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 | |
| 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:
- положительный (+) — когда верхняя часть колеса наклонена наружу (от кузова автомобиля);
- отрицательный (-) — когда верхняя часть колеса наклонена внутрь (к кузову автомобиля).
Положительный и отрицательный углы развала колес 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 на формирование угла развала влияет нижний рычаг и амортизационная стойка.
Отклонение значений угла развала от нормы влияют на автомобиль следующим образом.
- хорошая устойчивость авто в поворотах;
- ухудшается сцепление колес при прямолинейном движении;
- повышенный износ внутренней стороны шины.
- хорошее сцепление колес с дорогой;
- ухудшается устойчивость в поворотах;
- повышенный износ наружной стороны шины.
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.
Схождение колес автомобиля 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.
Положительное и отрицательное схождение колес Отклонение значений угла схождения от нормы влияют на автомобиль следующим образом.
Слишком большой отрицательный угол:
- повышенный износ шины с внутренней стороны;
- острая реакция авто на рулевое управление.
Слишком большой положительный угол:
- ухудшается выдерживание траектории движения;
- повышенный износ шин с наружной стороны.
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 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.
Значение плеча обкатки 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.
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.
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.
КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ
/ХОЧУ ВСЕ ЗНАТЬ
УГЛОВАТАЯ ПОДВЕСКА
ГРАМОТНОМУ ВОДИТЕЛЮ ПРИГОДЯТСЯ АЗЫ ГЕОМЕТРИИ
ТЕКСТ / ЕВГЕНИЙ БОРИСЕНКОВ
Самое простое и, казалось бы, очевидное решение - вообще не делать никаких углов. При этом колесо в ходе сжатия-отбоя остается перпендикулярным к дороге, в постоянном и надежном контакте с ней (рис. 1). Правда, совместить центральную плоскость вращения колеса и ось его поворота конструктивно довольно сложно (здесь и далее речь о классической двухрычажной подвеске заднеприводных «жигулей»), поскольку обе шаровые опоры вкупе с тормозным механизмом внутрь колеса не помещаются. А раз так, то плоскость и ось «расходятся» на расстояние А, называемое плечом обката (при повороте колесо обкатывается вокруг оси ab). В движении сила сопротивления качению неведущего колеса создает на этом плече ощутимый момент, скачкообразно меняющийся при проезде неровностей. Мало кому понравится езда с постоянно рвущимся из рук рулем!
Кроме того, придется изрядно попотеть, преодолевая этот самый момент в повороте. Стало быть, положительное (в данном случае) плечо обката желательно уменьшить, а то и вовсе свести к нулю. Для этого можно наклонить ось поворота ab (рис. 2). Здесь важно не переусердствовать, чтобы при ходе вверх колесо не слишком заваливалось внутрь. На практике делают так: несколько наклонив ось поворота (b), нужную величину добирают наклоном плоскости вращения колеса (a). Угол a и есть развал. Под этим углом колесо опирается о дорогу. Покрышка в зоне контакта деформируется (рис. 3).
Выходит, что автомобиль движется словно на двух конусах, стремящихся раскатиться в стороны. Чтобы компенсировать эту неприятность, плоскости вращения колес надо свести. Процесс называется регулировкой схождения. Как вы уже догадались, оба параметра жестко связаны. То есть, если угол развала нулевой, не должно быть и схождения, отрицательный - требуется расхождение, иначе шины будут «гореть». Если на автомобиле развал колес выставлен по-разному, его будет тянуть в сторону колеса с большим наклоном.
Другие два угла обеспечивают стабилизацию управляемых колес - проще говоря, заставляют автомобиль с отпущенным рулем ехать прямо. Первый, уже знакомый нам угол поперечного наклона оси поворота (b) отвечает за весовую стабилизацию. Легко заметить, что при этой схеме (рис. 4) 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, для этого приходится сохранять то самое, хоть и небольшое, но нежелательное положительное плечо обката.
Продольный угол наклона оси поворота - кастер - дает динамическую стабилизацию (рис. 5). Принцип ее ясен из поведения рояльного колесика - в движении оно стремится оказаться позади ножки, то есть занять наиболее устойчивое положение. Чтобы получить тот же эффект в автомобиле, точка пересечения оси поворота с поверхностью дороги (с) должна быть впереди центра пятна контакта колеса с дорогой (d). Для этого ось поворота и наклоняют вдоль. Теперь при повороте боковые реакции дороги, приложенные позади... (спасибо кастеру!) (рис. 6) стараются вернуть колесо на место.
Более того, если на машину действует боковая сила, не связанная с поворотом (например, вы едете по косогору или при боковом ветре), то кастер обеспечивает при случайно отпущенном руле плавный поворот машины «под склон» или «под ветер» и не дает ей опрокинуться.
В переднеприводном автомобиле с подвеской «Мак-Ферсон» ситуация совершенно иная. Эта конструкция позволяет получить нулевое и даже отрицательное (рис. 7б) плечо обката - ведь внутрь колеса здесь надо «запихнуть» лишь опору единственного рычага. Угол развала (и, соответственно, схождения) легко свести к минимуму. Так и есть: у знакомых всем ВАЗов «восьмого» семейства развал - 0°±30", схождение - 0±1 мм. Так как передние колеса теперь тянут автомобиль, динамическая стабилизация при разгоне не требуется - колесо уже не катится позади ножки, а тянет ее за собой. Небольшой (1°30") угол продольного наклона оси поворота сохранен для устойчивости при торможении. Значительный вклад в "правильное" поведение автомобиля вносит отрицательное плечо обката - при возрастании сопротивления качению колеса оно автоматически корректирует траекторию.
Как видите, трудно переоценить влияние геометрии подвески на управляемость и устойчивость. Естественно, конструкторы уделяют ей самое пристальное внимание. Углы для каждой модели автомобиля определяют после великого множества испытаний, доводочных работ и снова испытаний! Но только... в расчете на исправный автомобиль. На старой, изношенной машине упругие деформации подвески (в первую очередь, резиновых элементов) гораздо больше, чем у новой - колеса заметно расходятся от куда меньших сил. Но стоит остановиться, как в статике все углы вновь на своем месте. Так что регулировать разболтанную подвеску - мартышкин труд! Сначала нужно ее отремонтировать.
Свести на нет все усилия разработчиков можно и другими способами. Например, хорошенько задрать заднюю часть автомобиля. Глядишь - кастер поменял знак и от динамической стабилизации остались воспоминания. И если при разгоне «спортсмен» еще сможет справиться с ситуацией, то при экстренном торможении - вряд ли. А если добавить нестандартные шины и колеса с иным вылетом, кто возьмется предсказать, что получится в конечном итоге? Раньше срока изношенная резина и «убитые» подшипники - полбеды. Бывает и хуже...
Рис. 1. «Подвеска без углов».
Рис. 2. В поперечной плоскости положение колеса характеризуется углами a (развал) и b (наклон оси поворота).
Рис. 3. Качение наклонного колеса напоминает качение конуса.
Рис. 4. При положительном плече обката поворот колеса сопровождается подъемом передка кузова.
Рис. 5. Кастер - угол продольного наклона оси поворота.
Рис. 6. Так «работает» кастер.
Рис. 7. Положительное (а) и отрицательное (б) плечи обката.
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.