W tym artykule z cyklu "Elementy zawieszenia samochodu" omawiamy zjawisko Camber. Przeczytaj i dowiedz się więcej o kącie nachylenia kół.
Kąt nachylenia kół względem podłoża ([ang.] camber), obok zbieżności jest najczęstszym tematem poruszanym w rozmowach w warsztatach diagnostyki geometrii. I słusznie, gdyż w bardzo dużym stopniu odpowiada on za prawidłową pozycję koła na drodze ( im większa powierzchnia styku opony z podłożem, tym większą przyczepność uzyskamy).
Jaki kąt nachylenia kół względem podłoża jest najlepszy?
Wyobraźmy sobie toczące się swobodnie koło, oczywistym jest, że gdy będzie prostopadle położone względem podłoża (taki kąt określany jest mianem kąta zerowego) jego powierzchnia styku będzie największa. I tak jest rzeczywiście, ale jedynie przy założeniu, że koło toczy się swobodnie, nie skręca i co więcej nie jest częścią samochodu, który poprzez wahacz przenosi na koła swój ciężar.
Camber: Różne kąty nachylenia kół
W sytuacji gdy samochód przejeżdża przez zakręt, siły odśrodkowe działające na niego są równoważone przez siły przyczepności opony. Największy wpływ na przyczepność ma nacisk - jego zmniejszenie powoduje utratę przyczepności. W wyniku działania siły odśrodkowej, nacisk opony na podłoże jest większy po jej zewnętrznej stronie, a mniejszy po stronie wewnętrznej. Opona jest wtedy obciążona nierównomiernie, nie wykorzystuje całej swej przyczepności. Z tego samego powodu dochodzi do deformacji opony.
Camber: Nacisk opony na podłoże podczas jazdy na wprost i w zakręcie
Można takiej sytuacji zaradzić – wystarczy pochylić koła względem podłoża pod ujemnym katem (camber negatywny). Spowoduje to zwiększenie nacisku po wewnętrznej stronie opony, a zmniejszenie po zewnętrznej. W zakręcie gdy dodatkowo wystąpią siły odśrodkowe tym razem nacisk po wewnętrznej stronie nie zmniejszy się tak znacznie jak w przypadku opony prostopadłej do podłoża.
Camber: Camber negatywny. Nacisk opony na podłoże podczas jazdy na wprost i w zakręcie.
Co się dzieje gdy koła samochodu nachylone są pod dodatnim kątem względem podłoża?
W takim momencie zanim samochód wjedzie w zakręt już ma wstępnie obciążone zewnętrzne krawędzie powierzchni styku kół z podłożem. Gdy w wyniku przejazdu przez zakręt pojawi się siła odśrodkowa – dodatkowe obciążenie zewnętrznej partii opony może spowodować jej przeciążenie(na rysunku poniżej - kolor czerwony), w wyniku czego następuje przyspieszone zużycie opony. Dodatkowo, samochód zamiast wykorzystywać przyczepność całej powierzchni opony, korzysta jedynie z jej fragmentu.
Camber: Różne siły nacisków na koła w zakręcie, w zależności od ich kątu pochylenia.
Wiemy już dlaczego koła powinny być pod ujemnym kątem względem podłoża, ale czy kąt ten może być dowolny?
Oczywiście że nie. Efekt opisywany powyżej, dzięki któremu w zakręcie siły nacisków na poszczególne fragmenty opony się "uśredniają", ma tez negatywny skutek. Opona będąca pod jakimkolwiek innym niż zerowy (prostopadły) kątem podczas jazdy na wprost zużywa się, gdyż nierównomiernie naciska na podłoże. Dlatego też inżynierowie projektujący układ jezdny, szukają kompromisu, by opona jak najmniej zużywała się jadąc na wprost, będąc jednocześnie przyczepną na zakręcie.
Powinno się zachować umiar w ustalaniu ujemnych kątów celem zwiększania przyczepności. Należy pamiętać, iż wciąż dążymy do równomiernego obciążenia opony, gdy nadmiernie zwiększymy kąt – jej zewnętrzna krawędź będzie pod zbyt dużym kątem do podłoża, co zaowocuje obniżeniem przyczepności. Dodatkowo zaobserwujemy wyraźne zniszczenie bieżnika po jego wewnętrznej stronie.
Czy obniżanie samochodu może mieć negatywne skutki w postaci niewłaściwych wartości kąta położenia kół względem podłoża?
Wartości camber, czyli kątów kół względem podłoża są bezpośrednio powiązane z wysokością samochodu i każde obniżenie ma na nie wpływ. W małym samochodzie z przednim zawieszeniem rozwiązanym z wykorzystaniem kolumn McPhersona, już obniżenie o 25mm potrafi zwiększyć wartość kąta camber z -0.3° do -0.6°. Dlatego też, po każdej ingerencji w wysokość samochodu należy sprawdzić czy geometria samochodu nie wykracza poza dopuszczalne wartości. Znane są przypadki zmiany kątów camber nawet o -1° i to już przy obniżeniach w okolicach 60mm. Nie należy takich sytuacji lekceważyć, zwłaszcza, że w większości popularnych samochodów z zawieszeniem opartym na kolumnach McPhersona nie ma możliwości regulacji tego parametru. Jedynym wyjściem jest zamocowanie specjalnego zawieszenia z tzw. camber plate który umożliwia przesunięcie górnego punktu mocowania kolumny McPhersona.
Camber: Zmiana kąta camber w wyniku obniżenia samochodu.
Sprawa się ma zupełnie inaczej w przypadku zawieszeń wielowahaczowych, gdzie długością górnego wahacza można regulować omawiany kąt.
A jak to wygląda w sporcie?
Obserwując torowe wyścigi samochodów, niejednokrotnie można zauważyć bardzo agresywne nastawy kątów camber. Jest to uzasadnione, gdyż prędkości pokonywania zakrętów są dużo większe i wymagają wyższych wartości kątów camber (przykładowo w F1, kąt przedniego zawieszenia osiąga nawet -3.5°). Dobiera się je na podstawie temperatur w kilku strefach na powierzchni opony, dążąc do tego, by były one maksymalnie zbliżone do siebie (im mocniej obciążona cześć opony tym wyższa jest jej temperatura).
Jakie są efekty jazdy z zbyt dużymi wartościami kątów camber?
Pierwszym, chociaż nie najważniejszym efektem jest zniszczenie wewnętrznej części powierzchni styku opony z nawierzchnią. Zaowocuje to prędzej czy później utratą dowodu rejestracyjnego w przypadku kontroli Policji, z powodu przekroczenia minimalnej głębokości bieżnika.
Samo zachowanie samochodu w zakręcie będzie w skrajnych przypadkach dramatyczne, z powodu nie uzyskania optymalnego rozkładu nacisku przez opony. Jednym słowem kierowca odczuje wyraźną utratę przyczepności.