Fot. Autor

Badania wybranych parametrów samochodowego układu jezdnego prowadzone są w Stacjach Kontroli Pojazdów na liniach diagnostycznych, w skład których wchodzą urządzenia płytowe do "dynamicznej oceny ustawienia kół".

Powyższą, powszechnie używaną nazwę tego stanowiska celowo wzięliśmy w cudzysłów, ponieważ w niewielkim tylko stopniu odpowiada ona rzeczywiście realizowanym funkcjom kontrolno-pomiarowym. Przez geometrię ustawienia kół rozumie się bowiem w samochodowej technice cały zespół wielkości liniowych i kątowych decydujących o prawidłowej współpracy obwodu koła z nawierzchnią, od której zależą: opory toczenia się pojazdu, zdolność samoczynnego utrzymywania prostoliniowego kierunku jazdy, długość drogi hamowania, intensywność i regularność zużywania się bieżników opon, a także eliminacja niepożądanych drgań.

Do parametrów tych należą: równomierność rozmieszczenia kół i prostopadłość osi względem wzdłużnej linii symetrii pojazdu, zbieżność całkowita i połówkowa kół tej samej osi, kąty pochylenia kół względem płaszczyzny pionowej, kąty pochylenia i wyprzedzenia sworzni zwrotnic. Ich prawidłowe wartości wraz z dopuszczalnymi tolerancjami są przez konstruktorów samochodów ściśle określane i zamieszczane w technicznych charakterystykach poszczególnych modeli jako wytyczne obowiązujące przy diagnozowaniu, regulacjach i naprawach.

Działanie i przydatność testera płytowego

Urządzenie to, zwane często "płytą zbieżności", służy do pomiaru poprzecznego  przesuwu ruchomej płyty podczas wzdłużnego, prostoliniowego przejazdu przez nią sprawdzanego koła (rys. 1). Wykorzystywana w tych przyrządach komputerowa technika obliczeniowa uwzględnia wzorcowe dane badanego pojazdu i skraca czas pomiaru. Jednak w rzeczywistości mierzona wielkość nie jest jednoznaczna (nie jest to bynajmniej siła styczna, poprzeczna), gdyż zależy od geometrycznej wypadkowej wszystkich  składowych sił bocznych, wywoływanych zarówno przez kąty zbieżności i pochylenia kół, śladowość i równoległość osi, jak i przez pozostałe kąty geometrii układu kierowniczego i jezdnego oraz parametry zawieszenia.

Rys. 1

Zatem wielkość przesuwu płyty pomiarowej nie daje się kojarzyć wyłącznie z którymkolwiek z wymienionych czynników. Można jednak ustalić, jakie jej maksymalne granice są dopuszczalne z punktu widzenia bezpieczeństwa jazdy, przy określonej prędkości ruchu. Wówczas stwierdzenie nadmiernego przesuwu bocznego płyty, tak czy inaczej zobowiązuje do przeprowadzenia dokładnej diagnostyki geometrii całego układu jezdnego pojazdu, gdyż rutynowemu badaniu poddane jest tylko jedno kierowane koło osi przedniej.

Kompleksowa regulacja ustawienia kół

Gdy napędzana jest oś tylna, przednia pełni rolę osi pchanej, a na jej kołach w płaszczyźnie styku opony z jezdnią występują siły oporu toczenia skierowane przeciwnie do ruchu pojazdu. Siły te, działając na ramię (ra) tworzone przez zwrotnicę, wywołują momenty przenoszone przez trapez układu kierowniczego (rys. 2). Tak dzieje się po obu stronach tej samej osi, lecz nie zawsze w jednakowym stopniu. Powstające podczas jazdy momenty powodują, że płaszczyzna środkowa koła ma tendencję do ustawiania się rozbieżnego, co jest niwelowane przez kasowanie wywołujących drgania luzów technologicznych w układzie kierowniczym. Zatem zbieżność całkowita dla danej osi pojazdu musi być tak dobrana, aby koła jezdne osi podczas ruchu ustawiały się równoległe do kierunku jazdy.

Rys. 2

Przy napędzanych kołach przednich (rys. 3) zachodzi zjawisko odwrotne, czyli tendencja do ich zbieżności niwelowanej rozbieżnym ustawieniem wstępnym.

Rys. 3

Tylko taka przeciwstawna regulacja może wówczas sprawić, iż napędzane koła przednie toczyć się będą równolegle do kierunku ruchu pojazdu, co jest (przy równoczesnej eliminacji luzów stanowiących przyczynę chybotliwych drgań) także warunkiem najmniejszego zużycia opon podczas jazdy na wprost.

Rys. 4

Takie dokładne ustawienie kół pojazdu zarówno osi przedniej, jak i tylnej należy do serwisu układu jezdnego (rys. 4). Potwierdzić je mogą jedynie prawidłowe wyniki pomiaru tak kątów zbieżności, jak i kątów pochylenia kół osi przedniej i tylnej. Niewłaściwa zbieżność całkowita lub niejednakowe kąty zbieżności połówkowej badanej osi powodują nierównoległe względem płaszczyzny środkowej pojazdu toczenie się kół podczas jazdy na wprost, zwiększenie oporów ruchu i nadmierne zużywanie się bieżników opon. W tych warunkach nie zostają też skompensowane luzy technologiczne, powodujące powstawanie drgań.

Odpowiedni sprzęt kontrolno-pomiarowy

Prawidłowy pomiar zbieżności powinien być przeprowadzany dokładnymi urządzeniami optycznymi, mierzącymi zbieżności połówkowe poszczególnych kół danej osi oraz ich sumę jako zbieżność całkowitą (rys. 4). Dotyczy to zarówno osi przednich, jak i tylnych, w których błędy ustawienia również są groźne, gdyż powodują samoczynne znoszenie pojazdu z zadanego kierunku jazdy. Jest to zjawisko zagrażające bezpieczeństwu jazdy oraz zwiększające opory toczenia i zużycie opon. Powoduje ono, oczywiście, pojawienie się siły bocznej na najazdowej płycie urządzenia diagnostycznego, lecz objawy te mogą mieć także całkiem inne przyczyny.

Rys. 5–6

Efekt poprzecznego przesunięcia płyty może być również spowodowany złymi parametrami opony, na przykład jej "stożkowatością" wynikającą z niejednakowej sztywności promieniowej prawego i lewego boku (rys. 5). Siłę generowaną w ten sposób można zmierzyć, na przykład stosując wyważarkę marki Hunter z tak zwanym "testem drogowym". Polega on na pomiarze działającej na koło siły osiowej przy jego obciążeniu przez dodatkową rolkę o sile docisku równoważnej 500–700 kG.

Działająca na bieżnik opony stała siła boczna powoduje z czasem wzajemne przemieszczenia warstw opasania i osnowy, co skutkuje tzw. efektem "kraba" (rys. 6). Polega on na relaksowaniu się naprężeń występujących w kostkach bieżnika, wywołujących niewielkie ukośno-poprzeczne przemieszczenia opony na drodze, czyli jej znoszenie. Całkowita siła osiowa występująca w oponie (także podczas badania na "płycie zbieżności") może być więc sumą różnych nieprawidłowości, a jej wartość i zwrot ma wpływ na wielkość i kierunek wypadkowego znoszenia samochodu.

Rys. 7

Znając wartości i zwroty tej siły dla wszystkich czterech kół zbadanych na wyważarce Hunter z testem drogowym, można tak je rozmieścić na osiach (rys. 7 i 8), aby kompensowały się wzajemnie, ograniczając znoszenie samochodu do poziomu poniżej 3 m na 1 kilometr. Zadanie to ułatwia specjalny program komputerowy zainstalowany we wspomnianej wyważarce Hunter, podpowiadający operatorowi sugestie optymalnego montażu kół w pojeździe.

Rys. 8

Z powyższych rozważań wyraźnie więc wynika, iż tak zwana "płyta zbieżności" nie może dać jednoznacznej i wyczerpującej diagnozy w zakresie wymagań stawianych geometrii układu kierowniczego i jezdnego. Na pewno, wbrew swej obiegowej nazwie, nie jest w stanie mierzyć zbieżności. Nadaje się zatem najwyżej do wstępnego zasygnalizowania nadmiernej wypadkowej wartości wszystkich sił bocznych działających na badane koło. Pozytywny wynik takiego badania też należy traktować ostrożnie, ponieważ stwierdzony brak siły bocznej może być wynikiem wzajemnego znoszenia się sił składowych, z których każda powoduje poza tym inną wadę geometrii podwozia lub wadę ogumienia.

Leszek Stricker

Tweet

Wojciech Ambroszko
Politechnika Wrocławska