Podczas jazdy wysokość nadwozia względem podłoża zmienia się. Zmienia się wówczas również ustawienie kół względem podłoża oraz siebie. Poznajmy, jak przebiegają przykładowe zmiany i jak mogą być sprawdzone z wykorzystaniem urządzeń firmy Hunter.
Skoki dobicia i odbicia koła są powodowane przez obniżanie, podnoszenie, przechyły boczne lub podłużne nadwozia samochodu.
Aby zmiana ustawienia kół następowała zgodnie z wolą konstruktora, należy podczas napraw:
- montować markowe elementy podatne zawieszenia – wszelkiego rodzaju tuleje z elementem elastycznym, które nie tylko muszą wyglądać jak oryginalne, ale również muszą mieć charakterystykę taką jak one;
- przestrzegać zaleceń dotyczących napraw, np. dokręcanie elementów zawieszenia, gdy oś lub pojazd jest podniesiony, czy wówczas, gdy samochód stoi na kołach oraz przestrzeganie wartości momentów dokręcania elementów zawieszenia.
Zmiana rozstawu kół
Rysunek 1 ilustruje zmianę rozstawu kół przykładowego samochodu w zależności od skoku dobicia lub odbicia koła. Wielkość zmiany rozstawu kół zależy od konstrukcji zawieszenia – przykładowo od tego, czy zawieszenie jest niezależne lub tylko częściowo niezależne.
Ruch koła w kierunku jego osi (rys. 2), powodowany przez zmianę rozstawu kół, dodaje się z kierunkiem ruchu koła, np. jazdą koła na wprost. Ustawienie koła względem jego chwilowego toru ruchu charakteryzuje kąt znoszenia bocznego opony (KZB). Aby koło przesunąć w bok, trzeba pokonać siłę boczną FB. Zwiększa to dodatkowo opór toczenia opony. Podczas pokonywania nierówności drogi dodatkowe siły boczne FB mogą działać na układ kierowniczy oraz utrudniać utrzymanie prostoliniowego kierunku ruchu pojazdu. Zmiana rozstawu kół jest więc niepożądana, ale w niewielkim zakresie trudna do zlikwidowania.
Zmiana kąta pochylania koła
Dobicie lub odbicie koła może powodować zmianę kąta pochylenia koła (rys. 3). Zmiana ta może być pożądana np. dla samochodu jadącego w zakręcie – wyjaśnia to rys. 4. Na samochód, który jadzie w zakręcie (na rys. 4 w prawym), działa siła odśrodkowa (niezaznaczona na rysunku). Jest ona równoważona przez sumę sił bocznych FBZ1 i FBW (na rys. 4 jest pokazana tylko oś tylna). Siła boczna FBZ1, działająca na koło zewnętrzne, jest większa od siły bocznej FBW, działającej na koło wewnętrzne, bowiem podczas jazdy w zakręcie koła zewnętrzne samochodu są dociążane, a koła wewnętrzne odciążane (koła zewnętrzne mogą być więc obciążone siłą boczną o większej wartości). Jeśli siły boczne są w stanie zrównoważyć siłę odśrodkową działającą na samochód, utrzymuje się on na torze jazdy wybranym przez kierowcę. Jeśli siły boczne nie są w stanie zrównoważyć siły odśrodkowej działającej na samochód, to wyrzuca ona samochód w kierunku zewnętrznej strony zakrętu.
Siła odśrodkowa przechyla samochód w kierunku „na zewnątrz zakrętu”. Razem z samochodem pochylają się również koła, w kierunku „na zewnątrz zakrętu”, przez co (rys. 4a):
- koło zewnętrzne uzyskuje dodatni kąt pochylenia koła (PKZ1);
- koło wewnętrzne uzyskuje ujemny kąt pochylenia koła (PKW).
Takie pochylenia kół są niekorzystne ze względu na współpracę opon z drogą, ponieważ obniżają one wartości sił bocznych FBZ1 i FBW (rys. 4a). Aby zmienić niekorzystne dodatnie pochylenie koła zewnętrznego, skok dobicia koła zewnętrznego powoduje, że zawieszenie zmienia kąt pochylenia koła w kierunku pochylenia ujemnego (rys. 3), od wartości PKZ1 do wartości PKZ2 (rys. 4a i b). Dzięki temu wartość siły bocznej rośnie, od wartości FBZ1 do wartości FBZ2. W zawieszeniu przykładowego samochodu niekorzystny ujemny kąt pochylenia tylnego koła wewnętrznego PKW (rys. 4) jest zmieniany tylko w niewielkim zakresie – patrz rys. 3, w zakresie odbicia koła od 0 do 40 mm. Wartość siły bocznej FBW nie ulega więc istotnym zmianom. Są też pojazdy, w których skok odbicia koła wewnętrznego powoduje, że zawieszenie zmienia kąt pochylenia koła w kierunku pochylenia dodatniego, aby zmniejszyć niekorzystny ujemny kąt pochylenia tego koła.
Zmiana kąta zbieżności połówkowej a nadsterowność samochodu
Skok dobicia lub odbicia kół tylnych może być również wykorzystywany do zmiany wartości kątów zbieżności połówkowej kół tylnych (rys. 5) w celu zmniejszenia skłonności samochodu do nadsterowności. Przechył samochodu jadącego np. w prawym zakręcie (rys. 6), powoduje:
- skok dobicia lewego tylnego koła (LT), od wartości początkowej „0” (rys. 5), powoduje, że zawieszenie obraca to koło tak, by wzrosła wartość kąta zbieżności połówkowej (rys.6);
- skok odbicia prawego tylnego koła (PT), od wartości początkowej „0” (rys. 5) i w zakresie od 0 do 60 mm, powoduje, że zawieszenie obraca to koło tak, by wartość kąta zbieżności połówkowej malała; w zakresie skoku odbicia od 30 do 80 mm występują ujemne wartości kąta zbieżności, czyli koło ustawia się rozbieżnie.
Wykorzystując ten sam mechanizm zmiany kątów zbieżności połówkowej, można zmniejszyć kąty skrętu kół przednich samochodu jadącego w zakręcie, np. prawym (rys. 6), również w celu zmniejszenia skłonności samochodu do nadsterowności.
Zmiana kąta zbieżności połówkowej a układ kierowniczy
Przy skokach dobicia lub odbicia kół przednich zmienia się ustawienie drążków kierowniczych względem ramion zwrotnicy (rys. 8), co powoduje zmianę odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych (rys. 7). Odległość ta może się zwiększyć lub zmniejszyć. To, jak zmienia się zbieżność kół osi przedniej, zależy od:
- miejsca położenia drążków kierowniczych względem przedniej osi pojazdu – mogą być one położone przed (rys. 7a) lub za przednią osią pojazdu (rys. 7b);
- wysokości położenia wewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka (rys. 8).
Jeśli drążki kierownicze są zamontowane przed osią pojazdu to:
- wzrost odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych, od wartości L1 do L2 (rys. 7a), powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku rozbieżności;
- zmniejszenie odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych (bez rysunku) powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku odwrotnym, w kierunku zbieżności.
Jeśli drążki kierownicze są zamontowane za osią pojazdu to:
- wzrost odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych, od wartości L1 do L2 (rys. 7b), powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku zbieżności;
- zmniejszenie odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych (bez rysunku) powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku odwrotnym, w kierunku rozbieżności.
Od wspomnianej już wysokości położenia wewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka (rys. 8) zależy to, czy przy skokach dobicia lub odbicia kół przednich odległość pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych rośnie, maleje lub pozostaje prawie stała. To, jak zmienia się ta odległość, zależy od toru ruchu zewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego (są zaznaczone na rys. 8) podczas skoku dobicia lub odbicia każdego z kół przedniej osi.
Przykładowo dla układu kierowniczego z drążkami kierowniczymi położonymi za osią kół przednich, jeśli wewnętrzny przegub bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka jest położony:
- na tej samej wysokości (1 na rys. 8) – to w zakresie skoku dobicia lub odbicia koła, który jest pokazany na wykresie na rys. 9, kąt zbieżności połówkowej praktycznie nie zmienia się (linia 1 wykresu);
- wyżej (2 na rys.8) – to w zakresie skoku dobicia lub odbicia koła, który obejmuje wykres na rys.9, przy skoku dobicia koła kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku zbieżności (linia 2 wykresu), a przy skoku odbicia koła kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku rozbieżności;
- niżej (3 na rys. 8) – to w zakresie skoku dobicia lub odbicia koła, który obejmuje wykres na rys.9, przy skoku dobicia koła kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku rozbieżności (linia 3 wykresu), a przy skoku odbicia koła kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku zbieżności.
Zmiana położenia wewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka nastąpi np. po zmianie długości sprężyny zawieszenia koła (wydłużenie lub skrócenie) w stosunku do sprężyny seryjnej.
Pomiar zbieżności i kąta pochylenia koła przy obniżonym lub podniesionym nadwoziu
Zmianę ustawienia kół przy zmianie położenia koła względem nadwozia można w warunkach serwisu wymusić przy pomocy przyrządu firmy Hunter. Jest ono oferowane jako wyposażenie dodatkowe urządzeń do pomiaru geometrii kół i osi produkowanych przez tę firmę.
Do obniżania nadwozia służy przyrząd 1 (rys. 10) opierany o dolną część najazdów kanału lub podnośnika. Taśma 2 tego przyrządu jest mocowana do odpowiednio solidnego elementu podwozia. W samochodzie prezentowanym na ilustracji taśma 2 była zamocowana do ramy pomocniczej podwozia 3. Wysokość nadwozia względem podłoża jest zmniejszana przez ściąganie w dół taśmy za pomocą śruby 4. Do podnoszenia nadwozia jest wykorzystywany podnośnik tzw. kanałowy. Stanowisko Hunter WA130 do pomiaru geometrii kół i osi mierzy, przy różnych wysokościach nadwozia względem podłoża, wartości ujęte na wykresach na rys. 11 i 12. Takie pomiary można wykonywać przykładowo w trzech sytuacjach:
- jeśli chcemy poznać ustawienie kół pojazdu w stanie dużego załadowania;
- jeśli chcemy poznać, jak zmieni się ustawienie kół pojazdu po montażu np. sprężyn zawieszenia o mniejszej wysokości, co pozwoli jeszcze przed ich montażem ocenić, czy przy obniżonym zawieszeniu wartości kątów zbieżności lub pochylenia kół będą w zakresie tolerancji czy nie (będzie wówczas trzeba użyć elementów specjalnych do regulacji ustawienia kół);
- przy regulacji ustawienia kół pojazdu z obniżonym zawieszeniem, której celem jest uzyskanie zmian wartości kątów zbieżności i pochyleń w zakresie tolerancji dla zakresu ugięcia zawieszenia występującego w warunkach eksploatacyjnych.
mgr inż. Stefan Myszkowski
Ustawienie kół względem siebie i podłoża
Pomiar i regulacja ustawienia kół jest wykonywana przy określonym przez producenta samochodu obciążeniu lub odległości wybranego elementu podwozia od nawierzchni. Jednak podczas jazdy samochodu ustawienia kół zmieniają się. Te zmiany są powodowane przez:
- skok dobicia koła – koło przesuwa się do góry i chowa się we wnękę;
- skok odbicia koła – koło przesuwa się do dołu i wysuwa się z wnęki koła;
- siły działające na koła samochodu (napędowe, hamowania, boczne).
Skoki dobicia i odbicia koła są powodowane przez obniżanie, podnoszenie, przechyły boczne lub podłużne nadwozia samochodu.
Aby zmiana ustawienia kół następowała zgodnie z wolą konstruktora, należy podczas napraw:
- montować markowe elementy podatne zawieszenia – wszelkiego rodzaju tuleje z elementem elastycznym, które nie tylko muszą wyglądać jak oryginalne, ale również muszą mieć charakterystykę taką jak one;
- przestrzegać zaleceń dotyczących napraw, np. dokręcanie elementów zawieszenia, gdy oś lub pojazd jest podniesiony, czy wówczas, gdy samochód stoi na kołach oraz przestrzeganie wartości momentów dokręcania elementów zawieszenia.
Zmiana rozstawu kół
Rysunek 1 ilustruje zmianę rozstawu kół przykładowego samochodu w zależności od skoku dobicia lub odbicia koła. Wielkość zmiany rozstawu kół zależy od konstrukcji zawieszenia – przykładowo od tego, czy zawieszenie jest niezależne lub tylko częściowo niezależne.
Ruch koła w kierunku jego osi (rys. 2), powodowany przez zmianę rozstawu kół, dodaje się z kierunkiem ruchu koła, np. jazdą koła na wprost. Ustawienie koła względem jego chwilowego toru ruchu charakteryzuje kąt znoszenia bocznego opony (KZB). Aby koło przesunąć w bok, trzeba pokonać siłę boczną FB. Zwiększa to dodatkowo opór toczenia opony. Podczas pokonywania nierówności drogi dodatkowe siły boczne FB mogą działać na układ kierowniczy oraz utrudniać utrzymanie prostoliniowego kierunku ruchu pojazdu. Zmiana rozstawu kół jest więc niepożądana, ale w niewielkim zakresie trudna do zlikwidowania.
Zmiana kąta pochylania koła
Dobicie lub odbicie koła może powodować zmianę kąta pochylenia koła (rys. 3). Zmiana ta może być pożądana np. dla samochodu jadącego w zakręcie – wyjaśnia to rys. 4. Na samochód, który jadzie w zakręcie (na rys. 4 w prawym), działa siła odśrodkowa (niezaznaczona na rysunku). Jest ona równoważona przez sumę sił bocznych FBZ1 i FBW (na rys. 4 jest pokazana tylko oś tylna). Siła boczna FBZ1, działająca na koło zewnętrzne, jest większa od siły bocznej FBW, działającej na koło wewnętrzne, bowiem podczas jazdy w zakręcie koła zewnętrzne samochodu są dociążane, a koła wewnętrzne odciążane (koła zewnętrzne mogą być więc obciążone siłą boczną o większej wartości). Jeśli siły boczne są w stanie zrównoważyć siłę odśrodkową działającą na samochód, utrzymuje się on na torze jazdy wybranym przez kierowcę. Jeśli siły boczne nie są w stanie zrównoważyć siły odśrodkowej działającej na samochód, to wyrzuca ona samochód w kierunku zewnętrznej strony zakrętu.
Siła odśrodkowa przechyla samochód w kierunku „na zewnątrz zakrętu”. Razem z samochodem pochylają się również koła, w kierunku „na zewnątrz zakrętu”, przez co (rys. 4a):
- koło zewnętrzne uzyskuje dodatni kąt pochylenia koła (PKZ1);
- koło wewnętrzne uzyskuje ujemny kąt pochylenia koła (PKW).
Takie pochylenia kół są niekorzystne ze względu na współpracę opon z drogą, ponieważ obniżają one wartości sił bocznych FBZ1 i FBW (rys. 4a). Aby zmienić niekorzystne dodatnie pochylenie koła zewnętrznego, skok dobicia koła zewnętrznego powoduje, że zawieszenie zmienia kąt pochylenia koła w kierunku pochylenia ujemnego (rys. 3), od wartości PKZ1 do wartości PKZ2 (rys. 4a i b). Dzięki temu wartość siły bocznej rośnie, od wartości FBZ1 do wartości FBZ2. W zawieszeniu przykładowego samochodu niekorzystny ujemny kąt pochylenia tylnego koła wewnętrznego PKW (rys. 4) jest zmieniany tylko w niewielkim zakresie – patrz rys. 3, w zakresie odbicia koła od 0 do 40 mm. Wartość siły bocznej FBW nie ulega więc istotnym zmianom. Są też pojazdy, w których skok odbicia koła wewnętrznego powoduje, że zawieszenie zmienia kąt pochylenia koła w kierunku pochylenia dodatniego, aby zmniejszyć niekorzystny ujemny kąt pochylenia tego koła.
Zmiana kąta zbieżności połówkowej a nadsterowność samochodu
Skok dobicia lub odbicia kół tylnych może być również wykorzystywany do zmiany wartości kątów zbieżności połówkowej kół tylnych (rys. 5) w celu zmniejszenia skłonności samochodu do nadsterowności. Przechył samochodu jadącego np. w prawym zakręcie (rys. 6), powoduje:
- skok dobicia lewego tylnego koła (LT), od wartości początkowej „0” (rys. 5), powoduje, że zawieszenie obraca to koło tak, by wzrosła wartość kąta zbieżności połówkowej (rys.6);
- skok odbicia prawego tylnego koła (PT), od wartości początkowej „0” (rys. 5) i w zakresie od 0 do 60 mm, powoduje, że zawieszenie obraca to koło tak, by wartość kąta zbieżności połówkowej malała; w zakresie skoku odbicia od 30 do 80 mm występują ujemne wartości kąta zbieżności, czyli koło ustawia się rozbieżnie.
Wykorzystując ten sam mechanizm zmiany kątów zbieżności połówkowej, można zmniejszyć kąty skrętu kół przednich samochodu jadącego w zakręcie, np. prawym (rys. 6), również w celu zmniejszenia skłonności samochodu do nadsterowności.
Zmiana kąta zbieżności połówkowej a układ kierowniczy
Przy skokach dobicia lub odbicia kół przednich zmienia się ustawienie drążków kierowniczych względem ramion zwrotnicy (rys. 8), co powoduje zmianę odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych (rys. 7). Odległość ta może się zwiększyć lub zmniejszyć. To, jak zmienia się zbieżność kół osi przedniej, zależy od:
- miejsca położenia drążków kierowniczych względem przedniej osi pojazdu – mogą być one położone przed (rys. 7a) lub za przednią osią pojazdu (rys. 7b);
- wysokości położenia wewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka (rys. 8).
Jeśli drążki kierownicze są zamontowane przed osią pojazdu to:
- wzrost odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych, od wartości L1 do L2 (rys. 7a), powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku rozbieżności;
- zmniejszenie odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych (bez rysunku) powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku odwrotnym, w kierunku zbieżności.
Jeśli drążki kierownicze są zamontowane za osią pojazdu to:
- wzrost odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych, od wartości L1 do L2 (rys. 7b), powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku zbieżności;
- zmniejszenie odległości pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych (bez rysunku) powoduje, że ustawienie kół przednich zmienia się w kierunku odwrotnym, w kierunku rozbieżności.
Od wspomnianej już wysokości położenia wewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka (rys. 8) zależy to, czy przy skokach dobicia lub odbicia kół przednich odległość pomiędzy zewnętrznymi przegubami bocznych drążków kierowniczych rośnie, maleje lub pozostaje prawie stała. To, jak zmienia się ta odległość, zależy od toru ruchu zewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego (są zaznaczone na rys. 8) podczas skoku dobicia lub odbicia każdego z kół przedniej osi.
Przykładowo dla układu kierowniczego z drążkami kierowniczymi położonymi za osią kół przednich, jeśli wewnętrzny przegub bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka jest położony:
- na tej samej wysokości (1 na rys. 8) – to w zakresie skoku dobicia lub odbicia koła, który jest pokazany na wykresie na rys. 9, kąt zbieżności połówkowej praktycznie nie zmienia się (linia 1 wykresu);
- wyżej (2 na rys.8) – to w zakresie skoku dobicia lub odbicia koła, który obejmuje wykres na rys.9, przy skoku dobicia koła kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku zbieżności (linia 2 wykresu), a przy skoku odbicia koła kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku rozbieżności;
- niżej (3 na rys. 8) – to w zakresie skoku dobicia lub odbicia koła, który obejmuje wykres na rys.9, przy skoku dobicia koła kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku rozbieżności (linia 3 wykresu), a przy skoku odbicia koła kąt zbieżności połówkowej zmienia się w kierunku zbieżności.
Zmiana położenia wewnętrznego przegubu bocznego drążka kierowniczego względem zewnętrznego przegubu tego drążka nastąpi np. po zmianie długości sprężyny zawieszenia koła (wydłużenie lub skrócenie) w stosunku do sprężyny seryjnej.
Pomiar zbieżności i kąta pochylenia koła przy obniżonym lub podniesionym nadwoziu
Zmianę ustawienia kół przy zmianie położenia koła względem nadwozia można w warunkach serwisu wymusić przy pomocy przyrządu firmy Hunter. Jest ono oferowane jako wyposażenie dodatkowe urządzeń do pomiaru geometrii kół i osi produkowanych przez tę firmę.
Do obniżania nadwozia służy przyrząd 1 (rys. 10) opierany o dolną część najazdów kanału lub podnośnika. Taśma 2 tego przyrządu jest mocowana do odpowiednio solidnego elementu podwozia. W samochodzie prezentowanym na ilustracji taśma 2 była zamocowana do ramy pomocniczej podwozia 3. Wysokość nadwozia względem podłoża jest zmniejszana przez ściąganie w dół taśmy za pomocą śruby 4. Do podnoszenia nadwozia jest wykorzystywany podnośnik tzw. kanałowy. Stanowisko Hunter WA130 do pomiaru geometrii kół i osi mierzy, przy różnych wysokościach nadwozia względem podłoża, wartości ujęte na wykresach na rys. 11 i 12. Takie pomiary można wykonywać przykładowo w trzech sytuacjach:
- jeśli chcemy poznać ustawienie kół pojazdu w stanie dużego załadowania;
- jeśli chcemy poznać, jak zmieni się ustawienie kół pojazdu po montażu np. sprężyn zawieszenia o mniejszej wysokości, co pozwoli jeszcze przed ich montażem ocenić, czy przy obniżonym zawieszeniu wartości kątów zbieżności lub pochylenia kół będą w zakresie tolerancji czy nie (będzie wówczas trzeba użyć elementów specjalnych do regulacji ustawienia kół);
- przy regulacji ustawienia kół pojazdu z obniżonym zawieszeniem, której celem jest uzyskanie zmian wartości kątów zbieżności i pochyleń w zakresie tolerancji dla zakresu ugięcia zawieszenia występującego w warunkach eksploatacyjnych.
mgr inż. Stefan Myszkowski
Komentarze (0)