Основные типы подвесок легковых автомобилей. Что такое подвеска? Устройство подвески автомобиля, виды и функции (фото) Передняя подвеска устройство элементы

Есть кузов и есть колеса. Возникает вопрос: как подсоединить колеса к кузову, чтобы была возможность управлять автомобилем, передавать непрерывно на ведущие колеса тягу от двигателя и в то же время комфортно преодолевать все неровности дорог с различными покрытиями и без этих самых покрытий? При этом связь колес с кузовом должна быть достаточно жесткой, чтобы автомобиль при выполнении каких-либо маневров просто-напросто не перевернулся. Ответ прост – установить колеса на промежуточное звено. В качестве такого звена используют подвеску.

Элементы подвески должны иметь как можно меньший вес и обеспечивать максимальную изоляцию от дорожных шумов. Помимо этого, следует отметить, что подвеска передает на кузов силы, возникающие при контакте колеса с дорогой, поэтому ее проектируют таким образом, что она обладает повышенной прочностью и долговечностью (смотрите рисунок 6.1).

Рисунок 6.1

В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к подвеске, каждый из ее элементов должен проектироваться по определенным критериям, а именно: применяемые шарниры должны легко поворачиваться, но в то же время быть достаточно жесткими и вместе с тем обеспечивать шумоизоляцию кузова, рычаги должны передавать силы, возникающие при работе подвески во всех направлениях, а также воспринимать усилия, которые возникают при торможении и наборе скорости; при этом они не должны быть слишком тяжелыми или дорогими в изготовлении.

Устройство подвески

Составные части

Любая, какой бы она ни была, подвеска должна включать в себя следующие элементы:

• направляющие/связывающие элементы (рычаги, штанги);
• демпфирующие элементы (амортизаторы);
• упругие элементы (пружины, пневматические подушки).

О каждом из этих элементов мы поговорим ниже, так что не пугайтесь.

Классификация подвесок

Для начала давайте рассмотрим классификацию существующих типов подвесок, которые применяются на современных автомобилях. Итак, подвеска может быть зависимой и независимой . При использовании зависимой подвески, колеса одной оси автомобиля связаны, то есть при перемещении правого колеса начнет изменять свое положение и левое колесо, как это наглядно показано на рисунке 6.2. Если же подвеска независимая, то каждое колесо подсоединено к автомобилю отдельно (рисунок 6.3).

Подвески также классифицируют по количеству и расположению рычагов. Так, если в конструкции два рычага, то и подвеска называется двухрычажной . Если рычагов более двух, то подвеска - многорычажная . Если два рычага, к примеру, будут расположены поперек продольной оси автомобиля, то в названии появится дополнение - «с поперечным расположением рычагов» . Однако конструкций огромное множество, потому рычаги могут располагаться и вдоль продольной оси автомобиля, тогда в характеристиках напишут: «с продольным расположением рычагов» . А если не так и не этак, а под определенным углом к оси автомобиля, то говорят, что подвеска с «косыми рычагами» .

Интересно
Нельзя сказать, какая из подвесок лучше или хуже, все зависит от назначения автомобиля. Если это грузовик или самый брутальный внедорожник, то для простоты, жесткости и надежности конструкции незаменимой будет зависимая подвеска. Если же это легковой автомобиль, главными качествами которого являются комфорт и управляемость, то нет ничего лучше, чем подвешенные по отдельности колеса.

Рисунок 6.2

Рисунок 6.3

Рисунок 6.4

Подвески классифицируются и по типу применяемого демпфирующего элемента - амортизатора. Амортизаторы могут быть телескопическими (напоминают удочку «телескоп» или подзорную трубу), как на всех современных автомобилях, или рычажными , которых сейчас при всем желании не найдешь.

И последний признак, по которому подвески относят к разным классам, - это тип применяемого упругого элемента. Это может быть рессора, витая пружина, торсион (представляет собой стержень, один конец которого закреплен и никак не двигается на кузове, а второй конец подсоединен к рычагу подвески), пневматический элемент (основанный на способности воздуха сжиматься) или гидропневматический элемент (когда воздух выступает дуэтом с гидравлической жидкостью).

Итак, подведем итоги.
Подвески различают по следующим признакам:

• по конструкции: зависимая, независимая;
• по количеству и расположению рычагов: однорычажная, двухрычажная, многорычажная, с поперечным, продольным и косым расположением рычагов;
• по типу демпфирующего элемента: с телескопическим или рычажным амортизатором;
• по типу упругого элемента: рессорная, пружинная, торсионная, пневматическая, гидропневматическая.

В дополнение ко всему вышесказанному следует отметить, что подвески также различают и по управляемости, то есть по степени контролируемости состояния подвески: активные, полуактивные и пассивные.

Примечание
К активным относятся подвески, в которых может регулироваться жесткость амортизаторов, дорожный просвет, жесткость стабилизатора поперечной устойчивости. Управление такой подвеской может быть как полностью автоматическим, так и с возможностью ручного контроля.
Полуактивные - это подвески, возможности управления которыми ограничены корректировкой высоты дорожного просвета.
Пассивные (неактивные) – это обычные подвески, выполняющие свою роль в чистом виде.

Хочется еще сказать о подвесках с электронно-управляемыми амортизаторами, которые способны изменять свою жесткость в зависимости от дорожных условий. Наполнены данные амортизаторы не обычной, а специальной жидкостью, которая под воздействием электрического поля может изменять свою вязкость. Если упрощенно представить принцип действия, то получится следующее: когда тока нет, автомобиль очень мягко проезжает по всем неровностям, а после подведения тока по неровностям ехать будет не очень приятно, зато станет очень приятно управлять автомобилем на скоростных трассах и в поворотах.

Поворотный кулак и ступица колеса

Поворотный кулак

Поворотный кулак является связующим звеном между рычагами подвески и колесом. Схематическое изображение этой детали приведено на рисунке 6.4. В общем случае такую деталь называют цапфой. Однако, если цапфа установлена на подвеске с управляемыми колесами, то она называется поворотным кулаком. Если колеса не управляемые, то остается название «цапфа».

Если поворотный, значит поворачивается, участвует в процессе изменения направления движения. Именно к поворотному кулаку крепятся элементы рулевой трапеции или рулевые тяги (об этих элементах подробно описано в главе «Рулевое управление»). Поворотный кулак - массивная деталь, так как воспринимает все удары и вибрации от дороги.

Конструкция поворотных кулаков зависит от типа привода автомобиля. Так, если привод комбинированный (когда колеса и управляемые, и тяговые одновременно, что характерно для переднеприводных автомобилей), то поворотный кулак будет иметь сквозное отверстие для внешней части приводного вала, как показано на рисунке 6.4. Если же колеса только управляемые, то поворотный кулак будет иметь опорную ось с конусным сечением, как, например, показано на рисунке 6.7.

Ступица колеса

Ступица колеса (показана на рисунке 6.4) является связующим звеном между колесом и поворотным кулаком/цапфой. Поворотный кулак только передает усилия на элементы подвески, сам же не вращается. Для обеспечения свободного вращения колеса необходима ступица. На ступицу устанавливается тормозной диск (или тормозной барабан, о которых подробно сказано в главе «Тормозная система ».), к ней же крепится колесо, а ступица, в свою очередь, установлена в поворотный кулак в случае, показанном на рисунке 6.4, на подшипниках, обеспечивающих плавное вращение колеса.

Примечание
Тормозной диск конструктивно может быть выполнен как одно целое со ступицей колеса.
В зависимости от конструкции подшипники ступицы могут быть роликовыми или шариковыми.

Полезно знать
Всегда после снятия и установки ступицы или замены подшипников необходимо производить регулировку натяга (что это, смотрите в примечании ниже) подшипников ступицы.

Примечание
Если простым языком, то натяг - это усилие, с которым сжали подшипники ступицы при затягивании гайки крепления. Величина натяга влияет на силу сопротивления вращению колеса. Каждый производитель дает свои рекомендации по поводу величины усилия сопротивления вращению колеса. Поэтому при выполнении ремонтных работ, связанных со снятием ступицы, всегда интересуйтесь, выполняли или нет регулировку натяга подшипника ступицы колеса.

Направляющие/связывающие элементы

С помощью направляющих и связывающих элементов колесо крепится к кузову или подрамнику. Эти элементы крепления разделяются на рычаги и штанги. Штанга - это пустотелый профиль, обычно круглого сечения, реже - квадратного. По сути, это просто трубка с приваренными к обоим концам проушинами для установки в них резиновых втулок, с помощью которых выполняется крепление к кузову и поворотному кулаку или цапфе. Рычаги - конструктивно более сложные элементы. Они могут быть сварены из трубок (такая конструкция применяется, в основном, в спортивных автомобилях), отлиты, например, из алюминиевого сплава (чтобы были легче) или отштампованы из листового металла (чтобы были дешевле). Количество и расположение рычагов влияют на плавность хода и управляемость автомобиля.

Подвеска Мак-Ферсона

Пожалуй, одна из самых распространенных в настоящее время конструкций подвесок - со стойкой Мак-Ферсона (рисунок 6.5), она же «свеча» (самый яркий пример - это передняя подвеска у ВАЗ 2109 и ему подобных). Она отличается простотой конструкции, дешевизной, ремонтопригодностью (это значит, ремонтировать ее будет несложно) и относительной комфортностью. Так называемая амортизаторная стойка сверху крепится к кузову и имеет возможность вращаться в опоре, а снизу - к поворотному кулаку. Поворотный кулак, в свою очередь, подсоединен к нижнему поперечному рычагу подвески, который соединен с кузовом - все, кольцо сомкнулось. Иногда для придания дополнительной жесткости в конструкцию вводят продольную тягу, подсоединяя ее к поперечному рычагу (снова, как пример, ВАЗ 2109). На стойке есть плечо, к которому крепится рулевая тяга. Так, при управлении автомобилем вращается вся стойка, поворачивая колесо, не прекращая сжиматься и растягиваться, преодолевая неровности дорожного покрытия. Но следует обратить внимание и на недостатки однорычажной (а в описанном выше случае она именно однорычажная) подвески. Это «клевки» автомобиля при торможении и небольшая энергоемкость подвески.

Рисунок 6.5

Примечание
Под «клевком» понимают следующее: при интенсивном торможении вес автомобиля смещается в сторону передка, из-за этого передняя часть проседает, а после остановки резко возвращается в исходное положение, вот это характерное движение на грани встряски и называют «клевком». Энергоемкость подвески – это прочность всей конструкции, способность сопротивляться всем ударам и моментам, возникающим при этих ударах без пробоев.
Пробой подвески – замыкание, контакт металлических элементов подвески друг с другом с резко возрастающей ударной нагрузкой - обычно при наезде на дорожное препятствие внушительных размеров заявляет о себе характерным звонким металлическим звуком со стороны опоры (или опор) подвески.

Подвеска на двух поперечных рычагах

Чтобы избавиться от «клевков», улучшить управляемость и повысить энергоемкость, применяют одну из самых старых конструкций подвески, которая до наших времен дошла со значительными преобразованиями – подвеску на двух поперечных рычагах (пример которой приведен на рисунке 6.6).

Рисунок 6.6

В данной конструкции присутствует рычаг опорный (нижний) и рычаг направляющий (верхний), которые крепятся к поворотному кулаку. На опорный рычаг установлена нижняя часть амортизаторной стойки либо же отдельно пружина и отдельно амортизатор. Верхний рычаг выполняет функцию направления движения колеса в вертикальной плоскости, минимизируя его отклонения от вертикали. То, как установлены рычаги друг относительно друга, имеет непосредственное влияние на поведение автомобиля во время его движения. Обратите внимание на рисунок 6.6. Здесь верхний рычаг максимально отведен от нижнего рычага вверх. Чтобы уменьшить воздействие усилий на кузов автомобиля при работе подвески, пришлось удлинить поворотный кулак. К тому же, этот рычаг установлен под определенным углом к горизонтальной оси автомобиля во избежание пресловутых «клевков». Суть остается та же, а внешний вид, геометрические и кинематические параметры изменяются.

Примечание
Несмотря на все достоинства, один очень существенный недостаток в данной конструкции все же существует - это отклонение колеса от вертикальной оси при работе подвески. Решение вроде бы есть – удлинение рычагов, однако это хорошо, если автомобиль рамный, а вот если кузов несущий, то удлинять некуда - дальше моторный отсек. Вот и подходят к решению нестандартно: нижний рычаг стараются сделать как можно длиннее, а верхний установить как можно дальше от нижнего.
Следует отметить тот факт, что, если пружина и амортизатор или амортизаторная стойка своим нижним концом крепятся к верхнему рычагу (как в случае, изображенном на рисунке 6.7), то опорным становится именно верхний рычаг, нижний в таком случае переходит в разряд направляющих.

Рисунок 6.7

Многорычажные подвески

Когда ресурсы по развитию какого-либо одного плана решения проблемы исчерпываются, а цели не достигнуты, конструкцию приходится усложнять, несмотря на увеличение стоимости. Именно по такому пути пошли конструкторы при разработке многорычажной подвески. Да, она получилась дороже двух- или однорычажной, однако по итогу получили практически идеальное перемещение колеса - без отклонений в вертикальной плоскости, отсутствие эффекта подруливания при прохождении поворотов (об этом ниже) и стабильность.

Задняя полузависимая подвеска

Примечание
Практически все схемы, описанные выше, могут применяться и в конструкции задней подвески.

Это одно из самых простых, дешевых и надежных решений для задней подвески, однако не лишенное многих недостатков. Суть конструкции состоит в том, что два продольных рычага, на которые опираются пружины и амортизаторы, соединили балкой, как показано на рисунке 6.8. Частично подвеска получилась зависимой, поскольку колеса связаны между собой, однако за счет свойства балки колеса имеют возможность перемещаться друг относительно друга.

Рисунок 6.8

Демпфирующие элементы

Демпфирующие элементы - это элементы подвески, призванные гасить колебания подвески при движении автомобиля. А зачем гасить колебания? Упругий элемент подвески, каким бы он ни был, призван сводить на нет все ударные нагрузки, возникающие при наезде колеса на препятствия на дороге. Но будь то пружина или воздух в пневмоподушке, после сжатия или разжатия упругого элемента сразу последует возврат в исходное положение. Сожмите в руках любую пружинку, а потом отпустите ее, и она полетит настолько далеко, насколько позволят ей силы, возникшие при разжатии. Еще пример: возьмите обычный медицинский шприц, наберите в него чистого воздуха, зажмите выходное отверстие и попробуйте переместить поршень - он переместится, но до определенного момента (пока у вас сил хватит сжимать воздух), после отпускания штока воздух начнет расширяться, возвращая поршень в исходное положение. Так и в автомобиле: при наезде автомобиля на какое-либо препятствие пружина в подвеске сожмется, но потом под действием упругих сил начнет разжиматься. Поскольку автомобиль имеет определенную массу, то пружина, распрямляясь, вынуждена будет преодолевать инерцию автомобиля, что будет выражаться покачиванием с постепенным затуханием колебаний. Ввиду постоянных разнонаправленных перемещений подвески такое раскачивание недопустимо, так как в определенный момент может наступить резонанс, что в конечном итоге просто-напросто разрушит подвеску частично или полностью. Чтобы не допустить таких колебаний, в конструкцию подвески внедрили еще один элемент - амортизатор.

Принцип работы амортизатора прост. Попробуем объяснить это на примере того же шприца. Но в этот раз будем набирать в него, к примеру, воду. Скорость набора и слива жидкости в данном случае ограничена вязкостью воды и пропускной возможностью отверстия шприца.

В подвеске объединили амортизатор с пружиной (или другим упругим элементом) и получили отличный «механизм», в котором один элемент не позволяет раскачиваться, а второй воспринимает все нагрузки.

Ниже рассмотрим демпфирующие элементы подвески на примере телескопического амортизатора.

Самыми распространенными типами демпферов на легковых автомобилях являются двухтрубные и однотрубные газонаполненные амортизаторы.

Примечание
У любого амортизатора есть две важнейшие характеристики: сила сопротивления на отбой и на сжатие.

Интересно
Сила сопротивления амортизатора на сжатие меньше, чем сила сопротивления на отбой. Сделано это для того, чтобы при наезде на препятствие колесо как можно легче и быстрее переместилось вверх, а при проезде выбоины оно как можно медленнее опускалось в нее. Таким образом достигаются наилучшие показатели по комфорту езды.

Двухтрубные гидравлические амортизаторы

Название амортизатора данного типа говорит само за себя. Простейший вид амортизатора - это две трубы, внешняя и внутренняя (представлен на рисунке 6.9). Внешняя труба еще выполняет роль корпуса всего амортизатора и резервуара для рабочей жидкости. Внутренняя труба амортизатора называется цилиндром. Внутри цилиндра установлен поршень, выполненный как одно целое со штоком. В поршне есть отверстия, в которые установлены односторонние клапаны, часть клапанов направлена в одну сторону, остальные – в обратную. Одни клапаны называются компенсационными, другие – клапанами отбоя.

Рисунок 6.9

Примечание
Односторонний клапан - это клапан, открывающийся только в одном направлении.
Применительно к амортизатору клапаны называются клапанами отбоя и сжатия.
Отбой и сжатие - это растягивание и сжатие амортизатора соответственно.

Полость между цилиндром и корпусом называется компенсационной. Эта полость, а также цилиндр амортизатора заполнены рабочей жидкостью. Цилиндр с одной стороны имеет отверстие для штока поршня, а с другой стороны заглушен пластиной с отверстиями и односторонними клапанами в них - компенсационными и клапанами сжатия.

При перемещении поршня в цилиндре масло перетекает из полости под поршнем в полость над поршнем, при этом часть масла выдавливается через клапан, находящийся снизу цилиндра. Часть жидкости через клапаны сжатия перетекает во внешний компенсационный резервуар, где сжимает воздух, прежде находившийся под атмосферным давлением в верхней части корпуса амортизатора. Поскольку эта жидкость имеет определенную вязкость и текучесть, то быстрее, чем предопределено, процесс перетекания проходить не будет. То же самое, только в обратном направлении, происходит на ходе отбоя, когда поршень перемещается вверх. При этом задействуются компенсационные клапаны пластины цилиндра и клапаны отбоя в поршне.

Однако данная конструкция имеет один, но существенный недостаток: при длительной работе амортизатора рабочая жидкость нагревается, начинает смешиваться с воздухом в компенсационном резервуаре и вспенивается, в результате происходит потеря эффективности работы и выход из строя.

Двухтрубные газо-гидравлические амортизаторы

Чтобы решить проблему вспенивания рабочей жидкости в амортизаторе, решили в компенсационный резервуар вместо воздуха закачать инертный газ (обычно используют азот). Давление может колебаться от 4 до 20 атмосфер.

Принцип работы ничем не отличается от двухтрубного гидравлического амортизатора, с той лишь разницей, что рабочая жидкость не вспенивается так интенсивно.

Однотрубные газонаполненные амортизаторы

Отличительной особенностью данных амортизаторов от вышеупомянутых конструкций является то, что у них есть только одна труба - она выполняет роль и корпуса, и цилиндра. Устройство такого амортизатора отличается только тем, что в нем нет компенсационных клапанов (рисунок 6.10). В поршне есть клапаны отбоя и сжатия. Однако особенностью данной конструкции является плавающий поршень, отделяющий резервуар с рабочей жидкостью от камеры с газом, который закачан под очень высоким давлением (20–30 атмосфер).

Однако не стоит думать, что, если корпус не двойной, значит цена ниже. Так как всю работу выполняет только поршень, то львиную долю цены амортизатора составляет стоимость расчета и подбора поршня. Правда, результатом столь трудоемких работ является повышенная эффективность всех характеристик амортизатора.

Одно из преимуществ данной схемы состоит в том, что рабочая жидкость в амортизаторе значительно лучше охлаждается ввиду того, что в корпусе всего одна стенка. Следующими преимуществами можно назвать уменьшение массы и габаритов и возможность установки «вверх тормашками» - таким образом можно снизить величину неподрессоренных масс *.

Примечание
* Неподрессоренной массой является все, что находится между поверхностью дороги и элементами подвески. Углубляться в теорию подвески и колебаний не будем, скажем лишь, что, чем меньше неподрессоренная масса, тем меньше ее инерционность и тем быстрее колесо вернется в исходное положение после наезда на какое-либо препятствие.

Однако существуют и значительные недостатки газонаполненных амортизаторов, такие как:

• уязвимость для внешних повреждений: любая вмятина обернется заменой амортизатора;
• чувствительность к температуре: чем она выше, тем выше давление газового подпора и жестче работает амортизатор.

Упругие элементы

Пружины

Самым простым и часто используемым упругим элементом, применяемым в конструкции подвески, является пружина. В наиболее простом варианте используется цилиндрическая витая пружина, но, вследствие гонки за оптимизацией и улучшением эффективности работы подвески, пружины могут принимать самые разнообразные формы. Так, пружины могут быть бочкообразными, вогнутыми, конусообразными и с переменным диаметром сечения витка. Сделано это для того, чтобы характеристика жесткости пружины стала прогрессивной, то есть при увеличении степени сжатия упругого элемента должно увеличиваться и его сопротивление этому сжатию, причем функция зависимости должна быть нелинейной и непрерывно возрастающей. Пример графика зависимости возникающей жесткости от величины сжатия приведен на рисунке 6.12.

Бочкообразные пружины иногда называют «миниблоком» (пример таких пружин приведен на рисунке 6.13). Такие пружины при тех же характеристиках жесткости, что и у обычной цилиндрической пружины, имеют меньшие габаритные размеры. Также исключается контакт витков при полном сжатии пружины.

Рисунок 6.12	Рисунок 6.13	Рисунок 6.14

В обычных цилиндрических витых пружинах эта зависимость линейная. Чтобы как-то решить эту проблему, стали изменять сечение и шаг витка.

Изменяя форму пружины (рисунок 6.14), стараются приблизить жесткость к идеальной, ориентируясь по графику (рисунок 6.12).

Рессоры

Рессора - самый простой и древний вариант упругого элемента в подвесках автомобилей. Чего проще: взять несколько стальных листов, соединить их вместе и подвесить на них элементы подвески. К тому же, рессора обладает свойством гашения колебаний за счет трения между листами. Рессорная подвеска хороша для тяжелых внедорожников и пикапов, в отношении которых нет особых требований к комфорту передвижения, но есть высокие требования к грузоподъемности.

Также рессора до недавнего времени применялась и в таком автомобиле, как Chevrolet Corvett, правда, там она располагалась поперечно и была выполнена из композитного материала.

Рисунок 6.15

Торсион

Торсион - тип упругого элемента, который часто применяется для экономии места. Он представляет собой стержень, один конец которого подсоединен к рычагу подвески, а второй зажат с помощью кронштейна на кузове автомобиля. Когда рычаг подвески перемещается, этот стержень скручивается, выступая в роли упругого элемента. Основное преимущество заключается в простоте конструкции. К недостаткам можно отнести то, что торсион для нормальной работы должен быть достаточно длинным, но из-за этого возникают проблемы с его размещением. Если торсион расположен продольно, то он «съедает» место под кузовом или внутри него, если он поперечный - уменьшает параметры геометрической проходимости автомобиля.

Рисунок 6.16 Пример подвески с продольно расположенным торсионом (длинным стержнем, закрепленным спереди на рычаге, сзади – на поперечине кузова).

Пневматический элемент

По мере загрузки автомобиля ручной поклажей и пассажирами, задняя подвеска проседает, уменьшается дорожный просвет, возрастает вероятность пробоя подвески (о том, что это такое, мы говорили выше). Чтобы этого избежать, сначала решили заменить пружины задней подвески пневматическими элементами (пример такого элемента представлен на рисунке 6.17). Данные элементы представляют собой резиновые подушки, в которые закачан воздух. Если задняя подвеска нагружена, в пневматических элементах поднимается давление воздуха, положение кузова относительно поверхности и ход подвески остаются неизменными, вероятность замыкания элементов ходовой части сводится к минимуму.

Рисунок 6.17

Рисунок 6.18

Для расширения возможностей пневмоэлементов установили мощные компрессоры, электронный блок управления и предусмотрели возможность автоматического и ручного управления подвеской. Так получилась полуактивная подвеска, которая, в зависимости от режима движения и дорожной обстановки, автоматически изменяет величину дорожного просвета. После введения в конструкцию амортизаторов с изменяемой жесткостью на выходе получили активную подвеску.

Подрамник

Чтобы обеспечить шумо- и виброизоляцию детали подвески часто крепятся не к самому кузову, а к промежуточной поперечине или подрамнику (пример которого приведен на рисунке 6.18), образующему вместе с элементами подвески единую сборочную единицу. Такая конструкция упрощает сборку на конвейере (а значит, снижает себестоимость автомобиля), регулировочные работы и последующий ремонт.

Рисунок 6.19

Стабилизатор поперечной устойчивости

При прохождении поворотов автомобиль наклоняется в сторону, противоположную повороту, - на него действуют центробежные силы. Есть два пути минимизации данного эффекта: сделать очень жесткую подвеску или установить стержень, связывающий колеса одной оси, особым образом. Первый вариант интересен, но чтобы бороться с кренами автомобиля в поворотах, пришлось бы сделать очень жесткую подвеску, что свело бы на нет показатели комфорта автомобиля. Еще один вариант - установка активной подвески со сложным электронным управлением, которая в поворотах делала бы подвеску внешних колес более жесткой. Но этот вариант очень дорогостоящий. Потому пошли по простейшему пути – установили стержень, которым связали через стойки или напрямую рычаги подвесок колес с обеих сторон автомобиля (смотрите рисунок 6.19. Таким образом, при прохождении поворота, когда колеса, находящиеся с внешней стороны относительно центра поворота, поднимаются вверх (относительно кузова), стержень скручивается и как бы подтягивает к кузову внутреннее колесо, тем самым стабилизируя положение автомобиля. От этого и название - «стабилизатор поперечной устойчивости ».

Основными недостатками обычного стабилизатора поперечной устойчивости являются ухудшение плавности хода и снижение общего хода подвески из-за небольшой, но все таки связи между колесами одной оси. Первый недостаток бьет по автомобилям класса люкс, второй – по внедорожникам. В эпоху электроники и технологических прорывов конструкторы не могли не воспользоваться всеми возможностями инженерии, потому придумали и внедрили активный стабилизатор поперечной устойчивости, который состоит из двух частей – одна часть подсоединена к подвеске правого колеса, вторая - к подвеске левого колеса, а посредине два конца стержня стабилизатора зажимаются в гидравлическом или электромеханическом модуле, который имеет возможность скручивать ту или иную часть, повышая тем самым стабильность автомобиля, а когда автомобиль движется прямо, «распускает» эти два конца стержня, давая тем самым возможность каждому из колес вырабатывать отведенный им ход подвески.

Геометрическая проходимость автомобиля

Под геометрической проходимостью автомобиля понимают совокупность его параметров, влияющих на способность беспрепятственно передвигаться в тех или иных условиях. К таким параметрам относят высоту дорожного просвета автомобиля, углы съезда и въезда, угол рампы, величину свесов. Дорожный просвет или клиренс автомобиля - это высота от самой низкой точки кузова, узла (например, деталей подвески) или агрегата (к примеру, картера двигателя) машины до поверхности земли. Угол съезда и въезда - это параметры, определяющие возможность автомобиля взбираться на горку под определенным углом или съезжать с нее. Величина этих углов напрямую связана с другим параметром, входящим в понятие геометрической проходимости - длины переднего и заднего свесов. Как правило, если свесы короткие, то машина может иметь большие углы въезда и съезда, что помогает ей без труда взбираться на крутые горки и съезжать с них. В свою очередь, знать длину свесов важно, чтобы понимать, можно ли припарковать свое авто к тому или иному бордюру. Наконец, еще один параметр - угол рампы, зависящий от длины колесной базы и высоты кузова автомобиля над поверхностью. Если база длинна, а высота мала, то автомобиль не сможет преодолеть точку перехода из вертикальной плоскости в горизонтальную - проще говоря, машина, поднявшись на гору, не сможет перевалить через ее пик, и «сядет» на днище.

Please enable JavaScript to view the

Подвеска — важная система, которая делает возможным движение автомобиля (ведь с ее помощью к автомобилю крепятся колеса), а заодно обеспечивает комфорт и безопасность пассажиров и грузов. Об устройстве подвески автомобиля, основных ее элементах и их назначении читайте в этой статье.

Назначение подвески автомобиля

Подвеска - одна из основных систем ходовой части автомобиля, она необходима для соединения кузова (или рамы) автомобиля с колесами. Подвеска выступает в качестве промежуточного звена между автомобилем и дорогой и решает несколько задач:

Передачу на раму или кузов сил и моментов, возникающих при взаимодействии колес с дорожным покрытием;
- Связь колес с кузовом или рамой;
- Обеспечивает необходимые для нормального движения положения колес относительно рамы или кузова и дороги;
- Обеспечивает приемлемую плавность хода, компенсирует неровности дорожного покрытия.

Так что подвеска автомобиля - это не просто набор компонентов для соединения колес и кузова или рамы, а сложная система, которая делает возможным нормальное и комфортное движение на автомобиле.

Общее устройство подвески автомобиля

Любая подвеска, независимо от своего типа и устройства, имеет ряд элементов, которые помогают решить описанные выше задачи. К основным элементам подвески относятся:

Направляющие элементы;
- Упругие элементы;
- Гасящие устройства;
- Опоры колес;
- Стабилизаторы поперечной устойчивости;
- Элементы крепления.

Нужно отметить, что далеко не в каждой подвеске есть отдельные детали, играющие роль того или иного элемента - зачастую одна деталь решает сразу несколько задач. Например, традиционная подвеска на рессорах в качестве направляющего и упругого элемента, а также в качестве гасящего устройства использует рессору. Пакет стальных пружинящих пластин одновременно обеспечивает нужное положение колеса, воспринимает возникающие при движении силы и моменты, а также служит амортизатором, сглаживающим неровности дороги.

О каждом элементе подвески нужно рассказать отдельно.

Направляющие элементы

Главная задача направляющих элементов - обеспечить необходимый характер перемещения колес относительно рамы или кузова. Кроме того, направляющие элементы воспринимают силы и моменты от колеса (преимущественно боковые и продольные) и передают их на кузов или раму. В качестве направляющих элементов в подвесках различных типов обычно используются рычаги той или иной конструкции.

Упругие элементы

Основное назначение упругих элементов - передача сил и моментов, направленных по вертикали. То есть упругие элементы воспринимают и передают на кузов или раму неровности дороги. Нужно отметить, что упругие элементы не гасят воспринимаемые нагрузки - напротив, они их накапливают и передают на кузов или раму с некоторой задержкой. В качестве упругих элементов могут выступать рессоры , витые пружины, торсионы, а также разнообразные резиновые буферы (которые чаще всего применяются совместно с упругими элементами других типов).

Гасящие устройства

Гасящее устройство выполняет важную функцию - оно гасит колебания рамы или кузова, вызванные наличием упругих элементов. Чаще всего в роли гасящих элементов выступают гидравлические амортизаторы, но на многих автомобилях находят применение также пневматические и гидропневматические устройства.

В большинстве современных легковых автомобилей упругий элемент и гасящее устройство объединены в единую конструкцию - так называемую стойку, которая состоит из гидравлического амортизатора и витой пружины.

Подвеска автомобиля

Подвеска автомобиля, или система подрессоривания - совокупность деталей, узлов и механизмов, играющих роль соединительного звена между кузовом автомобиля и дорогой . Входит в состав шасси .

Подвеска выполняет следующие функции :

• Физически соединяет колёса или неразрезные мосты с несущей системой автомобиля - кузовом или рамой ;
• Передаёт на несущую систему силы и моменты, возникающие при взаимодействии колёс с дорогой;
• Обеспечивает требуемый характер перемещения колёс относительно кузова или рамы, а также необходимую плавность хода.

Основными элементами подвески являются:

• Упругие элементы , которые воспринимают и передают нормальные (направленные по вертикали) силы реакции дороги, возникающие при наезде колеса на её неровности;
• Направляющие элементы , которые задают характер перемещения колёс и их связи между собой и с несущей системой, а также передают продольные и боковые силы и их моменты.
• Амортизаторы , которые служат для гашения колебаний несущей системы, возникающих вследствие действия дороги.

В реальных подвесках зачастую один элемент выполняет сразу несколько функций. Например, многолистовая рессора в классической рессорной подвеске заднего моста воспринимает одновременно как нормальную реакцию дороги (то есть, является упругим элементом) , так и боковые и продольные силы (то есть, является и направляющим элементом) , а также за счёт межлистового трения выступает в качестве несовершенного фрикционного амортизатора.

Однако в подвесках современных автомобилей, как правило, каждую из этих функций выполняют отдельные конструктивные элементы, достаточно жёстко задающие характер перемещения колёс относительно несущей системы и дороги, что обеспечивает заданные параметры устойчивости и управляемости.

Современные автомобильные подвески становятся сложными конструкциями, сочетающими механические, гидравлические, пневматические и электрические элементы, зачастую имеют электронные системы управления, что позволяет достичь сочетания высоких параметров комфортабельности, управляемости и безопасности.

Основные установочные параметры подвески

Колея и колёсная база

Колея́ - поперечное расстояние между осями пятен контакта шин с дорогой.

Колёсная ба́за - продольное расстояние между осями передних и задних колёс.

Центры крена и ось крена

Центр поперечного крена - это воображаемая точка, расположенная в вертикальной плоскости, которая проходит через центры колёс, и при крене автомобиля в каждый конкретный момент времени остаётся неподвижной.

Иными словами, это воображаемая точка, расположенная над воображаемой осью, соединяющей центры передних или задних колёс, вокруг которой кренится автомобиль (в повороте, при проезде неровностей, и так далее).

Его расположение определяется конструкцией подвески. Так как спереди и сзади её конструкция не обязательно одинакова, различают отдельно передний и задний центры поперечного крена - то есть, передний и задний концы автомобиля (точнее, его передняя и задняя подвески) обладают собственными центрами крена.

Соединяющая передний и задний центры поперечного крена линия - ось поперечного крена . Это та воображаемая ось, вокруг которой вращается кузов автомобиля при крене.

На автомобилях с зависимой задней подвеской как правило она достаточно сильно наклонена вперёд (на них передний центр поперечного крена обычно находится на, или даже под поверхностью дороги, а задний расположен сравнительно высоко). На автомобилях с независимой подвеской спереди и сзади ось поперечного крена обычно примерно параллельна поверхности земли и расположена сравнительно высоко (тем лучше, чем ближе к высоте центра тяжести - об их взаимоотношениях см. ниже).

Центр поперечного крена и ось поперечного крена имеют очень большое влияние на управляемость автомобиля. При повороте центробежная сила действует на центр тяжести автомобиля, и он начинает перемещаться вокруг оси поперечного крена. Чем ближе ось крена к центру тяжести автомобиля (далее - ЦТ), тем меньше кренится автомобиль, что позволяет проходить повороты на большой скорости и повысить комфортабельность.

Как правило, однако, ось крена проходит сравнительно низко под ЦТ, так как из-за применения на серийных автомобилях высоких рядных двигателей и достаточно высокого размещения пассажиров в салоне их ЦТ оказывается достаточно высоким. Почти полное совмещение оси поперечного крена и ЦТ достигается или на низких спортивных автомобилях, особенно с низкими V-образными или оппозитными моторами (например, заднемоторных «Порше»), или за счёт особой геометрии подвески, размещающей центр крена достаточно высоко (например, передняя подвеска Ford Fiesta имеет центр крена, близкий к ЦТ; а задняя полузависимая - уже нет).

Кроме центра поперечного крена, выделяют и центр продольного крена , который остаётся неподвижным в то время, как автомобиль разгоняется и тормозит. Как известно, при разгоне и торможении, особенно резком, кузов автомобиля накреняется соответственно назад или вперёд.

Здесь действуют те же самые закономерности: чем ближе продольный ЦК к ЦТ, тем меньше автомобиль «клюёт носом» при торможении и «приседает» при разгоне. Именно на этом основан принцип действия так называемой «противоклевковой геометрии» передней подвески - за счёт особого наклона осей рычагов подвески в продольной плоскости достигается достаточно высокое положение центра продольного крена, при котором он почти попадает или максимально приближается к ЦТ, и автомобиль практически не «клюёт носом» даже при очень резком торможении.

Параметры установки управляемых колёс

Плечо обката

Различные варианты плеча обката.

Рассмотрим переднюю подвеску автомобиля.

В связи с её конструктивными особенностями (например, такими, как размещение внутри колёс тормозного механизма и части деталей подвески), плоскость вращения колеса и ось его поворота в большинстве случаев оказываются на определённом расстоянии друг от друга. Это расстояние, измеренное на уровне поверхности земли, и называется плечом обката.

Таким образом, плечо обката (Scrub Radius) - это расстояние по прямой между точкой, в которой ось поворота колеса пересекается с дорожным полотном, и центром пятна контакта колеса и дороги (в ненагруженном состоянии автомобиля). При повороте колесо «обкатывается» вокруг оси своего поворота по этому радиусу.

Оно может быть нулевым, положительным и отрицательным (все три случая показаны на иллюстрации).

В течение десятилетий на большинстве автомобилей использовались сравнительно большие положительные значения плеча обката. Это позволяло уменьшить усилие на рулевом колесе при парковке (потому что колесо катится при повороте руля, а не просто проворачивается на месте, как при нулевом плече обката) и освободить место в подкапотном пространстве за счёт выноса колёс «наружу».

Однако со временем стало ясно, что положительное плечо обката может быть опасным - например, при отказе тормозов одной стороны, проколе одной из шин или нарушении регулировки руль начинает сильно «рваться из рук». Этот же эффект наблюдается при большом положительном плече обката и при проезде любой неровности на дороге, но плечо всё же делали достаточно малым, чтобы при нормальном вождении он оставался малозаметен.

Поэтому начиная с семидесятых-восьмидесятых годов, по мере увеличения скоростей движения автомобилей и с распространением подвески типа «Макферсон», допускающей это с технической стороны, стали появляться автомобили с нулевым или даже отрицательным плечом обката. Это позволяет минимизировать описанные выше опасные эффекты.

Например, на «классических» моделях ВАЗ плечо обката было положительным, а на переднеприводном семействе LADA Samara - стало уже отрицательным.

Плечо обката определяется не только конструкцией подвески, но и параметрами колёс. Поэтому при подборе незаводских «дисков» (по принятой в технической литературе терминологии эта часть именуется «колесо» и состоит из центральной части - диска и внешней, на которую сажается шина - обода ) для автомобиля следует соблюдать указанные заводом-изготовителем допустимые параметры, особенно - вылет, так как при установке колёс с неправильно подобранным вылетом плечо обката может сильно измениться, что весьма существенно сказывается на управляемости и безопасности автомобиля, а также на долговечности его деталей.

Например, при установке колёс с нулевым или отрицательным вылетом при предусмотренном с завода положительном (например, слишком широких) плоскость вращения колеса сдвигается наружу от не меняющейся при этом оси поворота колеса, и плечо обката может приобрести большие положительные значения, руль начнёт «рваться» из рук на каждой неровности дороги, усилие на нём при парковке превышает все допустимые величины, а износ ступичных подшипников существенно увеличивается.

Развал и схождение

Развал - угол наклона плоскости вращения колеса, взятый между ней и вертикалью.

Схождение - угол между направлением движения и плоскостью вращения колеса.

Кастер

Кастер , или кастор - это продольный угол оси поворота колеса, взятый между ней и вертикалью.

На заднеприводных автомобилях оси поворота передних колёс всегда наклоняют назад (положительный кастер) . При наклонённой назад оси поворота колесо во время движения само стремится занять положение позади этой оси, что создаёт динамическую стабилизацию. Это можно уподобить поведению колёсика рояля или офисного стула - при качении оно всегда само занимает положение позади своей оси (во многих европейских языках такое колёсико как раз и называется «кастером» или «кастором»). При движении в повороте боковые силы реакции дороги также стараются вернуть колесо в исходное положение, так как прикладываются позади оси его поворота.

По той же причине вилку переднего колеса на мотоциклах и велосипедах тоже всегда наклоняют назад.

Благодаря наличию положительного кастера заднеприводный автомобиль продолжает ехать прямо при отпущенном руле, даже несмотря на воздействие возмущающих сил - неровностей дороги, бокового ветра и так далее. Колесо, имеющее положительный кастер, старается занять положение, соответствующее прямолинейному движению, даже если лопнула одна из рулевых тяг.

Отсюда вытекает совершенная недопустимость при тюнинге заднеприводных автомобилей чрезмерно лифтовать заднюю подвеску - при этом кузов вместе с осью поворота передних колёс наклоняется вперёд, и кастер становится нулевым или даже отрицательным, при этом эффект динамической стабилизации передних колёс сменяется их динамической дестабилизацией, что значительно затрудняет управление автомобилем и делает его опасным. Большинство передних подвесок автомобилей имеют возможность регулировки кастера в небольших пределах для компенсации нормального износа в процессе эксплуатации.

Для переднеприводного автомобиля положительный кастер намного менее актуален, так как передние колёса уже не свободно катятся, а тянут машину за собой, и небольшое его положительное значение сохраняют лишь для большей устойчивости при торможении.

Подрессоренные и неподрессоренные массы

Неподрессоренная масса включает в себя массу деталей, вес которых при неподвижном нагруженном автомобиле непосредственно передаётся на дорогу (опорную поверхность).

Остальные детали и элементы конструкции, масса которых передаётся на поверхность дороги не непосредственно, а через подвеску, относят к подрессоренным массам .

Более конкретные способы определения неподрессоренных масс описывают национальные и международные стандарты. Например, согласно стандарту DIN рессоры, рычаги подвески, амортизаторы и пружины относятся к неподрессоренным массам, а торсионные валы - уже к подрессоренным. Для стабилизатора поперечной устойчивости же, половина массы берётся как подрессоренная, а половина - как неподрессоренная.

Таким образом, точно определить величину неподрессоренных и подрессоренных масс можно либо на специальном стенде, либо имея возможность точно взвесить все детали ходовой части автомобиля и проведя достаточно сложные расчёты.

Числовое значение неподрессоренных и подрессоренных масс необходимо для расчёта характеристик колебаний автомобиля, которые определяют плавность его хода и, соответственно, комфортабельность.

В общем случае, чем больше неподрессоренная масса - тем хуже плавность хода, и напротив - чем она меньше, тем ход автомобиля плавней. Точнее говоря, всё зависит от соотношения подрессоренной и неподрессоренной масс. Хорошо известно, что гружёный грузовик (существенно увеличивается подрессоренная масса при постоянной неподрессоренной) идёт ощутимо плавнее, чем порожний.

Кроме того, величина неподрессоренной массы оказывает непосредственное влияние на работу подвески автомобиля. Если неподрессоренная масса очень велика (скажем, в случае зависимой задней подвески заднеприводного автомобиля в виде тяжёлого жёсткого моста, объединяющего в массивном картере редуктор главной передачи, полуоси, ступицы колёс, тормозные механизмы и сами колёса) - то очень велик и момент инерции, получаемый деталями подвески при проезде неровностей. Это означает, что при проезде последовательных неровностей («волн» покрытия) на скорости тяжёлый задний мост просто не будет успевать «приземляться» под воздействием упругих элементов, и его сцепление с дорогой существенно падает, что создаёт возможность для очень опасного сноса задней оси, особенно на покрытии с малым коэффициентом сцепления (скользком).

Подвеска с малыми неподрессоренными массами, например большинство типов независимой или зависимая типа «Де Дион», практически свободна от этого недостатка.

Классификация

В целом, все подвески делятся на два больших типа, имеющих принципиальные различия по характеру работы - зависимые и независимые .

В зависимой подвеске колёса одной оси жёстко связаны между собой. Они всегда параллельны друг другу (или иногда имеют небольшой заданный на этапе проектирования развал), и на ровном покрытии перпендикулярны поверхности дороги. На неровном покрытии перпендикулярность колёс дороге может нарушаться (средняя картинка).

В зависимой подвеске колёса одной оси так или иначе жёстко связаны между собой, и перемещение одного колеса оси однозначно влияет на другое.

Это самый старый вариант подвески, унаследованный автомобилем ещё от конных экипажей.

Тем не менее, она непрерывно совершенствовалась, и применяется в том или ином виде до сих пор. Наиболее совершенные варианты такой подвески (например, «Де Дион») уступают независимым лишь по ряду параметров, и то - незначительно и только на неровной дороге, имея при этом ряд важных преимуществ перед ними (в первую очередь - то, что, в отличие от независимых подвесок, колея колёс не меняется, они всегда параллельны друг другу, или в случае неведущего моста могут иметь небольшой заданный развал, а на сравнительно ровном покрытии - всегда остаются в наиболее выгодном положении - примерно перпендикулярно поверхности дороги, вне зависимости от ходов подвески и кренов кузова).

В независимой подвеске колёса одной оси не имеют жёсткой связи, и перемещение одного из них либо никак не влияет на второе, либо имеет на него лишь небольшое влияние. При этом установочные параметры - такие, как колея, развал колёс, а в некоторых типах и колёсная база - меняются при сжатии и отбое подвески, иногда в весьма значительных пределах.

В настоящее время такие подвески наиболее распространены благодаря сочетанию сравнительной дешевизны и технологичности с хорошими кинематическими параметрами.

Зависимые

На поперечной рессоре

Ford T, хорошо видна подвеска переднего моста на поперечной рессоре.

Этот очень простой и дешёвый тип подвески широко применялся в первые десятилетия развития автомобиля, но по мере роста скоростей движения почти совершенно вышел из употребления.

Подвеска состояла из неразрезной балки моста (ведущего или неведущего) и расположенной над ним полуэллиптической поперечной рессоры. В подвеске ведущего моста возникала необходимость размещения его массивного редуктора, поэтому поперечная рессора имела форму прописной буквы «Л». Для уменьшения податливости рессоры использовались продольные реактивные тяги или дышло.

Этот тип подвески наиболее известен по автомобилям Ford T и Ford A / ГАЗ-А . На автомобилях «Форд» этот тип подвески использовался вплоть до модели 1948 года (включительно). Инженеры ГАЗ-а же отказались от него уже на модели ГАЗ-М-1 , созданной на основе Ford B, но имевшей полностью переработанную подвеску на продольных рессорах. Отказ от такого типа подвески на поперечной рессоре в данном случае был связан в наибольшей степени с тем, что она, по опыту эксплуатации ГАЗ-А, обладала недостаточной живучестью на отечественных дорогах.

Наиболее же существенным недостатком схемы с поперечной рессорой было то, что она, обладая большой податливостью в продольном направлении даже несмотря на наличие дышла, при движении непредсказуемо изменяла угол поворота моста, что было особенно чувствительно в передней подвеске с управляемыми колёсами и способствовало нарушению управляемости автомобиля на большой скорости. Даже по меркам конца сороковых годов такая подвеска спереди не обеспечивала автомобилю нормальной управляемости на скорости.

Зависимая схема с поперечной рессорой и лёгкой балкой неведущего моста использовалась в сравнительно малонагруженной задней подвеске многих переднеприводных DKW и происходящих от них ранних моделях ГДР-овского Wartburg . Продольное перемещение моста при этом контролировалось двумя продольными реактивными тягами.

На продольных рессорах

Это, вероятно, самый древний вариант подвески. В ней балка моста подвешена на двух продольно ориентированных рессорах. Мост может быть как ведущим, так и неведущим, и расположен как над рессорой (обычно на легковых автомобилях), так и под ней (грузовики, автобусы, внедорожники). Как правило, крепление моста к рессоре осуществляется при помощи металлических хомутов примерно в её середине, часто с небольшим смещением вперёд.

Рессора в её классическом виде представляет собой пакет из упругих металлических листов, соединённых хомутами. Лист, на котором расположены ушки крепления рессоры, называется коренным - как правило, его делают самым толстым. На концах коренного листа могут иметься загнутые ушки, предназначенные для крепления рессоры к шасси или к деталям подвески. Следующий за ним лист - подкоренной, его обычно делают столь же длинным, как и коренной, порой он даже обхватывает ушки коренного листа

В последние десятилетия наблюдается переход к мало- или даже однолистовым рессорам, иногда для них используются неметаллические композитные материалы (углепластики и так далее). Тем не менее, многолистовые рессоры также имеют свои преимущества. Два главных - это, во-первых, возникающий при межлистовом трении эффект гашения колебаний, благодаря которому рессора работает как простейший фрикционный (работающий за счёт трения) амортизатор; а во-вторых - то, что рессора обладает так называемой прогрессивной характеристикой - то есть, её жесткость увеличивается по мере возрастания нагрузки. Последнее является следствием того, что жёсткость листов рессоры тем больше, чем они короче. При небольших нагрузках деформируются только более длинные и мягкие листы, и рессора в целом работает как мягкая, создавая высокую плавность хода; при росте нагрузок при больших ходах подвески в работу включаются короткие и жёсткие листы, жёсткость рессоры в целом нелинейно возрастает и она становится способной без пробоя выдержать большие усилия. Это аналогично работе сравнительно недавно вошедших в практику массового автомобилестроения пружин прогрессивного действия (с переменным шагом навивки).

Старинная иллюстрация, показывающая формы различных рессор: однолистовая полуэллиптическая (А), полу- (B, C) , 3/4- (D) и разные виды эллиптических (E, F) .

3/4-эллиптические рессоры.

Рессоры в такой подвеске могут быть четверть-, полу-, 3/4- и полностью эллиптическими, а также кантилеверными (консольно вывешенными).

• Эллиптическая - в плане имеет форму, близкую к эллипсу; такие рессоры использовались в подвеске конных экипажей и ранних автомобилей; преимущество - большая мягкость и как следствие плавный ход, кроме того, такие рессоры были более надёжны в условиях слаборазвитой металлургии; минус - громоздкость, технологическая сложность и дороговизна при массовом производстве, малая прочность, большая чувствительность к продольным, поперечным и боковым силам, вызывающая огромный «увод» моста при работе подвески и сильный S-образный изгиб при разгоне и торможении, а следовательно - нарушение управляемости;

• 3/4-эллиптическая: имеет форму трёх четвертей эллипса; использовалась на экипажах и ранних автомобилях благодаря своей мягкости, к двадцатым годам вышла из употребления по тем же причинам, что и эллиптическая;

• Полуэллиптическая - имеет профиль в виде половины эллипса; наиболее распространённый тип; представляет собой компромисс между комфортабельностью, компактностью и технологичностью;

• Четверть-эллиптическая - конструктивно это половина полуэллиптической, наглухо заделанная одним концом на шасси; второй конец консольно вывешен; как упругий элемент достаточно жёсткая; применялась как правило для создания независимой подвески, реже - зависимой, например на ГАЗ-67 (в передней подвеске - по две рессоры на борт, над и под балкой переднего ведущего моста, то есть - всего четыре).

• Кантилеверная - полуэллиптическая рессора, которая шарнирно заделана на раме или шасси в двух точках - в одном из концов и посередине; второй конец консольно вывешен. Применялась, к примеру, в задней подвеске ГАЗ-АА .

Продольные рессоры в такой подвеске воспринимают усилия во всех направлениях - вертикальном, боковом, продольном, а также тормозные и реактивные моменты, - что позволяет исключить из конструкции подвески дополнительные элементы (рычаги, реактивные тяги, растяжки, и т. д.). Поэтому продольно-рессорная подвеска характеризуется простотой и относительной дешевизной (при этом само по себе производство рессор достаточно сложно и требует хорошо поставленной технологии). Кроме того, так как рессора опирается на раму или кузов в двух широко разнесённых точках, она снимает возникающие при большой загрузке напряжения в задней части кузова или рамы, благодаря чему такая подвеска также характеризуется высокой живучестью на плохих дорогах и грузоподъёмностью. К преимуществам можно отнести и легкость варьирования жёсткости за счёт подбора листов той или иной длины и толщины.

До конца семидесятых годов продольные полуэллиптические листовые рессоры очень широко применялись в зависимой задней подвеске легковых автомобилей благодаря дешевизне, простоте и хорошей живучести. Длинные рессоры с относительно небольшим количеством листов (малолистовые) обеспечивают благодаря своей мягкости высокую плавность хода, благодаря чему долгое время применялись на больших комфортабельных легковых автомобилях. На грузовых автомобилях продольные рессоры долгое время были основным типом упругих элементов подвески и продолжают использоваться сегодня.

При разгоне и торможении податливая рессора S-образно изгибается, нарушая геометрию подвески, а сама рессора испытывает повышенные нагрузки.

В настоящее время в подвесках современных легковых автомобилей продольные рессоры в своём традиционном виде практически не применяются, так как они слишком податливы под действием продольных и боковых сил, и за счёт этого допускают в ходе работы подвески (например, в поворотах) непредсказуемое смещение («увод») прикреплённого к ним моста - сравнительно небольшое, но достаточное для нарушения управляемости на сравнительно больших скоростях. Причём с ростом длины рессоры и уменьшением её жёсткости (то есть повышением плавности хода и комфортабельности автомобиля) эти явления становятся всё более выраженными. При разгоне продольные рессоры допускают S-образную деформацию, при которой мост поворачивается вокруг своей оси, что увеличивает изгибное напряжение, действующее в точках крепления рессоры.

Частично решает проблему увеличение ширины рессор (и такая тенденция действительно наблюдалась, например, на ГАЗ-21 рессоры имели ширину 55 мм, на ГАЗ-24 - 65 мм, на «ГАЗели» - уже 75 мм) , смещение точки крепления моста и более жёстких коротких листов к переднему креплению рессоры, а также введение в рессорную подвеску растяжек и реактивных тяг. Однако наиболее предпочтительна зависимая подвеска с жёстко и однозначно заданной геометрией, вроде пятирычажной с тягой Панара или механизмом Уатта, исключающей элемент непредсказуемости поведения жёсткого моста. Введение в рессорную подвеску аналогичных жёстких направляющих элементов в общем случае лишило бы её основных преимуществ - простоты и сравнительной дешевизны, сделало бы её излишне громоздкой и тяжёлой, поэтому в таких случаях подвеска выполняется обычно на других типах упругих элементов, способных воспринимать только вертикальные усилия - как правило, витых пружинах , работающих на кручение торсионных стержнях или пневмобаллонах. Тем не менее, в своё время использовались и рессорные подвески с дополнительными направляющими элементами, как правило в виде закреплённых на ведущем мосту продольных или диагональных рычагов (т. н. traction bars ), одного Т-образного рычага или дышла (см. ниже). Traction bars иногда ставят на серийные автомобили с рессорной задней подвеской в качестве тюнинга, с тем или иным успехом.

Единичные случаи применения рессор в современных легковых автомобилях, например, в подвесках автомобиля Chevrolet Corvette и некоторых Volvo, связаны с их использованием исключительно в качестве упругого элемента, геометрию же подвески при этом задают рычаги, аналогичные используемым в пружинной подвеске. В этом случае преимуществом является компактность рессоры относительно пружинно-амортизаторных стоек, что позволяет сэкономить пространство салона и багажника.

Классические же рессорные подвески, в которых рессора работает и как упругий, и как направляющий элемент встречаются нынче практически только на консервативных внедорожниках и грузовых автомобилях, иногда - в сочетании с дополнительными упругими элементами, например - пневмобаллонами (автобус «Богдан», некоторые американские пикапы).

С направляющими рычагами

Существуют самые различные схемы таких подвесок с различным количеством и расположением рычагов. Часто применяется показанная на иллюстрации пятирычажная зависимая подвеска с тягой Панара. Её преимущество в том, что рычаги жёстко и предсказуемо задают движение ведущего моста по всем направлениям - вертикальном, продольном и боковом.

Более примитивные варианты имеют меньшее число рычагов. Если рычага всего два, при работе подвески они перекашиваются, что требует либо их собственной податливости (например, на некоторых «Фиатах» начала шестидесятых годов и английских спорткарах рычаги в пружинной задней подвеске делались упругими, пластинчатыми, по сути - аналогичными четверть-эллиптическим рессорам), либо особого шарнирного соединения рычагов с балкой, либо податливости самой балки на кручение (так называемая торсионно-рычажная подвеска с сопряжёнными рычагами, до сих пор широко распространённая на переднеприводных автомобилях).

В качестве упругих элементов могут использоваться как витые пружины, так и, например, пневмобаллоны (особенно на грузовиках и автобусах, а также - в «лоурайдерах ») . В последнем случае требуется жёсткое задание движения направляющего аппарата подвески по всем направлениям, так как пневмобаллоны не способны воспринимать даже небольшие поперечные и продольные нагрузки.

С дышлом

Дышло в задней подвеске автомобилей применяют для уменьшения продольных кренов при разгоне и торможении. Дышло жёстко соединено с балкой ведущего заднего моста, а с кузовом соединяется с помощью шарнира. При разгоне дышло за счёт сил, действующих на балку моста, подталкивает кузов вверх в точке крепления, а при торможении - подтягивает вниз, предотвращая «клевок» кузова.

Типа «Де Дион»

Подвеску «Де Дион» можно охарактеризовать как промежуточный тип между зависимыми и независимыми подвесками. Этот тип подвески может использоваться только на ведущих мостах, точнее говоря, только ведущий мост может иметь тип подвески «Де Дион», так как она была разработана как альтернатива неразрезному ведущему мосту и подразумевает наличие на оси ведущих колёс.

В подвеске «Де Дион» колёса соединены сравнительно лёгкой, так или иначе подрессоренной неразрезной балкой, а редуктор главной передачи неподвижно крепится к раме или кузову и передаёт вращение на колёса через полуоси с двумя шарнирами на каждой.

Это позволяет свести к минимуму неподрессоренные массы (даже по сравнению со многими видами независимой подвески). Иногда для улучшения этого эффекта тормозные механизмы переносят к дифференциалу, оставляя неподрессоренными лишь ступицы колёс и сами колёса.

При работе такой подвески изменяется длина полуосей, что вынуждает выполнять их с подвижными в продольном направлении шарнирами равных угловых скоростей (как на переднеприводных автомобилях). На английском Rover 3500 использовались обычные карданные шарниры, и для компенсации саму балку подвески пришлось выполнить с уникальной конструкции скользящим шарниром, позволявшим ей увеличивать или уменьшать свою ширину на несколько сантиметров при сжатии и отбое подвески. Чаще, однако, скользящие шарниры выполняют на самих полуосях (отдельно или в качестве конструктивного элемента шарнира равных угловых скоростей), а балка при работе подвески своей ширины не меняет.

«Де Дион» является технически весьма совершенным типом подвески, и по кинематическим параметрам превосходит даже многие виды независимых, уступая лучшим из них лишь на неровной дороге, и то по отдельным показателям. При этом и себестоимость такой подвески достаточно высока (выше, чем у многих типов независимой подвески), поэтому применяется она сравнительно редко, обычно - на спортивных автомобилях. Например, такую подвеску имели многие модели Alfa Romeo . Из недавних автомобилей с такой подвеской можно назвать Smart .

Независимые

С качающимися полуосями

Подвеска с качающимися полуосями имеет по одному шарниру на каждой из них. Это обеспечивает их независимое подрессоривание, но при работе подвески такого типа изменяются в больших пределах как колея, так и развал колёс, что делает такую подвеску кинематически несовершенной.

Благодаря простоте и дешевизне такая подвеска одно время широко использовалась в качестве ведущего заднего моста на заднеприводных автомобилях. Однако по мере роста скоростей и требований к управляемости от неё стали повсеместно отказываться, как правило - в пользу более сложной, но и более совершенной подвески на продольных или косых рычагах. Например, ЗАЗ-965 имел качающиеся полуоси в задней подвеске, но его преемник ЗАЗ-966 уже получил косые рычаги и полуоси с двумя шарнирами на каждой. Точно такую же трансформацию претерпела и задняя подвеска второго поколения американского Chevrolet Corvair .

На переднем мосту такая подвеска применялась очень редко, и практически исключительно на малоскоростных, лёгких заднемоторных автомобилях (например, Hillman Imp).

Существовали и улучшенные варианты такой подвески. Например, на некоторых моделях Mercedes-Benz шестидесятых годов использовался задний мост с одним шарниром посередине, половинки которого работали как качающиеся полуоси. Такой вариант подвески отличается меньшим изменением её установочных параметров при работе. Между половинками моста устанавливался дополнительный пневматический упругий элемент, позволявший регулировать высоту кузова автомобиля над дорогой.

На некоторых автомобилях, - например, пикапах «Форд» середины 1960-х годов , применялись неведущие мосты с качающимися полуосями, точки крепления которых были расположены близко к колёсам противоположного борта. Полуоси при этом получались очень длинными, почти во всю колею автомобиля, и изменение колеи и развала колёс было не так заметно.

В настоящее время такая подвеска практически не применяется.

На продольных рычагах

В этой подвеске каждое из колёс одной оси прикреплено к продольному рычагу, закреплённому на раме или кузове подвижно.

Этот тип независимой подвески прост, но несовершенен. При работе такой подвески в достаточно больших пределах меняется колёсная база автомобиля, правда колея при этом остаётся постоянной. При повороте колёса в ней наклоняются вместе с кузовом существенно больше, чем в других конструкциях подвесок. Продольные рычаги воспринимают усилия, действующие во всех направлениях, а значит - подвергаются большим нагрузкам на кручение и изгиб, что требует их большой жёсткости и, соответственно, утяжеления.

Кроме того, для неё характерно очень низкое, в районе полотна дороги, расположение центра крена, что является недостатком для задней подвески.

Помимо простоты, в качестве преимущества такой подвески можно назвать то, что между рычагами пол можно выполнить совершенно ровным, увеличив объём, доступный для пассажирского салона или багажника. Это особенно чувствуется при применении в качестве упругих элементов торсионов, благодаря чему подвеска на продольных рычагах с поперечными торсионными валами в своё время широко использовалась на французских автомобилях.

В своё время (преимущественно 1960-е - 1980-е годы) такая подвеска с традиционными пружинными, торсионными или (Citroën , Austin) гидропневматическими упругими элементами довольно широко применялась на задней оси переднеприводных автомобилей. Однако впоследствии она в этой роли была вытеснена разработанной «Ауди» полузависимой подвеской со связанными рычагами, либо более компактной и технологичной типа «макферсон» (в англоязычных странах такую подвеску на задней оси называют «Чепмен»), либо (уже в конце 1980-х… 1990-е годы) наиболее кинематически совершенной - на двойных поперечных рычагах.

В качестве передней такая подвеска изредка применялась на конструкциях, разработанных до 1950-х годов, а впоследствии - ввиду своего несовершенства практически исключительно на дешёвых малоскоростных автомобилях (например, Citroen 2CV).

Кроме того, подвеска на продольных рычагах очень широко применяется на лёгких прицепах.

Пружинные

Торсионные

На косых рычагах

Это по сути разновидность подвески на продольных рычагах, созданная в стремлении избавиться от её врождённых недостатков. Она почти всегда используется на задней ведущей оси.

В ней оси качания рычагов расположены под некоторым углом. Благодаря этому изменение колёсной базы минимизируется по сравнению с подвеской на продольных рычагах, уменьшается и влияние кренов кузова на наклон колёс (но появляется изменение колеи).

Существует два вида такой подвески.

В первом используется по одному шарниру на каждой полуоси, как в подвеске с качающимися полуосями (иногда её и считают разновидностью последней), при этом ось качания рычага должна проходить через центр шарниров полуосей (расположенных в районе их прикрепления к дифференциалу), то есть расположена под углом 45 градусов к поперечной оси автомобиля. Это удешевляет подвеску, но при её работе сильно меняются развал и схождение колёс, в повороте наружное колесо «подламывается» под кузов, а центр крена оказывается очень высоким (те же недостатки характерны и для подвески на качающихся полуосях). Этот вариант применялся практически исключительно на дешёвых, лёгких и малоскоростных, как правило - заднемоторных автомобилях (ЗАЗ-965 , Fiat 133 , и так далее).

Во втором варианте (именно он показан на иллюстрации) каждая полуось имеет по два шарнира - внутренний и внешний, при этом ось качания рычага не проходит через внутренний шарнир, и её угол с поперечной осью автомобиля составляет не 45, а 10-25 градусов, что более выгодно с точки зрения кинематики подвески. Это уменьшает изменение колеи и развала колёс до приемлемых величин.

Второй вариант в 1970-е… 1980-е годы очень широко применялся на заднеприводных автомобилях, как правило непосредственно заменив использовавшиеся на предыдущих поколениях зависимые подвески с неразрезным мостом. Можно назвать такие модели, как «Запорожец» ЗАЗ-966 и −968, BMW 3-й… 7-й серий, некоторые модели Mercedes-Benz , Ford Granada , Ford Sierra , Ford Scorpio , Opel Senator , Porsche 911 и так далее. В качестве упругих элементов применялись как традиционные витые пружины, так и торсионные валы, иногда - пневмобаллоны. Впоследствии по мере совершенствования подвесок автомобилей и повышения требований к устойчивости и управляемости он был вытеснен либо более дешёвой и компактной подвеской «МакФерсон» («Чепмен»), либо более совершенной на двойных поперечных рычагах, и сегодня применяется весьма редко.

На переднеприводных автомобилях такая подвеска применялась редко, так как для них её кинематические преимущества малозначимы (в них роль задней подвески вообще намного меньше, чем у заднеприводных). Из примера можно назвать Trabant , у которого упругим элементом в подвеске на косых рычагах служила закреплённая в своём центре на кузове поперечная рессора, концы которой крепились к концам А-образных косо расположенных рычагов.

На продольных и поперечных рычагах

Это сложный и очень редко встречавшийся тип подвески.

По сути он был вариантом подвески макферсон, но для разгрузки брызговика крыла пружины располагались не вертикально, а горизонтально продольно, и упирались задним торцом в перегородку между моторным отсеком и салоном (щит передка).

Для передачи усилия от амортизаторной стойки на пружины было необходимо введение дополнительного качающегося в вертикальной плоскости продольного рычага с каждого борта, передний конец которого шарнирно закреплялся наверху стойки, задний - также шарнирно на щите передка, а в его средней части имелся упор для переднего торца пружины.

Из-за своей сравнительной сложности такая подвеска потеряла основные преимущества схемы макферсон - компактность, технологическую простоту, небольшое количество шарниров и малую себестоимость, сохранив все её кинематические недостатки.

Такую подвеску имели английские «Роверы» 2200 TS и 3500 V8, а также немецкие Glas 700, S1004 и S1204.

Похожие дополнительные продольные рычаги имелись в передней подвеске первого «Мерседеса» S-класса, но пружины располагались всё же традиционно - в вертикальном положении между кузовом и нижними поперечными рычагами, а сами небольшие продольные рычажки служили только для улучшения кинематики.

На двойных продольных рычагах

В этой подвеске с каждой стороны имеется по два продольных рычага. Как правило такая подвеска применялась на передней оси сравнительно малоскоростных заднемоторных автомобилей - характерными примерами её использования являются «Фольксваген Жук » и первые поколения «Фольксваген Транспортер», ранние модели спорткаров «Porsche », а также мотоколяска С-3Д и «Запорожец ».

Все они имели по сути общую конструкцию (так называемая «система Порше», в честь изобретателя) - в качестве упругих элементов применялись расположенные друг над другом поперечные торсионные валы, соединяющие пару рычагов, причём торсионы были заключены в образовывавшие поперечину подвески трубы (у поздних моделей «Запорожца» помимо торсионов в качестве дополнительных упругих элементов применялись также цилиндрические витые пружины, расположенные вокруг амортизаторов).

Главным преимуществом такой подвески является большая компактность в продольном и вертикальном направлениях. Кроме того, поперечина подвески расположена далеко впереди оси передних колёс, благодаря чему появляется возможность сильно вынести салон вперёд, разместив ноги водителя и переднего пассажира между арками передних колёс, что позволяло существенно сократить длину заднемоторного автомобиля. При этом, однако, расположенный спереди багажник оказывался весьма скромным по объёму, именно из-за вынесенной далеко вперёд поперечины подвески.

С точки зрения кинематики эта подвеска несовершенна: в ней происходят хотя и меньшие по сравнению с одинарными продольными рычагами, но всё же существенные изменения колёсной базы при ходах отбоя и сжатия, и так же присутствует сильное изменение развала колёс при кренах кузова. К этому следует добавить, что рычаги в ней должны воспринимать большие изгибающие и крутильные нагрузки со стороны как вертикальных, так и боковых сил, что заставляет делать их достаточно массивными.

На двойных поперечных рычагах (параллелограмная)

В этой подвеске с каждой стороны автомобиля расположены два поперечных рычага, внутренние концы которых подвижно закреплены на кузове, поперечине или раме, а внешние соединены со стойкой, несущей колесо - как правило поворотной в передней подвеске и неповоротной в задней.

Обычно верхние рычаги короче нижних, что обеспечивает выгодное с точки зрения кинематики изменение развала колёс в сторону большего отрицательного при ходе сжатия подвески. Рычаги могут быть как параллельны друг другу, так и находиться друг относительно друга под определённым углом в продольной и поперечной плоскостях. Наконец, один из рычагов или они оба могут быть заменены поперечной рессорой (о таком типе подвески см. ниже).

Фундаментальное преимущество такой подвески - возможность для проектировщика путём выбора определённой геометрии рычагов жёстко задать все основные установочные параметры подвески - изменение развала колёс и колеи при ходах сжатия и отбоя, высоту продольного и поперечного центров крена, и так далее. Кроме того, такая подвеска нередко полностью монтируется на крепящейся к кузову или раме поперечине, и таким образом представляет собой отдельный агрегат, который может быть целиком демонтирован с автомобиля для ремонта или замены.

С точки зрения кинематики и управляемости двойные поперечные рычаги считаются наиболее совершенным типом направляющего аппарата, что обуславливает очень широкое распространение такой подвески на спортивных и гоночных автомобилях. В частности, все современные болиды «Формулы-1» имеют именно такую подвеску как спереди, так и сзади. Большинство спортивных автомобилей и представительских седанов в наши дни также используют этот тип подвески на обеих осях.

Если подвеска на поперечных рычагах используется для подрессоривания поворотных колёс, её конструкция должна обеспечивать их поворот на необходимые углы. Для этого либо саму соединяющую рычаги стойку выполняют поворотной, используя для её соединения с рычагами специальные шаровые шарниры с двумя степенями свободы (их часто называют «шаровые опоры», но на самом деле опорой из них является только нижний шарнир, на который стойка действительно опирается ), либо стойка выполняется неповоротной и качается на обычных цилиндрических шарнирах с одной степенью свободы (например, резьбовых втулках), а поворот колёс обеспечивается за счёт вращающегося в подшипниках вертикального стержня - шкво́рня , играющего роль реально существующей оси поворота колёс.

Даже если в подвеске конструктивно отсутствуют шкворни, и стойка выполнена поворотной на шаровых шарнирах - всё равно часто говорят о шкворне («виртуальном») как оси поворота колёс, а также об углах его наклона - продольном («кастер») и поперечном.

В настоящее время шкворни используются как правило в подвесках грузовиков, автобусов, тяжёлых пикапов и внедорожников, а в подвесках легковых автомобилей при необходимости обеспечения поворота колёс применяются стойки с шаровыми шарнирами, так как они не требуют частой смазки.

Пружинные

Передняя подвеска на двойных поперечных рычагах.

Задняя подвеска автомобилей «Ягуар» (1961-1996 годы), в которой роль верхних рычагов играют полуоси.

Классический вариант передней независимой подвески для легковых автомобилей. В качестве упругого элемента используются винтовые пружины, как правило расположенные между рычагами, реже - вынесенные в пространство над верхним рычагом и опирающиеся на брызговик крыла, как в подвеске «Макферсон».

Главное преимущество - возможность задать за счёт геометрии рычагов требуемое минимальное изменение развала и колеи колёс в ходе работы подвески.

Появилась в тридцатых годах и быстро стала основным типом передней подвески на легковых автомобилях. До распространения в семидесятых-восьмидесятых годах менее удачной с точки зрения геометрических параметров и кинематики, но дешёвой и компактной подвески «Макферсон » этот тип для передней подвески легковых автомобилей использовался чаще всего.

Торсионные

В качестве упругих элементов используются продольно расположенные торсионы - работающие на скручивание стержни. Как правило торсионы крепятся к нижним рычагам.

Торсионы могут располагаться как продольно (в этом случае они служат одновременно и осями рычагов), так и поперечно (во втором случае каждый из них может быть уподоблен принципу действия стабилизатору поперечной устойчивости в традиционной подвеске, с той разницей что поперечные торсионы имеют с одной стороны неподвижное крепление, а стабилизатор закреплён лишь на рычагах подвески, в точках же крепления к раме или кузову он может свободно проворачиваться, поэтому стабилизатор и не работает при сжатии или отбое подвески одновременно с двух сторон - только при разноимённом ходе противоположных колёс)

Такая передняя подвеска использовалась на многих автомобилях фирм Packard , Chrysler и Fiat начиная с пятидесятых годов, советских легковых ЗиЛ и некоторых моделях французской фирмы Simca , созданных в годы сотрудничества с «Крайслером» (например Simca 1307).

Характеризуется высокой плавностью хода, компактностью (что например позволило на «Симке» разместить между рычагами приводы передних колёс).

Рессорные

В этой подвеске в качестве упругого элемента используются поперечные рессоры: одна, две, очень редко - более двух, при сохранении общей схемы.

Поперечная рессора может выступать в качестве одного из рычагов параллелограмной подвески (как правило верхнего) или даже обоих рычагов (как показано на иллюстрации). В этом случае из-за намного большей податливости рессоры в продольном и поперечном направлениях по сравнению с рычагами на резьбовых или резинометаллических шарнирах (сайлент-блоках) геометрия подвески сильно меняется в ходе её работы, что отрицательно сказывается на управляемости автомобиля. Поэтому подвеска с двумя поперечными рессорами или с поперечной рессорой снизу и рычагами сверху широко применялась лишь до пятидесятых годов, а впоследствии - только на лёгких заднемоторных автомобилях с относительно малонагруженным передком (например Fiat 600). Подвеска с двумя поперечными рессорами иногда применялась также на тракторах и малоскосростной сельскохозяйственной технике благодаря своей дешевизне и простоте (показано на иллюстрации) . Рессор могло быть и четыре - две сверху, две снизу. В этом случае несколько снижались продольная податливость подвески и устранялось закручивание нижней рессоры про разгоне и торможении.

Поперечная рессора может быть закреплена в двух точках или в одной. Жёстко закреплённая в одной точке (центрально) поперечная рессора обладает меньшей податливостью в поперечном направлении (меньше изменение колеи при работе подвески), но большей в продольном по сравнению с закреплённой в двух точках (больше продольное смещение колеса и закручивание расположенной снизу рессоры при разгоне и торможении). Она работает как две отдельные полурессоры, каждый из которых заменяет один поперечный рычаг. Эластично закреплённая в двух точках поперечная рессора также заменяет два поперечных рычага, но при этом их работа оказывается связанной - часть рессоры, расположенная между креплениями, работает как стабилизатор поперечной устойчивости , зачастую вообще исключая его из конструкции подвески. Во втором случае подвеска является независимой лишь до определенного предела, так как приложение существенного усилия к колёсам одной стороны оказывается влияние на колёса противоположной.

Таким образом, рессора с креплением в двух точках более целесообразна для дорожных автомобилей, заменяя не только пару рычагов, но и стабилизатор поперечной устойчивости, - в то время, как поперечная рессора с центральной заделкой наиболее пригодна для использования в подвеске внедорожной техники, для которой критична независимая работа подвески слева и справа, что способствует улучшению проходимости. Именно по этим соображениям она применена в подвесках западногерманского лёгкого военного вездехода

Для чего нужна подвеска автомобиля? В ее задачи входит не только обеспечение комфорта. Ее конструкция, настройки, состояние прямым образом влияют на управляемость и на торможение. Иначе говоря, это один из ключевых и неотъемлемых элементов любого автомобиля.

Говоря о том, из чего состоит подвеска, можно распределить все ее узлы по выполняемой роли на несколько групп:

• упругие элементы (пружины, рессоры) нужны для обеспечения рабочего хода подвески и возврата колеса в изначальное состояние после проезда неровности;
• демпфирующие элементы (амортизаторы, стойки) гасят раскачку кузова, не давая ему войти в резонанс с ударами от неровностей;
• направляющие элементы ходовой (рычаги) задают траекторию движения ступицы при ходе подвески и повороте колеса.

При этом один элемент может выполнять и несколько функций. Например, телескопическая стойка - это одновременно и амортизатор, демпфирующий колебания, и направляющая, вокруг которой поворачивается кулак в подвесках МакФерсон.

Типы подвесок

Все подвески принято делить на две основные группы: зависимые и независимые.

В независимой оба колеса на одной оси не имеют жесткой связи друг с другом, что позволяет им самостоятельно отрабатывать неровности и крены кузова. В зависимой же, напротив, колеса всегда находятся на одной оси. Простейшим примером можно назвать неразрезные мосты. Полузависимой же принято считать подвеску с упругой балкой. Хотя, на первый взгляд, колеса здесь жестко связаны между собой, нормированная жесткость на кручение позволяет им смещаться в определенных пределах, скручивая балку.

Преимущества независимой подвески неоспоримы, причем на любой дороге. На асфальте важно то, что для каждого колеса можно задать и развал, и схождение, что прямо влияет на управляемость. В поворотах независимая ходовая не так склонна к вывешиванию разгруженного колеса, каким образом это происходит на неразрезных мостах. Конфигурация рычагов может позволять передним колесам «подламываться» при поворотах, облегчая руление. Этот прием общеизвестен благодаря автомобилям Mercedes.

Если же говорить о внедорожной эксплуатации, то независимая подвеска дает и плюсы, и минусы. При боковом наезде на крупные неровности независимая подвеска более склонна к вывешиванию колес - с одной стороны пружина полностью сжимается, с другой же обратного хода подвески может не хватить.

В то же время неразрезной мост встанет «по диагонали», сцепление сохранят оба колеса. Это особенно хорошо видно на соревнованиях, где подготовленные машины проезжают препятствия с огромными углами наклона мостов.

Однако геометрическая проходимость у автомобилей с независимой ходовой выше - рычаги легко позволяют поднять днище, увеличив угол наклона. В то же время как ни лифтуй машину на мостах, высота от моста до земли при том же диаметре колес останется неизменной.

Если к этому добавить бесспорное преимущество в комфорте и управляемости на качественных дорогах, то неудивительно, что именно независимые подвески практически полностью вытеснили зависимые.

Компоновки независимых подвесок

Из чего состоит передняя подвеска? Основа любой современной конструкции - это рычаг, на котором качается ступица или поворотный кулак. Чтобы под весом машины ступица не подломилась, нужен и верхний ограничивающий элемент. В однорычажных подвесках им служит стойка, которую вес машины буквально пытается согнуть. В многорычажных нагрузку принимает на себя верхний рычаг, качающийся параллельно нижнему.

Многорычажная система значительно прочнее однорычажной, а ее конструкция позволяет гораздо лучше контролировать траекторию движения колеса. Поэтому, несмотря на очевидные минусы (более сложный ремонт, большую стоимость), она стала неотъемлемой частью и тяжелых внедорожников, и спортивных автомобилей.

Основные элементы подвески

Передняя подвеска

Начнем с упругих элементов. Если изначально их роль играли простые в производстве рессоры, то с усложнением автомобилей их вытеснили более компактные и допускающие значительно больший ход спиральные пружины. Рессоры сейчас можно встретить разве что на грузовой технике и в задней ходовой тяжелых пикапов.

Более совершенный вариант упругого элемента - это пневмобаллоны. Сжатый воздух позволяет легко регулировать и дорожный просвет, и жесткость. Именно поэтому пневмоподвеска является неотъемлемым элементом моделей класса люкс. Но разница в цене и сложности с любой другой подвеской, естественно, огромна.

За гашение колебаний отвечают гидравлические амортизаторы - в них залито специальное масло, в котором перемещается шток с системой калиброванных отверстий и клапанов. При движении штока вверх или вниз открывается соответствующий клапан, и поток жидкости ограничивается сечением открытых отверстий. Так как масло, подобно любой жидкости, несжимаемо, при медленном перемещении шток практически не встречает сопротивления (масло успеет перетекать через каналы), а при росте скорости под штоком создается давление, противодействующее его движению.

При работе масло, постоянно проходя в обе стороны через клапан, неизбежно вспенивается, характеристики его «уплывают». Для борьбы с этим обычно используется газовый подпор, но тюнинговые фирмы предлагают и более оригинальные решения. Представленные в нашем каталоге амортизаторы Tough Dog серии Foam Cell имеют пористый наполнитель: масло в них не вспенивается, и при этом нет характерного для газовых и газомасляных амортизаторов смягчения из-за постепенных потерь давления газа внутри.

Для направления движения ступицы используют рычаги: либо составные (штампуются и свариваются из стальных листов), либо литые из легких сплавов для снижения веса. Так как относительно лонжерона или подрамника рычаг перемещается только по одной оси, для его крепления достаточно двух втулок (сайлентблоков), которые одновременно и позволяют рычагу качаться, и частично гасят удары от неровностей.

Классический сайлентблок - это металлическая втулка, залитая в жесткую резину. В нормальном положении рычагов она не скручена, что обеспечивает наибольший ресурс сайлентблока. Но, когда рычаг начинает двигаться, происходит скручивание резины, и она со временем рвется, особенно в длинноходных внедорожных подвесках. Поэтому распространена практика изготовления сайлентблоков из высокопрочных пластиков (полиуретан, капролон): в них внутренняя втулка скользит внутри внешней обоймы, и это позволяет таким конструкциям работать с большим ходом. Но и жесткость на сжатие у них выше в разы, то есть ходовая на капролоновых втулках вместо сайлентблоков будет менее комфортна, передаст на кузов все вибрации и удары.

На передней оси колеса не только меняют наклон относительно рычага, но и поворачиваются. Поэтому неотъемлемые части передней подвески - это шаровые опоры, пальцы со сферическими наконечниками, запрессованными в обоймы из износостойкого материала.

Связав сайлентблоками и шаровыми кузов, ступицу и систему рычагов, можно получить работоспособный направляющий аппарат ходовой. Однако на практике такая конструкция будет склонна к вывешиванию колес и чрезмерным кренам при прохождении поворотов. Поэтому в ее устройство дополнительно вводится стабилизатор поперечной устойчивости - идущий от одного колеса к другому торсион, который стремится уравнять положение колес. Когда автомобиль кренится, стабилизатор начинает скручиваться, противодействуя сжатию пружины с одной стороны и прижимая к земле колесо с другой.

Также нужны дополнительные ограничители хода рычагов (отбойники, буферы). В противном случае при проезде крупной неровности ход колеса будет ограничиваться только минимальной и максимальной длиной амортизатора, он будет быстро изнашиваться, одновременно разрушая верхнюю опору и нижний сайлентблок. Резиновые отбойники принимают удары на себя, сберегая ресурс более дорогих узлов.

Задняя подвеска

Из чего состоит задняя подвеска? На большинстве машин она значительно проще передней. В первую очередь из-за того, что ее влияние на управляемость гораздо меньше, что позволяет применять более простые решения.

Один из самых простых и старых вариантов - подвеска неразрезного моста на старых заднеприводных машинах или современных пикапах. Так как мост сам по себе жестко связывает колеса, достаточно закрепить его относительно кузова на двух продольных тягах. В этом случае практически не имеет значения, что применять в качестве упругого элемента: пружины или рессоры. Крепление амортизаторов также элементарно.

Для увеличения жесткости конструкции могут применяться и дополнительные продольные тяги, устанавливаться стабилизатор.

Полузависимая ходовая на упругой балке, распространенная на части дешевых переднеприводных моделей, еще проще. Здесь единым качающимся рычагом становится сама балка, закрепленная на своих сайлентблоках. Все, что входит в подвески такого типа, - это балка, пружины и амортизаторы.

В независимой задней подвеске приходится использовать систему продольных и поперечных рычагов, удерживающих ступицу. При этом наличие или отсутствие привода на задней оси не имеет принципиального значения. Основное же отличие от передней подвески - отсутствие шаровых опор, так как кулак ступицы относительно каждого рычага лишь качается, и это позволяет использовать обычные сайлентблоки.

Принцип работы подвески

Независимо от того, из чего состоит подвеска автомобиля, все ее части связаны между собой, а их характеристики подбираются в комплексе. Рассмотрим простейший случай сжатия:

• инерция кузова при наезде на неровность сжимает пружину, одновременно преодолевая сопротивление амортизатора;
• поворотный кулак одновременно тянет нижний рычаг за нижнюю шаровую и, упираясь через верхнюю шаровую в верхний рычаг, приходит в движение по траектории, заданной соотношением длин рычагов.

Достаточно изменить лишь один параметр, и поведение подвески изменится. Например, более жесткий амортизатор не только снизит комфорт при аккуратном переезде неровностей, но и увеличит нагрузку на нижнюю шаровую, так как будет сильнее противодействовать движению рычага.

На практике же на работу подвески одного колеса будут оказывать влияние и все остальные. Поэтому мы рекомендуем устанавливать тюнинговые детали сразу комплектом от одного производителя. Например, представленная в нашем каталоге австралийская фирма Tough Dog предлагает и пружины (как под стандартные нагрузки, так и под увеличенные), и различные типы тюнинговых амортизаторов.

Настройка ходовой под конкретные условия эксплуатации также ведется в комплексе. К примеру, при установке более длинных пружин для лифтовки кузова потребуются и амортизаторы с увеличенным ходом, иначе при каждом ходе отбоя пружина будет полностью вытягивать шток амортизатора, заставляя его биться об верхнюю часть корпуса с направляющей втулкой и уплотнениями. Лифтовка проставками, изменяя углы наклона рычагов, может в буквальном смысле упереться в допустимые углы наклона пальцев шаровых опор, те начнут ударяться о корпуса, в результате ресурс шаровых упадет многократно.

По этой причине наиболее совершенными на сегодняшний день являются системы с пневматическими упругими элементами и регулируемыми амортизаторами. Управляющая ходовой электроника в зависимости от скорости может одновременно изменять и давление в баллоне, меняя дорожный просвет, и подстраивать демпфирование амортизаторов, делая их мягче на малой скорости и разбитой дороге или, напротив, жестче на высокой скорости.

Ходовая часть автомобиля - комплекс узлов и механизмов, основным назначением которых является перемещение транспортного средства с условием погашения вибраций, тряски и прочих факторов, негативно влияющих на уровень комфорта.

Элементы ходовой части транспортного средства объединяют кузов и колеса машины, уменьшают раскачивание, принимают и обеспечивают передачу действующих сил.

В процессе движения автомобиля люди, которые находятся в салоне, ощущают на себе различные типы колебаний:

• Медленные - отличаются большой амплитудой;
• Быстрые - имеют минимальный уровень раскачивания.

В роли «гасителей» быстрых колебаний выступают сидения, резиновые опоры (КПП и мотора), а также другие «смягчающие» элементы.

От второго типа колебаний (медленных) защищают элементы ходовой части транспортного средства - узлы подвески, покрышки и прочие.

Конструктивно в состав ходовой части машины входит:

• Подвеска (задняя и передняя);
• Шины;
• Колеса.

Ниже рассмотрим каждую составляющую с позиции функций и особенностей предметно.

Подвеска автомобиля

Элементы ходовой части, обеспечивающие качественный контакт с покрытием

Бытует мнение, что качество контакта с поверхностью дороги зависит только от покрышек, упругих и демпфирующих узлов (амортизатора, пружин).

На практике не меньшее значение имеют дополнительные элементы ходовой части, взаимодействующие друг с другом и кинематикой направляющих устройств.

Так, для обеспечения достаточного уровня безопасности и комфорта в промежутке между кузовом и покрытием должны находиться следующие элементы:

• Шины - устройства, которые первыми принимают на себя негативные воздействия ям или «наростов» на поверхности дорожного покрытия. Благодаря определенной упругости, покрышки уменьшают колебания и играют роль индикаторов состояния подвески. Если рисунок истирается неравномерно, это говорит о нарушении работы элементов ходовой части (к примеру, об уменьшении сопротивления подвески автомобиля).
  
• Упругие детали (рессоры, пружины) - устройства, в задачу которых входит удерживание кузова транспортного средства на определенном уровне и поддерживание качественной связи машины с покрытием. Продолжительное применение этих изделий приводит к постепенному старению металла, его «усталости» из-за регулярных перегрузок. В итоге характеристики автомобиля, влияющие на уровень комфорта, ухудшаются. Изменению подвергается величина клиренса, параметр симметричности нагрузки, углы расположения колес и другие параметры. Важно понимать, что пружины, а не амортизаторы поддерживают массу машины. Если уменьшается дорожный просвет и транспортное средство «просаживается» без нагрузки, пора устанавливать новые пружины.
  
• Направляющие детали. К этим элементам ходовой части относятся торсионы, рессоры и рычажная система, обеспечивающие кинематику взаимодействия кузовной части и колес. Главной функцией узлов заключается поддержание перемещающегося вверх или вниз колеса в одной плоскости вращения. Другими словами, последнее должно находиться приблизительно в одной позиции, под 90 градусов к дороге. При нарушении геометрии направляющих узлов автомобиль становится непредсказуемым на дороге, протектор покрышек быстро изнашивается, уменьшается ресурс амортизаторов и других элементов подвески.
  
• Вспомогательные упругие узлы автомобиля. Сюда можно отнести резинометаллические шарниры, которые часто называются буферами сжатия. В их задачу входит подавление вибраций и ВЧ колебаний, возникающих от взаимодействия металлических элементов ходовой части. Наличие этих узлов способствует повышению ресурса деталей подвески автомобиля, а именно амортизаторов. Вот почему так важно проверять состояние резинометаллических деталей, обеспечивающих соединение подвески. Чем лучше выполняют работу вспомогательные упругие элементы, тем дольше служат амортизаторы.
  
• Стабилизатор поперечной устойчивости (СПУ) - элемент ходовой части автомобиля, необходимый для улучшения управляемости и снижения уровня крена ТС при вхождении в поворот. При резком маневре одна сторона транспортного средства прижимается к поверхности дороги, а вторая - наоборот, «отрывается» от покрытия. Задача СПУ - предотвратить этот отрыв и обеспечить достаточное прижатие «отрывающейся» стороны автомобиля к дороге. Кроме того, в случае наезда машины на препятствие СПУ закручивается и гарантирует быстрый возврат колеса на первоначальную позицию.
  
• Элемент демпфирования (амортизатор) - устройство ходовой части, обеспечивающее гашение кузовных колебаний, возникающих из-за наезда на неровности дорожного покрытия, а также по причине появления инерционных сил. Амортизатор также ограничивает колебания неподконтрольных элементов (балки, мостов, шин, ступицы и прочих) по отношению к кузову. В итоге качество контакта колеса и поверхности дорожного покрытия улучшается.

Мы рассмотрели основные элементы ходовой части автомобиля, которые конструктивно отличаются друг от друга на разных моделях машин, но в итоге несут в себе основное назначение – обеспечить комфортное и безопасное движение транспортного средства.