ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗΣ PART II

Εν αρχή, γεωμετρία

Είδαμε στο Part I τον προηγούμενο μήνα την ανατομία των κύριων διατάξεων ενός συστήματος διεύθυνσης ως προς τα εξαρτήματα που τις απαρτίζουν, ήρθε η ώρα σήμερα να δούμε και πως όλα αυτά, ανάλογα με τη σχετική τους θέση στο σύστημα, επηρεάζουν την όλη λειτουργία. Και λέγοντας «σχετική θέση» αυτομάτως φυσικά εννοούμε την 3D τους διάταξη στο χώρο, δηλαδή την γεωμετρία του σύστηματος διεύθυνσης. Όλα αυτά τα αξονάκια, οι σύνδεσμοι και τα ρυθμιστικά που αναφέραμε στο Part I, μπορεί να έχουν το καθένα το ρόλο του και να απαρτίζουν μία συγκεκριμένη τοπολογία, ωστόσο, αυτό που δεν είναι επουδενί δεδομένο είναι το «fine tuning» τους, το λεγόμενο «στήσιμο» τους. Κάθε εξάρτημα π.χ. σχηματίζει μία διαφορετική γωνία με καθένα από τα γειτονικά του στον όλο μηχανισμό και μάλιστα δημιουργούνται και ποικίλες γωνίες, ανάλογα με το επίπεδο ως προς το οποίο εξετάζουμε το εξάρτημα. Όπως θα δούμε αναλυτικά, η κουβέντα περί γωνιών και στησίματος μοιραία είναι ένα αχώριστο δίπολο: τα εξαρτήματα και οι γωνίες του συστήματος ανάρτησης είναι οι αχώριστοι φίλοι καθεμίας συζήτησης που αφορά το σύστημα διεύθυνσης, αφού έχουν άμεσα αλληλεξαρτώμενες επιδράσεις και δεν μπορείς να πειράξεις τη γεωμετρία του ενός χωρίς να επηρεαστεί η αντίστοιχη του άλλου και vice versa. Και όλα αυτά πριν καν μπουν στη κουβέντα τα προσθιοκίνητα και τα τετρακίνητα: εδώ έχουμε και τρίτο –σοβαρό- υποσύστημα στο πάρτυ, αυτό της μετάδοσης της ισχύος από τον κινητήρα στις πλήμνες μέσω των ημιαξονιών, το οποίο, όπως πολλοί δυνατοί μπροστοκούνητοι ξέρετε, μπορεί όχι απλά να χαλάσει τη συνταγή, αλλά να μετατρέψει τις στροφές σε ευθείες και τις ευθείες σε στροφές..! Και σαν να μην έφταναν όλα αυτά, να σου και τα σαμαράκια που κάνουν την ντελικάτη σου ευθυγράμμιση να πηγαίνει (στη καλύτερη περίπτωση προσωρινά στη χειρότερη μόνιμα) για βρούβες. Φυσικά σε κάθε περίπτωση, όπως και με την ανάρτηση, έτσι και με το «τιμόνι», δεν μπορούμε να μιλάμε ποτέ για «απόλυτο στήσιμο παντός καιρού» ή «ιδανική universal ευθυγράμμιση», αφού αλλάζουν τόσο τα δεδομένα των συνθηκών δρόμου όσο και τα γούστα των οδηγών, οπότε το βασικό είναι να ξέρουμε τι «εργαλεία» έχουμε και πως αυτά παίζουν μπάλα. Σε αντίθεση με το κούρεμα καταθέσεων λοιπόν, στη γεωμετρία λέμε «ναι».

Ο μυστήριος κύριος Ackermann

Πολλά έχετε ακούσει για αυτόν τον περίφημο κύριο, ήρθε η ώρα να τον βάλουμε στη θέση του. Φανταστείτε την τροχιά ενός οχήματος καθώς αυτό στρίβει: και οι τέσσερις ρόδες του προφανώς διαγράφουν μέρος τόξων κύκλων διαφορετικής ακτίνας, το κέντρο των οποίων ωστόσο βρίσκεται πάντοτε προς το εσωτερικό της στροφής. Προφανώς π.χ. σε μία αριστερή στροφή οι δύο δεξιοί τροχοί διαγράφουν τόξα κύκλων μεγαλύτερης ακτίνας από τους δύο αριστερούς, αλλά σε κάθε περίπτωση τα κέντρα των κύκλων είναι κάπου προς στα αριστερά στο εσωτερικό της στροφής. Ο κ. Άκερμαν λοιπόν (αν και παίζεται αν όντως η γεωμετρία Άκερμαν είναι εφεύρεση του ίδιου ή κάποιων άλλων προγενέστερων, την δόξα πάντως αυτός την πήρε), είπε το εξής: για να στρίψει ομαλά-ορθά το όχημα πρέπει οι τέσσερις αυτοί κύκλοι των τεσσάρων τροχών να είναι και ομόκεντροι, με άλλα λόγια να υπάρχει ένα κοινό σημείο περιστροφής για τους τέσσερις τροχούς. Για τον πίσω άξονα αυτό είναι εύκολο, αφού οι τροχοί είναι σταθεροί και δεν στρίβουν (γενικώς μιλάμε, οι ανυπόμονοι λάτρεις της τετραδιεύθυνσης θα πρέπει να περιμένουν κανα-δυο μήνες), και έτσι απλά η προέκταση της ευθείας που τους ενώνει (η διεύθυνση του φορέα του πίσω άξονα δηλαδή) αποτελεί ακτίνα του ομόκεντρου κύκλου στροφής. Κάπου σε αυτήν την ευθεία ωστόσο, πρέπει να υπάρχει ένα σημείο που αποτελεί το κέντρο στροφής και των εμπρός τροχών, για να ισχύει ο κανόνας του Άκερμαν: αν οι δύο μπροστινές ρόδες έστριβαν κατά τις ίδιες μοίρες, τότε από αυτές θα ξεκινούσαν δύο παράλληλες και κάθετες στις ρόδες γραμμές και έτσι θα είχαμε δύο σημεία τομής με την ευθεία περιστροφής του πίσω άξονα και παραβαίνουμε τον κανόνα. Ο μόνος τρόπος για να «φωτίζουν» οι δύο εμπρός τροχοί το ίδιο σημείο πάνω στην ευθεία του οπίσω άξονα, είναι να στρίβει πάντοτε ο εσωτερικός τροχός λίγο περισσότερο σε μοίρες από ότι ο εξωτερικός και αυτή είναι η βασική γεωμετρική αρχή λειτουργίας Άκερμαν.

Τι θα γινόταν αν δεν έστριβε ο εσωτερικός τροχός παραπάνω, δηλαδή οι κύκλοι των δύο εμπρός τροχών ήταν παντελώς ανεξάρτητοι? Μεταξύ άλλων, θα είχαμε έντονη ολίσθηση («σύρσιμο») του πέλματος πάνω στο οδόστρωμα με την συνεπαγόμενη αύξηση της θερμοκρασίας και φθορά στα ελαστικά, φθορά ανάλογη (αλλά με διαφορετική διεύθυνση) με την φθορά που θα είχε ένας άξονας με συνδεμένους τους τροχούς του χωρίς διαφορικό (ή έστω με μπλοκαρισμένο το διαφορικό). Επειδή τώρα με την γεωμετρία Άκερμαν που περιγράφουμε, συνεπάγεται γεωμετρικά (δείτε το συνοδευτικό σχήμα) πως οι ακτίνες των εμπρός κύκλων στροφής είναι μεγαλύτερες από τις ακτίνες των ομόκεντρων τους κύκλων στον πίσω άξονα (έχουν δηλαδή μεγαλύτερη «ακτίνα καμπυλότητας»), προκύπτουν δύο άκρως ενδιαφέρουσες καταστάσεις τις οποίες, ενώ στη καθημερινή οδήγηση τις συναντάμε συνεχώς, λίγοι συνειδητοποιούν ότι οφείλονται στην γεωμετρία Άκερμαν: η πρώτη είναι η κατάσταση στην οποία στρίβοντας με σταθερή γωνία τιμονιού σε ένα στενό, οι εμπρός τροχοί θα περάσουν από το κράσπεδο κανονικά και αναίμακτα, αλλά οι πίσω δεν είναι το ίδιο τυχεροί και «θα βρουν» στο πεζοδρόμιο γδέρνοντας τις αστραφτερές ζάντες μας. Θέλοντας όμως ο Άκερμαν να ρεφάρει το κόστος της αμμοβολής που μας προξένησε, η γεωμετρία του έχει και ένα κάλο σε πρακτικότητα: αντιστρέφοντας το «πρόβλημα του κρασπέδου», υπέρ μας αυτή τη φορά, μας επιτρέπει να παρκάρουμε με την όπισθεν ανάμεσα σε δύο άλλα αυτοκίνητα με «οριακό» χώρο ανάμεσα τους, παρόλο που –προφανώς- οι τέσσερις τροχοί μας δεν μπορούν να στραφούν κατά 90 μοίρες, ώστε να μας δώσουν τη δυνατότητα να παρκάρουμε «παράλληλα» και χωρίς οπισθογωνία (η γεωμετρία Άκερμαν είναι αυτή που μας επιτρέπει να περάσει πρώτα ο κώλος του αυτοκίνητου μέσα στη συνέχεια να φέρουμε την μούρη μέσα, χωρίς ταυτόχρονα να βγει πάλι ο κώλος προς τον δρόμο).

Είδαμε λοιπόν τι θέλουμε γεωμετρικά, πως όμως το επιτυγχάνουμε αυτό από πλευράς μηχανισμού? Για να μπορεί ο εκάστοτε εσωτερικός τροχός να στρίβει πάντα περισσότερο από τον εξωτερικό (στις δεξιές στροφές δηλαδή ο δεξής, αλλά στις αριστερές ο αριστερός) χρειαζόμαστε μία απλή κινηματική διάταξη που να το φέρνει αυτό εις πέρας: χρειαζόμαστε η απόσταση μεταξύ των δύο άκρων του βραχίονα περιστροφής του τροχού από την πλευρά της κρεμαγιέρας (ή της όποιας εγκάρσιας ράβδου τιμονιού έχει οποιοδήποτε άλλο σύστημα διεύθυνσης) να είναι μικρότερη από την απόσταση των κέντρων περιστροφής των τροχών (δηλαδή από την απόσταση των δύο εδράσεων περιστροφής των βραχιόνων του άκρου από την πλευρά του τροχού). Ακόμα πιο παραστατικά και έχοντας στο νου μας τον μηχανισμό όπως τον αναλύσαμε στο Part I: πρακτικά η απόσταση των εξωτερικών άκρων των δύο ακρόμπαρων θα πρέπει να είναι μικρότερη από την απόσταση των δύο τροχών μετρημένη στο σημείο επαφής τους με το άκρο (ουσιαστικά από το μήκος του εμπρός άξονα, εφόσον αυτός ενώνει τα κέντρα των τροχών). Αυτό συνεπάγεται πως οι βραχίονες του άκρου (το πάνω μπράτσο ενός γόνατου McPherson) πρέπει να συγκλίνουν προς τα πίσω και μέσα: δημιουργείται έτσι ένα τετράπλευρο (ισοσκελές τραπέζιο στη θέση ισορροπίας με το τιμόνι στο κέντρο), το «τετράπλευρο Άκερμαν», αποτελούμενο από τους δύο βραχίονες των άκρων για τις μικρές του πλευρές, με τον άξονα και την κρεμαγιέρα να αποτελούν τις δύο μεγαλύτερες. Αυτό ήταν? Όχι βέβαια! Για να έχουμε «πραγματική Άκερμαν», αν προεκτείνουμε τις δύο μικρότερες (τις πλαϊνές) πλευρές του τετράπλευρου, οι φορείς τους θα πρέπει να τέμνονται ακριβώς στη μέση της ευθείας του πίσω άξονα. Σχηματίζεται έτσι λοιπόν ένα τρίγωνο, το «τρίγωνο μαντέψτε ποιου», το οποίο έχει για κορυφές του τα δύο κέντρα περιστροφής των τροχών και το μέσο του πίσω άξονα και του οποίου οι πλευρές περνάνε και από τα άκρα των ακρόμπαρων.

Τονίσαμε πιο πάνω το «πραγματική» Άκερμαν, γιατί, υπάρχει και ψεύτικη? Ναι, υπάρχουν και «custom» γεωμετρίες Άκερμαν οι οποίες, ναι μεν βασίζονται στην αυστηρή Άκερμαν, αλλά δεν ακολουθούν κατά γράμμα τις επιταγές της. Για την ακρίβεια, σχεδόν ποτέ ένα όχημα δεν ακολουθεί 100% αυστηρή γεωμετρία Άκερμαν στο σύστημα διεύθυνσης και εδώ μπαίνει στο παιχνίδι το εκάστοτε «στήσιμο»: παίζοντας με γεωμετρικές παραλλαγές της προσέγγισης Άκερμαν, επηρεάζουμε τη συμπεριφορά του οχήματος κατά το δοκούν. Πώς? Έστω ότι αποφασίζουμε οι τροχοί μας στην κεντρική θέση του τιμονιού να μην είναι παράλληλοι, δηλαδή κοιτώντας το αυτοκίνητο από μπροστά, είτε να στρέφονται και οι δύο λίγο προς τα μέσα είτε να στρέφονται και οι δύο λίγο προς τα έξω, δημιουργώντας αντίστοιχα την σύγκλιση και την απόκλιση που θα δούμε αναλυτικότερα παρακάτω. Αν οι τροχοί έχουν σύγκλιση τότε τα άκρα των ακρόμπαρων απομακρύνονται και έτσι α) η μικρή πλευρά του τραπεζίου Άκερμαν μεγαλώνει και β) τραβιέται το τρίγωνο Άκερμαν καθ’ ύψος. Η κορυφή του τριγώνου πλέον δεν βρίσκεται πάνω στην ευθεία του πίσω άξονα, αλλά πίσω του και λέμε τότε ότι έχουμε «μείωση της Άκερμαν». Αντίστροφα, αν δώσουμε απόκλιση στους εμπρός τροχούς, οι κορυφές των ακρόμπαρων έρχονται πιο κοντά, η κορυφή του τριγώνου Άκερμαν βρίσκεται πλέον λίγο πιο μπροστά από τον πίσω άξονα και λέμε τότε ότι έχουμε «αύξηση της Άκερμαν». Δεδομένου πως η ευθυγράμμιση των αυτοκινήτων σήμερα περιλαμβάνει κατά κανόνα μοίρες ή κλάσματα μοιρών απόκλισης ή σύγκλισης, κατανοεί κανείς γιατί αναφέραμε νωρίτερα πως πρακτικά ποτέ δεν μιλάμε για ύπαρξη απόλυτης-πραγματικής Άκερμαν. Για την ακρίβεια, για όσο πιο μικρές ταχύτητες κίνησης μιλάμε (π.χ. μανούβρες) τόσο πιο κοντά στην πραγματική Άκερμαν στήνουμε το αυτοκίνητο, ενώ όσο οι ταχύτητες στριψίματος ανεβαίνουν, τόσο αποκλίνουμε με custom γωνίες της γεωμετρίας Άκερμαν. Έτσι, πηγαίνοντας προς πιο extreme εφαρμογές, φτάνουμε να έχουμε στησίματα με «παράλληλη Άκερμαν» (οι τροχοί στριμμένοι είναι παράλληλοι ) ή σε κάποιες αγωνιστικές εφαρμογές περνάμε ακόμα και σε «αντίστροφη Άκερμαν» όπου οι τροχοί στριμμένοι, όχι μόνο δεν είναι παράλληλοι, αλλά, κόντρα στον βασικό κανόνα, ο εσωτερικός τροχός στρίβει λιγότερο από τον εξωτερικό. Η τελευταία προσέγγιση έχει να κάνει και με την γωνία ολίσθησης των τροχών, δηλαδή την διαφορά στη γωνία που «δείχνει» η ρόδα και σε αυτήν που πραγματικά στρίβει το όχημα εφαπτομενικά (περισσότερα στην σειρά Know How περί Tροχών, τσάμπα τα ΄γραφα??!). Mέσω της αντίστροφης γεωμετρίας Άκερμαν περιορίζουμε την διαφορά στην γωνία ολίσθησης (και επομένως την φθορά και την αύξηση της θερμοκρασίας των ελαστικών) μεταξύ αριστερού-δεξιού εμπρός τροχού, θυσιάζοντας την απόδοση στις στροφές μικρότερων ταχυτήτων.

Το πάντρεμα με την ανάρτηση

Το σύστημα διεύθυνσης και το σύστημα ανάρτησης είναι ξαδερφάκια: τοπολογικά, αλλά και λειτουργικά, πάνε χέρι-χέρι, είναι πρακτικά σίγουρο πως μία αλλαγή σε μία παράμετρο του ενός θα επιφέρει (θετική ή αρνητική) μεταβολή στα χαρακτηριστικά και του άλλου. Τον προηγούμενο μήνα φτάσαμε να μιλάμε για την διάταξη του σύστηματος διεύθυνσης μέχρι και το ακρόμπαρο, ας συνεχίσουμε τώρα από εκεί και μετά, βάζοντας στο παιχνίδι και τις δύο βασικές αρχιτεκτονικές ανάρτησης των μπροστινών συστημάτων: το γόνατο MacPherson και τα διπλα ψαλίδια και πιο συγκεκριμένα, στον άξονα περιστροφής των τροχών σε καθεμία από τις δύο αυτές αρχιτεκτονικές. Κάποτε ο άξονας περιστροφής του τροχού (μιλάμε πάντα για περιστροφή του ως προς τον κατακόρυφο άξονα, το στρίψιμο του) δεν ήταν άλλος από έναν απλό μεταλλικό πείρο ο οποίος τοποθετημένος σε δύο οπές στο σημείο που ο τροχός συναντούσε την ανάρτηση, περιστρεφόταν («πιβοτάριζε») μαζί του. Η διάταξη αυτή δεν έδινε μεγάλο βαθμό ελευθερίας για την λειτουργία της ανάρτησης, έδωσε όμως τιμητικά την ονομασία της στον άξονα περιστροφής και των επόμενων αρχιτεκτονικών: «διεύθυνση βασιλικού πείρου» ή σκέτο «βασιλικό πείρο» ονομάζουμε τον άξονα περιστροφής του τροχού, τόσο στο γονάτο MacPherson, όσο και στα διπλά ψαλίδια, παρόλο που σε καμία από τις δύο διατάξεις δεν έχουμε «πείρο» και τα δύο σημεία έδρασης του πείρου έχουν πλέον αντικατασταθεί από σφαιρικούς συνδέσμους («μπαλάκια»).  

Στο μεν γονάτο MacPherson, ο άξονας περιστροφής του τροχού ορίζεται στο άνω σημείο του από τον άξονα του αμορτισέρ και του κελύφους του και στο κάτω σημείο του από τον σύνδεσμο που ενώνει ολόκληρο το περιστρεφόμενο άκρο με το «ψαλίδι» (βραχιόνα πιο σωστά) βάσης του γονάτου με το αμάξωμα. Γίνεται άμεσα κατανοητό πως στο γόνατο MacPherson η λειτουργία της ανάρτησης είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με αυτήν του συστήματος διεύθυνσης, αφού ο άξονας της διαδρομής συμπίεσης-εκτόνωσης του αμορτισέρ της πρώτης συμπίπτει με τον άξονα βασιλικού πείρου του δεύτερου.

Το πολυπόθητο «διαζύγιο» των δύο αυτών λειτουργιών μας το προσφέρει η διάταξη διπλών ψαλιδιών: εδώ το άκρο έρχεται και κουμπώνει στις δύο άκρες που ορίζουν οι κορυφές του πάνω και του κάτω τριγωνικού ψαλιδιού (οι άλλες δύο γωνίες του κάθε ψαλιδού είναι στερεωμένες στο αμάξωμα) και έτσι τα ψαλίδια από μόνα τους ορίζουν τη διεύθυνση του άξονα περιστροφής του τροχού, με το αμορτισέρ και τη διαδρομή του να τοποθετείται ανεξάρτητα, είτε ανάμεσα στο V του πάνω ψαλιδιού, είτε σε άσχετο σημείο (push-rod ανάρτηση).

Στοιχεία Γεωμετρίας

Πάμε τώρα να δούμε μία μία όλες τις, περισσότερο ή λιγότερο, γνωστές παραμέτρους που ορίζουν τη γεωμετρία και τις αλληλεπιδράσεις στο στήσιμο του εμπρός συστήματος:

Ίχνος: αν προεκτείνουμε τον άξονα περιστροφής του τροχού μέχρι το σημείο που θεωρητικά συναντά το δρόμο, τότε η απόσταση του σημείου αυτού από το σημείο επαφής του τροχού με το δρόμο (μετρημένη κατά την διαμήκη διεύθυνση του αυτοκινήτου), είναι το ίχνος. Το μέγεθος του ίχνους καθορίζει εκτός από την αίσθηση / πληροφόρηση που μεταφέρεται στο τιμόνι και τον βαθμό επαναφοράς του τιμονιού, δηλαδή την τάση του τροχού να επανέρχεται από μόνος του στην θέση ισορροπίας του, τάση την οποία επίσης επηρεάζει και η...

Γωνία Κάστερ: είναι η γωνία που σχηματίζει ο άξονας περιστροφής του τροχού ως προς τον κατακόρυφο άξονα, κοιτώντας και πάλι τον τροχό από το πλάι. Σε συνδυασμό με την γωνία βασιλικού πείρου που θα δούμε αμέσως πιο κάτω, η γωνία κάστερ επηρεάζει την μεταβολή του κάμπερ κάτα την περιστροφή του τιμονιού/τροχού. Η γωνία κάστερ συνεισφέρει στον έλεγχο της κατευθυντικότητας του οχήματος και ενώ μία υπερβολικά μεγάλη γωνία κάστερ σε ένα καθημερινό αυτοκίνητο θα βαρύνει το τιμόνι και θα μειώσει την απόκριση του, σε αγωνιστικές εφαρμογές επιλέγεται επίτηδες μεγάλη για να μας δώσει περισσότερη...

Γωνία Κάμπερ : είναι η γωνία που σχηματίζει ο τροχός ως προς το κατακόρυφο επίπεδο καθώς τον παρατηρούμε από εμπρός ή πίσω. Είναι αρνητική όταν ο τροχός «γέρνει» προς την πλευρά του οχήματος και θετική όταν ο τροχός γέρνει προς τα έξω. Ως γνωστόν, μία στατικά αρνητική γωνία κάμπερ θα βοηθήσει το πέλμα να πατάει καλύτερα στο οδόστρωμα όταν ξεκινήσουν οι πλευρικές δυνάμεις κατά το στρίψιμο να «σπρώνουν» τον τροχό προς τα έξω. Αφορά περισσότερο το σύστημα ανάρτησης παρά αυτό της διεύθυνσης, οπότε για την ώρα μένουμε σε αυτά (εκτός και αν οδηγάτε Mercedes F400 Carving, εκεί πάσο).

Γωνία Βασιλικού Πείρου: είναι η γωνία του άξονα περιστροφής του τροχού με την κατακόρυφο παρατηρώντας το όχημα κατά τον διαμήκη άξονα του. Επηρεάζει άμεσα την αίσθηση του τιμονιού και την επαναφορά του, ενώ στα δυνατά προσθιοκίνητα προσπαθούμε να την περιορίσουμε μιας και μείωση της επιφέρει και μείωση του torque steering που θα δούμε παρακάτω. Η γωνία του βασιλικού πείρου είναι από τα μεγέθη που δεν μπορεί γενικώς να ρυθμιστεί σε δεδομένο αυτοκίνητο μέσω ευθυγράμμισης (αφού αυτό θα απαιτούσε τροποποίηση στο άκρο) αλλά καθορίζει με τη σειρά της πάντα το...

Όφσετ Βασιλικού Πείρου (ή Scrub radius): κοιτώντας το όχημα από μπροστά, είναι η απόσταση του κέντρου επαφής του πέλματος στο δρόμο με το σημείο που θεωρητικά τέμνει ο άξονας του βασιλικού πείρου (=άξονας περιστροφής τροχού) το οδόστρωμα αν τον προεκτείνουμε. Έχει αρνητική τιμή όταν ο άξονας βασιλικού πείρου τέμνει την κατακόρυφο πάνω από το επίπεδο του οδοστρώματος, θετική τιμή όταν την τέμνει από κάτω, ενώ λέμε ότι έχουμε μηδενικό όφσετ βασιλικού πείρου όταν τέμνονται ακριβώς πάνω στο κέντρο επαφής του ελαστικού στο οδόστρωμα. Παραδοσιακά επιλεγόταν μπόλικο θετικό τέτοιο όφσετ, διότι βοηθάει στην δύναμη που πρέπει να ασκήσει ο οδηγός κατά τους ελιγμούς παρκαρίσματος, όμως με την καθιέρωση των συστημάτων υποβοήθησης και την σταδιακή, αλλά σταθερή, ενδυνάμωση των προσθιοκινήτων, οι κατασκευαστές πλεόν επιλέγουν μηδενικό ή ελαφρώς αρνητικό όφσετ βασιλικου πείρου για έναν πολύ βασικό λόγο: το εν λόγω γεωμετρικό μέγεθος είναι ο κύριος παράγοντας επηρεασμού των τάσεων για «ασύμμετρη» συμπεριφορά του εμπρός άξονα, αφενός λόγω της ροπής από τα ημιαξόνια (βλ. torque steering παρακάτω) και αφετέρου, λόγω των σεναρίων φρεναρίσματος υπό διαφορετικούς συντελεστές τριβής οδοστρώματος αριστερά-δεξιά (το λεγόμενο “split μu”).

Γωνία Σύγκλισης/απόκλισης: αναφέραμε ήδη τις έννοιες αυτές στην κουβέντα περί Άκερμαν πιο πάνω, να συμπληρώσουμε εδώ τους όρους ακόμα πιο επίσημα: γωνία σύγκλισης είναι η γωνία των τροχών ως προς τον διαμήκη άξονα του οχήματος και είναι θετική όταν οι τροχοί «δείχνουν» προς τα μέσα και αρνητική («απόκλιση») όταν οι τροχοί «ανοίγουν» προς τα έξω. Όπως θα δούμε και σε επόμενη συνέχεια εξειδικευμένης στην ευθυγράμμιση, είναι η μόνη γωνία που οπωσδήποτε μπορεί να ρυθμιστεί κατά βούληση σε όλα τα οχήματα, ανεξαρτήτως τύπου ανάρτησης (σε αυτοκίνητα με διπλά ψαλίδια κατά κανόνα μπορούμε να παίξουμε και με κάστερ-κάμπερ, ενώ σε αυτοκίνητα με συμβατικά γόνατα αυτό συνήθως γίνεται μόνο με aftermarket kits ρύθμισης, ρυθμιζόμενα top mounts κτλ.). Στα πισωκίνητα, η αύξηση της σύγκλισης, σε γενικές γραμμές αυξάνει την σταθερότητα στην ευθεία, σε βάρος της απόκρισης στο turn-in των στροφών. Στα προσθιοκίνητα όμως, η επιλογή της σύγκλισης είναι πιο περίπλοκη: ανάλογα με την ροπή του μοτέρ, μπορεί να επιλεγεί και ελαφριά στατική απόκλιση, η οποία εν κινήσει, λόγω της ελκτικής δύναμης των κινητήριων τροχών να μηδενίζεται ή και να αντιστρέφεται στιγμιαία. Το σίγουρο είναι πως η απόκλιση που κάνει μόνο κακό είναι αυτή που δημιουργείται όχι λόγω εκούσιου στησίματος, αλλά από φθαρμένα μεσόμπαρα/ ακρόμπαρα: εκτός από την οδηγική συμπεριφορά που πάει περίπατο, υποφέρουν από ανομοιόμορφη φθορά και τα ωραία λαστιχάκια μας.  

Torquesteering: στρίβοντας στην ...ευθεία

Κάναμε κάποιες πεταχτές αναφορές στο torque steering πιο πάνω, ώρα να δούμε το θέμα πιο ενδελεχώς. Torquesteering, όπως φανερώνει και το όνομα του, είναι η απότομη αλλαγή πορείας (το «ψάρεμα» της μούρης) στα προσθιοκίνητα αυτοκίνητα, όχι μέσω των προβλεπόμενων μέσων (τιμόνι), αλλά λόγω της μετάδοσης της ροπής από τον κινητήρα στα δύο ημιαξόνια και στους τροχούς με τέτοιο τρόπο, ώστε το αριστερό και το δεξί πέλμα να δίνουν διαφορετικές ελκτικές δυνάμεις. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν το torque steering: κατεστραμένα πλαϊνά ελαστικών, ανισομήκη ή/και ανισόβαρα ημιαξόνια, φθαρμένες βάσεις μηχανής-σασμάν, ανισομερής κατανομή της ροπής στις δύο πλευρές είτε λόγω διαφορικού (εκούσια, λόγω μπλοκέ ή ακούσια, λόγω εσωτερικής ζημιάς), είτε λόγω φθαρμένων ρουλεμάν/μουαγιέ, κακή ευθυγράμμιση/γεωμετρία, οδόστρωμα διαφορετικής πρόσφυσης κατά πλάτος του, είναι οι πιο πιθανές αιτίες εξ’ αυτών. Σε μικρότερο βαθμό, torquesteer μπορεί να παρουσιαστεί και στον πίσω άξονα πισωκίνητου, χωρίς φυσικά την ανάδραση και τη μάχη με το τιμόνι που συνοδεύει την αντίστοιχη κατάσταση στις μπροστοκούνες.

Στα δυνατά προσθιοκίνητα (ανθρώπινα δυνατά, για τα κτήνη τα πράγματα είναι χλωμά) η λύση για περιορισμό του torque steer, εφόσον αυτό υπάγεται σε κάποια από τις προαναφερθείσες αιτίες, ανάγεται σε εύρεση της αιτίας του κακού και στην συνέχεια διόρθωσης ή αντικατάστασης των ζημιογόνων εξαρτημάτων. Ωστόσο, το θέμα είναι τι μπορεί να γίνει για να μειωθεί σαν φαινόμενο από τον σχεδιασμό ενός ροπάτου FWD. Εδώ την λύση έχουν δώσει πολλοί κατασκευαστές hot-hatch μοντέλων μέσω γονάτων MacPherson«νέας εσοδείας»: η βασική ιδέα είναι να διαχωρίσουμε την λειτουργία ανάρτησης του γονάτου από την λειτουργία περιστροφής του τροχού, να αποκτήσουμε με άλλα λόγια «ανεξάρτητο άξονα διεύθυνσης». Αυτό επιτυγχάνεται, στις διάφορες υλοποιήσεις της εν λόγω παραλλαγής των MacPherson, «σπάζοντας» το άκρο του γονάτου σε φορέα αμορτισέρ και φορέα μουαγιέ, οι οποίοι ενώνονται με άρθρωση, αλλά «δουλεύουν» ανεξάρτητα. Απώτερος σκοπός και τελικό αποτέλεσμα αυτού είναι η μείωση τόσο της γωνίας, όσο και του όφσετ του βασιλικού πείρου. Η Toyota με το Super Strut των ST205 / Levin είχε εφαρμόσει την ιδέα από την δεκαετία του ’90 ήδη, η Renault ήταν εκείνη που την αναβίωσε στα Megane RS 225 (μειώνοντας το king pin offset στα 32mm σε σχέση με τα 60mm των απλών Megane) και ακολούθως στο Clio 197, στη συνέχεια και η Ford παρουσίασε ανάλογο γόνατο στο Focus RS Mk.2 ονομάζοντας το δικό της άκρο «RevoKnuckle», ενώ και η GM (Opel)  με το «HiPerStrut» στα τελευταία Insignia OPC / Astra GTC-OPC (αλλά και σε άλλα μοντέλα του ομίλου, όπως οι Buick LaCrosse CXS και Regal GS) κατάφερε να μειώσει το kingpin offset και kingpin inclination κατά 46% και 44% αντίστοιχα.

Bumpsteer: γιατί άλλωστε σε ελληνικούς δρόμους κινούμαστε...

Με τον όρο «bump steer» περιγράφουμε την τάση του τροχού να στρίβει από μόνος του και χωρίς να το θέλουμε όταν συμπιέζεται η ανάρτηση του. Κατά κανόνα, η κίνηση του τροχού προς τα πάνω π.χ. σε ένα σαμαράκι, αυξάνει την απόκλιση του (ή έστω μειώνει την σύγκλιση του) ενώ η κίνηση του προς τα κάτω (λακούβα) έχει το αντίστροφο αποτέλεσμα. Συνεπάγεται από τα παραπάνω πως, αν το αυτοκίνητο περάσει ταυτόχρονα και με τους δύο τροχούς του από ένα σαμαράκι, τότε και οι δύο πλευρές θα παρουσιάσουν κοινή μεταβολή της σύγκλισης τους, χωρίς ιδιαίτερη αλλαγή στη συμπεριφορά του οχήματος. Αν όμως η μία ρόδα ανασηκωθεί και ταυτόχρονα η άλλη βυθιστεί, στη μία πλευρά θα αυξηθεί η συγκλίση και στην άλλη θα μειωθεί, οπότε έχουμε το λεγόμενο «roll steer». Η γεωμετρία του συστήματος διεύθυνσης ως προς την σχετική θέση κρεμαγιέρας-μεσόμπαρων/ακρόμπαρων, καθώς και το είδος του άξονα (ημιάκαμπτος, ανεξάρτητη ανάρτηση) είναι αυτά που καθορίζουν την ευαισθησία (δέκατα μοίρας σύγκλισης ανά εκατοστό διαδρομής ανάρτησης) του κάθε setup σε φαινόμενα bump/rollsteer.