Что меняется, когда колеса выступают наружу

Почему автомобиль может хуже держать направление, если колеса смещены наружу

В этой статье рассматривается только один случай: диск и шина сохраняют прежнюю ширину, но колесо смещается наружу из-за уменьшения вылета диска или установки проставки. Ширину колеса, рисунок протектора и другие изменения здесь не учитываем.

Такое смещение часто воспринимают как небольшое изменение внешнего вида. Однако колесо является частью подвески и рулевого управления. Когда оно занимает другое положение относительно ступицы, меняются силы, которые водитель ощущает на руле, и реакции автомобиля на колею, неровности и неодинаковое покрытие под правыми и левыми колесами.

Основная часть статьи относится к передним управляемым колесам. Именно их положение влияет на плечо обкатки и обратные воздействия на рулевое управление. Смещение задних колес наружу тоже меняет колею и нагрузку на ступичные узлы, но не создает описанного ниже поворачивающего момента на руле.

Что означает смещение колеса наружу

Положение диска относительно ступицы задается вылетом ET. Если значение ET уменьшается, колесо смещается наружу.

Например, при замене диска ET45 на диск ET30 каждое колесо переместится наружу на 15 мм. Если такие диски установить с двух сторон оси, колея увеличится примерно на 30 мм.

Проставка дает тот же результат. Проставка толщиной 15 мм уменьшает фактический вылет на 15 мм и смещает колесо наружу на такую же величину.

При этом стойка, поворотный кулак, шаровые опоры и ось поворота колеса остаются на прежнем месте. Именно это несоответствие между штатной подвеской и новым положением колеса влияет на поведение автомобиля.

Что такое плечо обкатки

Если посмотреть на переднее колесо спереди, можно мысленно провести ось, вокруг которой оно поворачивается. У подвески типа McPherson эта линия проходит через верхнюю опору стойки и нижнюю шаровую опору. У подвесок другого типа точки будут иными, но принцип остается тем же.

Продлим эту ось до дороги. Затем отметим центр пятна контакта шины с покрытием. Расстояние между этими двумя точками называется плечом обкатки. Также используется название «радиус обката».

На заводе величину плеча обкатки выбирают вместе с вылетом диска, углами установки колес и геометрией подвески. Оно может быть положительным, отрицательным или близким к нулю.

• При положительном плече центр пятна контакта расположен снаружи от точки пересечения оси поворота с дорогой.
• При отрицательном плече центр пятна контакта расположен ближе к середине автомобиля.
• При нулевом плече эти точки почти совпадают.

Небольшое или отрицательное плечо помогает уменьшить влияние дорожных неровностей и разницы тормозных сил на рулевое управление. Поэтому на многих современных автомобилях заводская геометрия рассчитана именно так.

Как вынос колес меняет плечо обкатки

При смещении колеса наружу центр пятна контакта тоже перемещается наружу. Ось поворота при этом остается на прежнем месте. Поэтому плечо обкатки становится более положительным.

Например, в штатной конфигурации плечо могло быть отрицательным и составлять минус 10 мм. Если колесо вынести наружу на 20 мм, расчетное плечо станет примерно плюс 10 мм. Точное значение зависит от развала, размера шины и конструкции подвески, но направление изменения будет именно таким.

Смещение наружу всегда изменяет плечо в положительную сторону, но результат зависит от исходной геометрии. Если штатное плечо было заметно отрицательным, небольшое смещение сначала приблизит его к нулю и может даже уменьшить обратные воздействия на руль. При дальнейшем смещении плечо перейдет через ноль и начнет увеличиваться уже как положительное. Наиболее заметные нежелательные реакции появляются именно при большом положительном плече.

Упрощенно этот эффект можно представить так:

момент от продольной силы = сила торможения или тяги в пятне контакта × плечо обкатки.

Если продольная сила не изменилась, а положительное плечо стало в два раза больше, создаваемый ею поворачивающий момент также примерно удвоится. Часть этого момента передается через рулевые тяги и рейку на рулевое колесо.

Почему автомобиль сильнее реагирует на колею

Дорожная колея редко имеет ровные вертикальные стенки. Обычно это два продольных углубления с наклонными краями, разной глубиной и неровной поверхностью. Колесо постоянно касается то одной, то другой стороны такого углубления.

Когда шина наезжает на наклонный край колеи, положение и форма пятна контакта меняются. Одновременно возникают боковая реакция, вертикальный удар, дополнительное сопротивление качению и собственный стабилизирующий момент шины. Эти воздействия стремятся изменить положение управляемого колеса.

Плечо обкатки не является единственной причиной реакции на колею: большое значение имеют жесткость шины, развал, схождение и продольный наклон оси поворота. Но после смещения колеса наружу дорожные воздействия передаются относительно штатной оси поворота иначе. Особенно заметно усиливаются моменты от разницы продольного сопротивления и от ударов, которые правое и левое колеса получают неодновременно.

Правое и левое колеса редко встречают края колеи одновременно и под одинаковым углом. Сначала изменяется нагрузка на одно колесо, затем на другое. Через рулевые тяги эти воздействия передаются на рейку и рулевое колесо. Водителю приходится чаще корректировать направление.

В результате автомобиль может:

• заметнее отклоняться при входе в колею;
• требовать постоянных небольших поправок рулем;
• резче менять направление при переходе через край колеи;
• сильнее передавать на рулевое колесо удары от ям и продольных стыков.

Это не означает, что колесо обязательно начнет самостоятельно резко поворачиваться. Усилитель и рулевой механизм частично подавляют обратные воздействия. Но механический момент в подвеске действительно увеличивается, и полностью устранить его электроника не может.

Почему увеличение колеи не всегда улучшает устойчивость

После выноса колес расстояние между ними становится больше. Поэтому иногда делают вывод, что автомобиль должен стать устойчивее.

На ровном покрытии увеличение колеи действительно может немного уменьшить поперечное перераспределение нагрузки в повороте. Но само по себе это не делает автомобиль устойчивее во всех режимах.

Одновременно с колеей меняется плечо обкатки. На неровной дороге увеличенный рычаг усиливает воздействие каждой выбоины и каждого края колеи на управляемые колеса. Поэтому на гладком асфальте разница может быть почти незаметной, а на дороге с выраженной колеей автомобиль станет требовать больше внимания.

Иными словами, более широкая колея и повышенная чувствительность рулевого управления существуют одновременно. Первый эффект иногда полезен в ровном повороте, второй ухудшает прямолинейное движение по неоднородной дороге.

Что происходит, если слева и справа разное покрытие

Представим, что левые колеса движутся по сухому асфальту, а правые попали на грунт, снег, лед или мокрую обочину. Коэффициент сцепления и сопротивление движению с двух сторон становятся разными.

Даже без торможения автомобиль может потребовать коррекции. Мягкий грунт сильнее сопротивляется качению, колесо может немного проваливаться, а неровности обочины создают дополнительные силы. При увеличенном плече обкатки эти силы сильнее воздействуют на положение передних колес.

Поэтому водитель ощущает не только общее отклонение автомобиля, но и поворачивающее усилие на рулевом колесе. Чем больше колесо смещено наружу, тем длиннее рычаг, через который продольная сила воздействует на рулевое управление.

Разное покрытие при торможении

Особенно заметен эффект при торможении. На стороне с хорошим сцеплением можно создать большую тормозную силу, чем на скользкой стороне.

Если левые колеса находятся на сухом асфальте, а правые — на мокром грунте, левые колеса обычно тормозят эффективнее. Разница тормозных сил создает момент, который стремится развернуть автомобиль в сторону асфальта, то есть в сторону более высокого сцепления.

Одновременно тормозные силы передних колес воздействуют на рулевое управление через плечо обкатки. Если оно увеличено из-за смещения колес наружу, водитель может получить более сильный толчок или поворачивающий момент на рулевом колесе.

Здесь действуют два разных эффекта:

• разница тормозных сил справа и слева разворачивает весь автомобиль относительно его центра масс;
• каждая тормозная сила через плечо обкатки создает дополнительный момент на управляемом колесе.

ABS уменьшает блокировку колес и регулирует тормозное давление отдельно по каналам. Система стабилизации старается ограничить разворот автомобиля. Но электроника работает уже с той механической геометрией, которая установлена на машине. Она не может вернуть плечо обкатки к заводскому значению.

Направление кратковременного движения рулевого колеса может зависеть от конструкции подвески, настроек ABS и стадии торможения. Поэтому корректнее говорить не о гарантированном рывке руля в одну сторону, а об увеличении возмущающего момента и необходимости более активной коррекции.

Разное покрытие при разгоне

На переднеприводном автомобиле передние колеса одновременно передают тягу и задают направление. Если одно колесо находится на асфальте, а второе — на скользком покрытии, продольные силы справа и слева различаются.

Эта разница через плечо обкатки создает момент на рулевом управлении. При увеличенном выносе колес автомобиль может сильнее отклоняться при разгоне, а водителю приходится удерживать рулевое колесо.

Сила такого эффекта зависит не только от ET. На нее влияют конструкция дифференциала, работа противобуксовочной системы, геометрия полуосей, мощность двигателя и состояние подвески. Однако увеличенное плечо обкатки усиливает уже существующую разницу продольных сил.

Почему заводской вылет важен

Вылет диска выбирают не только для того, чтобы колесо помещалось в арке. Он связан с положением оси поворота, плечом обкатки, работой рулевого управления и нагрузкой на ступичный узел.

Заводская геометрия помогает решить сразу несколько задач:

• уменьшить передачу ударов от дороги на рулевое колесо;
• снизить чувствительность к колее;
• сделать автомобиль устойчивее при разном сцеплении справа и слева;
• согласовать механические реакции с настройками ABS и системы стабилизации;
• сохранить расчетную нагрузку на ступичный подшипник.

Когда колесо значительно смещают наружу, часть этого баланса нарушается. Автомобиль не обязательно становится опасным сразу после установки новых дисков, но его реакции могут стать менее спокойными и менее предсказуемыми на плохой дороге.

Дополнительная нагрузка на ступичный узел

Смещение колеса наружу увеличивает не только плечо обкатки. Возрастает и расстояние, через которое силы от дороги действуют на ступичный подшипник.

Из-за этого увеличивается изгибающий момент на ступице. Подшипник не разрушается сразу, но при одинаковых условиях его ресурс может уменьшиться. Особенно заметно это при большом смещении, тяжелых колесах, высокой массе автомобиля и частых ударах на неровностях.

Проставка и диск с меньшим ET создают одинаковое геометрическое смещение. Ступицецентрирующая конструкция проставки помогает установить колесо ровно, но не уменьшает плечо обкатки и нагрузку на подшипник.

Что почувствует водитель

После небольшого изменения ET на ровной дороге водитель может не заметить явной разницы. Эффект сильнее проявляется в сложных условиях:

• на асфальте с глубокой продольной колеей;
• при попадании одного колеса в яму или на край покрытия;
• когда правые и левые колеса движутся по поверхностям с разным сцеплением;
• при торможении одной стороной на асфальте, а другой на грунте или льду;
• при интенсивном разгоне переднеприводного автомобиля;
• при использовании тяжелых колес и низкопрофильных шин, которые слабее поглощают удары.

Типичные признаки слишком большого смещения наружу — повышенная чувствительность к колее, необходимость чаще корректировать направление, более сильные удары на рулевом колесе и заметное отклонение автомобиля при неодинаковом покрытии.

Насколько можно уменьшать ET

Универсального безопасного значения не существует. Одинаковое уменьшение ET по-разному скажется на автомобилях с различной подвеской и исходным плечом обкатки.

Например, смещение наружу на 10 мм может только уменьшить штатное отрицательное плечо, не переводя его в положительную область. На другом автомобиле те же 10 мм уже заметно увеличат положительное плечо и изменят реакции рулевого управления.

Поэтому ориентироваться только на то, помещается ли колесо в арке, недостаточно. Следует учитывать допустимый диапазон ET, указанный изготовителем автомобиля или диска для конкретной модели, а также проверять зазоры, нагрузку на диск и соответствие колес нормативным требованиям.

Краткий вывод

Смещение передних колес наружу увеличивает колею и меняет геометрию рулевого управления. Центр пятна контакта перемещается наружу относительно точки, в которой ось поворота пересекает дорогу. Плечо обкатки сдвигается в положительную сторону: оно может сначала приблизиться к нулю, а при большем выносе перейти в положительную область и начать расти.

Чем больше плечо обкатки, тем сильнее силы в пятне контакта стремятся повернуть управляемое колесо. Поэтому автомобиль заметнее реагирует на края колеи, выбоины и различия покрытия под правыми и левыми колесами.

При торможении на неодинаковом покрытии разница тормозных сил разворачивает автомобиль, а увеличенное плечо обкатки усиливает воздействие на рулевое управление. ABS и система стабилизации помогают водителю, но не устраняют измененную механическую геометрию.

Поэтому уменьшение ET следует оценивать не только по внешнему виду и свободному месту в арке. Важнее понять, насколько изменятся плечо обкатки, реакции рулевого управления и нагрузка на ступичный узел.