Подвеска автомобиля

Подвеской автомобиля называется совокупность устройств, обеспечивающих упругую связь между кузовом (или рамой) и мостами или колёсами автомобиля, уменьшение динамических нагрузок на кузов и колёса, затухание их колебаний, а также регулирование положения кузова автомобиля во время движения. На подвеску автомобиля возложена тройная задача: везти мягко, везти точно, везти безопасно. Иными словами, подвеска должна одновременно обеспечивать приемлемый комфорт, хорошую управляемость и активную безопасность.

Подвеска, являясь промежуточным звеном между кузовом автомобиля и дорогой, должна быть лёгкой и наряду с высокой комфортабельностью обеспечивать максимальную безопасность движения. Для этого необходимы точная кинематика колёс, высокая информативность управления (не только рулевого), а также изоляция кузова от дорожных шумов и жесткого качения радиальных шин (особенно с низким профилем). Кроме того, надо учитывать, что подвеска передаёт на кузов силы, возникающие в контакте колеса с дорогой, поэтому она должна быть прочной и долговечной. Применяемые шарниры должны легко поворачиваться, быть мало податливыми и вместе с тем обеспечивать шумоизоляцию кузова. Рычаги должны передавать силы практически во всех направлениях, а также тяговые и тормозные моменты, и быть при этом не слишком тяжелыми. Упругие элементы при эффективном использовании материалов должны быть простыми и компактными, и допускать достаточный ход подвески.

    Требования к подвеске:
  • упругая характеристика подвески должна обеспечивать высокую плавность хода и отсутствие ударов в ограничители хода, противодействовать кренам при повороте, «клевкам» при торможении и разгоне автомобиля;
  • кинематическая схема должна создать условия для возможного малого изменения колеи и углов установки колёс, соответствие кинематики колес кинематике рулевого привода, исключающее колебания управляемых колес, вокруг оси поворота;
  • оптимальная величина затухания колебаний кузова и колес;
  • надежная передача от колес кузову или раме продольных и поперечных усилий и моментов;
  • малая масса элементов подвески и особенно неподрессоренных частей;
  • достаточная прочность и долговечность деталей подвески и особенно упругих элементов, относящихся к числу наиболее нагруженных частей подвески.

Типов подвесок существует огромное множество, они классифицируются по типу направляющего аппарата (зависимые и независимые) и по типу упругих элементов (пружинные, торсионные, рессорные, пневматические и т.д.) Каждая подвеска имеет свои недостатки и преимущества. Зависимая проще, дешевле, имеет постоянную колею, но в тоже время балка не является подрессоренной, поэтому назвать лёгкой эту подвеску нельзя. Кроме этого, при противоположных ходах левого и правого колёс одной оси, наблюдается значительный их наклон, следствием чего являются автоколебания колёс (т.н. эффект шимми). Независимые имеют гораздо больше преимуществ, поэтому и распространены сейчас больше. Они различаются по расположению плоскости качания колёс: продольная, поперечная, диагональная на косых рычагах. И по количеству рычагов: однорычажные, двухрычажные, многорычажные, свечные. В отдельный класс ещё необходимо выделить т.н. полузависимую подвеску. Более правильное её название: подвеска с закручивающейся балкой. Как правило, это задняя подвеска недорогих переднеприводных автомобилей.

В передней подвеске легковых автомобилей чаще всего применяется два типа подвески: Мак-Ферсон и двухрычажная.

Подвеска Мак-Ферсон

подвеска Мак-Ферсон

Она имеет целый ряд преимуществ над другими схемами, важнейшие из которых – компактность, легкость и простота конструкции, а стало быть, низкая стоимость самой подвески в изготовлении (что немаловажно для производителя) и ремонте (что уже небезразлично владельцу автомобиля). Судите сами: на каждое колесо приходится всего по одному рычагу. А это – минимум сайлент-блоков и шаровых опор, то есть, минимум веса и максимум надежности. Нет необходимости в погоне за снижением неподрессоренных масс использовать алюминий и прибегать к другим ухищрениям. Через сайлент-блоки поперечный рычаг крепится к подрамнику (поперечной балке), через шаровую опору он соединен с поворотным кулаком колеса. Роль верхнего рычага выполняет сам кузов автомобиля, к которому крепится амортизационная стойка (амортизатор плюс пружина). Для переднеприводных автомобилей особо малого и малого классов такая конструкция еще долго будет оставаться актуальной, хотя бы даже из-за ее компактности, но при конструировании моделей более высоких классов от схемы McPherson постепенно отказываются. Основная причина – в неидеальной кинематике, которую задает колесу подвеска. Кроме того, это ограниченный комфорт при движении. Ведь все удары, приходящиеся на колесо, в той или иной степени передаются через верхнюю опору амортизатора и на кузов, снижая ездовой комфорт. Но хуже то обстоятельство, что при сильных ударах и сам амортизатор, и кузов оказываются уязвимыми, что потенциально грозит их преждевременным износом или даже разрушением.

Подвеска на двойных поперечных рычагах

подвеска на двойных поперечных рычагах

Эта конструкция состоит из двух поперечных рычагов, имеющих поворотные опоры на раме, поперечине или кузове. Наружные концы рычагов соединяются посредством шаровых шарниров с поворотной цапфой или кулаком. Чем больше расстояние между поперечными рычагами, тем меньше силы, действующие в рычагах и их опорах, т. е. тем меньше податливость всех деталей и точнее кинематика подвески. Она обеспечивает эластичное восприятие жесткого качения радиальных шин верхними рычагами. Главное преимущество подвески на двойных поперечных рычагах – её кинематические свойства: взаимным положением рычагов можно определить высоту, как центра поперечного крена, так и центра продольного крена. Кроме того, за счёт разной длины верхнего и нижнего рычагов можно влиять на угловые перемещения колёс при ходах отбоя и сжатия, т. е. на изменение развала и, независимо от этого, на изменение колеи. При более коротких верхних рычагах колёса при ходе сжатия наклоняются в сторону отрицательного развала, а при ходе отбоя – в сторону положительного. За счёт этого можно противодействовать изменению развала, обусловленному боковым креном кузова. Также, изменив угол плоскости качания верхнего рычага относительно нижнего, можно добиться антиклевковкового эффекта.

Многорычажная подвеска

как работает многорычажная подвеска конструкция многорычажной подвески

Эта конструкция может использоваться как в передней, так и в задней подвеске. Чтобы достичь оптимальной кинематики колес, и тем самым добиться лучшей устойчивости и управляемости, конструкторы используют четыре – пять рычагов. Зачем столько много? Два удерживают колесо, остальные задают необходимую кинематику. И теперь совсем не обязательно совмещать амортизатор и пружину в амортизационную стойку – некоторые конструкции подразумевают упор пружины о нижний рычаг. Правда, в этом случае разместить ШРУС крайне затруднительно, поэтому такие схемы применяются на автомобилях классической компоновки, то есть, с приводом на задние колеса. Можно подумать, что чем больше рычагов, тем лучше. В каком-то смысле это так. Но при этом конструкция становится сложнее, дороже и тяжелее. В принципе, то же можно сказать и о многорычажных подвесках задних колес, благодаря которым и достигаются «изящная» управляемость и «воздушный» комфорт, но достигаются они ценой увеличения размеров, массы и конструктивной сложности. Однако для автомобилей с классической компоновкой это необходимость, потому что в данном случае задние колеса являются ведущими. По этой же причине и на полноприводных легковых машинах сзади, как правило, используется независимая многорычажная подвеска.

Другие типы подвесок

Работа на изгиб положена в принцип действия торсионов – металлических стержней круглого или прямоугольного сечения, которые могут выполнять роль стабилизаторов поперечной устойчивости, но в ряде случаев являются упругими элементами подвески. Использование торсионов позволяет отказаться от использования витых пружин, что приводит к уменьшению размеров подвески – она получается достаточно компактной. При этом с точки зрения надежности торсионная подвеска ничуть не хуже пружинной. Тем не менее, в качестве упругих элементов в большинстве случаев выступают именно пружины, которые могут быть совмещены с амортизаторами в единую стойку, а могут устанавливаться отдельно – в распор между опорными чашками подвески. Наконец, не ушли окончательно в прошлое и листовые рессоры, которые сегодня применяются, в основном, на коммерческих автомобилях, в том числе и созданных на базе легковых моделей.

Рассказывая о различных конструкциях подвесок, нельзя не упомянуть о гидропневматической подвеске. Ее плюсы – высокая плавность хода, а также возможность изменения дорожного просвета. Система состоит из рабочих сфер, выполняющих роль упругих элементов и энергоаккумуляторов, а также единого насоса. Рулевое управление и тормоза «питаются» той же рабочей жидкостью и включены в единую систему. Каждая сфера разделена надвое прочной эластичной мембраной: в одной ее части газ, в другой – рабочая жидкость (высокотекучее минеральное масло). “Жесткость” сферы зависит от количества масла в ней: жидкость давит на мембрану, таким образом, изменяется давление во втором, «газовом» отсеке сферы. Регулируя подачу масла в сферы при помощи насоса и системы клапанов, можно изменять дорожный просвет автомобиля.

Здесь рассмотрены далеко не все возможные типы подвесок. А все потому, что существующих конструкций (особенно для задней подвески) много, а вариантов исполнения еще больше. Выбор в пользу того или иного типа подвески зависит от того, какие задачи ставят перед собой разработчики автомобиля. Если во главу угла поставлены минимальные затраты и компактность, тогда почти наверняка можно сказать, что спереди будет стоять McPherson, а сзади – балка с соединенными продольными рычагами. Необходимо достигнуть высокого комфорта или отточенной управляемости, при том что вес и габариты значения не имеют? Определенно, конструкторы будут использовать независимые "многорычажки» спереди и сзади. Ведь любой выбор должен иметь свою логику.