие на одном переднем и одном заднем колесе все равно не будут тянуть автомобиль в сторону.

Если вы меняете колеса, сменили размерность шин или провели перенастройку подвески (поставили проставки, занизили подвеску), убедитесь, что вы не забыли о такой важной вещи, как «радиус плеча». Кстати, это одна из причин, почему наше государство так жестко взялось за тюнингованные автомобили. Неумелым тюнингом можно испортить управляемость автомобиля, да так, что он станет опасным для передвижения по дорогам общего пользования.

Устройство автомобилей

Простая логика подсказывает, что колеса автомобиля должны быть установлены строго вертикально и параллельно направлению движения, поскольку именно в таком положении сопротивление качению колес и износ шин наименьшие. Тем не менее, если провести несложные измерения на примере одного или нескольких машин, можно убедиться, что это не так – чаще всего колеса (особенно управляемые), устанавливаются под различными углами к вертикальной и горизонтальной проекциям автомобиля.
И можно не сомневаться, что такая установка колес не является причиной какой-либо неисправности ходовой части или рулевого управления, а трезвым замыслом конструкторов и разработчиков автомобиля.

Для чего и зачем это нужно? К сожалению, далеко не каждый водитель и даже специалист по ремонту автомобилей способен полноценно ответить на этот вопрос.
Давайте попробуем разобраться в этом любопытном феномене и понять – полезна автомобилю эта конструкторская идея, или является плодом чрезмерной фантазии инженеров?

Сначала окунемся в историю.
Если кому-либо приходилось внимательно рассматривать древнюю колесную технику, наверняка замечали, что колеса, например, карет или конных повозок, пушечных лафетов и др. имели заметный развал, т. е. устанавливались с наклоном наружу (положительный развал) или внутрь (отрицательный развал) от вертикальной оси. Впрочем, если даже и замечали, но особого значения этим странностям не придавали, объясняя их тем, что транспорт достаточно древний, технологии в зачаточном состоянии, и обеспечить строгую вертикальность колесам не представлялось возможным, да и не требовалось.

Но, оказывается, это далеко не всегда соответствует истине – уже в давние времена углы установки колес в виде положительного или отрицательного развала использовались для определенных целей.
Так, например, считалось, что во время быстрого движения кареты или повозки грязь от положительно разваленных колес будет отлетать в стороны, не забрызгивая экипаж и пассажиров. Тихоходные телеги наоборот оснащались колесами с отрицательным развалом, поскольку при медленном движении брызги и грязь от колес не разлетались далеко, зато при повреждении элементов крепления колеса оно дольше удерживалось на оси, не соскакивая, что позволяло вовремя заметить неисправность и устранить ее.

Можно привести и другие примеры. В частности, отрицательный развал огромных колес на азиатских арбах объясняется тем, что таким образом существенно возрастает устойчивость транспортного средства, поскольку увеличивается колесная база. Это достаточно полезно с учетом того, что с увеличением диаметра колес центр тяжести арбы смещается вверх, снижая устойчивость против опрокидывания.
Орудийные лафеты имели колеса с положительным развалом для того, чтобы артиллеристам удобнее было накатывать орудие за колеса руками сбоку, не опасаясь отдавить ноги.

Как видите, углам установки колес транспортных средств уделялось внимание уже с давних пор, при этом назначение этих углов отличалось в каждом конкретном случае. Но, конечно же, перечисленные выше причины развала колес у древних повозок, карет и других колесных средств передвижения отличаются от причин, по которым колеса современных автомобилей устанавливаются под различными углами к вертикали и горизонтали.

Правильные углы установки колес — один из важнейших факторов, обеспечивающих нормальную управляемость, стабильность и устойчивость автомобиля при прямолинейном движении и при маневрировании. Оптимальные для каждой модели параметры геометрии подвески закладываются на этапе проектирования. Заданные значения углов установки колес подвержены изменению и требуют периодической регулировки по причине естественного износа узлов и элементов ходовой части или после ремонта подвески.

Назначение углов установки колес

Корректно настроенная геометрия подвески позволяет автомобилю более эффективно воспринимать силы и моменты, возникающие в зоне (пятне) контакта колеса с дорожной поверхность во время различных режимов движения. Этим обеспечивается предсказуемое поведение автомобиля на дороге: стабильность движения по прямой, устойчивость в поворотах, стабилизация при разгонах и торможении.
Также благодаря отсутствию излишнего сопротивления качению колес, возникающего при неправильной их ориентации к плоскости качения, происходит более равномерный износ шин, что позволяет увеличить срок их службы.

Заданные производителем значения углов установки колес являются оптимальными для каждого конкретного автомобиля, соответствуют его назначению, особенностям конструкции и настройки подвески. Однако, в случае необходимости, конструктивно предусмотрена возможность их изменения либо регулировки. При этом количество параметров, которые можно регулировать для каждого автомобиля, индивидуально.

Развал колес

Развал колес (англ. «camber») — это угол, образованный средней плоскостью колеса и вертикалью, проходящей через точку пересечения средней плоскости колеса и опорной поверхности. Различают положительный и отрицательный развал: положительный («+») — когда верхняя часть колеса наклонена наружу (от кузова автомобиля); отрицательный («-») — когда верхняя часть колеса наклонена внутрь (к кузову автомобиля).

Отклонение значений угла развала от нормы оказывают следующее влияние на движение автомобиля:
Слишком большой отрицательный угол развала благотворно влияет на устойчивость автомобиля в поворотах, однако при этом существенно ухудшается сцепление колес с дорогой при прямолинейном движении и имеет место повышенный износ внутренней стороны шин.

Слишком большой положительный угол развала тоже обеспечивает хорошее сцепление колес с дорогой, но при этом ухудшается устойчивость в поворотах и имеет место повышенный износ наружной стороны шин.

Конструктивно развал колеса формируется положением ступичного узла и обеспечивает максимальную площадь пятна контакта шины с дорогой. Для автомобилей, оснащенных двухрычажной независимой подвеской, положение ступицы определяется верхним и нижним поперечными рычагами.
В подвеске типа МакФерсон («MacPherson») на формирование угла развала влияет нижний рычаг и амортизационная стойка.
Для многих современных автомобилей развал колес устанавливается производителем и при текущей эксплуатации регулировке не подлежит.

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 суть конструкторской идеи?

До недавнего времени наблюдалась тенденция именно разваливать колеса, т.е. придавать углам развала положительные значения. Установка колес с положительным развалом объяснялась стремлением перераспределить нагрузку между внешним и внутренним ступичными подшипниками. Считалось, что при положительном угле развала колес большая часть нагрузки приходится на внутренний подшипник, который проще выполнить более массивным и прочным. В результате выигрывает долговечность подшипникового узла.

Это объяснение справедливо только для идеальной ситуации – прямолинейного движения автомобиля по абсолютно ровной дороге. 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 предполагает положительный развал колес.

Иногда пытаются толковать положительный развал как дополнительную меру, направленную на уменьшение плеча обкатки (см. ниже), что способствует уменьшения усилий при манипуляции рулем. Однако такой способ воздействия далеко не самый удачный. Он сопряжен с одновременным изменением ширины колеи и включенного угла наклона оси поворота колеса, что негативно сказывается на устойчивости и управляемости автомобиля.

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). Упруго-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 незначительно отражается на сопротивлении качению и износе шин. Для некоторых грузовых автомобилей (например, марки «Татра») развал делают отрицательным, что можно объяснить перераспределением веса полностью груженого автомобиля к кузову.

На выбор величины развала также оказывает влияние профилирование дорожного полотна, которое в поперечном сечении имеет выпуклый профиль. Чтобы в этом случае колесо оставалось перпендикулярным к опорной поверхности, ему нужно придать небольшой положительный угол развала.
В последние годы колеса большинства серийных автомобилей в статике устанавливаются с отрицательным развалом. Дело в том, что на первый план выходит задача обеспечения их наилучшей устойчивости и управляемости.

Развал, также, является параметром, 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 действием так называемой «тяги 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 крутых поворотов.
Тяга развала играет немаловажную роль и при маневрировании автомобилей.

Следовательно, чтобы сделать колеса автомобиля предельно цепкими с дорожным полотном при повороте, нужно их не разваливать, а, наоборот, «сваливать». Этот эффект известен давно и столь же давно используется в автоспорте.
Если внимательно взглянуть на передние колеса гоночного болида, можно заметить, что они установлены с большим отрицательным развалом.

Однако то, что хорошо для гоночных болидов, не всегда приемлемо 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 чувствителен к манипуляциям рулем. 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 конструкторам 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. При этом чем больше диапазон ходов подвески, тем больше изменение развала в движении.

Поэтому разработчикам автомобилей с максимально эластичными (для наилучшего комфорта) подвесками приходится поломать голову над тем, как совместить комфорт и устойчивость. Обычно компромисс удается найти, «поколдовав» над кинематикой подвески.
Справедливости ради стоит сказать, что эластичность подвески не всегда негативно сказывается на устойчивости и управляемости, и в некоторых ситуациях даже содействует улучшению этих свойств, например, при оптимальном использовании эффекта «самоподруливания» колес задней оси.
Следует отметить, также, что углы развала, указанные в спецификациях для легковых автомобилей, будут значительно отличаться от значений этих углов при поворотах и маневрировании.

Схождение колес

Схождение колес (англ. «toe») – это угол между продольной осью автомобиля и плоскостью вращения колеса. Схождение может быть также определено как разность расстояний между передними и задними бортами ободьев колес одной оси (на рисунке это значение А минус В).
Таким образом, схождение может измеряться в градусах либо миллиметрах.

Различают суммарное и индивидуальное схождение.
Индивидуальное схождение рассчитывается отдельно для каждого колеса. Это отклонение плоскости его вращения от продольной оси симметрии автомобиля.
Суммарное схождение рассчитывается как сумма индивидуальных углов схождения левого и правого колес одной оси. Аналогично определяется суммарное схождение в миллиметрах.

При положительном схождении (англ. «toe-in») колеса взаимно повернуты внутрь по направлению движения (плоскости вращения колес пересекаются впереди автомобиля), при отрицательном значении (англ. «toe-out») – наружу (плоскости вращения колес пересекаются позади автомобиля).

Отклонение значений угла схождения от нормы оказывают следующее влияние на движение автомобиля:

Слишком большой отрицательный угол схождения затрудняет удержание заданной траектории движения, поскольку приводит к повышенной реакции автомобиля на манипуляции рулевым управлением, а также к повышенному износу шины с внутренней стороны.

Слишком большой положительный угол схождения тоже приводит к повышенной чувствительности автомобиля к манипуляции рулевым управлением, а также к повышенному износу шины с наружной стороны.

Обычно необходимость схождения колес объясняют наличием (следствием) развала. Это не совсем правильное объяснение, поскольку схождение продиктовано несколькими факторами, влияющими на управляемость и устойчивость автомобиля в движении.
При качении наклоненного колеса в пятне контакта действительно присутствует боковая сила, которую мы упомянули выше — тяга развала.

Известно несколько факторов, обусловливающих необходимость схождения колес.
Во-первых, предварительно выставленным схождением компенсируется влияние продольных сил, действующих на колесо при движении автомобиля. Характер и результат этого влияния зависят от многих обстоятельств — ведущее колесо или свободно катящееся, управляемое, или нет, 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 существенным. Тем не менее, он обязательно будет, поскольку «абсолютная жесткость» — термин абстрактный. 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 влияет на изменение схождения колеса в движении.

В зависимости от плеча обкатки разворачивающий момент может быть положительным или отрицательным. 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.
Последствия этого характерны для случаев нарушения регулировки схождения — повышенный расход топлива, пилообразный износ протектора шин и ухудшение управляемости автомобиля.

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 номинальном режиме движения автомобиля.
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. В этом случае колеса в статическом положении нужно установить с расхождением.
Аналогичный вывод можно сделать и в отношении управляемых ведущих колес.

При выборе величины схождения наряду с компенсацией продольных сил учитывают и другие факторы, которые вносят поправки в конечный результат.
Один из наиболее важных факторов — обеспечение оптимальной управляемости автомобиля. С ростом скоростей движения и динамичности автомобилей 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, при прямолинейном движении на одно из управляемых колес 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 колесе 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, что недопустимо для обычного дорожного автомобиля.

Тем не менее, у этого фактора есть и 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 гоночных чемпионатах и любуются болидами, наверняка обращали внимание на то, как активно гонщикам приходится работать рулем 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 некий конструкторский компромисс между желанием сэкономить на топливе и резине и добиться оптимальных для автомобиля характеристик управляемости.

Рассмотренные выше углы установки колес — развал и схождение – это параметры, которые определяются для всех 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. Попробуем разобраться, почему ось поворота колес не выполняют строго вертикально к поверхности дороги.

Поперечный угол наклона оси поворота колеса

Поперечный угол наклона оси поворота (англ. «KPI») — это угол между осью поворота колеса и нормалью к опорной поверхности, рассматриваемый в плоскости, перпендикулярной направлению движения (кузову) автомобиля.
Благодаря поперечному углу наклона оси при повороте управляемых колес кузов автомобиля приподнимается, вследствие чего возникают сила (сила тяжести автомобиля), стремящаяся вернуть колесо в прямолинейное положение. Таким образом, поперечный угол наклона оси оказывает значительное влияние на стабильность и устойчивость автомобиля при прямолинейном движении.
Разность величин углов поперечного наклона осей правого и левого колеса может приводить к уводу автомобиля в сторону.

Угол продольного наклона оси поворота колеса

Продольный угол наклона оси поворота, или кастер (англ. «caster») — это угол между осью поворота колеса и нормалью к опорной поверхности в продольной плоскости автомобиля.

Различают положительный и отрицательный углы продольного наклона оси поворота колеса.
Положительный угол продольного наклона оси поворота колес способствует возникновению дополнительной динамической стабилизации автомобиля при движении на средней и высокой скорости. Однако при этом ухудшается управляемость автомобиля на малой скорости.

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 автоматической стабилизации, парировать стремление автомобиля к «рысканию» 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 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 водителю, напротив, приходится преодолевать «сопротивление» колес, прикладывая к рулевому колесу определенное усилие. Возникающая на рулевом колесе реактивная сила создает «чувство руля», т. е. способствует информативности рулевого управления, чему конструкторы автомобилей уделяют много внимания.

Плечо обкатки

Плечо обкатки — это расстояние между точкой, образованной пересечением оси симметрии колеса и опорной поверхности, и точкой пересечения линии поперечного наклона оси поворота и опорной поверхности.
Плечо обкатки положительное, если точка пересечения поверхности и ось поворота колеса лежат справа от оси симметрии колеса (нулевого плеча), и отрицательное, если располагается слева от него. Если эти точки совпадают — то плечо обкатки считается нулевым.

Данный параметр влияет на стабилизацию и поворачиваемость колеса. Оптимальным значением для современных автомобилей является нулевое либо положительное плечо обкатки. Знак плеча обкатки определяется развалом, поперечным наклоном оси поворота колеса и вылетом колёсного диска.
Автопроизводители не рекомендуют устанавливать колесные диски с нестандартным вылетом, поскольку это может повлечь изменение заданного плеча обкатки на отрицательное значение. Это может негативно сказаться на устойчивости и управляемости автомобиля.

Изменение значений углов установки колес и их регулировка

Углы установки колес подвержены изменениям вследствие естественного износа деталей ходовой части, рулевого управления и подвески, а также после замены колес на новые.
Все без исключения рулевые тяги и наконечники имеют резьбовое соединение, которое позволяет увеличить или уменьшить их длину для регулировки величин углов схождения колес. Схождение задних колес, равно как и передних, регулируется на всех типах подвесок, за исключением задней зависимой балки или моста.

Регулировка значений развала для задней и передней оси предусмотрена далеко не на всех автомобилях. Так, например, этот параметр не регулируется на зависимой подвеске и на подвеске «MacPherson», за исключением некоторых моделей автомобилей, у которых верхнее крепление стойки выполнено в виде болта с эксцентриком.
У автомобилей с независимой рычажной подвеской развал колес, как правило, регулируется.

Неправильный сход-развал задних колес на переднеприводном автомобиле оказывает меньшее влияние на его управляемость и неравномерный износ шин, поскольку задняя ось менее нагружена, а колеса являются свободно вращающимися, и спектр внешних сил, действующих на них, существенно меньше, чем для передних ведущих колес.

Параметры «caster» и «KPI», регулировка которых в конструкции подвески автомобиля, как правило, не предусмотрена, должны всегда соответствовать допустимым значениям, и контролируются после механических повреждений подвески.

плечо обката колеса автомобиля

Национальный фонд содействия автомобильному образованию

poyasneniya_pkio10

Плечо обкатки – это расстояние между центром пятна контакта колеса с дорогой (центра отпечатка шины) и точкой пересечения оси поворота управляемого колеса (шкворневой оси) с поверхностью дороги.

F ₁ = Тормозная сила или сила сопротивления качению

Уменьшение плеча обкатки (картина 1 b ) уменьшает усилие на ободе рулевого колеса. Малое плечо обкатки снижает отклики на удары управляемого колеса о неровности дороги.

У транспортного средства, оборудованного ABS?

При работе ABS возникают различные по величине продольные силы, приложенные к правому и левому колесу, которые в виде толчков передаются на рулевое колесо. В этом случае плечо обкатки должно быть равным нулю, но лучше, если плечо обкатки будет иметь отрицательное значение.

Подвеску колес любого топа можно рассматривать как установленное консольно колесо относительно кузова автомобиля, поэтому при торможении возникает продольная сила, стремящаяся повернуть это колесо, причем колесо всегда будет стремиться повернуть передней частью наружу, то есть в сторону отрицательного схождения. Установка отрицательного плеча обкатки позволит получить момент продольной силы, который будет направлении в противоположную сторону моменту, стремящемуся повернуть колесо в сторону отрицательного схождения. У большинства автомобилей, не оборудованных FBS, контуры тормозных систем имеют диагональную схему соединения, плечо обкатки, как правило – отрицательное значение. Любое некорректное изменение, внесенное в конструкцию транспортного средства, таких, как установка дисков с повышенным вылетом, возникающее при желании установить широкие шины, или установка проставки между ступицей и диском колеса недопустимо. Изменение плеча обкатки может оказать отрицательное влияние на устойчивость прямолинейного движения, особенно при торможении, и потерю управляемости на повороте.

Плечо обкатки – один из самых важных параметров передней подвески.

С плечом обкатки r_s связано:

Рис. 2. Относительное положение плоскости симметрии шины и базы подшипника(ов): а – конических роликовых; б – двухрядного шарикового

Вылет дисков колес ЕТ – параметр, на который водители обращают внимание только тогда, когда, установив более широкое колесо, оно начинает задевать об арку. И тогда решение приходит само: взять диски с меньшим ЕТ. «Добрые люди» говорят: «отклонение ±5 мм допустимо». А вдруг на заводе уже использовали эти 5 мм, что тогда?! А тогда потеря управляемости при экстренном торможении на миксте (неодинаковом сцеплении слева и справа).

Яркий пример, иллюстрирующий важность плеча обкатки, приведен в журнале «Автомобильная промышленность»:

Испытание №1. На автомобиль установили колеса с таким ЕТ, что получили плечо обкатки r_s=+5 мм. Разгон до 60 км/ч. Отпускают руль (. ) и применяют экстренное торможение на миксте. Результат – разворот автомобиля на 720° – что и ожидали.

Испытание №2. Все то же, но r_s=–5 мм (диски с ЕТ на 10 мм больше первых, кстати, это уменьшило колею на 20 мм). Результат – увод автомобиля на 15° – неожиданно?!

И это ответ тем, кто считает, что чем шире колея, тем устойчивее автомобиль, а диски колес влияют только на экстерьер автомобиля.

Причина столь различного поведения автомобиля после, казалось бы, косметического изменения – эластокинематика рулевой трапеции (рис. 3).

Рис. 3. Влияние положительного (а) и отрицательного (б) плеча обкатки r_s=R₁/cos σ (см. рис. 4) на устойчивость автомобиля при торможении:

F_и – сила инерции, приложенная к центру масс автомобиля

Рис. 4. Параметры установки управляемых колес

Если тормозная сила больше, например, слева, то на центр масс автомобиля действует поворачивающий момент, равный разности тормозных сил умноженный на плечо (половина колеи). Но так как силы слева и справа неуравновешенны, то на рулевую трапецию действует момент

Рулевая трапеция поворачивается (за счет деформации опор, рычагов, кузова). В случае положительного плеча обкатки этот поворот увеличивает поворачивающий момент, при отрицательном плече – частично или полностью его компенсирует.

Отрицательное плечо обкатки получить непросто. Увеличивают ЕТ дисков (глубину), поперечный угол наклона шкворневой оси и угол развала колес. Но с увеличением первого угла растет усилие на руле, а с увеличением развала – ухудшается сцепление шин с дорогой в повороте (нужен отрицательный развал!). Чем шире профиль шин, тем сложнее конструктивно разместить в колесе тормозные механизмы, ступицу, шаровые опоры, рулевые тяги и привод.

Красивым решением проблемы уменьшения плеча обкатки является применение многорычажной передней подвески с четырьмя шаровыми опорами (см. рис. 5).

Рис. 5: Многорычажная подвеска переднего управляемого колеса производителя VAG

По конструкции она очень похожа на подвеску на двойных поперечных рычагах классической треугольной формы. Однако вместо одной шаровой опоры в вершине треугольника применены две – образуется четырехугольник. Такая конструкция неработоспособна без пятого рычага – рулевой тяги. На треугольных рычагах ось поворота колеса проходила через центры шаровых опор. В новой конструкции эта ось виртуальна и проходит далеко за пределами четырехугольника (рис. 6).

Рис. 56 Схема поворота колеса на многорычажной передней подвеске (вторая пара рычагов условно не показана)

По материалам Учебного пособия «Эксплуатационные свойства автомобилей», А. Ш. Хусаинов

Что такое радиус плеча обкатки, и почему он важен?

Параметр подвески, о котором почти ничего неизвестно

Когда вы «возитесь» с ремонтом подвески, экспериментируете с размерами колес или занимаетесь настройкой вновь поставленной подвески, может случиться конфуз, о котором вы, возможно, даже никогда не слышали – вполне вероятно, изменится радиус плеча обкатки. Эта «штука» может оказать серьезное влияние на управляемость вашего автомобиля.

Без четкого и полного понимания всех факторов, влияющих на работу подвески, расположение колес и отработки геометрии, легко совершить ошибку в настройке, которая в конечном итоге заставит ваш автомобиль почувствовать себя хуже, чем было раньше. При этом уловить то мгновение, когда была допущена досадная оплошность, достаточно сложно.

В общих чертах радиус плеча обкатки – это неуловимая, почти мифическая настройка, стоящая где-то на краю ключевых регулировок, таких как развал, смещение и размер колеса. По сути, она определяется расположением точки в пространстве, где воображаемая линия, проходящая через центр подвески, пересекает вертикальную линию, проходящую по центру колеса, эти две линии где-то встретятся. Важно, что этот угол высчитывают на автомобиле без нагрузки. Для подсчетов, проводимых инженерами, это крайне важно.

Обратите внимание на больший угол подвески относительно колеса

В общем, есть три основных варианта радиуса плеча:

Если две линии пересекаются точно на пятне контакта шины с дорогой, у такого автомобиля нет радиуса плеча обкатки.

Если линии пересекаются ниже пятна контакта, теоретически под землей, то это называется положительным радиусом плеча обкатки.

Когда обе линии сходятся над пятном контакта – это отрицательное плечо обкатки.

В зависимости от этих настроек они могут серьезно влиять на то, как автомобиль управляется, ускоряется и останавливается. Разные расчетные нагрузки на ось и конфигурации привода нуждаются в различных настройках, которые будут высчитаны еще задолго до того, как инженеры приступят к реализации желаемых характеристик управляемости. Да, у автопроизводителей куча сложной работы, и этот этап лишь один из них. Измените всего один параметр в подвеске и вы инициируете цепную реакцию, которая в конечном итоге может свести на нет вашу главную цель.

Радиус плеча обкатки относится к относительному углу между подвеской и осью колес

При нулевом радиусе распространенное мнение заключается в том, что эта настройка может заставить автомобиль чувствовать себя слегка неустойчивым в передней части при прохождении поворотов и при резком торможении.

С другой стороны, в неподвижном состоянии при повороте руля приходится поворачивать пятно контакта, максимально распластанное по поверхности дороги, что требует больше усилий и больше изнашивает шину. В наши дни такая настройка (с нулевым плечом) на автомобилях встречается крайне редко. Чуть больше или чуть меньше, но не ноль.

Можно, конечно, изменить нулевую настройку. Например, «выдвиньте» колеса при помощи прокладок или установите полностью регулируемые койловеры, и радиус может стать положительным. Это заставит шину «скрести» по земле при поворотах, добавляя неравномерный износ и уменьшая срок ее службы. Автомобиль с положительным плечом обкатки может вести себя на дороге непредсказуемо: руль при проезде неровностей может вырываться из рук, при проезде поворотов создается «ощутимый момент, препятствующий равномерному движению».

Положительный момент такой настройки существует для заднеприводных автомобилей. Им такая настройка полезна для того, чтобы помочь сохранить передние колеса в прямом направлении, даже когда вы отпустите рулевое колесо. Используется в спортивных автомобилях и поставляется в стандартной комплектации с большинством конструкций подвески с двойными поперечными рычагами.

Передняя ось Volkswagen Scirocco

Положительный радиус плеча не способствует торможению, если по какой-либо причине между сторонами транспортного средства действует различная сила. Скажем, если левые колеса имеют меньшее сцепление с дорогой и система ABS не позволяет развить на них максимальное усилие. В этом случае автомобиль будет пытаться развернуться в сторону колес с большим сцеплением.

Экстремальный положительный радиус плеча может сделать рулевое управление очень тяжелым, настолько, что это было действительно жизнеспособным только на старых автомобилях с очень тонкими шинами.

У большинства из нас на автомобилях стоит отрицательный радиус плеча, потому что он имеет тенденцию идти рука об руку с настройками распорок подвески МакФерсон. Это помогает управляемым передним колесам вести себя на дороге более стабильно, что хорошо для прохождения поворотов и общей управляемости автомобиля, если, предположим, у вас внезапно спустило одну из передних шин. Другой удобный «побочный эффект» заключается в том, что, если вы влетите колесами в воду с одной стороны автомобиля, отрицательный радиус сработает против естественного смещения автомобиля, смягчая последствия прохождения опасного участка.

Отрицательный радиус плеча безопаснее при аквапланировании

Настроить подвеску в отрицательном плече – наиболее безопасный вариант сделать это. Она (настройка) позволяет сгенерировать определенные усилия, которые уменьшат любую непреднамеренную водителем тенденцию к изменению направления движения, которая в случае с положительной настройкой может иметь место быть.

В результате в автомобилях с диагонально разделенными тормозными системами, если один контур выходит из строя, то оставшееся тормозное усилие на одном переднем и одном заднем колесе все равно не будут тянуть автомобиль в сторону.

Если вы меняете колеса, сменили размерность шин или провели перенастройку подвески (поставили проставки, занизили подвеску), убедитесь, что вы не забыли о такой важной вещи, как «радиус плеча». Кстати, это одна из причин, почему наше государство так жестко взялось за тюнингованные автомобили. Неумелым тюнингом можно испортить управляемость автомобиля, да так, что он станет опасным для передвижения по дорогам общего пользования.

Углы установки колес автомобиля

Правильные углы установки колес – один из важнейших факторов, обеспечивающих нормальную управляемость, стабильность и устойчивость автомобиля при прямолинейном движении и при прохождении поворотов. Оптимальные для каждой модели параметры геометрии подвески закладываются на этапе проектирования. Заданные значения углов установки колес подвержены изменению и требуют периодической регулировки по причине естественного износа узлов и элементов ходовой части или после ремонта подвески.

Назначение углов установки колес

Корректно настроенная геометрия подвески позволяет автомобилю более эффективно воспринимать силы и моменты, возникающие в пятне контакта колеса с дорожной поверхность во время различных режимов движения. Этим обеспечивается предсказуемое поведение автомобиля, а именно: стабильность движения по прямой, устойчивость в поворотах, стабилизация при разгонах и торможении. Также благодаря отсутствию излишнего сопротивления качению колес происходит более равномерный износ шин, что позволяет увеличить срок их службы.

Заданные производителем значения углов установки колес являются оптимальными для конкретного автомобиля и соответствуют его назначению и особенностям настройки подвески. Однако, в случае необходимости, конструктивно предусмотрена возможность их изменения либо регулировки. Количество параметров, которые можно регулировать для каждого автомобиля, индивидуально.

Виды основных углов установки колес автомобиля

Параметр	Ось автомобиля	Регулируемый параметр	На что влияет
Угол развала колес (Camber)	Передняя Задняя	Да (зависит от автомобиля)	Устойчивость движения в повороте Преждевременный износ шин
Угол схождения колес (Toe)	Передняя Задняя	Да	Устойчивость при прямолинейном движении Преждевременный износ шин
Поперечный угол наклона оси поворота (KPI)	Передняя	Нет	Стабилизация автомобиля при движении
Продольный угол наклона оси поворота (Caster)	Передняя	Да (зависит от автомобиля)	Стабилизация автомобиля при движении
Плечо обкатки	Передняя	Нет	Стабильность автомобиля при торможении Стабилизация автомобиля при движении

Развал колес

Развал колес (англ. camber) – это угол, образованный средней плоскостью колеса и вертикалью, проходящей через точку пересечения средней плоскости колеса и опорной поверхности. Различают положительный и отрицательный развал:

Конструктивно camber формируется положением ступичного узла и обеспечивает максимальную площадь пятна контакта шины с дорогой. В случае двухрычажной независимой подвески положение ступицы определяется верхним и нижним поперечными рычагами. В подвеске типа МакФерсон на формирование угла развала влияет нижний рычаг и амортизационная стойка.

Отклонение значений угла развала от нормы влияют на автомобиль следующим образом.

Слишком большой отрицательный угол:

Слишком большой положительный угол:

Схождение колес

Cхождение колес (англ. toe) – угол между продольной осью автомобиля и плоскостью вращения колеса. Может быть также определено как разность расстояний между передними и задними бортами ободов колес (на рисунке это значение А минус В). Таким образом, схождение может измеряться в градусах либо миллиметрах.

Различают суммарное и индивидуальное схождение. Индивидуальное схождение рассчитывается отдельно для каждого колеса. Это отклонение плоскости его вращения от продольной оси симметрии автомобиля. Суммарное схождение рассчитывается как сумма индивидуальных углов схождения левого и правого колес одной оси. Аналогично определяется суммарное схождение в миллиметрах. При положительном схождении (англ. toe-in) колеса взаимно повернуты внутрь по направлению движения, при отрицательном значении (англ. toe-out) – наружу.

Отклонение значений угла схождения от нормы влияют на автомобиль следующим образом.

Слишком большой отрицательный угол:

Слишком большой положительный угол:

Поперечный угол наклона оси поворота колеса

Поперечный угол наклона оси поворота (англ. KPI) – угол между осью поворота колеса и перпендикуляром к опорной поверхности. Благодаря данному параметру при повороте управляемых колес кузов автомобиля приподнимается, вследствие чего возникают силы,
стремящиеся вернуть колесо в прямолинейное положение. Таким образом, KPI оказывает значительное влияние на стабильность и устойчивость автомобиля при прямолинейном движении. Разность величин углов поперечного наклона правой и левой осей может приводить к уводу автомобиля в сторону с большим наклоном. Данный эффект может проявляться и при соответствии нормальным значениям остальных углов установки колес.

Угол продольного наклона оси поворота колеса

Продольный угол наклона оси поворота (англ. caster) – угол между осью поворота колеса и перпендикуляром к опорной поверхности в продольной плоскости автомобиля. Различают положительный и отрицательный углы продольного наклона оси поворота колеса.

Положительный caster способствует возникновению дополнительной динамической стабилизации автомобиля при движении на средней и высокой скорости. При этом ухудшается поворачиваемость на малой скорости.

Плечо обкатки

Помимо вышеперечисленных параметров, для передней оси имеет большое значение еще одна характеристика – плечо обкатки. Это расстояние между точкой, образованной пересечением оси симметрии колеса и опорной поверхности, и точкой пересечения линии поперечного наклона оси поворота и опорной поверхности. Плечо обкатки положительное, если точка пересечения поверхности и ось поворота колеса лежат справа от оси симметрии колеса (нулевого плеча), и отрицательное, если располагается слева от него. Если эти точки совпадают – то плечо обкатки нулевое.

Данный параметр влияет на стабилизацию и поворачиваемость колеса. Оптимальным значением для современных автомобилей является нулевое либо положительное плечо обкатки. Знак плеча обкатки определяется развалом, поперечным наклоном оси поворота колеса и вылетом колёсного диска.

Автопроизводители не рекомендуют устанавливать колесные диски с нестандартным вылетом, т.к. это может повлечь изменение заданного плеча обкатки на отрицательное значение. Это может серьезно повлиять на устойчивость и управляемость автомобиля.

Изменение значений углов установки колес и их регулировка

Углы установки колес подвержены изменениям вследствие естественного износа деталей, а также после их замены на новые. Все без исключения рулевые тяги и наконечники имеют резьбовое соединение, которое позволяет увеличить или уменьшить их длину для регулировки величин углов схождения колес. Схождение задних колес, равно как и передних, регулируется на всех типах подвесок, за исключением задней зависимой балки или моста.

Регулировка значений развала для задней и передней оси предусмотрена далеко не на всех автомобилях: она отсутствует на зависимой подвеске, на подвеске МакФерсон (за исключением небольшого ряда моделей авто, у которых верхний крепеж стойки – это болт с эксцентриком). Присутствует настройка camber, как правило, на обоих осях подвесок с верхними и нижними поперечными рычагами.

Неправильный сход-развал задних колес на переднеприводном автомобиле оказывает меньшее влияние на его управляемость и неравномерный износ шин, поскольку задняя часть менее нагружена. Параметры caster и KPI, регулировка которых в конструкции подвески автомобиля, как правило, не предусмотрена, должны всегда соответствовать допустимым значениям.

Углы установки колес автомобиля. На что влияют?

Углы установки колес автомобиля. На что влияют?

От правильной регулировки колес автомобиля зависят многие факторы: управляемость автомобиля, срок службы покрышек, расход топлива, а также безопасность самого автомобиля. Так давайте разберемся в углах установки колес автомобиля, на что влияют и для чего нужны.

К рекомендациям фирм-производителей автомобилей по установке колес следует относиться с полной ответственностью. Для каждой модели авто эти рекомендации различны. Эти углы обеспечивают наилучшие показатели устойчивости и управляемости, а также минимальный износ шин конкретной модели автомобиля.

Периодически при эксплуатации авто (через 30 000 км пробега) их полезно контролировать, а если на машине были заменены отдельные элементы подвески и тем более после серьезных ударов по ходовой это просто необходимо делать сразу. В любом случае следует помнить, что регулировка углов развала и схождения управляемых колес является заключительной операцией ремонта подвески, деталей ходовой части и рулевого управления автомобиля.

Какие параметры установки колес на что влияют и для чего нужны.

Максимальный угол поворота колес

Он характеризует максимальный угол, при котором повернется колесо автомобиля при полностью вывернутом руле. И чем меньше этот угол, тем больше точность и плавность управления. Ведь для поворота даже на небольшой угол потребуется лишь малое движение рулем.

Но не стоит забывать, что чем меньше максимальный угол поворота, тем меньше радиус поворота автомобиля. Т.е. развернутся в ограниченном пространстве будет очень тяжело. Вот и приходится производителям искать некую ‘золотую середину’, маневрируя между большим радиусом поворота и точность управления.

Плечо обката

Для автомобилей с задним приводом рекомендуется плечо обката с нулевым или отрицательным значением. Но в практике, из-за конструкции автомобиля, сделать это очень сложно, т.к. механизм не помещается внутрь колеса. Вот и получается в итоге автомобиль с положительным плечом обката, который ведет себя непредсказуемо: руль при проезде по неровностям может вырывать из рук, при проезде поворотов создается ощутимый момент, препятствующий равномерному движению.

Для борьбы с положительным плечом оката, специалисты наклоняли ось поворота в поперечном направлении и делали положительный развал колес. Это хоть и уменьшало плечо обката автомобиля, но плохо сказывалось на управлении автомобилем в повороте.

Угол кастера

Кастер отвечает за динамическую стабилизацию управляемых колес. Если говорить просто, то кастер заставляет автомобиля ехать прямо при отпущенном руле. Т.е. если вы убрали руки с руля, то автомобиль в идеале должен ехать прямо и не куда не отклоняться. Если же на автомобиль действует боковая сила (например, ветер), то кастер должен обеспечивать очень плавный поворот автомобиля в сторону действия силы при отпущенном руле. К тому же, кастер не дает машине опрокинуться.

При повороте колеса, покрышка деформируется под действием боковых сил. И чтобы сохранить максимальное пятно контакта с дорогой, колесо автомобиля тоже наклоняется в сторону поворота. Но везде нужно знать меру, ведь при очень большом кастере, колесо автомобиля будет сильно наклоняться, и утратит тогда сцепление с дорогой.

Поперечный наклон оси поворота

Отвечает за весовую стабилизацию управляемых колес. Суть в том, что в момент отклонения колеса от ‘нейтрали’ передок начинает подниматься. А так как весит он немало, то при отпускании руля под действием силы тяжести система стремится занять исходное положение, соответствующее движению по прямой. Правда, чтобы эта стабилизация работала, нужно сохранить (хоть и небольшое, но нежелательное) положительное плечо обката.

Изначально, поперечный угол наклона оси поворота был применен инженерами для устранения недостатков подвески автомобиля. Он избавлял от таких ‘недугов’ автомобиля как положительный развал колес и положительное плечо обката.

Во многих автомобилях применяется подвеска типа ‘Мак-Ферсон’. Она дает возможность получить отрицательное или нулевое плечо обката. Ведь ось поворота колеса состоит из опоры одного единственного рычага, которой легко можно поместить внутрь колеса. Но и эта подвеска не совершенна, ведь из-за его конструкции сделать угол наклона оси поворота маленьким практически невозможно. В повороте он наклоняет внешнее колесо под невыгодным углом (как у положительного развала), а внутреннее колесо одновременно наклоняется в противоположную сторону.

Схождение колес автомобиля

Но следует помнить, что чрезмерное отклонение схождения автомобиля от нулевого значения увеличит сопротивление качению при прямолинейном движении, в поворотах это будет заметно в меньшей степени.

Развал колес

Развал колес, как и схождение, может быть как отрицательным, так и положительным.

Изменение угла развала колес сказывается на поведении автомобиля на прямой, ведь колеса стоят не перпендикулярно дороге, а значит имеют не максимальное сцепление. Но это сказывается только на заднеприводных автомобилях при трогании с места с пробуксовкой.