3.4.2 Geometrie kol automobilu

Jízdní vlastnosti každého vozidla závisí na správné geometrii polohy kol a to p�i všech

jízdních režimech, v p�ímém sm� ru i zatá� ce. K tomu je t

�eba, aby za jízdy docházelo jen k

odvalování kol. Jestliže p�i odvalování dochází zárove� i ke smýkání (i když jen velmi

malému), pak tento stav snižuje spolehlivé vedení vozidla na vozovce v p�íslušném

požadovaném sm� ru, chování vozidla vykazuje zhoršené jízdní vlastnosti, na pneumatikách se po jistém � ase projevuje zvýšené opot

�ebení. Potvrzují to také celosv � tové statistiky, které

uvád� jí, že více než polovina všech používaných pneumatik má sníženou životnost jenom proto, že geometrie kol není správná.

Podívejme se nyní na princip �ízení p

�edních kol automobilu v p� dorysném uspo

�ádání (obr.

75). Ve styku kola s vozovkou, díky fyzikální vlastnosti zvané adheze, vznikají p�i hnacím

momentu na obvodu kol podélné síly tažné (znaménko plus), p�i brzdném momentu síly

brzdné (znaménko mínus); obojí je pot�eba k p

�ekonám jízdního odporu, setrva� nosti a zm� n �

jízdní rychlosti (v � etn� úplného zastavení). Prvním požadavkem na �ízení kol je funk � ní

stabilita, kdy žádná � ást nekmitá (nechv � je ani nehlu� í) a p�i úhlové výchylce p

�edních kol z

rovnovážné polohy se vrací zp� t do p� vodního (p�ímého) sm� ru.

Geometrickou (obecnou) polohu uložení p�edních kol v rejdovém (vodicím) � epu

charakterizují geometrické parametry, vztažené k rovin� vozovky; jsou to — geometrie kola

— odklon kola — sbíhavost kola (p

�ípadn� rozbíhavost kola)

— geometrie rejdového � epu — p

�íklon rejdového � epu (vyvolává ur � itý polom� r rejdu)

— záklon rejdového � epu (vyvolává ur � itou míru zvanou závlek)

První geometrickou polohu uložení kola a jeho natá� ení sledujeme na obr. 73. Kolo spo� ívá svým dezénem na vodorovné vozovce, v ose rotace je uchyceno svislým rejdovým � epem, který umož� uje natá� eni kola p

�i p

�edjížd� ní nebo v zatá� ce. V obrázku jsou vyzna� eny dva

geometrické parametry; ? odklon kola ze svislé roviny a ? p

�íklon rejdového � epu (p

�íklon vzhledem ke kolu);

oba parametry mají stabilizovat jízdu vozidla v p�ímém sm� ru. (Tento princip samostatného

zav � šení kol byl znám již na ko� ských jízdních ko� árech.)

Odklon kola m� že být sm� rem vn� i dovnit�. Abychom uvedené mohli rozlišit, ozna� ujeme

naklon� ní naho�e sm� rem vn� jako plus a obrácen� mínus. Odklon bývá 1 až 2 úhlové stupn� .

Jeho ú� elem je stabilizovat —> vymezit p�í � né v� le v uložení ložisek. Vnit

�ní kolo je tak trvale

zatíženo jednosm� rn� a p� sobí axiáln� do st�edu nápravy. Odklon také znamená, že osa rotace

kola protíná vozovku a vytvá�í kužel odvalování se základnou kruhu kola, který má snahu

vytá� et levé i pravé kolo sm� rem ven od podélné osy automobilu. Toto rozbíhání se kompenzuje dalším parametrem: sbíhavostí kol; vrchol valivého kužele se tím zárove� posouvá dop

�edu a op� t se vymezuje pohyb kola vzhledem k vozovce i vzhledem k uložení

kola na rejdovém � epu (zvýšené stability). Sbíhavostí se také zmenšuje vn� jší opot�ebení

pneumatik. U užitkových (nákladních) vozidel sbíhavost bývá 0 až 1 úhlový stupe� . Tím jsme došli k obr. 76., kde krom� d� íve zmín� ného odklonu kola a p

�íklonu � epu je v p� dorysu

znázorn� na sbíhavost pro uvedené kolo. Osa rejdového � epu leží stále v rovin� nákresny papíru. Její stopník (jako pr� se� ík s vozovkou, bod B) je st

�edem pro vychylování kola kolem

osy rejdového � epu. Vytvá�ený polom� r je polom� rem rejdu, který uleh � uje

�ízem vozidla.

P�esn� polom� r platí pro rovinu kolmou na osu rejdového � epu a nikoli pro rovinu vozovky.

Bod dotyku A se p�i vychylování kola však m� že pohybovat jen ve vodorovné rovin� (po

vozovce). Tím se kolo musí p�i svém vychylování (volantem) zvedat a výsledná potenciální

energie - vracející kolo zp� t do p� vodní nevychýlené polohy - je dalším stabilizujícím ú� inkem.

Zakloníme-li osu rejdového � epu (vzhledem ke sm� ru jízdy, obr. 74.) p�edsune se bod B z

p� vodní sledované roviny do bodu D. úhel záklonu vyvolá, že pr� se� ík osy s vozovkou nyní leží p

�ed dotykovým bodem kola A (viz bo� ní pohled), dochází k tažení (vle� ení) kola, a

nikoli jeho tla� ení. Zárove� dvojice suvné síly a odporu valem v míst � styku kola a vozovky vytvá

�í p

�i jízd� vratný moment v rovin� vozovky, který p� sobí proti sbíhavosti kol; dochází

op� t k vymezenému stabiliza� nímu ú � inku za jízdy. P�itom vle� ení kola je d� ležitým prvkem,

který má podstatný vliv na stabilitu jak v p�ímé tak i zatá� ce. Velikost záklonu bývá 2 až 7

úhlových stup��� (i více). Na záv � r dodejme ješt � , že p�i vychylování kola v zatá� ce, bod

dotyku A opisuje elipsu, kterou vytíná p�íslušný kužel (viz obr. 76..), a že záklonu � epu [jeho

uhlu] odpovídá závlek kola [vzdálenost v milimetrech].1

1 Obdobné parametry lze sledovat i na okolku železni � ního kola p

�i nabíhání dvojkolí na vn� jší kolejnici v

oblouku, kdy "závleku" kola odpovídá "p�edsun" okolku dvojkolí.

Obr. 73. Výchozí schema pro nástin �ízení p

�edního kola

automobilu. K olo je uchyceno v samostatném svislém rejdovém �epu. Toto uspo

�ádání má

nejen velký polom r rejdového �epu rv (natá

�ení vytvá

�ející

válec), ale nevratný moment kola (do p vodní polohy). Takto navržené uspo

�ádání pro �

ízení kola má i další nestabilní charakter istiky za j ízdy. Proto nazna

�íme dva parametry kola,

vedoucí k jeho stabilit . Je to odklon kola ze svislé roviny a p�íklon rejdového

�epu

(vyvolávající pr se�ík jeho osy

Obr. 74 Schema ke studiu geometr ie samostatn zav šených kol p�ední nápravy

v podvozku automobilu. Sledujeme parametry nastavení: odklon kola, p

�íklon rejdového

�epu,

sbíhavost kola, polom r rejdového

�epu

Obr. 75. P� dorysné schema uspo� ádání � ízení kol p� ední nápravy automobilu

.

Obr. 76 Schema ke studiu geometr ie kol v bokorysu. Záklonem rejdového epu se m� ní i jeho polom� r.

Sledujeme-li vzájemnou polohu p� sobení suvné síly F a odporu valení O, kolo je jednak vle

eno

(díky pozitivnímu závleku) a momentem dvojice sil (F a O, neuvažujeme-!i zm� nu výšky kola natá

ením do rejdu), kolo má

tendenci se rozbíhat, ovšem levé a pravé kolo ú

inkem dvojice sil

trochu j inak, nebo� jedno kolo nato

ením do rejdu se natá

í

dovnit � a druhé vn� a jej ich poloha nato

ením je r � zná.

Obr. 77. Polom� r otá

ení kola kolem osy rejdového

epu m� že být kladný, nulový, nebo negativní. Pojem

„ negativního polom� ru otá ení kola" byl zaveden firmou Audi ve spojení s diagonálním brzdovým

systémem. Negativní polom� r otá ení má stabilizující ú

inek na p� ímou jízdu p � i jednostrann� táhnoucích

brzdách a nesymetrických odporech vozovky. Vozidlo má zpravidla sklon k tomu, že p� i brzd� ní táhne ve sm� ru siln� ji brzd � ného kola. Tato Spatná vlastnost se z

ásti koriguje negativním polom� rem otá

ení kola.

V takovém p � ípad� brzdná síla otá í kolo k nebrzd � né stran� , a to m� že bránit stranovému vybo

ení

vozidla. Obrázek ukazuje vzájemné vztahy a polom� r otá ení kol okolo rejdového

epu jako výsledek

odklonu kola, p � íklonu rejdového epu a prohnutí zatížené pneumatiky.

Obr. 78. Zm� nou zatížení vozidla se m� ní výšková úrove� . P� itom se sou

asn� m� ní i geometrie kol podvozku

vozidla. Diagram ukazuje vliv zm� n hodnot geometrie podvozku v závislosti na výškové úrovni kol p� i propružení sm� rem dol � nebo vypružení sm� rem nahoru (m��� ení z vozu BMW E36).

Poznámky ke geometr ii kol

Sbíhavost kol nápravy je rozdíl vzdáleností mezi koly jedné nápravy m� � ený mezi vnitrními okraji ráfk � p

�ed a za osou kola ve výši rotace kol. Kola musí být nato� ena do p

�ímého sm� ru.

Sbíhavost je stav, kdy zadní rozm� r je v � tší než p�ední. Uvádí se v [mm]. Nastavení sbíhavosti

� i rozbíhavosti závisí na tom, která náprava na vozidle je hnací. P�i pohonu zadní nápravy mají �

ízená p�ední kola sklon se rozbíhat, nebo� suvná síla se p

�enáší do karoserie, jejíž sou� ástí jsou

i rejdové � epy, které táhnou p�ední kola. Vytvá

�í se tak dvojice sil - suvné v rejdovém � epu a

odporu kola v jízdní plošce p�íslušného kola, která p� sobí tak, že kola se rozbíhají. Aby se tento

ú� inek kompenzoval, musí se ob� kola nastavit sbíhav � . P� i pohonu p�edních náprav, uvedené

dvojice zm� ní smysl, nebo� prvotní silou je suvná síla na obvodu p�edních kol, které p

�es

rejdový � ep táhnou celou karoserii a tím i zadní nápravu; proto se musí nastavit rozbíhav � , aby oba tyto ú� inky se vzájemn� stabiliza� n� eliminovaly. U užitkových vozidel, kdy je pohán� na zadní náprava vybavená radiálními pneumatikami je dnes sbíhavost nastavována velmi blízko nule. Sbíhavost kol p

�ední nápravy stabilizuje vozidlo v p

�ímém sm� ru a zabra� uje kmitání kol

za jízdy. Jak jsme již �ekli, vymezuje v � le v ložiskách a má významný vliv na chování vozidla

p�i pr � jezdu zatá� kou. Protože sbíhavost kol

�ízení nápravy závisí i na ostatních parametrech

geometrie kol, nutno dodržovat po�adí montážních prací jak je uvádí výrobce.

Odklon kola u nápravy s tuhou nápravnicí je pevn� dán konstrukcí a nelze jej se�izovat. M � � ení

úhlu odklonu kola se provádí pomocí opticko-mechanických p�ístroj � na principu optické

projekce. Pokud je u p�ední nápravy použito lichob� žníkového zav � šení kol, vkládají se nebo

ubírají pod horní rameno lichob� žníku plechové podložky. U náprav typu McPherson se úhel odklonu se

�izuje posunem horního uchycení tlumi � e v uložení do skelety. Ú � elem odklonu kola

je vyvození tlaku na vnit�ní ložiska. Tím dochází nejen k vymezení v � lí, ale i snížení hlu� nosti.

Dále se zmenšují síly v �ízem a na

�ízené náprav � vzniká ur � itá nedotá� ivost se sou� asným

zmenšením polom� ru zatá� ení. V � tším odklon� ním kola se sjížd� jí vn� jší okraje pneumatik, �ízená kola jsou nedotá� ivá a zmenšuje se polom� r zatá� ení. V krajním p

�ípad� to m� že vést až

ke zhoršení stability vozidla. Malý nebo nulový odklon kola vede k opa� ným jev � m. Pneumatika se sjíždí na vnit

�ním obvodu, zhoršuje se natá� eni kol a více se namáhá celé

�ízem.

Není-li hodnota levého a pravého odklonu kola shodná, m� že docházet k tažení vozidla do strany a není zaru� en p

�ímý sm� r vozidla bez korekce volantem (nehled� na opot

�ebení

pneumatik).

P� íklon rejdového � epu je úhel, o který se odklání osa rejdového (oto� ného, vodícího) � epu od svislice k podélné rovin� soum� rnosti vozidla. M � � í se ve stupních pomocí p

�ístroj � . U

náprav s tuhým oto� ným � epem je pevn� stanoven vztah mezi odklonem kola a p�íklonem

� epu.

Obr . 79. Tak jako správné nastavení geometr ie kol ovliv � uje opot � ebení pneumatik, tak zp � tn � i pneumatika ovliv � uje více než 50% jízdních vlastností podvozku. Životnost pneumatiky (ujetá dráha v [km]) ovliv � uje � ada provozních parametr � a dalších faktor � ; n � které jsou vyjád � eny na dalších � ty � ech grafech.

Obr. 80. Pneumatika pro nákladní automobily (Dunlop)

Když britský léka� J. B. Dunlop p

�išel s vynálezem "obutí" silni � ních motorových vozidel (v minulém

století), pneumatika tehdy vypadala jinak než dnes; m� la pouze p�ispívat k pohodlí cestujících tím, že

tlumila ot�esy vozidla p

�i jízd� . Dnes žádáme od pneumatiky pro nákladní automobily nejen tlumení, ale

aby m� la vynikající jízdní vlastnosti z hlediska aktivní i pasivní bezpe� nosti, jízdního pohodlí a v neposlední

�ad� , aby vyhovovala p

�ísným požadavk� m minimálních dopad� na ekologii. Díky

po� íta� ové tomografii firma vyvinula pneumatiku nové koncepce s p�ednostmi stejnom� rného opot

�ebení,

v � tší hospodárnosti provozu, lepší vzduchot� snosti, novou konstrukcí patky a kvalitní kostrou k protektorování.

Záklon rejdového � epu je odklon jeho osy od svislé roviny procházející osou rotace kola. Pr� se� ík prodloužené osy otá� ení rejdového � epu leží p

�ed dotykovým bodem kola s

vozovkou ve sm� ru jízdy. Tím dochází k vle� ení kola, nikoli jeho tla� ení. M � � ení úhlu p�íklonu a záklonu je náro� n� jší než m� � ení sbíhavosti a odklonu kola. Prostorová poloha

rejdového � epu, definovaná úhly p�íklonu a záklonu, má p

�ímý vliv na polom� r rejdu. Práv �

tyto úhly zp� sobují reálné nadzvednutí p�ední � ásti vozidla p

�i nato� ení kol na kteroukoli

stranu, což zp� sobuje samovoln� vracení vychýlených kol do p�ímého sm� ru p

�i pr� jezdu

zatá� kou.

Polom � r rejdu kola je vzdálen mezi st�edem dotykové plochy kola s vozovkou a pr � se� íkem

prodloužené osy otá� ení oto� ného � epu s vozovkou. Rozlišujeme

- pozitivní polom� r rejdu, kdy pr � se� ík osy otá� ení rejdového � epu leží mezi st�edy

dotykových ploch kol - negativní polom� r rejdu, kdy pr � se� ík osy otá� ení rejdového � epu leží vn� st � ed�

dotykových ploch kol - nulový polom� r rejdu, kdy osa otá� ení rejdového � epu protíná vozovku v míst �

dotykové plochy kola. Polom� r rejdu je pevn� stanoven a nelze jej m� nit. Ovliv � uje síly v

�ízení jak za klidu tak i za

pohybu vozidla. P�edstavuje páku, na níž p� sobí síly valení od vozovky, p

�ípadn� brzd� ní.

Dalšími pojmy v geometrii kol je bo� ní p�esazení náprav, úhlové vychýlení náprav a

diferen� ní úhel rejdu vnit�ního a vn� jšího

�ízeného kola p

�i pr� jezdu zatá� kou.

Obr. 81. P� ední lichob� žníková náprava osobního automobilu (Renault Laguna) ve schematickém uspo� ádání. Je tvo� ena dv � ma p� í � nými rameny zobrazující tvar lichob � žníku. Její koncepce a provedení je p� edpokladem dobrých jízdních vlastností vozidla. Sestává z pravé a levé � ásti, které musí být symetrické, aby byly v rovnováze. V horním obrázku je zakreslený svislý rejdový � ep s polom� rem rejdu d. Z d� vod� stability t� eba jeho hodnotu zmenšit, p� ípadn� rejdový � ep p� iklonit tak, aby hodnota rejdu byla negativní (dolní obrázek)

Poznámka �

ekli jsme si, že odklon kola a p� íklon rejdového � epu zmenšují polom� r rejdu, který má být malý nebo n� kdy dokonce negativní. Tím se totiž:

- zamezuje p� enosu ú� ink� nerovností od kol p� es � ízení až do volantu - stabilizuje výjezd ze zatá� ky do p� ímého sm� ru. Dojde-li k nárazu na kolo p� i kladném polom� ru rejdu,

mají kola snahu se rozbíhat (zv� tšovat rozbíhavost). P� i záporném (negativním) polom� ru rejdu je tomu obrácen� .

Odklon kola, který má být malý, zp� sobí jeho zv� tšení rychlé opot� ebení pneumatiky: kladný -> vn� jší strany, záporný -> vnit� ní strany. P� íliš velký kladný odklon zp� sobuje tah na levou stranu, záporný odklon zp� sobuje p� i jízd� v zatá� ce tah na pravou stranu.

Z d� vod� diagnostiky se n� kdy ozna� uje sou� et p� íklonu rejdového � epu a odklonu kola plus pravý úhel jako celkový úhel, jež musí mít na levé i pravé stran� stejnou hodnotu. Neodpovídá-li celkový úhel hodnotám podle výrobce, signalizuje to deformaci rejdového � epu kola (opak však nemusí znamenat správnou polohu kola a rejdového � epu).

Záklon rejdového � epu slouží nejen k stabilizaci výjezdu ze zatá� ky (tím, že zaru� uje dynamické vracení � ízení kol do p� ímého sm� ru), ale také tla� í kolo ve sm� ru sbíhavosti kol. Je-li záklon rejdového � epu menší, vozidlo táhne na jeho stranu. � ím je však záklon p� edních rejdových � ep� v� tší, tím obtížn� ji se kola natá� ejí do rejdu, avšak vozidlo je na vozovce stabiln� jší. U b � žných vozidel se zpravidla setkáváme s kladnými úhly záklonu, tj. odklon� ní osy rejdového � epu je sm� rem dozadu (vyvolává kladný závlek). Existují však konstrukce, které mají negativní úhel záklonu (rejdový � ep odklon� n sm� rem dop� edu).

N � které hodnoty geometr ie kol automobilu

Zna� ka vozidla

Renault 20 Škoda 120 Škoda Felicia Karosa B Liaz 110 Tatra 815

osobní bus nákladní

P ední náprava ! p íklon � epu [°] ! záklon � epu [°] ! odklon kola [°] ! sbíhavost [mm]

13° 2° 30 0°20' -2 až 0

7° 45' 4° 45' 1° 15' 2

11° 45' 1° 20'

- 0° 30 ' 1

8° 27' 2° 0°33' 0 až l

6° 30' 2° 1°30' 0 až l

6° 2° 30' 3° 30' 0 až 3

Uložení kol osobních automobilu

Obr. 82.