Kretanje točka pri prelasku prepreke

Točkovi motornih vozila tokom vožnje prelaze preko neravnina, rupa, kamenja, izdignutih spojeva i drugih prepreka na kolovozu. Pri tome se pomeraju u odnosu na karoseriju, a delovi sistema za oslanjanje omogućavaju i usmeravaju to pomeranje.

Pri projektovanju sistema za oslanjanje potrebno je obezbediti da točak prelazi preko prepreka uz što manje neželjenih promena položaja, da se smanje udari i vibracije koji se prenose na karoseriju i da se očuva stabilnost vozila.

U ovoj lekciji razmatraju se problemi koji nastaju pri kretanju točka preko prepreke, poželjno ponašanje točka i načini na koje se ti zahtevi ostvaruju kod zavisnog i nezavisnog oslanjanja.

1. Ciljevi lekcije

Posle ove lekcije učenik treba da može da:

• objasni šta se dešava kada točak naiđe na prepreku;
• navede neželjene pojave koje mogu nastati pri pomeranju točka;
• objasni značaj bočnog pomeranja i neželjenog zakretanja točka;
• objasni značenje ugla zakretanja označenog sa λ u pojednostavljenom modelu ove lekcije;
• opiše ponašanje zavisnog oslanjanja pri prelasku jednog točka preko prepreke;
• opiše ponašanje nezavisnog oslanjanja pri prelasku jednog točka preko prepreke;
• uporedi prednosti i ograničenja zavisnog i nezavisnog oslanjanja u ovakvoj situaciji;
• objasni zašto su pravilna geometrija oslanjanja i ispravnost njegovih delova važni za bezbednost.

2. Situacija: točak nailazi na prepreku

Zamislimo da se automobil kreće pravo, a da prednji levi točak naiđe na kamen koji se nalazi na kolovozu.

Kada točak naiđe na kamen, on mora da se podigne kako bi prešao preko prepreke. Opruga se sabija, amortizer kontroliše brzinu pomeranja, a ramena, viljuške i ostali delovi oslanjanja usmeravaju kretanje točka.

Međutim, način na koji je točak povezan sa karoserijom određuje njegovu putanju. Ako geometrija oslanjanja nije pažljivo projektovana, podizanje točka može biti praćeno i drugim pomeranjima ili promenama njegovog položaja.

3. Koji problemi mogu nastati pri prelasku preko prepreke?

Pri pomeranju točka kroz hod oslanjanja mogu se javiti neželjene pojave. Njihova veličina zavisi od konstrukcije oslanjanja, geometrije poluga i zglobova, stanja delova i veličine prepreke.

3.1. Neželjeno bočno pomeranje točka

Kada se točak podiže, poželjno je da njegovo kretanje bude usmereno tako da se ne izazivaju velike i nepotrebne promene položaja u odnosu na karoseriju i kolovoz.

Međutim, zbog putanje kojom se kreću ramena ili druge veze oslanjanja, centar točka može da se pomeri i bočno. To znači da rastojanje između levog i desnog točka iste osovine može da se promeni tokom hoda oslanjanja.

Zašto je to problem?

• menja se položaj točka u odnosu na karoseriju;
• mogu se promeniti geometrija točka i njegove karakteristike dodira sa kolovozom;
• ako je promena velika ili nepovoljno usmerena, može uticati na ponašanje vozila.

Bočno pomeranje nije uvek moguće potpuno ukloniti. Cilj konstrukcije je da ono bude kontrolisano i da odgovara zahtevima upravljivosti, stabilnosti i udobnosti.

3.2. Neželjena promena nagiba točka

Pri podizanju i spuštanju točka mogu da se menjaju položaj njegovog gornjeg i donjeg dela i ugao koji ravan točka zaklapa sa vertikalom.

Ova promena naziva se promena nagiba točka, odnosno promena camber ugla. Njena veličina i smer zavise od kinematike oslanjanja.

Ako je promena nepovoljna, može da utiče na raspodelu pritiska u dodirnoj površini pneumatika i na sile koje pneumatik može da prenese na kolovoz.

3.3. Neželjena promena usmerenosti točka

Pri pomeranju oslanjanja može doći i do promene usmerenosti točka, odnosno toe ugla. Kod upravljačkih točkova to može da znači da se točak zakrene iako vozač nije okrenuo upravljač.

Ova pojava naziva se neželjeno zakretanje točka pri radu oslanjanja, a u stručnoj literaturi poznata je i kao bump steer.

Na primer, kada prednji levi točak naiđe na prepreku i podigne se, geometrija ramena i upravljačke spone može izazvati malu promenu ugla zakretanja tog točka. Ako je promena velika ili nepovoljna, može da nastane kratkotrajna promena pravca delovanja točka i reakcija na upravljaču.

3.4. Prenošenje udara na karoseriju i druge delove

Prelazak preko prepreke izaziva sile između pneumatika, točka, delova oslanjanja i karoserije. Ako su prepreka velika, brzina visoka ili delovi oslanjanja neispravni, mogu nastati veliki udari.

Opruga i amortizer ublažavaju posledice ovakvog kretanja, dok ramena, zglobovi i nosači prenose sile i određuju putanju točka. Nijedan deo ne deluje samostalno: ponašanje točka rezultat je rada celog sistema.

4. Kako bi izgledalo idealno kretanje točka?

Da bismo razumeli задатке система за ослањање, замислимо идеализован случај у коме точак наилази на препреку, а да при томе остале непожељне промене буду сведене на минимум.

Poželjno je da:

• točak može da se pomera naviše i naniže kako bi prešao preko neravnina;
• njegovo bočno pomeranje bude malo ili unapred predviđeno konstrukcijom;
• nagib točka ostane u dozvoljenim granicama tokom hoda oslanjanja;
• usmerenost točka ne bude značajno promenjena samo zbog prelaska preko prepreke;
• udar i vibracije budu ublaženi pre nego što se prenesu na karoseriju i putnike;
• točak zadrži što bolji kontakt sa kolovozom, u granicama koje dozvoljavaju prepreka i dinamika kretanja.

Ovakvo ponašanje predstavlja konstruktivni cilj, a ne tvrdnju da se u realnom sistemu svi neželjeni efekti mogu potpuno ukloniti. U stvarnom vozilu svaki sistem oslanjanja ima određenu kinematiku i elastične deformacije pod opterećenjem.

5. Šta predstavlja ugao λ u ovoj lekciji?

U pojednostavljenom prikazu prelaska točka preko prepreke, ugao λ može da označava neželjeno zakretanje točka koje nastaje usled pomeranja oslanjanja, bez odgovarajuće komande vozača.

Na primer, upravljački točak se kreće naviše jer je naišao na kamen. Ako geometrija oslanjanja i upravljačkih spona nije odgovarajuće usklađena, kretanje točka može istovremeno da izazove promenu njegovog usmerenja. Ta promena može da се прикаже углом λ.

Važna terminološka napomena: oznaka λ nema univerzalno značenje u svim udžbenicima i tehničkim priručnicima za ovu pojavu. U ovoj lekciji koristi se samo kao oznaka ugla neželjenog zakretanja u pojednostavljenom modelu. U stručnoj literaturi promena usmerenosti točka često se izražava promenom toe ugla ili bump-steer karakteristikom.

U idealizovanom slučaju težilo bi se da neželjena promena ugla bude što manja, odnosno da bude približno nula kada vozač ne daje komandu za promenu pravca. U stvarnom vozilu vrednost i promena ugla zavise od konstrukcije i položaja oslanjanja.

6. Kretanje točka kod zavisnog oslanjanja

Kod zavisnog oslanjanja levi i desni točak jedne osovine povezani su zajedničkom krutom osovinom ili kućištem osovine. Zbog toga kretanje jednog točka neposredno utiče na položaj zajedničkog sklopa, a preko njega i na drugi točak.

6.1. Kada jedan točak naiđe na prepreku

Ako levi točak naiđe na kamen, podiže se i deluje silom na zajedničku osovinu. Pošto su točkovi međusobno povezani, osovina se zakreće ili pomera u skladu sa svojom konstrukcijom i vezama sa karoserijom.

Takvo pomeranje može da izazove promenu položaja i drugog točka, iako on nije neposredno naišao na prepreku.

Na primer, pri prelasku samo levog točka preko prepreke mogu nastati:

• zakretanje zajedničke osovine oko uzdužne ose;
• promena visinskog položaja ili opterećenja drugog točka;
• prenos dela udara na drugu stranu oslanjanja;
• promena položaja zajedničkog sklopa u odnosu na karoseriju.

6.2. Bočno pomeranje kod zavisnog oslanjanja

Kada je kruta osovina povezana sa karoserijom preko poluga koje se kreću po kružnim lukovima, njena putanja ne mora biti potpuno vertikalna. Zbog toga se tokom hoda oslanjanja može javiti i bočno pomeranje osovine i oba točka.

Veličina ovog pomeranja zavisi od dužine, položaja i geometrije poluga ili drugih elemenata za vođenje osovine. Ako se koristi poprečna poluga, na primer Panhardova poluga, bočno pomeranje proizlazi iz luka po kojem se ona kreće.

Prema tome, zavisno oslanjanje ne znači da točkovi u svim konstrukcijama imaju samo vertikalno kretanje. Njihova putanja zavisi od načina na koji je zajednička osovina povezana sa karoserijom.

6.3. Zakretanje upravljačkog točka i ugao λ

Ako je reč o upravljačkoj osovini, udar na jednom točku može da se prenese kroz rukavac, upravljačke spone i druge delove. Zavisno od konstrukcije, to može izazvati reakciju u upravljačkom mehanizmu i neželjeno zakretanje točka.

Međutim, ugao λ nije određen samo time što je oslanjanje zavisno. On zavisi od celokupne geometrije osovine, upravljačkog mehanizma i spojeva. Kod pravilno projektovanih sistema nastoji se da se neželjene promene ograniče.

6.4. Prednosti i ograničenja zavisnog oslanjanja

Prednosti:

• čvrsto povezivanje točkova preko zajedničke osovine;
• robustna konstrukcija pogodna za određena teretna i terenska vozila;
• mogućnost velikog opterećenja i relativno jednostavne konstrukcije pojedinih izvedbi.

Ograničenja:

• pomeranje jednog točka neposredno utiče na zajedničku osovinu i može uticati na drugi točak;
• udar i vibracije mogu se preneti na veću masu zajedničkog sklopa;
• putanja osovine može dovesti do bočnog pomeranja, zavisno od geometrije veza;
• nezavisno prilagođavanje položaja svakog točka neravninama nije moguće u istoj meri kao kod potpuno nezavisnog oslanjanja.

7. Kretanje točka kod nezavisnog oslanjanja

Kod nezavisnog oslanjanja svaki točak povezan je sa karoserijom preko sopstvenih ramena, viljušaka, zglobova ili drugih elemenata. Zbog toga jedan točak može da se podiže ili spušta bez potrebe da se drugi točak pomeri na isti način.

Kada levi točak naiđe na prepreku, njegovo pomeranje prvenstveno se odvija kroz sopstveni sistem veza. Nema krute osovine koja bi neposredno nametnula istovetno pomeranje desnom točku.

7.1. Šta se dešava pri prelasku jednog točka preko prepreke?

Pri podizanju točka, ramena i druge veze oslanjanja zakreću se oko svojih oslonaca. Točak zbog toga prati putanju određenu geometrijom tih elemenata.

Ovakva konstrukcija omogućava da drugi točak zadrži znatno veću nezavisnost u svom kretanju, pa se smanjuje neposredan prenos pomeranja sa jednog točka na drugi preko mehaničke veze.

Ipak, nezavisno oslanjanje ne znači da je kretanje svakog točka potpuno vertikalno ili da među točkovima ne postoji nikakva veza. Karoserija, stabilizator, pomoćni ram i elastičnost konstrukcije mogu preneti deo sila ili pomeranja na drugu stranu.

7.2. Bočno pomeranje točka kod nezavisnog oslanjanja

Ramena i viljuške najčešće se zakreću oko svojih oslonaca, pa centar točka prati putanju koja nije nužno prava vertikalna linija. Bočno pomeranje može se javiti i kod nezavisnog oslanjanja.

Konstrukcijom se nastoji da bočno pomeranje i ostale promene geometrije budu odgovarajući za predviđene uslove rada. Dužina, položaj i oblik ramena određuju kako će se točak kretati tokom sabijanja i istezanja oslanjanja.

7.3. Promena nagiba i usmerenosti točka

Pri radu nezavisnog oslanjanja menjaju se međusobni položaji ramena, rukavca i drugih delova. Zbog toga se tokom hoda točka mogu menjati camber i toe uglovi.

Kod upravljačkih točkova promena usmerenosti usled hoda oslanjanja može se pokazati kao neželjeno zakretanje točka, odnosno bump steer.

Projektovanjem geometrije ramena i upravljačkih spona nastoji se da se te promene kontrolišu. Cilj nije nužno da svaki ugao bude potpuno nepromenljiv u svakom položaju, već da se promene odvijaju u granicama koje odgovaraju zahtevima upravljivosti, stabilnosti i prijanjanja.

7.4. Prednosti i ograničenja nezavisnog oslanjanja

Prednosti:

• jedan točak može da se pomera bez neposrednog nametanja jednakog pomeranja drugom točku;
• manje se prenosi direktno mehaničko pomeranje sa jedne strane osovine na drugu;
• geometrijom ramena i zglobova može se pažljivo oblikovati putanja svakog točka;
• moguće je postići povoljnu kombinaciju udobnosti, stabilnosti i upravljivosti.

Ograničenja:

• veći broj ramena, zglobova ili čaura može povećati složenost konstrukcije;
• putanja točka i dalje može uključivati bočno pomeranje i promene nagiba i usmerenosti;
• istrošeni zglobovi ili čaure mogu da naruše geometriju i ponašanje sistema;
• ne postoji jedno geometrijsko rešenje koje je najbolje za sve vrste vozila i sve uslove vožnje.

8. Poređenje zavisnog i nezavisnog oslanjanja pri prelasku prepreke

Osobina	Zavisno oslanjanje	Nezavisno oslanjanje
Veza između točkova	Točkovi su povezani zajedničkom krutom osovinom ili kućištem osovine.	Svaki točak ima sopstveni sklop za vođenje.
Prelazak samo jednog točka preko prepreke	Pomeranje točka utiče na zajedničku osovinu i može uticati na drugi točak.	Pomeranje prvenstveno prolazi kroz oslanjanje točka koji je naišao na prepreku.
Bočno pomeranje	Može se javiti usled putanje zajedničke osovine i geometrije poluga koje je vode.	Može se javiti usled zakretanja ramena i geometrije veza oslanjanja.
Promena nagiba točka	Zavisi od konstrukcije osovine i veza; kod krute osovine nagib točka vezan je za položaj osovine.	Zavisi od geometrije ramena i položaja zglobova tokom hoda oslanjanja.
Promena usmerenosti	Moguća je u zavisnosti od geometrije osovine i upravljačkih veza.	Moguća je ako kretanje oslanjanja izazove promenu toe ugla ili bump steer.
Konstrukcijski pristup	Jedna zajednička osovina vodi oba točka.	Putanja svakog točka oblikuje se odgovarajućim ramenima i zglobovima.

Zaključak: kod oba sistema cilj je da se točkovi bezbedno vode i da se neželjene promene njihovog položaja ograniče. Razlika je u načinu na koji su točkovi povezani i u tome kako se pomeranje jednog točka prenosi na drugi.

9. Uloga opruge i amortizera pri prelasku prepreke

Geometrija oslanjanja određuje putanju točka, ali sama po sebi ne ublažava udar. Za elastičnost i prigušenje zaduženi su drugi elementi sistema.

• Opruga se sabija ili isteže, prihvata deo energije udara i omogućava vertikalni hod točka.
• Amortizer prigušuje oscilacije koje nastaju pri sabijanju i istezanju opruge.
• Ramena i zglobovi određuju putanju točka i prenose sile između točka i karoserije.
• Stabilizator pruža otpor relativnom pomeranju leve i desne strane oslanjanja, posebno pri naginjanju karoserije.
• Pneumatik se elastično deformiše na mestu dodira sa kolovozom i učestvuje u ublažavanju manjih neravnina.

Zato je za dobro ponašanje vozila potrebno da svi delovi budu ispravni i međusobno usklađeni. Dobro projektovana geometrija ne može da nadoknadi neispravan amortizer, oštećenu oprugu ili istrošen zglob.

10. Neželjeno zakretanje točka – bump steer

Do pojave bump steer dolazi kada pomeranje oslanjanja izazove promenu usmerenosti točka. Kod upravljačke osovine to znači da točak može da promeni ugao iako vozač nije promenio položaj upravljača.

Jedan od mogućih uzroka jeste to što se upravljačka spona i ramena oslanjanja kreću po različitim putanjama. Ako geometrija njihovih oslonaca nije odgovarajuće usklađena, tokom hoda oslanjanja može doći do promene rastojanja između odgovarajućih zglobova i do zakretanja točka.

Ova pojava može se manifestovati kao kratkotrajna reakcija na upravljaču ili tendencija vozila da promeni pravac pri prelasku preko neravnine. Njena veličina zavisi od geometrije oslanjanja i upravljanja, kao i od elastičnih deformacija pod opterećenjem.

Bump steer nije isto što i uobičajeno zakretanje koje vozač namerno izvodi upravljačem. To je promena usmerenosti izazvana kretanjem oslanjanja.

11. Šta se dešava ako su delovi oslanjanja istrošeni?

Istrošene gumene čaure, kuglasti zglobovi, upravljačke spone ili drugi delovi mogu omogućiti veće pomeranje nego što je konstrukcijom predviđeno.

U takvim uslovima točak može da promeni položaj pod dejstvom sila na kolovozu i pri kočenju ili ubrzavanju. To može dovesti do nepredvidivijih reakcija vozila, buke i promena u geometriji.

Na moguće probleme mogu ukazivati:

• lupanje ili zveckanje pri prelasku preko neravnina;
• promena pravca ili reakcije upravljača pri nailasku na prepreku;
• nepravilno ili ubrzano trošenje pneumatika;
• povećan zazor u zglobovima ili oštećene gumene čaure;
• vidljivo oštećenje ramena, poluga ili njihovih pričvršćenja.

Ovi simptomi ne određuju sami po sebi koji deo je neispravan. Potrebno je pregledati sistem za oslanjanje i upravljanje i otkloniti uočene kvarove.

12. Kontrola sistema za vođenje točkova

Kontrola treba da obuhvati delove koji određuju putanju točka, kao i delove koji omogućavaju njegovo upravljanje i prigušenje oscilacija.

1. Proveriti stanje ramena, viljušaka i njihovih pričvršćenja.
2. Proveriti kuglaste zglobove, gumene čaure i upravljačke spone.
3. Pregledati opruge, amortizere i stabilizator.
4. Proveriti da li postoje deformacije ili tragovi udara na delovima oslanjanja.
5. Pregledati stanje pneumatika i tragove neravnomernog trošenja.
6. Po potrebi izmeriti geometriju trapa i proveriti da li je u skladu sa podacima proizvođača.

Posle udara u veću prepreku ili popravke delova koji utiču na geometriju treba proceniti da li je potrebna dodatna kontrola. Podešavanje geometrije ne može da zameni popravku deformisanih ili istrošenih delova.

13. Najvažnije za pamćenje

• Kada točak naiđe na prepreku, pomera se kroz hod oslanjanja, a putanju određuju geometrija i stanje veza oslanjanja.
• Poželjno je ograničiti neželjeno bočno pomeranje, promenu nagiba i promenu usmerenosti točka.
• Kod zavisnog oslanjanja točkovi su povezani zajedničkom osovinom, pa pomeranje jednog točka utiče na zajednički sklop i može uticati na drugi točak.
• Kod nezavisnog oslanjanja svaki točak vodi se sopstvenim sklopom ramena i zglobova, pa je njegovo kretanje nezavisnije od kretanja drugog točka.
• Ni kod zavisnog ni kod nezavisnog oslanjanja ne mora da postoji potpuno vertikalna putanja točka.
• Promena usmerenosti točka usled hoda oslanjanja poznata je kao bump steer.
• Opruga ublažava udar, amortizer prigušuje oscilacije, a ramena i zglobovi određuju putanju točka.
• Pravilna konstrukcija i ispravni delovi oslanjanja doprinose stabilnosti, upravljivosti i bezbednosti vozila.

14. Provera znanja

1. Šta prvenstveno određuje putanju točka tokom hoda oslanjanja?

   1. Samo pritisak u pneumaticima.
   2. Geometrija ramena, zglobova i drugih elemenata za vođenje.
   3. Samo brzina obrtanja točka.
   Prikaži odgovor

   Tačan odgovor: b. Putanju određuje geometrija delova koji povezuju točak sa karoserijom.

2. Šta se dešava kod zavisnog oslanjanja kada samo jedan točak naiđe na prepreku?

   1. Pomeranje točka utiče na zajedničku osovinu i može uticati na drugi točak.
   2. Drugi točak je u svim uslovima potpuno nepovezan sa tim pomeranjem.
   3. Opruga i amortizer prestaju da rade.
   Prikaži odgovor

   Tačan odgovor: a. Pošto su točkovi povezani zajedničkom osovinom, pomeranje jednog točka utiče na položaj osovine i može se preneti na drugu stranu.

3. Koja je osnovna karakteristika nezavisnog oslanjanja?

   1. Oba točka moraju da se pomeraju potpuno jednako.
   2. Svaki točak može da se pomera kroz svoj sklop oslanjanja bez potrebe za jednakim pomeranjem drugog točka.
   3. Točkovi ne mogu da se pomeraju vertikalno.
   Prikaži odgovor

   Tačan odgovor: b. Nezavisno oslanjanje omogućava nezavisnije kretanje levog i desnog točka.

4. Da li točak kod nezavisnog oslanjanja uvek ima potpuno vertikalnu putanju?

   1. Da, u svakoj konstrukciji.
   2. Ne, putanja zavisi od geometrije ramena i zglobova.
   3. Da, ako vozilo ima amortizere.
   Prikaži odgovor

   Tačan odgovor: b. Ramena se zakreću oko oslonaca, pa putanja točka može sadržati i bočnu ili uzdužnu komponentu.

5. Šta označava bump steer?

   1. Uobičajeno okretanje točka koje vozač izvodi upravljačem.
   2. Neželjenu promenu usmerenosti točka izazvanu pomeranjem oslanjanja.
   3. Sabijanje opruge pri prelasku preko prepreke.
   Prikaži odgovor

   Tačan odgovor: b. Bump steer predstavlja promenu ugla usmerenosti točka nastalu usled hoda oslanjanja.

6. Koja je uloga amortizera pri prelasku preko prepreke?

   1. Da određuje kompletnu putanju točka umesto ramena.
   2. Da priguši oscilacije nastale kretanjem oslanjanja.
   3. Da potpuno spreči vertikalno pomeranje točka.
   Prikaži odgovor

   Tačan odgovor: b. Amortizer prigušuje oscilacije; geometrijsku putanju prvenstveno određuju elementi za vođenje točka.

7. Zašto se geometrija trapa proverava nakon određenih popravki oslanjanja?

   1. Zato što svaka zamena bilo kog dela automatski zahteva promenu svih uglova.
   2. Zato što radovi ili oštećenja mogu uticati na položaj i usmerenost točkova.
   3. Zato što se time proverava samo pritisak ulja u amortizerima.
   Prikaži odgovor

   Tačan odgovor: b. Popravke i oštećenja mogu uticati na geometriju, pa je potrebno proveriti vrednosti kada to preporučuje proizvođač ili kada postoji razlog za sumnju.

15. Pitanja za usmeno ponavljanje

• Koji se problemi mogu javiti kada točak naiđe na prepreku?
• Zašto je poželjno da bočno pomeranje i neželjeno zakretanje točka budu ograničeni?
• Kako se pomeranje jednog točka prenosi na drugu stranu kod zavisnog oslanjanja?
• Zašto nezavisno oslanjanje omogućava samostalnije kretanje levog i desnog točka?
• Da li nezavisno oslanjanje potpuno uklanja bočno pomeranje točka? Objasni.
• Šta je bump steer i zbog čega može nastati?
• Objasni razliku između uloge opruge, amortizera i ramena oslanjanja pri prelasku preko prepreke.
• Zašto je stanje zglobova i čaura važno za pravilno vođenje točkova?

16. Povezane lekcije

• Zavisno oslanjanje
• Nezavisno oslanjanje
• Polunezavisno oslanjanje
• Amortizeri i stabilizatori
• Vođenje točkova i geometrija trapa
• Kontrola i održavanje sistema za oslanjanje