Подвеска автомобиля простыми словами
Подвеска соединяет колёса с кузовом и позволяет им перемещаться относительно него. Упругие элементы смягчают толчки, амортизаторы гасят колебания, а рычаги задают движение колёс.
Колесо попадает на неровность и поднимается, а кузов не обязан повторять каждый сантиметр его пути. Между ними работает подвеска. Она даёт деталям двигаться относительно друг друга, смягчает передачу толчков и удерживает колёса в нужном положении. Её работу особенно легко заметить по разнице между движением колеса и движением кузова.
1Зачем она нужна
Если бы оси жёстко крепились к кузову без упругих элементов, дорожные неровности передавались бы пассажирам гораздо резче. Подвеска позволяет колесу подниматься и опускаться относительно кузова. Часть энергии толчка временно запасается в упругом элементе, а затем рассеивается при затухании колебаний.
Комфорт составляет только одну сторону задачи. Подвеска также помогает колёсам сохранять контакт с дорогой. От этого контакта зависят разгон, замедление и изменение направления. Колесо, которое сильно подпрыгивает, не может передавать дороге усилия так же равномерно, как колесо с устойчивой нагрузкой.
Рычаги, тяги и шарниры направляют перемещения. Они ограничивают ненужное движение и задают положение колеса при ходе подвески. Даже когда колесо движется преимущественно вверх, его наклон и положение относительно кузова могут немного меняться. Конструкторы учитывают эти изменения при выборе геометрии.
Для понимания полезно различать подрессоренную и неподрессоренную массы. К первой относят большую часть кузова с пассажирами и грузом. Во вторую входят колёса и связанные с ними части, которые следуют за неровностями дороги. Чем и как распределена эта масса, тем сложнее или легче подвеске удерживать ровное движение кузова и устойчивый контакт шин.
2Пружины и амортизаторы
Пружина поддерживает массу автомобиля и сопротивляется сжатию. Под нагрузкой она деформируется, а затем стремится вернуться в исходное состояние. Но одной пружины недостаточно: после толчка она способна несколько раз сжаться и разжаться. Вместе с ней начинает раскачиваться кузов.
Амортизатор сопротивляется скорости относительного перемещения своих частей. В распространённой конструкции поршень перемещает масло через небольшие каналы и клапаны. Потоку приходится преодолевать сопротивление, и энергия движения превращается в тепло. Благодаря этому колебания быстрее затухают.
Таким образом, пружина и амортизатор выполняют разные обязанности. Пружина прежде всего создаёт упругую опору, а амортизатор управляет темпом движения. В обычной подвеске амортизатор не заменяет пружину и не служит главным элементом, удерживающим статическую массу. Их характеристики подбирают совместно.
Упругими элементами бывают также рессоры, торсионы и пневматические баллоны. Рессора изгибается, торсион закручивается, а в пневматическом элементе сжимается газ. Внешне такие решения различаются, но все позволяют накапливать энергию при деформации. Наличие газа в амортизаторе само по себе не делает подвеску пневматической.
3Типы подвесок
В зависимой подвеске колёса одной оси связаны жёсткой балкой или мостом. Перемещение одного колеса влияет на положение другого через эту общую деталь. Такая схема может быть прочной и сравнительно простой, но связанные колёса не перемещаются полностью самостоятельно. Свойства зависят также от расположения пружин и направляющих элементов.
В независимой подвеске каждое колесо соединяется с кузовом или подрамником собственным набором элементов. У него есть отдельная траектория движения, хотя через кузов и стабилизатор взаимодействие всё равно сохраняется. Поэтому слово «независимая» описывает прежде всего отсутствие общей жёсткой балки, связывающей положения колёс.
Среди распространённых независимых схем встречаются стойка Макферсон, двойные поперечные рычаги и многорычажная подвеска. В первой стойка участвует в направлении колеса. В других положение задают несколько рычагов. Само число деталей ещё не определяет комфорт или точность управления: многое зависит от геометрии и настроек.
| Схема | Основная связь | Особенность движения |
|---|---|---|
| Зависимая | Жёсткая общая балка | Положения колёс связаны |
| Независимая | Отдельные направляющие элементы | Колёса имеют отдельные траектории |
| Со скручиваемой балкой | Балка допускает упругую деформацию | Есть ограниченная взаимная податливость |
Скручиваемую балку часто называют полузависимым решением. Её поперечная часть может деформироваться, когда колёса движутся по-разному. Это занимает промежуточное положение между жёсткой связью и полностью отдельными направляющими механизмами. Такая схема широко применяется на задней оси легковых автомобилей.
4Стабилизатор
В повороте кузов обычно наклоняется наружу. Стабилизатор поперечной устойчивости сопротивляется разнице ходов подвески слева и справа. Его упругая штанга связывает стороны оси и закручивается, когда одно колесо относительно кузова поднимается, а другое опускается. Возникающее усилие ограничивает крен.
Если оба колеса перемещаются почти одинаково, штанга закручивается гораздо меньше. Поэтому действие стабилизатора зависит от характера движения колёс. Одиночная неровность под одним колесом и широкий плавный подъём под обоими вызывают разную реакцию. Стабилизатор не является просто ещё одной пружиной, одинаково работающей при любом ходе.
Его жёсткость влияет на распределение нагрузок и поведение автомобиля в повороте. Максимальное подавление крена не служит единственной целью: нужна согласованная работа всей подвески. Стабилизатор также не удерживает кузов строго горизонтально при любых обстоятельствах. Он лишь добавляет упругое сопротивление определённому виду движения.
5Почему машина качается
У кузова есть несколько характерных движений. Он может перемещаться вверх и вниз, наклоняться вперёд при торможении и назад при разгоне. Поперечный наклон называют креном, а продольные колебания часто описывают как клевки и раскачку. Причины связаны с силами, действующими на автомобиль, и упругостью его опор.
Масса машины и жёсткость упругих элементов влияют на частоту колебаний. Амортизаторы определяют, насколько быстро эти движения затухают. Изменение загрузки тоже меняет работу подвески. Поэтому пустой автомобиль и тот же автомобиль с пассажирами могут по-разному проходить одну неровность.
Плавность хода нельзя свести к мягкости пружин. Слишком свободные колебания неприятны даже при небольших толчках, а очень жёсткая опора передаёт больше дорожных воздействий. В результате подвеска всегда представляет собой согласование геометрии, упругости и сопротивления движению. Шины дополняют эту систему, принимая на себя часть мелких неровностей.