Подвеска автомобиля
В таблицах технических характеристик автомобилей почти всегда упоминают не только мощность моторов, габаритные внешние и внутренние данные, но и его ходовую часть. Производители неспроста уделяют ей внимание наравне с такими параметрами, как тип кузова и количество лошадиных сил под капотом. Ведь именно от нее зависит поведение автомобиля на дороге. А значит, ставя перед собой определенные требования к машине, необходимо учитывать все ее конструктивные особенности.
Предназначение ходовой части на автомобиле – гашение или смягчение колебаний, передаваемых от неровностей дорожного покрытия, на кузов. То есть от нее зависит комфорт внутри сидящих и долговечность конструкции.
Ходовая часть автомобиля состоит из подвески передних и задних колес. В их задачи входит обеспечение упругой связи между кузовом и колесами автомобиля, уменьшение динамических нагрузок, затухание колебаний и регулирование положения кузова машины во время ее движения. При жестком креплении все удары о дорожные неровности передаются на кузов. При добавлении упругого (пружина, рессора и т. д.) элемента удар смягчается, но из-за инерционности до полного затухания колебания кузова длятся некоторое время, что создает сложности в управлении автомобилем. Для того чтобы этого избежать используется гасящий элемент (амортизатор). При этом подвеска должна быть легкой, обеспечивать плавность хода и безопасность движения.
Подвеска в свою очередь состоит из направляющих устройств, основных упругих, дополнительных упругих и демпфирующих элементов.
Направляющие устройства (рычаги, рессоры, торсионы) определяют кинематику изменения положения колеса относительно кузова. В их задачи входит сохранение плоскости вращения колеса перпендикулярно дорожной поверхности во время работы подвески на отбой и сжатие.
Упругие элементы предназначены для смягчения ударов и удержания автомобиля на одном уровне. Ими может быть рессора, пружина, торсионы, гидропмевматики либо пневматики.
Демпфирующие элементы служат для гашения колебаний кузова и повышают сцепление колес с дорогой. Как правило, это жидкостные либо газовые амортизаторы.
К дополнительным упругим элементам относятся сайлент-блоки и отбойники (буферы сжатия). В их задачи входит гашение высокочастотных колебаний.
Также в подвеске большинства современных автомобилей можно встретить стабилизатор поперечной устойчивости. Его предназначение заключается в том, чтобы уменьшить крены автомобиля в поворотах и тем самым улучшить его управляемость. На практике его работа выглядит следующим образом. В то время как в повороте одно колесо нагружается, а другое наоборот – разгружается, пытаясь оторваться от земли, стабилизатор прижимает его к земле.
Подвеска может быть зависимой и независимой.
Зависимая подвеска означает жесткую связь между колесами одной оси. То есть при наезде на неровность колесом с одной стороны, второе отклоняется на такой же угол. Чаще всего это балка, и в основном встретить такую конструкцию можно в конструкции задней подвески недорогих автомобилей. Такая подвеска проста и дешевая в изготовлении, долговечна, однако обладает большими неподрессоренными массами (масса частей автомобиля, весовая нагрузка от которых не передается на упругие элементы подвески).
Независимая схема означает отсутствие жесткой связи между колесами одной оси. Применяется как на передней, так и на задней подвеске. В данном случае при наезде на неровность одного колеса, второе, расположенное с ним на одной оси, не изменяет свое положение. Такая подвеска имеет большее количество преимуществ, и сегодня используются производителями гораздо чаще, чем зависимая.
Существует еще полузависимая подвеска. В данном случае балка способна закручиваться вокруг своей оси, тем самым несколько снижая зависимость левого и правого колес.
Кроме того подвески отличаются по количеству рычагов: однорычажные, двухрычажные, многорычажные и свечные, а также по расположению плоскостей качания колес: поперечная, продольная, диагональная и на косых рычагах.
В большинстве случаев передняя подвеска современного автомобиля – однорычажная (классический McPherson) либо двухрычажная (на двух поперечных рычагах).
Подвеска типа McPherson, названная в честь ее изобретателя Эрла МакФерсона, впервые была установлена на Ford Consul в 1951 году. И сегодня эта схема используется в конструкции передних подвесок большинства переднеприводных автомобилей. Состоит она из одного рычага, стабилизатора поперечной устойчивости и узла, включающего пружину и амортизатор. Ее преимущества заключаются в компактности, позволяющие экономить свободное пространство и использовать его для установки двигателей больших объемов. Такой тип конструкции обладает низкой неподрессоренной массой, прост в изготовлении и имеет низкую стоимость как при производстве, так и при последующих ремонтах.
Однако есть и минусы. Подвеска типа McPherson имеет большую длину рулевых тяг, трудности с обеспечением изоляции от дорожных шумов, так как стойка амортизатор-пружина крепится к кузову, и толчки передаются ему через эту опору. Кроме того, в данном случае при сильных ударах есть шанс повредить кузов автомобиля. Еще один минус – трение в амортизаторах, которые работают под боковыми, изгибающими нагрузками. Во-первых, в таком случае изнашиваются быстрее сами амортизаторы, во-вторых, рельеф дорожного полотна грубее передается на шасси, а значит, ухудшается плавность хода. Также однорычажная подвеска этого типа обладает большим продольным креном при торможении.
Однако для небольших городских автомобилей, где важна компактность, простота и небольшая стоимость, такой тип подвески наиболее актуален.
Подвеска на двойных поперечных рычагах состоит из двух поперечных рычагов с поворотными опорами на раме или кузове. Основным плюсом такой схемы являются ее лучшие, чем у подвески типа McPherson, кинематические параметры.
Взаимным размещением рычагов можно определить высоту центра поперечного и продольного крена. Также, изменяя длину верхнего и нижнего рычагов, можно воздействовать на угловые перемещения колес при отбое и сжатии. В случаях с более короткими верхними рычагами при сжатии подвески колеса наклоняются в сторону отрицательного развала, при отбое – в сторону положительного. Таким образом, можно противодействовать изменению углу развала колес при боковом крене автомобиля. Кроме того, изменяя угол плоскости качания верхнего рычага по отношению к нижнему, можно достичь "антиклевкового эффекта".
Встречаются на передней подвеске некоторых автомобилей и конструкции с большим количеством рычагов. Хотя это все же прерогатива задних подвесок автомобилей.
Схему с двумя поперечными рычагами начали устанавливать назад еще в 50-, 60-х годах. Однако, как оказалось, в таком случае при резком торможении дает о себе знать эластокинематика подвески: изгибаются шарниры и рычаги. То есть в момент резкого торможения, схождение задних колес изменяется в отрицательную сторону. В случае, когда автомобиль находится на вираже и кренится под действием поперечных сил, внешнее колесо нагружается, а внутреннее наоборот – разгружается. В этот момент оба задних колеса отклоняются в противоположную сторону к повороту, и автомобиль наделяется избыточной управляемостью, что чревато потерей контроля над ним. То есть выходит, что главную роль в управляемости и устойчивости автомобиля играет как раз задняя подвеска.
Так появилась многорычажная подвеска. К двум основным рычагам добавили дополнительные тяги, исключающие появление отрицательного угла развала задних колес. Кроме того, подобрав необходимую длину тяг, можно использовать эластокинематику подвески в необходимых целях. То есть добиться эффекта подруливания в поворотах, обеспечив уверенный контроль над машиной при маневрировании. Кроме того, большое количество сайлент-блоков и шарниров позволяет гасить удары при наезде на препятствие, а также улучшать плавность хода и шумоизоляцию.
Однако конструкция при этом становится сложнее, тяжелее и дороже. И что неприемлемо для небольших городских автомобилей – отбирает большое пространство для компоновки рычагов. Поэтому многорычажные схемы для задней подвески актуальны для автомобилей высокого класса, где нет такой борьбы за каждый кубический сантиметр багажника, либо салона. Детали многорычажной подвески часто выполняют из алюминия, порой даже из композитных материалов. Однако в данном случае хоть и удается добиться облегчения конструкции, но ее долговечность снижается.
Многорычажная схема еще и отличный вариант для использования в конструкции полноприводных автомобилей повышенной проходимости, когда каждое колесо при проезде сложных участков "живет своей жизнью", наделяя вседорожник хорошей проходимостью.
В общем, о том, как будет вести себя автомобиль можно предположить еще до того, как удастся оказаться за рулем. Достаточно внимательно изучить строчки в таблице технических характеристик, где указаны типы подвесок, и отметить для себя, соответствует ли ходовая часть машины поставленным к ней требованиям.