Что такое угол кастера, изменение и регулировка

О том, что поведение машины на дороге в значительной степени зависит от правильной регулировки углов положения колес подвески, знают все любители и почитатели автомобильного дела. Хорошо известно, сколько времени посвящается проверке углов развала и схождения колес, рекомендации ведущих специалистов требуют выполнять их каждые 5-7 тыс. км. Наиболее важную роль в обеспечении устойчивости колеса играет так называемый угол кастера. О нем часто забывают не только автолюбители, но и мастера-специалисты на станции техобслуживания.

Что такое кастер и важность его регулировки

Слово кастор, или кастер, является русифицированным звучанием англоязычного термина caster angle – угол отклонения. Легче всего представить геометрическое расположение угла на двухколесном транспортном средстве – велосипеде или мотоцикле. В данном случае углом кастора, или углом наклона кастера, будет угол наклона рулевой колонки. Для автомобиля принципиальной разницы нет, только величина кастера будет меньше и не так явно и наглядно выражена.

Вклад кастера в механизм стабилизации колес

Схема образования стабилизирующего воздействия угла кастера очень схожа по механизму со стабилизирующим эффектом флюгера. Если обратить внимание на упрощенное изображение подвески Мак-Ферсон, становится понятна приведенная аналогия.

В случае с флюгером стабилизацию положения обеспечивает давление воздушного потока, для автомобильного колеса подобную работу выполняет сила трения сопротивления колеса о дорожное покрытие. Точка ее приложения будет совпадать с пятном контакта шины с дорогой, и в случае положительного значения угла будет находиться позади оси вращения на небольшом расстоянии. Любое отклонение колеса от прямой линии движения вызывает появление компенсирующего момента от силы трения, возвращающего колесо в прежнее положение. С увеличением угла наклона кастера до определенной величины растет значение сил компенсации и стабилизации – руль становится тяжелее, поворачиваемость автомобиля ухудшается. Большинство моделей автомобилей выходят с заводского конвейера с несколько завышенным значением угла кастера.

При освоении новой для себя модели водителю проще и безопаснее иметь дело с машиной, не страдающей излишней способностью рыскать по курсу движения; Положительная величина угла кастера значительно уменьшает угрозу внезапного и резкого изменения направления движения с возможным заносом и опрокидыванием автомобиля под действием боковых сил инерции.

С накоплением небольших деформаций подвески под нагрузкой в ходе первых месяцев эксплуатации, величина кастера несколько уменьшается и приходит в пределы рекомендованной нормы.

Стабилизация, обусловленная углом кастера, имеет ярко выраженный динамический характер – с увеличением скорости движения увеличивается сила сопротивления и момент стабилизации. Эффект сохраняется даже при минимальном положительном значении кастера. Как правило, для переднеприводных автомобилей величина угла кастера меньше рекомендованной производителем и может составлять 1-2 о . Для задних колес в стабильность удерживаемого курса движения добавляется вынос ведущих тянущих колес перед центром тяжести.

Классическая модель с задним приводом имеет на передних колесах значение кастера, достигающее 4 о . Большие усилия стабилизации увеличивают нагрузку на узлы рулевого механизма, вызывают больший износ втулок поворотных тяг. Поэтому величину угла не стараются излишне завышать, среднее значение угла кастера у современных легковых автомобилей не превышает 6°. Если управляемые колеса имеют большую нагрузку на ось, величину кастера уменьшают до 2 о для снижения усилий, необходимых для управления рулем.

Причина – желание обеспечить высокую маневренность машины при относительно больших габаритах кузова. Дело в том, что завышенное значение кастера или продольного наклона, кроме стабилизирующего эффекта, увеличивает угол развала колеса при его повороте вдоль оси. Возрастание наклона колеса благоприятно сказывается на способности машины выполнять глубокие повороты без заноса.

Как контролируется значение кастера

Как и все углы, в геометрии величину угла кастера получают расчетным путем или непосредственным измерением с помощью специального приспособления.

Вариант первый – непосредственное измерение

Наиболее точным назвать подобный способ сложно. Но он прост и доступен для использования в условиях гаража. В первом варианте необходимо изготовить и установить на точки измерения специальные хомуты с опорными штифтами. Устанавливая хомуты, необходимо добиться, чтобы центры штифтов точно совпадали с виртуальной линией, проходящей:

• через точки – центры шаровых опор верхнего и нижнего рычагов, в случае классической двухрычажной подвески;
• сквозь верхнюю и нижнюю точки крепления стойки амортизатора для «Мак-Ферсон»;
• по оси шкворня в продольной плоскости в шкворневой подвеске.

Между центрами измерительных штифтов натягивают нить или тонкую медную проволоку. К верхнему штифту дополнительно подвешивают нить с отвесом и крепят измерительный прибор – можно использовать геодезический транспортир. Прелесть такого способа измерения в простоте и наглядности, минус – просто чудовищная погрешность измерения, позволяет увидеть величину угла с точностью в долях градуса.

Вариант второй – измерение и вычисление величины кастера по тангенсу угла

Способ измерения уже обладает достаточно высокой точностью, но предполагает наличие начальных знаний геометрии. Как и в первом случае, необходимо установить штифты в точках измерения и натянуть нити. Для расчета величины угла кастера нам необходимо максимально точно измерить три расстояния:

• L1 – кратчайшее расстояние по нити, натянутой между штифтами, через точки креплений шаровых опор или амортизаторной стойки, в зависимости от конструкции подвески;
• с помощью строительного указателя уровня и линейки измеряем расстояние L2 – от центра нижнего измерительного штифта до вертикальной нитки с отвесом. Измерение необходимо выполнить строго по показаниям указателя уровня. Зафиксируйте маркером точку, в которой линейка с указателем уровня пересечется с вертикальной ниткой с отвесом;
• L3 – расстояние по длине нитки с отвесом от центра верхнего измерительного штифта до точки, отмеченной вами маркером в п.2.

Далее, выполняя несложные подсчеты по формуле tgA=L2/L3 или sinA=L3/L1, по известной таблице значений Брадиса можно получить точную величину кастера.

Вариант третий – сложный, требующий навыков и знаний

В условиях СТО или ремонтных мастерских, обслуживающих и ремонтирующих подвеску автомобилей, очень часто используется метод, при котором величину кастера определяют с помощью расчета, измеряя развал колеса в двух положениях – максимальном повороте влево и вправо на один и тот же определенный угол.

Большинство измерений выполняется с помощью специализированных стендов и приспособлений. При определенных навыках можно измерить величину развала с помощью линейки и отвеса, но точность подобных измерений будет не выше предыдущего варианта.

Как значения кастера влияют на работу подвески и управляемость автомобиля

При отрицательных значениях углах кастера автомобиль неожиданно легко маневрирует, руль легкий и практически не позволяет чувствовать дорогу. С увеличением скорости появляется непредсказуемое рысканье, водителю приходится прилагать максимум усилий для своевременного выравнивания направления движения. При 70-80 км/ч машина теряет управляемость.

При небольших положительных значениях кастера машина легко управляется, и до 80 км/ч значительных проблем с удержанием курса не возникает.

При увеличенных положительных величинах кастера автомобиль также легко управляется, но значительно хуже прогнозируется скоростное вхождение в повороты, на малых скоростях неплохая маневренность.

Регулировка угла кастера осуществляется путем установки необходимого количества регулировочных шайб под опоры рычагов для многорычажной системы или в точках крепления растяжки подвески для системы «Мак-Ферсон».

Материалы: http://mashintop.ru/articles.php?id=2548

Заходя в супермаркет мы берём тележку в которую накладываем продукты. тележка имеет 4 поворотных колеса но настроена так чтобы она уверенно катилась прямо и при необходимости с небольшим усилием поворачивала. Но вот однажды я взял тележку которая могла ехать только боком. И как я не пытался её выравнивать она не могла двигаться прям в перёд и прямо назад. Почему? Потому что у этой тележки был неправильно настроен угол оси колёс. В результате этого колёса становились в положении когда тележка могла двигаться только боком. И так к сути вопросу.

Главная функция кастера – скоростная (или динамическая) стабилизация управляемых колес автомобиля за счет положительного продольного угла оси поворота. 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. На движущееся автомобильное колесо постоянно действуют возмущающие силы, стремящиеся вывести его из нейтрального положения. Они могут быть следствием проезда неровностей дороги, неуравновешенности колес и т.д. Поскольку величина и направление возмущений постоянно меняются, их воздействие носит случайный колебательный характер. Не будь механизма стабилизации, парировать колебания пришлось бы водителю, что превратило бы управление автомобилем в мучение и наверняка увеличило износ шин. Правильно отрегулированный автомобиль устойчиво движется по прямой с минимальным вмешательством водителя и даже с отпущенным рулевым колесом.

Рис 2

В повороте боковые реакции от действия центробежной силы, создают моменты возвращающие колеса в нейтральное положение. (при наличии положительного кастера).

Отклонение управляемых колес может быть вызвано намеренными действиями водителя, связанными с изменением направления движения. В этом случае стабилизирующий эффект содействует водителю 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 чувством руля или информативностью рулевого управления и чему уделяют много внимания и разработчики автомобилей, и автомобильные журналисты.

Стабилизирующий эффект возникает за счет наличия плеча стабилизации. Плечо стабилизации это расстояние между точкой пересечения оси поворота и точкой контакта колеса. Это плечо (и соответственно момент стабилизации) тем больше чем больше угол наклона оси поворота.

Иногда наклон сочетают с небольшим смещением оси в ту или иную сторону от центра вращения колеса. У современных легковых автомобилей обычно кастер принимает положительные значения, которые не превышают десяти угловых градусов. При этом плечо стабилизации оказывается небольшим по отношению к размерам колеса. Результирующий момент стабилизации воздействующий на колесо состоит из двух составляющих момента от поперечных сил и момента от продольных сил. Так как поперечные плечо и сила боковой реакции намного больше чем аналогичные продольные то и поперечный момент намного превышает продольный. В момент действия дестабилизирующих боковых сил в пятне контакта автомобильного колеса с дорогой генерируются достаточно мощные поперечные (боковые) реакции, парирующие возмущение. Точка приложения силы реакции колеса и ее направление зависит параметров шины и определяется ее боковым уводом. Значительная деформация эластичной шины в радиальном, касательном и тангенциальном направлениях и есть главная причина отличия механизма стабилизации автомобильного колеса от слабо или вовсе не деформируемых колес роялей и продуктовых тележек. В результате характер стабилизации меняется с «продольного» на «поперечный».

Дополнительная информация о боковом уводе, механизме образования боковой реакции и стабилизирующего момента приведена на Рис3.

Стоит подчеркнуть, что в результате увода колеса под действием боковой силы (силового увода) равнодействующая элементарных боковых реакций всегда оказывается смещенной назад по ходу движения от центра контактной площадки. То есть стабилизирующий момент действует на колесо даже в том случае, когда след оси поворота совпадает с центром пятна контакта. Возникает вопрос: зачем вообще нужен кастер? Дело в том, что стабилизирующий момент (Мст) зависит от различных факторов (конструкции шины и давления в ней, нагрузки на колесо, сцепления с дорогой, величины продольных сил и т.д.) и не всегда оказывается достаточным для оптимальной стабилизации управляемых колес. На этот случай плечо стабилизации увеличивают продольным наклоном оси поворота, т.е. положительным кастером. Дестабилизирующие силы, действующие на колесо движущегося автомобиля зависят от скорости и массы. Соответственно, и боковые реакции, и стабилизирующие моменты с ростом скорости увеличиваются. Поэтому стабилизацию управляемых колес, в которую вносит весомый вклад кастер, называют скоростной. На малых скоростях влияние этого механизма становится несущественным. Забегая вперед, упомянем, что здесь работает стабилизация весовая, за которую отвечает наклон оси поворота колеса в поперечном направлении.

Установка оси поворота управляемых колес с положительным кастером полезна не только для их стабилизации. Положительный кастер устраняет опасность резкого изменения траектории и даже опрокидывания автомобиля под действием внезапной боковой силы. Она может быть следствием порыва ветра или движения поперек склона. Благодаря положительному кастеру автомобиль даже с отпущенным рулем плавно поворачивает «под ветер» или «под уклон».

Рис4 Внезапное действие боковой силы, например порыв ветра вызывает плавный уход автомобиля против возмущения.

Увеличение продольного угла наклона в положительную сторону в общем случае, имеет позитивные следствия, но приводит к росту усилия руления. Это значит, что возрастают нагрузки на усилитель и детали рулевого механизма. Поэтому выбор кастера – опять-таки компромисс, который у современных легковых автомобилей достигается при величинах порядка +2–6°. Меньшие значения, как правило, типичны для машин с большой нагрузкой на ось – чтобы чрезмерно не увеличивать усилие на руле. Своим нехарактерным подходом к выбору кастера известны конструкторы Mercedes-Benz. У большей доли «мерсов» продольный угол наклона оси поворота лежит в пределах +10–12°. Почему это так?

Дело в том, что таким образом конструкторы усиливают еще одно благоприятное следствие кастера. Продольный наклон оси поворота приводит к существенному изменению развала управляемых колес при их повороте. Механизм зависимости проще понять, если представить гипотетическую ситуацию, когда ось поворота колеса расположена горизонтально (кастер равен +90°). В этом случае «поворот» управляемого колеса полностью трансформируется в изменение его наклона относительно дорожного полотна, т.е. развала. При повороте развал внешнего колеса становится более отрицательным, а внутреннего – более положительным, это благотворно отражается на устойчивости автомобиля при маневрах. Чем больше кастер, тем больше изменение углов развала в повороте. Поэтому иногда (как и в случае с M-B) угол наклона оси поворота намеренно увеличивают. Чтобы при этом не превысить допустимое усилие на рулевом колесе (не увеличить чрезмерно плечо стабилизации), ось поворота смещают в продольном направлении так, что она проходит на некотором расстоянии позади оси вращения колеса.

Получается что кастер вызывает момент стабилизации величина которого зависит в том числе и от связанного с ним развала. Эксперименты, объектом которых был автомобиль BMW 323i, показали, что при движении по прямой на каждое его управляемое колесо действует момент порядка 40 Н•м. Отсюда становится понятно, к чему может привести нарушение регулировки кастера. Разница этого параметра для левого и правого колес влияет на способность автомобиля держать прямолинейную траекторию. Если она превышает 1°, отличие моментов на управляемых колесах становится ощутимым и возникает боковой дрейф автомобиля в сторону колеса с меньшим кастером. Это, в общем случае, негативное явление иногда используют во благо и намеренно придают кастеру и углам развала управляемых колес разных бортов немного отличные значения. К примеру, автомобиль, предназначенный для правостороннего движения, из-за профилирования дорожного полотна испытывает дрейф по направлению к обочине. Чтобы его компенсировать, правое колесо устанавливают с чуть более отрицательным развалом и немного более положительным кастером.

Естественно, проделать эту процедуру можно лишь в том случае, если таковая возможность предусмотрена. В последнее время автопроизводители стараются избавить сервисменов от забот по регулировке развала, и тем более кастера. Эти параметры все чаще только контролируются.

Любая процедура контроля УУК должна предваряться проверкой уровня кузова. Особенно тщательно положение кузова должно контролируется при измерении кастера – этот параметр напрямую зависит от разницы его уровня впереди и сзади.

Рис5 Изменение уровня кузова оказывает влияние на кастер и как следствие на скоростную стабилизацию управляемых колес.

Об этом стоит помнить любителям ставить проставки под заднюю часть кузова. Если внешний вид автомобиля, принимающего неприличную позу, – исключительно дело вкуса, то снижение и даже полная потеря скоростной стабилизации управляемых колес – вопрос безопасности, в том числе безопасности ни в чем не повинных «соучастников» дорожного движения. Заметного влияния на износ шин регулировка кастера не оказывает.

Любопытно, что лет тридцать и более тому назад в спецификациях на легковые автомобили можно было увидеть диаметрально противоположную картину – у большинства автомобилей кастер был отрицательным. Причина в том, что тогда был в моде «легкий руль». Поскольку усилитель рулевого управления был в диковинку, инженеры таким способом боролись за то, чтобы автомобиль на скорости рулился «одним пальцем». При этом достаточная скоростная стабилизация колес достигалась благодаря повсеместному применению шин диагональной конструкции. Они более подвержены деформациям, чем шины радиальные. Вследствие этого даже при отрицательном наклоне оси поворота продольный снос боковой реакции оказывался достаточным для создания стабилизирующего момента. Если на такой «ретромобиль» установить современные радиальные шины, он будет рыскать из стороны в сторону. Устранить проблему можно регулировкой кастера – нужно придать углу положительное значение.

2 Угол поперечного уклона оси поворота (SAI – Steering Axis Inclination).

Поперечный наклон оси оказывает существенное влияние на поведение автомобиля. Его контроль очень важен при диагностике подвески. Влияние поперечного угла наклона объясняется наличием эффекта весовой стабилизации.

Стабилизация, которая достигается за счет кастера «скоростная», т.е. работает она только на достаточно высоких скоростях. При движении и маневрировании со скоростью пешехода эффект стабилизации от кастера пренебрежимо мал. Чтобы заставить управляемые колеса сопротивляться отклонению от нейтрального положения и автоматически возвращаться к нему после прекращения действия сил, вызвавших отклонение на низких скоростях, используют стабилизацию за счет веса автомобиля, приходящегося на управляемое колесо. Весовая стабилизация возникает главным образом благодаря наклону оси поворота в поперечном направлении. Почему «главным образом»? Потому что «неглавным образом» в весовую стабилизацию колес вносит вклад и кастер, но здесь его влияние второстепенно.

Механизм весовой стабилизации работает так. При повороте колеса его цапфа движется по дуге окружности, плоскость которой перпендикулярна оси поворота. Если ось вертикальна, цапфа перемещается горизонтально. Если ось наклонена, траектория цапфы отклоняется от горизонтали.

Рис 6. При повороте колеса вокруг наклонной оси его цапфа двигаясь по дуге поднимается и опускается.

У дуги, которую описывает цапфа, появляются вершина и нисходящие участки. Положение верхней точки дуги определяется направлением наклона оси поворота колеса. При поперечном наклоне вершина дуги соответствует нейтральному положению колеса. Значит, при отклонении колеса от нейтрали в любую сторону цапфа (а вместе с ней и колесо) будет стремиться опуститься ниже исходного уровня. Колесо работает как домкрат – приподнимает находящуюся над ним часть автомобиля. «Домкрату» противодействует сила, прямо зависящая от ряда параметров: веса поднятой части автомобиля, угла наклона оси, величины ее поперечного смещения и угла поворота колеса. Она пытается вернуть все в исходную, устойчивую позицию, т.е. повернуть руль в нейтральное положение. Получается, что благодаря поперечному наклону оси поворота автомобиль сам помогает водителю «отруливаться»

Кастер также вносит лепту в весовую стабилизацию рулевого управления. Если ось поворота колеса одновременно наклонена и в поперечном, и в продольном направлении, дуга, которую описывает колесная цапфа, изменяет ориентацию. Ее вершина смещается так, что цапфы обеих колес в нейтральной позиции оказываются на нисходящей части дуги. В результате при повороте руля одна из них движется по дуге вверх, другая – вниз. Итог – крен передней части кузова, увеличение загрузки одного из колес и усиление его весовой стабилизации. Этот эффект также используют для оптимизации положения кузова автомобиля в повороте. Механизм весовой стабилизации работает всегда. На неподвижном или медленно движущемся автомобиле он действует в одиночестве, с увеличением скорости ему все в большей степени аккомпанирует динамическая стабилизация.

Выбор величины SAI – поиск оптимума. С уменьшением поперечного угла эффективность весовой стабилизации снижается. Избыточный наклон приводит к чрезмерному усилию руления при маневрировании, сопровождающемся поворотом колес на большой угол, например при парковке.

Поперечный угол, развал и вылет колеса определяют такой важный параметр как плечо обкатки. Это расстояние от центра пятна контакта до следа оси поворота т.е. точки пересечения оси поворота с уровнем земли.

Действующие на управляемые колеса продольные силы создают моменты, стремящиеся развернуть их вокруг оси поворота. Плечо этих моментов равно плечу обкатки. В случае равенства сил на обоих колесах моменты оказываются «зеркальными», т.е. равными и противоположно направленными. Взаимно компенсируя друг друга, они не оказывают воздействия на рулевое колесо. Однако моменты нагружают детали рулевой трапеции растягивающими или сжимающими (в зависимости от расположения плеча обкатки) усилиями. Чтобы ограничить эти нагрузки, плечо обкатки не должно быть излишне большим. Тем не менее в большинстве случаев «его не может не быть».

Плечо обкатки – один из параметров, который влияет на чувствительность рулевого управления. Благодаря ему руль «сигнализирует» водителю о нарушении равенства продольных реакций на управляемых колесах, которое может быть следствием проезда препятствий и неровностей дороги, неравного распределения тормозных сил между правым и левым колесом и т.д. В этих случаях внезапно возникающий дисбаланс моментов продольных сил передается через рулевое колесо на руки водителя. Главное, чтобы «сигнал» не был чрезмерным и не снижал комфортность и безопасность вождения. Это важное условие учитывается при проектировании автомобиля и нередко нарушается (чаще – неосознанно) при его эксплуатации. Дело в том, что на величину плеча обкатки ощутимо влияет конструкция колеса. Модное увлечение широкими колесами с низкопрофильными шинами, а также установка дисков с нештатным вылетом могут вызвать критическое изменение чувствительности рулевого управления.

Плечо обкатки может быть как положительным, так и отрицательным. Обычно отрицательное плечо обкатки применяют на автомобилях с диагональной двухконтурной тормозной системой. Такая мера позволяет стабилизировать поведение автомобиля в чрезвычайной ситуации – при отказе или снижении эффективности одного из контуров. Дисбаланс тормозных сил приводит к появлению момента, стремящегося развернуть автомобиль относительно центра масс. При отрицательном плече обкатки одновременно с этим неравенство сил торможения вызывает поворот управляемых колес в сторону уменьшения разворота автомобиля. Аналогичный механизм работает при внезапном увеличении продольной реакции на одном из управляемых колес. Например, при проколе шины, вызывающем рост силы сопротивления качению. Благодаря отрицательному плечу обкатки колеса и в этом случае поворачиваются так, что парируют самопроизвольный разворот автомобиля.

Плечо обкатки обычно выбирают в пределах плюс 50 минус 20 мм. У некоторых автомобилей с независимой подвеской передних колес в негруженом состоянии оно может достигать 60–80 мм. При положительном плече обкатки SAI в большинстве случаев составляет 6–12°, при отрицательном – 11–19. Рис 7,8,9

Рис7 α-Угол развала, β-Поперчный угол оси поворота, α+β=включенный угол, А-плечо обкатки.

Рис8. Плечо обкатки положительное если расположено на внутренней части протектора относительно оси колеса и отрицательное, если на внешней.

Рис9 установка колеса с нестандартным вылетом изменяет плечо обкатки

Поперечный наклон оси поворота управляемых колес, как мы выяснили, влияет на стабилизацию и чувствительность рулевого управления. Поэтому SAI особенно тщательно проверяют при наличии проблем с этими характеристиками автомобиля. Поперечный угол наклона также рекомендуется контролировать в случае бокового дрейфа автомобиля, который не устраняется регулировкой кастера и развала. Его причиной может быть ощутимая (более 1°) разница SAI правого и левого колес. При контроле SAI нужно иметь в виду, что этот параметр зависит от угла развала колеса (с уменьшением развала SAI увеличивается и наоборот), поэтому его проверку обязательно предваряют корректировкой развала. Отклонение SAI от нормы свидетельствует о смещении координат одной или обеих точек подвески, задающих положение оси поворота. Причиной смещения может быть, например, деформация поворотной цапфы, чашки крепления амортизатора, рычага, переднего подрамника или неправильная регулировка последнего, если таковая предусмотрена.

Выбор УУК – комплексная задача, нацеленная на поиск оптимума и решаемая методом последовательных приближений. Решение начинается с кинематического расчета положения колес для различных условий движения. Определение поведения колеса в подвесках относительно простой конструкции (двухрычажной или МакФерсон) трудностей не вызывает. Расчет многозвенных подвесок выполняют с использованием методов компьютерного моделирования. Далее анализируют, как изменение ориентации колеса сказывается на пятне контакта и какие это будет иметь последствия для критических характеристик автомобиля: устойчивости, управляемости, интенсивности износа шин и т.д. Варьируя кинематику подвески, «на бумаге» добиваются приемлемого результата, который становится отправной точкой для самого важного этапа – экспериментальной доводки.

В ходе испытаний выполняют большое количество специальных тестов (движение по прямой, по кругу, в повороте, с «переставкой» и т.п.), регистрируют объективные показатели (угол поворота и усилие на руле, максимальную скорость маневра без отрыва колеса, температуру разных зон протектора и т.д.) и субъективные ощущения тест-пилотов. Зачастую эксперименты начисто перечеркивают теорию и приносят парадоксальные с теоретической точки зрения результаты. Это наводит на мысль, что оптимальный комплекс УУК – своего рода гармония, которую невозможно «поверить алгеброй».

Стоит подчеркнуть, что в результате увода колеса под действием боковой силы (силового увода) равнодействующая элементарных боковых реакций всегда оказывается смещенной назад по ходу движения от центра контактной площадки. То есть стабилизирующий момент действует на колесо даже в том случае, когда след оси поворота совпадает с центром пятна контакта. Возникает вопрос: зачем вообще нужен кастер? Дело в том, что стабилизирующий момент (Мст) зависит от различных факторов (конструкции шины и давления в ней, нагрузки на колесо, сцепления с дорогой, величины продольных сил и т.д.) и не всегда оказывается достаточным для оптимальной стабилизации управляемых колес. На этот случай плечо стабилизации увеличивают продольным наклоном оси поворота, т.е. положительным кастером. Дестабилизирующие силы, действующие на колесо движущегося автомобиля зависят от скорости и массы. Соответственно, и боковые реакции, и стабилизирующие моменты с ростом скорости увеличиваются. Поэтому стабилизацию управляемых колес, в которую вносит весомый вклад кастер, называют скоростной. На малых скоростях влияние этого механизма становится несущественным. Забегая вперед, упомянем, что здесь работает стабилизация весовая, за которую отвечает наклон оси поворота колеса в поперечном направлении.

Установка оси поворота управляемых колес с положительным кастером полезна не только для их стабилизации. Положительный кастер устраняет опасность резкого изменения траектории и даже опрокидывания автомобиля под действием внезапной боковой силы. Она может быть следствием порыва ветра или движения поперек склона. Благодаря положительному кастеру автомобиль даже с отпущенным рулем плавно поворачивает «под ветер» или «под уклон».

Материалы: http://dlg777ls.ucoz.ru/publ/ugol_ugol_kastera_i_ne_tolko/1-1-0-18

Типичная ситуация – поворот с хорошим асфальтовым покрытием, помех для выполнения быстрого маневра не видно. Придавливаем педаль газа, скорость 30 км/ч машина динамично разгоняется начиная описывать дугу поворота и вот опять … Передняя ось автомобиля начинает скользит не желая входить в поворот, ослабляю угол поворота рулевым колесом ловя момент сцепления шин с дорогой, но все равно машина стремиться соскользнуть передком на внешнюю часть поворота, остается одно работать педалью газа ослабляя или добавляя тягу на ведущие передние колеса… Пройдя поворот остается задуматься что не так?

Особенности поведения автомобиля с передним приводом? Но ведь есть заряженные переднее приводные машины участвующие в разнообразных гонках и они прекрасно проходят повороты так как машина имеет почти нейтральную поворачиваемость.

Неправильное давление в шинах? Нет, давление соответствует рекомендациям производителя.

Неправильная весовая загрузка машины? Но Я в машине один и багажник машины тоже пуст.

Такое поведение автомобиля, как снос передней оси назыв ают недостаточной поворачиваемостью. В случаи, если происходит снос задней оси, то это уже называется избыточной поворачиваемостью. Равномерное соскальзование обоих осей при проходе поворота, называют нейтральной поворачиваемостью.

На самом деле все проще – все дело в настройках подвески. При проектировании автомобиля, производитель учитывает тот факт что машина будет гонять не на гоночном треке, а ездить по дорогам общего пользования, плюс к этому учитываются навыки неподготовленного водителя. Так же не стоит забывать и о комфорте, который является более предпочтительным выбором в повседневной езде нежели ощущение управления гоночным болидом на котором можно безбоязненно можно входить в повороты. Исходя из этих требований, информативность подвески заранее сообщает водителю о предстоящем резком сносе передней оси в повороте, тем самым оберегая водителя от грубых ошибок в управлении. В случаи же подготовки автомобиля к спортивным мероприятиям производится точная настройка параметров подвески автомобиля в зависимости от требуемого результата. Варьируя разными углами и заданием жесткости отдельных элементов можно добиться требуемого поведения автомобиля в повороте, но следует помнить что почти все элементы подвески работают в связке с друг другом и изменение одного из параметров может существенно ухудшить другой.

Так как же добиться меньшего сноса передней оси на входе в поворот и при этом сохранить комфортность управления. Ниже Я привел основные методы борьбы.

Увеличить ширину передней оси. Для компенсации сноса передней оси рекомендуется увеличить длину передней оси, что создаст перераспределение сил способствующее удержанию оси на заданной траектории движения. Обратимся к справочным данным испытуемого автомобиля Honda Avancier – длинна передней оси 1555 ММ , задней 1540 ММ – разница в 15 ММ . Увеличить ширину передней оси можно простым способом – добавив проставки на ступицу передних колес, но при этом решении колеса будут слегка выпирать а в условиях вечно грязных дорог это приведет к постоянно грязным бокам автомобиля. Данный вариант пока рассматривать не будем.

Повысить давление в шинах передней оси. Добавив давление в на 0.07 – 0.1 атмосфер, проблема должна частично решиться. Этот метод кажется разумным, но для начала рассмотрим рекомендуемые производителем параметры. Для передней оси 2.2 очка а для задней 2.1, отсюда следует, что производитель уже предусмотрел данную особенность.

Сдвинуть балласт в заднюю часть автомобиля. Данный метод может быть реализован переносом аккумулятора в багажник автомобиля и пожалуй все… Разгрузить перед автомобиля без серьезных модификаций не представляется возможным так как здесь сосредоточенны все силовые узлы. Добавление балласта рассматривать не будем т.к. автомобиль и без того тяжелый.

Установить дифференциал повышенного трения (LSD). Дифференциал повышенного трения в основном применяют где необходима надёжная сила сцепления с дорогой путем снижения потерь тяги на колесах в момент буксования или неконтролируемого вращения одного из ведущих колес. Путём уменьшения скорости вращения колеса дифференциал повышенного трения также позволяет уменьшить эффект недостаточной поворачиваемости автомобиля в поворотах с большим ускорением.

Реализация данного метода маловероятно по причине стоимости такого дифференциала, около тысячи долларов, и сложности работ по его замене - необходима разборка коробки передач. ( не смотря на это, мысль об его установке не покидает меня уже много лет)

Увеличить продольный наклон оси поворота (Cast e r). На этом параметре Я и остановлюсь…

Есть и другие способы корректировки сноса – увеличение жесткости задней реактивной тяги, увеличение высоты передней оси, добавление угла схождения колес передней оси.

Для начала формулировка понятия продольный наклон оси (кастер) - угол между вертикалью и проекцией линии, проходящей через центры шаровых опор, на плоскость, параллельную продольной оси автомобиля. Данный угол способствует динамической стабилизации передних колес в направлении прямолинейного движения.

Угол продольного наклона, работает в паре с углом поперечного наклона оси ( Kingpin Inclination Angle ) и создают угол повышающий коэффициент сцепления шин с дорогой. Угол поперечного наклона так же как и кастер представляет собой смещение вертикальной оси шаровых опор, только смещение не вдоль оси автомобиля а поперек к центру. Работа обоих углов дает стабилизацию колес в прямолинейном направлении, т.е. при отпускании рулевого колеса в повороте – руль сам возвращается в нейтральное положение (данный эффект лучше проявляется на заднеприводных автомобилях где угол кастера может достигать 10 0 ). Следующим плюсом заваливания углов кастера и KIA является имитация уменьшения угла развала. При вывернутом рулевом колесе, углы создают наклон внешнего колеса что и увеличивает пятно контакта колеса с дорогой компенсируя деформацию шин. И последнее, изменение угла кастера не влияет на неравномерность износа шин (разумеется если угол одинаковый для колес одной оси).

Угол кастера задаваемый производителем, для автомобилей с полным и передним приводом, устанавливается от 0 0 до 2 0 что делает рулевое колесо более легким а снос передней оси ранним и менее чувствительным. Добавление угла кастера до 3-4 0 улучшит сцепление передней оси на входе в поворот а руль станет более тяжелым и в какой то степени более информативным.

Регулировка угла кастера производится смещением нижнего продольного рычага.

Задача продольного рычага подвески – удерживать нижний поперечный рычаг от продольного сдвига. Так как поперечный рычаг имеет подвижность благодаря резиновым сайлентблокам, то его можно смещать и в продольном направлении, таким образом Мы будем иметь возможность сместить ось кастера в плюс.

Для регулировки кастера, необходимо сдвинуть продольный рычаг вперед. Для того чтоб разобраться в том, как это можно реализовать рассмотрим его элементы крепления.

Передняя резиновая втулка

Металлическая втулка, служит распоркой между двух шайб

Балка полурамы автомобиля

задняя резиновая втулка

Продольный рычаг имеет систему крепления через резиновые втулки, что позволяет смягчать удары подвески передаваемые на полураму автомобиля и создать небольшую круговую подвижность рычага на противоположном конце, что необходимо при работе подвески. С укороченной задней втулкой, продольный рычаг получит возможность сдвинуться вперед. При таком способе смещения рычага демпферные свойства соединительного узла сильно не пострадают, так как задняя втулка работает в основном только при разгоне автомобиля, а это значит что информативность подвески в процессе ускорения автомобиля немного повыситься. К тому же работы по обрезке резиновой втулки можно провести подручным инструментом не прибегая к услугам токарей.

Далее необходимо определится, насколько необходимо укоротить втулку. Грубо осмыслив примерное расстояние на которое следует сдвинуть рычаг для получения продольного наклона оси в 5-7 0 (лучше взять с запасом, а в случаи неудачи можно будет компенсировать проставочными шайбами) было принято решение об укорачивании на 15мм.

Разметку линии отреза производил при помощи штангенциркуля, предварительно зафиксировав его в требуемые 15мм. Усиками, служащими для измерения внутренних диаметров, процарапывается риска, которая позволит не потерять метку после попадания на нее масла.

Для обрезки втулки понадобиться большой канцелярский нож и любое автомобильное масло. Лезвие ножа должно быть острым и длинным . Смачивая режущую кромку лезвия аккуратно разрезаем втулку. В процессе среза втулки, желательно не допустить косого среза так как конечная шайба должна быть равномерной высоты в противном случаи будет создаваться неравномерное прижимное давление.

Следующим действием будет укорачивание распорной металлической втулки на те же самые 15 мм. Вот в этом действии следует быть аккуратным и внимательным. Длинна обоих втулок должна быть равной, плюс срез должен быть перпендикулярным иначе можно получить опять же не неравномерное прижимное давление создающее клин в сборке втулок, и разность углов продольного наклона осей.

После окончательной сборки подвески и установки колес, сразу бросается в глаза сдвиг вперед передних колес в нутрии колесной арки. Угол продольного наклона составил примерно 5-7 0 (измерения на стенде не производились). Визуально это смотрится как совсем не правильная регулировка продольного наклона, или можно сравнить с плохо восстановленной после аварии машиной, которой достались серьезные повреждения… Оценив внешний вид проделанной работы не стоит забывать о первоначальной цели данной модификации – снизить снос передней оси. Так попробуем же машину на ходу.

Выехав на дорогу сразу ощущаем тяжелый руль, теперь если при повороте руля чувствуем сопротивление которое становится более тяжелым на сухом асфальте. Информативность рулевого управления тоже улучшилась но стоит заметить что чувство обратной связи какое-то притупленное и не совсем понятное. Едем дальше, входим в поворот – о-о-о… да, быстрей, еще быстрей. Теперь машина уверенней держит дорогу, а чтобы спровоцировать снос приходится уже активней работать газом и только тогда начинается плавный снос передней оси.

Если проходить поворот на хорошем асфальтовом покрытии то становится страшно за сильные крены кузова и ощущение быстро летящей тяжелой машины имеющей приличную инерцию при торможении.

Покатавшись 4 месяца с такими настройками кастера, Я начал уставать от утяжеленного рулевого управления. При езде по городу чувствуется излишняя упругость руля , а при езде по трассе нет ранее привычного комфорт а . В итоге было принято решение уменьшить угол кастера до рекомендуемых 3-4 0 . Для этого, были приобретены шайбы из нержавейки подходящего диаметра, по две шайбы на один рычаг, получилось 4 мм. Шайбы добавляются к толщине шайбы скольжения.

Таким способом можно добиться точной регулировки угла кастера не прибегая к замене деталей.

После корректировки продольного наклона, управление стало более комфортным, снос передней остался достаточным – т.е. получился желаемый компромисс комфорта и управляемости. После этой модификации автомобиль уверенней заруливает в повороты доставляя больше удовольстви я от вождения .

Материалы: http://www.ddmitry.ru/cars_tuning_add_caster.htm