Przeważnie jednak efekt jest odwrotny, a złudzenie, iż auto lepiej „trzyma się” drogi tylko prowokuje kierowcę do nadmiernie ryzykownej jazdy. Praw fizyki oszukać się nie da. Koło o znacznie zwiększonej całkowitej średnicy nie mieści się prawidłowo we wnęce błotnika, zwłaszcza przy skrajnym położeniu zwrotnicy. Nie pozwala też na korzystanie z łańcuchów przeciwśniegowych. Na prędkość maksymalną nie ma jednoznacznie pozytywnego wpływu. Wyraźnie natomiast pogarsza przyspieszenia, czyli dynamikę jazdy. Fałszuje też wskazania licznika przebiegu i prędkościomierza, co może powodować przykre niespodzianki w kontaktach z radarami. Dlatego nikt rozsądny za dużych kół nie montuje, a jeśli zwiększa średnicę obręczy, to tylko przy odpowiednim obniżeniu profilu opony, aby uzyskać obwód bieżnika identyczny z nominalnym.

Panuje jednak powszechne, choć błędne, przeświadczenie, iż szerokość opony i felgi ograniczona jest wyłącznie wewnętrzną przestrzenią błotników, a przy stylizacjach „sportowych” lub „terenowych” może nawet poza tę przestrzeń wykraczać. Po dokonaniu takiej przeróbki auto zwykle prowadzi się gorzej, reagując samoczynnymi zmianami toru ruchu na wszelkie koleiny i poprzeczne nierówności nawierzchni. Łożyska kół, sworznie zwrotnic, przeguby zawieszeń i układu kierowniczego zużywają się w przyspieszonym tempie.

Powodem tych wszystkich niekorzystnych zjawisk jest zmiana oryginalnej geometrii układu jezdnego, dobranej precyzyjnie przez konstruktorów pojazdu. Wydaje się to mało prawdopodobne w sytuacji, gdy zabieg tuningowy polega tylko na wymianie kół bez żadnej ingerencji w inne podzespoły podwozia, a jednak…

Geometria koła kierowanego

Ilustracja 1. Cechy geometryczne istotne przy tuningowej wymianie koła kierowanego: konkretne zawieszenie (Lancia) o zerowym kącie PK oraz schemat ogólny (u góry z prawej).

Ilustracja 2. Inne wielkości odsadzenia ET mogą zmienić promień zataczania nawet z ujemnego lub zerowego na dodatni albo odwrotnie.

Ilustracja 3. Wizualizacja pomiaru ramienia sił wzdłużnych na monitorze urządzenia kontrolnego.

Ilustracja 4. Tarcze dystansowe o grubości 5, 15 i 20 mm stosowane do modyfikacji zawieszeń.


Ilustracja 5. Wystawanie nadwozia poza zewnętrzną krawędź koła przed modyfikacją (powyżej) oraz po modyfikacji.

Ilustracja 6. Gdy w trakcie modyfikacji zamontowano tarczę o grubości 20 mm i wspomniane wcześniej oryginalne koła, wyniki pomiarów nadal mieściły się w tolerancjach fabrycznych. Po lewej stronie znajdują się wyniki pomiaru dla koła bez tarczy dystansowej. Po prawej stronie znajduje się wynik pomiaru dla koła z zamontowaną tarczą dystansową o grubości 20 mm. Niewielkie różnice w zmierzonych parametrach (do 3’) są skutkiem zmian położenia elementów (zdjęcie i założenie koła, głowic pasywnych, uniesienie pojazdu przy zmianie koła, przemieszczenie samochodu).

Cierna współpraca opony z nawierzchnią drogi polega na przenoszeniu poziomych sił napędu, hamowania i zmian toru jazdy. Bieżnik powinien w tym uczestniczyć całą swą szerokością. Wydaje się, iż ten warunek jest spełniony wówczas, gdy koła obracają się równolegle do pionowej wzdłużnej płaszczyzny symetrii pojazdu. W praktyce jednak powierzchnia jezdni nie jest na ogół płaska, a opony i zawieszenia ulegają rozmaitym odkształceniom, co skutkuje asymetrycznym przyleganiem bieżnika do podłoża.

Zjawisku temu przeciwdziała się przez odpowiedni dobór pochylenia koła (PK), czyli konstrukcyjne ustawienie środkowej płaszczyzny jego obrotu (dzielącej bieżnik na dwa pierścienie o jednakowej szerokości) pod określonym kątem względem pionu (przy dokładnie poziomej pozycji pojazdu). Kąt ten może przybierać wartości dodatnie (gdy górna część koła jest w porównaniu z dolną bardziej wysunięta na zewnątrz pojazdu), ujemne (przy wysunięciu odwrotnym) oraz wartość zerową.

Koło kierowane musi wykonywać też ruchy wahliwe wokół osi swej zwrotnicy, która ze względów konstrukcyjnych nie może przebiegać we wspomnianej już środkowej płaszczyźnie obrotu. Dlatego ustawia się ją pod określonym kątem względem pionu. Kąt ten mierzy się w pionowej płaszczyźnie prostopadłej do wzdłużnej linii środkowej pojazdu i nazywa pochyleniem osi zwrotnicy (POZ), przyjmującym zawsze wartości dodatnie.

Od kątów PK i POZ zależy wielkość geometryczna, zwana promieniem zataczania (R). Jest to mierzony w milimetrach odcinek, łączący środek styku koła z płaską, poziomą nawierzchnią od punktu jej przecięcia przez oś zwrotnicy. Przy różnym wzajemnym usytuowaniu tych punktów promień zataczania przybiera wartość dodatnią (środek styku dalej od wzdłużnej linii środkowej pojazdu), ujemną (odwrotna kolejność punktów) lub zerową (punkty się pokrywają).

Promień zataczania wpływa bezpośrednio na długość ramienia poziomych sił wzdłużnych, działających na styku koła z nawierzchnią. Tym samym, każda jego zmiana wpływa na pracę układu kierowniczego, czyli na zachowanie się samochodu na drodze. Im większe stają się wartości dodatnie R, tym łatwiej tor ruchu zakłócany będzie po zderzeniu z nierównością drogi jednego z pary kierowanych kół podczas podmuchów bocznego wiatru lub zmian poprzecznego pochylenia jezdni. Przy ujemnych wartościach R pojawia się i rośnie wraz z nimi tendencja do samoczynnej korekty skutków tych niekorzystnych zjawisk. Siły symetryczne (np. napędu lub hamowania) są w obu wypadkach proporcjonalne do długości R, a więc jej zwiększenie powoduje wzrost obciążenia elementów układu kierowniczego.

Inne koło, inna geometria

Wartości POZ i R są w samochodach przeważnie ustalane fabrycznie i jakakolwiek serwisowa ich regulacja nie jest możliwa. Ich samoczynne zmiany może spowodować tylko zamontowanie kół o niestandardowych wymiarach. Większa szerokość opony i felgi nie zmienia geometrii kierowanego koła jedynie wtedy, gdy środek styku bieżnika z nawierzchnią zachowuje swe oryginalne położenie. W przeciwnym wypadku pojawia się inny promień zataczania i wszystkie wcześniej opisane tego konsekwencje, z których najbardziej uciążliwe w praktyce jest przejście z zakresu wartości ujemnych do dodatnich lub odwrotnie.

Dlatego nie przypadkiem producenci akcesoryjnych felg określają wśród różnych ich parametrów technicz-
nych, istotnych z punktu widzenia możliwych zastosowań, także podawaną w milimetrach tzw. głębokość odsadzenia, nazywaną również offsetem lub wartością ET. Jest to odległość pomiędzy wspominaną już płaszczyzną środkową koła a powierzchnią styku jego felgi z piastą.

Należy koniecznie ten parametr uwzględniać przy planowanym zastąpieniu kół oryginalnych jakimikolwiek innymi. Najlepiej, gdy w starej i nowej feldze pozostaje on identyczny. Jeśli okazuje się to niemożliwe, odpowiedniej zmiany wymagają też inne ustawienia geometrii podwozia, na przykład w zakresie zbieżności połówkowej i kąta PK, co wymaga już profesjonalnych obliczeń i badań.

Rzeczywistą długość ramienia sił wzdłużnych, zależną od wartości promienia zataczania, można wyznaczyć, stosując zaawansowane procedury pomiaru geometrii, podczas których jest ona obliczana automatycznie przy pomiarze kątów POZ i WOZ (wyprzedzenie osi zwrotnicy).

Zmiana ET

Aby samochód poruszał się prostoliniowo na płaskiej drodze, momenty sił działające na drążek poprzeczny, a w konsekwencji na koło kierownicy, muszą być równe z lewej i prawej strony. Warunek ten jest spełniony, gdy ramiona działania sił wzdłużnych (zależne od promienia zataczania) są sobie równe. Za maksymalną dopuszczalną odchyłkę uważa się tutaj 5 mm. Moment sił wzdłużnych oblicza się następująco:
MSW = FOT × RSW × cosWOZ

gdzie:
FOT – siła oporów toczenia
WOZ – kąt wyprzedzenia osi zwrotnicy
RSW – ramię działania sił wzdłużnych (w urządzeniach zwane ramieniem siły kąta POZ)
Z kolei wartość RSW to:

RSW = R × cosPOZ + RDYN × sin(POZ + PK)

czyli po przekształceniu:

       RSW – RDYN ×sin (POZ + PK)
R = –––––––––––––––––––––––––
                     cosPOZ
gdzie:
R – promień zataczania
RDYN – promień dynamiczny koła, przedniego
POZ – kąt pochylenia osi zwrotnicy
PK – kąt pochylenia koła

Znając znak i wartość promienia zataczania R, możemy stwierdzić, jaki jest jego wpływ na zbieżność. Przy ujemnym promieniu zataczania, stosowanym w większości samochodów z przednim napędem, występuje tendencja do zwiększania zbieżności (zmian jej wartości w kierunku dodatnim), a przy dodatnim promieniu zataczania mamy do czynienia ze zjawiskiem odwrotnym.

Jeśli wartości momentów sił wzdłużnych będą równe dla lewej i prawej strony zawieszenia, pojazd będzie zachowywał się neutralnie, czyli bez skłonności do samoczynnych zmian nadanego mu kierunku jazdy. Jednak zwiększanie dodatniego promienia zataczania lub zmniejszanie ujemnego (np. wskutek zainstalowania tarcz dystansowych lub zmniejszenia ET obręczy) zmniejsza stabilność ruchu na drodze z nierównościami wzdłużnymi (koleiny, szyny tramwajowe itp.) oraz podczas bocznych podmuchów wiatru. Przy braku takich zakłóceń zewnętrznych zmiana znaku promienia zataczania może powodować tzw. ściąganie na skutek działania dwuobwodowego układu hamulcowego z krzyżowym podziałem obwodów.

Dla wykazania charakteru tych zjawisk w warunkach pomiarowych i drogowych dokonano pomiarów geometrii pojazdu najpierw z oryginalnymi kołami, a potem z zainstalowanymi tarczami dystansowymi renomowanej firmy. Tarcze o grubości 5 mm, 15 mm i 20 mm były zakładane kolejno z jednej strony.

Do testu użyto samochodu Lexus RX 400h z oponami Bridgestone Blizzak LM 25, 255/55 R18 100H i obręczami 18 x 7 JJ, z ET 35. Wartości promienia zataczania R przed zastosowaniem modyfikacji wynosiły 80 mm po stronie prawej oraz 85 mm po lewej. Tę dopuszczalną różnicę wprowadzono celowo, powodując za pomocą korekcyjnej śruby mimośrodowej kąta PK jego przesunięcie o 0,5 stopnia w kierunku wartości ujemnych dla strony prawej. Taka operacja jest stosowana jako procedura serwisowa w samochodach Toyota i Lexus dla przeciwdziałania ściąganiu w prawo na skutek wypukłości nawierzchni dróg w Polsce. Po modyfikacjach uzyskano wartości promienia zataczania 81 mm po stronie prawej oraz 104 mm po lewej.

Zmniejszając ET obręczy o 20 mm (odsuwając koło na zewnątrz tarczą dystansową), zwiększamy mało korzystny dodatni promień zataczania R. Powoduje to zwiększenie momentu działającego na drążek poprzeczny układu kierowniczego. Przy niewielkich wahaniach wartości tego momentu (np. z powodu kolein, bocznego wiatru, asymetrii układu kierowniczego lub napędowego) samochód staje się bardziej wrażliwy na wszelkiego rodzaju zaburzenia zewnętrzne. Jednak działanie systemu ESP sprawia, iż efekty zwiększenia promienia zataczania mogą być nieodczuwalne.

Samochód bez modyfikacji jechał pewnie, reagując tylko na koleiny o znacznej głębokości. Podobnie było podczas przejazdu przez kałuże. Układ zmodyfikowany okazywał się o wiele bardziej podatny na zakłócenia. Trzeba tu dodatkowo uwzględnić fakt, że próby przeprowadzane były bez ryzyka kolizji drogowych, z użyciem pojazdu w dobrym stanie technicznym i zachowującym (także po modyfikacji) parametry geometrii w granicach tolerancji ustalonych przez producenta.

Łatwo jednak sobie wyobrazić sytuację odmienną, w której samochód o dużej mocy na nieoryginalnych kołach z mniejszym ET, czyli ze zwiększonym w kierunku dodatnim promieniem zataczania R, wykonuje manewr wyprzedzania na wąskiej drodze z koleinami. W pierwszej fazie energicznie przyspiesza, co powoduje mocne ściąganie w prawo. Gdy kierowca zwalnia pedał dla wyrównania toru jazdy, pojawia się pojazd nadjeżdżający z przeciwka, więc trzeba hamować, co wywołuje ściąganie w lewo, do rowu i utrudnia powrót na prawy pas jezdni.

Czy wobec tego warto stosować obręcze inne niż oryginalne? Czasami warto, ale nie można ograniczyć się w takiej modyfikacji do samej wymiany kół. Trzeba ten zabieg połączyć z pomiarem geometrii kół i jej korektą. Nie warto natomiast zmieniać promieni zataczania, chyba że chodzi o przystosowanie auta do celów sportowych, np. driftu lub wyścigów na torze o przewadze zakrętów w jedną stronę.