Регулировка углов установки колес. Что это такое и для чего нужно?
Подавляющему большинству автовладельцев наверняка известно, что их четырехколесные железные друзья нуждаются в периодическом проведении процедуры, которую обычно называют не иначе как «развал-схождение». Автосервисы, специализирующиеся на ремонте узлов ходовой части автотранспорта, занимают широкую нишу на рынке услуг по ремонту автомобилей. Почти на любой СТО найдется оборудование для ремонта ходовой части – замены амортизаторов, рулевых наконечников, шаровых опор, а также других запчастей. В этой статье мы попытаемся разобраться, что представляют из себя таинственные углы установки колес, которые необходимо тщательно и порой довольно часто регулировать.
Итак, процедура «развал-схождение» заключается в настройке углов установки колес, чтобы в конечном итоге они оказались в положении, перпендикулярном земле, будучи параллельными друг другу. Цель данных корректировок – повышение срока эксплуатации покрышек и самого автомобиля, сохранение верной траектории движения транспортного средства по дорожному покрытию как при езде по прямой, так и при маневрировании. Как правило, проверке и регулированию подвергаются 4 угла положения колес: кастер (от английского caster), схождение, развал и положение оси. Каждая из названных составляющих правильного положения колес нуждается в отдельном рассмотрении.
Кастер – это угол между проекцией оси поворота колеса на продольную плоскость транспортного средства и вертикалью. Благодаря продольному наклону достигается самовыравнивание управляемых колес во время движения. Говоря простым, понятным языком, машина самостоятельно выходит из поворота – рулевое колесо, отпущенное и обладающее свободным ходом, самостоятельно возвращается в положение, характерное для прямолинейного движения (по ровному дорожному покрытию, с отрегулированными должным образом механизмами). Разумеется, все это происходит при положительном кастре. На обычных машинах величина данного угла составляет порядка 6 градусов. На спортивных автомобилях его значение корректируется в большую сторону на несколько градусов, что способствует более устойчивому ходу транспортного средства и повышению стремления последнего к прямолинейному движению.
При проверке кастра обычно приходится поворачивать передние колеса вправо-влево на угол порядка 20-40 градусов. Тут надо отметить, что порой, пытаясь сэкономить время, недобросовестные мастера могут установить лишь схождение и развал, не проверяя кастер. Естественно, такой подход нельзя назвать верным. Без правильного регулирования кастра дальнейшие операции не несут в себе большого смысла, а являются, по сути, обычной акцией, направленной на «выдаивание» денег из кошелька автовладельца.
Завершив установку кастра, переходят к проверке и регулированию развала – угла между плоскостью вращения колеса и вертикалью. Если колеса «смотрят» верхней стороной наружу – развал положительный, направлены внутрь – развал отрицательный. На автотранспорте с полунезависимой либо независимой подвеской изменение развала происходит в случае крена автомобиля, а также при увеличении (уменьшении) степени загрузки. Например, в тяжелых грузовых машинах марки «Татра», имеющих подвеску на качающихся полуосях, значение развала задних колес при отсутствии груза столь велико, что машина двигается, опираясь лишь на внешние шины. Однако даже в подвеске, оборудованной двойными поперечными рычагами, заданная изначально положительная величина развала при максимально возможном ходе сжатия меняется на отрицательное значение.
Именно развал обеспечивает наибольший контакт протектора покрышки с дорожным покрытием при езде машины и устойчивость при прохождении поворотов, оказывая влияние на управляемость автомобиля, а также характер и интенсивность износа протектора. В большинстве случаев (исключение – транспортные средства с подвеской «макферсон») значение развала для передних управляемых колес находится в диапазоне от 0 до 45 минут. Существенный отрицательный развал является свидетельством нарушения регулировки подвески или ее износа. За счет правильной установки этого угла можно достигнуть снижения усилия на управляемых колесах и уменьшения передачи на детали рулевого управления рывков, которые неизменно возникают в процессе переезда неровностей, присутствующих на дороге.
В машинах с подвеской «макферсон» устанавливают нулевой либо даже немного отрицательный развал, что обусловлено другими установочными параметрами подвески этого типа, которые вызваны особенностями ее конструкции. Кроме того, отрицательный развал используется на гоночных машинах, которые часто ездят по овальным траекториям. На 2-хрычажных подвесках развал обычно регулируется без особых трудностей. На машинах с подвеской «макферсон» при уменьшении светового просвета посредством укорочения пружин поменяются все 4 угла установки колес. По этой причине для того чтобы изменить клиренс, необходимо менять полностью узел крепления подвески. В настоящее время для проверки соответствия развала требуемому значению применяются гравитационные датчики наклона или оптические датчики с обработкой результатов измерений с помощью компьютера.
Схождением называют угол между плоскостью вращения колеса и направлением движения автомобиля. Нередко, упоминая данный параметр, имеют ввиду суммарное схождение 2-х колес на одной оси. В отдельных моделях автомобилей возможна регулировка схождения и задних, и передних колес. Схождение может измеряться в градусах (минутах) или в миллиметрах. Во втором случае от расстояния между задними кромками колес отнимают расстояние между передними кромками. Само собой, подобный алгоритм действий актуален лишь для исправных, правильно установленных колес. В противном случае из величины схождения нужно вычитать биение колеса. Именно неотрегулированное (или неверно отрегулированное) схождение служит чаще всего главной (но не единственной) причиной быстрого изнашивания шин. Один из самых первых и явных признаков того, что схождение отрегулировано неправильно, это визг шин при прохождении поворотов на небольшой скорости. Если схождение превышает пять миллиметров, резина сотрется целиком меньше чем за тысячу километров пробега.
Еще один параметр – угол поперечного наклона (находится между проекцией оси поворота колеса на поперечную плоскость машины и вертикалью). Благодаря углу поперечного наклона управляемые колеса выравниваются самостоятельно, за счет массы автомобиля. Перед тем как начать проверку и регулирование углов установки колес, мастер должен тщательно осмотреть транспортное средство, проверить состояние ходовой части, убедиться в соответствии давления в шинах нормальному значению. Узлы рулевого управления и подвески должны находиться в исправном состоянии. Болтающиеся и поврежденные рулевые наконечники, разбитые сайлентблоки, ступичные подшипники, шаровые опоры не принимаются. Перед началом регулирования багажное отделение нужно освободить от лишнего груза (помимо штатных инструментов и запасного колеса), так как загрузка дополнительного веса может привести к искажениям показаний.
Правильная и своевременная регулировка углов развала, схождения, поперечного наклона и кастра, обеспечивая адекватную и точную реакцию узлов и агрегатов транспортного средства на действия шофера, является одной из составляющих безопасности вождения. Профессионально выполненная регулировка развала-схождения способствует весомому повышению срока службы покрышек, позволяет вовремя найти повреждения деталей подвески, которые могут послужить причиной серьезных проблем. Напоследок можно упомянуть еще об одном преимуществе автомобиля с отрегулированными колесами, которое заключается в уменьшении расхода топлива за счет минимального сопротивления качению.
Все о углах установки колес часть 2.
Самой идее стабилизации рулевого управления автомобиля за счет положительного кастера более сотни лет. Считается, что впервые она была предложена в английском патенте 1896 года неким Артуром Кребсом. Для объяснения механизма этого явления обычно приводят в пример конструкцию поворотных колес роялей и продуктовых тележек. Особенность упомянутых колес состоит в том, что ось их поворота смещена относительно оси вращения. В этом случае след оси поворота (воображаемая точка ее пересечения с поверхностью) находится на некотором расстоянии от центра пятна контакта колеса. За счет этого колесо в движении всегда стремится строго следовать за идущей впереди осью. В качестве стабилизирующего фактора выступает сила сопротивления качению. Как только линия ее действия отклоняется от следа оси, возникает момент, возвращающий колесо в исходную позицию. Стабилизирующее действие тем сильнее, чем больше сила сопротивления качению и смещение оси поворота. Если бы с автомобильным колесом все было так же просто и понятно! Нет, что касается конечного результата, аналогия соблюдается. А вот описанный «рояльно-тележечный» механизм стабилизации имеет примерно такое же отношение к автомобильному колесу, как и сами рояли к автомобилям.
Почему это так? Одна из причин, причем далеко не главная, состоит в том, что в автотехнике стабилизация управляемых колес достигается несколько иными конструктивными мерами. Нужный вылет оси поворота (его называют плечом стабилизации) чаще всего получают за счет ее наклона в продольном направлении на угол, который и называют кастером. Наглядный пример такой конструкции – устройство передней вилки мотоцикла. Ее наклон придает управляемому колесу движущегося «полуавтомобиля» стабильность, что позволяет байкерам безнаказанно выполнять трюки, не держась за руль. Иногда наклон сочетают с небольшим смещением оси в ту или иную сторону от центра вращения колеса. У современных легковых автомобилей обычно кастер принимает положительные значения, которые не превышают десяти угловых градусов. При этом плечо стабилизации оказывается небольшим по отношению к размерам колеса. А уж плечо продольных сил (сопротивления качению или тяги) – и вовсе мизерным. Поэтому они просто не в состоянии стабилизировать массивное колесо автомобиля. Да это и не нужно – в момент действия дестабилизирующих боковых сил в пятне контакта автомобильного колеса с дорогой генерируются достаточно мощные поперечные (боковые) реакции, парирующие возмущение. Они возникают вследствие сложных процессов деформации шины, катящейся с боковым уводом. Значительная деформация эластичной шины в радиальном, касательном и тангенциальном направлениях и есть главная причина отличия механизма стабилизации автомобильного колеса от слабо или вовсе не деформируемых колес роялей и продуктовых тележек. В результате характер стабилизации меняется с «продольного» на «поперечный».
Дополнительная информация о боковом уводе, механизме образования боковой реакции и стабилизирующего момента приведена ниже.
Увод и стабилизация
Стоит подчеркнуть, что в результате увода колеса под действием боковой силы (силового увода) равнодействующая элементарных боковых реакций всегда оказывается смещенной назад по ходу движения от центра контактной площадки. То есть стабилизирующий момент действует на колесо даже в том случае, когда след оси поворота совпадает с центром пятна контакта. Возникает вопрос: зачем вообще нужен кастер? Дело в том, что стабилизирующий момент (Мст) зависит от различных факторов (конструкции шины и давления в ней, нагрузки на колесо, сцепления с дорогой, величины продольных сил и т.д.) и не всегда оказывается достаточным для оптимальной стабилизации управляемых колес. На этот случай плечо стабилизации увеличивают продольным наклоном оси поворота, т.е. положительным кастером. Дестабилизирующие силы, действующие на колесо движущегося автомобиля, вызываются разными причинами, но, как правило, имеют одинаковый, инерциальный характер. Соответственно, и боковые реакции, и стабилизирующие моменты с ростом скорости увеличиваются. Поэтому стабилизацию управляемых колес, в которую вносит весомый вклад кастер, называют скоростной. С увеличением скорости она «рулит» поведением управляемых колес. На малых скоростях влияние этого механизма становится несущественным. Забегая вперед, упомянем, что здесь работает стабилизация весовая, за которую отвечает наклон оси поворота колеса в поперечном направлении.
Установка оси поворота управляемых колес с положительным кастером полезна не только для их стабилизации. Положительный кастер устраняет опасность резкого изменения траектории и даже опрокидывания автомобиля под действием внезапной боковой силы. Она может быть следствием порыва ветра или движения поперек склона. Благодаря положительному кастеру автомобиль даже с отпущенным рулем плавно поворачивает «под ветер» или «под уклон». Увеличение продольного угла наклона в положительную сторону в общем случае, имеет позитивные следствия, но приводит к росту усилия руления. Это значит, что возрастают нагрузки на усилитель и детали рулевого механизма. Поэтому выбор кастера – опять-таки компромисс, который у современных легковых автомобилей достигается при величинах порядка +2–6°. Меньшие значения, как правило, типичны для машин с большой нагрузкой на ось – чтобы чрезмерно не увеличивать усилие на руле. Своим нехарактерным подходом к выбору кастера известны конструкторы Mercedes-Benz. У большей доли «мерсов» продольный угол наклона оси поворота лежит в пределах 0–12°. Почему это так?
Дело в том, что таким образом конструкторы усиливают еще одно благоприятное следствие кастера. Продольный наклон оси поворота приводит к существенному изменению развала управляемых колес при их повороте. Механизм зависимости проще понять, если представить гипотетическую ситуацию, когда ось поворота колеса расположена горизонтально (кастер равен +90°). В этом случае «поворот» управляемого колеса полностью трансформируется в изменение его наклона относительно дорожного полотна, т.е. развала. Тенденция такова, что развал внешнего колеса в повороте становится более отрицательным, а внутреннего – более положительным. Как мы уже уяснили, это благотворно отражается на устойчивости автомобиля при маневрах. Чем больше кастер, тем больше изменение углов развала в повороте. Поэтому иногда (как и в случае с M-B) угол наклона оси поворота намеренно увеличивают. Чтобы при этом не превысить допустимое усилие на рулевом колесе (не увеличить чрезмерно плечо стабилизации), ось поворота смещают в продольном направлении так, что она проходит на некотором расстоянии позади оси вращения колеса.
Выходит, у всех современных автомобилей ось поворота наклонена в положительную сторону. В этом месте стоит вернуться назад, к критике представления об однозначной связи между развалом и схождением . Если принять во внимание расположение плеча стабилизации, становится понятно, что вызванная развалом боковая сила (тяга развала), направленная от автомобиля, «работает» на увеличение схождения управляемых колес, а никак не наоборот. Действительно, положительный наклон оси поворота провоцирует возникновение моментов, стремящихся повернуть управляемые колеса в сторону увеличения схождения. Причем момент тяги развала – не единственный и не определяющий. Наибольшее воздействие на схождение оказывает момент одной из составляющих вертикальной реакции (Rz):
Эксперименты, объектом которых был автомобиль BMW 323i, показали, что при движении по прямой на каждое его управляемое колесо действует момент порядка 40 Н•м.
Отсюда становится понятно, к чему может привести нарушение регулировки кастера. Разница этого параметра для левого и правого колес влияет на способность автомобиля держать прямолинейную траекторию. Если она превышает 1°, отличие моментов на управляемых колесах становится ощутимым и возникает боковой дрейф автомобиля в сторону колеса с меньшим кастером. Это, в общем случае, негативное явление иногда используют во благо и намеренно придают кастеру и углам развала управляемых колес разных бортов немного отличные значения. К примеру, автомобиль, предназначенный для правостороннего движения, из-за профилирования дорожного полотна испытывает дрейф по направлению к обочине. Чтобы его компенсировать, правое колесо устанавливают с чуть более отрицательным развалом и немного более положительным кастером.
Естественно, проделать эту процедуру можно лишь в том случае, если таковая возможность предусмотрена. В последнее время автопроизводители стараются избавить сервисменов от забот по регулировке развала, и тем более кастера. Эти параметры все чаще только контролируются. Согласно рекомендациям любая процедура контроля УУК должна предваряться проверкой уровня кузова. Особенно тщательно положение кузова контролируется при измерении кастера – этот параметр напрямую зависит от разницы его уровня впереди и сзади.
Об этом стоит помнить апологетам «буратино-тюнинга», увлекающимся установкой проставок под заднюю часть кузова. Если внешний вид автомобиля, принимающего неприличную позу, – исключительно дело вкуса, то снижение и даже полная потеря скоростной стабилизации управляемых колес – вопрос безопасности, в том числе безопасности ни в чем не повинных «соучастников» дорожного движения. Заметного влияния на износ шин регулировка кастера не оказывает.
Любопытно, что лет тридцать и более тому назад в спецификациях на легковые автомобили можно было увидеть диаметрально противоположную картину – у большинства автомобилей кастер был отрицательным. Причина в том, что тогда был в моде «легкий руль». Поскольку усилитель рулевого управления был в диковинку, инженеры таким способом боролись за то, чтобы автомобиль на скорости рулился «одним пальцем». При этом достаточная скоростная стабилизация колес достигалась благодаря повсеместному применению шин диагональной конструкции. Они более подвержены деформациям, чем шины радиальные. Вследствие этого даже при отрицательном наклоне оси поворота продольный снос боковой реакции оказывался достаточным для создания стабилизирующего момента. Если на такой «ретромобиль» установить современные радиальные шины, он будет рыскать из стороны в сторону. Устранить проблему можно регулировкой кастера – нужно придать углу положительное значение.
Говоря об ориентации оси поворота управляемых колес, нельзя обойти вниманием угол поперечного наклона (SAI – Steering Axis Inclination). Этот параметр подвески иногда относят к группе вторичных. Тем не менее поперечный наклон оси оказывает существенное влияние на поведение автомобиля. Его контроль очень важен при диагностике подвески.
Оси поворота рояльного и мотоциклетного колес лежат в центральной плоскости вращения. На первый взгляд, это неплохой вариант. Почему бы и на автомобиле не использовать аналогичный принцип? Распространено мнение, что автомобилестроители не идут этим путем исключительно из-за конструктивной сложности. Действительно, при существующих схемах подвески проще разместить ось поворота колеса сбоку от него. И все же, если бы это сулило большие преимущества, решение наверняка нашлось бы.
Например, такое, какое было реализовано французскими конструкторами на автомобиле Citroen D в 50-е годы и использовалось вплоть до середины 70-х. Они расположили оба поворотных шарнира двухрычажной подвески внутри обода, в центральной плоскости качения колеса. Для этого пришлось переместить тормозные механизмы на главную передачу. Ось поворота колеса имела небольшой продольный угол наклона, а поперечный угол, плечо обкатки, а также и развал были равны нулю. Что из этого получилось?
По отзывам, автомобиль на скорости уверенно форсировал лужи, грязь, снежную кашу и неровности дороги (даже если они попадались на пути одного из колес) без заметной реакции на руле и без отклонения от прямолинейного движения. Безразличие к неприятным для обычного автомобиля препятствиям объяснимо – любые силы, действующие в плоскости качения колеса, не оказывают никакого воздействия на рулевое управление ввиду отсутствия плеч относительно оси поворота. Несмотря на этот безусловный плюс, «ситроеновская» схема распространения не получила. И не столько из-за некоторого ухудшения эффективности торможения, вызванной изменением места размещения тормозов. Причина в том, что такой способ поворота управляемых колес не позволяет использовать эффект весовой стабилизации рулевого управления и обеспечить его приемлемую чувствительность.
Опять стабилизация? Да, опять. Ведь стабилизация, которая достигается за счет кастера, на то и «скоростная», что работает она только на достаточно высоких скоростях. При движении и маневрировании со скоростью пешехода «эффект рояля» пренебрежимо мал. В этом случае чтобы заставить управляемые колеса сопротивляться отклонению от нейтрального положения и автоматически возвращаться к нему после прекращения действия сил, вызвавших отклонение, используют другой механизм – стабилизацию за счет веса автомобиля, приходящегося на управляемое колесо. Весовая стабилизация возникает главным образом благодаря наклону оси поворота в поперечном направлении. Почему «главным образом»? Потому что «неглавным образом» в весовую стабилизацию колес вносит вклад и кастер, но здесь его влияние второстепенно.
Механизм весовой стабилизации работает так. При повороте колеса его цапфа движется по дуге окружности, плоскость которой перпендикулярна оси поворота. Если ось вертикальна, цапфа перемещается горизонтально. Если ось наклонена, траектория цапфы отклоняется от горизонтали.
У дуги, которую описывает цапфа, появляются вершина и нисходящие участки. Положение верхней точки дуги определяется направлением наклона оси поворота колеса. При поперечном наклоне вершина дуги соответствует нейтральному положению колеса. Значит, при отклонении колеса от нейтрали в любую сторону цапфа (а вместе с ней и колесо) будет стремиться опуститься ниже исходного уровня. Колесо работает как домкрат – приподнимает находящуюся над ним часть автомобиля. «Домкрату» противодействует сила, прямо зависящая от ряда параметров: веса поднятой части автомобиля, угла наклона оси, величины ее поперечного смещения и угла поворота колеса. Она пытается вернуть все в исходную, устойчивую позицию, т.е. повернуть руль в нейтральное положение. Получается, что благодаря поперечному наклону оси поворота автомобиль сам помогает водителю «отруливаться».
Кастер также вносит лепту в весовую стабилизацию рулевого управления. Если ось поворота колеса одновременно наклонена и в поперечном, и в продольном направлении, дуга, которую описывает колесная цапфа, изменяет ориентацию. Ее вершина смещается так, что цапфы обеих колес в нейтральной позиции оказываются на нисходящей части дуги. В результате при повороте руля одна из них движется по дуге вверх, другая – вниз. Итог – крен передней части кузова, увеличение загрузки одного из колес и усиление его весовой стабилизации. Этот эффект также используют для оптимизации положения кузова автомобиля в повороте. Механизм весовой стабилизации работает всегда. На неподвижном или медленно движущемся автомобиле он действует в одиночестве, с увеличением скорости ему все в большей степени аккомпанирует динамическая стабилизация.
Выбор величины SAI – поиск оптимума. С уменьшением поперечного угла эффективность весовой стабилизации снижается. Избыточный наклон приводит к чрезмерному усилию руления при маневрировании, сопровождающемся поворотом колес на большой угол, например при парковке. Определяя положение оси поворота в поперечной плоскости (в том числе и SAI), автомобилестроители наряду с весовой стабилизацией принимают в расчет условие обеспечения оптимального плеча обкатки. С этим параметром подвески также связано немало кривотолков. Например, бытует неверное представление, что оптимум для плеча обкатки – его [img]отсутствие. Якобы, с увеличением плеча возрастает усилие руления.
razvalanet.ucoz.com/secret/22.jpg[/img]
На самом деле плечо обкатки не оказывает влияния на легкость рулевого управления. Действительно, при наличии плеча обкатки действующие на управляемые колеса продольные силы создают моменты, стремящиеся развернуть их вокруг оси поворота. Но в случае равенства сил на обоих колесах моменты оказываются «зеркальными», т.е. равными и противоположно направленными. Взаимно компенсируя друг друга, они не оказывают воздействия на рулевое колесо. Однако моменты нагружают детали рулевой трапеции растягивающими или сжимающими (в зависимости от расположения плеча обкатки) усилиями. Чтобы ограничить эти нагрузки, плечо обкатки не должно быть излишне большим. Тем не менее в большинстве случаев «его не может не быть».
Плечо обкатки – один из параметров, который влияет на чувствительность рулевого управления. Благодаря ему руль «сигнализирует» водителю о нарушении равенства продольных реакций на управляемых колесах, которое может быть следствием проезда препятствий и неровностей дороги, неравного распределения тормозных сил между правым и левым колесом и т.д. В этих случаях внезапно возникающий дисбаланс моментов продольных сил передается через рулевое колесо на руки водителя. Главное, чтобы «сигнал» не был чрезмерным и не снижал комфортность и безопасность вождения. Это важное условие учитывается при проектировании автомобиля и нередко нарушается (чаще – неосознанно) при его эксплуатации. Дело в том, что на величину плеча обкатки ощутимо влияет конструкция колеса. Модное увлечение широкими колесами с низкопрофильными шинами, а также установка дисков с нештатным вылетом могут вызвать критическое изменение чувствительности рулевого управления.
Плечо обкатки может быть как положительным, так и отрицательным. Обычно отрицательное плечо обкатки применяют на автомобилях с диагональной двухконтурной тормозной системой. Такая мера позволяет стабилизировать поведение автомобиля в чрезвычайной ситуации – при отказе или снижении эффективности одного из контуров. Дисбаланс тормозных сил приводит к появлению момента, стремящегося развернуть автомобиль относительно центра масс. При отрицательном плече обкатки одновременно с этим неравенство сил торможения вызывает поворот управляемых колес в сторону уменьшения разворота автомобиля. Аналогичный механизм работает при внезапном увеличении продольной реакции на одном из управляемых колес. Например, при проколе шины, вызывающем рост силы сопротивления качению. Благодаря отрицательному плечу обкатки колеса и в этом случае поворачиваются так, что парируют самопроизвольный разворот автомобиля.
Плечо обкатки обычно выбирают в пределах плюс 50 минус 20 мм. У некоторых автомобилей с независимой подвеской передних колес в негруженом состоянии оно может достигать 60–80 мм. При положительном плече обкатки SAI в большинстве случаев составляет 6–12°, при отрицательном – 11–19°. Как видно, отрицательные значения плеча получают за счет увеличения SAI. Это позволяет достичь желаемого результата без значительного уменьшения поперечного смещения оси и обеспечить приемлемый стабилизирующий момент.
Поперечный наклон оси поворота управляемых колес, как мы выяснили, влияет на стабилизацию и чувствительность рулевого управления. Поэтому SAI особенно тщательно проверяют при наличии проблем с этими характеристиками автомобиля. Поперечный угол наклона также рекомендуется контролировать в случае бокового дрейфа автомобиля, который не устраняется регулировкой кастера и развала. Его причиной может быть ощутимая (более 1°) разница SAI правого и левого колес. При контроле SAI нужно иметь в виду, что этот параметр зависит от угла развала колеса (с уменьшением развала SAI увеличивается и наоборот), поэтому его проверку обязательно предваряют корректировкой развала. Отклонение SAI от нормы свидетельствует о смещении координат одной или обеих точек подвески, задающих положение оси поворота. Причиной смещения может быть, например, деформация поворотной цапфы, чашки крепления амортизатора, рычага, переднего подрамника или неправильная регулировка последнего, если таковая предусмотрена. Уточнить причину можно одновременно анализируя три параметра подвески передних колес: развал, SAI и включенный угол.
Тема углов установки колес настолько интересная, насколько и объемная. Ее, как и ремонт квартиры, нельзя закончить – можно лишь прервать волевым усилием. Что мы и делаем. В заключение остается высказать несколько соображений. Приступая к рассмотрению основных УУК, мы рассчитывали выявить однозначные закономерности, принципы или правила, которыми руководствуются «подвескостроители» при выборе параметров установки колес. К сожалению, наши расчеты не оправдались. Оказалось, что правил не так много, да и те, что есть, изобилуют большим количеством исключений, что снижает значимость самих правил. Сегодня не существует никаких математических зависимостей или компьютерных алгоритмов, позволяющих заложить исходные данные (конструктивные параметры автомобиля и подвески) и на выходе получить искомый результат – величины схождения, развала, кастера и т.д. Теперь понятно, чем вызвана сложность математического определения УУК. Параметры установки колеса значительно меняются при изменении режима движения и развесовки автомобиля. Изменение одного параметра вызывает одновременное изменение ряда других. Каждый параметр одновременно влияет на несколько характеристик автомобиля. Улучшение одной из них зачастую сопровождается ухудшением другой. Какой характеристике отдать предпочтение, что выбрать в качестве критерия оптимизации? Тем более любопытно, как в таком случае определяют УУК разработчики подвески? Неужто методом «тыка»?
Выбор УУК – комплексная задача, нацеленная на поиск оптимума и решаемая методом последовательных приближений. Решение начинается с кинематического расчета положения колес для различных условий движения. Определение поведения колеса в подвесках относительно простой конструкции (двухрычажной или МакФерсон) трудностей не вызывает. Расчет многозвенных подвесок выполняют с использованием методов компьютерного моделирования. Далее анализируют, как изменение ориентации колеса сказывается на пятне контакта и какие это будет иметь последствия для критических характеристик автомобиля: устойчивости, управляемости, интенсивности износа шин и т.д. Варьируя кинематику подвески, «на бумаге» добиваются приемлемого результата, который становится отправной точкой для самого важного этапа – экспериментальной доводки.
В ходе испытаний выполняют большое количество специальных тестов (движение по прямой, по кругу, в повороте, с «переставкой» и т.п.), регистрируют объективные показатели (угол поворота и усилие на руле, максимальную скорость маневра без отрыва колеса, температуру разных зон протектора и т.д.) и субъективные ощущения тест-пилотов. Зачастую эксперименты начисто перечеркивают теорию и приносят парадоксальные с теоретической точки зрения результаты. Это наводит на мысль, что оптимальный комплекс УУК – своего рода гармония, которую невозможно «поверить алгеброй».
Береги резину и себя: что такое развал-схождение, и почему за ним стоит следить
«Нужно сделать развал-схождение» – именно такими словами часто заканчивают свою работу мастера после ремонта передней подвески. Это и вправду неотъемлемый процесс, хоть бы и пришлось заменить только наконечники рулевых тяг. На самом деле под «развалом-схождением» подразумевают проверку и регулировку углов установки управляемых колес, а иногда и колес задней оси. Сегодня мы рассмотрим, какие же углы установки существуют, и на что они влияют, и приведем пример регулировки оных на Nissan Navara.
Что такое углы установки колес
М ы будем рассматривать все, о чем говорим, на примере передних колес, так как они являются управляемыми – а значит, движутся в нескольких плоскостях. В движении самое главное для колеса – оставаться в строго вертикальной плоскости вне зависимости от положения относительно кузова. Это самое важное условие для сохранения идеального пятна контакта шины с дорогой. Но подвеска не идеальна, потому колесо, перемещаясь относительно кузова, то и дело отклоняется от вертикали. А если учесть, что оно еще и поворачивается относительно горизонтальной плоскости, то ни о каком сохранении постоянства пятна контакта в принципе говорить не стоит.
Единственное, что можно сделать – хотя бы минимизировать отклонения и их влияние на управляемость автомобиля. Благодаря углам установки можно добиться либо паровозной уверенности движения автомобиля даже в поворотах, либо отличной управляемости, принеся при этом в жертву стабильность.
Стоит помнить, что обычный гражданский легковой автомобиль – это набор компромиссов, и геометрические данные установки колес в этом смысле не исключение. Потому все параметры должны быть сбалансированы в первую очередь в угоду безопасности управления. Мастера применяют понятие «развал-схождение», потому с этих параметров и начнем.
Какие бывают углы
Первый угол – относительно продольной вертикальной оси колеса: это развал (по-английски – camber). Проще говоря, это когда верхняя часть колеса немного завалена внутрь или наружу от автомобиля. В первом случае говорят, что угол развала отрицательный, во втором – что положительный.
Этот параметр нужен и важен по нескольким причинам. Одна из них – это снижение нагрузки на ступичный подшипник. Еще теоретики говорят, что развал необходим для компенсации изменения положения колеса относительно кузова в процессе его «отработки» по неровностям и в поворотах. И если подвеска настолько шикарна, что позволяет оставаться колесу в вертикальной плоскости вне зависимости от его расположения относительно кузова, то этот угол может быть минимальным.
Если это типичный МакФерсон, и он имеет характерную для него кинематику, то развал может быть немного отрицательным. Кстати, большой отрицательный угол развала можно наблюдать у гоночных автомобилей. Обусловлено это тем, что при крене машины в повороте колесо стремится к положительному развалу с последующей потерей в площади пятна контакта. Но чрезмерный отрицательный развал приводит к значительному износу шин – для спорта это не так значительно, там куда более важен быстрый прогрев резины, и большой развал справляется с этой задачей.
Регулировка камбера, если она предусмотрена, осуществляется изменением положения нижнего рычага с помощью эксцентриковых болтов, подкладыванием шайб под ось верхнего рычага (в случае с вазовской Нивой) или изменением расположения поворотного кулака относительно амортизаторной стойки (если это МакФерсон) – тоже, к слову, эксцентриковыми болтами. В последнее время данный параметр для легковых автомобилей чаще закладывается в конструкцию подвески и регулировке не подлежит – тогда лишь остается проверить, правильный он или нет. Нарушение в регулировке развала проявляется чрезмерным износом наружной или внутренней части протектора в зависимости от знака перед цифрами характеристики.
Второй параметр – схождение, которое также бывает положительным и отрицательным. Схождение – это показатель параллельности колес при виде сверху, когда машина движется вперед. Если оно положительное, то расстояние между передними кромками колес меньше, чем между задними – колеса как бы смотрят друг на друга, «сходясь». Если отрицательное – то колеса, наоборот, «разъезжаются».
Несмотря на простоту регулировки, схождение – один из самых важных параметров подвески, непосредственно влияющих на управляемость автомобиля. Кроме того, схождение необходимо для компенсации эластичных свойств упругих элементов подвески – сайлентблоков.
Кстати, раньше бытовало мнение, что схождение необходимо для компенсации развала колес. Мол, колесо завалено наружу, пятно контакта смещено туда же, а значит силы, действующие на него, будут работать под углом к продольной оси автомобиля – и чтобы от этого избавиться, внедрили схождение. Если продолжить эту мысль, то в случае отрицательного развала колеса, видимо, придется развести – сделать схождение отрицательным? Но как в таком случае объяснить факт того, что в современных переднеприводных автомобилях развал может быть отрицательным, а схождение или нулевым, или положительным? Неувязочка?
Нет! Просто с давних времен схождение и развал воспринимали, как жестко связанные между собой параметры, хотя на практике это совсем не так. Выше было сказано, что схождение влияет на управляемость, и если схождение положительное, то подвеска склонна к самостабилизации при движении по неровностям. Если же схождение отрицательное, то автомобиль тяжелей «отловить», но его реакции на руление будут более четкими.
Углубляться в теорию не будем – просто запомните: неправильная регулировка или ее отсутствие могут привести как минимум к повышенному расходу топлива и быстрому износу шин, а как максимум – к тому, что вам придется «ловить» автомобиль по всей дороге, искренне недоумевая, что вы сделали не так.
Схождение задних колес также влияет на управляемость автомобиля, но не настолько существенно, как в случае с управляемыми колесами. Регулируется схождение у всех одинаково – изменением длины рулевых тяг за счет наконечников. На примере ниже все будет показано весьма подробно.
Третий параметр – продольный угол наклона оси поворота колеса, он же кастер или кастор (от английского «caster»). Положительный кастор означает, что эта ось «завалена» назад – это хорошо видно на автомобилях с передней подвеской МакФерсон. В этом случае осью поворота является вся стойка и, глядя на нее, можно заметить, что она находится под определенным углом к вертикальной оси.
Необходимо это для стабилизации управляемых колес на скорости – грубо говоря, чтобы можно было ехать по прямой, не держась за руль. На практике это проверять не стоит, примите на веру – колеса действительно стабилизируются. Приведем избитый пример о наклонной вилке переднего колеса велосипеда или мотоцикла. Именно благодаря этому наклону мы в детстве, гоняя на велике, могли управлять им без рук – отклоняясь в ту или иную сторону.
Заигрываться с этим углом нельзя, так как его увеличение способствует возрастанию крена автомобиля – в повороте наружное колесо уходит немного вверх относительно кузова, внутреннее – соответственно, вниз. На данный момент большинство современных легковушек лишено возможности регулировки описываемого параметра – все заложено конструктивно. Но на некоторых внедорожниках (например, Hyundai Terracan), имеющих спереди двухрычажку, это можно было сделать с помощью прокладок под верхний рычаг подвески. На износ шин нарушение в установке почти не влияет, а вот на управляемость – непосредственно. Двигаясь по прямой и ощущая увод автомобиля, в первую очередь обратите внимание именно на угол продольного наклона оси поворота.
Четвертый, и последний из интересующих нас параметров – это поперечный угол наклона оси поворота. Необходим он для самовыравнивания колес при небольших скоростях, когда продольный угол наклона еще не работает. Благодаря этому параметру при повороте оба колеса немного опускаются относительно кузова, и если автомобиль стоит на поверхности, то его передняя часть приподнимется, дополнительно нагружая элементы подвески и рулевого механизма. Потому, как только вы тронетесь с места, под действием массы автомобиля передние колеса будут стремиться занять исходное прямолинейное движение. Работу этого угла можно наблюдать воочию, сидя в машине и вращая рулевое колесо от упора до упора – передок будет то опускаться, то приподниматься. Заложен этот угол конструктивно и регулировке не подлежит.
Существует еще ряд геометрических параметров подвески и колес автомобиля, но рассматривая их, пришлось бы углубиться в теорию автомобиля, что превратило бы эту статью в нудное цитирование научных работ.
От теории – к практике
На автомобиле после «проезда по неровностям» на печально высокой скорости решили заменить наконечник рулевой тяги: «от греха подальше», как сказал хозяин. Как мы уже выяснили, после почти любых манипуляций с подвеской необходимо проверять углы установки колес. Для этого существуют специальные стенды, суть работы которых одинакова, а вот принцип измерения – различный. На нашей сегодняшней станции используется 3D стенд с камерами и мишенями.
 |
 |
Если камер нет, на колеса навешивают датчики с ИК-связью. Самый простой вариант – с кордовыми датчиками, когда сигналы от них передаются по проводам. Но вернемся к Navara и его углам.
Учитывая высокотехнологичный стенд, справиться с регулировкой сможет и ребенок – предварительно подготовленный, конечно. Сначала на все колеса мы повесили специальные мишени, включили в компьютере стенда начало процесса измерения и выбрали модель. Откатив автомобиль немного назад, прокатили его вперед до установки передних колес на поворотные датчики и зафиксировали педаль тормоза в нажатом положении с помощью специального приспособления.
 |
 |
Все это время компьютер подсказывал мастеру, какие действия и в какой последовательности необходимо выполнять: «Откатите автомобиль назад, прокатите вперед, проверните рулевое колесо до упора влево…» и так далее. Затем на экране появились параметры углов установки колес: зеленый цвет – угол в пределах допустимого; красный – необходима регулировка.
Современный уровень технического совершенства позволяет сделать так, что данные на экран выводятся в реальном времени. Мастеру оставалось только отвернуть стопорную гайку наконечника и, вращая рулевую тягу и глядя на экран, отрегулировать расположение колеса.
Однако так или иначе один параметр может повлиять на другой, а потому, регулируя схождение, можно «увести» в красную зону, например, продольный угол наклона, как произошло в нашем случае. По сути, сегодня именно в этом и заключается филигранность работы мастера: отрегулировать что-то одно так, чтобы не нарушить другое. Стенд же поможет во всем остальном, вплоть до того, в какую сторону необходимо вращать рулевую тягу, чтобы увеличить или уменьшить схождение. Если вам, например, нужно отрегулировать продольный угол – пожалуйста, на экране скажут, на какой угол необходимо провернуть эксцентриковый болт, или же сколько шайб подложить под верхний рычаг, если необходимо отрегулировать развал.
Однако после регулировки даже на таком современном стенде на Наваре выполнили тестовый заезд, чтобы убедиться в нормальном поведении машины на дороге.
Подводя итоги
Подытоживая проделанную работу, хочется в очередной раз сказать, что в автомобиле нет неважных параметров, и если есть указания по обслуживанию, то их необходимо соблюдать. Наглядным примером тому служат как раз углы установки колес, изменение которых даже на минуты, а не градусы, может привести к кардинальной перемене в характере управляемости автомобиля. А это не только сохраненная резина, но и, возможно, чья-то жизнь. Потому тщательно выбирайте станции, на которых собираетесь делать «развал-схождение», и продолжайте совершенствовать себя в познании своего автомобиля.
№12 «Рулевое управление»
Внимание! Все тесты в этом разделе разработаны пользователями сайта для собственного использования. Администрация сайта не проверяет возможные ошибки, которые могут встретиться в тестах.
Целью настоящих тестов является закрепление студентами знаний, полученных при изучении теоретического материала по теме «Рулевое управление», входящей в состав МДК 01.02 «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» профессии 23.01.03 «Автомеханик», 1 курс.
Система оценки: 5 балльная
Список вопросов теста
Вопрос 1
Каково назначение рулевой трапеции?
Варианты ответов
- обеспечивается меньший радиус поворота
- достигается устойчивость автомобиля при движении
- обеспечивается поворот внутреннего переднего управляемого колеса на больший угол нежели наружного
- обеспечивается меньший износ резины
Вопрос 2
Каковы наиболее вероятные причины неравномерного усилия на рулевом колесе при повороте?
Варианты ответов
- увеличенные зазоры в зацеплении червяка и ролика
- люфт в шарнирах рулевых тяг
- повышенный дисбаланс колес
- отсутствие зазоров в зацеплении червяка и ролика
- повреждение рабочих поверхностей червяка и ролика
Вопрос 3
Какого типа рулевые механизмы в основном применяются на грузовых автомобилях?
Варианты ответов
- червяк-ролик
- шестерня-рейка
- винт-гайка-рейка-сектор
Вопрос 4
Каковы наиболее вероятные причины отсутствия самовозврата рулевого колеса при выходе автомобиля из поворота?
Варианты ответов
- увеличенные зазоры в зацеплении червяка и ролика
- люфт в шарнирах рулевых тяг
- повышенный дисбаланс колес
- отсутствие зазоров в зацеплении червяка и ролика
- повреждение рабочих поверхностей червяка и ролика
Вопрос 5
Чем обусловлена необходимость использования усилителей в рулевых управлениях?
Варианты ответов
- стремлением увеличить прочность деталей рулевого механизма
- величиной усилий, требующихся для поворота цапф передних колес
- необходимостью уменьшить усилие прикладываемые к рулевому колесу
- недостаточной жесткостью тяг и других деталей рулевого привода
Вопрос 6
Что достигается особой установкой шкворня?
Варианты ответов
- создаются усилия, которые способствуют возврату колес в исходное положение после их поворота
- улучшается маневренность и устойчивость автомобиля
- удлиняется пробег и увеличивается срок службы шин
- достигаются все перечисленные результаты
Вопрос 7
Что достигается благодаря развалу управляемых колёс?
Варианты ответов
- уменьшается усилие, затрачиваемое на поворот колес
- снижается нагрузка на наружный подшипник ступицы переднего колеса
- ослабляются толчки, передаваемые на детали рулевого управления при движении автомобиля по неровностям
- достигаются все перечисленные результаты
Вопрос 8
Для чего применяют схождение управляемых колёс?
Варианты ответов
- улучшения управляемости на высоких скоростях
- улучшения управляемости на низких скоростях
- уменьшения износа покрышек
Вопрос 9
Каким образом регулируется схождение колёс?
Варианты ответов
- изменением развала колес
- изменением длины поперечной рулевой тяги
- изменением углов наклона шкворня
- изменением всех перечисленных параметров
Вопрос 10
Какими преимуществами обладает электроусилитель рулевого управления?
Варианты ответов
- простота конструкции
- высокая чувствительность управления
- возможность установки на любые типы рулевых механизмов
Вопрос 11
Для какого рулевого механизма проще всего применить гидроусилитель?
Варианты ответов
- червяк-ролик
- шестерня-рейка
- винт-гайка-рейка-сектор
