Между колесом и кузовом

Каждое транспортное средство имеет систему подвески, т.е. более или менее сложную систему, соединяющую кузов или несущую раму с колесами и обеспечивающую эффективное, комфортное и безопасное вождение. Вот краткий сборник знаний о том, чем характеризуются самые популярные системы подвески в легковых автомобилях и как они работают.

Раньше говорили, что машина стоит на колесах. И это правда в том смысле, что колеса находятся в непосредственном контакте с землей. Но подобно тому, как ноги человека являются лишь частью нижней конечности, так и колеса являются лишь конечным (и в то же время наименее сложным) элементом сложной системы, на которой держится основной корпус автомобиля. Эта система, широко известная как приостановка, должен справляться со многими экстремальными требованиями – перегрузками, возникающими как при разгоне, так и в условиях движения под нагрузкой и без нагрузки, должен справляться с движениями кузова, возникающими в результате прямолинейного и других направлений движения, минимизировать неудобства, вызванные ездой по неровным дорогам или даже в труднопроходимой местности, наконец, обеспечить комфорт и безопасность водителя и пассажиров транспортного средства.

Существует ли универсальный, способный идеально удовлетворить все эти требования и хорошо себя показать в любых условиях? Конечно нет. Автопроизводители разработали несколько проверенных и часто используемых решений, но каждое из них имеет свои преимущества и недостатки, являясь своего рода функциональным компромиссом.

Они пружинят, ведут и подавляют

В каждой подвеске можно выделить три основных узла: упругие элементы; направляющие и соединительные элементы и демпфирующие элементы.

Основная роль пружинных элементов заключается в т.н. неподрессоренные массы автомобиля (колеса, тормоза, мосты, некоторые элементы подвески) и сохранение высоты дорожного просвета. Эту функцию могут выполнять листовые рессоры, называемые также плоскими, спиральными (винтовыми) пружинами, торсионами, резиновыми или пластмассовыми пружинами, пневматическими системами.

С начала 70 века и до XNUMX-х годов наиболее часто используемым пружинным элементом в транспортных средствах, сначала конных, а затем механических, были рессоры, обычно полуэллиптической формы. Мы можем встретить их и сегодня, особенно в задней подвеске фургонов, пикапов и внедорожников с зависимой подвеской. Они дешевы, несложны, способны выдерживать значительные нагрузки и, кроме того, обладают одним важным свойством – могут быть самостоятельной подвесной системой, поскольку могут передавать усилия во всех трех направлениях. К сожалению, они обеспечивают довольно низкий комфорт вождения. Они выполнены в виде одного плоского стержня или пакета плоских стержней из пружинной стали, называемых перьями, соединенных между собой установочным винтом и хомутами.

Компоненты задней подвески автомобиля, которые в некотором роде произошли от листовых рессор, торсионы. Они имеют форму длинного стального стержня, трубы или пучка плоских стержней. Один конец торсиона крепится к раме или кузову автомобиля, а другой конец шарнирно соединен с рычагом управления. Вертикальные перемещения колеса вызывают угловое смещение коромысла и закручивание штока, который благодаря своей упругости действует на колесо автомобиля как традиционная пружина.

Однако в настоящее время производители автомобилей чаще всего используют пружинный элемент. спиральные пружиныизготавливается путем намотки стержня из пружинной стали вокруг цилиндрической, конусной или бочкообразной формы. Заглянув под шасси автомобиля, вы должны увидеть по одной массивной пружине на каждое колесо. Пружины имеют множество преимуществ: занимают мало места, имеют простую конструкцию и в то же время обладают лучшими рессорными свойствами и отличаются высокой универсальностью — они идеально подходят для повседневного использования, а также в автоспорте или бездорожье.

Важным пружинным элементом в подвеске является стабилизатор наклона. Чаще всего он имеет вид металлического стержня круглого сечения, согнутого по форме, похожей на букву U. Посередине крепится к корпусу, а концы соединяются с коромыслами или стойкой с помощью резины. рукава или так называемые звенья стабилизатора. В результате упругая реакция стабилизатора поперечной устойчивости снижает крены кузова при прохождении поворотов и раскачивание при проезде неровностей. Аналогичную роль играют реактивные стержни, которые могут устанавливаться поперечно (так называемые стержни Панара) или продольно.

Подавляющее большинство подвесок требуют использования дополнительных соединителей, способных передавать поперечные и косые усилия. И вот он появляется на сцене вахачкоторый сегодня является наиболее используемым направляющим элементом. Рычаги управления представляют собой шарнирные рычаги, которые позволяют колесам двигаться вертикально и передавать горизонтальные усилия. В зависимости от расположения оси их вращения рычаги управления можно разделить на: продольные (тянущие или толкаемые), поперечные или косые.

Еще одним ключевым элементом подвески являются амортизаторыкоторые представляют собой неразрывную пару с винтовыми пружинами. Они отвечают за гашение колебаний кузова на неровностях и за то, чтобы колесо оставалось в постоянном контакте с дорожным покрытием. Если бы их не было, машина раскачивалась бы как люлька на рессорах и отскакивала от дороги, как мячик. Система демпфирования косвенно влияет на работу таких систем безопасности, как ABS и ESP.

В настоящее время наиболее распространены телескопические амортизаторы (масляные и газомазутные), особенно телескопические, интегрированные с винтовой пружиной, т.н. Стойки МакФерсон. Во многих так называемых с полуактивной подвеской можно найти амортизаторы с регулируемой степенью демпфирования.

Большинство элементов подвески соединяются при помощи специальных шарниров и металлорезиновых втулок, широко известных как сайлентблоки.

Зависимо, самостоятельно или с балкой

По способу соединения отдельных элементов подвески и принципу их работы эти системы делятся на три основные категории: зависимые, независимые и полузависимые подвески с так называемыми торсионная балка.

Первый из этих типов исторически наиболее древний. Зависимая подвеска характеризуется тем, что колеса рассматриваемой оси жестко связаны друг с другом путем установки их на общий элемент, которым может быть неведущая балка оси или жесткая ведущая ось. Такое расположение означает, что когда одно из колес сталкивается с неровностями дороги и меняет положение, оно автоматически заставляет двигаться другое колесо.

Недостатками данного типа подвески, кроме не всегда желательного взаимодействия колес одной оси (хуже управляемости автомобиля на поворотах, легкого отрыва колес от поверхности), являются: большая масса соединительного элемента колес , особенно при наличии шестерни на оси, и необходимости найти большое пространство для вертикального перемещения моста, работающего в паре с колесами – сзади он занимает место для багажа, а спереди напрягает двигатель поднимается, что, в свою очередь, поднимает центр тяжести автомобиля.

Однако у зависимой подвески есть и преимущества: неподрессоренные массы малы, а сама подвеска конструктивно проста, прочна, способна нести большие нагрузки, поэтому их охотно применяют в грузовиках, автобусах и вездеходах. В зависимой подвеске часто можно встретить листовые рессоры. Другим решением являются винтовые пружины, взаимодействующие с торсионными стержнями.

В случае с легковыми автомобилями на передней оси чаще всего используются независимые подвески, а на задней — независимая или на основе торсионной балки. Но даже если у нас одинаковый тип подвески на обеих осях, они все равно не идентичны. Откуда это различие? Дело не в прихоти строителей. Нужно только учесть дополнительный фактор спереди — необходимость использования рулевой трапеции, которая позволит колесам поворачиваться.

W независимая подвеска каждое колесо автомобиля движется независимо от других. Это требует использования большего количества поперечных рычагов и джойстиков, но система не занимает много места и значительно улучшает комфорт и тягу автомобиля. Наиболее распространенные решения независимой подвески, применяемые на передней оси, — это система двойных поперечных рычагов, уже упомянутая стойка Макферсона или многорычажная (многорычажная) система.

Первый имеет самую старую метрику. Поворотный кулак крепится шаровой цапфой к двум поперечным поперечным рычагам: верхнему и нижнему. Рычаги подвески крепятся к раме или кузову и несут опорную функцию – один из рычагов подвески поддерживается пружиной и амортизатором, часто в виде стойки подвески в сборе. Этот тип подвески очень хорошо противодействует боковым наклонам кузова.

Однако самыми популярными являются колонки МакФерсон, названные в честь их изобретателя, американского конструктора Эрлеа С. Макферсонакоторый впервые применил свое умное изобретение в прототипе Chevrolet Cadet в 1946 году. Почему это решение так популярно? Он дешев, прост в конструкции, занимает мало места и очень эффективен. Основным элементом стойки McPherson является амортизатор с наложенной на него винтовой пружиной. Концы штока поршня амортизатора и пружины находятся в точке опоры в колесной арке (стакане).

Верхнее крепление амортизатора позволяет колонке вращаться вокруг своей оси, а значит и колесам. Его нижняя часть жестко крепится к поворотному кулаку, а поворотный кулак – посредством шаровой опоры с поперечным поперечным рычагом. В результате единая система одновременно выполняет рессорную и амортизирующую функции и направляет колеса. Слабыми сторонами Макферсонов являются: передача части вибраций от рулевой системы непосредственно на кузов, сильное трение в гнезде штока из-за вращения вокруг своей оси и то, что колесо не находится перпендикулярно земле на протяжении всей эксплуатации. спектр.

Многорычажная подвеска структурно это высшая стадия «развития» таких систем. Это довольно сложная комбинация продольных, боковых, наклонных и навесных рычагов. Единой схемы многорычажной подвески не существует, каждый производитель разработал свои патенты. «Многорычажка» обеспечивает минимально возможные изменения углов схождения и наклона под воздействием изменения нагрузки автомобиля и его движения. Проще говоря, даже при быстром прохождении поворотов автомобиль сохраняет высокую устойчивость и хорошее сцепление с дорогой. Он сочетает в себе высокий комфорт со спортивными ходовыми качествами, поэтому мы чаще всего встречаем их в автомобилях премиум-класса, особенно с большим весом. Владельцы таких автомобилей также имеют больший бюджет на ремонт и обслуживание, что имеет большое значение в данном случае, ведь многорычажная подвеска – за счет количества элементов и необходимости уменьшения неподрессоренной массы, что зачастую приводит к ее из легких сплавов – очень дорого. Количество преимуществ, однако, остается настолько большим, что многорычажные системы все чаще устанавливаются как на переднюю, так и на заднюю оси даже в автомобилях популярных марок.

Стоит отметить, что в категории независимых подвесок на задней оси разнообразие даже больше, чем в случае с передней подвеской. Помимо упомянутой многорычажной системы, применяются системы с наклонными, продольными и поперечными поперечными рычагами. Все эти элементы — как амортизаторы и пружины — каждый производитель монтирует немного по-своему.

Полунезависимая подвеска

В третьем типе – полузависимая подвеска – движение одного колеса минимально влияет на движение другого колеса на той же оси. К этой группе относятся, прежде всего, суспензии с торсионной балкой, состоящий из двух продольных рычагов, прикрепленных с одной стороны непосредственно к кузову, а с другой стороны с помощью одной поперечины.

Почему балка называется торсионной? Потому что он подвержен деформации, вызванной работой коромысла. Кроме того, он также действует как стабилизатор. Этот тип подвески остается очень простым по конструкции, достаточно эффективным, дешевым в изготовлении и ремонте, а также легким (маленькие неподрессоренные массы), занимает мало места (больший багажник) и имеет незначительные изменения углов развала под действием боковых силы.

Торсионная балка постоянно используется с 70-х годов, в основном в мини-, городских и компактных автомобилях. Особенно нравится французским и дальневосточным производителям. Из-за своей конструкции этот тип подвески может использоваться только на неведущей оси.

Подвеска с торсионной балкой также имеет ряд недостатков: взаимодействие движений колес друг с другом, высокие крутящие и касательные напряжения на балке и, как следствие, высокие нагрузки на сварные швы, плохая изоляция кузова от вибраций. и шум из-за неровных поверхностей.

Пневматика, бездорожье, спорт

Есть еще один тип подвески – непревзойденный по комфорту: пневматическая подвеска. Независимо от нагрузки параметры пружины и, следовательно, дорожный просвет остаются неизменными. В некоторых случаях штатный дорожный просвет может быть увеличен, что имеет большое значение для внедорожников и внедорожников. Кроме того, амортизаторы в пневматической системе часто имеют электронно-управляемые характеристики демпфирования (постепенные или бесступенчатые), что позволяет, например, выбрать комфортный режим при спокойной езде и спортивный режим при более динамичной езде.

В пневматической подвеске традиционные пружинные элементы заменены специальными резиновыми мешками, называемыми мехи, заполненный компрессором сжатым азотом или воздухом. Сильфоны часто интегрированы с пневматическими рессорами, их поршни соединяются с коромыслами, а они соединяются с колесами. Уравнительный клапан, связанный с движением коромысла, обеспечивает постоянную высоту подвески. Когда подвеска нагружена и сжата, система нагнетает дополнительный воздух и выпускает его по мере расширения системы подвески. Иногда пневматическая подвеска доступна только на задней оси, например, в некоторых моделях универсал, и тогда ее называют нивомат. Пневмоподвески очень чувствительны к неправильному использованию и обслуживанию, и стоимость их ремонта обычно высока.

Раскрытие пневматического состояния адаптивная подвеска, в котором фактический дорожный просвет зависит от скорости движения — например, при ускорении дорожный просвет уменьшается, чтобы опустить центр тяжести. Вишенка на торте однако гидропневматикакоторым славится бренд Citroën. Французы впервые применили гидропневматическую подвеску в 1954 году в задней подвеске Traction Avant 15 Six H и разработали ее на технологически революционном DS и его преемниках: SM, CX, BX, XM, Xantia, C5 и C6.

Несмотря на сменяющие друг друга поколения гидропневматики и фирменные решения других производителей автомобилей, общий принцип гидропневматической пружины подвески и амортизирующей стойки по-прежнему аналогичен решению, которое мы изучили в DS. В подвеске нет привычных компонентов, таких как амортизаторы, пружины, рессоры или торсионы. Вместо этого на каждом колесе у нас есть система давления в виде металлического шара (сферы), наполовину заполненного сжатым газом и наполовину гидравлической жидкостью и разделенного диафрагмой. Шар прикреплен к алюминиевому цилиндру со стальным поршнем в центре. Рычаги подвески соединены со штоком поршня, работа которого заставляет масло течь в цилиндр, затем жидкость давит на газ, который сжимает его и, следовательно, гасит вертикальное перемещение, вызванное наездом колеса на неровности. Различные типы датчиков и клапанов с электронным управлением играют очень важную роль в правильной работе гидропневматики.

Напоследок еще несколько слов о специфике подвески для бездорожья и автоспорта. Уход за ним и приспособление к поставленным перед ним задачам — одна из важнейших задач, стоящих перед владельцами внедорожников, а также спортивных и гоночных автомобилей.

W внедорожник Зависимая подвеска лучше всего работает на жестких осях, подрессоренных винтовыми пружинами. Традиционная подвеска на листовых рессорах мало чем ей уступает. Не менее важно, как вы отрегулируете «шарниры». В обычном автомобиле, а также в популярных внедорожниках очень мягкая длинноходная подвеска вообще считается недостатком. В полевых условиях все наоборот – правильно продуманная кривизна оси, т.е. возможность большого хода данного колеса по отношению к шасси или другому колесу той же оси, существенно влияет на смелость автомобиля.

W спортивные автомобили подвески ужесточены, а комфорт имеет второстепенное значение. Тяга и сцепление на счету. На ходовые качества данного автомобиля также влияет дорожный просвет. Это связано с центром тяжести автомобиля. Чем он ниже, тем быстрее и стабильнее мы можем проходить повороты. Поэтому в спортивных автомобилях часто можно встретить койловерные подвески, в которых особая конструкция пружин позволяет легко регулировать дорожный просвет автомобиля, а в более продвинутых — еще и жесткость подвески. Важна и ширина колеи — чем больше колесо, тем лучше сцепление на поворотах.

Неисправности подвески могут вызвать преждевременный износ шин, подвески и рулевых шарниров, ступичных подшипников и элементов крепления кузова, а также увеличение тормозного пути.

Именно поэтому стоит знать, как работает система подвески в нашем автомобиле, из каких элементов она состоит и заботиться о ее должной работоспособности на постоянной основе. Состояние подвески до сих пор недооценивается в нашей стране, хотя она является одним из ключевых, постоянно работающих узлов автомобиля, и от него во многом зависит наша безопасность.