Что значит отрицательное плечо обката

Что такое радиус плеча обкатки, и почему он важен?

Параметр подвески, о котором почти ничего неизвестно

Когда вы «возитесь» с ремонтом подвески, 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 сделать рулевое управление 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 результате в автомобилях с диагонально разделенными тормозными системами, если один контур выходит из строя, то оставшееся тормозное усилие на одном переднем и одном заднем колесе все равно не будут тянуть автомобиль в сторону.

Если вы меняете колеса, сменили размерность шин или провели перенастройку подвески (поставили проставки, занизили подвеску), убедитесь, что вы не забыли о такой важной вещи, как «радиус плеча». Кстати, это одна из причин, почему наше государство так жестко взялось за тюнингованные автомобили. Неумелым тюнингом можно испортить управляемость автомобиля, да так, что он станет опасным для передвижения по дорогам общего пользования.

Источник

Национальный фонд содействия автомобильному образованию

poyasneniya_pkio10

Плечо обкатки – это расстояние между центром пятна контакта колеса с дорогой (центра отпечатка шины) и точкой пересечения оси поворота управляемого колеса (шкворневой оси) с поверхностью дороги.

F ₁ = Тормозная сила или сила сопротивления качению

Уменьшение плеча обкатки (картина 1 b ) уменьшает усилие на ободе рулевого колеса. Малое плечо обкатки снижает отклики на удары управляемого колеса о неровности дороги.

При торможении расположенным на колесе тормозным механизмом возникает продольная сила F ₁ , которая образует момент F ₁ * r _S . Этот момент приводит к появлению силы на рулевой тяге и при положительном размере плеча обкатки r _S отжимает колесо в направлении, соответствующем отрицательному схождению.

У транспортного средства, оборудованного ABS?

При работе ABS возникают различные по величине продольные силы, приложенные к правому и левому колесу, которые в виде толчков передаются на рулевое колесо. В этом случае плечо обкатки должно быть равным нулю, но лучше, если плечо обкатки будет иметь отрицательное значение.

Подвеску колес любого топа можно рассматривать как установленное консольно колесо относительно кузова автомобиля, поэтому при торможении возникает продольная сила, стремящаяся повернуть это колесо, причем колесо всегда будет стремиться повернуть передней частью наружу, то есть в сторону отрицательного схождения. Установка отрицательного плеча обкатки позволит получить момент продольной силы, который будет направлении в противоположную сторону моменту, стремящемуся повернуть колесо в сторону отрицательного схождения. У большинства автомобилей, не оборудованных FBS, контуры тормозных систем имеют диагональную схему соединения, плечо обкатки, как правило – отрицательное значение. Любое некорректное изменение, внесенное в конструкцию транспортного средства, таких, как установка дисков с повышенным вылетом, возникающее при желании установить широкие шины, или установка проставки между ступицей и диском колеса недопустимо. Изменение плеча обкатки может оказать отрицательное влияние на устойчивость прямолинейного движения, особенно при торможении, и потерю управляемости на повороте.

Плечо обкатки – один из самых важных параметров передней подвески.

С плечом обкатки r_s связано:

• смещение пружины на стойке McPherson;
• вылет ЕТ дисков колес (расстояние от плоскости симметрии шины до плоскости диска колеса, контактирующей со ступицей);
• усилие на руле как в статике, так и в динамике;
• устойчивость автомобиля при торможении;
• положение подшипникового узла в ступице, а вместе с ним и положение колеса: продольная плоскость симметрии шины должна располагаться в базе подшипника(ов), желательно по центру (рис. 2). В противном случае, заявленный ресурс подшипника(ов) не будет достигнут.

Рис. 2. Относительное положение плоскости симметрии шины и базы подшипника(ов): а – конических роликовых; б – двухрядного шарикового

Вылет дисков колес ЕТ – параметр, на который водители обращают внимание только тогда, когда, установив более широкое колесо, оно начинает задевать об арку. И тогда решение приходит само: взять диски с меньшим ЕТ. «Добрые люди» говорят: «отклонение ±5 мм допустимо». А вдруг на заводе уже использовали эти 5 мм, что тогда?! А тогда потеря управляемости при экстренном торможении на миксте (неодинаковом сцеплении слева и справа).

Яркий пример, иллюстрирующий важность плеча обкатки, приведен в журнале «Автомобильная промышленность»:

Испытание №1. На автомобиль установили колеса с таким ЕТ, что получили плечо обкатки r_s=+5 мм. Разгон до 60 км/ч. Отпускают руль (. ) и применяют экстренное торможение на миксте. Результат – разворот автомобиля на 720° – что и ожидали.

Испытание №2. Все то же, но r_s=–5 мм (диски с ЕТ на 10 мм больше первых, кстати, это уменьшило колею на 20 мм). Результат – увод автомобиля на 15° – неожиданно?!

И это ответ тем, кто считает, что чем шире колея, тем устойчивее автомобиль, а диски колес влияют только на экстерьер автомобиля.

Причина столь различного поведения автомобиля после, казалось бы, косметического изменения – эластокинематика рулевой трапеции (рис. 3).

Рис. 3. Влияние положительного (а) и отрицательного (б) плеча обкатки r_s=R₁/cos σ (см. рис. 4) на устойчивость автомобиля при торможении:

F_и – сила инерции, приложенная к центру масс автомобиля

Рис. 4. Параметры установки управляемых колес

Если тормозная сила больше, например, слева, то на центр масс автомобиля действует поворачивающий момент, равный разности тормозных сил умноженный на плечо (половина колеи). Но так как силы слева и справа неуравновешенны, то на рулевую трапецию действует момент

Рулевая трапеция поворачивается (за счет деформации опор, рычагов, кузова). В случае положительного плеча обкатки этот поворот увеличивает поворачивающий момент, при отрицательном плече – частично или полностью его компенсирует.

Отрицательное плечо обкатки получить непросто. Увеличивают ЕТ дисков (глубину), поперечный угол наклона шкворневой оси и угол развала колес. Но с увеличением первого угла растет усилие на руле, а с увеличением развала – ухудшается сцепление шин с дорогой в повороте (нужен отрицательный развал!). Чем шире профиль шин, тем сложнее конструктивно разместить в колесе тормозные механизмы, ступицу, шаровые опоры, рулевые тяги и привод.

Красивым решением проблемы уменьшения плеча обкатки является применение многорычажной передней подвески с четырьмя шаровыми опорами (см. рис. 5).

Рис. 5: Многорычажная подвеска переднего управляемого колеса производителя VAG

По конструкции она очень похожа на подвеску на двойных поперечных рычагах классической треугольной формы. Однако вместо одной шаровой опоры в вершине треугольника применены две – образуется четырехугольник. Такая конструкция неработоспособна без пятого рычага – рулевой тяги. На треугольных рычагах ось поворота колеса проходила через центры шаровых опор. В новой конструкции эта ось виртуальна и проходит далеко за пределами четырехугольника (рис. 6).

Рис. 56 Схема поворота колеса на многорычажной передней подвеске (вторая пара рычагов условно не показана)

По материалам Учебного пособия «Эксплуатационные свойства автомобилей», А. Ш. Хусаинов

Источник

Положительный эффект отрицательного плеча

Водитель ведет автомобиль. Впереди — препятствие. Он тормозит, но тормоза «берут» чуть-чуть по-разному. В большинстве случаев эта разница практически малозаметна. Но вот при очень резком торможении (рис. 1) автомобиль бросает в сторону, может быть всего на полметра, или заносит и. авария. Она нередко возникает также из-за того, что при торможении колеса одной стороны машины оказались на льду, грязи или воде.

Рис 1. Поведение автомобиля (он сзади) с положительным плечом обкатки когда колеса одной стороны попадают на скользкую поверхность или когда срабатывает лишь один из контуров раздельного диагонального привода тормозов.

Что общего между названными случаями? Общее то, что колеса правой и левой сторон попали в разные условия по силам сопротивления движению. И, естественно, эти разные условия «провоцировали» занос или самопроизвольный разворот автомобиля, который водитель не всегда успевал вовремя скорректировать.

«Самозащита» против заноса

Все современные модели обязательно имеют два независимых контура в гидроприводе тормозов (см. статью). Для гарантии сохранения эффективности торможения, а значит, и безопасности, необходимо, чтобы при любых неисправностях работал тормоз хотя бы одного переднего колеса. По этой причине получила широкое распространение наиболее дешевая и простая из двухконтурных — диагональная схема раздельного гидравлического привода тормозов. Но переход на нее заставил конструкторов заложить «меры самозащиты» в геометрические соотношения параметров передней подвески и рулевого привода. Эта мера — отрицательное плечо обкатки.

Рис 2. Плечо обкатки: а – положительное, б – отрицательное. А, Б – центры шаровых шарниров передней подвески; В – точка пересечения условной оси «шкворня» с поверхностью дороги; Г – точка середины пятна контакта шины с дорогой.

Несколько слов о самом термине. Плечом обкатки (рис. 2) называют расстояние между точкой Г контакта шины с дорогой и точкой В. Она обозначает пересечение с дорогой продолжения воображаемой оси, проходящей через центры верхнего и нижнего шаровых шарниров двухрычажной передней подвески. Если отрезок ГВ расположен внутри колеи автомобиля (рис. 2а), его считают положительным. Если же благодаря определенному сочетанию размеров деталей в передней подвеске отрезок ГВ оказывается вне колеи, то плечо обкатки r считают отрицательным (рис. 2б).

Теперь посмотрим, что произойдет при торможении машины с диагональной раздельной схемой гидропривода тормозов. Предположим, что один из контуров (скажем, обслуживающий тормоза переднего правого и заднего левого колес) вышел из строя. При нажатии на педаль тормозятся переднее левое и заднее правое колеса (рис. 3). В точках контакта их с дорогой возникают тормозные силы, соответственно Fтп и Fтз.

Рис 3. Схема действия сил на автомобиль во время торможения при срабатывании лишь одного контура в раздельном диагональном приводе тормозов: Fтп — тормозная сила, приложенная к переднему колесу; Fтз — тормозная сила, приложенная к заднему колесу; Fи — сила инерции при торможении; К — величина колеи машины; Ми — момент от силы инерции, разворачивающий автомобиль.

Момент от силы инерции Fн, приложенной в центре тяжести ЦТ автомобиля на плече, равном половине колеи, станет разворачивать машину вокруг переднего левого колеса. Его лишь в небольшой степени будет нейтрализовать момент от силы Fтз, разворачивающий автомобиль в противоположном направлении вокруг заторможенного заднего правого колеса. Отдельно рассмотрим силу Fтп. Она значительно больше, чем Fтз (из-за перераспределения сцепного веса при торможении), поэтому для упрощения схемы действия сил условно будем считать, что тормозит только одно переднее колесо, и сила инерции разворачивает машину вокруг него. Но такая же примерно ситуация возникает при любой схеме, и даже если привод полностью исправен, но колеса одной стороны машины попадают при торможении на покрытие с малым коэффициентом сцепления (обледенелое, заснеженное, мокрое) или в случае разрыва на ходу шины одного из передних колес. Сохранить при этом заданное направление очень трудно, а иногда и невозможно. Кроме того, здесь управляемые колеса стремятся повернуться в ту сторону, где тормозная сила может быть реализована за счет более высокого коэффициента сцепления, резко увеличивая разворот автомобиля.

Обратимся к рис. 4. Управляемое колесо при торможении поворачивается относительно «шкворня», воображаемой оси АВ, под действием тормозной силы Fтп.

Усилие на руле снижено почти до нуля

При традиционном, положительном плече обкатки (отрезок ГВ на рис. 4а) возникает момент Мт, действующий в том же направлении, что и момент Ми, образованный силой инерции Fн на плече, равном половине колеи.

Рис 4. Действие сил и моментов на переднее левое колесо и автомобиль при торможении: а – при положительном плече обкатки; б – при отрицательном плече обкатки; Мт – дополнительный момент, возникающий при торможении. Остальные обозначения те же что и на рис. 3.

Если же сконструировать подвеску передних колес так, чтобы плечо обкатки получилось отрицательным (отрезок ВГ на рис. 4б), то произведение этого плеча на силу Fтп, приложенную в точке контакта Г колеса с дорогой, даст момент Мт, действующий в направлении, противоположном моменту Ми, и будет его нейтрализовать.

Во время сравнительных испытаний автомобилей с отрицательным и положительным плечами обкатки торможение производилось с начальной скорости 80 км/ч при отсутствии блокировки колес и отпущенном рулевом колесе. Один из контуров диагональной схемы привода при этом искусственно отключали. У модели с положительным плечом обкатки угол разворота относительно исходного направления движения составлял 140-160° при значительном боковом смещении. А модель с заложенным в конструкцию отрицательным плечом обкатки имела угол разворота в пределах 15-17°, то есть практически не отклонялась от первоначальной траектории. Это наглядное свидетельство несомненного преимущества отрицательного плеча обкатки при несимметричном торможении автомобиля.

Особенно интересны в этой связи и полученные на испытаниях данные о величине усилия или крутящего момента, которые необходимо приложить водителю к рулевому колесу, чтобы удержать машину на желаемой траектории при торможении. Момент на руле, необходимый для этого при положительном плече обкатки, достигает примерно 130 кгс*см, то есть при радиусе рулевого колеса 20-25 см водитель должен прикладывать усилие более 5-6 кгс. На автомобиле с отрицательным плечом обкатки момент на рулевом колесе в тех же условиях ничтожно мал и колеблется около нулевого значения. При этом корректировка траектории движения рулем не вызывает у водителя никаких трудностей.

Занос при торможении – в 10 раз меньше

Таков положительный эффект отрицательного плеча обкатки, который повышает безопасность за счет сохранения прямолинейной траектории при торможении или при попадании колес одной стороны на скользкий участок дороги.

А насколько большим может быть отрицательное плечо обкатки? Слишком большая его величина может привести к ухудшению стабилизирующих свойств рулевого управления, что придется компенсировать соответственно увеличением продольного наклона шкворня. Но такая «компенсация», в свою очередь, увеличит усилие на руле, что нежелательно. Поэтому у большинства машин величина отрицательного плеча обкатки колеблется в пределах от 2 до 10 мм, достигая в крайних случаях 18 мм (как сделано на «Ауди-80»). Другая крайность — модели с плечом обкатки, равным нулю («Мерседес-Бенц»).

Впервые отрицательное плечо обкатки было применено на переднеприводных американских автомобилях «Олдсмобиль-торонадо» и «Кадиллак-эльдорадо» в середине 60-х годов, а комбинация отрицательного плеча с диагональной схемой тормозных контуров впервые осуществлена на «Ауди-80» в 1972 году (рис. 5).

Преимущества подвески, обеспечивающей отрицательное плечо обкатки, оказались настолько очевидными и значительными, что почти все европейские и некоторые американские фирмы начали использовать такую конструкцию на своих новых моделях.

Источник