Основные задачи подвески и способы их реализации, типы подвесок и их особенности: сходства и различия в работе. Видео про виды подвесок.
Если бы не подвеска, передвижение по неровным дорогам было бы практически невозможным, во всяком случае, на привычных нам скоростях. В зависимости от назначения и периода производства транспортных средств, мы можем найти в них различные типы подвесок. Основная цель, однако, одна – повысить комфорт в салоне.
Автомобильная подвеска: основные задачи и способы реализации
Двигаясь по неровностям, колесо автомобиля передает вибрации и удары на кузов. Это явление уменьшается благодаря системе подвески. Чем лучше она гасит неровности, тем комфортнее пассажирам.
Другая роль подвески заключается в обеспечении безопасных и предсказуемых характеристик вождения. При проектировании конструкции главная цель инженеров – найти золотую середину, благодаря которой автомобиль будет ехать стабильно, хорошо управляться и сохранять комфортность поездки.
Задачи подвески реализуются с помощью многих компонентов, которые можно условно разделить на две группы:
- гибкие элементы, чья функция заключается в гашении неровностей;
- жесткие элементы для поддержания желаемой геометрии.
Подрессоренная и неподрессоренная масса – залог комфорта в автомобиле
Чтобы понять, как работает система подвески, полезно знать, что такое подрессоренная и неподрессоренная масса.
Для наиболее приятного передвижения в машине лучше всего максимально уменьшить неподрессоренную массу. Сюда входят все детали, на которые непосредственно влияют неровности дороги, то есть те, что находятся перед пружинным элементом. Основным компонентом неподрессоренной массы является система подвески, поэтому чем она легче, тем меньше работы ей придется выполнять.
Все смещения, удары и вибрации, вызываемые дорожными неровностями, передаются вначале на неподрессоренную массу, и только потом их малая часть, оставшаяся после обработки демпфирующими элементами, доходит до подрессоренных компонентов – например, кузова автомобиля.
Чем больше неподрессоренная масса, тем сильнее она будет воздействовать на подрессоренную, что является упрощенным следствием третьего закона динамики Ньютона.
Типы автомобильных подвесок
Подвески автомобилей можно разделить на множество групп. Базовое деление производится на основании того, каким образом колеса одной оси соединяются друг с другом. Здесь существует 3 варианта:
- жесткий/зависимый;
- независимый;
- полузависимый.
В зависимой компоновке колеса осей связаны друг с другом жестко, в независимой – вообще не связаны, а в полузависимой связаны, но имеют возможность двигаться автономно друг от друга.
1. Жесткая конструкция
Зависимая подвеска обычно состоит из жесткой оси, связывающей колёса и соединяющейся с кузовом через относительно гибкие, пружинящие элементы, в качестве которых обычно выступают листовые рессоры. При их использовании дополнительно могут потребоваться реактивные тяги – штанги, компенсирующие недостаток способности эффективно обрабатывать продольные и поперечные нагрузки.
Зависимая подвеска чаще всего используется в грузовых автомобилях, но бывает и в легковых – в задней подвеске заднеприводных моделей. Грузовое пространство там может поддерживаться в двух точках: на уровне задних сидений и багажника, поэтому большая часть нагрузки предпочтительно должна приходиться на две последние трети кузова.
Такие конструкции обычно не обеспечивают приятной, гладкой езды (в основном это связано с тем, что колеса накрепко сцеплены друг с другом, и движение одной половины оси напрямую влияет на поведение другой).
Вряд ли удастся расслабиться, путешествуя на такой машине по ухабистым российским дорогам; с другой стороны, это очень простое и недорогое решение, обеспечивающее длительный срок службы, высокую прочность в суровых дорожно-климатических условиях и завидную устойчивость к тяжелым нагрузкам.
2. Независимая система
Эта подвеска отличается от предыдущей способом соединения колес с кузовом. Здесь они подключаются отдельно, без общих компонентов (единственное исключение – штанга стабилизатора). В результате неподрессоренная масса уменьшается за счет исключения из схемы самого тяжелого жесткого элемента – оси.
Независимые подвески тоже можно разделить на ряд групп. Наиболее распространенными конструкциями являются столбчатая, многоканальная, с двумя или одним рычагом управления.
В легковых автомобилях чаще всего применяется независимая стоечная система McPherson. Это решение имеет по одному управляющему рычагу с каждой стороны, соединенному с кузовом и поворотным кулаком. Последний соединяет 3 ключевых компонента подвески: рычаг управления, ступицу с колесом и стойку с пружиной и амортизатором. За регулировку пружин, демпфирование и управление колесами отвечает единый, согласованный набор компонентов.
Макферсоновский вариант имеет немало преимуществ, главные среди которых:
- низкая стоимость производства и простая структура;
- малая занимаемая площадь;
- большой ход подвески;
- хорошие ходовые характеристики при сохранении достаточного комфорта.
Разновидностей независимой подвески много, все в короткой статье не описать. Но стоит отметить еще одну из наиболее популярных версий – многорычажную систему, применяемую реже в передней и чаще в задней части легковых машин. В этом решении используется умная комбинация поперечных, продольных и диагональных управляющих рычагов и, в зависимости от модели автомобиля, пружины вместе с амортизатором или отдельно.
Вот наиболее важные особенности «многорычажки»:
- комфортность езды, эффективное подавление ударов на кочках;
- малая неподрессоренная масса;
- возможность получения выгодных углов схождения и развала колес в зависимости от прогиба подвески, что напрямую влияет на управляемость, и значительной компенсации продольных наклонов при торможении и разгоне;
- технически сложное и дорогостоящее производство;
- невысокая износостойкость, не очень долгий срок службы.
3. Полузависимый тип
Эта разновидность подвески, представляющая собой комбинацию обеих вышеперечисленных вариаций, часто используется в переднеприводных легковушках на задней оси. Здесь служат основой продольные рычаги, соединенные подвижной поперечиной – торсионной балкой с гибкими шарнирами.
Из-за своей склонности к скручиванию рычаги двигаются по вертикали частично независимо. Балка воспринимает все силы, как поперечные, так и продольные, и в небольшой степени совершает вертикальные и боковые перемещения.
Благодаря своей конструкции она также действует как стабилизатор. Это позволяет колесам двигаться полуавтономно: они взаимодействуют между собой, но гораздо меньше, чем при жесткой сцепке.
Такая модель подвески тоже широко распространена, поскольку:
- имеет умеренно простую и дешевую конструкцию;
- занимает мало места;
- радует пользователя легкой сборкой/разборкой, незатратным ремонтом и достаточно долгим сроком службы;
- обеспечивает высокий комфорт при движении в сочетании с прекрасной управляемостью.
Какую систему выбрать
Жители России ездят по самым разным дорогам. Можно сказать, нет такого места, куда бы они не дотянулись. Большинство автомобилистов не покидает ровных поверхностей с твердым покрытием, но в любом случае каждому транспортному средству необходима система подвески, обеспечивающая надлежащий контакт колес с землей и максимально приятные ощущения для пассажиров.
В настоящее время к автомобильным подвескам предъявляется множество требований, которые должны учитывать различные условия езды (под нагрузкой/без нагрузки, разгон/торможение, прямолинейное/криволинейное движение и т.д.).
К сожалению, невозможно придумать единственно правильное, идеальное решение для всех, поэтому каждое предполагает оптимальный компромисс, подходящий для данного типа транспорта. Разработок так много, что их не охватить в короткой статье. Любая из подвесных систем может отлично проявлять себя в одних условиях и быть совершенно неэффективной в других.
Ни создатели подобных конструкций, ни производители автомашин, ни тем более рядовые автолюбители не в состоянии учесть все нюансы, возникающие в отдельных случаях. Но, опираясь на основные принципы работы устройств и механизмов, легче подобрать вариант под конкретные дорожные условия и потребности пользователя.
Зависимой подвеске, к примеру, часто сопутствует уменьшение багажного отделения, а в случае с передними колесами требуется поднять двигатель. Поэтому такой макет можно встретить чаще всего в грузовиках, внедорожниках и пикапах.
Несмотря на многочисленные недостатки, он имеет и существенные преимущества, такие как уменьшение неподрессоренных масс автомобиля и более благоприятная кинематика подвески с точки зрения устойчивости движения, а тряская езда может компенсироваться мягкими рессорными элементами.
Независимая подвеска хорошо противодействует боковым наклонам кузова. Главной величиной здесь является эффективное расстояние между поперечными рычагами. Чем оно больше, тем меньше будут усилия в шарнирах, а значит, снизится подверженность этих элементов деформации и улучшится управляемость колеса.
Подбирая длину верхних/нижних «коромысел», мы можем влиять на угловое смещение колес при вертикальном перемещении. С более коротким верхним рычагом нагруженное колесо получает отрицательный угол развала, а нагруженное – положительный. Таким образом можно противодействовать изменениям, вызванным боковыми наклонами кузова.
Независимая конструкция задней оси хорошо проявляет себя на российских дорогах, поскольку характеризуется повышенной точностью рулевого управления, надежным сцеплением с дорогой и, прежде всего, лучшей реакцией на крупные неровности.
Подвеска Макферсона во многом прекрасна, однако не спасает от передачи шума и вибраций на кузов от системы рулевого управления, а «многорычажка» радует хорошими ходовыми качествами, но не отличается долговечностью и дорого обходится в обслуживании. Она, кстати, особенно на задней оси, почти так же стара, как само автомобилестроение, и с незапамятных времени широко используется японцами.
В Европе всеобщую эйфорию по этому поводу вызвал Ford Focus, хотя владельцы Honda Civic давно к такому привыкли. По мнению механиков, если сравнивать стойки МакФерсона и многорычажную подвеску, то последняя лучше. Но поскольку она состоит из большого количества компонентов, работающих взаимосвязано, ремонтировать ее дороже.
Малейшая неисправность должна быть моментально диагностирована и устранена, несоблюдение этого принципа приводит к цепной реакции, снижающей комфорт/безопасность вождения и повышающей затраты на ремонт.
Мы не будем подробно рассматривать здесь пневматические, гидравлические, адаптивные и прочие разновидности традиционных подвесок или последние новинки вроде Hydrolastic и Moulton. Большинство таких разработок создано на представленных выше основах, а инновации заключаются в компьютеризации, замене или добавлении демпфирующих и упругих элементов в различных исполнениях.
Также часто меняют места крепления элементов, чтобы обеспечить наиболее выгодное распределение сил, действующих на всю машину или что-то в отдельности. Гидравлическая подвеска, например, позволяет регулировать высоту автомобиля благодаря гидроцилиндрам, заменяющим стандартные амортизаторы.
Гидропневматику, комбинацию гидравлических и пневматических технологий, можно увидеть, скажем, на Citroen и Renault. Благодаря ей водитель получает возможность свободно опускать и приподнимать машину, подстраивая ее под особенности дорожного полотна или природного рельефа.
Пневматика, умело устраняющая даже малейшие толчки и вибрации, чаще сопровождает модели более высокого класса. Некоторые пневмосистемы используют компьютер для определения скорости и дорожных условий, а затем подстраиваются, делая езду мягче или жестче. Вы найдете их в моделях таких марок, как BMW, Audi и Mercedes. Чтобы удовлетворить капризных покупателей, автоиндустрия не устает изобретать новые идеи или дорабатывать старые.
Послесловие
Каждый производитель придерживается своих убеждений и внедряет технологии в соответствии с ними. Описанные вариации подвесок являются лишь малой частью популярных решений, применяемых в настоящее время в легковых машинах.
Учитывая широту обсуждаемой темы, это лишь базовые знания, но они позволяют понять, что именно помогает автомобилю сглаживать неровности на ходу и какой вариант подвески окажется для вас наиболее подходящим.
Видео про виды подвесок:
