Думаете, что знаете о подвеске все? А вот и нет
Преимущества независимой подвески, казалось бы, очевидны. О чем тут говорить? Однако понятие это объединяет огромное количество различных конструкций. Давайте сразу определимся с терминологией. Зависимая подвеска – та, в которой правое и левое колеса жестко соединены металлической конструкцией, называемой балкой моста.
Каждое вертикальное перемещение одного колеса сопровождается как минимум наклоном другого. В этом и проявляется зависимость. В подвеске независимой такой связи нет, правое колесо может перемещаться вверх-вниз совершенно без связи с левым и наоборот, потому что каждое из колес соединяется с кузовом, рамой или подрамником индивидуальными рычагами. Виды подвесок различают еще и по тому, какой упругий элемент применяется. Это могут быть рессоры, пружины, торсионы и пневмобаллоны. Наиболее распространенный вариант – пружины. Современная пружина неоднородна, имеет более покладистую часть, мягко гасящую небольшие неровности на ровной дороге, и жесткий участок, работающий при сильных сжатиях. Пружины подходят для легковых автомобилей, у которых разница между пустой и груженой машиной не столь велика.
Простой заменитель пружины – пневмобаллон. Благодаря близкой к пружине цилиндрической форме его установка в машину столь же проста. Пневмоподвеску можно адаптировать по жесткости к любой нагрузке благодаря тому, что давление в баллонах легко менять.
Другое применение пневмоподвески – изменение высоты пневмобаллонов, а вместе с ними и дорожного просвета. Многие люксовые внедорожники — скажем, Range Rover, Mercedes-Benz ML, Audi Q7 – умеют приседать на скорости и вставать на цыпочки на бездорожье, а некоторые могут почти лечь на брюхо для удобства посадки-высадки.
Минусы – сложность конструкции пневмосистемы и уязвимость самих баллонов, которые трудно сделать устойчивыми к воздействию абразива – песка и мелких камушков. Впрочем, современная пневматика у тех же Range Rover гораздо надежнее той, что заслужила печальную славу модели лет десять назад.
ПРОСТОЕ ЖЕЛЕЗО
Еще один способ получить неубиваемую, выносливую и предельно простую подвеску – поставить рессоры. Они хороши там, где неприхотливость должна сочетаться с большими нагрузками – как весовыми, так и от плохой дороги. Подобную подвеску применяют на задней оси подавляющего большинства пикапов, что и позволяет использовать их как мини-грузовики.
Но рессора – палка о двух концах и в прямом, и в переносном смысле. Главный недостаток – высокая жесткость и связанный с ней дискомфорт для пассажиров – перекрывается выгодой от конструктивной простоты. Рессора сочетает в себе оба компонента подвески – связь, передающую продольные, поперечные и вертикальные нагрузки от колес на кузов, и упругий элемент. Но и платит рессорная подвеска за свою высокую прочность дубовостью и внезапными «взбрыками».
Двухрычажка. Подвеска на двух поперечных треугольных рычагах. Сочетает простоту конструкции с комфортностью
НА СКРУЧИВАНИЕ
Торсионная подвеска попала на автомобили прямиком с армейской техники. Работающий на скручивание упругий элемент компактен, что позволяет уместить его в небольшом пространстве – например, вдоль рамы, как это сделано спереди у Toyota LC 200. Торсионы не уступают в выносливости рессорам, однако связаны с необходимостью применения очень прочной рамы или подрамника, хорошо противостоящих местным нагрузкам на скручивание. Вот тут мы подошли к еще одной характеристике подвесок, далеко не очевидной, но оказывающей решающее значение на выбор упругого элемента.
ДАЙТЕ МНЕ ТОЧКУ ОПОРЫ…
Дело в том, что подвески по-разному концентрируют на кузове нагрузки от собственной работы, и потому организация силовых элементов в каждом случае должна быть своя.
Обычные пружины, как и пневмоэлементы, располагают, как правило, рядом с колесом или над ним. В кузове для них должна присутствовать опорная поверхность в виде перевернутого «стакана». Вокруг него – многочисленные усилители от моторного щита, передних стоек дверей, брызговиков. «Стакан» буквально имплантирован в кузов и передает нагрузки многим его частям.
Торсионы. Отмеченные красным продольные стержни работают на скручивание. Предельно компактный и долговечный вариант
А ведь помимо пружин нужно еще и дать место для крепления рычагов подвески или подрамника. Поэтому кузов автомобиля с такой подвеской рассчитывается с учетом местной прочности вокруг «стакана», которая распределяется различными связями вплоть до крыши. Проще говоря, пружинная и пневмоподвеска часто содружествуют с несущими кузовами – именно благодаря их развитой силовой конструкции, позволяющей передавать разнообразные нагрузки на все без исключения элементы.
Совсем другое дело – рессоры. Для ее крепления достаточно прямой балки под кузовом, на которой соберутся все нагрузки. Сам кузов при этом освобожден от дополнительных растяжек и укосин.
Ровно так же работают и торсионы. И для них прямой кусок рамы – лучший вариант крепления. Отсюда практически повальное применение рессор и торсионов как элементов, не требующих несущего кузова, в машинах с рамой или мощными полурамами.
ДРУЖБА ДРУЖБОЙ, А ТАПКИ ВРОЗЬ
Теперь взглянем на подвеску под другим углом и разберемся с зависимостью или независимостью колес в ней.
Зависимой мы называем подвеску с парой колес, жестко соединенной одной осью. Главные плюсы такой подвески – высокая прочность и очевидная простота постройки. Минус – нарушение пятна контакта одного из колес оси ведет к неминуемому нарушению и у другого. Это критично для управляемости на высокой скорости.
Но там, где главное не скорость, а прочность, выносливость, проходимость и способность победить препятствие любой ценой, мост незаменим. Именно поэтому самые вездеходные из автомобилей довольствуются неразрезными мостами не только сзади, но и спереди. И потому же быстрая поездка на них по асфальту не приносит радости. Тяжелые и хорошо артикулирующие на бездорожье мосты на асфальтовой глади начинают излишне «играть», отклоняя автомобиль от желаемой траектории.
Ведущий мост. Объединяющий в себе функции трансмиссии, подвески и рулевого управления, передний ведущий мост сколь тяжел, столь же и надежен
ЛЕГКИМ ПО ТЯЖЕЛОМУ
Если врезать как следует пинг-понговым мячиком по бильярдному шару, последний скорее всего не шелохнется. Если сменить мячик на другой бильярдный шар, вся энергия передастся стоящему. Так же обстоит дело с влиянием колес автомобиля и всего, что к ним приделано, на кузов. Тяжелый мост с парой больших колес передаст на кузов и на ваше сиденье профиль колдобины со стопроцентной точностью, тогда как элемент подвески полегче «съест» неровность, а несравнимо более тяжелый кузов качнется немного. Кузов при этом зовется подрессоренной массой, а мосты с колесами, напрямую контактирующие с дорогой, – неподрессоренной. Общий принцип таков, что подрессоренная масса (кузов) должна быть несоизмеримо тяжелее неподрессоренной, а путь к автомобилю-перине лишь один: суммарный вес колес и мостов должен быть пренебрежимо мал в сравнении с весом кузова-мотора-пассажиров.
Мост столь тяжел потому, что он, как и рессора, «един в двух лицах» – и силовая балка, прочно соединяющая правое колесо с левым, и вместилище части трансмиссии от кардана к колесам, включая самый массивный ее элемент – главную передачу с дифференциалом.
Многорычажка. Mercedes традиционно использует заднюю подвеску с несколькими рычагами (на рисунке бирюзовые)
РАЗДЕЛИТЬ ФУНКЦИИ
Разъединением двух составляющих и озаботились инженеры спортивных авто начала ХХ века. Появилась рычажная подвеска – самая разнообразная с точки зрения конструктивного исполнения. Рычаг может быть один, но бывает и 2, 3, 4, и даже 5 рычагов на каждое колесо. Такие элементы обычно имеют название «связей», по их числу типы рычажных подвесок и именуются. Самый простой вариант – с парными треугольными рычагами (сверху и снизу) – можно смело отнести к классическим конструкциям, имеющим максимальную прочность и удовлетворительные геометрические характеристики. Так устроена передняя подвеска «Нивы», Nissan Terrano II или огромного Infiniti QX56.
Но с ростом динамики требования к тонкостям настройки подвески оказались еще выше. Половинки передних рычагов разъединили, их стало по четыре на колесо (передняя подвеска Audi Allroad). Многорычажную подвеску спереди и сзади использует и Mercedes-Benz ML. И все ради правильного наклона ведущих колес в напряженном повороте. Минус многорычажки – большое количество элементов и громоздкость.
КАЧАЮЩАЯСЯ СВЕЧА И ЭЛАСТОКИНЕМАТИКА
Убрать наиболее мешающиеся – верхние — рычаги, заменив их опорой в виде качающейся амортизаторно-пружинной стойки, получилось у фордовского инженера Эрла Стили МакФерсона еще в 1948 году. Главный плюс его подвески – дешевизна и простота технологической сборки. При огромном выигрыше в неподрессоренной массе МакФерсон умеренно отслеживает неровности пути и не бьет по карману владельца. 100% сегодняшних автомобилей с поперечным силовым агрегатом спереди имеют такую подвеску.
Еще один эластичный элемент подвески – стабилизатор поперечной устойчивости, соединяющий правые и левые колеса упругой связью и догружающий внутреннее (обычно разгруженное) колесо в крутом повороте. Препятствующий вывешиванию одного колеса (и стало быть, ограничивающий артикуляцию) стабилизатор у Toyota Land Cruiser 200 имеет разобщающие левые и правые половинки муфты с электроуправлением.
Итак, несколько простых подвесочных рецептов для автомобилей различных ниш мы наметили:
– массовые городские кроссоверы бюджетного ценового сегмента почти всегда имеют McPherson спереди и многорычажку сзади;
– полноценные кроссоверы подороже получают в придачу многорычажку спереди, часть их меняет пружины на пневмобаллоны;
– классика тяжелого бездорожья и не менее классические пикапы сохранили как минимум задний неразрезной мост с рессорами, а некоторые автомобили, хотя и избавились от рессор в пользу пружин, сохранили оба жестких моста (LR Defender, Mercedes-Benz G-класса, «УАЗ»).