Zapytani o systemy zamontowane w naszych samochodach wymienimy zapewne ABS, ASR, ESP. Jednak słysząc o systemie kompensacji Ackermana, większość z nas zrobi zdziwioną minę. Wyjątki słusznie skojarzą go z układem kierowniczym, ale jak dokładnie działa, mało kto jest w stanie wytłumaczyć. Dlatego postaramy się przybliżyć nieco to zagadnienie.
Działanie systemu kompensacji Ackermana uwidacznia się podczas pokonywania zakrętów.
Mechanika skrętu kół
Jak wytłumaczyć sens używania układów różnicowych w napędzie naszych pojazdów? Gdy samochód porusza się po okręgu zewnętrzne koło przebywa dłuższą drogę, niż koło wewnętrzne. Powstała w ten sposób różnica w prędkości obrotowej kół byłaby niedopuszczalna, gdyby połączyć je ze sobą na stałe. Taka sytuacja powodowałaby wieczny poślizg któregoś z napędzanych kół. Problem jest rozwiązywany właśnie przez mechanizm różnicowy, rozdzielający moment obrotowy na każde z kół tak, by poruszały się z właściwą sobie prędkością.
Każde koło samochodu jadącego w zakręcie wędruje po okręgu o różnym promieniu, dlatego wychyla się pod różnym kątem.
Za co odpowiedzialny jest system Ackermana w samochodzie?
Układ Ackermana podczas jazdy w łuku stosuje się kompensację skrętu kół. Przyjrzyjmy się rysunkowi powyżej: każde koło samochodu jadącego w zakręcie wędruje po okręgu o różnym promieniu, dlatego musi wychylać się pod różnym kątem. Gdyby wychylenia kół były równoległe, wewnętrzne koło ślizgałoby się, co doprowadziłoby do szybkiego zużycia opon. Dodatkowo samochód miałby tendencję do podsterowności.
Koła nie mogą skręcać równolegle, dlatego należy zamienić zwrotnice kół przednich z równoległych na trapezoidalne.
Objaśnienie zasady działania trapezoidalnych zwrotnic.
Jak dobierane są kąty skrętu kół?
Dobranie właściwych wartości zależności skrętu kół jest bardzo trudne, szczególnie, że system musi działać poprawnie w zakrętach pokonywanych z dużą prędkością, jak i w ciasnych nawrotach. Prawidłowe ustawienie nierównoległego skrętu kół stanowi nie lada wyzwanie dla inżynierów. Biorą oni pod uwagę długość samochodu, rozstaw kół oraz promień zakrętów, przy jakich system ma działać najefektywniej. Znając te parametry, obliczyć można wartość promienia skrętu dla każdego z kół.
Sprawa mogłaby się wydawać prosta, jednak przy idealnie dobranych wartościach Ackermana samochód pokonujący z dużą prędkością zakręt może czasami mieć tendencję do nadsterowności. Dlatego też wprowadzono dodatkowe pojęcie tzw. anty-ackermana oraz pro-ackermana. W pierwszym przypadku wartość kątów zmniejsza się o kilka procent, uzyskując stabilizację i zniwelowanie nadsterowności. W drugim przypadku (pro-ackerman), gdy jest to pożądane, zwiększa się wartość kąta.
Obliczenia geometrii Ackermana.
Jaki system kompensacji Ackermana powinienem zastosować w swoim samochodzie?
Bez obaw, nie musimy odpowiadać na takie pytania - producenci doskonale wiedzą, jak dobrać wartość kąta mocowania zwrotnicy, by samochód prowadził się zgodnie z oczekiwaniami.
Inaczej sprawa ma się w sporcie wyczynowym, np. w gokartach, samochodach klasy WRC lub DTM. Tutaj inżynierom pozostawiono pełne pole do popisu. I rzeczywiście np. na kręte tory, z dużą ilością zakrętów typu agrafka (ponad 100-120°) w gokartach ustawia się wartości kompensacji typu pro-ackerman. Podobnie się ma w brytyjskich KJS-ach, słynących z bardzo krętych prób sprawnościowych. Startujący w nich zawodnicy wśród wielu modyfikacji zawieszenia, ingerują również w system kompensacji Ackermana, zwiększając w znaczny sposób jego kąt. Są to jednak konstrukcje stricte wyczynowe - nikt nawet nie próbuje podejmować dyskusji na temat bezpieczeństwa użytkowania takiej przeróbki w ruchu miejskim.
Czy można regulować układ Ackermana w samochodzie?
Sam fakt istnienia bardzo małej ilości samochodów, gdzie system Ackermana można regulować, daje wyraźnie do zrozumienia, iż nie powinniśmy w tę kwestię ingerować. Możemy natomiast z powodzeniem zaobserwować działanie wspomnianego systemu w naszych samochodach - wystarczy na postoju skręcić maksymalnie koła w jedną ze stron. Zauważymy wtedy że jedno z kół skręciło mocniej niż drugie. Efekt ten jest wyraźniej zauważalny w autach tylnonapędowych, gdzie skręt kół nie jest ograniczony konstrukcyjnie przegubami napędowymi.