Aby układ kierowniczy działał prawidłowo i nie stwarzał dodatkowych oporów ruchu podczas zmiany kierunku jazdy, konieczne jest zastosowanie tzw. zasady Ackermana, mówiącej, że przedłużenie osi wszystkich kół pojazdu musi się przecinać w jednym punkcie. Wynika to z faktu, że podczas jazdy po łuku każde z kół porusza się po okręgu o różnym promieniu, a tylko koncentryczne ustawienie tych okręgów spowoduje zminimalizowanie oporów ruchu.

W przypadku tylnego zawieszenia, które nie jest skrętne sprawa jest dość prosta, ponieważ osie obu kół pokrywają się. Aby było to możliwe w kołach skrętnych, konieczne było skonstruowanie układu kierowniczego pozwalającego na różne wychylenie koła lewego i prawego podczas skrętu kierownicą. Umożliwiła to trapezowa konstrukcja układu kierowniczego.

Zasadę Ackermana można opisać wzorem: ctg(α) = ctg(β) = a/L

Zbieżność

Poszczególne elementy zawieszenia oraz koła muszą być ustawione względem siebie w odpowiedni sposób, aby nie dochodziło do przedwczesnego zużycia opon, by pokonywanie zakrętów było bezpieczne oraz aby nie dochodziło do niepotrzebnych poślizgów kół. Kolejnymi kryteriami są też komfort jazdy oraz indywidualne cechy pojazdu, czyli na przykład jego sportowa charakterystyka.

Podstawowym parametrem zawieszenia jest zbieżność przednich kół. Jest ona określona przez każdego producenta pojazdów i gwarantuje ona utrzymywanie toru jazdy pojazdu na wprost bez „ściągania” go w lewo bądź w prawo. Zbieżność jest kątem między płaszczyznami symetrii kół przednich – lewego i prawego. Parametrem mającym zastosowanie podczas pomiarów geometrii jest jeszcze zbieżność połówkowa, czyli kąt między płaszczyzną koła lewego bądź prawego względem płaszczyzny symetrii pojazdu. Dla uzyskania minimalnych oporów toczenia przy zawieszeniach niezależnych konieczne staje się również minimalnie nierównoległe ustawienie kół względem wzdłużnej osi symetrii pojazdu. Przegubowe połączenia elementów zawieszeń ulegają bowiem pod wpływem działających sił pewnym sprężystym odkształceniom i przemieszczeniom w płaszczyźnie poziomej. Przy hamowaniu para kół na jednej osi staje się rozbieżna, natomiast podczas przyspieszania koła na osi napędzanej stają się zbieżne. Parametr zbieżności jest kluczowy, jeśli chodzi o pewne prowadzenie się pojazdu po prostej. Zbytnia rozbieżność lub zbytnia zbieżność zawieszenia sprawi, że podczas jazdy konieczne będą ciągłe korekty kierunku, a samochód będzie się poruszał niestabilnie. W zawieszeniach wielowahaczowych zbieżność ustawiana jest także na kołach tylnych. Prawidłowe jej ustawienie wpływa na zachowanie się pojazdu szczególnie w sytuacjach, kiedy uruchomiony jest układ aktywnego zawieszenia reagujący na siły boczne i przyspieszenia boczne.

Kąt pochylenia koła

Kąt pochylenia koła ma wartość dodatnią, gdy płaszczyzna koła po zewnętrznej stronie tworzy z powierzchnią jezdni kąt mniejszy od 90° (ilustracja 3). Kąt ten jest ujemny, gdy  płaszczyzna koła po zewnętrznej stronie tworzy z powierzchnią jezdni kąt większy od 90°. W aktualnie produkowanych samochodach kąt ten jest parametrem regulowanym albo przez mimośrodowe zawieszenie jednego wahacza poprzecznego lub przez regulację śrubową jego długości. W przypadku zawieszenia zależnego kąt ten zazwyczaj wynosi 0°, natomiast w zawieszeniach niezależnych ma wartość dodatnią. W samochodach sportowych kąt ten najczęściej jest ujemny (dół koła odchylony na zewnątrz) co sprawia, że pokonywanie zakrętów staje się pewniejsze. Zużycie się elementów metalowo-gumowych powoduje, że kąt pochylenia koła staje się jeszcze bardziej ujemny, co wpływa na przedwczesne zużywanie się opon oraz na skokową zmianę pochylenia koła np. przy zmianie kierunku jazdy. Uszkodzenie tych samych elementów wpływa także na zmianę w geometrii zawieszenia w płaszczyźnie poziomej.

Kąt wyprzedzenia sworznia zwrotnicy

Kąt wyprzedzenia sworznia zwrotnicy (ilustracja 4) – to mierzone w stopniach wzdłużne odchylenie od pionu osi obrotu zwrotnicy (może przybierać wartość dodatnią, gdy oś ta płaszczyznę jezdni przecina przed punktem styku z kołem lub ujemną, gdy przecina za tym punktem). Tylko wartość dodatnia powoduje samoczynne prostowanie się kół po wykonaniu zakrętu. To odchylenie wymuszone odpowiednią pozycją wahaczy albo punktami mocowania kolumny MacPhersona i wahacza wleczonego (pchanego lub trójkątnego) nazywamy kątem wyprzedzenia sworznia zwrotnicy. Kąt ten jest zazwyczaj nieregulowany tylko ustalony fabrycznie, jednak nieprawidłowy montaż któregoś z elementów sprężystych w zawieszeniu lub uszkodzenie tego elementu może bardzo znacząco wpłynąć na wartość tego kąta.

Odcinek wyprzedzenia osi zwrotnicy

Pochodną kąta wyprzedzenia sworznia zwrotnicy jest odcinek wyprzedzenia osi zwrotnicy, czyli odcinek wyznaczony na jezdni przez punkt styku koła z jednią i przedłużenie osi zwrotnicy do przecięcia się z jezdnią. Jeśli odcinek ten znajduje się przed kołem – w kierunku jazdy, to ma on wartość dodatnią, a jeśli za kołem – ujemną. Dodatnia wartość odcinka wyprzedzenia zwrotnicy generuje w układzie zawieszenia i kierowniczym siły samoczynnie ustawiające koło do jazdy na wprost. Ten mechanizm znamy dobrze z kółek w wózkach sklepowych czy krzesłach biurowych.

Promień zataczania

Dla zachowania się samochodu w ruchu istotne znaczenie ma również kąt pochylenia sworznia zwrotnicy w płaszczyźnie prostopadłej do wzdłużnej osi symetrii pojazdu. Pochyłe ustawienie sworznia wynika z faktu, że jego ustawienie w osi symetrii koła nie jest możliwe.  Im mniejszy promień zataczania, tym mniej siły potrzeba do kierowania pojazdem i mniejsze siły działają na elementy układu kierowniczego podczas manewrowania oraz hamowania. Ujemny promień zataczania powoduje większe trudności w konstruowaniu zwrotnicy niż dodatni, ale zapewnia samochodowi cenną właściwość samoczynnego korygowania toru jazdy podczas niesymetrycznego działania hamulców lub oporów nawierzchni (np. przy jednostronnym zjeździe na grząskie pobocze, głębokie wyboje itp.). Dopasowywanie się przednich kół kierowanych do różnych promieni skrętu na zasadzie wspomnianego trapezu kierowniczego wymaga nie tylko poprawnego ustawienia zbieżności, lecz także zachowania identycznych kątów skrętu obu zwrotnic (ilustracja 6).

Pomiar geometrii zawieszenia

W odróżnieniu od wielu innych części samochodu, które wymagają ustawienia parametrów, w przypadku geometrii kół nie można dokładnie określić czasu lub przebiegu, po upływie którego należy dokonać pomiaru. Podwozie samochodu jest ciągle obciążane – nawet wpadnięcie do głębokiej dziury na drodze, o czym kierowca po chwili zapomina, może spowodować długotrwałą zmianę w zbieżności kół. Niestety wraz z tą zmianą, auto nie zaczyna samoczynnie zmieniać toru jazdy, a kierownica jest ustawiona na wprost. Większość kierowców nie ma takiego wyczucia, aby zauważyć lub właściwie ocenić powyższe wady w prowadzeniu samochodu. Ale guma opony to odczuwa. Z czasem uwidaczniają się usterki na oponie, ale wtedy jest już za późno. Gdy kierowca przejedzie dziesiątki kilometrów, nawet najlepsze urządzenie do pomiaru geometrii już nic nie pomoże. Zużycie paliwa takiego samochodu znacznie wzrasta, auto przetwarza część ciężko wyprodukowanej energii na ścieranie gumy. Zużycie paliwa może się zwiększyć nawet o 4%, a ze względu na skośne ustawienie samochodu w stosunku do osi jazdy pogarsza się również współczynnik oporu powietrza samochodu.  4% to nie dużo, ale to już więcej niż oszczędność zużycia paliwa za pomocą opon o niskim oporze toczenia lub drogiego oleju syntetycznego o zmniejszonym tarciu.

Właściwości urządzenia

Co zrobić, żeby zakup urządzenia do geometrii się opłacał? Wprawdzie nie każdy klient zdecyduje się na przeprowadzenie pomiaru, lecz z pewnością będzie wdzięczny za udzieloną informację. Warsztaty samochodowe mogą przeprowadzić szybki pomiar każdemu klientowi, obojętnie z czym się zgłosi – tak byłoby najrozsądniej.

Warsztat nie poświęcałby na to zbyt wiele czasu, jeśli korzystałby z geometrii 3D. Za pomocą uchwytów szybkomocujących można szybko zamontować tarcze pomiarowe, a kompletną kontrolę wejściową ustawienia kół przeprowadzić już w ciągu jednej minuty. Przy bardzo dużych przebiegach można również zastanowić się nad zakupem bezdotykowego systemu skanowania laserem, oczywiście jeśli tylko pozwalają na to warunki panujące w danym warsztacie. W przypadku zakupu urządzenia z funkcją nastawczą, to osoba decydująca o zakupie powinna zaangażować do współpracy odpowiednich mechaników i mechatroników. Producenci oferują różny poziom łatwości w obsłudze i wygląd dostępnych opcji. Dotyczy to również rozdzielczości wyświetlacza. Również oferowany zakres funkcji jest inny, nie każde urządzenie posiada specjalne procedury dla danego producenta samochodów. Prosta i łatwa w obsłudze lista opcji poszerza liczbę osób mogących obsługiwać dane urządzenie w warsztacie.

© autoEXPERT

© autoEXPERT

Także w zakresie oprogramowania można spotkać się z dużymi różnicami. Niektóre programy oferują znaczną pomoc w postaci filmów pokazowych lub podpowiedzi pozwalających na identyfikację śrub regulacyjnych. W ten sposób już nie tylko specjalista od podwozia, ale każdy mechanik jest w stanie dokonać pomiarów i ewentualnej regulacji geometrii. Dla małego warsztatu może okazać się to bardzo istotnym argumentem, aby rozszerzyć zakres swojej działalności i tym samym pozyskać nowych klientów. Odnośnie właściwych wartości nastawczych istnieje wśród oferentów zgoda – wszyscy opierają się na oryginalnych wartościach nastawczych danego producenta samochodu.