Agilnost i stabilnost: skretanje stražnjih kotača

Vozila s četiri kotača brzo su dobila sustave zakretanja stražnjih. Kroz povijest takvo se rješenje koristilo za poljoprivredne i radne strojeve, vojna vozila, razna vozila za posebne namjene, dugačke autobuse, kamione itd. U ovom ćemo se tekstu osvrnuti na suvremenu primjenu upravljanja stražnjim kotačima u osobnim automobilima. 

Postoje aktivni i pasivni sustavi, a pomažu pri okretnosti na malim brzinama i/ili stabilnosti na većim. Neki automobili koriste samo jednu od tih mogućnosti, a neki obje. Kada automobil skreće ili vozi u zavoju, možemo zamisliti kako putanja svakog kotača prati luk ili kružnicu. Prednji i stražnji kotači ne prate identične putanje, a pritom se gibanje stražnjih mora dijelom opisati i pomicanjem na mjestu po vertikalnoj osi. Jednostavnije rečeno, u vožnji se to odražava na dvije stvari: radijus okretanja i stabilnost pri promjenama smjera. Za bolju agilnost za manevriranje na niskim brzinama poželjno je zakretanje stražnjih kotača u smjeru suprotnom od prednjih, a za bolju stabilnost za manevriranje pri višim brzinama, poželjno je njihovo zakretanje u istom smjeru.

Agilnost
Agilnost ili okretnost vozila varira ovisno o više faktora, ali među najbitnima je međuosni razmak; vozilo s većim međuosnim razmakom će imati veći radijus okretanja (njem. Anschlag). To možemo ilustrirati listom papira koji će predstavljati automobil iz tlocrta, pri čemu bi kotači bili postavljeni u kuteve papira. Položite papir na stol i fiksirajte jedan kut, npr. donji lijevi, ako “automobil” skreće lijevo. U najboljem slučaju, da automobil može skretati tako oštro da stražnji lijevi kotač ostaje na mjestu, automobil će imati radijus zakretanja jednak svojem međuosnom razmaku. Ako pak automobil ima sustav zakretanja stražnjih kotača, stražnji kotači se za takav manevar zakreću u suprotnom smjeru od prednjih (izabrani kut papira u ovom primjeru više nije fiksiran), pa radijus zakretanja može pasti na polovicu međuosnog razmaka. U stvarnosti se radi o zakretanjima od nekoliko stupnjeva, što je dovoljno za vidljiv pomak kotača i osjetno manji radijus okretanja.

Stabilnost
Izmjenama smjera premješta se težište automobila kroz rad ovjesa, što postaje sve intenzivnije s oštrinom skretanja i s porastom brzine vožnje. Kako bi se umanjio taj efekt i time povećala predvidivost i stabilnost automobila pri visokim brzinama (npr. pretjecanje na autocesti) ili hitnim promjenama smjera (npr. izbjegavanje prepreke na cesti, poznati moose test), stražnje kotače može se zakrenuti u istom smjeru u kojem vozač zakreće prednje. Tako stražnji kotači, tj. stražnji kraj automobila teži pratiti traženi smjer, umjesto tendencije praćenja tangente na zamišljene kružnice koje prate prednji kotači. Smanjuje se efekt “biča” ili “ribljeg repa” (eng. fishtailing) i šansa gubljenja prijanjanja stražnjih kotača u zavoju u slučaju pomicanja težišta prema prednjem djelu automobila (npr. zbog kočenja). To je jedan način stabilizacije i sportskih automobila, makar je kod takvih modela ponekad poželjan određen stupanj kontroliranog proklizavanja stražnjeg kraja radi kuta napada zavoja, umanjivanja stupnja podupravljanja itd.

Aktivni i pasivni sustavi
Aktivni sustavi koriste mehaničke spone ili elektronički kontrolirane aktuatore za upravljanje stražnjim kotačima. Treća generacija Honde Prelude (proizvodila se od 1987. do 1991.) poznata je, osim po niskoj silueti, i po opciji 4WS sustava (eng. four wheel steering, upravljanje sa sva četiri kotača). Korišteni sustav potpuno je mehanički; ako se volan okrene manje od 246°, stražnji kotači okreću se u smjeru prednjih do 1,5°, a ako se volan okrene više od 246°, stražnji kotači okreću se u smjeru suprotnom od prednjih do 5,33°. Istovremeno su i drugi japanski proizvođači koristili slične sustave. Kasnije generacije Preludea koristile su i elektronički sustav, a u posljednje vrijeme Honda nudi sustav naziva P-AWS.

Primjer aktivnog sustava je i Renaultov 4Control, npr. u nekadašnjoj Laguni te današnjem Meganeu i Talismanu. Elektronički kontrolirani aktuatori zakreću stražnje kotače do 2,7° u suprotnom smjeru od prednjih pri nižoj brzini, a do 1° u istom smjeru pri višoj brzini. Točne brzine prelaska iz jednog režima u drugi su 60 km/h ili 100 km/h, a prijelaz ovisi o raznim parametrima, uključujući i postavke koje može birati vozač.

Pomicanja i zakretanja kotača pod različitim opterećenjima ovjesa i šasije inženjeri kontroliraju i umanjuju tipom i geometrijom ovjesa, ali iste sile mogu se korisno upotrijebiti. Pasivni sustavi djeluju bez složenih pokretnih dijelova, oslanjajući se na opterećenje pojedinih komponenti ovjesa. To možemo zamisliti ovako: recimo da između dvije letvice koje leže jedna na drugoj stavimo komad gume i komad spužve, svaki na jedan kraj tog “sendviča”. Ako na gornju letvicu položimo neki teret, spužva će  se jače deformirati, tj. spljoštiti, nego guma. Slična se stvar događa kod pasivnih sustava zakretanja stražnjih kotača; kada je automobil u zavoju pa se vanjski stražnji kotač jače optereti, komponente poput spona i selena se zbog geometrije i materijala deformiraju na određeni način i tako zakreću kotač (pomiču ga iz osi koja prati uzdužnu os automobila). Alfa Romeo 156 jedan je od automobila koji koristi pasivno upravljanje stražnjih kotača, i to samo za sitno zakretanje stražnjih kotača u smjeru suprotnom od prednjih pri vožnji zavojima.

U nekim su slučajevima takvi sustavi (ponekad skupe) doplate, a u nekim inherentno svojstvo automobila. Mogu povećati ukupnu masu vozila, ali uglavnom služe deklariranoj svrsi i dodaju pozitivni doživljaj vozačkom iskustvu, pogotovo u varijantama orijentiranim vožnji bržeg tempa.

Suvremeni sustavi upravljanja stražnjim kotačima uglavnom se nude u E i pogotovo F-segmentu automobila. Za primjer navedimo Audijev Dynamic All-Wheel Steering ili BMW Active Rear-Wheel Steering. Ti su sustavi integrirani s drugim sustavima automobila poput elektroničkog upravljanja (steer-by-wire), variranjem omjera zakretanja volana, adaptivnim ovjesom, pogonom, mjenjačem, vektoriranjem momenta, podacima iz navigacije, praćenjem prometa, sustavom pomoći pri parkiranju, vuči prikolice, nadzorom stabilnosti, sustavima praćenja prometa itd.

O svrsi zakretanja stražnjih kotača možemo zaključiti: za bolju agilnost za manevriranje na niskim brzinama poželjno je zakretanje stražnjih kotača u smjeru suprotnom od prednjih, a za bolju stabilnost za manevriranje pri višim brzinama, poželjno je zakretanje u istom smjeru.