Подвеска автомобиля. Устройство и назначение
В статье:
- Понятие подрессоренных и неподрессоренных масс
- Назначение
- Устройство и основные составные части
- Направляющие механизмы
- Упругие элементы
- Демпфер колебаний
- Стабилизатор поперечной устойчивости
- Крепежные элементы
- Заключение Автомобильная подвеска связывает между собой несущую часть машины с колесами. Фактически это система подрессоривания, включающая в себя ряд деталей и узлов. Суть ее в том, чтобы принимать на себя воздействие различных возникающих в процессе движения по дороге сил и делать связь кузова и колес упругой.
Подвески — передняя и задняя — наряду с рамой, балками мостов и колесами составляют ходовую часть автомобиля.
Ряд характеристик транспортного средства непосредственно определяется типом и конкретным конструктивным исполнением подвески. Среди основных таких параметров — управляемость, устойчивость, а также плавность хода.
Понятие подрессоренных и неподрессоренных масс
Неподрессоренную массу составляет совокупность элементов, непосредственно воздействующих своим весом на дорогу. Это в первую очередь колеса и напрямую соединенные с ними детали подвески и тормозные механизмы.
Все остальные узлы и детали, чей вес передается на дорогу через подвеску, составляют подрессоренную массу.
Соотношение подрессоренной и неподрессоренной массы очень сильно сказывается на ходовых качествах машины. Чем меньше масса неподрессоренных элементов относительно подрессоренных, тем лучше управляемость и плавность хода. В некоторой степени это также улучшает динамику автомобиля.
Слишком большая неподрессоренная масса может вызвать повышенную инерционность подвески. В этом случае езда по дороге с волнообразными неровностями способна привести к повреждению заднего моста и серьезной аварийной ситуации.
Почти все элементы подвески относятся к неподрессоренной массе автомобиля. Понятно поэтому стремление инженеров снизить тем или иным способом массу подвески. С этой целью конструкторы стараются уменьшить габариты деталей или используют вместо стали более легкие сплавы. Каждый выигранный килограмм понемногу улучшает ходовые характеристики автомобиля. Того же эффекта можно добиться, увеличивая подрессоренную массу, но для этого придется добавлять весьма существенный вес. Для легковых автомобилей соотношение составляет примерно 15:1. К тому же, увеличение общей массы ухудшает разгонную динамику.
Назначение
С точки зрения комфорта
Находящийся в движении автомобиль постоянно колеблется. При этом можно выделить относительно низкочастотные и высокочастотные колебания.
С точки зрения комфорта количество колебаний кузова в минуту должно быть в интервале от 60 до 120. Подвеска рассчитывается таким образом, чтобы частота собственных колебаний подрессоренных масс сохранялась в указанных пределах.
Кроме того, из-за применения шин и других упругих элементов неподрессоренные массы испытывают колебания более высокой частоты — порядка 600 в минуту. Конструкция подвески должна сводить такие колебания к минимуму, чтобы они не ощущались в салоне.
И конечно, во время движения неизбежны удары и толчки, интенсивность которых зависит от состояния дорожного покрытия. Эффективная борьба с воздействием тряски, возникающей из-за неровностей дороги, — одна из важных задач подвески.
С точки зрения управляемости
Транспортное средство должно сохранять заданное направление движения и при этом легко менять его по воле водителя. Одна из функций подвески — обеспечение достаточной стабилизации управляемых колес, чтобы автомобиль продолжал прямолинейное движение независимо от случайных ударов, которые возникают из-за дефектов дорожного покрытия.
При наличии хорошей стабилизации управляемые колеса возвращаются в нейтральную позицию практически без участия водителя, и машина движется по прямой, даже если не держать руль.
То, каким образом колеса смещаются по отношению к дороге и кузову, определяется во многом кинематикой подвески.
С точки зрения безопасности
Подвеска должна обеспечивать оптимально сцепление шин с дорожным полотном, чтобы пятно контакта в процессе движения оставалось постоянным. Динамическое изменение установочных параметров (развал-схождение и др.), а также геометрии подвески должно быть минимальным. Особенно это касается проезда неровностей дороги и прохождения поворотов. Конструкция должна предусматривать элементы, которые уменьшают крен и минимизируют вероятность заноса и опрокидывания машины, иными словами, обеспечивают достаточную устойчивость.
Устройство и основные составные части
Автомобильная подвеска обычно состоит из направляющих механизмов, упругих элементов, демпфера колебаний, стабилизатора поперечной устойчивости, а также крепежных деталей, регулирующих и управляющих устройств.
Направляющие механизмы
Это прежде всего различные рычаги, о которых можно подробнее почитать здесь, а также всевозможные тяги, стойки, растяжки. От них зависит, каким образом и в каких пределах, возможно перемещение колес по различным осям и в различных плоскостях. Кроме того, они передают тяговые и тормозные усилия, а также боковые воздействия, например, во время поворота.
В зависимости от типа применяемых направляющих механизмов все подвески можно разделить на два больших класса — зависимые и независимые.
В зависимой оба колеса одной оси жестко соединены одно с другим посредством моста (поперечной балки). При этом смещение одного из колес, например, при проезде ямы вызовет аналогичное смещение другого.
В независимой подвеске подобная жесткая связь отсутствует, поэтому вертикальные смещения или наклоны одного колеса практически не сказываются на других.
Оба класса имеют свои преимущества и недостатки, которые определяют сферу их применения. Что касается легкового автотранспорта, то здесь явный перевес оказался на стороне независимых подвесок. Хотя на задней оси во многих случаях по-прежнему устанавливают зависимую, изредка можно встретить также полунезависимую торсионно-рычажную систему.
На передней оси зависимая подвеска, благодаря высокой прочности и простоте конструкции, по-прежнему актуальна на грузовиках, автобусах и некоторых внедорожниках.
Сравнению зависимой и независимой систем посвящена отдельная статья.
Конструкция может включать в себя различное количество рычагов, и располагаться они могут по-разному. По этим признакам можно выделить однорычажные, двухрычажные и многорычажные подвески с продольным, поперечным или косым расположением.
Упругие элементы
К ним относятся пружины, торсионы, различного типа рессоры, а также резинометаллические шарниры (сайлентблоки), благодаря которым рычаги и рессоры обладают подвижностью. Упругие элементы принимают на себя удары при наезде на неровности дороги и значительно смягчают их воздействие на кузов, мотор и другие узлы и системы автомобиля. И конечно, они повышают уровень комфорта для тех, кто находится в салоне.
Чаще всего в конструкции независимой подвески используются цилиндрические витые пружины, изготовленные из специальной пружинной стали по особой технологии. Такие упругие элементы надежны, не нуждаются в уходе и при этом позволяют получить наилучшую плавность хода. В легковом автотранспорте пружины практически полностью вытеснили рессоры.
На рисунке представлено схематичное устройство пружинной подвески с двумя поперечными рычагами.
В пневматической подвеске в качестве упругого элемента применяются пневмобаллоны. За счет изменения давления газа в баллоне в таком варианте имеется возможность оперативно регулировать жесткость системы, а также величину дорожного просвета. Автоматическая адаптация достигается благодаря системе датчиков и электронному блоку управления. Однако стоимость такого устройства весьма высока, и его устанавливают только на автомобили элитного класса. К тому же, адаптивная пневматическая подвеска очень сложна и дорога в ремонте и в то же время довольно уязвима на плохих дорогах.
Демпфер колебаний
Его роль выполняет амортизатор. Он призван гасить колебания, возникающие из-за применения упругих элементов, а также резонансные явления. При отсутствии амортизатора колебания в вертикальной и горизонтальной плоскостях значительно снижают управляемость и в некоторых случаях могут привести к аварийной ситуации.
Очень часто демпфер объединен с упругими элементами в одно устройство — амортизационную стойку, которая выполняет сразу несколько функций.
Стабилизатор поперечной устойчивости
Эта деталь устанавливается как на передней, так и на задней оси. Она предназначена для уменьшения бокового крена при прохождении поворота и снижения вероятности опрокидывания машины.
Более подробно с устройством и принципом работы стабилизатора поперечной устойчивости можно ознакомиться здесь.
Крепежные элементы
Для соединения деталей подвески с рамой и между собой используются крепления трех типов — болтовое, с помощью шаровых опор и посредством эластичных элементов (резинометаллические шарниры и втулки). Последние, кроме выполнения своей основной задачи, способствуют еще и снижению уровня шума, поглощая вибрации в определенном спектре частот.
Обычно в конструкции предусмотрены также ограничители хода рычагов. Когда автомобиль проезжает значительную неровность, резиновый отбойник примет на себя удар прежде, чем амортизатор достигнет своего верхнего или нижнего предела. Таким образом предотвращается преждевременный выход из строя амортизатора, его верхней опоры и нижнего сайлент-блока.
Заключение
Тема автомобильных подвесок слишком широка, чтобы можно было осветить все ее аспекты в одной статье. К тому же, инженеры-конструкторы постоянно работают над совершенствованием уже имеющихся устройств и разрабатывают новые. Наиболее перспективное направление — системы с автоматической адаптацией к конкретным дорожным условиям. Кроме уже упоминавшихся пневмобаллонов применяются, например, регулируемые стабилизаторы поперечной устойчивости, которые способны изменять свою жесткость по сигналу ЭБУ.
В ряде автомобилей устанавливают регулируемые амортизационные стойки, изменяющие жесткость подвески благодаря работе электромагнитного клапана.
В гидропневматической подвеске роль упругих элементов выполняют сферы, отдельные изолированные секции которых наполнены газом и жидкостью. В системе Hydractive гидропневматическая сфера является частью амортизационной стойки.
Однако все эти варианты отличаются высокой стоимостью, поэтому большинству автолюбителей приходится довольствоваться оптимальными на сегодняшний день системами МакФерсона и пружинной с двумя поперечными рычагами.
От проблем на наших дорогах никто не застрахован, поэтому не лишним будет ознакомиться с признаками возможных неисправностей ходовой части. И обязательно почитайте, как уберечь подвеску на плохой дороге.
