Можно ли создать «идеальную» подвеску?

Мягкость и жесткость подвески – что важнее для комфорта?

Специалисты-подвесочники могут рассказать множество интересных примеров из практики, а мне придется ограничиться лишь кратким рассказом о том, почему жестче не всегда цепче, а мягче не всегда комфортнее. Работа подвесок машины вовсе не так проста, как кажется на первый взгляд. Они выполняют множество функций, которые не вполне очевидны. Я постараюсь кратко упомянуть об основных.

А вообще, о работе подвесок написано много книг, и большинство из них очень толстые. Я попробую лишь “по верхам” обозначить основные моменты, чтобы уложиться в формат познавательной статьи.

Почему без подвески не обойтись

Даже очень ровные дороги на самом деле имеют изгиб по многим направлениям, да и сама Земля мало похожа на бесконечную плоскость. И чтобы все четыре колеса касались поверхности, они должны иметь возможность перемещения вверх и вниз. При этом крайне желательно, чтобы беговая поверхность колеса прилегала к покрытию всей своей шириной при любом положении подвески. Так что машины, у которых подвески жесткие и короткоходные, практически обречены на плохое сцепление колес с дорогой, ведь всегда одно из колес будет разгружено.

Почему подвеска должна иметь ход сжатия

Для контакта всех колес с дорогой вовсе не обязательно, чтобы подвеска могла сжиматься, достаточно того, что колеса смогут двигаться только вниз. Но при движении машины в поворотах возникают боковые силы, которые стремятся наклонить авто. Если при этом одна сторона машины сможет приподниматься, а другая не сможет опуститься, центр тяжести авто сильно сместится в сторону загруженного колеса, что в свою очередь вызовет много негативных последствий.

В первую очередь еще большую разгрузку внутреннего по отношению поворота колеса и увеличение момента крена из-за перемещения центра тяжести вверх относительно центра крена подвески (о нем ниже). И, разумеется, если у колес нет хода сжатия, то даже маленькая неровность под одним из колес должна вызывать перемещение кузова, перемещение всех остальных колес вниз со всеми связанными затратами энергии на подъем и снижением сцепления колес. Что, мягко говоря, не слишком комфортно. А еще разрушительно для кузова и деталей подвески. В общем, подвеска должна быть сбалансированной, иметь ход сжатия и ход отбоя для нормальной работы.

Почему машина кренится в поворотах

Раз уж мы определились с тем, что подвеска у машины должна быть и имеет возможность перемещения вверх-вниз, то чисто геометрически образуется некая точка, центр, вокруг которой поворачивается кузов машины при крене. Эта точка называется центром крена машины.

А сумма сил инерции, воздействующих на машину в повороте, как раз приложены к ее центру масс. Если бы он совпадал с центром крена, то в повороте никакого крена бы не было, но он обычно расположен гораздо выше, и в результате образуется кренящий машину момент. И чем выше расположен центр крена, чем ниже центр тяжести, тем он меньше. На специальных гоночных конструкциях вроде машин Формулы 1 центр тяжести помещают ниже центра крена, и тогда машина может крениться в противоположную сторону, как катер на воде.

Собственно, расположение центра крена зависит от конструкции подвески. И автомобильные инженеры неплохо научились его “поднимать” повыше, изменяя конструкцию рычагов, что в теории могло бы избавить от кренов не только низкие спортивные авто, но и достаточно высокие. Проблема в том, что подвеска, сконструированная для обеспечения “неестественно задранного” центра крена, успешно борется с наклонами кузова, но при этом плохо справляется с основной задачей — демпфированием неровностей.

Почему подвеска должна быть мягкой

Достаточно очевидно, что чем мягче подвеска, тем меньше изменение положения кузова при наезде на неровность и при крене меньше распределяется нагрузка между различными колесами. А значит, и сцепление колес с дорогой при этом не ухудшается и не расходуется энергия на перемещения центра масс машины вверх-вниз. Что же, мы нашли идеальную формулу? Но, к сожалению, не все так просто.

Во-первых у подвесок ограничены ходы сжатия, и они должны быть согласованы с изменением нагрузки на ось при загрузке машины пассажирами и багажом, и с нагрузкой, возникающей при прохождении поворотов и неровностей. Слишком мягкая подвеска при повороте сожмется так сильно, что колеса с другой стороны оторвутся от земли. Так что подвеска должна не допустить исчерпания хода сжатия с одной стороны и вывешивания колеса с другой.

Получается, что слишком мягкой подвеске быть тоже плохо… Оптимальным вариантом является сравнительно небольшой диапазон “мягкости”, после чего подвески становятся жесткими, но настроить такую конструкцию тем сложнее, чем выше разница между жесткой и мягкой ее частью.

При любом перераспределении нагрузки между колесами происходит ухудшение общего сцепления колес с дорогой. Дело в том, что догрузка одних колес не компенсирует все потери при разгрузке других. А в случае вывешивания разгруженных колес увеличение сцепления на догруженной стороне не компенсирует и половины потерь.

Помимо общего ухудшения сцепления, это еще и приводит к ухудшению управляемости. Борются с этим неприятным фактором, изменяя наклон плоскости качения колеса относительно дороги — так называемый развал. В результате конструктивных мероприятий, направленных на программирование изменения развала при крене машины удается компенсировать изменение сцепления колес при поперечных нагрузках в разумном диапазоне и тем самым сделать управление машиной проще.

Почему же приходится делать подвески жестче на спортивных машинах?

На управляемости машины крайне негативно сказываются любые изменения углов установки подвески при кренах машины и задержки в откликах на управляющие воздействия из-за смещения центра тяжести. А значит, приходится делать подвески жестче, чтобы в повороте крены уменьшались.

Крайним выходом является мощный стабилизатор поперечной устойчивости — торсион, который препятствует перемещению колеса одной оси относительно другого. Но это не самый лучший способ. Да, он улучшает ситуацию с изменением углов установки колес в повороте, но зато разгружает внутреннее, по отношению к повороту, колесо, и перегружает наружное. Немного лучше просто сделать подвеску жестче. Это больше сказывается на комфорте, но зато не так разгружает внутреннее колесо.

Немалое значение амортизаторов

Помимо упругих элементов, в подвеске машины присутствуют и газовые или жидкостные амортизаторы — элементы, ответственные за гашение колебаний подвески и вывода энергии, которую машина тратит на перемещения центра масс. С их помощью можно подправить все реакции подвески на сжатие и отбой, ведь амортизатор может обеспечить в динамике куда большую жесткость, чем пружина. При этом его жесткость, в отличие от пружин, будет очень разной в зависимости от хода подвески и скорости ее перемещения.

Разумеется, совсем мягкий амортизатор не сможет выполнять свою основную задачу — гашение колебаний, машина попросту будет раскачиваться после прохождения неровности. А установка очень жесткого будет создавать эффект, схожий с установкой очень жесткой пружины, которая не хочет сжиматься и тем самым увеличивает нагрузку на колесо и разгружает все остальные. Но тонкая настройка поможет уменьшить крены в поворотах и помочь пружинам, уменьшить клевки кузова при разгоне и торможении и при этом не мешать колесам проезжать мелкие неровности. И разумеется, не допускать “пробоя” подвесок при проезде жестких неровностей. В общем, воздействие на поведение машины они оказывают не меньшее, чем жесткость пружин.

Немного о комфорте и частотах колебаний

Понятно, что у машины без подвески комфорт был бы нулевой, ведь все мелкие неровности от дороги передавались бы прямо на ездоков. Бр-р. Но если подвеску сделать очень мягкой, то ситуация станет ненамного лучше — постоянная раскачка тоже крайне плохо сказывается на людях. Оказывается, человек плохо переносит колебания как с небольшой амплитудой и большой частотой от жесткой подвески, так и с большой амплитудой и с малой частотой от мягкой.

Для создания комфортных условий для пассажиров необходимо согласовать жесткость пружин, амортизаторов и покрышек так, чтобы на самых ходовых для этой машины покрытиях частоты колебаний пассажиров и уровень ускорений оставались в комфортных пределах.

Частота и амплитуда колебаний подвески важны еще и в другом аспекте — собственные частоты резонанса системы машина-подвеска-дорога не должны совпадать с возможными частотами управляющих воздействий и возмущений от дороги. Так что задача конструкторов заключается еще и в том, чтобы обойти опасные режимы как можно дальше, ведь в случае резонанса можно и машину перевернуть, и потерять управление, и просто поломать подвески.

Итак, какой должна быть подвеска?

Как это ни парадоксально, но чем мягче подвеска, тем лучше сцепление колес с дорогой. Но при этом она не должна допускать сильных кренов и изменения пятна контакта колес с дорогой. Чем хуже дороги, тем более мягкой должна быть подвеска для получения хорошего сцепления. Чем ниже коэффициент сцепления колес, тем мягче должна быть подвеска. Казалось бы, проблему может решить установка стабилизатора поперечной устойчивости, но нет, у него тоже есть свои негативные черты, он делает подвеску более “зависимой” и уменьшает ход подвески.

Так что настройка подвески остается делом для настоящих мастеров и всегда требует много времени на натурные испытания. Множество факторов затейливо переплетаются и, изменив один параметр, можно ухудшить и управляемость, и плавность хода. И не всегда жесткая подвеска делает машину быстрее, а мягкая — комфортнее. На управляемости сказывается и изменение жесткости передней и задней подвесок относительно друг друга и даже малейшее изменение характеристик жесткости амортизаторов. Надеюсь, эта статья поможет более тщательно относиться к выбору комплектующих для подвесок и предотвратит необдуманные эксперименты.

5 самых распространенных типов подвески автомобилей

17 октября 2018 Категория: Секреты автомобилей.

Подвеска соединяет кузов или раму машины с колесами, передает все действующие силы и условия взаимодействия с дорогой на кузов и обеспечивает плавность хода, отрабатывая неровности ландшафта.

Любая подвеска состоит из 4 основных элементов:

• упругий элемент – воспринимает и передает на подрессоренную массу вертикальные силы реакции при преодолении неровностей на дороге, уменьшает нагрузку на кузов, способствует плавности хода. Состоит из рессоров, пружин, торсионов.
• направляющий элемент – воспринимает действующие на колесо продольную и боковую силы, задает характер перемещения колес: будут ли они при преодолении препятствия действовать слаженно, поворачиваясь одновременно (зависимый вид подвески) или же нет (независимый вид подвески). Состоит из рычагов поперечной и продольной устойчивости.
• демпфирующий элемент- гасит вибрации кузова и колес, преобразуя энергию колебаний в тепловую. Это амортизаторы
• стабилизирующий элемент – разделяет нагрузку бокового типа в поворотах, снижает крены. Это штанги, которые крепятся к кузову.

На сегодняшний день наиболее распространены следующие системы подвески:

• McPherson
• двухрычажная
• многорыжачная
• скручивающаяся балка – пружинная и торсионная

МакФерсон, двух- и многорычажная подвеска может использоваться на передней и задней оси. Балки применяются в качестве задней подвески.

Выбор того или иного типа подвески, которой оснастят авто на производстве, а также материалов, из которых будут изготовлены ее детали, определяется инженерами с учетом требований к архитектуре, габаритам и массе автомобиля: подбираются по типу кузова (седан, хэтчбек, спорткар, кроссовер, внедорожник, коммерческий фургон и т.п.), условиям эксплуатации (назначение машины и степень нагрузки, масса авто, регион использования), а также бюджета.

Когда конструкция подвески определена, она дорабатывается совместно с дизайнерами, чтобы схема подвески не нарушала эстетический ансамбль всего автомобиля.

Рассмотрим характеристики каждого типа подвески подробнее.

McPherson

Такой тип подвески назван в честь изобретателя – американский инженер Эрл С. МакФерсон представил конструкцию в конце 1940-х. Его задачей было создать максимально простую в сборе схему передней независимой подвески и, нужно сказать, это получилось.

«МакФерсон» предложил крепить подвеску к подрамнику только в двух точках с каждой стороны. Для этого на каждое колесо в McPherson приходится по одному нижнему поперечному (треугольному) рычагу. Со стойкой амортизатора рычаг соединяется вертикальной тягой стабилизатора.

Традиционный верхний рычаг в «МакФерсоне» заменен на пружину и соосный с ним амортизатор в роли направляющего элемента. Конструкция соединяется с кузовом мягкой резиновой подушкой.

Сейчас еще распространен тип подвески «псевдо-МакФерсон». В ней единый нижний рычаг разделяется на два независимых. Это позволяет добиться достаточной жесткости. Но верхнего рычага по-прежнему нет, что не позволяет отнести такую подвеску к двухрычажной. Пример применения – Mercedes-Benz C-Klasse.

Встречаются и «трехрычажные» варианты, когда нижний рычаг «псевдо-МакФерсон» делится на 3 части. Обычно такое решение используют в задней подвеске японских автомобилей.

«МакФерсон» – самый популярный и массовый тип современной подвески. Это компактная конструкция, идеально подходящая машинам с поперечно установленным мотором. Такое решение простое и недорогое в конструировании.

К недостаткам конструкции относится не идеальный угол развала колес. Это происходит из-за вертикального хода колеса, когда нижний рычаг подвески описывает дугу. В результате точка контакта шины с дорожным покрытием постоянно смещается в стороны.

А еще подвеска McPherson чувствительна к дисбалансу колес и передает на кузов дорожные вибрации и шумы, что делает ее не слишком комфортной в плане плавности хода. Усиленное трение штока и амортизатора быстро «приканчивает» последний, поэтому долговечностью «МакФерсон» не отличается.

Двухрычажная подвеска

Подвеска на двойных поперечных рычагах – самая что ни на есть классика автопрома. Два V-образных рычага расположены строго друг над другом, а их вершины крепятся шарнирами к верхней и нижней частям поворотного кулака – цапфа. Раздвоенные «лапки» рычагов прикрепляются к кузову. То есть ступица переднего колеса может повернуться вокруг своей оси.

Обычно на двухрычажной подвеске верхний рычаг короче нижнего – это улучшает сцепление поворачивающего колеса с дорогой.

Рычаги чуть наклонены горизонтально, что предотвращает «клевание» кузова при интенсивном разгоне или торможении.

Сейчас повсеместно V-образные рычаги в такой подвеске заменяют на L-образные, крепя длинную часть к кузову через хорошо демпфирующие неровности дороги эластичные втулки. Это повышает комфорт водителя за счет эффективного гашения вибраций. Классические V-образные рычаги применяют на гоночных автомобилях, потому что такое решение дает идеальную траекторию колеса.

В качестве упругих эдементов в двухрычажной подвеске могут использоваться пружины и торсионы, пневматические подушки, гидропневматика.

Двухрычажная подвеска ниже, чем остальные типы подвески, она дает идеальную кинематику, но занимает много места в ширину, и потому ее сложно ставить на авто с поперечным двигателем. Решить проблему можно сокращением плеча конструкции, и такое решение применили в Audi на модели А4 образца 1995 года, поставив вместо 2 рычагов 4.

В дальнейшем такое же решение повторяли не раз на крупных Audi и Volkswagen. Но этот вариант удорожил и без того недешевую конструкцию классической «двухрычажки» и, кроме того, проявил себя не таким надежным.

Многорычажная подвеска

Первым из серийных авто заднюю многорычажную подвеску получил Mercedes-Benz W201. Ее особенностью была довольно сложная и массивная конструкция. Но сочетание множества отдельных рычагов позволило уточнить кинематику, направлять колеса в нужном направлении, не меняя угол схождения колес и не отклоняясь при резком разгоне или торможении.

В качестве другого примера исполнения можно привести пятирыжачную переднюю подвеску Audi, где двум отдельным верхним рычагам полагается по собственной шаровой опоре.

Сегодня многорычажная подвеска – стандарт для дорогих автомобилей. Ступица колеса или поворотный кулак соединяют с кузовом 4 и более рычага, причем в зависимости от компоновки и кузова автомобиля рычагам можно придавать различную форму, задавать нужные параметры изменения развала колес при движении.

Система множества рычагов в подвеске повышает поперечную жесткость, отлично демпфирует неровности дорожного покрытия, идеально реагирует на замедление или ускорение автомобиля, держит траекторию при выполнении маневров на скорости. Это самый гибкий и надежный тип современной подвески.

К недостаткам конструкции относят ее сложность при проектировании, требования к используемым материалам (они должны быть легковесными, например, алюминиевые рычаги) и, как следствие – дороговизну. Для владельца многорычажная подвеска – еще и обилие деталей, которые сильно повышают стоимость обслуживания.

Скручивающаяся балка – пружинная и торсионная

В то время, как автопроизводители массово переходили от заднего привода к переднему, появилась проблема улучшения конструкции заднего моста.

Конструкция зависимой подвески типа «нарезной мост», когда оба колеса ведущей задней оси жестко связываются между собой и при наезде на неровность наклоняются одновременно, была хорошим вариантом лишь для внедорожников. А вот на легковых автомобилях это просто массивная неудобная конструкция, ухудшающая плавность и шумность хода.

Установить на заднюю ось независимую двухрычажную подвеску, при которой поведение колес никак не связано друг с другом, обходилось дорого. Сложная конструкция со множеством деталей и сейчас применяется только в сегменте премиальных седанов и кроссоверов.

Независимая подвеска в виде продольных рычагов и без стабилизатора, когда рычаги соединяли колеса одной оси с рамой кузова через шарнир (именно такая подвеска была на «горбатом» «Запорожце» ) была простой и дешевой конструкцией, но при высоких скоростях клонила колеса вместе с кузовом, и это уже было небезопасно.

Для бюджетных же моделей с передним приводом выход нашелся в конструкции так называемой «полунезависимой» подвеске, в которой два продольных рычага скрепляются поперечной балкой. Важно отметить, что такая схема устанавливается на задний мост ИСКЛЮЧИТЕЛЬНО переднеприводных автомобилей.

Пружинная балка

Вариант пружинной балки, которую часто путают с торсионной, выглядит так.

Колеса одной оси подвешивались на продольных или косых рычагах, а те крепятся к балке П-образной форме. Перекладина не изгибается. В качестве элемента упругости в такой конструкции задействованы пружины, которые крепятся на рычагах.

Все это – конструкция пружинной балки. Причем многие называют ее «торсионной», потому что в большинстве европейских языков torsion значит «скручивание». Тем более внешне эти конструкции похожи. Но, это не торсионная, а пружинная балка. Пример реализация полунезависимой пружинной балки – Renault Fluence.

Торсионная балка

Сегодня в качестве задней подвески переднеприводных недорогих авто ставят в основном торсионную балку.

От пружинной она отличается тем, что в качестве элементов упругости в ней действуют не пружины, а торсион – металлический стержень, проходящий через всю балку изнутри.

Такая конструкция позволяет компенсировать скручивание балки, а еще дает возможность менять положение амортизаторов, чтобы получить огромный багажник правильной классической формы.

К недостаткам конструкции относят ее жесткость, которая отражается на комфортности хода автомобиля.

С другой стороны, есть инженерные решения, где торсионы располагаются продольно, их длина не так сильно зависит от длины балки, и в таком случае комфорт комфорт хода такой подвески повышается практически до уровня независимой многорычажной.

Качественные детали подвески любого типа для вашего автомобиля предлагает наша разборка

ООО «РитейлМоторс» УНП 191477517, з арегистрировано Мингорисполкомом 20 марта 2012г.
Регистрационный номер в торговом реестре 402310, д ата регистрации 11 января 2018г.
Юридический и почтовый адрес: 220020 г. Минск, ул. Тимирязева, д. 85а, пом. 204

Модернизируем подвеску своими руками

От мягкости или жесткости задней подвески зависит стиль вождения, маневренность автомобиля и безопасность движения. Чем жестче подвеска, тем лучше маневренность и управляемость, но хуже комфортность и больше утомляемость. А на разбитой дороге это еще и забытая плавность хода.

Управление автомобилем с слишком мягкой подвеской, наоборот, становится затрудненным, особенно если на большой скорости пытаться пройти крутой поворот. Зато при плохой управляемости автомобилем можно наслаждаться комфортом движения и плавностью хода.

Идеальную же степень мягкости задней подвески автомобиля можно достичь двумя способами. Первый – дорогой, так как он предполагает установку пневмоподвески, а цена на нее несопоставима с ценой обычного серийного авто.

Второй – более реальный, так как он заключается в том, чтобы умягчение жесткой подвески сделать самостоятельно, своими руками.

Смягчение подвески своими руками – «удовольствие» тоже не из дешевых, но оно того стоит. Смысл этого способа в обычной и, главное, одновременной замене всех ее основных узлов и элементов, а именно амортизаторов, шин, пружин и дисков. Только если все эти элементы заменить одновременно, то результат будет существенно заметен.

Основное внимание надо уделить в этом вопросе амортизаторам, поскольку основная их задача – гасить колебания кузова при движении автомобиля по неровным дорогам либо при разгоне или торможении, а также на поворотах. Амортизаторы ставить лучше двойного действия – газомасляные. Они имеют такую же конструкцию, что и масляные, только воздух в них заменен азотом. Азот закачивается в избытке, находится в амортизаторе под давлением от трех до десяти атмосфер. Вот он-то и служит дополнительным компенсатором ударных сил, поступающих от колес к кузову. Кроме того, газ в большинстве случаев предохраняет масло от вспенивания.

Газомасляные амортизаторы выпускают двух видов – низкого давления и высокого давления. Из них амортизаторы высокого давления дороже, так как эффективнее повышают управляемость и устойчивость автомобиля. Они прочнее амортизаторов низкого давления, но уступают им в снижении нагрузок при езде с высокими скоростями по качественным дорогам.

Шины желательно ставить радиусом поменьше, но обязательно с высоким профилем. Можно, конечно, поставить шины «своего» размера, но с мягкими боковинами – это умягчит ход, но не гарантировано, что они не лопнут при попадании в яму или рытвину.

Пружины стандартные следует заменить пружинами с переменным шагом. Коэффициент жесткости такой пружины увеличивается с ростом нагрузки, что увеличивает срок эксплуатации амортизатора. Такие пружины не допускают в работе амортизаторов кратковременных «пробоев».

И, наконец, диски – их надо менять на легкосплавные, которые с большим вылетом. Нагрузка на колесные подшипники возрастет, что приведет к повышенному износу их, но зато чувствительно улучшится управляемость автомобилем.

Если нет возможности одновременной замены всех компонентов задней подвески, то надо постараться заменить по указанной схеме хотя бы амортизаторы и пружины.

Если понравилась Вам статья, добавьте ее в соц. сети. Заранее благодарим Вас!