Когда переднее колесо — или скорее, передняя ступица колеса — связано с передней подвеской, «геометрия» определяется соотношением между двумя осями. Одна из них проходит через шарниры, вокруг которых вращается управляемое колесо (ось поворота); другая — вертикальная ось, проходящая через центр пятна контакта шины с дорогой. Вы могли бы подумать, что идеальное решение будет состоять в том, чтобы совместить две оси друг с другом, но это не так. С одной стороны, все должно быть размещено в центре колеса. Но там нет места для приличных тормозов и даже для шарниров, в то время как сама ступица колеса выдвинута далеко наружу. Более того, вы не получаете почти никакого чувства управления или стабилизации управляемых колес.


В этом случае, почему бы не переместить ось поворота — она все еще называется «осью поворотного шкворня», хотя сам поворотный шкворень не существует в современных конструкциях — внутрь оси колеса? Это было первое улучшение рулевого управления в первых автомобильных конструкциях, что подтвердит любое посещение хорошего музея. Но если это все, что вы сделаете, вы все еще останетесь без стабилизации управляемых колес, и вы продолжите сильно страдать от чувства неправильного управления, воспринимая руками каждый удар колеса о неровности дороги через рулевое колесо. Хорошая идея, первый реальный крупный шаг к приличному рулевому управлению, пришла с мыслью, что можно совместить две оси (вертикальную и ось шкворня) внутри пятна контакта колеса с дорогой, при этом расположив сам шкворень за пределами колеса под углом — «наклон поворотного шкворня» — так, чтобы его ось проходила через ось колеса в центре пятна контакта шины. Теперь вы освободили место, вы решили проблемы обратной связи от удара, и вы получаете эффект стабилизации (помимо того, что шины сами обладают стабилизирующим моментом) — «весовой» стабилизирующий момент, поскольку колесо поворачивается вокруг наклонной оси (оси шкворня), это приводит к небольшому подъему передней части автомобиля, и приподнятая масса заставляет колесо повернуться в исходное положение — в некоторых автомобилях с большими наклонами шкворня, подобно Hillman Imp, вы можете увидеть, как это происходит.


Пока мы рассмотрели геометрию рулевого управления в поперечной плоскости, но требуется рассмотрение геометрии также в продольной плоскости. Намного более сильный и обычно желаемый эффект стабилизации колес может быть достигнут при наклоне оси поворотного шкворня в продольной плоскости основанием вперед, относительно вертикали, проходящей через центр колеса.


После того как шкворень наклонили, необходимо осуществить некоторые настройки. В поперечной плоскости колесам нужно задать «угол развала передних колес» (положительный — с наклоном вершин колес наружу, отрицательный — с наклоном внутрь) и плюс к развалу небольшое схождение или расхождение колес (переднеприводные автомобили часто имеют небольшое статическое расхождение, так, чтобы при движении вперед они фактически двигались прямо). Наконец, точку, где ось поворотного шкворня касается земли, можно смещать относительно центра пятна контакта шины. Величина смещения этой точки относительно центра пятна контакта шины с дорогой в продольной плоскости называется «реактивное плечо». Смещение точки вбок, когда она находится внутри относительно линии, проходящей через центр колеса, называется «положительным плечом обкатки». Когда точка находится снаружи этой линии, называется «отрицательным плечом обкатки», которое иногда требуется для создания эффекта стабилизации при торможении передних колес на поверхностях с различным коэффициентом сцепления: разность в тормозных моментах на колесах тянет автомобиль в одну сторону, а отрицательное плечо в обратную. Небольшое смещение делает управление легче, потому что, когда колеса поворачиваются, большая часть контактной площадки шины может катиться вокруг оси поворотного шкворня, а не проскальзывать вокруг этой оси — очевидно, это соображение верно главным образом для низкой скорости.


Вот с чем мы подходим к завершению этого параграфа: не меньше чем шесть величин — четыре угла и два плеча — полностью определяют геометрию рулевого управления любого автомобиля. Углы — наклоны шкворня в продольной и поперечной плоскостях, угол развала передних колес и их схождение; расстояния — «реактивное плечо» и плечо обкатки, положительное или отрицательное. Это должно быть известно каждому проектировщику шасси, чтобы иметь возможность отрегулировать каждый из них для достижения желаемого результата, что не является легкой задачей. Как и везде, в шасси необходимо искать компромисс в процессе работы. Например, мощный стабилизирующий момент дает сильную естественную устойчивость движения автомобиля, но при этом затрудняет управление и может также ухудшить чувствительность рулевого управления, то есть уменьшить обратную связь водителя с управляемыми колесами, которая обеспечивает водителя информацией относительно того, как ведут себя шины в контакте с дорогой.


Даже шесть параметров — это еще не все. Одной из проблем управления, которая проявилась в мощных переднеприводных автомобилях, является «тяговый поворот», который доворачивает рулевое колесо в сторону максимального угла поворота управляемых колес, если водитель во время движения на повороте увеличивает скорость автомобиля. Имеются различные теории относительно того, что является причиной «тягового поворота», но Volkswagen предполагает, что одним из ключей к его решению должно стать уменьшение «смещения цапфы» — расстояние между осью поворотного шкворня и центром ступицы колеса. Этот принцип применялся в передних подвесках на ряде автомобилей Golf 3-го поколения, в которых «смещение цапфы» было уменьшено с 52 мм до 40 мм.