Между кузовом и колесами: что нужно знать о современных подвесках

0
2751
suspension

Зачем искривляют пружины, бывает ли газ в амортизаторах, чем плох McPherson и о многом другом.

Авторы Михаил Колодочкин и Алексей Ревин

Подвеска – это весь набор деталей и узлов, соединяющих кузов или раму автомобиля с колесами. У телеги подвески по сути нет – поэтому трясет на ней неимоверно. Упругие и амортизирующие элементы начали появляться на дорогих колесных экипажах – и над их совершенствованием конструкторы работают до сих пор, уже применительно к автомобилю. Подвеска должна сочетать, казалось бы, несочетаемое – комфорт и управляемость, дешевизну и надежность. Да чего нынче дошел подвесочный прогресс? Разбираемся в вопросах и ответах.

Почему говорят, что газовые амортизаторы, по сути, – тоже жидкостные?

Чисто газовые амортизаторы (или, правильнее, упоры) на многих машинах поддерживают дверь багажника или капот. В них жидкости нет: при закрывании мы просто сжимаем газ. А в подвеске шток амортизатора ходит вверх-вниз в жидкости. При этом она проходит сквозь небольшие отверстия, и гидравлическое сопротивление гасит колебания. Плотность жидкости на несколько порядков выше плотности воздуха. Чтобы амортизатор с рабочим телом в виде воздуха, пусть даже сжатого, мог гасить колебания так же эффективно, его размеры должны быть как у самого автомобиля.

В ранних конструкциях амортизаторов после заправки их жидкостью оставляли воздушную полость для компенсации изменения внутреннего объема, вызванного входом внутрь штока. Затем в эту полость стали закачивать газ под небольшим давлением 3–4 бара. Это уменьшило вспенивание жидкости и кавитацию на клапанах. Вскоре разработали амортизаторы с большим внутренним давлением – до 10 и даже 20 бар. Но давление меняет только порог кавитации. А ощущение мягкости амортизатора при низком подпоре газа возникает из-за множества пузырьков в жидкости, которое облегчает прохождение дросселирующих отверстий.

Верно ли, что низкопрофильная резина убивает подвеску?

Верно. При движении автомобиля по разбитой дороге часть возмущений, возникающих от неровностей дороги, берут на себя шины, а другую часть вынуждена гасить подвеска. Чем меньше «примут» шины, тем больше достанется подвеске. Шины способны гасить колебания прежде всего от небольших неровностей, то есть высокочастотные – их гораздо лучше отфильтровывает высокопрофильная резина.

Для чего в подвеске используют алюминиевые рычаги? Они же хрупкие.

Конечно, детали из сплавов алюминия, даже отлитые под давлением, имеют большую хрупкость, чем стальные, которые буквально можно завязать узлом. Но даже в краш-тестах очень прочные рычаги подвески не нужны. Важно, чтобы они держали расчетную нагрузку. Преимуществом алюминиевых рычагов является меньшая масса. Это снижает неподрессоренную массу, что полезно как для плавности хода, так и для управляемости.

suspension
В борьбе за снижение неподрессоренной массы на сравнительно бюджетном автомобиле Chevrolet Cruse применен даже алюминиевый поворотный кулак

Что дает задняя подруливающая подвеска?

Пассивная подруливающая подвеска при помощи сложной кинематики и эластокинематики (программируемой деформации сайлент-блоков) при крене автомобиля в повороте доворачивает задние колеса в ту же сторону, что и передние, только на небольшой угол. Это уменьшает стремление автомобиля к заносу, опрокидыванию и повышает безопасность.

suspension

А вот активная подруливающая подвеска обеспечивает поворот задних колес электроприводом по команде электронного блока, который использует информацию о положении рулевого колеса. На небольших скоростях задние колеса поворачивают в сторону, противоположную повороту передних колес, что обеспечивает уменьшение радиуса поворота автомобиля. На больших скоростях доворот задних колес происходит в ту же сторону, что и передних: так возрастает устойчивость.

suspension

Автомобили с управляемым клиренсом – меняется ли в них при этом ход подвески?

Всем нравится, когда автомобиль с системой регулировки дорожного просвета привстает «на цыпочки» для проезда крупных неровностей или приседает на заднюю ось при загрузке багажника. Полный ход подвески при этом не меняется, потому что буферы сжатия и отбоя никуда не смещаются. Но соотношение ходов сжатия и отбоя будет уже другое: в поднятом положении уменьшается ход отбоя, а в пониженном сокращается ход сжатия.

suspension

Правда ли, что на популярном некогда Мерседесе W124 спереди не было пружин?

Неправда, хотя передняя подвеска W124 действительно имеет интересную схему. Вроде бы налицо характерные черты Макферсона: один рычаг снизу, от поворотного кулака к чашке кузова идет амортизатор с толстым, прочным штоком. Но при этом пружина на амортизатор не нанизана. Она установлена ближе к продольной оси автомобиля между опорой, приваренной к брызговику кузова, и рычагом. Поэтому назвать подвеску качающейся свечой нельзя. Встречались и конструкции, где схема McPherson работала с торсионами или поперечной композитной рессорой.

Почему при попадании колеса на препятствие руль дергает в эту сторону?

Дело в том, что плоскость вращения колеса расположена дальше от середины автомобиля, чем ось, вокруг которой колесо поворачивается. При шкворневой подвеске это реальная ось поворота – шкворень, а в подвеске с шаровыми опорами она воображаемая, проходящая через центры шаровых. Если продлить ось до земли, то мы увидим плечо обкатки – расстояние от точки, где она «входит» в поверхность, до плоскости вращения колеса R0.

suspension

Плечо обкатки может быть положительным (ось ближе к середине машины) и отрицательным, обычно лежит в пределах плюс-минус 20 мм, но редко бывает нулевым. Говоря упрощенно, когда при резком росте сопротивления движению колеса (выступ или яма), возникает продольная сила, на плече обкатки момент сил поворачивает колесо. Усилители руля любых типов сглаживают это явление. На профессиональных внедорожниках ставят демпфер.

Зачем выпендриваются с пружинами – переменное сечение, бочкообразные, конусообразные?..

Цилиндрическая витая пружина имеет линейную зависимость усилия от деформации: её жесткость не зависит от того, насколько нагружен автомобиль. Поэтому подвеска компромиссна – слишком жестка при пустом автомобиле и чересчур мягка при полной загрузке. Коническая или бочкообразная форма пружине придается для получения переменной жесткости. Витки большего диаметра сжимаются более охотно, чем навитые с меньшим диаметром. На пустой машине больше работают первые, на загруженной – вторые. Этой же цели служит и переменный диаметр прутка. Очевидно, что участки из тонкого прутка будут сжиматься при меньшей нагрузке, а при её увеличении вступят в работу участки с большим диаметром. А переменный шаг витка помогает в устранении резонансных колебаний.

Почему у современных автомобилей не регулируют сход-развал? Даже мастерских таких стало меньше.

Регулируют, но проще, быстрее и в меньших объемах. Нынче точность изготовления кузовов по сравнению с автомобилями прошлого века гораздо выше. Точки крепления элементов подвески к кузову выполнены с точностью до миллиметра. Это позволяет получить при сборке заданные углы развала и кастера (угла продольного наклона оси поворота колеса) автоматически. Остается отрегулировать схождение колес – эту операцию никто не отменял. При независимой подвеске у задних колес на заводе-изготовителе порой регулируют развал.

Тем не менее, при эксплуатации углы установки колес необходимо контролировать, особенно после ударов колесами о бордюр или попадания в яму. Могли быть деформированы детали подвески либо кузов. Нарушение углов приведет к снижению устойчивости и управляемости автомобиля, а также к быстрому износу шин. Умельцы научились регулировать даже «нерегулируемые» углы – например, смещением отверстий, к которым крепятся элементы подвески в деталях кузова.

Почему так распространена подвеска McPherson? Есть ли у неё минусы?

Это самый дешевый тип подвески, потому что в ней минимум деталей. Это поперечный рычаг, поворотный кулак и амортизаторная стойка. Чаще всего добавляется ещё стабилизатор поперечной устойчивости. Подвеска McPherson отличается простотой и малой массой. Она компактна и оставляет достаточно места для размещения силового агрегата поперек автомобиля.

Есть и недостатки. Если подвеска часто работает «на пробой» на плохих дорогах, то со временем могут образоваться усталостные трещины в точках крепления стоек. В том числе и поэтому на внедорожники подвеску McPherson не ставят. Не используют её и в спортивных автомобилях, и вообще в машинах с претензией на изысканную управляемость – из-за недостаточно точной кинематики и значительного изменения углов при ходах колеса.

Зачем перед проездом «лежачего полицейского» рекомендуют сначала тормозить, а потом слегка ускоряться?

Подобный алгоритм позволяет сначала сжать переднюю подвеску, а затем, с прибавлением скорости, разжать – и как бы «влететь» на препятствие в фазе приподнятия передней части автомобиля. Это позволяет ослабить удар. Однако такой способ требует тренировки – важно успеть отпустить педаль тормоза перед наездом на препятствие.

suspension

Фирма Citroёn в середине XX века применяла решение, позволявшее полностью ликвидировать рывок руля при наезде на препятствие. Ось, проходящая через шаровые опоры, совпадала с серединной плоскостью колеса: плечо обкатки было нулевым.

suspension

Это обеспечивало полную нечувствительность к ударам колес. Но для этого пришлось разместить тормозные механизмы возле коробки передач: тормозные диски в колесах уже не помещались. ЗР

suspension

ЗА РУЛЕМ № 08 2021

Недодумали: что бесит в современных автомобилях

Турбомоторы: глушить сразу или дать остыть?

Просто добавь воды? Коротко о том, как не навредить двигателю

Предыдущая статьяCitroen поманил клиентов кроссовером за $10 тысяч
Следующая статьяКроссовер Toyota RAV4 удивил Европу незнакомой версией