Давайте не откладывая в долгий ящик сразу же разбираться с темами . Тем более темы довольно интересные, хотя вот уже вторая подряд про автомобили. Боюсь женской части читателей и пешеходам это не совсем по душе, но так вот случилось Слушаем тему от :
«Как работает подвеска автомобилей? Типы подвесок? От чего зависит жесткость хода машины? Что такое «жесткая, мягкая, упругая…» подвеска»
Рассказываем … о некоторых вариантах (а их ох как много на самом деле оказывается!)
Подвеска осуществляет упругую связь кузова или рамы автомобиля с мостами или непосредственно с колесами, смягчая толчки и удары, возникающие при наезде колес на неровности дороги. В данной статье мы попытаемся рассмотреть наиболее популярные типы автомобильных подвесок.
1. Независимая подвеска на двух поперечных рычагах.
Два вильчатых рычага, обычно треугольных по форме, направляют качение колеса. Ось качения рычагов расположена параллельно продольной оси автомобиля. С течением времени независимая подвеска двухрычажного типа стала стандартным оборудованием автомобилей. В своё время она доказала следующие бесспорные преимущества:
Малая неподресорная масса
Незначительная потребность в пространстве
Возможность корректирования управляемости автомобиля
Доступное совмещение с передним приводом
Главное преимущество такой подвески - возможность для проектировщика путём выбора определённое геометрии рычагов жёстко задать все основные установочные параметры подвески - изменение развала колёс и колеи при ходах сжатия и отбоя, высоту продольного и поперечного центров крена, и так далее. Кроме того, такая подвеска нередко полностью монтируется на крепящейся к кузову или раме поперечине, и таким образом представляет собой отдельный агрегат, который может быть целиком демонтирован с автомобиля для ремонта или замены.
С точки зрения кинематики и управляемости двойные поперечные рычаги считается наиболее оптимальным и совершенным типом, что обуславливает очень широкое распространение такой подвески на спортивных и гоночных автомобилях. В частности, все современные болиды «Формулы-1» имеют именно такую подвеску как спереди, так и сзади. Большинство спортивных автомобилей и представительских седанов в наши дни также используют этот тип подвески на обеих осях.
Достоинства: одна из самых оптимальных схем подвески и этим все сказано.
Недостатки: компоновочные ограничения, связанные с длиной поперечных рычагов (сама подвеска «отъедает» довольно большое пространство у моторного или багажного отсеков).
2. Независимая подвеска с косыми рычагами.
Ось качания расположена диагонально по отношению к продольной оси автомобиля и слегка наклонена к середине автомобиля. Подвеска этого типа не может устанавливатся на автомобили с передним приводом, хотя доказала свою эффективность на автомобилях малого и среднего класса с задним приводом.
К репление колес на продольных или косых рычагах практически не применяется в современных автомобилях, но наличие такого типа подвески, например, в классических Porsche 911, это определенно повод для обсуждения.
Достоинства:
Недостатки:
3. Независимая подвеска с качающейся осью.
В основе независимой подвески с качающейся осью лежит патент Румплера от 1903 года, который применялся «Даймлер - Бенцем» до семидесятых годов 20-го века. Левая труба полуоси жёстко соединена с корпусом главной передачи, а правая труба имеет пружинное соединение.
4. Независимая подвеска с продольными рычагами.
Независимая подвеска с продольными рычагами была запатентована Порше.К репление колес на продольных или косых рычагах практически не применяется в современных автомобилях, но наличие такого типа подвески, например, в классических Porsche 911, это определенно повод для обсуждения. В противоположности другим решениям, преимуществом этого типа подвески представлялось то, что этот тип оси соединялся с поперечно - торсионной пружинной штангой, что создавало больше места. Проблема, однако, заключалась в том, что возникали реакции сильных поперечных колебаний автомобиля, что могло привести к потере управляемости, чем, например, «прославился» «Ситроен» модели «2 CV».
Этот тип независимой подвески прост, но несовершенен. При работе такой подвески в достаточно больших пределах меняется колёсная база автомобиля, правда колея при этом остаётся постоянной. При повороте колёса в ней наклоняются вместе с кузовом существенно больше, чем в других конструкциях подвесок. Косые рычаги позволяют частично избавиться от главных недостатков подвески на продольных рычагах, но при уменьшении влияние кренов кузова на наклон колес появляется изменение колеи, что тоже сказывается на управляемости и стабильности.
Достоинства: простота, дешевизна, относительная компактность.
Недостатки: устаревшая конструкция, крайне далекая от совершенства.
5. Независимая подвеска с рычагом и пружинной стойкой (Мак-Ферсон).
Так называемая «подвеска Мак-Ферсон» была запатентована в 1945 году. Она представляла собой дальнейшее развитие подвески двухрычажного типа, в которой верхний управляющий рычаг был заменён на вертикальную направляющую. Пружинные стойки «Мак-Ферсон» имеют конструкции для применения как с передней, так и с задней осью. При этом ступица колеса соединяется с телескопической трубой. С передними (управляемыми) колёсами вся стойка соединяется посредством шарниров.
МакФерсон впервые применил на серийном автомобиле модели «Форд Ведет» 1948 года, выпускавшейся французским филиалом компании. Позднее она использовалась на Ford Zephyr и Ford Consul, которые также претендуют на звание первых крупносерийных автомобилей с такой подвеской, так как выпускавший Vedette завод в Пуасси первоначально испытывал большие затруднения с освоением новой модели.
Во многом аналогичные подвески разрабатывались и ранее, вплоть до самого начала XX века, в частности, очень похожий тип был разработан инженером фирмы «Фиат» Guido Fornaca в середине двадцатых годов - считается, что МакФерсон частично воспользовался его разработками.
Непосредственный предок этого типа подвески - разновидность передней подвески на двух поперечных рычагах неравной длины, в которой пружина в едином блоке с амортизатором была вынесена в пространство над верхним рычагом. Это делало подвеску более компактной, и позволяло на переднеприводном автомобиле пропустить между рычагами полуось с шарниром.
Заменив верхний рычаг с шаровой опорой и расположенной над ним блоком амортизатора и пружины на амортизаторную стойку с закреплённым на брызговике крыла поворотным шарниром, МакФерсон получил компактную, конструктивно простую и дешёвую подвеску, названную его именем, которая вскоре была применена на многих моделях компании «Форд» европейского рынка.
В оригинальном варианте такой подвески шаровой шарнир располагался на продолжении оси амортизаторной стойки, таким образом ось амортизаторной стойки была и осью поворота колеса. Позднее, например на Audi 80 и Volkswagen Passat первых поколений, шаровой шарнир стали смещать наружу к колесу, что позволяло получить меньшие, и даже отрицательные значения плеча обкатки.
Массовое распространение эта подвеска получила лишь в семидесятые годы, когда были окончательно решены технологические проблемы, в частности - массового изготовления амортизаторных стоек с необходимым ресурсом. В связи со своей технологичностью и дешевизной данный тип подвески впоследствии быстро нашёл очень широкое применение в автомобилестроении, несмотря на целый ряд недостатков.
В восьмидесятые годы наметилась тенденция к повсеместному использованию подвески макферсон, в том числе - на больших и сравнительно дорогих автомобилях. Однако впоследствии необходимость дальнейшего роста технических и потребительских качеств обусловила возврат на многих сравнительно дорогих автомобилях к подвеске на двойных поперечных рычагах, более дорогой в производстве, но имеющей лучшие параметры кинематики и повышающей ездовой комфорт.
Задняя подвеска типа «Чепмен» - вариант подвески макферсон для заднего моста.
МакФерсон создавал свою подвеску для установки на все колёса автомобиля, как передние, так и задние - в частности, именно так она была использована в проекте Chevrolet Cadet. Однако на первых серийных моделях подвеска его разработки была применена только спереди, а задняя из соображений упрощения и удешевления оставалась традиционной, зависимой с жёстким ведущим мостом на продольных рессорах.
Только в 1957 году инженер фирмы «Лотус» Колин Чепмен применил аналогичную подвеску для задних колёс модели «Лотус Элит», поэтому её в англоязычных странах принято называть «подвеской Чепмена». Но, к примеру, в Германии такой разницы не делается, и сочетание «задняя подвеска макферсон» считается вполне допустимым.
Наиболее значительными преимуществами системы является её компактность и малая неподрессорная масса. Подвеска «Мак-Ферсон» получила широкое распространение благодаря невысокой стоимости, нетрудоемкости изготовления, компактности, а также возможностям дальнейшей доработки.
6. Независимая подвеска с двумя поперечными рессорами.
В 1963 году компания «Дженерал Моторз» разработала «Корвет» с исключительным решением подвески - независимая подвеска с двумя поперечными рессорами. Раньше предпочтение отдавалось спиральным пружинам, а не рессорам. Позднее, в 1985 году, «Корвет» первых выпусков снова оборудован подвеской с поперечными рессорами, изготовленными из пластика. Однако, в общем, эти конструкции не были удачными.
7. Независимая свечная подвеска.
Этот тип подвески устанавливался на мадели ранних выпусков, например, на «Лянча-Лямбда» (1928 год). В подвесках этого типа колесо вместе с поворотным кулаком перемещается вдоль вертикальной направляющей, смонтированной внутри колёсного кожуха. Внутри или снаружи этой направляющей установлена винтовая пружина. Эта конструкция, однако, не обеспечивает положения колёс, необходимого для оптимального контакта с дорожным покрытием и управляемости.
С амый распространённый в наши дни тип независимой подвески легкового автомобиля. Характеризуется простотой, дешевизной, компактностью и сравнительно неплохой кинематикой.
Это подвеска на направляющей стойке и одном поперечном рычаге, иногда с дополнительным продольным рычагом. Основной идеей при проектировании этой схемы подвески были отнюдь не управляемость и комфорт, а компактность и простота. При довольно средних показателях, помноженных на необходимость серьезного усиления места крепления стойки к кузову и довольно серьезную проблему передаваемых на кузов дорожных шумов (и еще целым ворохом недостатков), подвеска оказалась настолько технологична и настолько пришлась по душе компоновщикам, что до сих пор применяется практически повсеместно. Фактически, только эта подвеска позволяет конструкторам располагать силовой агрегат поперечно. Подвеска макферсон может использоваться как для передних, так и для задних колёс. Однако в англоязычных странах аналогичную подвеску задних колёс принято называть «подвеской Чепмена». Так же эту подвеску иногда называют термином «свечная подвеска» или «качающаяся свеча». На сегодняшний день наблюдается тенденция к переходу от классического макферсон к схеме с дополнительным верхним поперечным рычагом (получается некий гибрид макферсон и подвески на поперечных рычагах), что позволяет, сохранив относительную компактность, серьезно улучшить показатели управляемости.
Достоинства: простота, дешевизна, малые неподрессоренные массы, удачная схема для различных компоновочных решений в малых пространствах.
Недостатки: шумность, низкая надежность, малая компенсация крена («клевка» при торможении и «приседания» при разгоне).
8. Зависимая подвеска.
Зависимая подвеска в основном применяется для задней оси. В качестве передней подвески она применена на «джипах». Этот тип подвески был основным до примерно тридцатых годов 20-го века. В их комплектацию также входили рессоры с спиральные пружины. Проблемы, связанные с этим типом подвески, касаются большой массы неподрессорнных деталей, особенно для осей ведущих колёс, а также невозможности обеспечить оптимальные углы установки колёс.
С амый старый тип подвески. Историю свою ведет еще от телег и повозок. Основной принцип ее заключается в том, что колеса одной оси связаны между собой жесткой балкой, называемой чаще всего «мостом».
В большинстве случаев, если не касаться экзотических схем, мост может быть закреплен как на рессорах (надежно, но не комфортно, довольно посредственная управляемость), так и на пружинах и направляющих рычагах (лишь чуть менее надежно, зато комфорта и управляемости становится сильно больше). Применяется там, где требуется что-то действительно крепкое. Ведь крепче стальной трубы, в которую запрятаны, например, приводные полуоси, пока еще ничего не придумано. В современных легковых автомобилях практически не встречается, хотя исключения есть. Ford Mustang, например. Во внедорожниках и пикапах применяется чаще (Jeep Wrangler, Land Rover Defender, Mercedes Benz G-Class, Ford Ranger, Mazda BT-50 и так далее), но тенденция к всеобщему переходу на независимые схемы видна невооруженным взглядом - управляемость и скорость сейчас востребованы больше, чем «бронебойность» конструкции.
Достоинства: надежность, надежность, надежность и еще раз надежность, простота конструкции, неизменные колея и дорожный просвет (на бездорожье это плюс, а не минус, как почему-то многие считают), большие хода, позволяющие преодолевать серьезные препятствия.
Недостатки: При отработке неровностей и в поворотах колеса всегда движутся вместе (они жестко связаны), что, в совокупности с высокими неподрессоренные массами (мост тяжелый - это аксиома), не лучшим образом сказывается на стабильности движения и управляемости.
На поперечной рессоре
Этот очень простой и дешёвый тип подвески широко применялся в первые десятилетия развития автомобиля, но по мере роста скоростей движения почти совершенно вышел из употребления.
Подвеска состояла из неразрезной балки моста (ведущего или не ведущего) и расположенной над ним полуэллиптической поперечной рессоры. В подвеске ведущего моста возникала необходимость размещения его массивного редуктора, поэтому поперечная рессора имела форму прописной буквы «Л». Для уменьшения податливости рессоры использовались продольные реактивные тяги.
Этот тип подвески наиболее известен по автомобилям Ford T и Ford A/ ГАЗ-А. На автомобилях «Форд» этот тип подвески использовался вплоть до модели 1948 года (включительно). Инженеры ГАЗ-а же отказались от него уже на модели ГАЗ-М-1, созданной на основе Ford B, но имевшей полностью переработанную подвеску на продольных рессорах. Отказ от такого типа подвески на поперечной рессоре в данном случае был связан в наибольшей степени с тем, что она, по опыту эксплуатации ГАЗ-А, обладала недостаточной живучестью на отечественных дорогах.
На продольных рессорах
Это, самый древний вариант подвески. В ней балка моста подвешена на двух продольно ориентированных рессорах. Мост может быть как ведущим, так и не ведущим, и расположен как над рессорой (обычно на легковых автомобилях), так и под ней (грузовики, автобусы, внедорожники). Как правило крепление моста к рессоре осуществляется при помощи металлических хомутов примерно в её середине (но обычно с небольшим смещением вперёд).
Рессора в её классическом виде представляет собой пакет из упругих металлических листов, соединённых хомутами. Лист, на котором расположены ушки крепления рессоры, называется коренным - как правило, его делают самым толстым.
В последние десятилетия наблюдается переход к мало- или даже однолистовым рессорам, иногда для них используются неметаллические композитные материалы (углепластики и так далее).
С направляющими рычагами
Существуют самые различные схемы таких подвесок с различным количеством и расположением рычагов. Часто применяется показанная на рисунке пятирычажная зависимая подвеска с тягой Панара. Её преимущество в том, что рычаги жёстко и предсказуемо задают движение ведущего моста по всем направлениям - вертикальном, продольном и боковом.
Более примитивные варианты имеют меньшее число рычагов. Если рычага всего два, при работе подвески они перекашиваются, что требует либо их собственной податливости (например, на некоторых «Фиатах» начала шестидесятых годов и английских спорткарах рычаги в пружинной задней подвеске делались упругими, пластинчатыми, по сути - аналогичными четверть-эллиптическим рессорам), либо особого шарнирного соединения рычагов с балкой, либо податливости самой балки на кручение (так называемая торсионно-рычажная подвеска с сопряжёнными рычагами, до сих пор широко распространённая на переднеприводных автомобилях
В качестве упругих элементов могут использоваться как витые пружины, так и например пневмобаллоны (особенно на грузовиках и автобусах, а также - влоурайдерах)
. В последнем случае требуется жёсткое задание движения направляющего аппарата подвески по всем направлениям, так как пневмобаллоны не способны воспринимать даже небольшие поперечные и продольные нагрузки.
9. Зависимая подвеска типа «Де-Дион».
Фирма «Де Дион-Бутон» в 1896 году разработала конструкцию задней оси, которая позволяла разделить корпус дифференциала и ось. В подвески конструкции «Де Дион-Бутон» крутящий момент воспринимался днищем кузова автомобиля, а на жёсткой оси крепились ведущие колёса. При данной конструкции масса неамортизируемых деталей значительно сокращалась. Такой тип подвески широко применяла фирма «Альфа Ромео». Само собой разумеется, что такая подвеска может работать только на задней ведущей оси.
Подвеска «Де Дион» в схематичном изображении: голубой - неразрезная балка подвески, жёлтый - главная передача с дифференциалом, красный - полуоси, зелёный - шарниры на них, оранжевый - рама или кузов.
Подвеску «Де Дион» можно охарактеризовать как промежуточный тип между зависимыми и независимыми подвесками. Этот тип подвески может использоваться только на ведущих мостах, точнее говоря, только ведущий мост может иметь тип подвески «Де Дион», так как она была разработана как альтернатива неразрезному ведущему мосту и подразумевает наличие на оси ведущих колёс.
В подвеске «Де Дион» колёса соединены сравнительно лёгкой, так или иначе подрессоренной неразрезной балкой, а редуктор главной передачи неподвижно крепится к раме или кузову и передаёт вращение на колёса через полуоси с двумя шарнирами на каждой.
Это позволяет свести к минимуму неподрессоренные массы (даже по сравнению со многими видами независимой подвески). Иногда для улучшения этого эффекта даже тормозные механизмы переносят к дифференциалу, оставляя неподрессоренными лишь ступицы колёс и сами колёса.
При работе такой подвески изменяется длина полуосей, что вынуждает выполнять их с подвижными в продольном направлении шарнирами равных угловых скоростей (как на переднеприводных автомобилях). На английском Rover 3500 использовались обычные карданные шарниры, и для компенсации балку подвески пришлось выполнить с уникальной конструкции скользящим шарниром, позволявшим ей увеличивать или уменьшать свою ширину на несколько сантиметров при сжатии и отбое подвески.
«Де Дион» является технически весьма совершенным типом подвески, и по кинематическим параметрам превосходит даже многие виды независимых, уступая лучшим из них лишь на неровной дороге, и то по отдельным показателям. При этом и себестоимость его достаточно высока (выше, чем у многих типов независимой подвески), поэтому применяется она сравнительно редко, обычно - на спортивных автомобилях. Например, такую подвеску имели многие модели Alfa Romeo. Из недавних автомобилей с такой подвеской можно назвать Smart.
10. Зависимая подвеска с дышлом.
Эта подвеска может быть рассмотрена, как полузависимая. В её сегодняшнем виде она была разработана в семидесятые годы для компактных автомобилей. Данный тип оси впервые был серийно установлен на «Ауди 50». Сегодня примером такого автомобиля может служить «Лянча Y10». Подвеска собрана на изогнутой впереди трубе, на обоих концах которой смонтированы колеса с подшипниками. Выступающий вперёд изгиб образует собственно дышло, закреплённое на кузове резинометаллическим подшипником. Боковые силы передают две симметричные косые реактивные штанги.
11. Зависимая подвеска со связанными рычагами.
Подвеска со связанными рычагами представляет собой ось, которая является полузависимой подвеской. Подвеска имеет жёсткие продольные рычаги, соединённые друг с другом жёстким упругим торсионом. Такая конструкция в принципе заставляет рычаги колеботься синхронно друг с другом, но за счёт закручивания торсиона даёт им некоторую степень независимости. Этот тип можно условно считать полузависимым. В этом виде подвеска применяется на модели «Фольксваген - Гольф». Вообще она имеет достаточно много разновидностей конструкции и очень широко используется для задней оси переднеприводных автомобилей.
12. Торсионная подвеска
Торсионная подвеска - это металлические торсионные валы, работающие на кручение, один конец которой крепится к шасси, а другой крепится к специальному перпендикулярно стоящему рычагу, связанному с осью. Торсионная подвеска изготавливается из термически обработанной стали, которая позволяет выдерживать значительные нагрузки при кручении. Основной принцип действия торсионной подвески - это работа на изгиб.
Торсионная балка может располагаться продольно и поперечно. Продольное расположение торсионной подвески в основном используется на больших и тяжелых грузовых автомобилях. На легковых автомобилях, как правило, используются поперечное расположение торсионных подвесок, обычно на заднем приводе. В обоих случаях торсионная подвеска обеспечивает плавность хода, регулирует крен при повороте, обеспечивает оптимальную величину затухания колебаний колес и кузова, уменьшает колебания управляемых колес.
На некоторых автомобилях торсионная подвеска используется для автоматического выравнивания с использованием мотора, который стягивает балки для придания дополнительной жесткости, в зависимости от скорости и состояния дорожного покрытия. Подвеска с регулируемой высотой может использоваться при замене колес, когда транспортное средство приподымается при помощи трех колес, а четвертое поднимается без помощи домкрата.
Основное преимущество торсионных подвесок - это долговечность, легкость в регулировании высоты и компактность по ширине транспортного средства. Она занимает значительно меньше пространства, нежели пружинные подвески. Торсионная подвеска очень легка в эксплуатации и техническом обслуживании. Если торсионная подвеска разболталась, то отрегулировать положения можно с помощью обычного гаечного ключа. Достаточно забраться под низ автомобиля и подтянуть нужные болты. Однако главное не переусердствовать, чтобы избежать излишней жесткости хода при движении. Регулировать торсионные подвески намного легче, чем регулировать пружинные подвески. Производители автомобилей меняют торсионную балку для регулирования положения движения в зависимости от веса двигателя.
Прототипом современной торсионной автомобильной подвески можно назвать устройство, которое использовалось в Фольсваген “Битл” в 30-х годах прошлого столетия. Это устройство было модернизировано чехословацким профессором Ледвинка до той конструкции, которую мы сегодня знаем, и установлена на Татре в середине 30-х годов. А в 1938 Фердинанд Порше скопировал дизайн торсионной подвески Ледвинки и внедрил ее в массовое производство KDF-Wagen.
Торсионная подвеска широко применялась на военной технике во время Второй мировой войны. После войны автомобильная торсионная подвеска применялась в основном на европейских автомобилях (в том числе легковых) таких, как Ситроен, Рено и Фольсваген. Со временем производители легковых автомобилей отказались от использования торсионных подвесок на пассажирских легковых машинах по причине сложности изготовления торсионов. В наши дни торсионная подвеска в основном используется на грузовых автомобилях и внедорожниках у таких производителей, как Форд, Додж, Дженерал Моторс и Мицубиси Паджеро.
Теперь о наиболее часто встречающихся заблуждениях.
«Пружина просела и стала мягче»:
- Нет, жесткость пружины не изменяется. Изменяется только её высота. Витки становятся ближе друг к другу и машина опускается ниже.
- «Рессоры выпрямились, значит просели»: Нет, если рессоры прямые, это не значит что они просевшие. Например на заводском сборочном чертеже шасси УАЗ 3160, рессоры абсолютно прямые. У Хантера они имеют едва заметный для невооруженного глаза изгиб 8мм, что тоже конечно же воспринимается как «прямые рессоры». Для того чтобы определить просели рессоры или нет, можно замерить какой-нибудь характерный размер. Например между нижней поверхностью рамы над мостом и поверхностью чулка моста под рамой. Должно быть порядка 140мм. И ещё. Прямыми эти рессоры задуманы не случайно. При расположении моста под рессорой, только таким образом они могут обеспечить благоприятную характеристику уплавляемости: при крене не подруливать мост в сторону избыточной поворачиваемости. Про поворачиваемость можно почитать в разделе «Управляемость автомобиля». Если же каким-то образом (добавив листы, проковав ресоры, добавив пружины итд) добиться того чтобы они стали выгнутыми, то автомобиль будет склонен к рысканью на большой скорости и другим неприятным свойствам.
- «Я отпилю от пружины пару витков, она просядет и станет мягче» : Да, пружина действительно станет короче и возможно при установке на машину, машина просядет ниже чем с полной пружиной. Однако, при этом пружина станет не мягче а наоборот жесче пропорционально длине отпиленного прутка.
- «Я поставлю дополнительно к рессорам пружины (комбинированную подвеску), рессоры расслабятся и подвеска станет мягче. При обычной езде рессоры работать не будут, будут работать только пружины, а рессоры только при максимальных пробоях» : Нет, жесткость в этом случае увеличится и будет равна сумме жесткости рессоры и пружины, что отрицательно скжется не только на уровне комфорта но и на проходимости (о влиянии жесткости подвески на комфорт позже). Для того чтобы таким методом добиться переменной характеристики подвески, необходимо изогнуть пружиной рессору до свободного состояния рессоры и через это состояние перегнуть (тогда рессора изменит направление усилия и пружина и рессора начнут работать враспор). А например для малолистовой рессоры УАЗа с жесткостью 4кг/мм и подрессоренной массе 400кг на колесо, это означает лифт подвески более чем на 10см!!! Даже если осуществить этот ужасный лифт пружиной, то помимо потери устойчивости автомобиля, кинематика изогнутой рессоры сделает автомобиль совершенно неуправляемым (см п. 2)
- «А я (например дополнительно к п. 4) уменьшу количество листов в рессоре» : Уменьшение количества листов в рессоре действительно однозначно означает снижение жесткости рессоры. Однако, во-первых это не обязательно означает изменение её изгиба в свободном состоянии, во-вторых она становится более склонна к S-образному изгибу (наматывание вокруг моста вод действием реактивного момента на мосту) и в-третьих рессора конструируется как «балка равного сопротивления изгибу» (кто изучал «СопроМат», тот знает что это такое). Например у 5-листовых рессор от Волги-седана и более жестких 6-листовых рессор от Волги-универсала одинаковый только коренной лист. Казалось бы в производстве дешевле все части унифицировать и сделать только один дополнительный лист. Но так нельзя т.к. при нарушении условия равного сопротивления изгибу нагрузка на листы рессоры становится неравномерной по длине и лист быстро выходит из строя на более нагруженном участке. (Сокращается срок службы). Изменять количество листов в пакете очень не рекомендую и тем более собирать рессоры из листов от разных марок автомбилей.
- «Мне нужно увеличить жесткость чтобы не пробивало подвеску до отбойников» или «у внедорожника должна быть жесткая подвеска». Ну во-первых «отбойниками» они называются только в простонародии. На самом деле это дополнительные упругие элементы, т.е. они там специально стоят для того чтобы до них пробивало и чтобы в конце хода сжатия увеличивалась жесткость подвески и обеспечивалась необходимая энергоёмкость при меньшей жесткости основного упругого элемента (пружины/рессоры). При увеличении жесткости основных упругих элементов так же ухудшается проходимость. Казалось бы какая связь? Предел тяги по сцеплению, который можно развить на колесе, (помимо коэффициента трения) зависит от того, с какой силой это колесо прижато к поверхности по которой едет. Если автомобиль едет по ровной поверхности, то эта сила прижатия зависит только от массы автомобиля. Однако если поверхность не ровная, эта сила начинает зависеть от характеристики жесткости подвески. Например представим 2 автомобиля равной подрессоренной массы по 400кг на колесо, но с разной жесткостью пружин подвески 4 и 2 кг/мм соответственно, передвигающихся по одной и той же неровной поверхности. Соответственно при проезде неровности высотой 20см одно колесо сработало на сжатие на 10см, другое на отбой на те же 10см. При разжимании пружины жесткостью 4кг/мм на 100мм, усилие пружины уменьшилось на 4*100=400кг. А у нас всего 400кг. Значит тяги на этом колесе уже нет, а если у нас на оси открытый дифференциал или дифференциал ограниченного трения (ДОТ) (например винтовой «Квайф»). В случае же если жесткость 2 кг/мм, то усилие пружины уменьшилось только на 2*100=200кг, а значит 400-200-200 кг всё ещё давит и мы можем обеспечить по крайней мере половинную тягу на оси. При чем в случае если стоит ДОТ, а у большинства их коэффициент блокировки 3, при наличии какой-то тяги на одном колесе с худшей тягой, на второе колесо передаётся в 3 раза больший момент. И примерчик: Самая мягкая подвеска УАЗа на малолистовых рессорах (Хантер, Патриот) имеет жесткость 4кг/мм (и пружина и рессора), в то время как у старого Рэнджровера примерно такой же массы как Патриот, на передней оси 2.3 кг/мм, а на задней 2.7кг/мм.
- «У легковых автомобилей с мягкой независимой подвеской пружины должны быть мягче» : Совсем не обязательно. Например в подвеске типа «МакФерсон», пружины действительно работают напрямую, но в подвесках на двойных поперечных рычагах (передняя ВАЗ-классика, Нива, Волга) через передаточное число равное соотношению расстояния от оси рычага до пружины и от оси рычага до шаровой опоры. При такой схеме жесткость подвески не равна жесткости пружины. Жесткость пружины значительно больше.
- «Лучше ставить жесткие пружины чтобы автомобиль был мене валким и следовательно более устойчивым» : Не совсем так. Да, действительно чем больше вертикальная жесткость, тем больше угловая жесткость (отвечающая за крен кузова при действии центробежных сил в поворотах). Но перенос масс вследствие крена кузова значительно меньшим образом влияет на устойчивость автомобиля чем скажем высота центра тяжести, которым джиперы часто очень расточительно бросаются лифтуя кузов только ради того чтобы не пилить арки. Автомобиль должен крениться, крен это не зачит плохо. Это важно для информативности при вождении. При конструировании в большинство автомобилей закладывается стандартная величина крена 5 градусов при окружном ускорении 0.4g (зависит от соотношения радиуса поворота и скорости движения). Отдельные автопроизводители закладывают крен на меньший угол для создания иллюзии устойчивости для водителя.
С непрерывным развитием технологий, современные автомобили с каждым годом становятся все сложнее. Это утверждение касается всех без исключения систем и механизмов, в том числе и подвески транспортного средства. Подвески выпускаемых сегодня автомобилей – это довольно сложное устройство, сочетающее в себе сотни деталей.
Элементами многих автомобильных подвесок управляет компьютер (электронный способ), который фиксирует все показания датчиков и, при необходимости, способен мгновенно изменять характеристики автомобиля. Эволюция подвески, в значительной мере, поспособствовала тому, что мы с Вами можем ездить на более комфортных и безопасных машинах, однако, основные задачи, которые выполняла и выполняет автомобильная подвеска, остались неизменными еще со времен карет и конных экипажей. Давайте же выясним, в чем именно заслуга данных механизмов, и какую роль играет задняя подвеска в жизнедеятельности транспортного средства.
1. Назначение задней подвески
Автомобильной подвеской называют устройство, обеспечивающее упругое сцепление колес машины с несущей конструкцией кузова. Кроме того, подвеска регулирует положение корпуса транспортного средства в процессе движения и способствует уменьшению нагрузки на колеса. В современном автомобильном мире существует большой выбор различных типов автомобильных подвесок, самыми популярными из которых есть пружинные, пневматические, рессорные и
Данный элемент берет участие во всех процессах, которые происходят между дорожным покрытием и автомобилем. Поэтому, все конструктивные изменения и усовершенствования устройства подвески, направлялись на улучшение определенных эксплуатационных качеств, к которым прежде всего относятся:
Комфортные условия передвижения. Представьте себе, что Вы едете в соседний город на карете с деревянными колесами, каково Ваше чувство? Понятное дело, что преодолеть несколько сотен километров на современном автомобиле куда более приятно, даже несмотря на качество теперешних дорог, которые в отдельных местах, кажется, не менялись со времен тех самых конных экипажей. Именно благодаря функционированию подвески, стало возможным добиться оптимальной плавности передвижения, устранения лишних колебаний кузова и толчков от неровностей дороги.
Уровень управляемости автомобиля, характеризующийся правильной реакцией колес на «команды» рулевого колеса. А ведь возможность менять направление (поворачивать), также появилась благодаря подвеске (если быть конкретнее, то передней). Особую актуальность, точность и удобство маневрирования, приобрели с началом роста скоростей: чем выше становится скорость, тем сильнее меняется поведение транспортного средства при повороте руля.
Безопасность пассажиров транспортного средства. В конструкцию , входят одни из самых активно подвижных деталей машины, а значит, безопасность передвижения напрямую зависит от ее характеристик.
В основном, подвеска переднеприводных автомобилей - полунезависимая и находится на задних колесах, располагаясь на эластичной «П» образной балке. Тоесть, она состоит из двух продольных рычагов, один из концов которых закреплен на кузове, а на втором размещены колеса. Продольные рычаги соединяются между собой поперечной балкой, что и предает подвеске вид буквы «П». Данный тип задней подвески имеет самую оптимальную кинематику колес, при чем, обладает компактностью и простотой, однако, ее конструкция не позволяет передавать крутящий момент на задние колеса, поэтому полунезависимый вариант задней подвески применяется на большинстве переднеприводных автомобилей.
Он имеет следующие преимущества:
- простую конструкцию;
Высокий уровень жесткости в поперечном направлении;
Небольшую массу;
Возможность изменения характеристик в следствии изменений поперечного сечения балки.
Однако, как любая система, полунезависимая подвеска имеет и некоторые недостатки, выражающиеся в неоптимальном изменении развала колес и особых требованиях к геометрическим показателям днища кузова в местах крепления.
Как правило, устройство задней подвески всегда проще передней. На основной массе автомобилей, задние колеса не способны менять угол поворота, а это значит, что конструктивная сторона задней подвески должна предусматривать лишь вертикальное перемещение колеса.
Однако, состояние задней подвески прямо влияет на безопасность движения транспортного средства и на комфортность управления им.
Поэтому, стоит помнить, что от регулярной диагностики задней подвески и от своевременного проведения ремонта ее деталей, зависит, сможете ли Вы избежать более серьезных проблем в дальнейшем. Иногда, это касается даже сохранности жизней водителя и пассажиров.
Кроме полунезависимой подвески, в недорогих моделях автомобилей, часто используется зависимая задняя подвеска. В этом варианте, колеса между собой соединяются посредством балки заднего моста, которая, в свою очередь, крепится к автомобильному кузову продольными рычагами. Если на заднюю часть автомобиля с таким типом подвески оказать повышенную нагрузку, то могут появится незначительные нарушения плавности хода и легкие вибрации. Это считается главным недостатком зависимой задней подвески.
2. Виды задней подвески и принцип их работы
Задняя подвеска автомобилей имеет довольно широкий вариативный ряд, но сейчас мы рассмотрим только наиболее распространенные и известные его виды. Подвеска "Де Дион". Данный вид задней подвески был изобретен больше столетия назад, однако, успешно используется и в наше время. В тех случаях, когда из-за финансового вопроса или компоновочных соображений инженерам приходится отказываться от независимых подвесок, старая система «де Дион», приходится как нельзя кстати. Ее конструкция имеет следующий вид: картер главной передачи крепится к поперечной балке рамы или к кузову, а привод колес выполняется при помощи полуосей, размещенных на шарнирах. Соединение колес между собой осуществляется с помощью балки.
Технически, подвеска считается зависимой, но благодаря креплению массивной главной передачи (крепится отдельно от моста), неподрессоренная масса значительно снижается. Со временем, непрерывное желание инженеров избавить задний мост от лишней нагрузки, привело к усовершенствованию конструкции и в наше время мы можем наблюдать как зависимый ее вариант, так и независимый. Так, к примеру, в автомобиле Mercedes R-класса, инженеры смогли успешно объединить достоинства различных схем: корпус главной передачи оказался закрепленным на подрамнике; колеса - подвешенными на пяти рычагах и приводящимися в движение при помощи качающихся полуосей; а роль упругих элементов, в такой конструкции, выполняют пневматические стойки.
Зависимая подвеска является ровесницей всего автомобилестроения, которая вместе с ним, прошла различные этапы совершенствования и успешно дошла до наших дней. Однако, в мире стремительного развития современных технологий, она с каждым годом все больше становится лишь частью истории. Дело в том, что мосты, которые жестко связывают колеса, сегодня используются разве что на классических внедорожниках, к которым относятся такие автомобили как УАЗ, Jeep или Nissan Patrol. Еще реже, их можно встретить на легковых автомобилях отечественного производства, разработанных более полувека назад (Волгах или Жигулях).
Основной минус применения подвески этого типа очевиден: исходя из конструкции, перемещение одного колеса передается и другому, в результате чего появляются резонансные колебания колес в поперечной плоскости (так называемый эффект «Шимми»), что не только вредит комфорту, но и существенно сказывается на управляемости транспортного средства.
Гидропневматическая подвеска. Задний вариант такого устройства аналогичен переднему и обозначает вид автомобильной подвески, в работе которой используются упругие элементы гидропневматического типа. Родоначальником такой системы стала компания Citroen, впервые применившая ее на своих автомобилях еще в далеком 1954 году. Результатом ее дальнейших разработок являются активные подвески Hydractive, использующиеся французской компанией и по сей день. Первое поколение (Hydractive 1) появились в 1989 году. Принцип работы и конструкция таких устройств следующая: когда гидропневматические цилиндры нагнетают жидкость в упругие элементы (сферы), гидроэлектронный блок контролирует ее количество и давление.
Между цилиндрами и упругими элементами располагается амортизационный клапан, через который, при возникновении колебаний кузова, проходит жидкость, способствующая их затуханию. При мягком режиме, все гидропневматические упругие элементы объединяются между собой, а объем газа находится на максимальном уровне. Давление в сферах поддерживается в рамках необходимых показателей и крены машины (ее отклонения от вертикального положения при езде, чаще всего, вызванное неровностями дороги) компенсируются.
Когда появляется необходимость активации жесткого режима подвески, напряжение подается системой управления автоматическим путем, после чего, стойки передней подвески, цилиндры и дополнительные упругие элементы (размещены на регуляторах жесткости), по отношению друг к другу, оказываются в изолированном положении. Когда транспортное средство поворачивает, может меняться жесткость отдельной сферы, в то время как при прямолинейном движении, изменения касаются всей системы.
Многорычажная подвеска. Первый серийный автомобиль с многорычажной подвеской, увидел мир в 1961 году и это был Jaguar E-type. Со временем, полученный успех решили закрепить применением данного типа и на передней оси автомобиля (например, отдельные модели Audi). Использование многорычажной подвески обеспечивает автомобилю невероятную плавность движения, отличную управляемость, а заодно способствует снижению шума.
Начиная с 1980-х годов, инженеры компании Mercedes Benz, вместо пары сдвоенных, стали применять на своих автомобилях пять раздельных рычагов: два из них держат колесо, а остальные три обеспечивают ему необходимое положение в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В сравнении с более простой двухрычажной подвеской, многорычажный вариант просто находка для максимально удачной компоновки узлов и агрегатов. Более того, имея возможность менять размеры и форму рычагов, можно намного точнее устанавливать необходимые характеристики подвески, а благодаря эластокинематике (законам кинематики любой подвески, которая имеет в своем составе эластические элементы) задняя подвеска обладает еще и подруливающим эффектом на поворотах.
Как правило, оценивая подвеску транспортного средства, большинство автолюбителей, в первую очередь, обращают свое внимание на такие ее свойства как уровень управляемости, комфортность, и устойчивость (в зависимости от приоритетов последовательность может быть другой). Поэтому, им абсолютно все равно, какой тип подвески установлен на их автомобиле и какая у него конструкция, главное, чтоб он просто соответствовал всем необходимым требованиям.
В принципе, оно и правильно, ведь выбор типа подвески, расчет ее геометрических параметров и технических возможностей отдельных составляющих – это задача инженеров. При разработке и конструировании, транспортное средство проходит массу всевозможных расчетов, тестов и испытаний, а значит, подвеска стандартного автомобиля уже обладает оптимальными потребительскими характеристиками, удовлетворяющими требования большинства клиентов.
3. Стабилизатор торсионного типа
Современные легковые автомобили могут оборудоваться одним из двух основных видов стабилизаторов – рычажным или торсионным. Рычажные стабилизаторы (часто называемые «реактивными тягами») имеют вид полой трубы, на концах которой размещены крепления с сайлентблоками (являют собой резинометаллические шарниры). Они устанавливаются между креплениями кулака с одной стороны и посадочным местом на кузове с другой. Из-за жесткой фиксации и пружин, установка стабилизатора позволяет создать некий треугольник, сторонами которого есть амортизатор (пружина), мост (балка) и, соответственно, сам стабилизатор.
Торсионный стабилизатор выступает основной частью автомобильной подвески, соединяющей колеса при помощи торсионного элемента. На сегодняшний день, многие автовладельцы считают торсионный стабилизатор практически незаменимым элементом разных видов подвесок легковых машин. Его крепление может выполнятся как на передних, так и на задних осях транспортных средств, однако, на автомобилях, где в роли задней подвески выступает балка, стабилизатор не применяется, а выполнением его функций занимается сама подвеска.
С технической стороны вопроса, стабилизатор – это стержень с круглым сечением, по форме напоминающий букву «П». Обычно, он изготавливается из хорошо обработанной пружинной стали и размещается под кузовом в горизонтальном направлении (поперек). К кузову, деталь крепится в двух местах, а для фиксации используются резиновые втулки, способствующие ее вращению.
Как правило, форма торсионного стабилизатора учитывает размещение всех автомобильных агрегатов, расположенных под днищем кузова. Когда на одной из сторон автомобиля между днищем кузова и нижней частью подвески меняется расстояние, размещение креплений стабилизатора несколько смещается, что вызывает изгиб торсиона. Чем существеннее разница высот, тем сильнее идет сопротивление торсиона, благодаря чему стабилизирующий эффект отличается большей плавностью (по сравнению с рычажным стабилизатором). Поэтому, чаще всего, его устанавливают на переднюю подвеску.
Подвеска автомобиля
Подвеска автомобиля, или система подрессоривания - совокупность деталей, узлов и механизмов, играющих роль соединительного звена между кузовом автомобиля и дорогой . Входит в состав шасси .
Подвеска выполняет следующие функции :
- Физически соединяет колёса или неразрезные мосты с несущей системой автомобиля - кузовом или рамой ;
- Передаёт на несущую систему силы и моменты, возникающие при взаимодействии колёс с дорогой;
- Обеспечивает требуемый характер перемещения колёс относительно кузова или рамы, а также необходимую плавность хода.
Основными элементами подвески являются:
- Упругие элементы , которые воспринимают и передают нормальные (направленные по вертикали) силы реакции дороги, возникающие при наезде колеса на её неровности;
- Направляющие элементы , которые задают характер перемещения колёс и их связи между собой и с несущей системой, а также передают продольные и боковые силы и их моменты.
- Амортизаторы , которые служат для гашения колебаний несущей системы, возникающих вследствие действия дороги.
В реальных подвесках зачастую один элемент выполняет сразу несколько функций. Например, многолистовая рессора в классической рессорной подвеске заднего моста воспринимает одновременно как нормальную реакцию дороги (то есть, является упругим элементом) , так и боковые и продольные силы (то есть, является и направляющим элементом) , а также за счёт межлистового трения выступает в качестве несовершенного фрикционного амортизатора.
Однако в подвесках современных автомобилей, как правило, каждую из этих функций выполняют отдельные конструктивные элементы, достаточно жёстко задающие характер перемещения колёс относительно несущей системы и дороги, что обеспечивает заданные параметры устойчивости и управляемости.
Современные автомобильные подвески становятся сложными конструкциями, сочетающими механические, гидравлические, пневматические и электрические элементы, зачастую имеют электронные системы управления, что позволяет достичь сочетания высоких параметров комфортабельности, управляемости и безопасности.
Основные установочные параметры подвески
Колея и колёсная база
Колея́ - поперечное расстояние между осями пятен контакта шин с дорогой.
Колёсная ба́за - продольное расстояние между осями передних и задних колёс.
Центры крена и ось крена
Центр поперечного крена - это воображаемая точка, расположенная в вертикальной плоскости, которая проходит через центры колёс, и при крене автомобиля в каждый конкретный момент времени остаётся неподвижной.
Иными словами, это воображаемая точка, расположенная над воображаемой осью, соединяющей центры передних или задних колёс, вокруг которой кренится автомобиль (в повороте, при проезде неровностей, и так далее).
Его расположение определяется конструкцией подвески. Так как спереди и сзади её конструкция не обязательно одинакова, различают отдельно передний и задний центры поперечного крена - то есть, передний и задний концы автомобиля (точнее, его передняя и задняя подвески) обладают собственными центрами крена.
Соединяющая передний и задний центры поперечного крена линия - ось поперечного крена . Это та воображаемая ось, вокруг которой вращается кузов автомобиля при крене.
На автомобилях с зависимой задней подвеской как правило она достаточно сильно наклонена вперёд (на них передний центр поперечного крена обычно находится на, или даже под поверхностью дороги, а задний расположен сравнительно высоко). На автомобилях с независимой подвеской спереди и сзади ось поперечного крена обычно примерно параллельна поверхности земли и расположена сравнительно высоко (тем лучше, чем ближе к высоте центра тяжести - об их взаимоотношениях см. ниже).
Центр поперечного крена и ось поперечного крена имеют очень большое влияние на управляемость автомобиля. При повороте центробежная сила действует на центр тяжести автомобиля, и он начинает перемещаться вокруг оси поперечного крена. Чем ближе ось крена к центру тяжести автомобиля (далее - ЦТ), тем меньше кренится автомобиль, что позволяет проходить повороты на большой скорости и повысить комфортабельность.
Как правило, однако, ось крена проходит сравнительно низко под ЦТ, так как из-за применения на серийных автомобилях высоких рядных двигателей и достаточно высокого размещения пассажиров в салоне их ЦТ оказывается достаточно высоким. Почти полное совмещение оси поперечного крена и ЦТ достигается или на низких спортивных автомобилях, особенно с низкими V-образными или оппозитными моторами (например, заднемоторных «Порше»), или за счёт особой геометрии подвески, размещающей центр крена достаточно высоко (например, передняя подвеска Ford Fiesta имеет центр крена, близкий к ЦТ; а задняя полузависимая - уже нет).
Кроме центра поперечного крена, выделяют и центр продольного крена , который остаётся неподвижным в то время, как автомобиль разгоняется и тормозит. Как известно, при разгоне и торможении, особенно резком, кузов автомобиля накреняется соответственно назад или вперёд.
Здесь действуют те же самые закономерности: чем ближе продольный ЦК к ЦТ, тем меньше автомобиль «клюёт носом» при торможении и «приседает» при разгоне. Именно на этом основан принцип действия так называемой «противоклевковой геометрии» передней подвески - за счёт особого наклона осей рычагов подвески в продольной плоскости достигается достаточно высокое положение центра продольного крена, при котором он почти попадает или максимально приближается к ЦТ, и автомобиль практически не «клюёт носом» даже при очень резком торможении.
Параметры установки управляемых колёс
Плечо обката
Различные варианты плеча обката.
Рассмотрим переднюю подвеску автомобиля.
В связи с её конструктивными особенностями (например, такими, как размещение внутри колёс тормозного механизма и части деталей подвески), плоскость вращения колеса и ось его поворота в большинстве случаев оказываются на определённом расстоянии друг от друга. Это расстояние, измеренное на уровне поверхности земли, и называется плечом обката.
Таким образом, плечо обката (Scrub Radius) - это расстояние по прямой между точкой, в которой ось поворота колеса пересекается с дорожным полотном, и центром пятна контакта колеса и дороги (в ненагруженном состоянии автомобиля). При повороте колесо «обкатывается» вокруг оси своего поворота по этому радиусу.
Оно может быть нулевым, положительным и отрицательным (все три случая показаны на иллюстрации).
В течение десятилетий на большинстве автомобилей использовались сравнительно большие положительные значения плеча обката. Это позволяло уменьшить усилие на рулевом колесе при парковке (потому что колесо катится при повороте руля, а не просто проворачивается на месте, как при нулевом плече обката) и освободить место в подкапотном пространстве за счёт выноса колёс «наружу».
Однако со временем стало ясно, что положительное плечо обката может быть опасным - например, при отказе тормозов одной стороны, проколе одной из шин или нарушении регулировки руль начинает сильно «рваться из рук». Этот же эффект наблюдается при большом положительном плече обката и при проезде любой неровности на дороге, но плечо всё же делали достаточно малым, чтобы при нормальном вождении он оставался малозаметен.
Поэтому начиная с семидесятых-восьмидесятых годов, по мере увеличения скоростей движения автомобилей и с распространением подвески типа «Макферсон», допускающей это с технической стороны, стали появляться автомобили с нулевым или даже отрицательным плечом обката. Это позволяет минимизировать описанные выше опасные эффекты.
Например, на «классических» моделях ВАЗ плечо обката было положительным, а на переднеприводном семействе LADA Samara - стало уже отрицательным.
Плечо обката определяется не только конструкцией подвески, но и параметрами колёс. Поэтому при подборе незаводских «дисков» (по принятой в технической литературе терминологии эта часть именуется «колесо» и состоит из центральной части - диска и внешней, на которую сажается шина - обода ) для автомобиля следует соблюдать указанные заводом-изготовителем допустимые параметры, особенно - вылет, так как при установке колёс с неправильно подобранным вылетом плечо обката может сильно измениться, что весьма существенно сказывается на управляемости и безопасности автомобиля, а также на долговечности его деталей.
Например, при установке колёс с нулевым или отрицательным вылетом при предусмотренном с завода положительном (например, слишком широких) плоскость вращения колеса сдвигается наружу от не меняющейся при этом оси поворота колеса, и плечо обката может приобрести большие положительные значения, руль начнёт «рваться» из рук на каждой неровности дороги, усилие на нём при парковке превышает все допустимые величины, а износ ступичных подшипников существенно увеличивается.
Развал и схождение
Развал - угол наклона плоскости вращения колеса, взятый между ней и вертикалью.
Схождение - угол между направлением движения и плоскостью вращения колеса.
Кастер
Кастер , или кастор - это продольный угол оси поворота колеса, взятый между ней и вертикалью.
На заднеприводных автомобилях оси поворота передних колёс всегда наклоняют назад (положительный кастер) . При наклонённой назад оси поворота колесо во время движения само стремится занять положение позади этой оси, что создаёт динамическую стабилизацию. Это можно уподобить поведению колёсика рояля или офисного стула - при качении оно всегда само занимает положение позади своей оси (во многих европейских языках такое колёсико как раз и называется «кастером» или «кастором»). При движении в повороте боковые силы реакции дороги также стараются вернуть колесо в исходное положение, так как прикладываются позади оси его поворота.
По той же причине вилку переднего колеса на мотоциклах и велосипедах тоже всегда наклоняют назад.
Благодаря наличию положительного кастера заднеприводный автомобиль продолжает ехать прямо при отпущенном руле, даже несмотря на воздействие возмущающих сил - неровностей дороги, бокового ветра и так далее. Колесо, имеющее положительный кастер, старается занять положение, соответствующее прямолинейному движению, даже если лопнула одна из рулевых тяг.
Отсюда вытекает совершенная недопустимость при тюнинге заднеприводных автомобилей чрезмерно лифтовать заднюю подвеску - при этом кузов вместе с осью поворота передних колёс наклоняется вперёд, и кастер становится нулевым или даже отрицательным, при этом эффект динамической стабилизации передних колёс сменяется их динамической дестабилизацией, что значительно затрудняет управление автомобилем и делает его опасным. Большинство передних подвесок автомобилей имеют возможность регулировки кастера в небольших пределах для компенсации нормального износа в процессе эксплуатации.
Для переднеприводного автомобиля положительный кастер намного менее актуален, так как передние колёса уже не свободно катятся, а тянут машину за собой, и небольшое его положительное значение сохраняют лишь для большей устойчивости при торможении.
Подрессоренные и неподрессоренные массы
Неподрессоренная масса включает в себя массу деталей, вес которых при неподвижном нагруженном автомобиле непосредственно передаётся на дорогу (опорную поверхность).
Остальные детали и элементы конструкции, масса которых передаётся на поверхность дороги не непосредственно, а через подвеску, относят к подрессоренным массам .
Более конкретные способы определения неподрессоренных масс описывают национальные и международные стандарты. Например, согласно стандарту DIN рессоры, рычаги подвески, амортизаторы и пружины относятся к неподрессоренным массам, а торсионные валы - уже к подрессоренным. Для стабилизатора поперечной устойчивости же, половина массы берётся как подрессоренная, а половина - как неподрессоренная.
Таким образом, точно определить величину неподрессоренных и подрессоренных масс можно либо на специальном стенде, либо имея возможность точно взвесить все детали ходовой части автомобиля и проведя достаточно сложные расчёты.
Числовое значение неподрессоренных и подрессоренных масс необходимо для расчёта характеристик колебаний автомобиля, которые определяют плавность его хода и, соответственно, комфортабельность.
В общем случае, чем больше неподрессоренная масса - тем хуже плавность хода, и напротив - чем она меньше, тем ход автомобиля плавней. Точнее говоря, всё зависит от соотношения подрессоренной и неподрессоренной масс. Хорошо известно, что гружёный грузовик (существенно увеличивается подрессоренная масса при постоянной неподрессоренной) идёт ощутимо плавнее, чем порожний.
Кроме того, величина неподрессоренной массы оказывает непосредственное влияние на работу подвески автомобиля. Если неподрессоренная масса очень велика (скажем, в случае зависимой задней подвески заднеприводного автомобиля в виде тяжёлого жёсткого моста, объединяющего в массивном картере редуктор главной передачи, полуоси, ступицы колёс, тормозные механизмы и сами колёса) - то очень велик и момент инерции, получаемый деталями подвески при проезде неровностей. Это означает, что при проезде последовательных неровностей («волн» покрытия) на скорости тяжёлый задний мост просто не будет успевать «приземляться» под воздействием упругих элементов, и его сцепление с дорогой существенно падает, что создаёт возможность для очень опасного сноса задней оси, особенно на покрытии с малым коэффициентом сцепления (скользком).
Подвеска с малыми неподрессоренными массами, например большинство типов независимой или зависимая типа «Де Дион», практически свободна от этого недостатка.
Классификация
В целом, все подвески делятся на два больших типа, имеющих принципиальные различия по характеру работы - зависимые и независимые .
В зависимой подвеске колёса одной оси жёстко связаны между собой. Они всегда параллельны друг другу (или иногда имеют небольшой заданный на этапе проектирования развал), и на ровном покрытии перпендикулярны поверхности дороги. На неровном покрытии перпендикулярность колёс дороге может нарушаться (средняя картинка).
В зависимой подвеске колёса одной оси так или иначе жёстко связаны между собой, и перемещение одного колеса оси однозначно влияет на другое.
Это самый старый вариант подвески, унаследованный автомобилем ещё от конных экипажей.
Тем не менее, она непрерывно совершенствовалась, и применяется в том или ином виде до сих пор. Наиболее совершенные варианты такой подвески (например, «Де Дион») уступают независимым лишь по ряду параметров, и то - незначительно и только на неровной дороге, имея при этом ряд важных преимуществ перед ними (в первую очередь - то, что, в отличие от независимых подвесок, колея колёс не меняется, они всегда параллельны друг другу, или в случае неведущего моста могут иметь небольшой заданный развал, а на сравнительно ровном покрытии - всегда остаются в наиболее выгодном положении - примерно перпендикулярно поверхности дороги, вне зависимости от ходов подвески и кренов кузова).
В независимой подвеске колёса одной оси не имеют жёсткой связи, и перемещение одного из них либо никак не влияет на второе, либо имеет на него лишь небольшое влияние. При этом установочные параметры - такие, как колея, развал колёс, а в некоторых типах и колёсная база - меняются при сжатии и отбое подвески, иногда в весьма значительных пределах.
В настоящее время такие подвески наиболее распространены благодаря сочетанию сравнительной дешевизны и технологичности с хорошими кинематическими параметрами.
Зависимые
На поперечной рессоре
Ford T, хорошо видна подвеска переднего моста на поперечной рессоре.
Этот очень простой и дешёвый тип подвески широко применялся в первые десятилетия развития автомобиля, но по мере роста скоростей движения почти совершенно вышел из употребления.
Подвеска состояла из неразрезной балки моста (ведущего или неведущего) и расположенной над ним полуэллиптической поперечной рессоры. В подвеске ведущего моста возникала необходимость размещения его массивного редуктора, поэтому поперечная рессора имела форму прописной буквы «Л». Для уменьшения податливости рессоры использовались продольные реактивные тяги или дышло.
Этот тип подвески наиболее известен по автомобилям Ford T и Ford A / ГАЗ-А . На автомобилях «Форд» этот тип подвески использовался вплоть до модели 1948 года (включительно). Инженеры ГАЗ-а же отказались от него уже на модели ГАЗ-М-1 , созданной на основе Ford B, но имевшей полностью переработанную подвеску на продольных рессорах. Отказ от такого типа подвески на поперечной рессоре в данном случае был связан в наибольшей степени с тем, что она, по опыту эксплуатации ГАЗ-А, обладала недостаточной живучестью на отечественных дорогах.
Наиболее же существенным недостатком схемы с поперечной рессорой было то, что она, обладая большой податливостью в продольном направлении даже несмотря на наличие дышла, при движении непредсказуемо изменяла угол поворота моста, что было особенно чувствительно в передней подвеске с управляемыми колёсами и способствовало нарушению управляемости автомобиля на большой скорости. Даже по меркам конца сороковых годов такая подвеска спереди не обеспечивала автомобилю нормальной управляемости на скорости.
Зависимая схема с поперечной рессорой и лёгкой балкой неведущего моста использовалась в сравнительно малонагруженной задней подвеске многих переднеприводных DKW и происходящих от них ранних моделях ГДР-овского Wartburg . Продольное перемещение моста при этом контролировалось двумя продольными реактивными тягами.
На продольных рессорах
Это, вероятно, самый древний вариант подвески. В ней балка моста подвешена на двух продольно ориентированных рессорах. Мост может быть как ведущим, так и неведущим, и расположен как над рессорой (обычно на легковых автомобилях), так и под ней (грузовики, автобусы, внедорожники). Как правило, крепление моста к рессоре осуществляется при помощи металлических хомутов примерно в её середине, часто с небольшим смещением вперёд.
Рессора в её классическом виде представляет собой пакет из упругих металлических листов, соединённых хомутами. Лист, на котором расположены ушки крепления рессоры, называется коренным - как правило, его делают самым толстым. На концах коренного листа могут иметься загнутые ушки, предназначенные для крепления рессоры к шасси или к деталям подвески. Следующий за ним лист - подкоренной, его обычно делают столь же длинным, как и коренной, порой он даже обхватывает ушки коренного листа
В последние десятилетия наблюдается переход к мало- или даже однолистовым рессорам, иногда для них используются неметаллические композитные материалы (углепластики и так далее). Тем не менее, многолистовые рессоры также имеют свои преимущества. Два главных - это, во-первых, возникающий при межлистовом трении эффект гашения колебаний, благодаря которому рессора работает как простейший фрикционный (работающий за счёт трения) амортизатор; а во-вторых - то, что рессора обладает так называемой прогрессивной характеристикой - то есть, её жесткость увеличивается по мере возрастания нагрузки. Последнее является следствием того, что жёсткость листов рессоры тем больше, чем они короче. При небольших нагрузках деформируются только более длинные и мягкие листы, и рессора в целом работает как мягкая, создавая высокую плавность хода; при росте нагрузок при больших ходах подвески в работу включаются короткие и жёсткие листы, жёсткость рессоры в целом нелинейно возрастает и она становится способной без пробоя выдержать большие усилия. Это аналогично работе сравнительно недавно вошедших в практику массового автомобилестроения пружин прогрессивного действия (с переменным шагом навивки).
Старинная иллюстрация, показывающая формы различных рессор: однолистовая полуэллиптическая (А), полу- (B, C) , 3/4- (D) и разные виды эллиптических (E, F) .
3/4-эллиптические рессоры.
Рессоры в такой подвеске могут быть четверть-, полу-, 3/4- и полностью эллиптическими, а также кантилеверными (консольно вывешенными).
- Эллиптическая - в плане имеет форму, близкую к эллипсу; такие рессоры использовались в подвеске конных экипажей и ранних автомобилей; преимущество - большая мягкость и как следствие плавный ход, кроме того, такие рессоры были более надёжны в условиях слаборазвитой металлургии; минус - громоздкость, технологическая сложность и дороговизна при массовом производстве, малая прочность, большая чувствительность к продольным, поперечным и боковым силам, вызывающая огромный «увод» моста при работе подвески и сильный S-образный изгиб при разгоне и торможении, а следовательно - нарушение управляемости;
- 3/4-эллиптическая: имеет форму трёх четвертей эллипса; использовалась на экипажах и ранних автомобилях благодаря своей мягкости, к двадцатым годам вышла из употребления по тем же причинам, что и эллиптическая;
- Полуэллиптическая - имеет профиль в виде половины эллипса; наиболее распространённый тип; представляет собой компромисс между комфортабельностью, компактностью и технологичностью;
- Четверть-эллиптическая - конструктивно это половина полуэллиптической, наглухо заделанная одним концом на шасси; второй конец консольно вывешен; как упругий элемент достаточно жёсткая; применялась как правило для создания независимой подвески, реже - зависимой, например на ГАЗ-67 (в передней подвеске - по две рессоры на борт, над и под балкой переднего ведущего моста, то есть - всего четыре).
- Кантилеверная - полуэллиптическая рессора, которая шарнирно заделана на раме или шасси в двух точках - в одном из концов и посередине; второй конец консольно вывешен. Применялась, к примеру, в задней подвеске ГАЗ-АА .
Продольные рессоры в такой подвеске воспринимают усилия во всех направлениях - вертикальном, боковом, продольном, а также тормозные и реактивные моменты, - что позволяет исключить из конструкции подвески дополнительные элементы (рычаги, реактивные тяги, растяжки, и т. д.). Поэтому продольно-рессорная подвеска характеризуется простотой и относительной дешевизной (при этом само по себе производство рессор достаточно сложно и требует хорошо поставленной технологии). Кроме того, так как рессора опирается на раму или кузов в двух широко разнесённых точках, она снимает возникающие при большой загрузке напряжения в задней части кузова или рамы, благодаря чему такая подвеска также характеризуется высокой живучестью на плохих дорогах и грузоподъёмностью. К преимуществам можно отнести и легкость варьирования жёсткости за счёт подбора листов той или иной длины и толщины.
До конца семидесятых годов продольные полуэллиптические листовые рессоры очень широко применялись в зависимой задней подвеске легковых автомобилей благодаря дешевизне, простоте и хорошей живучести. Длинные рессоры с относительно небольшим количеством листов (малолистовые) обеспечивают благодаря своей мягкости высокую плавность хода, благодаря чему долгое время применялись на больших комфортабельных легковых автомобилях. На грузовых автомобилях продольные рессоры долгое время были основным типом упругих элементов подвески и продолжают использоваться сегодня.
При разгоне и торможении податливая рессора S-образно изгибается, нарушая геометрию подвески, а сама рессора испытывает повышенные нагрузки.
В настоящее время в подвесках современных легковых автомобилей продольные рессоры в своём традиционном виде практически не применяются, так как они слишком податливы под действием продольных и боковых сил, и за счёт этого допускают в ходе работы подвески (например, в поворотах) непредсказуемое смещение («увод») прикреплённого к ним моста - сравнительно небольшое, но достаточное для нарушения управляемости на сравнительно больших скоростях. Причём с ростом длины рессоры и уменьшением её жёсткости (то есть повышением плавности хода и комфортабельности автомобиля) эти явления становятся всё более выраженными. При разгоне продольные рессоры допускают S-образную деформацию, при которой мост поворачивается вокруг своей оси, что увеличивает изгибное напряжение, действующее в точках крепления рессоры.
Частично решает проблему увеличение ширины рессор (и такая тенденция действительно наблюдалась, например, на ГАЗ-21 рессоры имели ширину 55 мм, на ГАЗ-24 - 65 мм, на «ГАЗели» - уже 75 мм) , смещение точки крепления моста и более жёстких коротких листов к переднему креплению рессоры, а также введение в рессорную подвеску растяжек и реактивных тяг. Однако наиболее предпочтительна зависимая подвеска с жёстко и однозначно заданной геометрией, вроде пятирычажной с тягой Панара или механизмом Уатта, исключающей элемент непредсказуемости поведения жёсткого моста. Введение в рессорную подвеску аналогичных жёстких направляющих элементов в общем случае лишило бы её основных преимуществ - простоты и сравнительной дешевизны, сделало бы её излишне громоздкой и тяжёлой, поэтому в таких случаях подвеска выполняется обычно на других типах упругих элементов, способных воспринимать только вертикальные усилия - как правило, витых пружинах , работающих на кручение торсионных стержнях или пневмобаллонах. Тем не менее, в своё время использовались и рессорные подвески с дополнительными направляющими элементами, как правило в виде закреплённых на ведущем мосту продольных или диагональных рычагов (т. н. traction bars ), одного Т-образного рычага или дышла (см. ниже). Traction bars иногда ставят на серийные автомобили с рессорной задней подвеской в качестве тюнинга, с тем или иным успехом.
Единичные случаи применения рессор в современных легковых автомобилях, например, в подвесках автомобиля Chevrolet Corvette и некоторых Volvo, связаны с их использованием исключительно в качестве упругого элемента, геометрию же подвески при этом задают рычаги, аналогичные используемым в пружинной подвеске. В этом случае преимуществом является компактность рессоры относительно пружинно-амортизаторных стоек, что позволяет сэкономить пространство салона и багажника.
Классические же рессорные подвески, в которых рессора работает и как упругий, и как направляющий элемент встречаются нынче практически только на консервативных внедорожниках и грузовых автомобилях, иногда - в сочетании с дополнительными упругими элементами, например - пневмобаллонами (автобус «Богдан», некоторые американские пикапы).
С направляющими рычагами
Существуют самые различные схемы таких подвесок с различным количеством и расположением рычагов. Часто применяется показанная на иллюстрации пятирычажная зависимая подвеска с тягой Панара. Её преимущество в том, что рычаги жёстко и предсказуемо задают движение ведущего моста по всем направлениям - вертикальном, продольном и боковом.
Более примитивные варианты имеют меньшее число рычагов. Если рычага всего два, при работе подвески они перекашиваются, что требует либо их собственной податливости (например, на некоторых «Фиатах» начала шестидесятых годов и английских спорткарах рычаги в пружинной задней подвеске делались упругими, пластинчатыми, по сути - аналогичными четверть-эллиптическим рессорам), либо особого шарнирного соединения рычагов с балкой, либо податливости самой балки на кручение (так называемая торсионно-рычажная подвеска с сопряжёнными рычагами, до сих пор широко распространённая на переднеприводных автомобилях).
В качестве упругих элементов могут использоваться как витые пружины, так и, например, пневмобаллоны (особенно на грузовиках и автобусах, а также - в «лоурайдерах ») . В последнем случае требуется жёсткое задание движения направляющего аппарата подвески по всем направлениям, так как пневмобаллоны не способны воспринимать даже небольшие поперечные и продольные нагрузки.
С дышлом
Дышло в задней подвеске автомобилей применяют для уменьшения продольных кренов при разгоне и торможении. Дышло жёстко соединено с балкой ведущего заднего моста, а с кузовом соединяется с помощью шарнира. При разгоне дышло за счёт сил, действующих на балку моста, подталкивает кузов вверх в точке крепления, а при торможении - подтягивает вниз, предотвращая «клевок» кузова.
Типа «Де Дион»
Подвеску «Де Дион» можно охарактеризовать как промежуточный тип между зависимыми и независимыми подвесками. Этот тип подвески может использоваться только на ведущих мостах, точнее говоря, только ведущий мост может иметь тип подвески «Де Дион», так как она была разработана как альтернатива неразрезному ведущему мосту и подразумевает наличие на оси ведущих колёс.
В подвеске «Де Дион» колёса соединены сравнительно лёгкой, так или иначе подрессоренной неразрезной балкой, а редуктор главной передачи неподвижно крепится к раме или кузову и передаёт вращение на колёса через полуоси с двумя шарнирами на каждой.
Это позволяет свести к минимуму неподрессоренные массы (даже по сравнению со многими видами независимой подвески). Иногда для улучшения этого эффекта тормозные механизмы переносят к дифференциалу, оставляя неподрессоренными лишь ступицы колёс и сами колёса.
При работе такой подвески изменяется длина полуосей, что вынуждает выполнять их с подвижными в продольном направлении шарнирами равных угловых скоростей (как на переднеприводных автомобилях). На английском Rover 3500 использовались обычные карданные шарниры, и для компенсации саму балку подвески пришлось выполнить с уникальной конструкции скользящим шарниром, позволявшим ей увеличивать или уменьшать свою ширину на несколько сантиметров при сжатии и отбое подвески. Чаще, однако, скользящие шарниры выполняют на самих полуосях (отдельно или в качестве конструктивного элемента шарнира равных угловых скоростей), а балка при работе подвески своей ширины не меняет.
«Де Дион» является технически весьма совершенным типом подвески, и по кинематическим параметрам превосходит даже многие виды независимых, уступая лучшим из них лишь на неровной дороге, и то по отдельным показателям. При этом и себестоимость такой подвески достаточно высока (выше, чем у многих типов независимой подвески), поэтому применяется она сравнительно редко, обычно - на спортивных автомобилях. Например, такую подвеску имели многие модели Alfa Romeo . Из недавних автомобилей с такой подвеской можно назвать Smart .
Независимые
С качающимися полуосями
Подвеска с качающимися полуосями имеет по одному шарниру на каждой из них. Это обеспечивает их независимое подрессоривание, но при работе подвески такого типа изменяются в больших пределах как колея, так и развал колёс, что делает такую подвеску кинематически несовершенной.
Благодаря простоте и дешевизне такая подвеска одно время широко использовалась в качестве ведущего заднего моста на заднеприводных автомобилях. Однако по мере роста скоростей и требований к управляемости от неё стали повсеместно отказываться, как правило - в пользу более сложной, но и более совершенной подвески на продольных или косых рычагах. Например, ЗАЗ-965 имел качающиеся полуоси в задней подвеске, но его преемник ЗАЗ-966 уже получил косые рычаги и полуоси с двумя шарнирами на каждой. Точно такую же трансформацию претерпела и задняя подвеска второго поколения американского Chevrolet Corvair .
На переднем мосту такая подвеска применялась очень редко, и практически исключительно на малоскоростных, лёгких заднемоторных автомобилях (например, Hillman Imp).
Существовали и улучшенные варианты такой подвески. Например, на некоторых моделях Mercedes-Benz шестидесятых годов использовался задний мост с одним шарниром посередине, половинки которого работали как качающиеся полуоси. Такой вариант подвески отличается меньшим изменением её установочных параметров при работе. Между половинками моста устанавливался дополнительный пневматический упругий элемент, позволявший регулировать высоту кузова автомобиля над дорогой.
На некоторых автомобилях, - например, пикапах «Форд» середины 1960-х годов , применялись неведущие мосты с качающимися полуосями, точки крепления которых были расположены близко к колёсам противоположного борта. Полуоси при этом получались очень длинными, почти во всю колею автомобиля, и изменение колеи и развала колёс было не так заметно.
В настоящее время такая подвеска практически не применяется.
На продольных рычагах
В этой подвеске каждое из колёс одной оси прикреплено к продольному рычагу, закреплённому на раме или кузове подвижно.
Этот тип независимой подвески прост, но несовершенен. При работе такой подвески в достаточно больших пределах меняется колёсная база автомобиля, правда колея при этом остаётся постоянной. При повороте колёса в ней наклоняются вместе с кузовом существенно больше, чем в других конструкциях подвесок. Продольные рычаги воспринимают усилия, действующие во всех направлениях, а значит - подвергаются большим нагрузкам на кручение и изгиб, что требует их большой жёсткости и, соответственно, утяжеления.
Кроме того, для неё характерно очень низкое, в районе полотна дороги, расположение центра крена, что является недостатком для задней подвески.
Помимо простоты, в качестве преимущества такой подвески можно назвать то, что между рычагами пол можно выполнить совершенно ровным, увеличив объём, доступный для пассажирского салона или багажника. Это особенно чувствуется при применении в качестве упругих элементов торсионов, благодаря чему подвеска на продольных рычагах с поперечными торсионными валами в своё время широко использовалась на французских автомобилях.
В своё время (преимущественно 1960-е - 1980-е годы) такая подвеска с традиционными пружинными, торсионными или (Citroën , Austin) гидропневматическими упругими элементами довольно широко применялась на задней оси переднеприводных автомобилей. Однако впоследствии она в этой роли была вытеснена разработанной «Ауди» полузависимой подвеской со связанными рычагами, либо более компактной и технологичной типа «макферсон» (в англоязычных странах такую подвеску на задней оси называют «Чепмен»), либо (уже в конце 1980-х… 1990-е годы) наиболее кинематически совершенной - на двойных поперечных рычагах.
В качестве передней такая подвеска изредка применялась на конструкциях, разработанных до 1950-х годов, а впоследствии - ввиду своего несовершенства практически исключительно на дешёвых малоскоростных автомобилях (например, Citroen 2CV).
Кроме того, подвеска на продольных рычагах очень широко применяется на лёгких прицепах.
Пружинные
Торсионные
На косых рычагах
Это по сути разновидность подвески на продольных рычагах, созданная в стремлении избавиться от её врождённых недостатков. Она почти всегда используется на задней ведущей оси.
В ней оси качания рычагов расположены под некоторым углом. Благодаря этому изменение колёсной базы минимизируется по сравнению с подвеской на продольных рычагах, уменьшается и влияние кренов кузова на наклон колёс (но появляется изменение колеи).
Существует два вида такой подвески.
В первом используется по одному шарниру на каждой полуоси, как в подвеске с качающимися полуосями (иногда её и считают разновидностью последней), при этом ось качания рычага должна проходить через центр шарниров полуосей (расположенных в районе их прикрепления к дифференциалу), то есть расположена под углом 45 градусов к поперечной оси автомобиля. Это удешевляет подвеску, но при её работе сильно меняются развал и схождение колёс, в повороте наружное колесо «подламывается» под кузов, а центр крена оказывается очень высоким (те же недостатки характерны и для подвески на качающихся полуосях). Этот вариант применялся практически исключительно на дешёвых, лёгких и малоскоростных, как правило - заднемоторных автомобилях (ЗАЗ-965 , Fiat 133 , и так далее).
Во втором варианте (именно он показан на иллюстрации) каждая полуось имеет по два шарнира - внутренний и внешний, при этом ось качания рычага не проходит через внутренний шарнир, и её угол с поперечной осью автомобиля составляет не 45, а 10-25 градусов, что более выгодно с точки зрения кинематики подвески. Это уменьшает изменение колеи и развала колёс до приемлемых величин.
Второй вариант в 1970-е… 1980-е годы очень широко применялся на заднеприводных автомобилях, как правило непосредственно заменив использовавшиеся на предыдущих поколениях зависимые подвески с неразрезным мостом. Можно назвать такие модели, как «Запорожец» ЗАЗ-966 и −968, BMW 3-й… 7-й серий, некоторые модели Mercedes-Benz , Ford Granada , Ford Sierra , Ford Scorpio , Opel Senator , Porsche 911 и так далее. В качестве упругих элементов применялись как традиционные витые пружины, так и торсионные валы, иногда - пневмобаллоны. Впоследствии по мере совершенствования подвесок автомобилей и повышения требований к устойчивости и управляемости он был вытеснен либо более дешёвой и компактной подвеской «МакФерсон» («Чепмен»), либо более совершенной на двойных поперечных рычагах, и сегодня применяется весьма редко.
На переднеприводных автомобилях такая подвеска применялась редко, так как для них её кинематические преимущества малозначимы (в них роль задней подвески вообще намного меньше, чем у заднеприводных). Из примера можно назвать Trabant , у которого упругим элементом в подвеске на косых рычагах служила закреплённая в своём центре на кузове поперечная рессора, концы которой крепились к концам А-образных косо расположенных рычагов.
На продольных и поперечных рычагах
Это сложный и очень редко встречавшийся тип подвески.
По сути он был вариантом подвески макферсон, но для разгрузки брызговика крыла пружины располагались не вертикально, а горизонтально продольно, и упирались задним торцом в перегородку между моторным отсеком и салоном (щит передка).
Для передачи усилия от амортизаторной стойки на пружины было необходимо введение дополнительного качающегося в вертикальной плоскости продольного рычага с каждого борта, передний конец которого шарнирно закреплялся наверху стойки, задний - также шарнирно на щите передка, а в его средней части имелся упор для переднего торца пружины.
Из-за своей сравнительной сложности такая подвеска потеряла основные преимущества схемы макферсон - компактность, технологическую простоту, небольшое количество шарниров и малую себестоимость, сохранив все её кинематические недостатки.
Такую подвеску имели английские «Роверы» 2200 TS и 3500 V8, а также немецкие Glas 700, S1004 и S1204.
Похожие дополнительные продольные рычаги имелись в передней подвеске первого «Мерседеса» S-класса, но пружины располагались всё же традиционно - в вертикальном положении между кузовом и нижними поперечными рычагами, а сами небольшие продольные рычажки служили только для улучшения кинематики.
На двойных продольных рычагах
В этой подвеске с каждой стороны имеется по два продольных рычага. Как правило такая подвеска применялась на передней оси сравнительно малоскоростных заднемоторных автомобилей - характерными примерами её использования являются «Фольксваген Жук » и первые поколения «Фольксваген Транспортер», ранние модели спорткаров «Porsche », а также мотоколяска С-3Д и «Запорожец ».
Все они имели по сути общую конструкцию (так называемая «система Порше», в честь изобретателя) - в качестве упругих элементов применялись расположенные друг над другом поперечные торсионные валы, соединяющие пару рычагов, причём торсионы были заключены в образовывавшие поперечину подвески трубы (у поздних моделей «Запорожца» помимо торсионов в качестве дополнительных упругих элементов применялись также цилиндрические витые пружины, расположенные вокруг амортизаторов).
Главным преимуществом такой подвески является большая компактность в продольном и вертикальном направлениях. Кроме того, поперечина подвески расположена далеко впереди оси передних колёс, благодаря чему появляется возможность сильно вынести салон вперёд, разместив ноги водителя и переднего пассажира между арками передних колёс, что позволяло существенно сократить длину заднемоторного автомобиля. При этом, однако, расположенный спереди багажник оказывался весьма скромным по объёму, именно из-за вынесенной далеко вперёд поперечины подвески.
С точки зрения кинематики эта подвеска несовершенна: в ней происходят хотя и меньшие по сравнению с одинарными продольными рычагами, но всё же существенные изменения колёсной базы при ходах отбоя и сжатия, и так же присутствует сильное изменение развала колёс при кренах кузова. К этому следует добавить, что рычаги в ней должны воспринимать большие изгибающие и крутильные нагрузки со стороны как вертикальных, так и боковых сил, что заставляет делать их достаточно массивными.
На двойных поперечных рычагах (параллелограмная)
В этой подвеске с каждой стороны автомобиля расположены два поперечных рычага, внутренние концы которых подвижно закреплены на кузове, поперечине или раме, а внешние соединены со стойкой, несущей колесо - как правило поворотной в передней подвеске и неповоротной в задней.
Обычно верхние рычаги короче нижних, что обеспечивает выгодное с точки зрения кинематики изменение развала колёс в сторону большего отрицательного при ходе сжатия подвески. Рычаги могут быть как параллельны друг другу, так и находиться друг относительно друга под определённым углом в продольной и поперечной плоскостях. Наконец, один из рычагов или они оба могут быть заменены поперечной рессорой (о таком типе подвески см. ниже).
Фундаментальное преимущество такой подвески - возможность для проектировщика путём выбора определённой геометрии рычагов жёстко задать все основные установочные параметры подвески - изменение развала колёс и колеи при ходах сжатия и отбоя, высоту продольного и поперечного центров крена, и так далее. Кроме того, такая подвеска нередко полностью монтируется на крепящейся к кузову или раме поперечине, и таким образом представляет собой отдельный агрегат, который может быть целиком демонтирован с автомобиля для ремонта или замены.
С точки зрения кинематики и управляемости двойные поперечные рычаги считаются наиболее совершенным типом направляющего аппарата, что обуславливает очень широкое распространение такой подвески на спортивных и гоночных автомобилях. В частности, все современные болиды «Формулы-1» имеют именно такую подвеску как спереди, так и сзади. Большинство спортивных автомобилей и представительских седанов в наши дни также используют этот тип подвески на обеих осях.
Если подвеска на поперечных рычагах используется для подрессоривания поворотных колёс, её конструкция должна обеспечивать их поворот на необходимые углы. Для этого либо саму соединяющую рычаги стойку выполняют поворотной, используя для её соединения с рычагами специальные шаровые шарниры с двумя степенями свободы (их часто называют «шаровые опоры», но на самом деле опорой из них является только нижний шарнир, на который стойка действительно опирается ), либо стойка выполняется неповоротной и качается на обычных цилиндрических шарнирах с одной степенью свободы (например, резьбовых втулках), а поворот колёс обеспечивается за счёт вращающегося в подшипниках вертикального стержня - шкво́рня , играющего роль реально существующей оси поворота колёс.
Даже если в подвеске конструктивно отсутствуют шкворни, и стойка выполнена поворотной на шаровых шарнирах - всё равно часто говорят о шкворне («виртуальном») как оси поворота колёс, а также об углах его наклона - продольном («кастер») и поперечном.
В настоящее время шкворни используются как правило в подвесках грузовиков, автобусов, тяжёлых пикапов и внедорожников, а в подвесках легковых автомобилей при необходимости обеспечения поворота колёс применяются стойки с шаровыми шарнирами, так как они не требуют частой смазки.
Пружинные
Передняя подвеска на двойных поперечных рычагах.
Задняя подвеска автомобилей «Ягуар» (1961-1996 годы), в которой роль верхних рычагов играют полуоси.
Классический вариант передней независимой подвески для легковых автомобилей. В качестве упругого элемента используются винтовые пружины, как правило расположенные между рычагами, реже - вынесенные в пространство над верхним рычагом и опирающиеся на брызговик крыла, как в подвеске «Макферсон».
Главное преимущество - возможность задать за счёт геометрии рычагов требуемое минимальное изменение развала и колеи колёс в ходе работы подвески.
Появилась в тридцатых годах и быстро стала основным типом передней подвески на легковых автомобилях. До распространения в семидесятых-восьмидесятых годах менее удачной с точки зрения геометрических параметров и кинематики, но дешёвой и компактной подвески «Макферсон » этот тип для передней подвески легковых автомобилей использовался чаще всего.
Торсионные
В качестве упругих элементов используются продольно расположенные торсионы - работающие на скручивание стержни. Как правило торсионы крепятся к нижним рычагам.
Торсионы могут располагаться как продольно (в этом случае они служат одновременно и осями рычагов), так и поперечно (во втором случае каждый из них может быть уподоблен принципу действия стабилизатору поперечной устойчивости в традиционной подвеске, с той разницей что поперечные торсионы имеют с одной стороны неподвижное крепление, а стабилизатор закреплён лишь на рычагах подвески, в точках же крепления к раме или кузову он может свободно проворачиваться, поэтому стабилизатор и не работает при сжатии или отбое подвески одновременно с двух сторон - только при разноимённом ходе противоположных колёс)
Такая передняя подвеска использовалась на многих автомобилях фирм Packard , Chrysler и Fiat начиная с пятидесятых годов, советских легковых ЗиЛ и некоторых моделях французской фирмы Simca , созданных в годы сотрудничества с «Крайслером» (например Simca 1307).
Характеризуется высокой плавностью хода, компактностью (что например позволило на «Симке» разместить между рычагами приводы передних колёс).
Рессорные
В этой подвеске в качестве упругого элемента используются поперечные рессоры: одна, две, очень редко - более двух, при сохранении общей схемы.
Поперечная рессора может выступать в качестве одного из рычагов параллелограмной подвески (как правило верхнего) или даже обоих рычагов (как показано на иллюстрации). В этом случае из-за намного большей податливости рессоры в продольном и поперечном направлениях по сравнению с рычагами на резьбовых или резинометаллических шарнирах (сайлент-блоках) геометрия подвески сильно меняется в ходе её работы, что отрицательно сказывается на управляемости автомобиля. Поэтому подвеска с двумя поперечными рессорами или с поперечной рессорой снизу и рычагами сверху широко применялась лишь до пятидесятых годов, а впоследствии - только на лёгких заднемоторных автомобилях с относительно малонагруженным передком (например Fiat 600). Подвеска с двумя поперечными рессорами иногда применялась также на тракторах и малоскосростной сельскохозяйственной технике благодаря своей дешевизне и простоте (показано на иллюстрации) . Рессор могло быть и четыре - две сверху, две снизу. В этом случае несколько снижались продольная податливость подвески и устранялось закручивание нижней рессоры про разгоне и торможении.
Поперечная рессора может быть закреплена в двух точках или в одной. Жёстко закреплённая в одной точке (центрально) поперечная рессора обладает меньшей податливостью в поперечном направлении (меньше изменение колеи при работе подвески), но большей в продольном по сравнению с закреплённой в двух точках (больше продольное смещение колеса и закручивание расположенной снизу рессоры при разгоне и торможении). Она работает как две отдельные полурессоры, каждый из которых заменяет один поперечный рычаг. Эластично закреплённая в двух точках поперечная рессора также заменяет два поперечных рычага, но при этом их работа оказывается связанной - часть рессоры, расположенная между креплениями, работает как стабилизатор поперечной устойчивости , зачастую вообще исключая его из конструкции подвески. Во втором случае подвеска является независимой лишь до определенного предела, так как приложение существенного усилия к колёсам одной стороны оказывается влияние на колёса противоположной.
Таким образом, рессора с креплением в двух точках более целесообразна для дорожных автомобилей, заменяя не только пару рычагов, но и стабилизатор поперечной устойчивости, - в то время, как поперечная рессора с центральной заделкой наиболее пригодна для использования в подвеске внедорожной техники, для которой критична независимая работа подвески слева и справа, что способствует улучшению проходимости. Именно по этим соображениям она применена в подвесках западногерманского лёгкого военного вездехода
В этой статье расскажем Вам о разновидностях автомобильных подвесок.
Увы, но, качество покрытия наших дорог становится все хуже и хуже. Поэтому, дабы передвижение на автомобиле приносило максимум комфорта, и не так сильно ощущались неожиданные кочки и ямы, попадающиеся по пути следования, были разработаны различные конструкции подвесок. Благодаря ним осуществляется взаимосвязь между колесными парами и кузовом автомобиля, существенно снижается вибрация при движении. Большинство автомобилистов считают, что различные типы подвесок изготавливаются под конкретные виды транспортных средств. Так это или нет, попробуем разобраться.
Конструкция подвески
Стоит отметить, что подвеска довольно сложная система, состоящая из следующих элементов:
Гаситель колебаний;
Колесные опоры;
Специальное устройство (стабилизатор), обеспечивающее устойчивость транспортному средству, путем подавления центробежной силы;
Направляющие;
Крепежные элементы.
Каждая из деталей подвески многофункциональна. Например, рессора играет роль направляющей, гасителя колебаний, и обеспечивает амортизацию колес. В современных транспортных средствах вне зависимости от их типов составные части подвески могут быть независимыми, имея при этом сложное устройство. Упругие элементы обеспечивают наличие постоянной связи между конструкцией кузова и дорожным полотном, выравнивая колебания. Это возможно благодаря наличию в конструкции подвески амортизаторов, торсионов и пружин. Отметим, что пружины могут быть как одного диаметра по всей длине, так и переменного. При этом жесткость последних постоянно изменяется. В конструкцию пружины входит специальный отбойник из плотной резины, который не допускает ее полного сжатия, выступая при этом в качестве гасителя колебаний при ударах об ямы.
Рессоры и торсионы
Конструкция рессорных элементов состоит из разнодлинных металлических полос. В свою очередь все рессорные элементы делятся на:
Пружинные;
Листовые;
Торсионные.
Последний вид представляет собой крутящиеся стержни, находящиеся внутри металлического корпуса-трубы. Также к торсионам относится все пневмо – и гидропневматические конструкции подвески. В пневматических элементах основной движущей силой является воздух, а в гидропневматических – жидкость и газ. Во время движения эти детали обеспечивают правильное пространственное положение кузова.
Стабилизатор поперечной устойчивости позволяет добиться равномерного распределения нагрузки между элементами подвески в момент выполнения поворота. Выполняется он также в виде торсионного элемента.
Прочие детали подвески способствуют укреплению кузова, правильному расположению относительно него передних и задних колесных пар. Направляющие детали позволяют правильно распределить возникающие в момент движения центробежные силы.
Амортизаторы позволяют сгладить постоянно возрастающие колебания кузова и вибрации. Конструктивно они представляют собой трубки из металла, в которых находится рабочая жидкость (масло) либо газ.
Все элементы подвески крепятся при помощи болтов, сайлентблоков и шаровых опор.
Виды автомобильных подвесок
Известно, что все существующие сегодня подвески бывают независимыми, зависимыми и прочими произвольными от них видами. Рассмотрим каждый тип.
Особенностью зависимой подвески является наличие в ее конструкции специальной балки, которая позволяет совместить находящиеся с противоположных сторон колеса. В случае если по каким-то причинам произойдет смещение одного из колес, то же самое случится и со вторым. Этот вид используется на транспортных средствах в течение многих лет, правда в последнее время зависимая подвеска была значительно модернизирована. Сегодня в ней рессорная система, которая использовалась продолжительное время, заменена продольными рычагами, а в качестве стабилизатора установлена специальная поперечная тяга. Нельзя не отметить положительные стороны последнего типа конструкции, к которым кроме небольшой массы и устойчивости величины угла развала, также относится высокая жесткость конструкции, что особенно актуально с учетом состояния наших дорог.
Зависимая подвеска обеспечивает транспортному средству постоянное сцепление с покрытием дороги вне зависимости от условий и типа езды. Но, есть и минусы, к которым относится вероятность потери устойчивости автомобиля при выполнении поворота либо наезда на препятствие одним из колес. Также из-за наличия поперечного расположения тяги снижается управляемость.
Подвеска зависимого типа является в основном прерогативой грузовиков и некоторых моделей полноприводных автомобилей, где она устанавливается сзади.
Что касается независимого типа подвески, то она представлена более сложным конструктивным решением с отсутствием взаимосвязи между колесами. Например, подвеска, где основными несущими элементами выступают продольные рычаги, которые имеют шарнирное крепление с кузовом. Благодаря прочности всех элементов системы достигается четкое параллельное расположение колесных пар. Автомобиль с таким типом подвески обладает лучшей маневренностью и хорошей управляемостью, однако, при вхождении в поворот необходимо существенно сбрасывать скорость, поскольку при выполнении маневров, кузов транспортного средства накренивается, в результате чего происходит потеря устойчивости.
К полузависимым типам подвесок относится торсионно-рычажная, конструкция, которой объединяет воедино два описанных выше типа. Упругим элементом вместо пружин, амортизаторов и рессор здесь выступает торсион, который может иметь круглое либо квадратное сечение, и выступает связующим звеном между рамой и колесами. Благодаря своей простоте и компактности, эта полузависимая подвеска в основном входит в конструкцию небольших городских малолитражек. Единственный минус – обладает повышенной жесткостью, в результате чего подходит только для езды по хорошим дорогам.
Одним из самых распространенных типов подвески является «качающаяся свеча», либо известный всем автомобилистам Макферсон. Устанавливаться он может как на перед, так и на зад транспортного средства, при этом хорошо работает в любом положении за счет увеличенного расстояния между основными элементами опоры. Это один из самых дешевых, компактных и простых в обслуживании типов ходовых частей автомобильной техники.
Однако, Макферсон, как и торсионно-рычажный тип подвески не любит плохих дорог и довольно часто страдает изменением угла развала. Но, это все равно не мешает быть ему сегодня одним из самых востребованных видов.
Первым типом подвески, которая устанавливалась на старые спортивные автомобили, стала двухрычажная. В ней поперечно расположенные рычаги соединяются с подрамником либо кузовом автомобиля. Благодаря такой конструкции довольно легко производить регулировку параметров развал-схождения. Данный тип хорош тем, что, несмотря на все неровности дорожного покрытия, колеса занимают постоянное вертикальное положение, в результате чего обеспечивается плавность хода и меньший износ резины. Единственный недостаток – сложная, многоэлементная конструкция.
По сложности за ней идет многорычажный тип ходовой части. Эта подвеска также как и двухрычажная обеспечивает автомобилю плавный ход, маневренность и отличную управляемость. Ввиду этого устанавливается на всех моделях дорогих транспортных средств. В устройство этого типа подвески входит минимум четыре рычага, в результате чего увеличивается ее стоимость, и появляются некоторые проблемы при обслуживании. Однако какой бы сложной ее конструкция не была, дорожные неровности все равно хорошо чувствуются во время передвижения.
Назвать идеальным какой-то из описанных типов ходовых частей, увы, нельзя, поскольку каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.
Эти видео ролики наглядно покажут и расскажут о видах подвесок и принципах их работы:
Как работает подвеска:
Работа передней подвески ВАЗ 2106:
Для чего нужна подвеска автомобиля? В ее задачи входит не только обеспечение комфорта. Ее конструкция, настройки, состояние прямым образом влияют на управляемость и на торможение. Иначе говоря, это один из ключевых и неотъемлемых элементов любого автомобиля.
Говоря о том, из чего состоит подвеска, можно распределить все ее узлы по выполняемой роли на несколько групп:
- упругие элементы (пружины, рессоры) нужны для обеспечения рабочего хода подвески и возврата колеса в изначальное состояние после проезда неровности;
- демпфирующие элементы (амортизаторы, стойки) гасят раскачку кузова, не давая ему войти в резонанс с ударами от неровностей;
- направляющие элементы ходовой (рычаги) задают траекторию движения ступицы при ходе подвески и повороте колеса.
При этом один элемент может выполнять и несколько функций. Например, телескопическая стойка - это одновременно и амортизатор, демпфирующий колебания, и направляющая, вокруг которой поворачивается кулак в подвесках МакФерсон.
Типы подвесок
Все подвески принято делить на две основные группы: зависимые и независимые.
В независимой оба колеса на одной оси не имеют жесткой связи друг с другом, что позволяет им самостоятельно отрабатывать неровности и крены кузова. В зависимой же, напротив, колеса всегда находятся на одной оси. Простейшим примером можно назвать неразрезные мосты. Полузависимой же принято считать подвеску с упругой балкой. Хотя, на первый взгляд, колеса здесь жестко связаны между собой, нормированная жесткость на кручение позволяет им смещаться в определенных пределах, скручивая балку.
Преимущества независимой подвески неоспоримы, причем на любой дороге. На асфальте важно то, что для каждого колеса можно задать и развал, и схождение, что прямо влияет на управляемость. В поворотах независимая ходовая не так склонна к вывешиванию разгруженного колеса, каким образом это происходит на неразрезных мостах. Конфигурация рычагов может позволять передним колесам «подламываться» при поворотах, облегчая руление. Этот прием общеизвестен благодаря автомобилям Mercedes.
Если же говорить о внедорожной эксплуатации, то независимая подвеска дает и плюсы, и минусы. При боковом наезде на крупные неровности независимая подвеска более склонна к вывешиванию колес - с одной стороны пружина полностью сжимается, с другой же обратного хода подвески может не хватить.
В то же время неразрезной мост встанет «по диагонали», сцепление сохранят оба колеса. Это особенно хорошо видно на соревнованиях, где подготовленные машины проезжают препятствия с огромными углами наклона мостов.
Однако геометрическая проходимость у автомобилей с независимой ходовой выше - рычаги легко позволяют поднять днище, увеличив угол наклона. В то же время как ни лифтуй машину на мостах, высота от моста до земли при том же диаметре колес останется неизменной.
Если к этому добавить бесспорное преимущество в комфорте и управляемости на качественных дорогах, то неудивительно, что именно независимые подвески практически полностью вытеснили зависимые.
Компоновки независимых подвесок
Из чего состоит передняя подвеска? Основа любой современной конструкции - это рычаг, на котором качается ступица или поворотный кулак. Чтобы под весом машины ступица не подломилась, нужен и верхний ограничивающий элемент. В однорычажных подвесках им служит стойка, которую вес машины буквально пытается согнуть. В многорычажных нагрузку принимает на себя верхний рычаг, качающийся параллельно нижнему.
Многорычажная система значительно прочнее однорычажной, а ее конструкция позволяет гораздо лучше контролировать траекторию движения колеса. Поэтому, несмотря на очевидные минусы (более сложный ремонт, большую стоимость), она стала неотъемлемой частью и тяжелых внедорожников, и спортивных автомобилей.
Основные элементы подвески
Передняя подвеска
Начнем с упругих элементов. Если изначально их роль играли простые в производстве рессоры, то с усложнением автомобилей их вытеснили более компактные и допускающие значительно больший ход спиральные пружины. Рессоры сейчас можно встретить разве что на грузовой технике и в задней ходовой тяжелых пикапов.
Более совершенный вариант упругого элемента - это пневмобаллоны. Сжатый воздух позволяет легко регулировать и дорожный просвет, и жесткость. Именно поэтому пневмоподвеска является неотъемлемым элементом моделей класса люкс. Но разница в цене и сложности с любой другой подвеской, естественно, огромна.
За гашение колебаний отвечают гидравлические амортизаторы - в них залито специальное масло, в котором перемещается шток с системой калиброванных отверстий и клапанов. При движении штока вверх или вниз открывается соответствующий клапан, и поток жидкости ограничивается сечением открытых отверстий. Так как масло, подобно любой жидкости, несжимаемо, при медленном перемещении шток практически не встречает сопротивления (масло успеет перетекать через каналы), а при росте скорости под штоком создается давление, противодействующее его движению.
При работе масло, постоянно проходя в обе стороны через клапан, неизбежно вспенивается, характеристики его «уплывают». Для борьбы с этим обычно используется газовый подпор, но тюнинговые фирмы предлагают и более оригинальные решения. Представленные в нашем каталоге амортизаторы Tough Dog серии Foam Cell имеют пористый наполнитель: масло в них не вспенивается, и при этом нет характерного для газовых и газомасляных амортизаторов смягчения из-за постепенных потерь давления газа внутри.
Для направления движения ступицы используют рычаги: либо составные (штампуются и свариваются из стальных листов), либо литые из легких сплавов для снижения веса. Так как относительно лонжерона или подрамника рычаг перемещается только по одной оси, для его крепления достаточно двух втулок (сайлентблоков), которые одновременно и позволяют рычагу качаться, и частично гасят удары от неровностей.
Классический сайлентблок - это металлическая втулка, залитая в жесткую резину. В нормальном положении рычагов она не скручена, что обеспечивает наибольший ресурс сайлентблока. Но, когда рычаг начинает двигаться, происходит скручивание резины, и она со временем рвется, особенно в длинноходных внедорожных подвесках. Поэтому распространена практика изготовления сайлентблоков из высокопрочных пластиков (полиуретан, капролон): в них внутренняя втулка скользит внутри внешней обоймы, и это позволяет таким конструкциям работать с большим ходом. Но и жесткость на сжатие у них выше в разы, то есть ходовая на капролоновых втулках вместо сайлентблоков будет менее комфортна, передаст на кузов все вибрации и удары.
На передней оси колеса не только меняют наклон относительно рычага, но и поворачиваются. Поэтому неотъемлемые части передней подвески - это шаровые опоры, пальцы со сферическими наконечниками, запрессованными в обоймы из износостойкого материала.
Связав сайлентблоками и шаровыми кузов, ступицу и систему рычагов, можно получить работоспособный направляющий аппарат ходовой. Однако на практике такая конструкция будет склонна к вывешиванию колес и чрезмерным кренам при прохождении поворотов. Поэтому в ее устройство дополнительно вводится стабилизатор поперечной устойчивости - идущий от одного колеса к другому торсион, который стремится уравнять положение колес. Когда автомобиль кренится, стабилизатор начинает скручиваться, противодействуя сжатию пружины с одной стороны и прижимая к земле колесо с другой.
Также нужны дополнительные ограничители хода рычагов (отбойники, буферы). В противном случае при проезде крупной неровности ход колеса будет ограничиваться только минимальной и максимальной длиной амортизатора, он будет быстро изнашиваться, одновременно разрушая верхнюю опору и нижний сайлентблок. Резиновые отбойники принимают удары на себя, сберегая ресурс более дорогих узлов.
Задняя подвеска
Из чего состоит задняя подвеска? На большинстве машин она значительно проще передней. В первую очередь из-за того, что ее влияние на управляемость гораздо меньше, что позволяет применять более простые решения.
Один из самых простых и старых вариантов - подвеска неразрезного моста на старых заднеприводных машинах или современных пикапах. Так как мост сам по себе жестко связывает колеса, достаточно закрепить его относительно кузова на двух продольных тягах. В этом случае практически не имеет значения, что применять в качестве упругого элемента: пружины или рессоры. Крепление амортизаторов также элементарно.
Для увеличения жесткости конструкции могут применяться и дополнительные продольные тяги, устанавливаться стабилизатор.
Полузависимая ходовая на упругой балке, распространенная на части дешевых переднеприводных моделей, еще проще. Здесь единым качающимся рычагом становится сама балка, закрепленная на своих сайлентблоках. Все, что входит в подвески такого типа, - это балка, пружины и амортизаторы.
В независимой задней подвеске приходится использовать систему продольных и поперечных рычагов, удерживающих ступицу. При этом наличие или отсутствие привода на задней оси не имеет принципиального значения. Основное же отличие от передней подвески - отсутствие шаровых опор, так как кулак ступицы относительно каждого рычага лишь качается, и это позволяет использовать обычные сайлентблоки.
Принцип работы подвески
Независимо от того, из чего состоит подвеска автомобиля, все ее части связаны между собой, а их характеристики подбираются в комплексе. Рассмотрим простейший случай сжатия:
- инерция кузова при наезде на неровность сжимает пружину, одновременно преодолевая сопротивление амортизатора;
- поворотный кулак одновременно тянет нижний рычаг за нижнюю шаровую и, упираясь через верхнюю шаровую в верхний рычаг, приходит в движение по траектории, заданной соотношением длин рычагов.
Достаточно изменить лишь один параметр, и поведение подвески изменится. Например, более жесткий амортизатор не только снизит комфорт при аккуратном переезде неровностей, но и увеличит нагрузку на нижнюю шаровую, так как будет сильнее противодействовать движению рычага.
На практике же на работу подвески одного колеса будут оказывать влияние и все остальные. Поэтому мы рекомендуем устанавливать тюнинговые детали сразу комплектом от одного производителя. Например, представленная в нашем каталоге австралийская фирма Tough Dog предлагает и пружины (как под стандартные нагрузки, так и под увеличенные), и различные типы тюнинговых амортизаторов.
Настройка ходовой под конкретные условия эксплуатации также ведется в комплексе. К примеру, при установке более длинных пружин для лифтовки кузова потребуются и амортизаторы с увеличенным ходом, иначе при каждом ходе отбоя пружина будет полностью вытягивать шток амортизатора, заставляя его биться об верхнюю часть корпуса с направляющей втулкой и уплотнениями. Лифтовка проставками, изменяя углы наклона рычагов, может в буквальном смысле упереться в допустимые углы наклона пальцев шаровых опор, те начнут ударяться о корпуса, в результате ресурс шаровых упадет многократно.
По этой причине наиболее совершенными на сегодняшний день являются системы с пневматическими упругими элементами и регулируемыми амортизаторами. Управляющая ходовой электроника в зависимости от скорости может одновременно изменять и давление в баллоне, меняя дорожный просвет, и подстраивать демпфирование амортизаторов, делая их мягче на малой скорости и разбитой дороге или, напротив, жестче на высокой скорости.