Развал или схождение?

ВЛИЯНИЯ КОНТРОЛЬНОГО УГЛА СХОЖДЕНИЯ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ НА СВОЙСТВА ШИН

Контрольные параметры пневматических колес управляемых и неуправляемых мостов.
Говоря об угле схождения колес, мы будем понимать два параметра: первый, так называемый установочный угол схождения колес, второй — настоящий угол. В качестве установочных параметров моста можно назвать углы развала активных и пассивных колес (для каждого  колеса в отдельности), а также углы схождения активных и неактивных колес. Последние рассматриваются как функции взаимного положения левого и правого колес. В определенных условиях можно говорить об угле схождения одного колеса. 1/2 угла схождения управляемых колес в процессе прямого движения автомобиля по прямой поверхности при нулевом угле развала равна углу между плоскостью вращения колеса и осевой линией автомобиля. Правильно отрегулированный в стационарах угол схождения в идеальном случае должен обеспечить нулевой текущий угол схождения (при нулевом угле развала) и параллельное расположение колес при горизонтальном передвижении автомобиля.

Нерациональный выбор начального (установочного) угла схождения способствует изменению параметра заданного угла схождения пары колес от нулевого и, как следствие, появлению  воздействия боковых сил.  Это ведет к снижению устойчивости автомобиля против заносов и ухудшению маневренности, к повышению износа шин и увеличению силы трения при движении, а также к увеличению расхода топлива.

Основная роль установочного угла схождения — обеспечение некоторой компенсации неконтролируемого неблагоприятного изменения текущего параметра угла схождения  в процессе эксплуатации автомобиля. Другими словами, корректно выбранное значение установочного угла схождения дает отдельные наиболее благоприятные средние показания значений текущего угла схождения для выбранных условий эксплуатации. В других условиях эксплуатации это значение установочного угла оптимальным не будет.

Сказанное выше подтверждают практика и выполненные за многие годы исследования. Значения установленных углов схождения активного и пассивного мостов автомобиля существенно влияют на важнейшие качества автомобиля, характеризующие его  безопасность и экономичность. Изменения угла схождения при горизонтальном прямолинейном  движении автомобиля обусловлено влиянием так называемых негативных боковых сил Fy, воздействующих на автошины колес установленных на одной оси, равных по модулю и направленных  друг другу. В режиме прямолинейного движения автомобиля они не только бесполезны, но и вредны.
Появление таких негативных сил снижает устойчивость автомобиля, ухудшает характеристики управляемости, вызывает повышение нагрузок в ходовой части автомобиля, что  приводит к существенному и интенсивному износу шин. Следствием изменения угла схождения является пилообразное (зубчатое) изнашивание протектора одновременно двух шин.

Связь углов установки  развала и схождения на износ  автомобильных шин.

Примерно полвека назад проблема износа шин заставила инженеров и исследователей заняться вопросом обеспечения рациональных установочных углов схождения на различного типа автомобилях. Еще большую остроту проблема настройка оперативных углов схождения приобрела с повышением средней  скорости движения массового легкового автотранспорта и связанным с этим снижением безопасности на дорогах. В результате изучения было определено, что боковая негативная сила практически равна нулю, если принять  значение контрольного угла схождения равным 0,15 значения угла развала.

Примерно такую же оценку связи углов развала и схождения можно найти в работах исследователя Вонга. По сведениям изучавших этот вопрос авторов, наблюдаемая в последние годы тенденция изменения угла развала характеризуется его стремлением к нулю. В соответствии с данными исследований, при увеличении только угла схождения приращение износа боковой дорожки является степенной функцией с показателем степени, равным примерно 2. При увеличении только угла (текущего) развала износ автошин немного ниже и преимущественно односторонний. Установка колес и с развалом, и со схождением вызывает односторонний и прогрессивный износ автомобильных шин.

Исследователи изучают экспериментально полученные результаты, которые отражают, что при угле развала 0,0175 рад (1°) боковая негативная сила минимальна, если угол схождения 0,0026 рад (09'). При таких значениях углов увеличение износа (от  их нулевых значений) составляет около 20 %. Если угол развала возрастает в 2 или 3 раза, то приращение износа возрастает соответственно в 4 или 9 раз. В работе  отмечено, что попытки непосредственно использовать соотношения и модели, определяющие интенсивность износа протектора для каждого конкретного вида износа с последующим их суммированием для прогнозирования общего ресурса шины по износу, вряд ли могут увенчаться успехом.
Согласно приведенными в  данным, при отклонении угла схождения на 1◦ износ шины увеличивается на 120. . .180 %. В качестве одного из выводов в работе указывается, что следует стремиться к тому, чтобы при прямом движении машины контрольные углы схождения колес имели показатели, более  близкие к нулю.
В работах исследователе указано, что в ряде случаев износ автошин  имеет квадратичную зависимость от боковых сил, а более поздние работы показали, что степень рассматриваемой зависимости еще более высокая, чем 2.

Академик Е.А. Чудаков пришел к выводу о необходимости отойти от принятой формы рулевой трапеции. Он предложил приблизить форму трапеции к форме прямоугольника, что способствует более устойчивому движению автомобиля на повороте, поскольку приводит к увеличению угла схождения колес. Идею Е.А. Чудакова разрабатывали Ю.Г. Стефанович, Г.А. Гаспарянц, Я.Е. Фаробин и другие исследователи.
Дальнейшие изучения отразили, что подобное изменение формы трапеции не является благоприятным для всех основных  режимов движения легковых автомобилей. Выявлено, что для машин с недостаточной поворачиваемостью, развивающейся с увеличением скорости движения, больше подходит рулевая трапеция с более острыми углами. Это противоречие весьма характерно для пройденного периода развития автомобильных конструкций, оно естественно, так как ни одно из решений формы рулевой трапеции не способно обеспечить наилучшее значение углов схождения колес во всем диапазоне возможных режимов. Кроме того, этот вопрос нельзя решать, не рассматривая конкретную систему подвески управляемых колес и рулевого привода к ним.

В зависимости от субъективных восприятий и оценки режимов движения конструкторы приспосабливают машину к тем или иным режимам, пренебрегая другими. Отсюда и различные мнения по поводу рациональных значений углов рулевых трапеций. Современные исследователи отмечают отсутствие единства в вопросе о правильном выборе значений параметров основной рулевой трапеции. Авторы исследований указывают, что рациональные кинематические характеристики рулевых приводов отличаются от рассчитанных по формулам для рулевой трапеции.

Например, у легковых автомобилей, эксплуатируемых с высокими скоростями на автострадах с хорошими сцепными свойствами, целесообразно увеличивать контрольные углы поворота наружного колеса, приближая их параметры к значениям углов поворота внутреннего колеса. По мнению авторов, это способствует уменьшению радиусов поворота и увеличению боковой силы на наружном колесе.
Экспериментальные характеристики увода шин, полученные в стендовых условиях, широко представлены в современной литературе, посвященной этому вопросу. Противоречий по поводу этих характеристик, как правило, не возникало, и можно считать, что они являются общепринятыми.

Критерии оценки оптимальности угла схождения.

Одним из методов диагностирования установочных углов активных колес является измерение боковых сил в контакте с барабанами бегового стенда (силовой метод) в процессе имитации движения легкового автомобиля в двух режимах: качение колес без вертикальных перемещений их осей и качение колес при вертикальных колебаниях их осей в некотором диапазоне частот. Наблюдаемая в процессе подобных исследований сложность взаимной связи ряда параметров, определяющих какое-либо эксплуатационное свойство автомобиля, приводит к необходимости диагностирования так называемых выходных параметров. К ним относят параметры, которые отражают функциональные качества объекта в конкретных условиях. Такие параметры часто называют интегральными. Интегральное качество боковой силы объясняют ее функциональными связями с параметрами структурных элементов ходовой части автомобиля.
Качество и количество информации, получаемой при диагностировании по боковым силам, превосходит качество и количество информации, получаемой при диагностировании по значениям установочных углов. Интегральный характер боковых сил дает возможность при испытаниях в стационарных условиях учесть множество факторов, влияющих на качение колес.