A futómű - Beállítások

Kerékdőlés (Camber)

A kerékdőlés a kerék középvonala és a függőleges sík közötti szöget határozza meg. Ha az autó kereke befele dől, akkor a kerékdőlés szöge negatív, ha kifele dől, akkor a szöget pozitívnak mondjuk. Általában az utazási magasságban mérik, és a -0,5°-től -3°-ig terjedő szögek a leggyakoribbak.

Először is, pozitív kerékdőlést nem használunk, csak negatívat. Negatív kerékdőlésre van szükség, mert amikor az autó bekanyarodik, a karosszériája bedől, amely megnöveli a kerekek dőlésszögét. Ezen kívül, mivel a legtöbb gumi meglehetősen rugalmas, egy kicsit deformálódnak a kanyar középpontja felé. Ha az autónak egyáltalán nincs negatív dőlésszöge, akkor csak a kerék külső éle, és az oldalfala érne a földhöz, ami nem előnyös a tapadás szempontjából. A kerék tapadási együtthatója (kapaszkodása) az érintkező felületek nagyságával arányosan növekszik, tehát az lenne az ideális, ha a kerék állandóan merőleges lenne a földre, és ha nem deformálódna erős oldalcsúszás esetén. Sajnos, ez nem így van; a legtöbb esetben meg kell találni a legjobb kompromisszumot. A problémát az jelenti, hogy ha maximális előre irányuló tapadást akarunk elérni, akkor a kerékdőlést 0°-ra kell beállítani, és ha maximális kanyarodási tapadásra van szükség, akkor néhány fokkal negatív irányba kell állítani a kereket, a felfüggesztés és a gumiköpeny puhaságától függően. Tehát nem lehet egyszerre mindkettőt elérni, de meg lehet próbálni a lehető legjobb kompromisszumot megtalálni. A legkönnyebb az, ha a kerékdőlést úgy állítjuk be, hogy a kerék felülete egyenletesen kopjon, így meg lehet arról bizonyosodni, hogy a felület minden pontja a lehető legjobban ki van használva. Ne felejtsük el, hogy annak az autónak, melynek nagyon puha felfüggesztési beállítása van, és nagyon kicsi a kerékdőlés változása, több negatív kerékdőlésre van szüksége, mint annak az autónak, melynek nagyon kemény a felfüggesztése. A nagyon bukkanós terepviszonyok esetén viszont hasznos lehet, ha nagyobb kerékdőlést alkalmazunk, mint ami az egyenletes kopáshoz szükséges. A nagyobb kerékdőlés stabilizálja az autót a nagy bukkanókon, és csökkenti annak az esélyét, hogy beleakad egy keréknyomba, és felborul.

A kerékdőlést arra is fel lehet használni, hogy beállítsuk a kívánt kormányzási hatásokat, de én határozottan ellenzem ezt: a nem optimális kerékdőlés beállítás mindig kisebb tapadást eredményez, mely szükségszerűen lassítja az autót.

A lengőcsapszeg hátradőlése (Caster)

A lengőcsapszeg hátradőlése azt a c szöget jelenti, mely a lengőcsapszeg és a függőleges sík között van. A dupla háromszög alakú keresztlengőkaros felfüggesztés esetében a golyós rugókengyel közepén áthaladó tengely lesz a "virtuális sarokcsap". Ha a lengőcsapszeg hátrafele dől, mint ahogy az ábra mutatja, akkor azt mondjuk, hogy a lengőcsapszeg hátradőlése pozitív. Negatív lengőcsapszeg hátradőlését (amikor a lengőcsap előre dől) sose használunk. Figyeljük meg, hogy a kerék és a föld közötti érintkezési terület a lengőcsapszeg meghosszabbítása és a föld metszéspontja mögött helyezkedik el (d hossz). Ez okozza, hogy a kerekek vonszolódnak.
A lengőcsapszeg hátradőlésének szöge túlzott kerékdőlést okoz az első kerekeknél kormányzás közben, és ez felemeli az autó elejét. Ez az emelő hatás okozza, hogy az első kerekek ki akarnak egyenesedni, amikor nem hat rájuk kormányzási erő: amikor a kerekek egyenesen előre néznek, a karosszéria a legalacsonyabb pozícióban ül, a kormányzáshoz egy kis erőre van szükség ahhoz, hogy az autót megemeljük. Amikor ez az erő megszűnik, a gravitáció állítja vissza a kerekeket a kiinduló pozícióba. Minél nagyobb a lengőcsapszeg hátradőlésének szöge, és minél nehezebb az autó, annál erősebb ez a hatás. Valamint, minél nagyobb a lengőcsapszeg hátradőlése, annál nagyobb a kerékdőlés indukált különbsége a kormányzás közben. Ez a kerékdőlés különbség kompenzálja a karosszéria dőlését és a kerék vonaglását, amikor az autó kanyarodik. Tehát a lengőcsapszeg nagymértékű hátradőlése erősebb kormányzást biztosít a gyors kanyarokban, amikor a karosszéria dőlése jelentősebb, és beforduláskor. Valamint az autót stabilabbá teszi durva körülmények között is, és az autó egyenes vonalú stabilitása is javulni fog. A lengőcsapszeg kisebb hátradőlése erősebb kormányzást tesz lehetővé a lassabb kanyarokban, és kisebb befordulást.

Ne felejtsük el, hogy a lengőcsapszeg hátradőlés szöge nem mindig állandó. Azoknál az autóknál, melyek dupla háromszög alakú keresztlengőkaros felfüggesztéssel rendelkeznek, ahol a két keresztlengőkar nem párhuzamos, megváltozik a lengőcsapszeg hátradőlés szöge, amikor a felfüggesztés összenyomódik, vagy kienged. Ha az alsó keresztlengőkar kisebb lökő erővel rendelkezik, mint a felső keresztlengőkar, akkor a lengőcsapszeg hátradőlés szöge csökken, amikor a felfüggesztés összenyomódik, mint például amikor az autó kanyarodik vagy fékez. Ezt a "lengőcsapszeg reaktív hátradőlésének" nevezik.

A kerék állása (Toe-in/Toe-out)

Az autón a kerekek ritkán néznek egyenesen előre. A baloldali ábra egy olyan autót mutat, ahol az első kerekek kifele állnak (Toe-out), és a hátsók pedig befele (Toe-in).

Mindkét első kerék megpróbálja oldalra húzni az autót. Ez nem fog sikerülni, mert a másik oldalon is ugyanolyan nagyságú, ellentétes erő van. Ezeket az erőket a zöld nyilak jelzik. Tehát a kerekek nem abba az irányba néznek, amerre mennek (fehér nyíl). Ez okozza a csúszás szögét, melyet az első fejezetben ismertettünk.

Tehát elméletileg az autó nem megy semerre. De ez egy instabil helyzet: tegyük fel, hogy az autó nekimegy egy enyhe bukkanónak, vagy csak egy kicsit megmozdítják a kormányt. Emiatt az egyik első keréken nagyobb lesz a terhelés. A nagyobb terhelés nagyobb tapadást okoz, tehát a kerék jobban tud abba az irányba húzni. Egy apró kormányzási korrekció esetében, a másik oldalon lévő erő is kisebb lesz, mert a súly áthelyeződik, nem pedig a bukkanó miatt. Tehát a végén az egyik kerék nagyon erősen húz az egyik oldalon, és a másik kerék is húz a másik oldalon, de kisebb erővel. Ennek az az eredménye, hogy a két erő nem oltja ki egymást többé; egy eredő erő keletkezik az egyik oldalon, amely kormányozza az autót. Ez nem jó, mert e miatt a súly áthelyeződik, ami még jobban ront a helyzeten. A vezető megpróbálhatja ellenkormányzással korrigálni a helyzetet, de ha ez nem tökéletes, akkor ugyanez lesz a helyzet a másik oldalon. Ekkor az autó elkezd ide-oda csapódni, a legrosszabb esetben pedig kifarol. A kifele álló kerekek instabilitást okoznak, tehát nincs értelme ezt az autó hátulján alkalmazni, kormányozhatatlanná teszi. De az elején ott van a lengőcsapszeg hátradőlésének stabilizációs hatása. Ezért egy kicsit kifele állnak a kerekek az elején, amennyiben az autónak megfelelő lengőcsapszeg hátradőlése van, az egyenes szakaszokban nem okoz problémát az instabilitás. Az "instabil hatás" viszont észrevehető: amikor befordul a kanyarokban. A kanyarodás sokkal közvetlenebbnek és agresszívabbnak érződik.
Az autó hátsó részén a kerekek inkább befele állnak. Ez is két ellentétes erőt hoz létre. De ebben az esetben ez egy stabil rendszer. Ha bármilyen ok miatt az egyik erő nagyobb lesz, mint a másik, az autó abba az irányba kormányozódik, hogy arra a kerékre helyeződjön a súly, amelyik először is a súlyt veszítette. Tehát az a kerék, amely tapadását kezdte elveszíteni, nagyobb súlyt kap, így visszanyeri a tapadását. A rendszer önmagát stabilizálja, ezt negatív visszacsatolásnak is nevezik. A befele álló kerék stabilitást okoz: olyan hatást kelt, mely az autót egyenesre kormányozza. Ezt általában hátul alkalmazzák, ahol megakadályozza a hátsó kerekeket, hogy "kilépjenek", amikor a kerekek állandóan a tapadási kör szélére kerülnek, és bármilyen bukkanó miatt elveszíthetik a tapadásukat. A vezető úgy érzi, hogy a hátsó rész tényleg "beblokkolt", mintha egy láthatatlan erő az autó hátulját a pályán tartaná. Ennek megvan a hátránya is: kanyarokban, különösen a lassúakban, ez sok kormányzást vehet el. A hatás olyan nagy lehet, hogy az első kerekek tapadása alig lesz elég az autó befordításához. Más szavakkal, ha az autó kerekei túlságosan is befele állnak, akkor az autó alulkormányoz. Ha az első kerekek állnak befelé, annak ugyanez a hatása: stabilizálja az autó elejét. Ez nagyon hasznos, ha csillapítani akarjuk az autó elejét gyorsulás közben. Egy kicsit veszít a kormányzásból is; a kanyarodás kevésbé lesz agresszív.

Van még valami, amit a kerekek nem párhuzamos állása okoz: a késleltetést csökkentik. Az ellentétes erők, akármilyen kicsik is általában, elveszik a "szlopot" a felfüggesztésből, és előterhelik a kereket oldalirányban. Enyhén deformálják a gumiköpenyt, ami miatt az autó gyorsabban reagál, késleltetés nélkül.

Ha a kerekek nagymértékben térnek el az egyenes vonaltól, annak az a hátránya, hogy az energia, vagy a sebesség elvész: minél inkább növekszik ez a szög, annál inkább elvész a sebesség, mert a kerekek csúszási szöge is hasonlóan nagy lesz. Minél tapadósabb a pálya, annál nagyobb lesz az energiaveszteség, tehát kerüljük a kerekek nagymértékű ki- vagy befordítását, ha nagy a tapadás. Hasonlóképpen, a kerekek nagymértékű ki- vagy befordítása nagy csúszási szöget okoz, még akkor is, ha az autó egyenesen megy előre. Ez nem jó kezdőpont, mert a sok csúszás miatt a kerék elveszítheti a tapadását.

A kerék egyenestől való elfordulását fokokban mérik, ez a két kerék középvonala által bezárt szög. Az első kerekeknél a normális értékek -1,5°-től +1,5°-ig tart, ennél több furcsa kormányzást okozhat. Ez az érték hátul 0° és 3,5° között lehet, ennél kevesebb terepen.

Az Ackerman hatás

Biztos ki is találtad már, az Ackerman hatást egy Rudolf Ackerman nevű ember "fedezte" fel, még a lovas szekerek idejében. Ez azzal van kapcsolatban, hogy megtaláljuk az autó (vagy a szekér) első kerekeinek megfelelő szögét, a megfelelően kormányzás érdekében.

Ez a helyzet, amikor az autó nem kanyarodik: az első és a hátsó tengelyek meghosszabbítása nem metszi egymást. Az egyik kerék se csúszik, és minden tengely ugyanúgy van beállítva (0°).

Ezen az ábrán ugyanaz az autó egy viszonylag széles kanyart vesz be. A pont, ahol a tengelyek vonalai metszik egymást az a pont, ami körül az autó fordul; annak a körívnek a középpontja, amit az autó követ. Figyeljük meg, hogy ha az egyik kerék se csúszik, akkor a belső első kerék kicsit nagyobb szöget zár be, mint a külső első kerék. Széles kanyaroknál ez nem sok, de ez is valami.

Ezen az ábrán az autó egy viszonylag szűk kanyart próbál bevenni. Nagyon kicsi annak a körnek a sugara, amit az autó körbejár. Vegyük észre, hogy a két első kerék nagyon eltérő szögeket zárnak be. A különbség annál nagyobb lesz, minél szűkebb a kanyar. Ez az Ackerman hatás.
Ahogy látjuk, nagyon nehéz olyan kormányműfogaslecet készíteni, ha lehetséges egyáltalán, mely olyan tökéletes szögeket hoz létre, melyek megfelelnek az Ackerman hatásnak. Viszont több alapvető kormányzási mechanizmus olyan szögeket idéznek elő, melyek az ideális szöget nagymértékben megközelítik. Hiszen mindig van valamennyi holtjáték a kormányzási alkatrészek között, és a kerekek is kivehetik a részüket az oldalfal deformációja által.

Ez az elmélet nagyon szép, és a hétköznapi utcán futó autóknál jó, ha megvan a megfelelő Ackerman-beállítás, mert akkor az autó jobban és simábban fordul a kanyarokban, például a parkolás és a manőverezés során. De versenyzés közben a kerekek egyébként is hajlamosak a csúszásra, úgyhogy lehet egy kicsit a szögekkel variálni.
A két első kerék közötti szöget "Ackerman-szögnek" nevezik, és a kormányszerkezet beállításával lehet változtatni.

A nagy Ackerman-szög sima, kiszámítható kormányzást biztosít. Szépen be lehet fordulni egy kanyarban a nélkül, hogy a kerekek az autót különböző irányba próbálnák elhúzni. A kisebb Ackerman-szög viszont sokkal agresszívabb kormányzást tesz lehetővé, különösen kanyarodás esetén. Viszont így nem lehet garantálni, hogy az autó eleje nem fog néha megcsúszni. Egyik sem sima kanyarodó sugár. Ez hasznos lehet a nagytapadású pályákon, ha az autó hajlamos, hogy a kanyar közepén túlkormányozzon, és szükséges egy kis bekanyarodás. Nem is beszélve arról a pszichológiai hatásról, amit az előtted vezető érez, amikor befordulsz egy kanyarba.