При движении рулем передние колеса двигаются вправо или влево. А что происходит с задними колесами? Они движутся параллельно и не куда не поворачивают. Но есть одно исключение. На некоторых автомобилях применяют подруливающие задние колеса.
Они были изобретены для лучшей управляемости автомобиля в поворотах или при развороте в очень тесном переулке. Принцип действия задних подруливающих колес состоит в том, что когда вы поворачиваете передние колеса до упора вправо, то задние колеса наоборот движутся в левую сторону.
Это очень помогает при ограниченном развороте автомобиля в достаточно узком месте. Но угол отклонения задних колес не велик, максимально он может достигать значения в три градуса. Но и этого хватит, чтобы уменьшить угол разворота автомобиля примерно на 0,6 — 0,8 метра.
При городском движении автомобиля задние колеса тоже поворачиваются в противоположную сторону от передних колес, но на угол 1-2 градуса. А вот при скорости автомобиля более 60 км/ч задние колеса поворачиваются в одну сторону с передними колесами. Это позволяет автомобилю чуть лучше описывать повороты дороги.
Принцип работы задних подруливающих колес автомобиля очень прост. На заднем подрамнике автомобиля расположен электромотор, который посредством рулевых тяг приводит в движение ступицы задних колес. Электромотор получает сигнал от блока управления, куда подается вся информация. Информация идет от датчиков положения руля, скорости колес автомобиля и акселерометров, которые способны различать избыточную или недостаточную поворачиваемость машины.
4ws или 4 поворачивающих колеса
Когда водители управляют обычным автомобилем, они поворачивают рулевое колесо, и вслед этому движению передние колеса меняют свое направление - в то время как задние колеса постоянно направлены прямо вперед.
Такова стандартная система, называемая "двухколесное руление" или, сокращенно, 2 WS. Однако некоторые фирмы сейчас выпускают автомобили с четырехколесным рулением (4 WS). Системы 4 WS разных фирм отличаются друг от друга, но в большинстве из них задние колеса поворачиваются в ту же сторону, что и передние, если автомобиль делает вираж на большой скорости. На малых скоростях направление поворота задних колес при 4 КР противоположно направлению поворота передних. Такая особенность позволяет, в частности, совершать более крутые повороты, что полезно при движении по городу или при парковке в тесных местах. Дорожные испытания систем 4 WS показали, что подобные системы обеспечивают большую безопасность движения. И все же четырехколесное руление не получило пока еще широкого распространения. Из-за того, что стоимость системы 4 WS, по мнению водителей, не оправдывает получаемых с ее помощью преимуществ.
Два колеса против четырех
В 2 КР автомобилях (внизу слева) поворачиваются лишь передние колеса. Если же меняет направление движения 4 КР автомобиль, то могут поворачиваться все четыре колеса (справа).
Как 4 КР поворачивают колеса
Допустим, две машины: 2 КР (голубая) и 4 КР (желтая на рисунке над текстом) начинают с одного места (зеленого) делать медленный крутой поворот. Благодаря повороту задних колес машина 4 КР поворачивает круче машины 2 КР и, значит, ей требуется меньше места для поворота.
Если эти две машины будут совершать плавный широкий поворот (как показано на правом рисунке), то все колеса машины 4 КР идут, как говорят, колея в колею, и таким образом обеспечивается более надежное сцепление колес с дорожным полотном.
Смена полосы движения
Если водитель перестраивается в другую полосу на скоростном шоссе, то у 2 КР автомобиля проявляется "эффект рыбьего хвоста": его заднюю часть заносит, потому что задние колеса стремятся идти по старому направлению. Чтобы исправить такое положение, водителю приходится дважды поворачивать рулевое колесо до смены полосы и дважды поворачивать его после смены полосы. У 4 КР автомобиля нет эффекта рыбьего хвоста.
Рулевое колесо и система 4 WS
чувствительные датчики в системе 4 КР следят за тем, насколько повернуто рулевое колесо и, следовательно, передние колеса в каждый момент времени (красная линия на рисунке). Когда угол поворота руля невелик (первые две колонки), система 4 КР оставляет задние колеса прямо или слегка разворачивает по направлению передних колес. При более резких поворотах - когда рулевое колесо делает более одного полного оборота (четвертая колонка) - система 4 КР поворачивает задние колеса в противоположную сторону.
То, что мы рулим именно передними колесами, воспринимается как само собой разумеющийся факт. Однако любой более-менее опытный водитель знает, что на машине удобнее парковаться задом, то есть когда управляемая ось находится сзади относительно направления движения машины. Так почему же автопроизводители не делают легковушек с управляемыми колесами сзади вместо принятого сейчас повсеместно «переднеуправляемого» стандарта?
Актуальные Автоновости
Существующие системы подруливающих задних колес, устанавливаемые на некоторые современные легковые и большие грузовые машины, ответа на интересующий нас вопрос не дадут. Они именно подруливают, а не рулят. Основную роль все-равно играют передние колеса. При этом в мире хватает транспорта, который управляется исключительно задними колесами. Например, всевозможные погрузчики: от складских вилочных малюток до карьерных гигантов. Повышенная маневренность, обусловленная задними рулевыми колесами, для них - необходимость. Так чем же хуже в этом смысле легковой транспорт?
Одно из первых объяснений такой «несправедливости» из числа прочих приходящих на ум, - сила традиции. Как повелось «испокон автомобилизма» делать переднюю ось управляющей, так и идет. Но звучит оно, согласитесь, слабовато. Сколько лет был привычен и традиционен, например, задний привод. Но как только придумали более удобный передний, весь мир немедленно наплевал на «традицию» и переориентировался на переднеприводный тип легковушки. Вторая версия, объясняющая факт преобладания передних управляемых колес, - технологическая. Водитель сидит в передней части машины, поэтому «баранка» тоже находится в передней ее части. В таких условиях «тянуть» механизм привода управляемых колес к задней оси - сильно усложнять конструкцию ради совершенно не очевидных преимуществ.
Короче говоря, овчинка выделки не стоит. Версия эта представляется вполне жизнеспособной. Главная же причина, по которой управляемые колеса у большинства машин - передние, совершенно иная. Подсказкой тут может служить именно высокая маневренность тех же погрузчиков, поворотом задних колес способных развернуться практически на месте. Дело в том, что поворачивающие задние колеса сообщают транспортному средству избыточную поворачиваемость. На скоростях 5-10 км/ч она - благо, обеспечивающее великолепную маневренность. Но когда речь идет о скоростидаже немногим большей, каждый поворот задних колес будет приводить к заносу кормы машины.
Актуальные Автоновости
Представьте тот же погрузчик, едущий по улице города с типичной «автомобильной» скоростью 50-60 км/ч. Легковушка на такой скорости спокойно впишется в плавный поворот дороги. А наш условный погрузчик, в лучшем случае, развернется боком и, скорее всего, еще и перевернется. Теперь представим, что будет с машиной, рулящей «задом», на скоростях около 100 км/ч, да еще в дождь, когда дорога скользкая. Малейшее перестроение - и она закрутится волчком. Именно поэтому, кстати, на всех современных легковушках, оснащенных подруливающей задней подвеской, на больших скоростях задние колеса поворачиваются в ту же сторону, что и передние - чтобы машина смещалась в сторону практически боком, а не поворачивала поперек общему направлению движения.
На пробитое колесо обычно указывает посторонний шум снаружи, а также потеря скорости и ухудшение управляемости. Если машину уводит в сторону, а чтобы удержать её на дороге, приходится прилагать усилия, то, скорее всего, прокол на одном из передних колёс. Если же заносить начинает заднюю часть авто, то проблема именно там.
Когда это случится, вы точно поймёте, в чём дело. Ни в коем случае не паникуйте. Выровняйте автомобиль и, постепенно снижая скорость, съезжайте на обочину.
Как поменять колесо
1. Припаркуйтесь на обочине
Продолжать движение с проколотой шиной нельзя, но и останавливаться посреди дороги тоже не дело. Поэтому не бойтесь проехать пару десятков метров и выберите ровное сухое место на обочине.
Водителям машин с механической коробкой передач нужно обязательно включить первую передачу, а владельцам автоматики - перевести рычаг в положение паркинга (P).
И в любом случае нужно поставить машину на ручник.
2. Установите знак аварийной остановки и подготовьте инструменты
Припарковав машину в безопасном месте, не забудьте включить аварийную сигнализацию и установить знак аварийной остановки, который находится в багажнике. В населённых пунктах его ставят в 20 метрах позади авто, а на трассе - в 40 метрах.
Там же, в багажнике, найдите запаску и домкрат с баллонным ключом. Обычно производитель располагает всё это в специальной нише под поликом, куда можно добраться, приподняв нижнюю панель.
Хорошо, если у вас с собой будет насос и манометр для проверки давления, а также противооткатные упоры. Ну и, конечно, не помешают перчатки, поскольку немного испачкать руки всё же придётся.
3. Снимите колесо
Достав все инструменты и запаску, разложите их рядом с пробитым колесом и попросите всех пассажиров выйти из машины. Даже если на улице или проливной дождь, безопасность прежде всего.
Несмотря на ручник и включённую передачу, перед установкой домкрата нужно дополнительно зафиксировать колёса с помощью упоров. За них, впрочем, сойдут любые камни или куски кирпича.
Если нужно заменить заднее колесо, упоры ставятся с обеих сторон передних колёс, и наоборот.
Теперь можно приступать к снятию колеса. Сначала освободите диск от пластикового колпака и с помощью баллонного ключа ослабьте болты. Чтобы сдвинуть их с места, понадобится большое усилие, которое можно обеспечить весом своего тела, просто надавив на ключ ногой. Полностью выкручивать болты не надо: достаточно вывернуть их на один оборот.
После этого нужно поднять машину домкратом. Устанавливать его куда попало ни в коем случае нельзя. Специально для этих целей на днище есть небольшие усиленные места, которые обычно находятся позади переднего колеса или сразу перед задним. Производитель обозначает их с помощью треугольников или вырезов внизу порогов. Если сварной шов закрыт пластиковыми накладками, то они будут прерываться в точках установки домкрата.
Подведите домкрат под днище и начните крутить его рукоятку по часовой стрелке. Обязательно следите, чтобы домкрат поднимался ровно, не кренился.
Если под весом машины нижняя лапа домкрата уходит в грунт, нужно подложить под неё что-то вроде куска доски или кирпича.
Слишком поднимать колесо не стоит. Достаточно остановиться в 5 см от земли. После этого можно полностью вывернуть болты и снять пробитое колесо со ступицы. Его лучше задвинуть под машину в качестве страховки, а болты сложить куда-нибудь на тряпочку, чтобы не потерялись.
4. Установите и проверьте запаску
Осталось поставить вместо проколотого колеса запаску. Для этого совместите отверстия на диске с отверстиями в ступице, наденьте колесо и наживите болты, полностью завернув их от руки.
Гайки, крепящие колёса к ступице, важно установить полукруглой стороной к диску, а не наружу.
Уберите пробитое колесо из-под машины, опустите домкрат и окончательно затяните болты. Делать это нужно правильно. В колёсах с четырьмя или шестью отверстиями попарно затягиваются противоположные болты. Если отверстий пять, то тянуть нужно в таком порядке, будто рисуешь пятиконечную звезду.
Остаётся собрать инструмент, убрать домкрат и упоры, а также проверить давление в установленном колесе и при необходимости подкачать его. Если насоса под рукой нет, можно попросить помощи у проезжающих мимо водителей.
Если используете малогабаритную запаску, так называемую докатку, то не забывайте об осторожности: обычно на ней можно двигаться со скоростью не более 80 км/ч и на расстояние максимум 100 километров.
Ну и, конечно, постарайтесь как можно скорее починить пробитое колесо в специализированном шиномонтаже, чтобы не испытывать судьбу и не ездить без запаски.
Когда японские машины считались самыми-самыми продвинутыми, легенды доносили о том, что в Стране восходящего солнца есть машины, у которых поворачиваются все четыре колеса. Потом в суете обновок те времена как-то забылись. Бурное начало девяностых годов прошло, и в серийном производстве остались только самые нужные из технических решений той поры. Но сейчас интерес к полноуправляемым шасси снова растет, правда, уже на ином техническом уровне, без дополнительных рулевых валов и с заметно упростившейся задней подвеской.
И ладно бы только на Porsche 911 GT3 или Lamborghini Aventador — но ведь на обычном Renault Espace тоже внедряют поворачивающиеся задние колеса. В чем смысл такого технического решения, и ради чего шли на такие сложности производители? И почему о технологии забыли до недавнего времени?
Зачем нужна управляемость
Настройка управляемости всегда считалась очень сложной работой, а машины с идеальным балансом попадали в число лучших. Шасси современных машин, на первый взгляд, мало изменилось в сравнении с восьмидесятыми годами, но отличие есть. И оно отлично себя проявляет, если взглянуть на достигаемые машинами скорости на маневре «переставка» или на гоночной трассе.
Современный семейный хэтчбек способен опередить большую часть суперкаров тридцатилетней давности на автодроме, и не в последнюю очередь за счет тонкой настройки управляемости и отличной «цепкости» шасси. Конечно, и резина, и эластичность моторов тоже играют свою роль, но сейчас в первую очередь поговорим о геометрии.
Нет, речь вовсе не о школьном предмете — я про геометрию шасси. Это набор параметров, описывающих изменения в положении элементов шасси при изменении нагрузки. Суть фокуса в том, что при прохождении поворотов машина наклоняется, да и дорога имеет свой профиль. При правильном расчете параметров геометрии шасси покрышки всегда имеют оптимальный для данных условий контакт с дорогой.
Речь здесь не о максимальной прижимной силе, а о соотношении коэффициента сцепления колес передней и задней оси, правого и левого колес, и о способности колеса в каждый момент воспринимать нагрузку по трем направлениям.
Задача повысить площадь контакта колес с дорогой не так проста, как кажется.
Конечно же, можно «зажать» подвески и сделать перемещения меньше. Это полезно со многих точек зрения, и часто так и поступают, но ведь перемещения можно использовать для благого дела. Например, чтобы колеса в повороте поворачивались сами. Если сложно рассчитать перемещения, то можно немножко подыграть им, поставив рулевое управление и на заднюю ось, создав полноуправляемую машину.
А можно задать перемещение с помощью усложненной подвески — например, многорычажной, которая позволяет настраивать геометрию движения колеса в очень широких пределах и сохранять эти параметры при износе элементов длительное время.
Статьи / Практика
Я твой подвеска рычаг шатал: как проводят диагностику ходовой части
Зачем нужна диагностика? Начнём с простого вопроса: почему иногда нужно проверять подвеску? Первый случай - хрестоматийный. То есть что-то внизу стучит, лязгает, щёлкает, а иногда - грохочет и отдаёт в руль и пятую...
44704 4 29 09.01.2017
Если вы не гонщик, это не означает, что управляемость для вас не важна. Просто в вашем случае этот термин означает совсем иной набор предпочтительных параметров, нежели идеальная точность и быстрота реакций. Собственно, активная безопасность машины во многом зависит от ее управляемости, и потому над этими параметрами конструкторы автомобилей работают много и продуктивно. А какое отношение это имеет к геометрии шасси?
Как машина поворачивает
Казалось бы, чего проще: повернул передние колеса — и машина повернула. Но на практике все заметно сложнее. Для начала даже на стоящей машине повернутся не только передние колеса. Поскольку у передней подвески есть угол кастора, то передние колеса при повороте поднимутся, каждое на свою высоту. На сколько — зависит от ширины и твердости резины, геометрии подвески и так далее.
Машина в результате получит некоторый крен, в зависимости от высоты центра крена передней и задней подвесок и положения центра масс в этот момент. Задние колеса или даже неразрезной задний мост тоже повернутся — просто в силу того, что при любом изменении положения кузова колеса не просто ходят вверх-вниз, а тоже чуточку, но поворачивают.
В динамике к этой куче параметров добавятся кренящий момент от центра масс машины и уводы резины. Среди всех параметров, которые необходимо рассчитать, для нас наибольшее значение будет иметь мгновенный центр поворота и радиусы поворота передней и задней осей и центра масс. Мгновенный центр поворота совсем не совпадает с геометрическим, который вычислен по правилу Аккермана – точкой, в которой находятся центры окружностей качения всех колес. Более того, в динамике такой точки просто не существует из-за скольжений. Но на рисунках для примера рассмотрена более простая ситуация, чтобы не наводить путаницы.
На первый взгляд, если доворачивать задние колеса в противоположную от передних сторону, то уменьшается радиус поворота машины. Это важно с точки зрения удобства эксплуатации и маневренности. Чем меньше радиус, тем удобнее. Но машины ездят не только на скоростях погрузчиков в торговом центре, так что приходится учитывать и другие факторы.
А что если поворачивать колеса в ту же сторону, что и передние? На первый взгляд, бессмыслица: машина «поедет боком» по большому радиусу, если задние колеса повернуты на меньший угол, чем передние. Сам по себе больший радиус поворота означает, что станет меньше перераспределение нагрузок между правыми и левыми колесами, а значит лучше сцепление колес с дорогой и комфорт.
Но, кажется, того же можно добиться, просто повернув руль на меньший угол? Можно это сделать даже автоматически — благо, рулевые механизмы с переменным шагом сейчас не редкость. Но при повороте задних колес в сторону поворота еще и уменьшается угол увода задней оси, а значит, и склонность к избыточной поворачиваемости. Если совсем просто – машина становится более устойчивой к возникновению заноса. На высоких скоростях это крайне важно.
Схожий эффект можно было бы получить простым увеличением колесной базы. Но размеры машин ограничены — зато с помощью изменения угла поворота задних колес можно получить желаемое, не увеличивая габаритов. А для короткобазной машины это просто спасение: можно сохранить сочетание устойчивости на дороге, характерное для больших машин, не отказываясь от хорошей поворачиваемости.
Не только управлением
Для устойчивости на дороге заднее колесо в повороте должно поворачиваться в сторону поворота передних, а для лучшей маневренности – в противоположную. Если с маневренностью особых сложностей нет, то можно использовать для доворота колес особенности движения машины в повороте. Например, наличие крена. При сжатии подвеска будет доворачивать колесо, и мы получим желаемое.
Статьи / История
Мягкость и жесткость подвески – что важнее для комфорта?
Специалисты-подвесочники могут рассказать множество интересных примеров из практики, а мне придется ограничиться лишь кратким рассказом о том, почему жестче не всегда цепче, а мягче не всегда...
75887 0 37 05.03.2015
Но тут есть две проблемы. Во-первых, подвеска таким же образом реагирует на изменение нагрузки, а хотелось бы, чтобы управляемость меньше зависела от нагрузки и больше от собственно крена и боковых усилий. Во-вторых, на заднеприводных машинах очень соблазнительно привязать поворот колес к вектору тяги.
Если усложнять подвеску, вводя рычаги, которые воздействуют на углы установки колес при определенной нагрузке, то мы получим многорычажную подвеску. Да, ту самую, которая появилась на Mercedes W201 и сейчас применяется на большинстве машин С-класса и выше. Причем не только на задней оси, но и на передней.
Именно многорычажная подвеска позволила получить тот же эффект, что и принудительный поворот задней оси, и отказаться от применения сложных систем принудительного поворота на четверть века. Система рычагов в такой подвеске задает сложную траекторию движения колеса в зависимости от продольной, поперечной и вертикальной нагрузок.
Можно довольно точно настроить геометрию шасси с учетом того, как машина будет вести себя при появлении значительных боковых сил, при разном соотношении вертикальной и поперечной нагрузок. Для заднеприводных машин это оказалось серьезным подспорьем в борьбе за лучшую управляемость с самого начала, а переднеприводные примерили подобные технологии чуть позже, с ростом массы, нагрузок и требований уже к их управляемости.
Первые полноуправляемые легковушки
Машины с двумя управляемыми осями создавали вовсе не для отличной управляемости. Такие машины вообще не ездили по шоссе на большой скорости, потому что это были вездеходы. Например, знаменитый Unimog – универсальное шасси повышенной проходимости имеет все четыре управляемых колеса. Разумеется, для того, чтобы лучше ехать по бездорожью и маневрировать в ограниченном пространстве.
Японские машины начала 80-х годов по сложности конструкции недалеко от них ушли. На Honda Prelude 1987 года была задняя рулевая рейка и вал, связывающий ее с рулевым колесом, и система работала в зависимости от угла поворота колес. На малых углах поворота задние колеса поворачивались в ту же сторону, что и передние, а при больших — в противоположную. Даже в таком виде эффект оказался достаточным, чтобы подобную технологию внедрили и другие японские производители.
Только на следующих поколениях привод задней рулевой рейки стал уже электрическим, а угол поворота зависел и от скорости, на которой совершался маневр. Впрочем, от валов и рейки избавиться не догадались. Конструкции оставались сложными, массивными, объемными и дорогими. Как итог — машины с ними не снискали особой популярности и продавались только на внутреннем японском рынке. Во всем остальном мире безоговорочное лидерство захватили многорычажные подвески.
Почему снова появляются полноуправляемые шасси
Самый очевидный ответ на этот вопрос — снижение цены на приводные механизмы и электронику управления и развитие систем устойчивости и безопасности. На новом технологическом уровне отказались от задних рулевых трапеций и реек. Многорычажные подвески обеспечивают уже достаточный угол доворота колес для реализации нужного эффекта. Осталось оснастить их вместо рычага, отвечающего за доворот колеса, активным электрическим или гидравлическим приводом.
Электроника куда точнее определяет, что происходит в данный момент с машиной, позволяет использовать большие углы доворота, и к тому же дешевле в настройке, чем сложная подвеска. И как дополнительный фактор – то самое улучшение поворачиваемости на малых скоростях. Можно довернуть колеса в противоположную сторону и улучшить маневренность машины на узких улочках.
Не удивлюсь, если подобные системы в ближайшее время будут массово внедряться на машинах от С-класса и выше, причем в сочетании с упрощенной геометрией задней подвески — например, не с многорычажками, а со скручиваемой балкой. Экономический смысл в этом определенно есть, ведь можно получить управляемость, как у более дорогих машин, при меньших затратах. Да и еще один сложный и дорогой изнашиваемый узел «лишним» не будет. Ведь производители авто, кажется, взяли обязательство сделать машину одноразовой.