تنظیم زوایای چرخ خودرو (تنظیم فرمان)

نحوه استقرار تایر بر روی سطح جاده و زوایای محور چرخ نسبت به محورهای عمودی، طولی و عرضی را خصوصیات سینماتیکی مکانیزم‌های تعلیق و فرمان گویند که تاثیر بسیار زیادی در پایداری و نحوه حرکت خودرو دارد. تنظیم این زوایا با توجه به مستندات فنی خودروساز را تنظیم فرمان یا تنظیم زوایای چرخ‌های خودرو گویند. برخی از مهمترین پارامترها، به شرح ذیل می باشند:

• تغییر فاصله عرضی بین چرخ‌ها (Track alteration)
• تغییر زاویه کمبر (Camber alteration)
• تغییر زاویه کستر (Caster alteration)
• تغییر زاویه تو (Toe alteration)

که در ذیل به بررسی آنها پرداخته می شود:

 فاصله عرضی بین چرخ‌ها (Track Width)

شکل زیر فاصله عرضی بین چرخ‌ها را نشان می‌دهد.

فاصله عرضی بین چرخ‌ها

هر چقدر فاصله عرضی بین چرخ‌ها زیادتر باشد، خودرو پایدارتر خواهد بود در حالیکه با زیاد شدن فاصله عرضی بین چرخ‌ها، شعاع دوران خودرو نیز افزایش می‌یابد، لذا افزایش غیر معمول این پارامتر، به عدم راحتی سرنشین در کنترل خودرو به خصوص در ترافیک، دور زدن و پارک کردن می‌شود.
مقدار این پارامتر در مکانیزم تعلیق یکپارچه همواره ثابت می‌باشد، در حالیکه در مکانیزم‌های تعلیق مستقل، این پارامتر با توجه به شرایط عملکردی خودرو و جاده، همواره در هنگام حرکت خودرو تغییر می‌کند. از طرفی تغییر این پارامتر باعث افزایش لاستیک‌سایی و از بین رفتن پایداری جهتی خودرو می‌گردد، لذا بهتر است که در هنگام حرکت خودرو، مقدار این پارامتر ثابت بماند.
از آنجایی که تغییر این پارامتر در مکانیزم‌های تعلیق مستقل، امری اجتناب ناپذیر می‌باشد (به دلیل متفاوت بودن پارامتر، در طراحی مکانیزم مورد نظر)، از اینرو بهتر است که تغییرات این پارامتر را به سمتی هدایت کرد تا منجر به پایداری بیشتر خودرو گردد.
بنابراین با توجه به اینکه بحرانی‌ترین حالت حرکت خودرو که نیاز به پایداری زیادی دارد، حرکت خودرو در پیچ جاده و بخصوص حین ترمز گیری می‌باشد، مطلوب‌تر آن است که چرخی که تحت بار عمودی بیشتر قرار می گیرد، Track آن افزایش یابد در حالیکه چرخی که تحت بار عمودی کمتری واقع می گردد، Track آن کاهش یابد. از اینرو مطابق شکل زیر، با طراحی مناسب مکانیزم تعلیق، می توان به این مطلوب دست یافت.

1- محل اتصال طبق بالا به سگدست 2- محل اتصال طبق پایین به سگدست
C و D : محل اتصال طبق بالا و طبق پایین به بدنه
W : مرکز محل تماس چرخ با زمین 2 Sو 1S : حرکت چرخ به سمت بالا و پایین
تغییر Track در مکانیزم طبق دار دوبل

با توجه به شکل فوق، ملاحظه می‌گردد که اگر چرخ به اندازه 1S به سمت بالا حرکت کند، نقطه W که بین مرکز محل تماس چرخ با زمین است بر روی مسیر خط چین حرکت کرده و به سمت بیرون خودرو حرکت کرده و Track افزایش می‌یابد، از طرفی اگر بار از روی چرخ برداشته شود و یا چرخ به اندازه 2 Sبه سمت پایین حرکت کند، نقطه W بر روی مسیر خط چین حرکت نموده و به سمت داخل خودرو حرکت می کند و از اینرو Track را کاهش میدهد.
شکل زیر تغییرات واقعی Track یک چرخ در سه خودرو هیوندا با مکانیزم طبق‌دار دوبل و 6A Audi و Opel Astra با مکانیزم مک فرسون را نشان می‌دهد.

تغییر Track یک چرخ در سه خودرو مختلف

ملاحظه می‌گردد در حرکت رو به بالای چرخ (Bump)، افزایش Track و در حرکت رو به پایین چرخ (Rebound) کاهش Track اتفاق می‌افتد، ولی در مکانیزم تعلیق طبق‌دار دوبل، به لحاظ زیادتر بودن تعداد میله‌ها و مفاصل نسبت به مکانیزم تعلیق مک فرسون، نمودار مربوطه یکنواخت‌تر می‌باشد.
بنابراین می‌توان از یک مکانیزم طبق‌دار دوبل در تعلیق عقب خودرو استفاده نمود و بدنه خودرو را به شکلی طراحی نمود که با افزایش سرعت خودرو، نیروی عمودی وارد بر قسمت عقب خودرو زیاد شده، از این رو با افزایش سرعت خودرو به صورت اتوماتیک، افزایش Track به خصوص در چرخ‌های عقب ملاحظه خواهد شد که این مطلب در خودروهای هیوندا سیویک، آکورد، مدل‌های مختلف بنز و BMW و هیوندای سانتافه به راحتی قابل مشاهده می‌باشد که با افزایش سرعت خودرو، فاصله عرضی بین چرخ‌ها افزایش می یابد.

 زاویه کمبر (Camber Angle)

با توجه به شکل زیر، انحراف محور چرخ نسبت به خط قائم در نمای روبروی خودرو را زاویه کمبر گویند. چنانچه بالای چرخ به سمت بیرون خودرو انحراف داشته باشد، زاویة کمبر مثبت و چنانچه به سمت داخل خودرو باشد، زاویه کمبر را منفی می نامند.

زاویه کمبر مثبت

مقدار این زاویه در چرخ مدل جلو بین صفر تا و در چرخ‌های عقب تقریباً می‌باشد و اختلاف زاویه کمبر بین چرخ چپ و راست نباید بیشتر از 20 دقیقه باشد، در غیر این صورت باعث انحراف خود به خودی خودرو به یک سمت می شود.
وجود زاویه کمبر باعث لاستیک‌سایی شدید می شود، ولی از آنجایی که زاویه کمبر منفی تاثیر بسیار زیادی در پایداری خودرو دارد، علاوه بر تنظیم اولیه اکثر مکانیزم‌ها بر مبنای کمبر منفی، مکانیزم را مطابق شکل زیر، طوری طراحی می کنند، تا در صورت حرکت چرخ به سمت بالا که نشانه تحت بار قرار گرفتن چرخ و خودرو می باشد کمبر منفی و در غیر اینصورت مقدار کمبر منفی کاهش یافته و حتی مثبت شود. این عمل با کوتاهتر در نظر گرفتن طول طبق بالا نسبت به طول طبق پایین و همچنین زوایای مناسب برای طبق ها در مکانیزم طبق دار دوبل حاصل می شود.

تغییر زاویه کمبر در مکانیزم طبق‌دار دوبل

شکل زیر تغییر واقعی زاویه کمبر چرخ‌های عقب خودروهای مرسدس بنز و BMW با مکانیزم تعلیق چند میله ای (Multi Link) و هیوندا با مکانیزم طبق‌دار دوبل را نشان می دهد.

تغییر زاویه کمبر سه خودرو مختلف

ملاحظه می‌گردد که در هر سه خودرو هنگام حرکت چرخ به سمت بالا (Bump)، کمبر، منفی شده و هنگام حرکت چرخ به سمت پایین (Rebound)، مقدار کمبر منفی کاهش یافته و حتی مثبت شده است

 زاویه کستر (Caster Angle)

انحراف محور سگدست یا محور فرمان گرفتن چرخ(Kingpin Axes) نسبت به خط قائم در نمای جانبی خودرو را زاویه کستر گویند. شکل زیر سه وضعیت زاویه کستر نشان می دهد.

زاویه کستر

مثال مناسب زاویه کستر، دوچرخه یا موتور سیکلت می باشد، این دو وسیله نقلیه در قسمت جلو دارای زاویه کستر مثبت و در قسمت عقب دارای زاویه کستر منفی می باشند.
وجود زاویه کستر مثبت در چرخ های جلو به جهت برگشت فرمان بعد از عبور از پیچ و همچنین طی مسیر مستقیم در هنگام رها کردن غربیلک فرمان و به عبارتی پایداری جهتی مطلوب خودرو ضروری می باشد.
باید توجه نمود که تغییر این زاویه نیز در سیستم های تعلیق مستقل امری اجتناب ناپذیر می باشد، از اینرو باید تغییر زاویة کستر نیز در راستای افزایش پایداری خودرو اعمال نمود. یکی از عواملی که پایداری خودرو را کاهش داده و باعث عدم راحتی سرنشین لحظه ترمزگیری می‌باشد. در هنگام ترمز‌گیری جلو خودرو به سمت پایین حرکت می کند که اصطلاحاً این حرکت را Dive می گویند.
برای کاهش حرکت Dive ، بهتر است که در هنگام ترمزگیری مقدار زاویه کستر مثبت چرخ های جلو افزایش یابد و در اینصورت مکانیزم تعلیق دارای خاصیت Anti Dive خواهد بود.
به همین ترتیب در هنگام شتاب‌گیری مثبت نیز قسمت عقب خودرو به سمت پایین حرکت می کند که این حرکت نیز Squat نامیده می‌شود. برای کاهش این حرکت نیز بهتر است که در هنگام شتابگیری مثبت مقدار قدر مطلق زاویه کستر منفی چرخ‌های عقب افزایش یابد که در اینصورت مکانیزم تعلیق دارای خاصیت Anti Squat خواهد بود.
لازم به ذکر است که مجموع حرکت Dive و Squat را حرکت Pitch گویند که در واقع همان دوران بدنة خودرو حول محور عرضی خودرو می باشد.
شکل زیر تغییر زاویه کستر را برای سه خودرو مختلف نشان می دهد.

 تغییر زاویه کستر برای سه خودرو مختلف با مکانیزم مک فرسون

با توجه به شکل فوق، با طراحی مناسب مکانیزم تعلیق و تغییر مطلوب زاویة کستر مانند منحنی خودرو مرسدس، در هنگام اعمال بار به چرخ ها (مانند ترمزگیری) زاویه کستر آنها زیاد شده، از اینرو خاصیت Anti-Dive تقویت شده که منجر به افزایش راحتی سرنشین می گردد. در حالیه در خودرو Uno تغییرات زاویة کستر محسوس نبوده و در خودرو Polo، تغییرات زاوية کستر به طور معکوس تغییر کرده که منجر به تضعیف خاصیت Anti Dive و یا تقویت خاصیت Dive می گردد.

 زاویه تو (Toe Angle)

مطابق شکل زیر انحراف محور چرخ نسبت به خط افق در نمای افق خودرو را زاویه Toe گویند.

زاویه Toe

چنانچه باشد، زاویه را Toe in و اگر باشد، زاویه را Toe out گویند. این زاویه توسط میله قابل تنظیم مکانیزم فرمان (Tie rod)، قابل تنظیم می باشد. اختلاف بین پارامترc و b در حدود 2 تا 5 میلی متر می‌باشد.
مقدار اولیه این زاویه را طوری درنظر می گیرند که بعد از حرکت خودرو بر روی جاده، نیروهای اعمالی از جاده به تایر، باعث تغییر شکل در اجزاء مکانیزم فرمان و تعلیق می گردد. با در نظر گرفتن این زاویه، پس از اعمال نیروها، مقدار این زاویه تقریباً صفر شده و چرخ ها به حالت مستقیم قرار می گیرند. استفاده از زاویة Toe out یا Toe in در خودرو، بستگی به پارامترهای هندسی سیستم های تعلیق و فرمان خودرو، خصوصیات تایر، میزان و جهت نیروهای اعمالی و غیره دارد ولی عمدتاً از زاویه Toe in استفاده می گردد.
باز هم باید توجه داشت که تغییر مقدار زاویة Toe امری اجتناب ناپذیر می باشد، لذا باید تغییر این زاویه را در راستای افزایش پایداری خودرو اعمال نمود، از این رو تغییر زاوية Toe باید در جهت بهبود
Under Steer شدن خودرو باشد. شکل زیر تغییر زاویه Toe در چرخ‌های جلوی خودرو Opel Omega را نشان می دهد.

تغییر زاویه Toe چرخ های جلوی خودرو Opel omega

تغییر در زاویه Toe، مطابق شکل فوق، باید به نحوی باشد که هنگام حرکت خودرو در سر پیچ، چرخ بیرون پیچ که بار بیشتری به آن اعمال شده و حرکت Bump (منقبض شدن فنر)را انجام می دهد زاویه Toe in آن کم شود. در حالیکه چرخ داخل پیچ که بار از روی آن برداشته می شود و حرکت Rebound (منبسط شدن فنر) انجام می دهد، زاویه Toe in بیشتری پیدا کند. از اینرو زاویة فرمان کمتر شده و خودرو تمایل به بیرون رفتن از پیچ جاده داشته یا به عبارتی دیگر خودرو حالت کم فرمانی (Under steer) پیدا می کند که باعث حرکت تدریجی خودرو به سمت بیرون پیچ و افزایش شعاع دوران پیچ و در نتیجه کاهش شتاب جانب مرکز و افزایش پایداری خودرو خواهد شد.

تنظیم فرمان یا تنظیم زوایای چرخ‌های خودرو

با گذشت زمان و افزایش کارکرد خودرو بوش ها و سیبک‌های مکانیزم‌های تعلیق و فرمان دچار استهلاک و فرسایش می‌شوند و بعضا در اثر اعمال نیروهای زیاد به چرخ، بازوهای کنترل نیروهای طولی و عرضی که به ترتیب میل تعادل و طبق نامیده می‌شوند دچار خمیدگی یا تاب می‌شوند و باعث می‌شود که زوایای چرخ نسبت به محورهای عمودی، طولی و عرضی خودرو نسبت به مقادیر توصیه شده توسط کارخانه سازنده دچار انحراف شود که در اینصورت باید نسبت به تنظیم زوایای فرمان یا زوایای چرخ‌ها اقدام کرد که البته این موضوع پس از هر بار تعمیرات اساسی مکانیزم‌های تعلیق و فرمان نیز باید انجام گردد.

 دستگاه میزان فرمان

برای تنظیم زوایای چرخ، باید توسط دستگاه های میزان فرمان زوایای مختلف چرخ‌های عقب و جلوی خودرو را اندازه‌گیری کرده و در صورت انحراف نسبت به مقادیر توصیه شده توسط کارخانه سازنده، نسبت به تنظیم آن اقدام کرد. بدین منظور مطابق شکل زیر، خودرو بر روی جک قیچی جک چهار ستون مجهز به جک قیچی تودلی قرار می گیرد و پس از آن 4 سنسور نوری بر روی چهار چرخ خودرو نصب می گردد و سپس با ارسال و دریافت سیگنال از سنسورهای ایستگاه ثابت و سنسورهای روی چرخ‌ها، زوایا و پارامترهای مختلف چرخ‌های خودرو استخراج می گردد.

دستگاه میزان فرمان

 نحوه تنظیم زاویه کمبر

در صورت قابل تنظیم بودن زاویه کمبر، می توان مطابق شکل با چرخاندن بادامک متصل به محور طبق بالا نسبت به تنظیم آن اقدام کرد.

نحوه تنظیم زاویه کمبر

 نحوه تنظیم زاویه کستر

در صورت قابل تنظیم بودن زاویه کستر نیز می توان با دوران پیچ و واشرهای بادامکی میل تعادل مطابق شکل زیر نسبت به تنظیم زاویه کستر اقدام کرد.

تنظیم زاویه کستر

 نحوه تنظیم زاویه Toe

برای تنظیم سربازی(Toe Out) یا سرجمعی(Toe In) چرخ نیز می‌توان با تغییر طول میله‌های قابل تنظیم مکانیزم فرمان که اصطلاحا میل کوتاه فرمان نامیده می‌شود نسبت به تنظیم زاویه Toe مطابق شکل زیر اقدام کرد. در این حالت با شل کردن مهره شماره 1 و چرخاندن میل کوتاه فرمان شماره 2 می توان زاویه Toe را تنظیم کرد.

تنظیم زاویه Toe چرخ های جلو

برای تنظیم زاویه Toe چرخ های عقب نیز در صورت قابل تنظیم بودن می توان با تغییر طول میل تعادل عرضی مطابق شکل زیر نسبت به تنظیم این زاویه اقدام کرد.

تنظیم زاویه Toe چرخ های عقب