Подвеска автомобиля. Изучаем… запоминаем…
Подвеска автомобиля представляет собой совокупность узлов и механизмов, при помощи которых осуществляется упругая взаимосвязь кузова (рамы) с колесами. За всю историю развития автомобилестроения, на легковых автомобилях применялись подвески различных типов. Сегодня наиболее распространенной подвеской является McPherson (МакФерсон).
Подвеска данного типа используется преимущественно для передних колес и устанавливается на многих легковых автомобилях и малых грузовиках. Для задних колес подвеска МакФерсон также используется, но реже. Подвеска МакФерсон представляет собой несколько видоизмененную систему на двух рычагах. Однако, в случае с МакФерсон, верхний рычаг отсутствует и его роль выполняет верхняя шарнирная опора стойки амортизатора, которая обычно размещена на крыле автомобиля. Данная подвеска устанавливается на автомобили бюджетного и среднего классов.
Для спортивных машин и автомобилей премиум-класса используются более совершенные типы подвесок. Система McPherson обязана широкому распространению благодаря ряду преимуществ: простое устройство; небольшие затраты на производство; прекрасная ремонтопригодность; разгрузка мест крепления к кузову за счет больших расстояний между верхней и нижней опорой; большой ход подвески.
Однако существуют и отрицательные черты у данной подвески: чрезмерно большой ход способствуют нежелательным, пусть и кратковременным изменениям угла развала колес автомобиля; требуется усиление кузова в месте крепления верхней опоры (опорного подшипника стойки); невозможность качественно шумоизолировать арку колеса; несколько худшие параметры в плане кинематики в целом. Тем не менее, низкая стоимость изготовления данной подвески и ремонтопригодность даже в условиях гаража позволяют не учитывать отрицательные черты.
Устройство подвески МакФерсон Подвеска типа МакФерсон имеет весьма простое устройство и состоит из следующих основных конструктивных элементов: подрамник; нижний поперечный рычаг; ступица и поворотный кулак колеса; шаровая опора поворотного кулака; стойка амортизатора; пружина; верхняя опора стойки амортизатора. Подрамник представляет собой основной элемент подвески.
Данный узел крепится непосредственно к кузову автомобиля при помощи сайлентблоков или жестким креплением. Крепление подрамника на сайлентблоках позволяет уменьшить передачу вибрации на кузов автомобиля. Стоит отметить, что подрамник, как отдельный конструктивный элемент, может отсутствовать. Нижние поперечные рычаги крепятся к подрамнику или непосредственно к силовому кузову автомобиля при помощи сайлентблоков.
Каждый из рычагов имеет по две точки опоры на кузове. На противоположном конце рычага закреплена шаровая опора поворотного кулака, которая обеспечивает подвижность во всех плоскостях последнего. Ступица и поворотный кулак предназначены для крепления колеса. За счет специального шарнирного соединения через шаровую опору с нижним рычагом и рулевой тягой, поворотный кулак обеспечивает поворот управляемых колес.
Верхней точкой крепления поворотного кулака является нижняя часть амортизаторной стойки. Амортизаторная стойка является связующим элементом между кузовом и поворотным кулаком. Нижняя часть стойки при помощи клеммового соединения закреплена в поворотном кулаке, а верхняя часть соединена с кузовом при помощи специального опорного подшипника. Опорный подшипник чаще всего представляет собой втулку из толстой резины, в которой закреплен шариковый подшипник.
Шток амортизаторной стойки крепится в шариковом подшипнике, а резиновая втулка компенсирует отклонения стойки при работе подвески. Помимо этого, на амортизаторной стойке крепится пружина подвески. Помимо основных конструктивных элементов, подвеска МакФерсон в различных вариациях может содержать дополнительные узлы, такие как стабилизаторы поперечной устойчивости, стойки стабилизатора и прочее.
Стабилизатор поперечной устойчивости может иметь различное конструктивное исполнение на разных автомобилях, однако предназначение его от этого не меняется. Стабилизатор крепится в двух точках к подрамнику или к кузову и соединен с амортизаторными стойками при помощи соединительных тяг с шарнирами или резинометаллическими втулками. Основным предназначением стабилизатора является снижение боковых кренов машины и противостояние продольным перемещениям поворотного кулака или ступицы.
Виды и типы подвесок автомобилей
Подвеска, наряду с двигателем и кузовом, – это одна из важнейших составляющих автомобиля. Именно к ней приковано внимание множества конструкторов и инженеров. Типы подвесок автомобилей бывают разными, что зависит от вида авто (легковое или грузовик), привода (передний, задний, полный), сегмента, который занимает модель, и, конечно же, цены на машину.
Существует множество типов подвесок. Некоторые использовались ранее, другие применяются и сейчас, так что необходимо рассмотреть те типы, которые получили наибольшее распространение в современном автомобилестроении:
Подвеска типа McPherson
Данный тип подвески был разработан еще в 1960 году инженером Эрлом Макферсоном, в честь которого и получила свое название. Она имеет несколько основных частей:
Телескопический амортизатор называют еще «качающаяся свеча», потому как к кузову он крепится посредством шарнира и может качаться, когда колесо двигается вниз и вверх. Если интересно, можете почитать, как проверить амортизаторы.
Данный тип подвески имеет свои недостатки (значительное изменение угла развала колес), но он чрезвычайно популярен благодаря демократичной цене, невысокой сложности и надежности.
Двухрычажная подвеска
Это одна из самых совершенных схем. Она представляет собой подвеску с 2-мя рычагами разной длины (длинный нижний и короткий верхний), что гарантирует автомобилю прекрасную поперечную устойчивость на дороге и минимальный износ покрышек (поперечные перемещения всего колеса незначительны).
Это значит, что каждое отдельное колесо воспринимает ямы и бугры независимо от остальных, что позволяет сохранять максимально вертикальное отношение к дорожному покрытию и оптимальное сцепление покрышки с поверхностью дороги.
Многорычажная подвеска
Данный тип подвески немного похож на двухрычажную схему, но он гораздо сложнее и совершеннее. Неудивительно, что к ней перекочевали и все достоинства предыдущего вида. Это набор из рычагов, сайлент-блоков и шарниров, которые крепятся на специальный подрамник. Большое количество шаровых опор и «сайлентов» обеспечивают не только завидную плавность хода, но и отлично гасят удары в случае резкого наезда на какое-либо препятствие, а еще они уменьшают уровень шума в салоне от колес.
При такой схеме достигается наилучшее сцепление покрышки с дорогой (любой тип покрытия), отточенная управляемость и плавность хода.
Однако у многорычажной подвески есть один существенный недостаток – высокая стоимость. Хотя в последнее время наметился перелом: если раньше данный тип подвески применяли только на представительских авто, то сейчас ею оснащают даже машины гольф-класса.
Адаптивная подвеска
Такая подвеска в корне отличается от остальных типов. Строго говоря, создание адаптивной схемы не было настоящей революцией, так как за основу была принята гидропневматическая подвеска, реализованная на автомобилях Citroen и Mercedes-Benz.
Но в те времена она была довольно примитивной, тяжелой и занимала слишком много места. На сегодняшний день от всех этих недостатков конструкторы смогли избавиться. Единственный минус подобного подхода заключается в его сложности.
Что касается достоинств, то их масса:
Различные концерны используют свои схемы такой подвески, но общие черты у них одинаковы. Это потому, что любая адаптивная конструкция имеет в своем составе следующие компоненты:
Блок управления анализирует ситуацию на основе данных, полученных от датчиков, и посылает команды на стабилизатор и амортизаторы (зависит от дорожных условий). Все это происходит практически моментально. Кроме этого, варианты работы подвески можно настраивать и самому.
Подвеска типа «Де Дион»
Этот тип, равно как и подвеска McPherson, был назван в честь изобретателя. Им стал француз Альберт Де Дион. Цель данного типа подвески – максимально снизить нагрузку на задний мост автомобиля, путем отделения картера главной передачи. Если раньше он крепился к самой балке моста, то в данном случае картер держится непосредственно на кузове.
Это позволяет передавать крутящий момент посредством полуосей, закрепленных на ШРУСах, и сделать подвеску как независимой, так и зависимой.
Но от главных недостатков всех зависимых вариантов подвески, типу «Де Дион» избавиться не удалось. К примеру, затормозить без «клевков» практически невозможно, а при резком старте машина просто «приседает» на задние колеса.
Несмотря на попытки ликвидации этих недостатков путем установки дополнительных элементов (направляющих), несбалансированное поведение авто остается главной проблемой.
Задняя зависимая подвеска
Данный тип – характерная черта «классики» Жигулей. Особенностью сей конструкции являются цилиндрические винтовые пружины, играющие роль упругих элементов. По сути, балка заднего моста не только «висит» на этих 2-х пружинах, но и фиксируется к кузову посредством 4-х продольных рычагов. Дополняет этот набор реактивная поперечная штанга, которая обязана гасить крены кузова и улучшать показатели управляемости.
Комфорт и плавность хода оставляют желать лучшего, по причине большого веса самого заднего моста и неподрессоренных масс. Это особенно актуально в тех случаях, когда задний мост оказывается ведущим, так как к балке крепят редуктор, картер главной передачи и другие компоненты.
Полузависимая задняя подвеска
Данная схема получила широкое распространение и используется в конструкции большинства современных полноприводных машин. Она представляет из себя два продольных рычага, которые в центре крепятся к поперечине. У такого типа подвески много преимуществ:
Минус этой конструкции только один – невозможность применения на заднеприводных автомобилях.
Подвески пикапов и внедорожников
В различных моделях джипов конструкторы идут разными путями. Это зависит от веса и назначения внедорожника. Возможны три варианта используемых подвесок:
Как правило, задняя ось оснащается либо рессорной, либо пружинной подвеской, которые сочетаются с жесткими неразрезными мостами. Рессоры идут в ход при создании пикапов или тяжелых джипов, так как они надежны, неприхотливы и в состоянии выдержать нешуточную нагрузку. Кроме того, такая схема довольно дешева, что стало причиной оснащения рессорами некоторых бюджетных авто. Подробная информация о достоинствах и недостатках рессорной подвески.
Пружинная схема отличается мягкостью и длинноходностью. Она более ориентирована на комфорт и ставится на легкие джипы. Относительно сложности конструкции – она лишь немного сложнее рессорной.
Что касается передней оси, то здесь, в большинстве случаев, используются торсионные или зависимые пружинные схемы. Встречается, конечно, и оснащение джипов жесткими неразрезными мостами, но такое решение в наши дни наблюдается довольно редко.
Подвески грузовиков
Как правило, в грузовиках применяется зависимая конструкция подвески с поперечными или продольными рессорами, а также амортизаторами гидравлического типа. Благодаря своей простоте такая подвеска до настоящего времени широко используется в производстве.
Кроме того, данный вариант является и наиболее простым. Это значит, что продольные рессоры фиксируются в кронштейнах кузова, а к ним подвешивается мост. Что касается амортизаторов, то они крепятся прямиком к балке заднего моста. При такой конструкции главная роль отводится рессорам, которые не только выдерживают мост, но и связывают кузов и колесо, а также выступают в качестве направляющих элементов.
Однако такая простота является определяющей лишь в производстве, тогда как водителю приходится бороться с плохой управляемостью автомобиля на высоких скоростях. Дело в том, что рессоры далеко не идеальны в роли направляющих элементов. Следовательно, сцепление колес с дорогой значительно ухудшается.
Подводя итог отметим, что рассмотренные типы подвесок автомобилей не являются исчерпывающим списком, но в наши дни они наиболее популярны, как в отечественном, так и в мировом автомобилестроении.
Типы подвески автомобилей
В данной статье мы расскажем о различных видах подвески применяемых на автомобилях, расскажем о их конструктивных особенностях, плюсах и минусах эксплуатации в каждом конкретном случае. Конструирование подвески заключается в удалении четырех из шести возможных «степеней свободы» и оставлении двух оставшихся — вращения колеса, для передвижения и вертикального его перемещения для нашего комфорта на кочках.
На практике это невозможно, и связано прежде всего с отсутствием абсолютно жестких материалов. Очень трудно полностью устранить возможность поворота относительно поперечной и продольной оси. Конструкторы независимых подвесок на практике поняли, что лучше позволить изменяться развалу, но сделать его равным и направленным противоположно крену кузова, поскольку это сохраняет вертикальное положение колес при поворотах. Из всех типов подвесок, использовавшихся в 20 веке в конструкциях автомобилей, сейчас завоевали популярность и практичность только шесть основных решений.
Это многорычажная, двойные рычаги, MacPherson, продольный рычаг, продольные рычаги связанные поперечной балкой, торсионная балка. Из этих элементов только три последних (продольные рычаги связанные поперечной балкой, продольные рычаги и торсионные балки) применяются только для задних подвесок переднеприводных автомобилей, а остальные могут использоваться как впереди так и сзади, для любого из колес автомобиля.
В отличие от остальных «продольные рычаги, связанные поперечной балкой» и «торсионная балка» не совсем подходит для независимой подвески, их еще называют «полузависимыми» (вертикальное перемещение одного из колес влияет на перемещение противоположного).
Из редко применяющихся подвесок, без сомнения старейшей является осевая балка, с каждой стороны которой установлено по колесу. Сейчас применяются, как подвеска автомобилей на лонжеронных рамах (иначе говоря, в каталогах пишут, что это «жесткий мост» или «зависимая подвеска»). Такие подвески используют не для комфорта, а для того, чтобы они долго служили при эксплуатации автомобиля на пересеченной местности (или откровенного бездорожья).
— более пространственная и структурно эффективная конструкция, чем подвеска на двойных поперечных рычагах (иными словами, появилась возможность устанавливать поперечные двигатели большей мощности и новыми коробками на автомобили с небольшими габаритами). Система передает нагрузки на каркас кузова через три отдельных и удобно расположенных точки (верхнюю поворотную «турель» самой стойки и две точки присоединения рычагов). Это дает возможность размещения двигателя без помех верхним опорам стоек.
Подвеска получается при соединении нижней части телескопической амортизаторной стойки к поворотному кулаку ступицы колеса. Нижняя часть стойки располагается поперечно выступающей части нижнего рычага или паре отдельных рычагов.
Стойка МакФерсон обеспечивает высокое расположение центра крена — обычно желательное — и поскольку стойка имеет большую длину, изменение развала колеса во время его вертикального перемещения или крена кузова незначительно.
У MacPeherson есть два недостатка.
1. центр крена может перемещаться на большое расстояние от своего статического положения во время поворота, что может привести к проблемам с управляемостью.
2. управление присоединенными к стойкам колесами вызывает поворот стоек, а это увеличивает усилие, прикладываемое к рулевому управлению, и требует использования верхнего поворотного устройства с низким трением. Подвеска типа MacPeherson используется на автомобилях ВАЗ с передним приводом начиная с восьмерок и по настоящее время.
Взади данную систему используют редко, спереди ее используют в подавляющем большинстве, на нее перешли даже такие брэнды, как Jaguar.
Задняя подвеска — стойка MacPherson с многорычажным механизмом. Стойка удерживает колесо вертикально, большой продольный рычаг обеспечивает продольную фиксацию, а два поперечных рычага фиксируют поперечные перемещения колеса и обеспечивают схождение колес.
Обычно в подвеске Макферсон используются винтовые пружины, установленные вокруг амортизаторной стойки, но это не единственный способ. В прошлом, например, Fiat использовал стойки MacPherson для задней подвески, в которой в качестве упругого элемента использовалась установленная снизу одна широкая листовая рессора.
Было выяснено, что установка пружин с небольшим смещением относительно амортизатора уменьшает проблему «жесткости», когда вертикальные силы, действующие на колесо, невелики. «Жесткость» — тенденция стойки не двигаться, пока не будет превышена пороговая сила, а затем начинать двигаться неожиданно – может приводить к неприятному чувству жесткости подвески на ровных дорогах.
Передняя подвеска. с широко расставленными нижними рычагами и рулевое управление в обычном положении, хорошо спрятанном с целью безопасности за поперечно расположенным двигателем.
Передняя подвеска с широко расставленные двойные рычаги с вытянутым вверх рычагом поворотного кулака. Винтовая пружина и телескопический амортизатор установлены раздельно (дает дополнительные возможности в настройке).
Подвеска состоит из двух раздвоенных рычагов, расположенных друг над другом, раздвоенные стороны которых крепятся к кузову, а противоположные концы с помощью шарниров к верхней и нижней частям поворотной цапфы. Ступица переднего колеса может поворачиваться вокруг двух шарниров при повороте.
Обычно только один из рычагов может иметь раздвоенную форму, другой может быть простым рычагом. Если рычаги одинаковой длины, то когда кузов кренится на повороте, угол развала такой же, как угол крена и устойчивость может сильно пострадать. Поэтому рычаги, обычно, делают различной длины, верхний рычаг короче. Это вызывает небольшое изменение развала при вертикальном перемещениях колеса, но при крене кузова на поворотах изменение развала фактически можно ликвидировать, по крайней мере, у сильно нагруженного наружного колеса относительно центра поворота.
Геометрия подвески на двойных рычагах может быть изменена не только изменением длины рычагов, но и углом наклона рычагов относительно горизонтальной плоскости, если смотреть спереди на неподвижный автомобиль. Оси, относительно которых вращаются рычаги и которые проходят через крепления рычагов к кузову, могут быть слегка наклонены относительно горизонтальной плоскости, а иногда также могут быль смещены крепления рычагов вперед или назад для того, чтобы создать вертикальные силы (против кивков и рысканья), действующие на кузов при торможении и ускорении, или «подправляют» геометрию для получения предпочтительного изменения развала при критическом маневре.
Для точного понимания, как будет вести себя подвеска в тех или иных ситуациях и какая нужна длина рычагов, помогают компьютеры и программы автоматизированного проектирования. Одно из преимуществ данной подвески более высокая устойчивость и управляемость на поворотах (мы говорим про переднюю подвеску), чем у подвески МакФерсон, но требует большего количества «человекочасов» и затрат на разработку и испытания, что удорожает автомобиль. Поэтому данный вид подвески используют на автомобилях Д-класса и выше и дорогих «имиджевых» автомобилях.
Взади такую подвеску сейчас применяют редко: либо амортизатор и пружина идут в одном комплекте (МакФерсон), либо используют дополнительные рычаги (многорычажная система).
Низкий рычаг с широко расставленными точками крепления, намного меньший верхний рычаг, ось которого составляет большой угол с продольной осью автомобиля, «лебединая шея» рычага поворотной цапфы, для более высокого размещения верхнего рычага, компактная пружина вокруг верхней секции амортизатора, стабилизатор поперечной устойчивости, соединяемый с нижней частью амортизатора, шарнирными звеньями, и вентилируемый дисковый тормоз с присоединенными к его концам шарнирными звеньями. Такая конструкция оставляет пространство для привода к передним колесам и является наиболее типичной подвеской на двойных рычагах.
похоже на независимую подвеску на двойных поперечных рычагах, в которой каждый рычаг разрезан на два отдельных звена, иногда с добавлением пятого звена. Сейчас применяется для задних подвесок автомобилей «представительского» класса и некоторых автомобилей «С» класса.
Каждый рычаг и звено контролирует конкретный аспект поведения колеса, например изменение его развала или поперечного перемещения. Звенья могут быть сконструированы так, чтобы они могли работать совместно и все же не влияя друг на друга, а также им может быль придана определенная форма, чтобы освободить пространство, необходимое конструктору для интерьера кузова или других особенностей конструкции.
Процесс проектирования очень сложен, он может осуществляться только с помощью компьютера. Многорычажная подвеска очень дорога в производстве и обслуживании, но она самая «комфортная» для всех пассажиров. Большое количество звеньев, сайлент-блоков и шарниров отлично гасят удары при резком наезде на препятствия. Все элементы крепятся на подрамнике через мощные сайлент-блоки, что сильно увеличивает шумоизоляцию автомобиля от колес. Тем не менее езда по пересеченной местности (по неровностям и колдобинам) данной подвеске нежелательны, т.к. легко могут вывести ее из строя, а обслуживание данного вида подвесок относительно дорого.
Задняя независимая многорычажная подвеска Jaguar Х-Type
Самый простой способ создания независимой подвески — присоединение колеса к концу продольного рычага, который шарнирно прикрепляется к балке, прикрепленной поперек кузова автомобиля, фактически это конструкция подвески продольных рычагов.
Эта балка часто принимает форму поперечной трубы, которая действует как подрамник и воспринимает все боковые силы. Конструкция на продольных рычагах обеспечивает параллельность колес продольной линии автомобиля все время, не считая некоторого изгиба рычагов и деформации присоединительных втулок. Колеса наклоняются с углом развала, идентичным крену кузова на поворотах.
Некоторые конструкторы шасси приветствуют появляющееся при этом некоторое уменьшение силы сцепления задних шин, потому что появляется возможность уменьшения чрезмерной недостаточной поворачиваемости, хотя это и приводит к уменьшению общей силы сцепления на поворотах.
Втулки, которыми рычаги крепятся к балке сглаживают удары и вибрацию, передаваемую от колеса на кузов, ранее данный вид подвески использовался на автомобилях B-класса, что давало дополнительный объем под багажник и места пассажиров. Сейчас данная подвеска используется редко, вместо нее используют торсионную балку.
Задняя подвеска с продольными рычагами, вертикальными амортизаторными пружинными стойками.
Одна из наиболее широко распространенных в качестве задней подвески маленьких и среднеразмерных переднеприводных автомобилей, впервые появилась в середине 70-х.
Она состоит из двух продольных рычагов, соединенных с поперечной балкой, часть длины которой выполнена в виде небольшой буквы Н, которая сверху шарнирно прикрепляется к кузову, а колеса прикрепляются снизу. Сама поперечная балка полая внутри и может легко скручиваться, позволяя рычагам двигаться вверх и вниз независимо, в то время как остающаяся жесткость достаточна, чтобы удерживать рычаги на постоянном расстоянии.
Торсионная балка хороша с точки зрения пространственной эффективности, даже на небольших автомобилях можно сконструировать большой багажник и кузов для удобства пассажиров задних сидений. Она также дешева в производстве и обслуживании, легко устанавливается на автомобиль на сборочных линиях.
Один из самых больших недостатков: низкий комфорт пассажиров задних сидений из-за дополнительных вибраций, передаваемых на кузов от колеса и невозможность сделать «приличную» шумоизоляцию, что отрицательно сказывается на комфорт при езде на дальные расстояния.
Подвеска применяется на переднеприводных автомобилях ВАЗ начиная с 2108 и заканчивая Приорами.
Продольные связанные рычаги
Продольные рычаги, связанные поперечной балкой — одно из эволюционных направлений конструкторов, направленное на удешевление производства автомобилей (точно также, как и торсионная балка).
Как и с торсионной балкой, данная подвеска позволяет сделать большой кузов для пассажиров и багажник, она недорога в производстве и обслуживании, легко устанавливается на автомобиль.
Недостатки теже: тяжело сделать комфортной езду для пассажиров задних сидений на неровных дорогах. И вибрация, передаваемая от колеса через данную подвеску на кузов, что отрицательно сказывается на шумоизоляции.
Задняя подвеска Ford Fiesta
Из редко применяющихся подвесок, без сомнения старейшей является осевая балка, с каждой стороны которой установлено по колесу. (жесткий мост или зависимая подвеска)
Для улучшения управляемости, уменьшения крена кузова в поворотах и улучшения плавности хода часто вместе с осевой балкой устанавливается поперечная реактивная штанга (тяга Панара).
Основная задача данной подвески выдержать тяжелое бездорожье и большие нагрузки, также ее применяют для перевозки грузов и монтируют ее уже вместе с листовыми рессорами. Автомобили, на которые устанавливают данную подвеску, как правило не обладают скоростными качествами и комфортом, но обладают повышенной проходимостью.
Часто можно встретить на автомобилях с лонжеронной рамой, как задняя подвеска, применяется на автомобилях ВАЗ 2101 2102 2103 2104 2105 2106 2107.
На вездеходах, обычно, устанавливается спереди и сзади.
