Кажется, углы установки колес — тема совсем не актуальная. Владельцы новых иномарок даже не подозревают об их существовании, остальные — даст бог — помнят, что нужно заезжать на стенд регулировки развала-схождения раз тысяч эдак в пятнадцать. Однако исследования показывают, что тема себя не изжила
Как утверждают некоторые источники (впрочем, поручиться за их достоверность не берусь), углами установки колес всерьез занимались еще строители карет и прочих экипажей на конной тяге. Впрочем, учитывая те скорости, с которыми перемещались даже самые быстроходные гужевые повозки, можно легко предположить, что характеристики, получившие в ХХ веке наименование «стабильное поведение на прямой» и «курсовая устойчивость», были каретостроителям отнюдь не чужды.
Особую актуальность расположение колес относительно кузова и между собой приобрело с тех самых пор, как Эдуард Мишлен убедил автомобилистов (и прежде всего автогонщиков) в том, что пневматические шины — это не какая-то причуда, а вполне полезная вещь. Тут-то и пришлось инженерам-автомобилестроителям задуматься об уводах, равномерности износа и расположении пятна контакта. Стабильность последнего приобретала особую значимость, если предполагалось ехать сколько-нибудь быстро, да еще и сохранять хотя бы видимость контроля над автомобилем.
Сегодня принято оперировать тремя углами установки колес: развалом (camber в англоязычной литературе), схождением (сходимость, а у иноземцев — toe) и кастером (с иностранцами мы в этом совпадаем, а специалисты старой школы пользуются термином «выбег» — не путать с тем выбегом, который пробег на нейтральной передаче до полной остановки). Вот с определений и последствий регулировки всех трех, пожалуй, и начнем.
Полегче или постабильнее?
Кастер — угол продольного наклона оси поворота относительно вертикали. Это можно представить как отклонение условной стойки макферсона (поворотного кулака, шкворня — как кому нравится) от вертикали. И все же вообразить, что такое кастер, сложнее, чем посмотреть на картинку. Кастер отвечает за самостабилизацию управляемых колес и может быть как положительным (в этом случае ось поворота колеса отклонена назад относительно направления движения), так и отрицательным. Последний вариант встречается крайне редко, и вот почему. При отрицательном кастере автомобиль вроде и катится хорошо, и сопротивление на руле невелико, однако машина становится уж слишком послушной и откликается на управляющее усилие с энтузиазмом неврастеника. А еще у управляемых колес начисто пропадает желание возвращаться в нейтраль на выходе из поворотов. Словом, опасная это вещь — отрицательный кастер. На легковых машинах его можно наблюдать разве что при очень уж «ушатанной» подвеске (передние колеса смещаются назад) или при неумеренном лифте задней оси (все еще встречаются последователи этой моды времен развитого социализма). Обычно кастер устанавливается производителем в пределах 1—5°в плюс, правда, крайнее значение чаще выбирают спортсмены (у них он доходит даже до +7°). Исключением из числа массовых производителей является, пожалуй, только марка MercedesBenz, инженеры которой заваливают кастер аж до 20°.
«Домиком» или «косолапо»?
«Колеса набок» — однозначный визуальный признак положительного кастера, который так любят гонщики и гоночные инженеры
В отличие от кастера угол развала колес регулируется и на передней, и на задней оси. Как явствует из лексики, угол этот — не что иное, как отклонение плоскости колеса от вертикали. Если расстояние между верхними краями колес меньше, чем между нижними, развал отрицательный (колеса «домиком»), если все наоборот, положительный («косолапо»). Переборщив в любом из направлений, можно добиться только повышения износа соответственно или внутренней, или внешней части протектора. В целом же задача, которую решают инженеры-подвесочники, подбирая правильный угол развала, — оптимизация пятна контакта наружных (самых нагруженных в повороте) колес. В «гражданском» автомобилестроении развал ограничивается долями градуса (вплоть до одного) и в минус либо вообще равен нулю. Но и тут важно не переборщить, потому что при кренах кузова угол развала меняется в пределах, удержать которые в рамках разумного — тоже задача подвесочников.
А кому нужен положительный развал? Тем, кто, например, собрался погонять по овалам (в «овальных» гонках, когда поворот происходит все время в одну сторону, можно встретить даже комбинацию положительного и отрицательного углов развала — все для победы) или рассчитывает на внушительную нагрузку всего автомобиля (или задней оси).
Внутрь или наружу?
Разные углы развала левого и правого колес — нормальное явление в кольцевых гонках. Во время соревнований на овалах больше «заваливают» правое колесо
Схождением называют угол между плоскостью вращения колеса и продольной осью автомобиля. Термин этот применим как к управляемым, так и к более «ленивым» колесам, а сам угол (как и развал) может быть отрицательным (колеса смотрят наружу, в англоязычных справочниках это называется toe-out) или положительным(toe-in).
Для стабильного прямолинейного движения передняя ось должна иметь легкое положительное схождение, причем не в статике, а в динамике с учетом сил сопротивления качению, тяги (если передний привод), податливости шарниров и опор, в общем, эластокинематике подвески.
Схождение задних колес тоже влияет как на устойчивость движения по прямой, так и на «охотность» автомобиля поворачивать (недостаточная или избыточная поворачиваемость). Например, отрицательное схождение колес задней оси порождает склонность авто к заносу. В общем, все очень сложно и взаимосвязано.
На практике же схождение, во-первых, редко превышает 0,2°, а во-вторых, если и отличается от нуля, то только в плюс. Хотя бы потому, что торможение, как ни крути, важнее разгона. А при замедлении от отрицательного схождения — один вред. Колеса разъезжаются, что никак не способствует повышению стабильности.
От карет к лыжам
Mercedes-Benz F400 Carving — удивительный концепт. Не просто потому, что в конструкцию его заложены интересные инновации вроде изменяемого угла развала или электронного рулевого управления steer-by-wire, но и потому, что все это работает
Если все так понятно и теоретически обосновано (еще со времен каретостроения), может быть, закрыть вопрос с этими углами? В принципе дефакто он уже закрыт. Многие производители даже не предписывают регулировку углов, за исключением случаев замены элементов подвески. Однако творческая инженерная мысль не стоит на месте, порождая порой уникальные явления.
Такие, как, например, концепт Mercedes-Benz F400 Carving. В 2001 году штутгартские инженеры построили двухместный родстер, «обученный» наклонять внешние колеса в сторону поворота — так, как это делают мотоциклисты. Развал изменяется в пределах 20°, что позволяет проходить повороты с поперечной перегрузкой в 1,28 g. Не «Формула 1», конечно, но почти на треть «упрямее», чем у аналогичных по массе и энерговооруженности автомобилей с фиксированными углами развала. Конечно, при таких девиациях развала, как на «карвинге», жизнь обычных покрышек исчислялась бы километрами, да и реализовать потенциал идеи было бы проблематично. Поэтому специально для F400 разработаны специальные особо цепкие шины с направленным рисунком и скошенными боковинами. Перегрузки в поворотах — не единственное применение для хитрой гидропневматической подвески «карвинга». Взаимодействуя с системой ESP, шасси помогает быстро стабилизировать автомобиль. А при экстренных торможениях «складываются» все четыре колеса — чтобы максимально задействовать цепкую часть протектора шин. В общем, замечательный аппарат F400. Жаль, что в серию так и не пошел.
Альтернатива мультилинку
Подвеска F400 — произведение инженерного искусства. Даже приводы ведущих колес могут «вырасти» на 40 мм
В отличие от немецких коллег англичане из Prodrive решили поиграть не развалом, а схождением. В принципе механизм автоматической регулировки этого угла известен уже давно и называется «многорычажная подвеска» или «мультилинк».
Большинство водителей каждый день пользуются этими хитрыми механическими системами, даже не зная об этом. А между тем на моделирование и доводку многорычажных подвесок уходят тысячи человекочасов и сотни километров полигонных испытаний — ведь они не только должны правильно работать, но и соответствовать представлениям о поведении автомобиля, принятым на предполагаемых рынках сбыта. В Германии, например, предпочитают несколько избыточную поворачиваемость, во Франции — нейтральную. Вот и решили в Prodrive искоренить проблему, установив несложный механизм (устройство которого, впрочем, держится в строжайшем секрете) хоть на неразрезную заднюю балку. Таким образом можно получить подвеску, способную менять угол схождения по «зашитой» в блок управления программе. Эффект такого новшества очевиден — экономия средств и пространства в области задней оси, универсальность конструкции... Теперь англичане ищут партнеров с производственной базой, достаточной для реализации идеи в металле, потому что силами небольшой инжиниринговой конторы даже ходовой прототип создать невозможно.
Неизвестно, как сложится судьба британской разработки, но одно можно сказать точно: «угловая» тема в автомобилестроении еще не закрыта.
