Современные автомобили часто уделяют большое внимание комфорту и роскоши, помимо скорости и производительности. Люди склонны думать, что подогрев сидений и системы круиз-контроля повышают комфорт в поездках, но какой самый важный фактор делает все поездки максимально плавными? Это подвеска. Система подвески автомобиля является наиболее важным элементом, обеспечивающим комфортную и стабильную производительность, позволяя водителю действительно контролировать автомобиль. Но помимо комфорта, какова цель этой системы и как она работает?
Функции систем подвески
Основная роль системы подвески автомобиля заключается в максимизации трения между шинами и дорожным покрытием, обеспечении устойчивости управления и гарантии комфорта пассажиров. Она предназначена для поглощения вибраций, гравитации и ударных сил от дороги.
Если бы все дороги были абсолютно ровными, без неровностей, выбоин и ухабов, система подвески не понадобилась бы. Но, к сожалению, это не так нигде в мире. Даже на недавно асфальтированных дорогах есть мелкие дефекты, которые мешают колесам автомобиля и их работе. Эти дефекты прикладывают силу к автомобилю и поднимают его. Конечно, величина силы зависит от размера попавшейся выбоины. В любом случае, колесо автомобиля испытывает вертикальное ускорение при прохождении дефекта. Задача системы подвески — справляться с этими восходящими силами и обеспечивать постоянный контакт колеса с дорожным покрытием.
Если это работает правильно и колесо всегда контактирует с дорогой, трение максимизируется, риск опрокидывания или переворота сводится к минимуму, и это помогает передавать мощность туда, где это необходимо. Шины могут поглощать все удары, вибрации и другие дорожные дефекты, работая в тандеме с амортизационным механизмом автомобиля, который является частью подвески, чтобы эффективно смягчать воздействие этих ударных сил. Технически, пружинный механизм современной системы подвески прижимает шины к земле, обеспечивая максимальное трение и максимально возможную плавность хода. Таким образом, когда шина наезжает на выступ или поднимается чем-то на дороге,
Компоненты системы подвески
Прежде чем рассматривать различные типы подвесок и их работу, важно иметь базовое понимание основных элементов почти каждой системы подвески.
Основными компонентами системы подвески являются пружины, амортизаторы и стабилизаторы поперечной устойчивости. По сути, пружины поглощают ударные силы, амортизаторы рассеивают эту энергию, а стабилизаторы или антикреновые штанги используются вместе с амортизаторами, чтобы придать автомобилю дополнительную устойчивость при движении. Антикреновая штанга — это металлический стержень, который проходит через всю ось и соединяет обе стороны подвески.
Пружины
Конечно, существуют различные типы пружин, амортизаторов и стабилизаторов. Рессоры являются одной из старейших форм пружин подвески. Эти пружины, по сути, объединяют несколько металлических слоев, функционируя как одно тонкое арочное устройство. Они крепятся к оси, и когда автомобиль наезжает на выступ или дорожный дефект, слои сжимаются, поглощая удар. Они гораздо менее распространены в современных автомобилях, но все еще встречаются в американских полноразмерных автомобилях и грузовиках.
Винтовые пружины являются наиболее распространенным пружинным компонентом в системах подвески. Винтовая пружина — это прочный торсионный стержень, намотанный вокруг оси. Жесткость пружины влияет на реакцию неподрессоренной массы (все, что расположено над пружиной и поддерживается ею) при движении автомобиля. Если натяжение пружины очень слабое, это «мягкая подвеска», которая может обеспечить очень плавную езду. Например, автомобили класса люкс часто имеют мягкую подвеску. Однако они склонны к клевку при торможении и приседанию при ускорении, а также к значительному раскачиванию и крену в поворотах. С другой стороны, автомобили с жесткими пружинами могут быть неудобными при наезде на неровности, но минимизируют движение кузова и позволяют агрессивно проходить повороты, что делает их идеальными для спортивных автомобилей.
Общей чертой европейских автомобилей является система, включающая «А»-рычаг или рычаг подвески. В ней торсионный стержень крепится к «треугольному» рычагу (называемому так из-за его сходства с «V-образной» «вилочной костью» индейки) и к раме автомобиля. Вилочный рычаг действует как рычаг, и когда колесо наезжает на выступ, вертикальное движение передается на вилочный рычаг или рычаг подвески, который через рычажное действие передает его на торсионный стержень. Торсионный стержень затем скручивается вдоль своей оси, обеспечивая пружинящее усилие.
Амортизаторы
Когда пружины поглощают силу и энергию от неровной поверхности дороги, эта энергия должна быть каким-то образом рассеяна. Это работа амортизаторов. Таким образом, амортизаторы являются своего рода демпферами. Они замедляют скорость колебательного движения, уменьшают амплитуду и преобразуют кинетическую энергию в тепловую, рассеиваемую гидравлической жидкостью. Амортизаторы чувствительны к скорости. Чем быстрее движется подвеска, тем большее сопротивление оказывают амортизаторы. Они адаптируются к дорожным условиям и могут контролировать все нежелательные движения, включая отскок, раскачивание, клевок при торможении и приседание при ускорении.
Стойки — это более продвинутая форма амортизаторов, по сути, амортизаторы, установленные внутри винтовых пружин. Они одновременно функционируют как амортизатор и структурно поддерживают подвеску автомобиля — они делают больше, чем просто амортизаторы, поскольку в некоторой степени поддерживают вес автомобиля. Стойки очень распространены в передней подвеске переднеприводных автомобилей.
Типы подвесок
В разных автомобилях можно встретить различные комбинации пружинных систем и амортизаторов, и тип используемой подвески может различаться даже внутри автомобиля — передняя система подвески может отличаться от задней.
Системы подвески делятся на зависимые и независимые. В зависимой системе подвески жесткая ось связывает два колеса, тогда как в независимой системе колесам允许ется двигаться независимо, не будучи соединенными друг с другом. Старые автомобили часто предпочитали зависимые системы подвески в сочетании с рессорами, но более современные автомобили предпочитают независимые системы подвески, особенно на передней оси. Зависимые системы прочны и просты, но из-за отсутствия регулировки развала в поворотах существует риск отрыва колеса от дороги. В независимой системе подвески ударные нагрузки от дороги изолированы на стороне, которая их испытывает, что очень выгодно. Конечно,
Часто передняя и задняя подвески автомобиля различаются. Передняя система подвески может быть очень сложной, поскольку она должна быть интегрирована с рулевым управлением, а также первой контактирует с посторонними предметами и неровностями на дороге. Задняя система подвески часто проста, поскольку ей не нужно учитывать рулевое управление. Часто это зависимая система (описание см. ниже), основанная на рессорах или винтовых пружинах. Если подвеска установлена на каждом колесе отдельно, считается, что автомобиль имеет полностью независимую подвеску.
Двухрычажная подвеска
Двухрычажная подвеска состоит из двух треугольных (А-образных или V-образных) рычагов, расположенных один над другим. Они шарнирно закреплены в верхней и нижней части поворотного кулака автомобиля, обеспечивая рулевое управление и балансируя рулевое колесо. Амортизаторы часто крепятся к каждому рычагу подвески, и этот тип подвески обеспечивает больший контроль над углом развала колес, минимизирует крен и раскачивание, обеспечивая более последовательное ощущение рулевого управления. Они популярны на передних колесах более тяжелых автомобилей, которые склонны к крену и раскачиванию в поворотах. Несмотря на легкость и множество преимуществ, они дороже, чем системы подвески с жесткой балкой (зависимые).
Подвеска на коротких/длинных рычагах (SLA)
Подвеска на коротких/длинных рычагах является модификацией двухрычажной подвески и может использоваться как на передних, так и на задних колесах автомобиля. В двухрычажной подвеске оба рычага одинаковой длины. В подвеске на коротких/длинных рычагах (SLA) рычаги имеют неравную длину. Верхний рычаг короче нижнего. Такая конструкция позволяет контролировать развал и ограничивать износ краев шин в поворотах. Поскольку верхний рычаг укорочен, когда центробежная сила в повороте заставляет автомобиль крениться и наклонять шины на их края, эта система подвески работает над возвращением пятна контакта обоих колес к центру шины. Этот эффект происходит до полного отрыва, что делает ее идеальной подвеской для высокопроизводительных автомобилей.
Подвеска МакФерсон
Эта система включает один рычаг подвески внутри стойки, позволяя шине и колесу двигаться вверх и вниз. Это уменьшает неподрессоренную массу и улучшает плавность хода. Будучи компактной, относительно недорогой и не слишком сложной, она является популярным выбором стоек. В некоторых автомобилях стойки также используются в задней системе подвески. Они похожи на передние стойки, но, находясь на неуправляемых колесах, не имеют противостоящего подшипника в верхней части.
Регулируемые и гидравлические подвески
Помимо всех основных типов систем подвески, предлагаемых производителями стандартно, многие водители выбирают регулируемые системы подвески, которые они могут установить, настроить и обслуживать самостоятельно. Иногда они предлагаются некоторыми производителями в качестве стандартного оборудования на новых автомобилях. Некоторые подвески позволяют регулировать водителем или автоматически автомобилем, что помогает справляться с определенными ситуациями. Фактически, автомобиль с регулируемой подвеской может брать на себя две или более slightly различных функций подвески в зависимости от ситуации.
Основные параметры, которые можно регулировать в регулируемой системе подвески, — это дорожный просвет и жесткость крена. Автомобили класса люкс могут быть оснащены способностью поднимать и опускать кузов в зависимости от ситуации. Tesla Model S является хорошим примером — она автоматически поднимается при проезде подъездных путей, таких как парковки и частные дороги. Некоторые внедорожники могут настраиваться на более низкую высоту подвески на гладких дорогах для устойчивости и экономии топлива, или на более высокую для бездорожья.
Регулировка дорожного просвета обычно использует воздушные подушки, встроенные в пружины. Изменение величины подъема соответствует изменению давления воздуха. Другие производители используют гидравлические системы для достижения того же, обеспечивая гидравлическое давление, помогающее насосу поднимать автомобиль.
Некоторые автомобили предлагают активную подвеску, которая автоматически делает ход жестче, когда водитель управляет на высоких скоростях. Они используют воздушные или гидравлические резервуары переменного давления для этого. Регулировка жесткости крена встроена в системы послепродажного обслуживания, характеризующиеся регулируемой жесткостью пружины и/или производительностью амортизаторов. В большинстве случаев такая регулировка означает физическое попадание под автомобиль и ручное изменение чего-либо, чаще всего амортизаторов.