Увод колеса и поворачиваемость автомобиля.

По мимо хорошего торможения, автомобиль должен иметь чёткое и предсказуемое управление. Однако при движении на автомобиль могут действовать поперечные силы. В таком случае качение эластичного колеса имеет свои особенности, так как она эластична не только в радиальном, но и в поперечном направлении.

При воздействии боковой силы, автомобиль может изменить направление своего движения по вектору действия этой силы. Однако если дорога не скользкая и сцепление шины с дорогой достаточно сильное, нижняя, то есть находящаяся около дороги, часть шины остаётся на месте, а боковое сечение деформируется, а колесо под действием этой силы смещается на некоторое расстояние.

Рис.8. След шины на дороге при действии боковой силы.

Средняя линяя протектора уже не полностью совпадает с плоскостью симметрии колеса. Она лежит на оси отпечатка, затем переходит по искривлённой части шины к плоскости симметрии колеса.

Передний край (по направлению движения автомобиля) отпечатка постоянно перемещается по направлению к плоскости колеса, в то время как эта плоскость всё время от него отдаляется. Именно поэтому ось отпечатка оказывается под некоторым углом к плоскости колеса. В том случае если колесо было бы неподвижным, плоскость колеса была бы параллельна продольной оси смещённого отпечатка шины. Но так как колесо вращается, и в передней точке отпечатка шины в соприкосновении с дорожным покрытием приходят всё новые точки. Это легко доказать нанеся на протектор краской точки A,B,C,D (Рис.8), то при качении колеса в результате поперечного прогиба пневматической шины вызванного боковой силой, данные точки оставят след на дороге A,B1,C1,D1. Если соединить эти точки, получится прямая линия расположенная под определённым углом к оси симметрии колеса. Этот угол и называется углом увода. А такое качение – уводом колеса.

Из данных многих исследователей известно, что наклон колеса вызывает боковую деформацию шин, которая в свою очередь приводит к уводу колеса. При наличии угла развала колеса возникает дополнительная боковая сила, причём стоит заметить, что эта боковая сила пропорциональна выставленному углу развала и не зависит от боковых сил провоцирующих увод. Экспериментальные данные (ДИССЕРТАЦИЯ КОЗЛОВА ПОД НОМЕРОМ 109) позволяют вывести зависимость, работающую вплоть до развала колеса до 8 градусов.

где  – угол развала колеса в градусах;

m ₁ – масса приходящаяся на колесо.

При установке колеса с развалом, боковая деформация шины зависит от боковой силы, нормальной нагрузки на колесо, от давления закаченного в шину воздуха.

Внешняя боковая сила , в зависимости от ее направления, может как увеличивать, так и уменьшать увод наклоненного колеса. Если внешняя боковая сила направлена в сторону бокового установки плоскости вращения колеса, (как показано на рисунке), то она увеличивает угол увода наклоненного колеса. Напротив, если внешняя боковая сила направлена в сторону, противоположную боковому наклону плоскости вращения колеса, то она уменьшает угол увода наклоненного колеса. Внешняя боковая сила , противоположная развалу, имея достаточно большую величину для данной боковой жесткости шины, может изменить направление увода наклоненного колеса на противоположное.

    На современных автомобилях угол развала управляемых колес обычно не превышает 3⁰. В этом случае . При угловых колебаниях управляемых колес с амплитудами угла поворота вокруг оси шкворня до 3⁰ эта величина может достигать . При повороте автомобиля на дорогах I...V категорий с наименьшим радиусом кривых в плане для соответствующей категории дороги, с основной расчетной скоростью, возникает приблизительно одинаковая действующая на автомобиль центробежная сила, равная по величине 0,2 от силы тяжести автомобиля. Следовательно, в расчете на одно колесо возникает боковая сила и, соответственно, боковая реакция . При быстром изменении полосы движения автомобиля эта величина может достигать .

    В общем случае дополнительная боковая реакция опорной поверхности от развала колеса  увеличивает общую боковую реакцию опорной поверхности на колесах при положительном развале и уменьшает – при отрицательном развале колес.

В связи с этим, если устанавливать колеса автомобиля с отрицательным развалом, то при режимах движения, связанных с перераспределением вертикальных нагрузок в сторону одного из бортов, суммарная боковая реакция будет увеличиваться на более нагруженном борте, увеличивая силу сцепления колеса с дорогой в боковом направлении. А именно более нагруженный борт определяет поведение автомобиля на дороге в экстремальной ситуации. Кроме того, на более нагруженном борте, в случае установки колес с отрицательным развалом, уменьшаются деформации шины и, следовательно, боковой увод оси. Для режима равномерного движения боковой увод по деформационной теории определится:

где  – снос продольной реакции опорной поверхности; половина длины пятна контакта колеса с  дорогой.

Рис. 9 Влияние углов отрицательного развала колес на боковые реакции опорной поверхности и деформации шин левого и правого колес

Таким образом, целесообразность установки колес автомобиля с отрицательным развалом является не только выявленной экспериментальным путем, но и объясняется с точки зрения физики процессов.

Управляемость автомобиля.