Niewidoczne siły

Producenci samochodów podają konkretne wartości wymiarowe, jakie mają występować między określonymi elementami zawieszenia pojazdu. Dokładnie chodzi o wzajemne położenie kół pojazdu, które gwarantuje bezpieczną jazdę oraz minimalizuje zużywanie się opon oraz elementów składowych zawieszenia.
Prawidłowe ustawienie kół samochodu kontroluje się i koryguje dla każdego koła, chyba że w zawieszeniu tylnym zastosowano sztywną belkę lub sztywny most napędowy. W takim przypadku kontroli podlega ustawienie całego mostu względem ramy lub nadwozia.
W przypadku przednich kół pojazdu najważniejszym parametrem geometrycznym jest zbieżność. Jest ona regulowana przez obrót śrubą mimośrodową mocującą wahacz albo przez obrót końcówki drążka kierowniczego na drążku wychodzącym z przekładni kierowniczej. Regulacji podlega także kąt pochylenia koła oraz kąt wyprzedzenia osi zwrotnicy.
Parametry zależne od obciążenia
Parametry geometryczne zawieszenia zmieniają się wraz ze zmianą obciążenia pojazdu wynikającego z przewożenia towarów, jazdy po łukach lub po nierównej drodze.
Podawane przez producenta wymiary i kąty regulacyjne zazwyczaj odnoszą się do kontroli pojazdu nieobciążonego, a jeśli jest inaczej, to konieczne jest sprawdzenie warunków kontroli zawieszenia w informacjach serwisowych lub w oprogramowaniu diagnostycznym. Najczęściej wszystkie parametry pomiaru są podpowiadane osobie obsługującej pojazd już po wprowadzeniu do formularza elektronicznego marki, modelu i rocznika samochodu.
Rozstaw osi
Podstawowym parametrem opisującym zawieszenie pojazdu jest rozstaw osi. Ogólną tendencją jest produkowanie pojazdów z możliwie jak największym rozstawem osi. Duży rozstaw osi poza takimi zaletami, jak wysoki komfort jazdy i zwiększenie przestrzeni pasażerskiej ma wady w postaci dużego promienia zawracania. Przy tym samym kącie skrętu kół przednich i mniejszym rozstawie osi uzyskuje się znacznie mniejsze promienie zawracania.
Rozstaw kół
Kolejnym wymiarem opisującym parametry zawieszenia pojazdu jest rozstaw kół, czyli odległość między płaszczyzną prostopadłą do osi i przebiegającą przez środek lewego koła a taką samą płaszczyzną przebiegającą prawego koła. Praktycznie we wszystkich zawieszeniach niezależnych mamy do czynienia ze zmianą rozstawu kół wynikającą z ruchów zawieszenia. Zjawisko to nie występuje w zawieszeniach zależnych (np. w przypadku sztywnych osi). Konstrukcja kinematyczna zawieszenia niezależnego wymusza nieznaczne zmiany rozstawu kół, które są tym większe, im większy jest skok zawieszenia.
Podczas jazdy po nierównościach zmiany rozstawu kół generują siły boczne działające na opony, koła oraz pozostałe elementy zawieszenia. Siły te zwiększają opór toczenia i mogą wpływać niekorzystnie na pracę układu kierowniczego. Są one odczuwalne tym bardziej, im niższy profil opony zastosowano w ogumieniu pojazdu. Siły te w większości wpływają na odkształcenie się opony podczas jazdy, co oznacza, że w samochodzie z wyższym profilem opony będą mniej odczuwalne dla kierowcy, co nie znaczy, że nie występują. Będą one w tym przypadku rozpraszane przez opony.
Konstrukcyjnie wartość zmiany połówkowego rozstawu kół można wyznaczyć za pomocą modelu wahaczy oraz zwrotnicy. Przez określenie środków obrotu poszczególnych wahaczy w miejscach ich montażu do ramy bądź podłużnicy oraz ustalenie na ich końcach miejsca montażu zwrotnicy można wykreślić drogę, po jakiej porusza piasta. W modelu pominięta została sprężystość tulei metalowo-gumowych, których się używa w miejscu połączenia wahaczy z podłużnicą (ramą). Podany przykład dotyczy zawieszenia dwuwahaczowego, jednak w przypadku zawieszenia z kolumną McPhersona zmiana rozstawu kół jest także zauważalna. Wynika to z faktu, że oś kolumny nie jest prostopadła do podłoża, na którym stoi samochód. W związku z tym każde przemieszczenie się koła wynikające z nierówności drogi, po jakiej porusza się samochód, wpływa na zmianę rozstawu kół.
Jest to spowodowane też przez samo umocowanie dolne kolumny, które realizowane jest najczęściej za pomocą wahacza trójkątnego, który swój środek obrotu ma w miejscu zamocowania do karoserii lub ramy. Koniec wahacza z dolnym sworzniem zwrotnicy podczas pracy zawieszenia porusza się torem łukowym.
Wskazówki pomiarowe
Pomiar zmian rozstawu kół jest możliwy do przeprowadzenia na samochodzie. Do tego celu koła danej osi należy umieścić na płytach przesuwnych. Dalej konieczne jest sprawdzenie zmian rozstawu kół podczas odbicia zawieszenia oraz dobicia. W tym celu należy za pomocą podnośnika unieść nadwozie do momentu, kiedy koła będą wytwarzały minimalny nacisk na płyty. Pomiar należy przeprowadzić w kilku położeniach zawieszenia w fazie odbicia oraz w kilku położeniach w fazie dobicia. Podczas pomiaru rozstawu należy rewidować wysokość położenia charakterystycznych punktów nadwozia w celu określenia dokładnej drogi jaką pokonuje.
Do pomiaru należy użyć płyt prowadzonych równolegle w osi poprzecznej do wzdłużnej osi pojazdu. Nie należy do tego celu używać płyt obrotowych, ponieważ mogą one wprowadzić zakłócenia w pomiarze ze względu na zmiany zbieżności kół wynikające z zależności kinematycznych w zawieszeniu (wraz ze zmianą obciążenia zawieszenia niezależnego zmienia się rozstaw kół, zbieżność i praktycznie wszystkie inne zależności wymiarowe).
Na ilustracji 4 przedstawiona jest charakterystyka porównawcza rozstawu kół przednich w różnych samochodach. Punktem wyjściowym był pomiar samochodu z obciążeniem zerowym (2 osoby po 68 kg), które gwarantowało odbicie zawieszenia wynoszące 35 mm. Przy maksymalnym obciążeniu osi zawieszenie ugina się od położenia zerowego na 42 mm. Przy odbiciu jednostronna zmiana rozstawu kół wynosi +4 mm, a przy odbiciu -8 mm, co oznacza, że różnica połówkowa w rozstawie kół w opisywanym przypadku wynosi 12 mm, co daje całkowitą różnicę na poziomie 24 mm.
Podczas rozpatrywania zmian rozstawu kół należy bezwzględnie zwrócić uwagę na położenie środka przechyłu bocznego samochodu. Gdy środek przechyłu bocznego umieszczony jest na powierzchni podparcia kół (jezdnia), to podczas pomiarów nie zaobserwuje się zmiany rozstawu kół.
Maciej Blum