Peatükk 3: Seadenurgad

3.1 Külgkalle


Külgkalle e. camber kirjeldab nurka rehvi keskjoone ja vertikaali vahel. Kui ratta ülemine ots on sissepoole, on tegemist negatiivse külgkaldega, kui väljapoole, siis positiivse külgkaldega. Tavaliselt mõõdetakse seda põhja normaalkõrgusel (vabas olekus, auto toetub ratastele), enamasti kasutatakse külgkallet vahemikus -0.5 kuni -3 kraadi.

Positiivset külgkallet ei kasutata kunagi, einult negatiivset. Negatiivne külgkalle on vajalik, kuna kurvi keerates auto rullub ja see muudab rehvi külgkallet. Ka on enamus kummist rehve suhteliselt pehmed ja deformeeruvad pisut kurvi keskme suunas. Kui autol ei ole üldse negatiivset külgkallet, puutuks ainult rehvi välisserv ja külg maaga kokku, mis ei ole just parim variant pidamise seisukohalt. Rehvi pidamine kontaktpinna suurenemisel kasvab, seeag oleks ideaalne, kui rehv oleks kogu aeg risti maaga ja ei deformeeruks suure külgkoormuse all. Paraku ei ole see nii, enamasti tuleb leida parim kompromiss. Probleem on see, et kui tahad maksimaalset pidamist kiirendusel, peab seadma külgkaldeks 0°, kui tahad maksimaalset külgsuunalist pidamist, pead kasutama mõnekraadist negatiivset nurka, sõltuvalt vedrustuse ja rehvi karkassi pehmusest. Ei saa mõlemat korraga, kuid võid üritada leida parimat kompromissi. Lihtsaim viis seda teha on seada külgkalle nii, et rehvid kuluvad ühtlaselt üle kogu pinna, nii saad olla kindel, et iga rehvipinna osakese potentsiaali kasutatakse maksimaalselt. Pea meeles, et väga pehme vedrustuse ja vähese külgkalde muutusega auto vajab rohkem negatiivset külgkallet kui jäiga vedrustuse ja suure külgkalde muutusega auto. Väga konarlikul maastikurajal võib olla kasulik kasutada rohkem külgkallet, kui rehvide ühtlaseks kulumiseks vaja. See liigne külgkalle stabiliseerib autot suurtel muhkudel ja vähendab rööbastes katusele keeramise ohtu.

Külgkallet võib ka kasutada soovitava käitumisefekti saavutamiseks, kuid ma kindlasti ei soovitaks seda: mitteoptimaalse külgkalde tulemuseks on alati vähem pidamist, mis möödapääsmatult muudab auto aeglaseks.

3.2 Pikikalle

coil springs
Pikikalle e. järeljooks e. caster kirjeldab nurka c käändtelje ja vertikaali vahel. Kahe õõtshoovaga vedrustuse puhul on käändteljeks virtuaalne telg läbi alumise ja ülemise kuulliigendi keskme. Käändtelje ümber pöörab ratas rooli keerates. Kui käändtelje ülaots on tahapoole kaldu, nagu pildil, on tegemist positiivse pikikaldega. Negatiivset pikikallet ei kasutata kunagi. Pane tähele, et rehvipinna ja maa kontaktpunkt on käändtelje ja maa lõikepunktist tagapool (pikkuse d võrra). See põhjustab rataste "järeljooksu".
Pikikalle põhjustab suurt külgkaldemuutust, kui esirattaid pöörata, tõstes auto esiotsa õhku. See tõstev efekt põhjustab esirataste tendentsi ennast otseks pöörata, kui neile ei mõju pööravat jõudu: kui rattad on otse, on auto kõige madalamal, nende pööramine nõuab jõudu, et autot tõsta. Kui see jõud kaob, pöörab gravitatsioon rattad otseks tagasi.Mida suurem on pikikalle ja mida raskem auto, seda tugevam see efekt on. Samuti, mida suurem pikikaldenurk, seda suurem on rataste pööramisel tekkiv külgkalde muutus. See külgkalde muutus kompenseerib raami rullumist ja rehvi deformeerumist kurvis. Seega, suur pikikalle annab rohkem pööramist kiires kurvis, kus auto on rohkem rullunud, ja sissepöörates. See teeb auto ka stabiilsemaks ebatasasustel ja parandab ka stabiilsust otsesõidul. Väike pikikalle annab rohkem pööramist aeglases kurvis ja vähem pööramist kurvi sisenemisel.


Pikikaldenurk ei ole alati konstantne. Kahe õõtshoovaga vedrustuse puhul, kui mõlemad õõtshoovad ei ole paralleelsed, pikikaldenurk muutub vedrustuse kokkusurumisel. Kui õõtshoobade vahe on eest väiksem kui tagant, pikikalle väheneb vedrustuse kokkusurumisel (pidurdusel ja kurvis). Seda kutsutakse "reaktiivseks pikikaldeks" (reactive caster).

3.3 Jooksunurgad

toe
Auto rattad näitavad harva  otse ette. ülaloleval pildil on autol ees lahkujooks ja taga kokkujooks. Kokkujooks tähendab, et rattad on sissepoole viltu, lahkujooks, et nad on väljapoole viltu.
toe forces
Mõlemad esirattad üritavad autot oma külje poole tõmmata. Nad ei saa, kuna teisel pool on sama suur, vastassuunaline jõud, aga nad üritavad. Need jõud on näidatud roheliste nooltega. Nii et rattad ei näita sinna suunda, kuhu nad liiguvad (suur valge nool). See tekitab libisemisnurga, nagu selgitatud peatükis 1.

Nii et teoorias see auto ei pööra kuhugi. Kuid, tegemist on ebastabiilse olukorraga: oletame, et auto tabab ühe rattaga teekonarust või rattaid pööratakse natuke. See tekitab suurema koormuse ühel kahest esirattast. Rohkem koormust tähendab rohkem pidamist, nii et see rehv tõmbab autot enda poole tugevamini. Kui tegemist on väikese rooli korrektsiooniga, läheb ka jõud teisel pool väiksemaks, kuna muutus on tingitud kaalusiirdest, mitte konarusest. Seega on sul üks esiratas, mis tõmbab enda poole tugevamalt kui teine. Selle tulemusena need kaks jõudu ei tasakaalusta enam üksteist ja auto liikumissuund muutub. See on halb uudis, kuna see põhjustab omakorda kaalusiiret, suurendades probleemi. Juht võib üritada olukorda parandada vastupööramisega, kuid kui see ei ole tehtud perfektselt, tekib sama efekt teises suunas. See põhjusteb auto ujumist küljelt küljele või halvemal juhul "sabaliputamist".

Lahkujooks põhjustab ebastabiilsust, seega ei ole mingit põhjust seda auto tagasillal kasutada, see teeb auto juhitamatuks. Ees seevastu on pikikalde stabiliseeriv efekt. Sellepärast kasutatakse mõnikord ees väikest lahkujooksu, kui pikikallet on piisavalt, ei ole stabiilsus sirgetel probleemiks. "Ebastabiilne efekt" on siiski märgatav: kurvi sisse pöörates. Sissepööramine on vahetum ja agressiivsem.
Auto tagaosas on natuke kokkujooksu. See tekitab samuti kaks vastassuunalist jõudu, kuid seekord on tegemist stabiilse süsteemiga. Kui mingil põhjusel üks jõud saab suuremaks kui teine, roolitakse autot selles suunas, mis tekitab kaalusiiret sellele rattale, mis algul pidamist kaotas, taastades pidamise. Süsteem stabiliseerib ennast, seda kutsutakse ka negatiivseks tagasisideks.
Kokkujooks tekitab stabiilsust: see tekitab efekti, mis suunab autot otsejoones liikuma. Seda kasutatakse enamasti taga, kus ta takistab tagaotsa "alt minemast", kui rehvid viiakse pidevalt hõõrdumisringi piirile ja iga konarus võib panna neid pidamist kaotama. Juhile tundub, nagu tagaots oleks tõeliselt "lukus", nagu mingi nähtamatu jõud hoiaks tagarattaid rajal.
Sellel on ka pahupool: kurvides, eriti aeglastes, võtab see pööramist palju vähemaks. Efekt võib olla nii suur, et esirataste haardejõust vaevalt piisab auto pööramiseks. Teisisõnu, liigne kokkujooks taga teeb auto alajuhitavaks.

Kokkujooks ees teeb praktiliselt sedasama: stabiliseerib esiotsa. Sellel võib olla hea efekt, kui tahad auto esiotsa kiirendamisel rahustada. See vähendab ka pisut pööramist, sissepööramine on palju vähem agressiivne.

On miski, mida kõik kokku- ja lahkujooksud teevad: vähendavad viivitusi. Vastassuunalised jõud, nii väiksed kui nad on, võtavad ära loksud vedrustusest ja koormavad rehvi põikisuunas. Need deformeerivad natuke rehvikarkasse, mis teeb auto kiiremini reageerivaks, ilma viivituseta.

Suure kokku/lahkujooksunurga pahupool on põhiliselt energia (ja kiiruse) kaotus: mida suurem nurk, seda rohkem kulub energiat kummi libistamiseks (libisemisnurk suureneb). Mida parema pidamisega rada, seda suurem see energiakaotus on, nii et väldi suuri nurki, kui pidamine on hea. Samuti tekitavad suured jooksunurgad suuri libisemisnurki isegi, kui auto liigub otse. See ei ole hea, kuna suur libisemine põhjustab pidamise kadumist
toe angle
Jooksunurka mõõdetakse kraadides, see on nurk kahe ratta keskjoone vahel. Mõnikord väljendatakse seda ka ratta ja auto keskjoone vahelise nurgaga (mis on täpselt 2 korda väiksem).
Normaalsed jooksunurgad ees on -1.5 kuni +1.5 kraadi, suuremad nurgad põhjustavad kummalisi nähtusi auto käitumises. Taga kasutatakse üldiselt 0 kuni 3.5 kraadi kokkujooksu, rajal natuke vähem, maastikul rohkem.

3.4 Ackermanni efekt

Nagu sa võibolla juba arvasid, Ackermanni efekt "avastati" kellegi Rudolf Ackermann'i poolt hobuvankrite ajastul. Teemaks on auto (või vankri) õigete esirattanurkade leidmine pööramisel.
Ackermann straight
See on olukord, kui auto ei pööra: esi- ja tagarataste telgede pikendused ei lõiku. Ükski ratastest ei libise ja kõik teljed on sama nurga all (0°)
Ackermann wide turn
See on sama auto suhteliselt lauget kurvi võtmas. Punkt, kus telgede pikendused lõikuvad, on ringjoone keskpunkt, mida mööda auto liigub.
Pane tähele, et kui ükski ratastest ei libise, on sisemine ratas pööratud natuke rohkem kui välimine. Lauges kurvis ei ole vahe suur, kuid alguseks hea seegi.
Ackermann sharp turn
Siin on auto suhteliselt järsus kurvis. Ringi raadius, mida auto läbib, on väga väike. Näeme, et kahe esiratta pöördenurga vahe on päris suur. See vahe on veelgi suurem, kui kurv on veel järsem. See ongi Ackermanni efekt.
Nagu selgub, on Ackermanni teooriat täiuslikult rahuldava roolisüsteemi tegemine väga raske, kui mitte võimatu. Sellegipoolest, mitmed elementaarsed roolimehhanismid tekitavad nurki, mis on väga lähedal ideaalile. Pealegi on roolisüsteemis alati natuke lokse ja ülejäänu võtavad enda peale rehvid oma külgpinna deformatsiooniga.
Ackermann Angle
See teooria on ilus ja igapäevastele tänavaautodele on kasulik omada õiget ackermanni seadet rooli väljapööratud asendis, sest see teeb auto paremi ja sujuvamalt pööravaks järsus kurvis, nagu parkimisel või manööverdamisel. Kuid võidusõidul kipuvad rehvid libisema nagunii, nii et võid nurkadega pisut mängida.
Nurka kahe esiratta vahel nimetatakse "Ackermanni nurgaks" ja seda saab muuta roolisüsteemi varraste pikkuse muutmisega.

Suur Ackermanni nurk annab sujuva, ettearvatava pööramise. Saad võtta kurve sujuvalt, ilma et kõik neli ratast üritaksid autot eri suundades kiskuda. Väiksem Ackermanni nurk seevastu võib anda agressiivsema pööramise, eriti kurvi sisenedes. Kuid ei ole garanteeritud, et esiots ei hakka vahel libisema, nagu pole garanteeritud ka sujuv pöörderaadius. See võib olla kasulik hea pidamisega radadel, kui auto kipub kurvi keskel ülejuhitav olema ja tahaksid natuke paremat sissepööramist. Märkimata psühholoogilist mõju sinu ees sõitvale tegelasele kurvi sisenemisel.