Regulacja geometrii podwozi

Fot. Hunter, archiwum

Kontrola i ewentualna korekta ustawienia kół konieczna jest nie tylko po wszelkich naprawach zawieszeń i układów kierowniczych, lecz także okresowo w trakcie normalnej eksploatacji pojazdu.

Zgodne z danymi fabrycznymi geometryczne ustawienie kół zapewnia pojazdowi optymalny kontakt opon z nawierzchnią drogi, czyli w konsekwencji: minimalne opory toczenia i maksymalną przyczepność podczas hamowania, przyspieszania i pokonywania zakrętów. Ma więc bardzo istotny wpływ na bezpieczeństwo jazdy, zużycie paliwa i ogumienia.

W trakcie kontroli geometrii podwozi sprawdza się zarówno parametry przewidziane przez konstruktora pojazdu do korygowania metodą regulacji, jak również te nieregulowane, których nieprawidłowe wartości świadczą o uszkodzeniach lub odkształceniach zawieszeń. Jeśli jednak zły stan techniczny łożysk kół, ruchomych połączeń zawieszeń i układu kierowniczego, a także sprężystych elementów resorujących daje się stwierdzić bezpośrednio, najpierw trzeba usunąć występujące usterki, a dopiero potem przystąpić do kontrolnych pomiarów.

Dążeniem producentów pojazdów jest maksymalne upraszczanie ich obsługi. Dlatego w nowoczesnych samochodach niemal wszystkie geometryczne parametry ustawienia kół uregulowane są konstrukcyjnie na stałe, choć wszystkie podlegają okresowej kontroli. Jedyną więc metodą eliminacji nieprawidłowości występujących w tym zakresie pozostaje wymiana podzespołów za nie odpowiedzialnych. W pojazdach starszych podobny tryb postępowania obowiązuje dopiero wówczas, gdy poprawy wadliwego parametru nie udaje się osiągnąć w granicach dopuszczalnej regulacji korygującej.

Ponieważ wartość parametrów regulowanych i nieuregulowanych uzależniona jest przeważnie od obciążenia pojazdu, w fabrycznych instrukcjach obsługi podaje się ściśle określone (wielkość i rozkład obciążenia) warunki dokonywania pomiarów.

Zbieżność kół kierowanych

W nowoczesnych samochodach osobowych i dostawczych jest to jedyny parametr podlegający regulacji w trakcie okresowych przeglądów serwisowych.

Zbieżność kół jednej osi

Zbieżnością nazywamy nierównoległość ustawienia kół przedniej osi przy ustawieniu mechanizmu kierowniczego do jazdy na wprost. Zbieżność mierzona jest w milimetrach (rzadziej w stopniach kątowych) i może przybierać wartości dodatnie (gdy wierzchołek kąta tworzonego przez płaszczyzny obrotu kół znajduje się przed osią) lub ujemne, zwane też rozbieżnością (gdy wierzchołek kąta tworzonego przez płaszczyzny obrotu kół znajduje się za osią).

Konieczność nierównoległego (w warunkach statycznych) ustawienia kół wynika z nieuniknionej podatności przegubowych połączeń elementów zawieszeń niezależnych. Ulegają one bowiem sprężystym odkształceniom i przemieszczeniom w płaszczyźnie poziomej pod wpływem sił działających podczas jazdy. Przeważnie (lecz zależy to od konkretnej konstrukcji zawieszenia) przednie koła nienapędzane mają w związku z tym tendencję do rozchylania się na boki, napędzane zaś skręcają się ku sobie. Przy prawidłowo dobranej zbieżności koła dopiero w ruchu powinny ustawiać się równolegle.

Decydują o tym jednak nie tylko przyjęte wartości regulacyjne, lecz także prędkość jazdy, obciążenie pojazdu oraz rodzaj ogumienia i nawierzchni drogi. Dlatego w fabrycznych instrukcjach dane dotyczące zbieżności kół nie są podawane jednoznacznie, lecz określają przedziały zalecanych wartości. Optymalna regulacja musi mieścić się w tych granicach i odpowiadać najczęściej występującym warunkom eksploatacyjnym. Mechanik lub diagnosta dokonujący przeglądu znać ich nie musi. Wystarczy, jeśli skontroluje dodatkowo równomierność zużycia bieżników przednich kół. Gdy bardziej starte są ich partie zewnętrzne, zbieżność należy zmniejszyć, a gdy wewnętrzne - zwiększyć.

Zbieżność kół przednich we wszystkich rodzajach zawieszeń regulowana jest identycznie - przez zmianę długości drążków kierowniczych, dokonywaną metodą wkręcania bądź odkręcania gwintowanych połączeń na obu ich końcach. Drążek obracany kluczem rurowym przyciąga lub odpycha zwrotnicę, zmieniając wzajemne ustawienie kół. Korekta ta powinna być przeprowadzana dla obu kół symetrycznie. Dlatego warunkiem prawidłowego jej wykonania jest podział zbieżności całkowitej na dwie identyczne zbieżności połówkowe, według których oba koła ustawia się oddzielnie. Lekceważenie tej zasady może być bowiem przyczyną nieprawidłowego działania tzw. trapezu kierowniczego, czyli trudności w utrzymywaniu prostego kierunku jazdy, nierównych promieni skrętu pojazdu w lewo i w prawo, nadmiernego i asymetrycznego zużycia ogumienia przednich kół.

W odniesieniu do nowoczesnych niezależnych zawieszeń tylnych kontrola zbieżności kół przebiega podobnie, jak w przypadku osi kierowanych, lecz z reguły nieprzewidziane są tu żadne zabiegi regulacyjne. W starych konstrukcjach wykorzystywane były do tego celu przesuwne mocowania półosi do wahaczy lub wahaczy do konstrukcji nośnej pojazdu.

Kąt pochylenia koła

Jest to również parametr statyczny, dający się kontrolować wyłącznie przy ustawieniu pojazdu na płaskim, poziomym podłożu. Przy sztywnych osiach (mostach) napędzanych ma on z konieczności wartość zerową, co znaczy, że płaszczyzny obrotu obu kół są równoległe do pionowej płaszczyzny wzdłużnej symetrii samochodu. Ogromna większość popularnych samochodów osobowych z zawieszeniami niezależnymi charakteryzuje się dodatnimi kątami pochylenia kół, czyli wysunięciem na zewnątrz ich górnych części. Rozwiązanie takie zapewnia lepszy kontakt bieżników opon z drogą, która ma przeważnie wypukły przekrój poprzeczny. Jednak w niektórych modelach szybkich samochodów stosuje się ujemne kąty pochylenia kół dla zwiększenia przyczepności poprzecznej na zakrętach.

We wszystkich współczesnych konstrukcjach zawieszeń niezależnych kąt pochylenia jest fabrycznie ustawiony na stałe przez odpowiednie wymiary wahaczy i niezmienne punkty mocowania kolumn McPhersona. W starszych rozwiązaniach stosowane były różne metody regulacji, jak wymienne podkładki dystansowe przy zamocowaniach wahaczy do konstrukcji nośnych, obrotowe sworznie mimośrodowe, przesuwne połączenia kolumn McPhersona ze zwrotnicami itp.

Podczas eksploatacji pojazdu kąty pochylenia kół ulegają stopniowemu zmniejszaniu się (wartości dodatnie maleją, ujemne rosną). Nie dotyczy to tylko rzadkich już dzisiaj zawieszeń o skoku prostoliniowym, wymuszanym na przykład przez parę poprzecznych wahaczy o jednakowej długości. Przyczyną jest postępujące odkształcanie się elementów resorujących, więc nieprawidłowe wyniki pomiarów geometrycznych sygnalizują konieczność wymiany sprężyn.

Kąty sworznia zwrotnicy

Kąt wyprzedzenia sworznia zwrotnicy jest mierzony w stopniach wzdłużnym odchyleniem od pionu osi obrotu zwrotnicy, istotnym dla prawidłowego funkcjonowania układu kierowniczego. Może przybierać wartości dodatnie (gdy oś ta przecina płaszczyznę podłoża przed punktem jego styku z kołem) lub ujemne (gdy punkt przecięcia płaszczyzny przez oś obrotu wypada za stykiem koła z podłożem). Prawidłowe są tylko wartości dodatnie, ponieważ powodują one samoczynny powrót zwrotnic do pozycji neutralnej po wykonaniu zakrętu. Parametr ten w nowoczesnych samochodach nie podlega regulacji, a nieprawidłowe jego wartości świadczą o uszkodzeniu (odkształceniu) zawieszenia lub konstrukcji nośnej pojazdu.

Kąty kół i zwrotnic

Dla zachowania się samochodu w ruchu istotny jest również kąt poprzecznego pochylenia sworznia zwrotnicy. Pochyłe jego ustawienie wynika z faktu, że umieszczenie zwrotnicy w płaszczyźnie obrotu koła jest ze względów konstrukcyjnych bardzo utrudnione. Z zastosowanego kąta pochylenia i zewnętrznej średnicy kola wynika tzw. promień zataczania, czyli mierzona na płaszczyźnie jezdni odległość między punktami jej przecięcia przez oś obrotu zwrotnicy i pionową oś symetrii koła. Im mniejszy promień zataczania, tym lżej skręcają się zwrotnice i mniejsze są siły działające na drążki układu kierowniczego podczas hamowania.

Promień ten może przyjmować w konkretnych konstrukcjach wartości dodatnie (gdy oś zwrotnicy przecina płaszczyznę jezdni po wewnętrznej stronie koła) lub ujemne (gdy punkt przecięcia wypada na zewnątrz pionowej osi symetrii koła).

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 przy nierównomiernych oporach nawierzchni, jednostronnym zjeździe na grząskie pobocze, głębokie wyboje itp.

Problem z promieniem zataczania pojawia się w samochodach tuningowanych przy okazji zastosowania szerszych kół i tarcz dystansowych zwiększających ich rozstaw. Prawidłowe rozwiązanie polegać tu może na zastąpieniu zwrotnic oryginalnych specjalnymi o większym kącie poprzecznego pochylenia sworznia.

Urządzenia pomiarowe

Początkowo do pomiarów geometrii podwozi używano wyłącznie przyrządów o mechanicznej zasadzie działania. Dziś wyszły one już niemal całkowicie z użytku jako uciążliwe w obsłudze i mało dokładne. Ich miejsce zajęły różne konstrukcje urządzeń optycznych.

Geometryczna zasada działania laserowego systemu pomiarowego

^{Rys.: Geometryczna zasada działania laserowego systemu pomiarowego}

Optyczna metoda pomiarów polega na przytwierdzeniu do obręczy badanych kół projektorów optycznych (zwykłych lub laserowych), emitujących wąskie promienie światła na ustawione przed pojazdem ekrany. Usytuowanie punktów świetlnych względem naniesionego na ekran układu współrzędnych pozwala określić:

zbieżność całkowitą i połówkową (gdy źródło światła przesuwa się poziomo i równolegle do obręczy koła na wysokości jego osi);
pochylenie koła (gdy źródło światła porusza się równolegle do obręczy między jej najwyższym a najniższym punktem);
wyprzedzenie sworznia zwrotnicy (gdy podczas skręcania koła z przytwierdzonym do niego projektorem obserwuje się ruch punktu świetlnego na ekranie umieszczonym równolegle lub prostopadle do wzdłużnej osi symetrii pojazdu);
kąty skrętu kół i ich różnice (podczas ruchu na obrotnicach kół z przymocowanymi źródłami światła).

Niektóre z tego rodzaju przyrządów mogą dodatkowo mierzyć śladowość kół i nierównoległość osi, czyli parametry bardzo istotne w pojazdach wieloosiowych.


^{Rys.: System pomiarowy z głowicami biernymi (zwierciadlanymi)}	^{Rys.: Moduł centralny i przenośny panel sterowania systemu z czujnikami CCD}

Najczęściej dziś stosowane komputerowe systemy pomiarowe bazują również na optyce, ale wykorzystującej technikę laserową lub kamery CCD, mierzące wymiary liniowe i kątowe dziesięciokrotnie dokładniej niż tradycyjne przyrządy mechaniczne i optyczne. Czujniki pomiarowe CCD (z elektronicznymi fotoelementami) zasilane z własnych akumulatorów zastępują projektory mocowane do obręczy kół i bezprzewodowo (promieniowaniem podczerwonym lub falami radiowymi przekazują wyniki pomiarów do centrali, którą jest komputer PC z odpowiednim oprogramowaniem. W konkurencyjnych rozwiązaniach zamiast źródeł światła laserowego mocuje się do obręczy kół reflektory odbijające promienie świetlne wysyłane z centralnego modułu.

Wszystkie funkcje skomputeryzowanych systemów, jak również wyniki pomiarów są wyświetlane na kolorowym monitorze na tle graficznego schematu podwozia. Jest więc możliwe bezpośrednie porównywanie wartości wzorcowych i rzeczywistych.