Podvozkové centrum APM Bilstein – 10. díl: Geometrie řízení

Pohledem na důležitost a způsoby přesného nastavení jednotlivých skupin se uzavírá seriál zaměřený na servis a údržbu podvozků motorových vozidel, přesněji na deset klíčových skupin podvozkové soustavy. Seriál, který kopíroval tzv. Podvozkové desatero, měl za cíl přinést základní servisní doporučení, zásady údržby a oprav i řadu praktických poznatků a odhalit tak vysoký potenciál údržby a oprav podvozků Posledním bodem desatera je GEOMETRIE ŘÍZENÍ…

Pojmem řízení rozumíme skupinu součástí na podvozku automobilu, která je určena k udržování požadovaného směru jízdy nebo k jeho změně. Spolu s brzdovými soustavami je řízení nejdůležitější skupinou automobilu vůbec. Základním požadavkem na řízení je, aby se kola vozu v zatáčkách odvalovala a nesmýkala, a to v každé poloze kol při zatáčení, při propružení i při jakýchkoli nerovnostech vozovky. Splnění tohoto požadavku je složitým kinematickým úkolem z mechaniky pohybu automobilu, zatíženým ještě skutečností, že část elementů řízení sleduje pohyby kol či neodpružených částí nápravy, druhá část patří k částem odpruženým. Přitom se rázy působící na kola nesmějí přenášet na volant a konečně je dán požadavek co nejmenší síly, potřebné k řízení vozu.

Geometrie řízení zahrnuje vše, co souvisí s nastavením polohy kol vzhledem k vozovce a k podélné ose vozidla, popřípadě jeho osy symetrie.

Polohu kol vzhledem k vozovce, případně k ose vozidla můžeme definovat pomocí těchto úhlů:

1. úhel mezi rovinami kol a myšlenými rovinami kolmými k vozovce rovnoběžnými s podélnou osou vozidla (sbíhavost kol a odklon kola).
2. úhel mezi osami natáčení (osami rejdu) a rovinami kolmými na vozovku, a to jak rovnoběžnými s podélnou osou automobilu (osou symetrie), tak i na ni kolmými.

Při měření geometrie náprav se nejčastěji kontrolují tyto základní veličiny:

• odklon kola
• příklon rejdového čepu
• záklon rejdového čepu
• sbíhavost (rozbíhavost) kol

Sbíhavost kol a odklon kola mají velký vliv na jízdní vlastnosti vozidla, a to nejen u přední řízené ná-pravy, ale také u zadních kol vozidla, protože směr jízdy vozidla při nastavení řízení do přímého směru je vždy určen nastavením stopy zadních kol! To platí pro vozidla jak klasické koncepce (motor vpředu, pohon zadních kol), tak pro vozidla s motorem a pohonem vpředu či vzadu.

Postup při měření geometrie náprav

Bez ohledu na to, jakým diagnostickým zařízením je servis vybaven (mechanické, laserové nebo infračervené), je třeba při měření dodržovat předepsaný postup:

• Po předchozí úspěšné kontrole celého podvozku je třeba překontrolovat tlak v pneumatikách. I tato ´malichernost´ může celý výsledek měření zhatit, neboť při měření vozidlo musí být v rovině a s poloprázdnou pneumatikou ji nelze dosáhnout.
• Vozidlo musí být prázdné nebo zatížené podle předpisu výrobce. Pozor na různá provedení podvozků! U některých je třeba změřit světlou výšku předepsaných dílů a podle toho vyhledat příslušné hodnoty geometrie kol. Někdy se také používají různé rozpínací prvky, které je tedy potřeba mít k dispozici.
• Pro odstranění nežádoucích pnutí v podvozkové skupině, která mohla vzniknout při předchozím stání, někteří mechanici najedou na plošiny zvedáku, sjedou a najedou ještě jednou. Pak vozidlo při uvolněné brzdě několikrát stlačením karoserie propérují. Tím se pérování ustaví do středové, stabilní polohy.
• Doporučuje se také eliminovat příčný náklon vozu – volantem natočit kola až na doraz vlevo a poté na doraz vpravo. Výška středů nábojů obou kol nápravy od podlahy/plošiny musí být stejná a totéž platí o spodní hraně blatníků. Když tomu tak není, použije se vyrovnávací zátěž.
• Dalším velmi opomíjeným krokem je nulování házivosti všech kol. Měřící hlavy namontované na jednotlivých kolech pomocí tříramenných držáků kopírují i možné nerovnosti disků kol, a proto je třeba tuto korekci provádět odpovědně.
• Je-li házivost vynulována, může začít kontrola geometrie – nejdříve zadní nápravy. Změřme odklony a je-li nutná korekce, provedeme je pomocí excentrů nebo vymezovacími podložkami. Pokud konstrukce zadní nápravy seřízení neumožňuje, omezíme se pouze na její kontrolu.
• Překontrolujeme a případně seřídíme sbíhavost zadní nápravy a porovnáme směr jízdní osy.
• Nyní překontrolujeme odklony přední nápravy. I zde se můžeme setkat s fixním nastavením. Jsou-li hodnoty v tomto případě mimo toleranci, dá se předpokládat, že jsme přeci jen něco přehlédli při prvotní prohlídce. Sem tam narazíme na ohnuté rameno nebo jinou součást, jejíž defekt lze zaznamenat pouze provedeným měřením a lidské oko, i když zkušené, může ledacos přehlédnout. Většinou platí, že je-li odklon v pořádku, měl by být v pořádku i záklon rejdového čepu.
• Dalším krokem je kontrola příklonu a záklonu. Vozidlo je třeba zabrzdit provozní brzdou (nestačí zatáhnout pouze ruční brzdu), a to za pomoci vzpěry umístěné mezi pedál a sedadlo řidiče. Otáčením kol do rejdu o předepsaný úhel odečteme aktuální hodnotu každého kola zvlášť.
• Nyní je třeba zajistit volant ve středové poloze a překontrolovat a případně i zkorigovat sbíhavost.
• Velká sbíhavost kol způsobí ojetí vnějších stran běhounu pneumatiky, malá sbíhavost má opačný efekt – sjeté jsou vnitřní strany běhounu.

Ani takto bezchybně provedená kontrola a seřízení geometrie kol přední a zadní nápravy bohužel není zárukou dosažení optimálních jízdních vlastností. Velmi významnou roli pro správné vedení vozu sehrává stav namontovaných pneumatik. Pneumatika provozovaná na nápravě, kde byla v minulosti dlouhodobě nadměrná vůle (nebo byla poškozena některá ze součástí nápravy), je nerovnoměrně sjetá a snadno dokáže navzdory správně seřízené geometrii způsobovat tah ke straně.

Závady spojené s nastavením geometrie řízení:

---

Automobil táhne do strany

Škála možných příčin Ačkoliv moderní osobní automobily mají stále lepší podvozky a tedy lepší jízdní vlastnosti i při vysoké rychlosti a na špatném povrchu vozovky, jsou zároveň poměrně citlivé na špatné nastavení geometrie kol/náprav a pochopitelně i na závady na dílech podvozku. Jestliže zákazník tvrdí, že jeho automobil táhne do strany, pak v autoservisní praxi většinou následuje změření geometrie kol. To je principiálně správné, i když….? Než mechanik přistoupí k vlastnímu měření geometrie, měl by se přesvědčit, v jakém stavu jsou díly podvozku vč. pneumatik, a zda právě tam není příčina uváděného problému. Tím rozhodně nelze zpochybňovat nesporný význam kontroly geometrie kol. Ta je zcela bezpodmínečná po každé demontáži dílů náprav nebo v rámci opravy po havárii. Většinou je ale skutečně třeba před měřením provést i předchozí prohlídku. V každém případě by se měla provést také zkušební jízda, která ukáže, zda automobil skutečně táhne do strany, jak moc, na jakou stranu atd. Hodně nám může také napovědět prohlídka stavu pneumatik. Příčina daného jevu vůbec nemusí být v souvislosti s vadou nějakého dílu či se špatně nastavenou geometrií kol, ale kupříkladu právě kvůli podhuštěným pneumatikám, nebo v důsledku přehnaně agresivního stylu jízdy zejména v zatáčkách.

Příčina: pneumatiky Jestliže vozidlo táhne do strany, pak je to ze zkušeností většinou způsobené pneumatikami. Jednou z častých příčin je kuželovitost (úkos) stavby kostry pneumatiky. Pak vzniká při odvalování pneumatiky stranová síla. Ta působí přímo na zavěšení kol a může znatelně změnit jízdní chování vozidla. Co je to „kuželovitost“ kostry pneumatiky? To je nepatrně přesazení běhounové plochy a/nebo konstrukčních pásů radiální pneumatiky o pár desetin milimetrů vůči geometrickému středu pneumatiky. Tato konicita není vizuálně pozorovatelná a v autoservisu ji nelze zjistit či nějak změřit. To je ovšem problém, ale ne zcela neřešitelný. Kuželovitost se nechá zjistit cílenou výměnou kol, resp. pneumatik, při zkušební jízdě. Záměnou kol lze vypozorovat, která pneumatika způsobuje táhnutí vozu do strany. Kompenzovat stranové táhnutí je možné také natočením pneumatiky na disku. To vše je pochopitelně pracné, poněkud zdlouhavé, ale často nevyhnutelné a jedině možné.

Příčina: povrch silnice I řidiči s nevelkou praxí už vědí, že automobil má tendenci sledovat klesání v příčném profilu vozovky a více či méně táhnout vpravo nebo vlevo. Novější osobní automobily jsou na rozdíl od svých předchůdců vybaveny řízením, které vykazuje větší přesnost v oblasti středové polohy. Připočítáme-li k tomu sériově větší záklon rejdového čepu, výsledkem je větší potřeba síly na volantu kolem středové polohy převodky řízení. Toto je tedy normální. Některé automobily mají rovněž tendenci táhnout lehce doleva nebo doprava při silnější akceleraci. Patrné to bývá z konstrukčních důvodů u automobilů, které mají skupinu motor-převodovka uloženou napříč ke směru jízdy. Kloubové hnací hřídele pak mají nestejnou délku. Při plné akceleraci na první a druhý převodový stupeň to vyvolává krátký jednostranný moment v řízení. Vůz pak táhne lehce do strany.

Další faktory, které mají vliv na táhnutí vozu do strany:

• rozdílný tlak vzduchu v pneumatikách
• nerovnoměrné zatížení automobilu
• nerovnosti povrchu vozovky, zejména vyježděné koleje
• boční vítr atd.

Někdy se takto mohou projevovat i vibrace na volantu. Pokud se jedná o vibrace pocházející z podvozkové skupiny, pak jako možné zdroje do úvahy přicházejí kola/pneumatiky, náboje kol, třmeny brzdy, brzdové kotouče, brzdové obložení/třecí segmenty, tlumiče pérování, spojovací prvky řízení atd. I této problematice, byť není zcela spojená s táhnutím vozidla do strany, je nutné se věnovat.

Nerovnoměrné otáčení kol Kola se mají otáčet bez většího radiálního házení, jinak dochází k uvedeným vibracím. Jaké jsou jejich možné příčiny? Co je třeba zkontrolovat a jaká pravidla montáže dodržet?

1. Kola/pneumatiky
   • Jsou kola bezvadně vyvážená?
   • Nevykazují nadměrnou výškovou nebo boční házivost?
   • Jsou šrouby/matice kol utažené předepsaným momentem a křížovým způsobem?
2. Náboje kol
   • Centrovací přírubová plocha musí být čistá, bez koroze a nečistot!
   • Na danou plochu se nesmí dostat žádné pasty, například pasta na měděné bázi, proti pískání brzd apod.
   • Přírubová plocha nesmí být mechanicky poškozená. Náraz na ní a s ním spojená deformace vede ke zhruba dvojnásobné házivosti brzdového kotouče.
   • Musí být dodrženy utahovací momenty a postup utahování příslušných šroubů!
3. Třmeny brzdy
   • Třmeny brzdy musí být celkově v perfektním stavu, pístky volně pohyblivé, vodící a těsnicí prvky v pořádku!
   • Použité třecí segmenty (i nové) musí být ve vedeních třmenů lehce pohyblivé! Doporučuje se použití originálních dílů a takových, které jsou s jistotou předepsané pro daný typ a ročník vozidla.
   • Během prvních 200 kilometrů po osazení nových třecích segmentů brzd se doporučuje nebrzdit silově (příliš intenzivně), neboť i pro tyto díly je mnohdy žádoucí určité „zaběhnutí“.
4. Brzdové kotouče a třecí segmenty
   • Výměnu brzdových kotoučů provádět párově na jedné nápravě! Oba kotouče musí pocházet z jednoho originálního balení. Před montáží nových kotoučů je nezbytné zbavit je nánosu ochrany proti korozi.
   • U problémového vozidla přitáhnout brzdové kotouče předepsaným utahovacím momentem a poté pomocí indikátoru změřit na vnějším okraji třecí plochy stranovou házivost. Pokud tato překračuje dovolenou toleranci, zkusit nejprve kotouč postupně o šroub přesadit a znovu změřit házivost.
5. Zavěšení kol
   • Zkontrolovat stav silentbloků, uložení stabilizátorů atd. – zda již nejsou příliš opotřebované (změklé) nebo mechanicky poškozené.
   • V perfektním stavu musí být tlumiče pérování i kompletní tlumičové jednotky.
   • Zkontrolovat správné parametry geometrie kol/náprav.
6. Díly řízení
   • Zkontrolovat opotřebení převodky řízení.
   • Kulové čepy a spojovací tyče nesmí vykazovat nadměrné vůle nebo mechanické poškození.
   • Tlumič řízení musí být dokonale funkční.

Další možné příčiny táhnutí vozu do strany O nezbytnosti správně seřízené geometrie kol/náprav pro optimální jízdní chování či jízdní vlastnosti automobilu zřejmě nikdo nepochybuje. Zejména u některých novějších konstrukcí podvozkových skupin je třeba geometrii věnovat opravdu mimořádnou pozornost.

Špatně nastavená geometrie samozřejmě také může vést k táhnutí vozu do strany. Pozor i na další, byť ne příliš častý případ. Jsou to vozy, kde jsou dodatečně provedené úpravy za účelem snížení výšky podvozku nebo byla provedena montáž extra širokých hliníkových kol. U těchto automobilů může být geometrie při měření v klidovém stavu v zásadě v pořádku, ale při jízdě se změní původní dynamické zavěšení ve zcela jiné. To se může projevit na řízení nebo dříve či později na nerovnoměrném sjetí pneumatik. Často se v servisní praxi setkáváme s tím, že jsou opomíjeny přípravné práce u kontrol geometrie kol, nebo nerespektovány určité podmínky měření.

U nových automobilů se doporučuje provádět v případě potřeby měření geometrie kol teprve až po ujetí 1000 až 2000 km. Potom už je zavěšení kol usazené a to platí hlavně o vinutých pružinách. Nemá snad ani smysl připomínat, že při měření geometrie kol je nutné mít k dispozici kvalitní měřicí přístroj. V současné době už asi především elektronický, i když řadu rozhodujících parametrů lze změřit i optickým/laserovým přístrojem. Známý je rovněž požadavek na rovinnost stání nebo plošin zvedáku, kde se geometrie kol měří. I zdánlivě malá odchylka rovinnosti v podélném i v příčném směru, řekněme v řádu 1 mm na 1 metr, už je příliš. Pokud bychom ji připustili, seřídíme nesprávně třeba odklon kola a důsledkem může být právě stranové táhnutí vozu. Některé elektronické přístroje pro měření geometrie kol však odmítají pracovat, pokud tato rovinnost není dodržena.

Zkontrolujte také volnost natáčení předních otočných plošin, na kterých při měření geometrie stojí přední kola automobilu. I zadrhávání těchto měřících plošin může vést k chybnému změření nebo nastavení geometrie kol.

Změny hodnot geometrie přední nápravy v závislosti na propružení vozidla

Křivka sbíhavosti Konstruktéři automobilů hledají intenzivně další cesty ke zvýšení jízdní bezpečnosti a komfortu automobilů. Podvozek přitom hraje klíčovou roli. Proto se stále objevují nové konstrukce náprav a ruku v ruce s tím i nové požadavky na diagnostiku podvozkových skupin. Jako výborný příklad může sloužit tzv. ´čtyřramenná´ přední náprava koncernu Volkswagen. Právě u ní, ale nejenom u této konkrétní nápravy, se setkáváme s pojmem či parametrem geometrie kol, který označujeme jako křivka sbíhavosti.

Čtyřramenná přední náprava koncernu Volkswagen je konstruována tak, že při propérování – tedy stlačování a rozpínání pružicí jednotky – dochází zároveň ke změně sbíhavosti. Dociluje se toho uspořádáním ramen, pružicí jednotky a vysoko uložené převodky řízení s krátkými spojovacími tyčemi. Právě tato změna sbíhavosti při změně výškové polohy karoserie, resp. při stlačení či roztažení pružicí jednotky, se označuje křivka sbíhavosti.

Jaký má křivka sbíhavosti praktický význam? Například při akceleraci se vpředu zvedne karoserie (pružicí jednotka jde do horní polohy) a v důsledku konstrukce nápravy s křivkou sbíhavosti se sbíhavost zvětší. Tedy v pozitivním smyslu. Totéž nastane také při přejezdu táhlejšího zvlnění komunikace. Naopak při brzdění, kdy se pružicí jednotky stlačují do spodní polohy, se znatelně zvětšuje rozbíhavost předních kol a to zlepšuje brzdný efekt. Podobně lze popsat působení křivky sbíhavosti při průjezdu vozidla zatáčkou. Vnitřní kolo se odlehčí a jeho (dělená) sbíhavost se mění do pozitiva (zvětšuje se), u kola vnějšího je tomu naopak. Pružicí jednotka se stlačuje a kinematika nápravy zajišťuje změnu dělené sbíhavosti příslušného kola v negativním smyslu (zmenšení sbíhavosti či rozbíhavost). Výsledný efekt je zřejmý. Vytváří se malý moment působící proti natáčení volantu (směru řízení) a podvozek svým chováním inklinuje k nedotáčivosti a to zlepšuje jízdní vlastnosti v zatáčce. Křivka sbíhavosti je tedy závislá od hodnoty sbíhavosti v normální/jmenovité poloze vozidla a hodnotě sbíhavosti v přesně definovaném bodě, kdy je karoserie o určitou výšku nadzvednutá nebo „propérovaná“. Zvláštností čtyřramenné přední nápravy koncernu Volkswagen je, že její křivku sbíhavosti lze seřizovat změnou výškové polohy spojovacích tyčí. Vliv špatně nastavené křivky sbíhavosti Špatně seřízená křivka sbíhavosti, zejména nestejně nastavená u levého a pravého kola, může vést k tomu, že automobil nedrží při přejezdu zvlnění komunikace nebo při akceleraci dokonale jízdní směr. Stejně tak může dojít při brzdění k situaci, že vůz táhne k jedné straně. Při průjezdu zatáčkou lze při špatné křivce sbíhavosti vysledovat tendence k nežádoucí a nepřiměřené nedotáčivosti nebo přetáčivosti.

Z toho vyplývá, že při měření/seřizování geometrie kol těchto podvozků/náprav je nutné věnovat křivce sbíhavosti patřičnou pozornost. Dvakrát naléhavě to platí, když se jedná o vozidlo po havárii, kdy došlo k poškození komponentů nápravy (včetně řízení) nebo karoserie. Ale nejde jen o nehody. Obdobně je třeba zjistit stav křivky sbíhavosti tehdy, když se jednalo o demontáž a montáž skříně ložisek kola, spojovacích tyčí, převodky řízení, nosných dílů pohonného agregátu apod.

---

Několik slov závěrem Konstrukční uspořádání čtyřramenné nápravy plní náročné požadavky současné doby. Je zde však určitý problém spočívající v požadavcích na vybavenost servisů odpovídající technikou a odbornou úrovní personálu. Výrobcem předepsané, velmi úzké tolerance měřených hodnot způsobují potíže při seřizování a svůj vliv má samozřejmě i lidský faktor. Seřizování celého systému je do určité míry zkouškou trpělivosti. Stačí jeden volný kulový čep nebo ložisko a správné nastavení parametrů nápravy je téměř nemožné. Mnohdy se můžeme dostat mimo předepsanou toleranci pouhým dotažením matice. Praxe ukázala, že údržba těchto typů náprav v běžném provozu je někdy problematická. Zřejmě této skutečnosti si byl vědom koncern Volkswagen a u posledního modelu typové řady Passat se vrátil k uspořádání náprav McPherson.