Что такое зависимая и независимая подвеска автомобиля?

В статье:

• Что такое зависимая и независимая подвеска автомобиля?
• Принцип работы зависимой подвески
• Принцип работы независимой подвески
• Какая подвеска лучше?

Что такое зависимая и независимая подвеска автомобиля?

Подвеска представляет собой систему, связывающую кузов транспортного средства с колесами. Она призвана гасить удары и тряску, возникающие из-за неровностей дороги, и обеспечивать устойчивость машины в различных условиях.

Основными частями подвески являются упругие и гасящие элементы (рессоры, пружины, амортизаторы и резиновые детали), направляющие (рычаги и балки, соединяющие кузов и колеса), опорные элементы, стабилизаторы и различные соединительные детали.

Существует два основных типа подвесок - зависимая и независимая. Имеется в виду зависимость или независимость колес одной и той же оси во время движения по неровностям дорожного покрытия.

Зависимая подвеска. Колеса одной оси жестко связаны друг с другом и перемещение одного из них приводит к изменению положения другого. В простейшем случае состоит из моста и двух продольных рессор. Возможен также вариант на направляющих рычагах.

Независимая подвеска. Колеса на одной и той же оси не имеют связи друг с другом, и смещение одного не влияет на положение другого.

Принцип работы зависимой подвески

Если взглянуть на схему зависимой подвески, то можно заметить, что связь влияет на вертикальное перемещение колёс и на угловое их положение относительно плоскости дороги.

Когда одно из колёс перемещается вверх, то второе будет опускаться, поскольку упругие элементы и весь направляющий аппарат располагаются внутри колеи транспортного средства. Сжатие рессоры или пружины с левой стороны автомобиля разгружает кузов, соответственно правая рессора частично распрямляется, расстояние между кузовом и дорогой справа возрастает. Не всегда однозначно, поскольку картина будет искажена возникающими кренами кузова и многое зависит от высоты центра масс автомобиля и расстояния вдоль оси от рессоры или рычагов до колеса. Подобные эффекты, вызывающие валкость автомобиля и склонность его к поперечной раскачке, учитываются при расчёте подвесок.

Поскольку оба колеса находятся в параллельных плоскостях, если пренебречь искусственно создаваемыми углами развала, то наклон одного из них, например, влево вызовет аналогичный по углу у второго в ту же сторону. Но по отношению к кузову мгновенный угол развала изменится настолько же, но с противоположным знаком. Изменяющийся развал у колеса всегда ухудшает сцепление с дорогой, а при данной схеме это происходит сразу с обоими колёсами на оси. Отсюда и неудовлетворительная работа зависимых подвесок на больших скоростях при поперечных нагрузках в поворотах. И этим недостатки такой подвески не ограничиваются.

В роли рессоры в общем смысле этого слова могут выступать непосредственно типичные рессорные конструкции из разного материала и с различным количеством листов в наборе, в том числе и переменной жёсткости (с подрессорниками), а также пружины или аналогичные с ними по компоновке пневмобаллоны.

Рессорная подвеска. Рессоры могут располагаться продольно или поперечно, образовывать разные дуги, от четверти эллипса до полного. Классической давно стала подвеска на двух полуэллиптических рессорах, расположенных вдоль кузова. Прочие конструкции применялись ещё в первой половине прошлого века.

Свойства листовой рессоры таковы, что она имеет нормированную жёсткость в вертикальной плоскости, а во всех прочих, её деформацией можно пренебречь, поэтому такая конструкция не содержит отдельного направляющего аппарата. Весь мост крепится к раме или к кузову исключительно через рессоры.

В состав такой подвески входят:

• рессоры, содержащие один и более плоских металлических листов, иногда используются композитные материалы;
• хомуты, скрепляющие между собой рессорные листы у наборных конструкций;
• противоскрипные шайбы, снижающие трение и улучшающие акустический комфорт, располагаются между листами;
• подрессорники, представляющие собой дополнительные рессоры меньшего размера, вступающие в действие при выборе части хода подвески и изменяющие её жёсткость;
• стремянки, крепящие рессору к балке моста;
• передние и нижние кронштейны крепления с втулками или сайлентблоками, позволяющие компенсировать изменение длины рессоры при сжатии, иногда их называют серьгами;
• подушки-отбойники, предохраняющие листы от необратимой деформации при максимальном изгибе в конце рабочего хода.

Все зависимые подвески снабжены отдельно установленными амортизаторами, вид и расположение которых от типа упругого элемента не зависит.

Рессоры способны при небольшой деформации передавать от балки моста на кузов тянущее и тормозное усилия, предотвращать закручивание моста относительно собственной оси и противостоять боковым силам в поворотах. Но за счёт противоречивости требований по жёсткости в разных направлениях делают они всё это одинаково плохо. Но не везде это имеет принципиальное значение.

На тяжёлых многоосных автомобилях могут применяться подвески балансирного типа, когда одна пара рессор обслуживает две рядом расположенные оси, опираясь на них концами, а в центре укрепляется на раме. Это типичная для грузовиков подвеска со своими достоинствами и недостатками.

Пружинная зависимая подвеска. Роль упругого элемента выполняют цилиндрические пружины или пневмобаллоны, поэтому такому типу необходим отдельный направляющий аппарат. Он может быть разной конструкции, чаще всего используется система из пяти реактивных тяг, двух верхних, двух нижних и одной поперечной (тяги Панара).

Бывают и иные решения, например, из двух продольных тяг при одной поперечной, или с заменой тяги Панара на параллелограммный механизм Уатта, лучше стабилизирующий мост в поперечном направлении. В любом случае, пружины работают только на сжатие, а все моменты от моста передаются через реактивные тяги с сайлентблоками на концах.

Принцип работы независимой подвески

Независимые подвески получили широкое распространение в передних управляемых колесах легковых автомобилей, поскольку при их использовании существенно улучшается возможность компоновки моторного отсека или багажника и снижается возможность возникновения автоколебания колес.

В качестве упругого элемента в независимой подвеске обычно применяют пружины, несколько реже – торсионы и другие элементы. При этом расширяется возможность применения пневматических  упругих элементов. Упругий элемент, за исключением рессоры, практически не влияет на функции направляющего устройства.

Для независимых подвесок существует множество схем направляющих устройств, которые классифицируются по числу рычагов и расположению плоскости качания рычагов.  

В независимой передней подвеске рычажного типа, ступица колеса установлена двумя радиально-упорными коническими роликоподшипниками на цапфе поворотного кулака, который шкворнем соединен со стойкой. Между стойкой и поворотным кулаком установлен упорный шарикоподшипник.

Стойка резьбовыми втулками шарнирно соединена с верхним и нижним вильчатыми рычагами, которые, в свою очередь, связаны с осями, закрепленными на поперечинах рамы с помощью резиновых втулок. Упругим элементом подвески служит пружина, упирающаяся верхним концом через виброизолирующую прокладку в штампованную головку поперечины, а нижним – в опорную чашку, прикрепленную болтами к нижним рычагам. Вертикальные перемещения колес ограничены упором резиновых буферов в балку.

Телескопический гидравлический амортизатор двустороннего действия установлен внутри пружины и соединен верхним концом с поперечной рамой через резиновые подушки, а нижним концом – с нижними рычагами.

В последнее время широкое распространение получила подвеска типа «качающаяся свеча» - подвеска Мак-Ферсон. Она состоит из одного рычага и телескопической стойки, с одной стороны жестко связанной с поворотным кулаком, а с другой – закрепленной в пяте. Пята представляет собой упорный подшипник, установленный в податливом резиновом блоке, закрепленном на кузове.

Стойка имеет возможность покачиваться за счет деформации резинового блока и поворачиваться вокруг оси, проходящей через упорный подшипник  наружный шарнир рычага.

К преимуществам данной подвески можно отнести небольшое число деталей, меньшую массу и пространство в в моторном отсеке или багажнике. Обычно стойка подвески объединяется с амортизатором, а упругий элемент (пружина, пневмоэлемент) устанавливается на стойке. К недостаткам подвески Мак-Ферсон следует отнести повышенный износ направляющих элементов стойки при больших ходах подвески, ограниченные возможности варьирования кинематических схем и больший уровень шума (по сравнению с подвеской на двух поперечных рычагах.

Устройство и работа подвески Макферсон подробно описана ниже.

Подвеска с качающейся амортизаторной стойкой имеет кованый рычаг, к которому через резиновые подушки присоединено плечо стабилизатора. Поперечная часть стабилизатора резиновыми подушками и стальными скобами крепится к поперечине кузова. Таким образом, диагональное плечо стабилизатора передает на кузов продольные усилия со стороны колеса и, следовательно, составляет часть интегрированного рычага направляющего устройства подвески.  Резиновые подушки позволяют компенсировать перекосы, возникающие при качании такого составного рычага, а также гасят продольные вибрации, передаваемые от колеса на кузов.

Шток телескопической стойки закреплен на нижнем основании резинового блока верхней пяты и не поворачивается вместе со стойкой и установленной на ней пружиной. В таком случае при любых поворотах управляемых колес стойка также поворачивается относительно штока, снимая трение покоя между штоком и цилиндром, что улучшает реагирование подвески на малые дорожные неровности.

Пружина устанавливается не соосно стойке, а наклонена в сторону колеса для того, чтобы уменьшить поперечные нагрузки на штоке, его направляющей и поршне, возникающие под воздействием вертикального усилия на колесе.

Особенностью подвески управляемых колес является то, что она должна позволять колесу совершать повороты независимо от прогиба упругого элемента. Это обеспечивается с помощью так называемого шкворневого узла.

Подвески могут быть шкворневыми и бесшкворневыми:

1. При шкворневой подвеске поворотный кулак закреплен на шкворне, который установлен с некоторым наклоном к вертикали на стойке подвески. Для уменьшения момента трения в этом шарнире могут применяться игольчатые, радиальные и упорные шариковые подшипники качения. Наружные концы рычагов подвески связаны со стойкой цилиндрическими шарнирами, обычно выполненными в виде смазываемых подшипников скольжения. Основным недостатком шкворневой подвески является большое число шарниров. При качании рычагов направляющего устройства в поперечной плоскости невозможно достичь «антиклевкового эффекта» из-за наличия центра продольного крена подвески, так как оси качания рычагов должны быть строго параллельны.
2. Гораздо большее распространение получили бесшкворневые независимые подвески, где цилиндрические шарниры стойки заменены сферическими. В конструкцию данного шарнира входит палец с полусферической головкой, на него надет металлокерамический опорный вкладыш, работающий по сферической поверхности корпуса шарнира. Палец опирается на вкладыш из специальной резины с нейлоновым покрытием, установленный в специальной обойме. Корпус шарнира крепится к рычагу подвески. При повороте колеса палец поворачивается вокруг своей оси во вкладышах. При прогибах подвески палец совместно с вкладышем качается относительно центра сферы – для этого в корпусе имеется овальное отверстие. Этот шарнир является несущим, так как через него передаются вертикальные силы от колеса к упругому элементу, пружине, опирающейся на нижний рычаг подвески. Рычаги подвески крепятся к кузову либо посредством цилиндрических подшипников скольжения, либо с помощью резинометаллических шарниров, работающих за счет деформации сдвига резиновых втулок. Последние требуют смазывания и обладают виброизолирующим свойством.

Какая подвеска лучше?

Перед тем как ответить на этот вопрос, следует рассмотреть плюсы и минусы обеих видов подвесок.

Среди преимуществ зависимой подвески - высокая прочность и надежность конструкции, равномерное сцепление с дорожным полотном и повышенная устойчивость в поворотах, а также, неизменность клиренса, ширины колеи и других показателей положения колеса (весьма полезно на бездорожье).

Среди недостатков зависимой подвески:

• жесткость подвески способна вызывать дискомфорт во время езды по плохой дороге;
• пониженная управляемость автомобилем;
• трудоемкость регулировки;
• тяжеловесные детали значительно увеличивают неподрессоренную массу, что негативно сказывается на плавности хода и динамических характеристиках машины, а также увеличивает расход топлива.

Независимая подвеска и ее преимущества:

• повышенная комфортность езды, так как наезд одного из колес на неровность никоим образом не сказывается на другом;
• меньше риск перевернуться при попадании в серьезную яму;
• лучшая управляемость, особенно на высокой скорости;
• пониженная масса обеспечивает улучшенные динамические характеристики;
• широкие возможности регулировки для достижения оптимальных параметров.

К недостаткам можно отнести:

• из-за сложной конструкции сервис обойдется недешево;
• повышенная уязвимость при езде по бездорожью;
• ширина колеи и прочие параметры могут меняться в процессе эксплуатации.

Итак, что же лучше? Подвеска - один из наиболее часто ремонтируемых узлов машины. Это нужно учесть при выборе авто. Ремонт независимой подвески обойдется дороже, чем зависимой. К тому же, независимую, скорее всего, придется ремонтировать чаще.Не лишним будет поинтересоваться доступностью запчастей. Оригинальные детали надлежащего качества для иномарок, возможно, придется заказывать отдельно.

Для езды преимущественно по асфальту лучший вариант - передняя независимая подвеска и задняя зависимая. Для внедорожника или другого автомобиля, который предполагается эксплуатировать на бездорожье, оптимальным выбором будет зависимая подвеска - на обе оси или, как минимум, на заднюю. Мост не задержит большую часть грязи. А к деталям независимой подвески грунт и снег будут прилипать весьма активно. При этом даже с согнутым на горной дороге мостом машина останется на ходу. А вот поломка независимой подвески не позволит машине продолжить движение. Правда, в городских условиях управляемость при такой схеме будет не самой лучшей.

В последние годы производители стали оснащать некоторые машины подвесками, которые способны работать в нескольких режимах. Их электроника позволяет оперативно, на ходу изменять параметры в зависимости от дорожной обстановки. Если позволяют средства, стоит присмотреться к моделям, имеющим такую систему.