В изначальном варианте такой подвески, разработанном самим Макферсоном, шаровой шарнир располагался на продолжении оси амортизаторной стойки - таким образом, ось амортизаторной стойки была и осью поворота колеса. Позднее, например на Audi 80 и Volkswagen Passat первых поколений, шаровой шарнир стали смещать наружу к колесу, что позволяло получить меньшие, и даже отрицательные значения плеча 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.
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.
От правильной регулировки колес зависят многие факторы: управляемость, срок службы покрышек, расход топлива. Давайте разберемся в них - на что влияют и для чего нужны.
Для чего нужны?
К рекомендациям фирм-производителей по установке колес следует относиться с полной ответственностью. Для каждой модели рекомендации различны. Эти углы обеспечивают наилучшие показатели устойчивости и управляемости, а также минимальный износ шин.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 это необходимо делать сразу. Следует помнить, что регулировка углов управляемых колес является заключительной операцией ремонта подвески , деталей ходовой части и рулевого управления.
Максимальный угол поворота
Характеризует максимальный угол, при котором повернется колесо машины при полностью вывернутом руле. Чем меньше он, тем больше точность и плавность управления. Ведь для поворота даже на небольшой угол потребуется лишь малое движение рулем.Не стоит забывать, что чем меньше максимальный угол поворота, тем меньше радиус разворота автомобиля. Т.е. развернутся в ограниченном пространстве будет тяжело. Приходится производителям искать «золотую середину», маневрируя между большим радиусом поворота и точностью управления.
Плечо обката
Это кратчайшее расстояние между серединой покрышки и осью поворота колеса.
Если ось вращения и середина колеса совпадает, то значение считается нулевым. При отрицательном значении - ось вращения смещается наружу колеса, а при положительном - внутрь.Для автомобилей с задним приводом рекомендуется плечо обката с нулевым или отрицательным значением. На практике, из-за конструкции машины, сделать это сложно, т.к. механизм не помещается внутрь колеса. Получается в итоге автомобиль с положительным плечом обката, который ведет себя непредсказуемо: руль при проезде по неровностям может вырывать из рук, при прохождении поворотов создается ощутимый момент, препятствующий равномерному движению.
Для борьбы с положительным плечом обката, специалисты наклоняли ось поворота в поперечном направлении и делали положительный развал. Это хоть и уменьшало плечо обката, но плохо сказывалось на управлении автомобилем в повороте.
Угол кастера
Отвечает за динамическую стабилизацию управляемых колес. Если просто, то он заставляет машину ехать прямо при отпущенном руле.
Т.е. если убрали руки с руля, то автомобиль в идеале должен ехать прямо и не куда не отклоняться. Если на авто действует боковая сила (например, ветер), то кастер должен обеспечивать плавный поворот автомобиля в сторону действия силы при отпущенном руле. К тому же, кастер не дает машине опрокинуться.Главная функция кастера - наклон колес в сторону поворота руля. Наклон колеса влияет на сцепление с дорогой, а значит на управляемость. Если машина двигается прямо, то колеса имеются наибольшее сцепление с дорогой, что обеспечивает для водителя быстрый старт и позднее торможение.
При повороте колеса, покрышка деформируется под действием боковых сил. Чтобы сохранить максимальное пятно контакта с дорогой, колесо тоже наклоняется в сторону поворота. Но нужно знать меру, ведь при большом кастере, колесо будет сильно наклоняться, и утратит тогда сцепление с дорогой.
Поперечный наклон оси
Отвечает за весовую стабилизацию управляемых колес.
Суть в том, что в момент отклонения колеса от «нейтрали» передок начинает подниматься. А т.к. 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" как положительный развал и плечо обката.
Во многих автомобилях применяется подвеска типа «МакФерсон» . Она дает возможность получить отрицательное или нулевое плечо обката. Ведь ось поворота состоит из опоры одного единственного рычага, которой можно поместить внутрь колеса. Эта подвеска не совершенна, ведь сделать угол наклона оси маленьким практически невозможно. В повороте он наклоняет внешнее колесо под невыгодным углом (как у положительного развала), а внутреннее колесо одновременно наклоняется в противоположную сторону.
В результате пятно контакта у внешнего колеса сильно уменьшается. Т.к. на внешнее колесо в повороте приходится основная нагрузка, вся ось сильно теряет в сцеплении. Это, конечно, можно частично компенсировать кастером и развалом. Тогда сцепление внешнего колеса будет хорошим, а у внутреннего - практически исчезнет.
Схождение колес
Существует два вида схождения: положительное и отрицательное. Определить просто: нужно провести две прямые линии вдоль колес автомобиля. Если эти линии пересекутся спереди машины, то схождение положительное, а если сзади - отрицательное.Если положительное схождение, то авто легче заходит в поворот, а также приобретет дополнительную поворачиваемость, при прямолинейном движении будет более устойчивым. Если отрицательное схождение - то авто едет неадекватно, рыскает из стороны в сторону. Но следует помнить, что чрезмерное отклонение схождения от нулевого значения увеличит сопротивление качению при прямолинейном движении, в поворотах это будет заметно в меньшей степени.
Развал колес
Бывает отрицательным и положительным.Если смотреть спереди автомобиля, и колеса будут наклоняться вовнутрь - это отрицательный развал. Если будут отклоняться наружу - положительный. Развал необходим для сохранения сцепления колеса с дорожным полотном. На серийных машинах делают нулевой или немного положительный развал. Если нужна хорошая управляемость - его делают отрицательным.
Регулировка задних колёс
На многих машинах не производиться регулировка углов задних колёс. Например, на переднеприводных машинах ВАЗ, где сзади установлена жёсткая балка. Нарушения могут быть только при серьезной аварии, когда погнётся задняя балка. Также не регулируются задние углы на внедорожниках с жестким мостом. На многих иномарках стоит многорычажная подвеска сзади. Значит, можно регулировать схождение и развал задних колёс.Делать это нужно обязательно после удара об бордюр или аварии. Потому что любая машина очень чувствительна к изменению угла схождения задних колёс. Если он будет отрицательным, то автомобиль при прохождении поворота будет постоянно заносить. Если положительный - тоже плохо, у машины проявиться недостаточная поворачиваемость. В повороте машине будет стремиться ехать прямо.
Что делать сначала?
Сначала регулируются углы установки задних колёс (есть возможно), а только потом - передних. Сначала выставляют кастер, потом - развал и последним (обязательно) - схождение. Также нужно следить, чтобы рулевое колесо стояло прямо. Для этого используют специальные приспособления для его фиксации.Также отметим, что применение спортивных настроек скажется отрицательно на комфорте. Если сделать кастер слишком большим или большой отрицательный развал - увеличиться усилие на руле. Но это лучший способ изменить поведение машины на более спортивное.
Водитель ведет автомобиль. Впереди - препятствие. Он тормозит, но тормоза «берут» чуть-чуть по-разному. В большинстве случаев эта разница практически малозаметна. Но вот при очень резком торможении (рис. 1) автомобиль бросает в сторону, может быть всего на полметра, или заносит и... авария. Она нередко возникает также из-за того, что при торможении колеса одной стороны машины оказались на льду, грязи или воде.
Что общего между названными случаями? Общее то, что колеса правой и левой сторон попали в разные условия по силам сопротивления движению. И, естественно, эти разные условия «провоцировали» занос или самопроизвольный разворот автомобиля, который водитель не всегда успевал вовремя скорректировать.
«Самозащита» против заноса
Все современные модели обязательно имеют два независимых контура в гидроприводе тормозов (см. ). Для гарантии сохранения эффективности торможения, а значит, и безопасности, необходимо, чтобы при любых неисправностях работал тормоз хотя бы одного переднего колеса. По этой причине получила широкое распространение наиболее дешевая и простая из двухконтурных - диагональная схема раздельного гидравлического привода тормозов. Но переход на нее заставил конструкторов заложить «меры самозащиты» в геометрические соотношения параметров передней подвески и рулевого привода. Эта мера - отрицательное плечо обкатки.
Несколько слов о самом термине. Плечом обкатки (рис. 2) называют расстояние между точкой Г контакта шины с дорогой и точкой В. Она обозначает пересечение с дорогой продолжения воображаемой оси, проходящей через центры верхнего и нижнего шаровых шарниров двухрычажной передней подвески. Если отрезок ГВ расположен внутри колеи автомобиля (рис. 2а), его считают положительным. Если же благодаря определенному сочетанию размеров деталей в передней подвеске отрезок ГВ оказывается вне колеи, то плечо обкатки r считают отрицательным (рис. 2б).
Теперь посмотрим, что произойдет при торможении машины с диагональной раздельной схемой гидропривода тормозов. Предположим, что один из контуров (скажем, обслуживающий тормоза переднего правого и заднего левого колес) вышел из строя. При нажатии на педаль тормозятся переднее левое и заднее правое колеса (рис. 3). В точках контакта их с дорогой возникают тормозные силы, соответственно Fтп и Fтз.
Момент от силы инерции Fн, приложенной в центре тяжести ЦТ автомобиля на плече, равном половине колеи, станет разворачивать машину вокруг переднего левого колеса. Его лишь в небольшой степени будет нейтрализовать момент от силы Fтз, разворачивающий автомобиль в противоположном направлении вокруг заторможенного заднего правого колеса. Отдельно рассмотрим силу Fтп. Она значительно больше, чем Fтз (из-за перераспределения сцепного веса при торможении), поэтому для упрощения схемы действия сил условно будем считать, что тормозит только одно переднее колесо, и сила инерции разворачивает машину вокруг него. Но такая же примерно ситуация возникает при любой схеме, и даже если привод полностью исправен, но колеса одной стороны машины попадают при торможении на покрытие с малым коэффициентом сцепления (обледенелое, заснеженное, мокрое) или в случае разрыва на ходу шины одного из передних колес. Сохранить при этом заданное направление очень трудно, а иногда и невозможно. Кроме того, здесь управляемые колеса стремятся повернуться в ту сторону, где тормозная сила может быть реализована за счет более высокого коэффициента сцепления, резко увеличивая разворот автомобиля.
Обратимся к рис. 4. Управляемое колесо при торможении поворачивается относительно «шкворня», воображаемой оси АВ, под действием тормозной силы Fтп.
Усилие на руле снижено почти до нуля
При традиционном, положительном плече обкатки (отрезок ГВ на рис. 4а) возникает момент Мт, действующий в том же направлении, что и момент Ми, образованный силой инерции Fн на плече, равном половине колеи.
Если же сконструировать подвеску передних колес так, чтобы плечо обкатки получилось отрицательным (отрезок ВГ на рис. 4б), то произведение этого плеча на силу Fтп, приложенную в точке контакта Г колеса с дорогой, даст момент Мт, действующий в направлении, противоположном моменту Ми, и будет его нейтрализовать.
Во время сравнительных испытаний автомобилей с отрицательным и положительным плечами обкатки торможение производилось с начальной скорости 80 км/ч при отсутствии блокировки колес и отпущенном рулевом колесе. Один из контуров диагональной схемы привода при этом искусственно отключали. У модели с положительным плечом обкатки угол разворота относительно исходного направления движения составлял 140-160° при значительном боковом смещении. А модель с заложенным в конструкцию отрицательным плечом обкатки имела угол разворота в пределах 15-17°, то есть практически не отклонялась от первоначальной траектории. Это наглядное свидетельство несомненного преимущества отрицательного плеча обкатки при несимметричном торможении автомобиля.
Особенно интересны в этой связи и полученные на испытаниях данные о величине усилия или крутящего момента, которые необходимо приложить водителю к рулевому колесу, чтобы удержать машину на желаемой траектории при торможении. Момент на руле, необходимый для этого при положительном плече обкатки, достигает примерно 130 кгс*см, то есть при радиусе рулевого колеса 20-25 см водитель должен прикладывать усилие более 5-6 кгс. На автомобиле с отрицательным плечом обкатки момент на рулевом колесе в тех же условиях ничтожно мал и колеблется около нулевого значения. При этом корректировка траектории движения рулем не вызывает у водителя никаких трудностей.
Занос при торможении – в 10 раз меньше
Таков положительный эффект отрицательного плеча обкатки, который повышает безопасность за счет сохранения прямолинейной траектории при торможении или при попадании колес одной стороны на скользкий участок дороги.
А насколько большим может быть отрицательное плечо обкатки? Слишком большая его величина может привести к ухудшению стабилизирующих свойств рулевого управления, что придется компенсировать соответственно увеличением продольного наклона шкворня. Но такая «компенсация», в свою очередь, увеличит усилие на руле, что нежелательно. Поэтому у большинства машин величина отрицательного плеча обкатки колеблется в пределах от 2 до 10 мм, достигая в крайних случаях 18 мм (как сделано на «Ауди-80»). Другая крайность - модели с плечом обкатки, равным нулю («Мерседес-Бенц»).
Когда вы «возитесь» с ремонтом , 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 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.
Заметка Михаила, вскрыла некоторые вопросы относительно настройки углов управляемых колес.
Общими усилиями, постараемся разобраться.
Развал (camber)-- отражает ориентацию колеса относительно вертикали и определяется как угол между вертикалью и плоскостью вращения колеса.
У болидов ф1 развал отрицательный
Схождение (TOE) --характеризует ориентацию колес относительно продольной оси автомобиля.
Считается, что влияние отрицательного развала нужно компенсировать, отрицательным схождением и наоборот, из-за деформации шины в пятне контакта «разваленное» колесо можно представить как основание конуса.
На картинке положительный развал и положительное схождение.
Одна из положительнх сторон отрицательного схождения--увеличение скорости реакции рулевого управления.
Помимо развала и схождения, которые можно увидеть "глазом", присутствует еще несколько параметров, которые оказывают влияние на управляемость авто.
Плечо обката —один из параметров, который влияет на чувствительность рулевого управления. Благодаря ему руль «сигнализирует» о нарушении равенства продольных реакций на управляемых колесах (неровности покрытия, неравномерное распределение тормозных сил между правым и левым колесом).
Положительное (а) и отрицательное (6) плечо обката:
А, Б — центры шаровых шарниров передней подвески;
В — точка пересечения условной оси, «шкворня», с поверхностью дороги;
Г — середина пятна контакта шины с дорогой.
Плечо обката не оказывает влияния на легкость рулевого управления. При наличии плеча обката 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 обката) усилиями.
(Отрицательный развал увеличивает положптельное значение плеча обката)
Весовая стабилизация передних колес.
При повороте колеса поднимается передняя часть авто, поэтому под действием веса колесо стремится занять положение прямолинейного движения. Весовая, или статическая, стабилизация передних колес (т. е. обеспечение их возврата в направление прямолинейного движения) обеспечивается положительным плечом обката и углом поперечного наклона оси поворотной стойки.
Поперечный наклон поворотной стойки.
SAI - угол поперечного наклона оси поворота управляемого колеса (с уменьшением поперечного угла эффективность весовой стабилизации снижается, избыточный наклон приводит к чрезмерному усилию на руле)
IA - включенный угол (неизменным конструктивный параметр авто, определяет взаимную ориентацию оси поворота и цапфы колеса)
γ - угол развала колеса
r - плечо обката (в данном случае, положительное)
rц - поперечное смещение оси поворота
В 2-рычажной подвеске включенный угол определяется только геометрией цапфы.
Механизм работы весовой стабилизации.
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
Динамическая стабилизация передних колес.
Для обеспечения стабильности движения, т. е. стремления автомобиля двигаться прямо, недостаточно только поперечного наклона оси поворотной стойки колеса, особенно на большой скорости. Связано это и с появлением дополнительного сопротивления качению и с гироскопическим эффектом, который может вызвать влияние колеса при действии возмущающей силы. Для большей стабильности вводят продольный наклон оси поворотной стойки колеса, благодаря которому точка пересечения оси поворота с поверхностью дороги смещена вперед относительно контакта шины с дорогой. Теперь колесо стремится занять положение позади точки пересечения оси колеса с дорогой, причем чем больше сила сопротивления качению, тем больший момент возвращает колесо в положение прямолинейного движения. При таком смещении сила, действующая на колесо при повороте, также стремится выпрямить колесо.
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.
Отклонение управляемых колес может быть вызвано намеренными действиями, связанными с изменением направления движения. В этом случае стабилизирующий эффект содействует на выходе из поворота, автоматически возвращая колеса в нейтральное положение. А вот на входе в поворот и в его апексе «драйверу», напротив, приходится преодолевать «сопротивление» колес, прикладывая к рулевому колесу определенное усилие. Возникающая на рулевом колесе реактивная сила создает то, что называют информативностью рулевого управления.
Нужный вылет оси поворота (его называют плечом стабилизации) чаще всего получают за счет ее наклона в продольном направлении на угол, который и называют кастером. При малых значениях кастера, плечо стабилизации оказывается небольшим по отношению к размерам колеса, а плечо продольных сил (сопротивления качению или тяги) - и вовсе мизерным. Поэтому они не в состоянии стабилизировать массивное колесо. "На помощь приходит резина". 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.
Дополнительная информация о боковом уводе, механизме образования боковой реакции и стабилизирующего момента приведена ниже.
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, здесь работает весовая стабилизация, 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.
Еще одно благоприятное следствие продольного наклона 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. Чем больше кастер, тем больше изменение углов развала в повороте.
..................
Ниже приведена распечатка настроек болида Ф1, Лотус Е20
Источники.