Из чего состоит подвеска автомобиля

Краткий обзор видов подвесок

Ассортимент зависимых подвесок включает пять конструктивных исполнений. Среди них различают:

на поперечной рессоре,
на продольных рессорах,
с направляющими рычагами,
с дышлом и типа «Де Дион».

Арсенал независимых подвесок намного шире. Сюда относятся такие системы, как: с качающимися полуосями, на продольных рычагах (пружинные и торсионные), на косых рычагах, на продольных и поперечных рычагах, на двойных продольных рычагах, на двойных поперечных рычагах (параллелограммная пружинная и торсионная), рессорные, пневматические и гидропневматические, «качающаяся свеча», «МакФерсон» и торсионно-рычажная с сопряженными рычагами.

Устройство торсионов

Классификация

Существует также еще несколько критериев классификации подвески по тем или иным признакам. Например, по конструкции связи колес с упругими элементами различаются: маятниковая, построенная на продольных рычагах, а так же подвеска с поперечными рычагами может быть одно-, двух- и многорычажной. Существует также телескопическая связь между колесами и упругими элементами.

Разновидности по управляемости

По управляемости подвеска бывает активная (управляемая) и неуправляемая (пассивная), а также полуактивная, с помощью которой допускается регулировать клиренс (дорожный) просвет. По способу соединения элементов подвески с рамой (кузовом) автомобиля различается жесткая и мягкая (упругая и эластичная), а также полужесткая (тракторная).

Применяемость инженерно-технологических решений

Следует отметить, что некоторые виды подвесок легковых машин уже не используются в связи с их несовершенством, а некоторые используются в очень крайних случаях. Трудно также отследить четкую закономерность применения автопроизводителями того или иного вида подвески в конструкции своих автомобилей. Возможно, определяющим фактором являются личные симпатии инженерного состава компании.

Устройство многорычажки Super Strut

Во всяком случае, если при изготовлении грузовых автомобилей преимущественно используется рессорная конструкция, то производители легковых автомобилей предлагают более разнообразные системы подвесок своих машин. В частности, в качестве передней подвески чаще всего используется однорычажная независимая конструкция на основе стойки МакФерсона или реже Super Strat. В конструкции задней подвески применяется независимая многорычажная или торсионная балка.

Другие варианты

Есть и другие разновидности.

Подвеска с качающимися полуосями – здесь вместо одной используются две полуоси. Каждая из них крепится к шасси посредством шарнира. За счет этого колесо принимает перпендикулярное положение по отношению к полуоси. При вхождении в повороты боковые силы будут стремиться подбрасывать транспортное средство, что отрицательно влияет на устойчивость автомобиля. По этой причине такой подвеской оснащаются, в основном, грузовые машины.
Подвеска Дюбоне – такой тип использовался на автомобилях в первой половине ХХ столетия. На каждом борту корпуса присутствовал рычаг с реактивной тягой, который оказывал воздействие на пружину. Сама тяга соединялась с кожухом, где находилась пружина, передававшая усилия при торможении. Поскольку из кожуха то и дело вытекала жидкость, данный тип не прижился.
Продольные рычаги – у данного типа подвески автомобилей каждое колесо на одной оси с двух сторон крепится к рычагу, который жестко соединен с рамой. При таком типе подвески меняется лишь колесная база, а колея остается прежней. Однако устойчивость в этом случае не очень хорошая, а колеса могут поворачиваться вместе с корпусом. В итоге это отрицательно сказывается на сцеплении шин с дорогой. В ходе движения автомобиля вся нагрузка воспринимается продольными рычагами, из-за чего подвеске не хватает жесткости и утяжеления. Что касается плюсов – есть возможность для увеличения пространства салона за счет ровного пола.
Косые рычаги – по сути, это усовершенствованная версия системы на продольных рычагах. Она актуальна для ведущей оси. Благодаря такой конструкции вероятность изменения ширины между колесами сводится к минимуму. В то же время оказывается влияние кренов на наклон колес. Если при вхождении в поворот повысить подачу топлива, задняя часть кузова автомобиля чуть приседает, из-за чего происходит развал передних колес. При снижении подачи топлива все происходит наоборот: передняя часть корпуса становится ниже, а задняя – приподнимается.

Существует еще один тип подвески автомобилей – Де Дион, который разработан Альбертом Де Дионом. Его особенность – картер главной передачи крепится к самому корпусу автомобиля и отделен от балки моста. Крутящий момент от силового агрегата также передается на ведущие колеса через полуоси. Такой вариант позволяет оптимизировать массу транспортного средства. Многие инженеры останавливают свой выбор на подвеске Де Дион в целях облегчения заднего моста.

Однако и здесь есть свои минусы – интенсивный разгон или торможение приводит к раскачиванию автомобиля. То есть на старте авто приседает и «клюет носом» при торможении. Для устранения подобного нежелательного эффекта стали использовать дополнительные направляющие элементы.

На двойных рычагах

Появившись в 30-х годах, подвеска на двойных рычагах до сих пор остается неизменным компонентом спортивных автомобилей. Колесо в ней удерживается на двух поперечных рычагах, крепящихся к подрамнику или непосредственно к кузову. Преимущество такой конструкции – очень широкие возможности для настройки. Например, варьируя угол наклона рычагов, можно задавать высоту поперечного крена, а выбирая их длину – управлять изменением колеи и развала.

Как правило, верхний рычаг делают короче нижнего, что позволяет при минимальном расширении колеи придавать колесам отрицательный развал в ходе сжатия, проще говоря, сделать так, чтобы сжимаясь, подвеска «заваливала» верх колеса внутрь. Тогда в повороте нагруженное внешнее колесо оказывается гораздо ближе к вертикали, поскольку отрицательный развал частично компенсирует наклон колеса вместе с кузовом. Конечно, в этом тоже есть негативная сторона – меняющийся развал ухудшает условия работы покрышек в момент торможения, когда подвеска тоже сжимается. А потому конструкторам приходится размышлять и над продольным наклоном рычагов – при их определенном положении подвеска может активно препятствовать клевку на торможении.

Большим преимуществом также является возможность получения высокого центра крена. Его можно расположить на любой высоте, хотя с некоторого момента этот подъем вызывает непостоянство колеи на ходе сжатия.

Из-за относительно большой высоты двухрычажная подвеска чаще всего применяется на передней оси. Впрочем, ее можно сделать и компактнее, но для этого рычаги уже нужно крепить к прочному подрамнику, так как при их сближении возрастает усилие на опоры.

* продолжение темы – начало см. «Драгоценные подвески»

Как появилась подвеска

Первые попытки сделать передвижение на транспортном средстве мягче были предприняты инженерами еще при конструировании карет. Первоначально, колесные оси жестко крепили к корпусу, что передавало все неровности дорожного полотна в салон и, соответственно, отражалось на комфорте пассажиров. Чтобы поездка прошла более приятно, на сиденья клались мягкие подушки. Первым прототипом современной подвески можно назвать применение эллиптических рессор. Чуть позже аналогичный механизм стали использовать и в первых автомобилях. Однако рессора стала полуэллиптической и могла размещаться поперечно. Такая система негативно влияла на управляемость транспортным средством даже на низких скоростях. Поэтому было принято решение устанавливать рессоры на каждое колесо и продольно.

Назначение подвески автомобиля

Подвеска автомобиля – это набор тесно работающих друг с другом устройств, основная функциональная особенность которых является обеспечение упругой связи, подрессоренной с не подрессоренной массой. Кроме того, подвеска облегчает нагрузку на подрессоренную массу, равномерно распределяя динамику по всей конструкции. Среди наиболее основных узлов, в подвеске современного автомобиля выделяют:

упругий элемент – обеспечивает более плавный ход, так как снижает воздействие вертикальной динамики на массу;
демпфирующий элемент – получаемые в процессе нагрузок колебания, переводит в тепловую энергию, тем самым нормализуя динамику езды (по-другому называется «автомобильный амортизатор»);
направляющий элемент – производит обработку боковой и продольной кинетики на перемещающиеся колеса автомобиля.

Независимо от типа подвески и конструкционных отличий автомобиля, общее предназначение подвески заключается в гашении поступающих вибраций и шумов, а также сглаживании колебаний, возникающих при езде на неровной поверхности. В зависимости от функциональных особенностей автомобиля (у небольшой Smart модели, и полноприводного SUV’a они, согласитесь, заметно разнятся) тип и конструкция подвески автомобиля будут отличаться.

Как развивалась торсионная подвеска

Современная система торсионной подвески, применяемая на нынешних автомобилях, является результатом большого количества усовершенствований той детали, которая была использована впервые на автомашине Volkswagen Beetle, появившейся в 30-х годах 20-го века. Чешский учёный Ледвинка первым модернизировал торсион и применил его на автомобилях марки Tatra в тех же 30-х годах. Уже в 1938 году подобие ледвинкского торсиона стало массово применяться в KdF-Wagen автомобильной компании Фердинанда Порше.

Знаменитый австрийский инженер быстро оценил основное достоинство этой подвески – её малый вес, которое так необходимо и востребовано на армейских и спортивных автомобилях, а также внедорожниках. Там, где существуют строгие требования по весу и габаритам авто. И в настоящее время это преимущество торсионной подвески актуально и действенно, что подтверждается их применением на таких тяжеловесах, как Феррари F2001, Тойота Лэндкруизер, МАЗ-547 и др. Фердинанд Порше также разработал торсионы с двойными рычагами, поперечные стержни которых помещались в стальные трубы, расположенные друг над другом и исполняли роль торсионной балки.

Французский инженер Андре Лефевр, конструктор автомобиля Citroen TA, использовал такое достоинство торсиона, как зависимость жёсткости подвески от длины торсионной балки. Чем длиннее торсион, тем мягче получается подвеска. Кроме того, длинный вал, располагаясь вдоль продольной оси автомашины, позволяет распределить получаемую от дорожного полотна динамическую нагрузку по всей её раме. Это повышает устойчивость и управляемость машины.

Во время второй мировой войны торсионы активно использовались в бронетанковой и автомобильной военной технике. Торсионная подвеска устанавливалась на немецких «Пантерах» и советских «КВ». Успешно пройдя испытания в боевых условиях, эти подвески получили широкое распространение в послевоенное время. Их использовали практически все производители автомобилей в Европе и Америке. А 1961 год знаменателен тем, что торсион впервые был применён на передней подвеске. Этим автомобилем стал Jaguar E-Type. В Америке такая подвеска использовались на автомобилях марки «Крайслер» и «Паккард», а в Советском Союзе они устанавливались на ЗИЛах, ЛУАЗах и Запорожцах.

Подвеска многорычажная, устройство, достоинства и недостатки

Данная вариация подвески немного похожа на двухрычажную систему, однако она гораздо совершеннее и сложнее. Неудивительно, что к ней перешли и все преимущества предыдущего типа. Это набор из шарниров, сайлент-блоков и рычагов, крепящихся на специальный подрамник. Большинство «сайлентов» и шаровых опор обеспечивает не только отличную плавность хода, а и превосходно гасят удары при резком наезде на любое препятствие. Кроме того, они снижают шум в салоне автомобиля от колес.

Такая схема позволяет достигнуть максимально лучшего сцепления покрышки с любым типом дорожного покрытия, отточенной управляемости и плавности хода. Преимущества многорычажной подвески:

Оптимальная поворачиваемость колес.
Малые неподрессоренные массы.
Отдельные продольные и поперечные регулировки.
Независимость каждого колеса от остальных.
Хороший потенциал в условиях полного привода.

Единственный, но существенный недостаток «многорычажки» — высокая стоимость. Стоит отметить, что ранее данный вид подвески использовали лишь на представительских автомобилях. В наше же время ею оборудуют даже машины гольф-класса.

Торсионно-рычажная (полузависимая)

Полузависимая подвеска – следующий виток эволюции. Как и в зависимой, в ней есть продольные рычаги и поперечина между ними, но расположена она не на оси колес, а смещена вперед, ближе к опорам рычагов. При этом сама поперечина, помимо восприятия боковых сил, выполняет еще и функции стабилизатора, скручиваясь при разнонаправленном ходе колес. Для этого она имеет специальное сечение (обычно U-образное), делающее ее жесткой на изгиб и податливой на кручение.

Небольшое изменение конструкции заметно отразилось на кинематике. На прямой, в случае равностороннего хода, колеса не получают изменения развала, двигаясь четко в плоскости кузова, а в повороте, при разноименном ходе, их развал меняется как относительно дороги, так и кузова: поперечина скручивает продольные рычаги, частично препятствуя наклону колес вместе с кузовом. Степень этого «препятствования» определяется положением поперечины – чем сильнее она смещена назад, тем меньше колеса отклоняются от вертикали. Но перебарщивать не стоит, ведь в предельном случае это получится уже зависимая подвеска с ее проблемами управляемости и устойчивости на плохой дороге. Кроме того, возрастает нагрузка на продольные рычаги, которые при огромной жесткости на изгиб должны допускать еще и значительное скручивание.

В итоге с полузависимой подвеской внешнее к повороту колесо наклоняется сильнее, чем того хотелось бы, – последующие типы подвесок способны удерживать колесо ближе к вертикали, обеспечивая лучшее сцепление с дорогой. Однако они и сложнее. А простота полузависимой подвески вкупе с отличной стабильностью на прямой и неплохой устойчивостью в поворотах обеспечили ей огромную популярность – большинство небольших автомобилей оснащаются именно такой задней подвеской. К явным же минусам можно отнести лишь повышенные требования к месту под днищем и недостаточное противодействие поперечному наклону кузова – центр крена оказывается ниже, чем у зависимой подвески.

Нужно выбирать

Альтернатива тяге Панара – механизм Уатта, избавляющий задний мост от боковых смещений. Однако и у него есть свои недостатки – более сложная конструкция и повышенные крены кузова. При этом последнее проявляется как из-за понижения центра поперечного крена, так и за счет составляющих боковых сил, отжимающих кузов вверх. Поэтому механизм Уатта применяется довольно редко.

На двойных рычагах

* продолжение темы – начало см. «Драгоценные подвески»

Классификация подвесок

В основном подвески подразделяются на два больших типа: зависимые и независимые. Данная классификация определяется кинематической схемой направляющего устройства подвески.

Зависимая подвеска

Колеса жестко связаны посредством балки или неразрезного моста. Вертикальное положение пары колес относительно общей оси не изменяется, передние колеса – поворотные. Устройство задней подвески аналогичное. Бывает рессорная, пружинная или пневматическая. В случае установки пружин или пневмобаллонов необходимо применение специальных тяг для фиксирования мостов от перемещения.

Отличия зависимой и независимой подвески

Плюсы:

простая и надежная в эксплуатации;
высокая грузоподъемность.

Минусы:

плохая управляемость;
плохая устойчивость на больших скоростях;
меньшая комфортабельность.

Независимая подвеска

Колеса могут изменять вертикальное положение относительно друг друга, оставаясь в той же плоскости.

Плюсы:

хорошая управляемость;
хорошая устойчивость автомобиля;
большая комфортабельность.

Минусы:

более дорогая и сложная конструкция;
меньшая надежность при эксплуатации.

Полузависимая подвеска

Полузависимая подвеска или торсионная балка — это промежуточное решение между зависимой и независимой подвеской. Колеса по прежнему остаются связанными, однако существует возможность их небольшого перемещения относительно друг друга. Данное свойство обеспечивается за счет упругих свойств П-образной балки, соединяющей колеса. Такая подвеска в основном применяется в качестве задней подвески бюджетных автомобилей.

Виды электромагнитных подвесок

Исследования и разработки по улучшению ходовых качеств, сосредоточенные на системе подвески автомобиля, продвигаются по трем, отличным друг от друга, направлениям.

Подвеска Delphi;
Решение от компании SKF;
Электромагнитная подвеска Боуза.

Магнитная подвеска от Delphi

Электромагнитная подвеска, разработанная компанией Delphi, представляет собой однотрубный амортизатор, заполненный магнито-реологическим составом, жидкостью с включением магнитных частиц, размером от трех до десяти микрон.

Специальное покрытие препятствует их слипанию, а количество равно одной третьей от требуемого объема жидкости. Головка поршня амортизатора представляет собой электромагнит, управляемый сигналами бортового компьютера. Под действием наведенного магнитного поля, частицы выстраиваются в пространстве в упорядоченные структуры, тем самым увеличивая вязкость жидкости и изменяя режим работы амортизатора.

Электромагнитная подвеска Delphi в действии – видео, наглядно иллюстрирующее конструкцию и полученный результат.

Историческая справка. Первые эксперименты с магнито-реологическим составом в 1940 году провел Яков Рабинович. Родившийся на заре двадцатого столетия, в украинском городе Харькове, в 1935 году эмигрировал в США, где работал в Национальном бюро стандартов.

Будучи талантливым инженером, запатентовал более 300 изобретений. Среди них присутствует патент на дисковый магнитный накопитель, прообраз современных винчестеров. Скончался осенью 1999 года.

Шведская магнитная подвеска

Другим путем решили пойти конструкторы шведской компании SKF, решив, что простота – залог успеха и надежности. Подвеска в их исполнении представляет собой капсулу, состоящую из двух электромагнитов. Бортовой компьютер автомобиля анализирует данные колесных датчиков и «на лету» изменяет жесткость магнитного демпферного элемента, выбирая наиболее оптимальный режим работы.

Роль упругого элемента выполняет обычная пружина, что позволяет транспортному средству сохранять подвижность при отсутствии управляющих сигналов. Кроме того, даже при длительной стоянке автомобиля, отсутствует эффект «проседания», причиной которого является истощение аккумуляторных батарей, питающих элементы подвески.

Электромагнитная подвеска профессора Боуза

Но истинный прорыв в данной области совершил Амар Боуз, профессор Массачусетского технологического университета, основатель и владелец компании BOSE. Выложенное в Интернет видео испытаний его изобретения глубоко потрясло автомобильную общественность.

Идея, безусловно, не нова. Но никому еще не удавалось добиться хотя бы схожего быстродействия. Шток амортизатора, с закрепленными на нем постоянными магнитами, совершает возвратно-поступательные движения по длине обмотки статора, расположенного в корпусе узла.

Такая конструкция не только обеспечивает эффективное гашение колебаний, возникающих из-за неровности дороги, но и открывает новые возможности для управления транспортным средствам.

Заводя машину в вираж, можно подобрать такую схему сигналов бортового компьютера автомобиля, что опорным будет заднее внешнее колесо. Заехав в поворот, электромагнитная система перенесет нагрузку на внешнее переднее колесо. Как результат – полный контроль автомобиля на дорожном покрытии любого качества.

рекуперации

Но довольно слов! Видео демонстрации ходовых качеств новой подвески говорит само за себя.

Стабилизатор поперечной устойчивости

Ученым удалось доказать, что адаптации подлежат не только амортизаторы и упругие детали конструкции, но и вторичные элементы. Так, при грамотном подходе возможна адаптация стабилизатора, обеспечивающего поперечную устойчивость кузова. В классическом исполнении такой элемент только мешает — он передает колебания от колеса к колесу, снижая ход подвески. Применение адаптивной функции решило проблему. Добавилась возможность регулировать жесткость кузова и тем самым повысить комфортность поездки.

Внешний вид узла почти ничем не отличается от классического стабилизатора. Конструктивно стабилизатор состоит из двух элементов, объединенных гидравлическим узлом. После закачивания электрогидронасосом рабочей жидкости внутрь полости части стабилизатора проворачиваются по отношению друг к другу. При работе стабилизатора поднимается та часть машины, которая попадает под более мощное действие центробежной силы.

Монтаж адаптивного стабилизатора производится на одну или две оси. При движении по прямой стабилизатор не вмешивается в процесс движения. Как только машина входит в поворот или начинается агрессивная езда, ситуация меняется — жесткость возрастает вместе с боковым ускорением, а регулировка упругого элемента производится с учетом особенностей дороги. По сути, происходит закручивание той части стабилизаторов, которые находятся под нагрузкой. Грамотная корректировка дает возможность снизить крены автомобиля без потери устойчивости на дороге.

Практика показала, что применение адаптивных стабилизаторов позволило улучшить управляемость машины даже на спортивных авто.

Типы активной подвески

Адаптивная подвеска

Адаптивная подвеска, в зависимости от способа регулирования, степени демпфирования делится на подвеску с системой электромагнитных клапанов и с магнитно-реологической жидкостью внутри. Оба варианта применяются по сей день, но более распространён именно первый. Это обусловлено некоторыми причинами:

Дешевизна;
Более проста при обслуживании;
Простая настройка;
Требуется менее пристальный уход.

Принцип работы заключается в следующем. Разнообразные датчики воспринимают всю необходимую информацию, после чего передают данные в электронный блок управления. Там информация обрабатывается, из чего компьютером делается вывод об определении нужной жёсткости амортизаторов в данной ситуации. Во время подачи большого тока на электромагнитные клапаны, диаметр из проходимого сечения уменьшается, что, в свою очередь, повышает жёсткость подвески.

Подвеска со специальной жидкостью работает несколько иначе. Информацию, собранную датчиками, обрабатывает электронный блок управления, затем принимается решение для отдачи команды подачи напряжения, вот только уже не напрямую в электромагнитные клапаны, а в электромагнитное реле, встраиваемое в поршень. В результате образуется магнитное поле, которое буквально управляет магнитно-реологической жидкостью. Эта жидкость содержит в себе металлические частицы, которые под воздействием магнитных сил выстраиваются вдоль поля, соответственно — консистенция становится вязкая, а давление выше — уровень степени демпфирования возрастёт.

Подавляющее множество автомобильных компаний все чаще используют в своих конструкциях активную подвеску, причём каждый старается назвать разновидность стандартной технологии по-разному.

Системы подвесок для пикапов, грузовиков и внедорожников

При разработке грузовых авто, инженеры применяли варианты, где оси размещаются на поперечных или продольных рессорах. Причем некоторые производители не меняют эту конструкцию, хотя прогресс добрался и в эту область.
Сейчас встречаются модели, где применяется полностью гидравлическая ходовая часть. Отличительной чертой описываемой подвески грузового автомобиля являются простые мосты, которые прикрепляются к кузову при помощи кронштейна, а соединяются при помощи рессор.
На внедорожниках, а также на пикапах все сложнее и может существенно отличаться от одной модели к другой. Данный подход объясняется необходимостью повышенной проходимости. В основе конструкций лежит рессорная подвеска, хотя встречаются и пружинные решения.

Подвески внедорожника и пикапа, устройство, достоинства и недостатки

В разных моделях джипов конструкторы идут различными путями. Это зависит от назначения и веса внедорожника. Возможны три вариации применяемых подвесок:

Полностью зависимая подвеска.
Полностью независимый вариант.
Передняя независимая и зависимая задняя схемы.

Задняя ось, как правило, оборудуется пружинной или рессорной подвеской в сочетании с неразрезными жесткими мостами. Рессоры применяются при создании тяжелых джипов и пикапов, поскольку они неприхотливы, надежны и способны выдерживать большие нагрузки. Помимо этого, такая схема достаточно дешево стоит, в результате чего рессорами оборудуют некоторые бюджетные авто.

Пружинная схема обладает длинноходностью и мягкостью. Она больше ориентирована на комфорт и монтируется на легкие джипы.

В передней оси, как правило, применяются зависимые пружинные или торсионные схемы. Некоторые джипы оборудуют жесткими неразрезными мостами, однако такое решение в наше время наблюдается достаточно редко.