3. Конструкторская часть
3.1 Работа и конструктивные особенности подвесок
3.1.1 Обзор конструкций подвесок легковых и грузовых автомобилей
Работа подвески основывается на преобразовании энергии удара при наезде на неровность в перемещение упругого элемента подвески, вследствие чего сила удара, что передаётся на кузов, уменьшается и плавность хода возрастает. Подвеска автомобиля обеспечивает упругую связь рамы или кузова с мостами и колёсами, плавность хода, устойчивость и проходимость автомобиля. Плавность определяет комфортность езды. Устойчивость определяет способность противодействовать заносам и опрокидыванию, т.е. безопасность. Проходимость определяет способность преодолевать различные препятствия. Заметим, что здесь не обходится без компромиссов. Поскольку эти требования весьма противоречивы. Например, мягкое подрессоривание иногда ухудшает устойчивость автомобиля. И наоборот — повышение жесткости ухудшает комфортность езды, уменьшает ресурс.
Подвеска автомобиля состоит из упругого, направляющего и гасящего устройств. Некоторые подвески включают также стабилизатор поперечной устойчивости.
Упругое устройство подвески служит для уменьшения динамических нагрузок, обусловленных главным образом действием части веса автомобиля G'a , приходящегося на колеса[7]
При наезде колеса на неровность дороги упругое устройство подвески сжимается, значительно смягчая удар, передаваемы от колеса на кузов. Разжимаясь, оно сообщает кузову колебания, которым подбором соответствующей характеристики упругого устройства можно придать желаемый характер. Применение упругого устройства позволяет исключить копирование кузовом профиля дорожных неровностей и улучшить плавность хода автомобиля, при этом создается возможность движения без неприятных ощущений и быстрой утомляемости людей и повреждений перевозимых грузов. Хорошей плавностью хода считается такая, при которой кузов совершает колебания с частотой 1—1,3 Гц.
Упругое устройство состоит из одного или нескольких упругих элементов, которые могут быть металлическими или неметаллическими. Металлические упругие элементы наиболее распространены на автомобилях, их выполняют в виде листовых рессор, спиральных пружин и торсионов (стержней работающих на скручивание). Неметаллические упругие элементы делятся на резиновые, пневматические и гидравлические. Они обеспечивают упругость подвески за счет упругих свойств резины, воздуха и жидкости. Эти упругие элементы значительно меньше распространены, чем металлические.
В подвесках современных автомобилей стали широко использовать комбинированные упругие устройства, объединяющие два или более упругих элемента (металлических и неметаллических) и сочетающие их преимущества.
Для обеспечения движения автомобиля на его раму (кузов) необходимо передать от ведущих колес силу тяги РТ, которая возникает под действием момента Мк. Рассмотрим, каким образом происходит эта передача. Приложим к центру колеса две равные по величине РТ, но противоположные по направлению силы РТ', и РТ.Сила РТ' не может быть передана на раму и кузов упругим устройством, выполненным в виде спиральной пружины. Для передачи этой силы предназначен рычаг , который называется направляющим устройством подвески. Направляющее устройство воспринимает также реактивный момент PТ r (r — радиус колеса), стремящийся повернуть мост автомобиля в направлении, противоположном вращению колес. При торможении через направляющее устройство на раму от колеса передается тормозная сила, и им воспринимается тормозной момент, стремящийся повернуть мост в направлении вращения колес. Кроме того, через направляющее устройство передаются боковые силы, возникающие, например, при повороте автомобиля.
Направляющее устройство не только передает продольные и поперечные силы и их моменты. Оно определяет характер перемещения колес относительно рамы (кузова) автомобиля. По типу направляющего устройства подвески делят на две основные группы: зависимые и независимые. Отличительной особенностью зависимой подвески, схема которой показана на рисунке 2.2 а, является наличие жесткой балки, связывающей левое и правое колеса оси, вследствие чего перемещение одного из них в поперечной плоскости передается другому).
Независимая подвеска (рисунок 2.1 б) характеризуется тем, что колеса одной оси не имеют между собой непосредственной связи и подвешены одно независимо от другого. При применении независимой подвески перемещение одного колеса не вызывает перемещения другого. По направлению движения колеса относительно дороги и кузова автомобиля независимые подвески могут быть разделены на подвески с перемещением колеса в поперечной, продольной и одновременно продольной и поперечной плоскостях.
При движении автомобиля в результате наезда колес на неровности дороги возникают колебания кузова и колес. Эти колебания гасятся с помощью устройства , называемого гасящим или амортизатором. Принцип действия гидравлического амортизатора сводится к превращению механической энергии колебаний за счет жидкостного трения в тепловую энергию и последующему ее рассеянию.
Корпус амортизатора, заполненный амортизаторной жидкостью, прикреплен к балке моста . В корпусе находится поршень , в котором имеются отверстия и клапаны . Шток поршня связан с рамой автомобиля. В процессе колебаний кузова и колеса поршень совершает возвратно-поступательное движение. При ходе сжатия (колесо и кузов сближаются) амортизаторная жидкость из полости под поршнем вытесняется в полость над поршнем, а при ходе отдачи (колесо отдаляется от кузова) перетекает в обратном направлении. При этом жидкость проходит через отверстия, прикрываемые клапанами, испытывает сопротивление и в результате жидкостного трения обеспечивается гашение колебаний.[8]
По принципу действия гидравлические амортизаторы подразделяются на амортизаторы одностороннего и двустороннего действия. Первые обеспечивают гашение колебаний только при ходе отдачи, а вторые — при ходе отдачи и сжатия. Сопротивление, создаваемое амортизатором двустороннего действия при ходе сжатия, обычно в 2—5 раз меньше, чем при ходе отдачи. Это необходимо для того, чтобы толчки и удары от дорожных неровностей в минимальной степени передавались на кузов автомобиля.
Зависимая рессорная подвеска — так называется неразрезная балка-мост с упругим элементом в виде рессоры. Она состоит из собственно балки с размещённым внутри редуктором, полуосями, подшипником, тормозным щитом, тормозным механизмами и ступицами колёс и собственно самих колёс. Посредством кованых скоб балка соединяется с рессорой. Рессора передним концом жестко соединяется с кузовом при помощи осевого шарнира. Задний конец оснащен серьгой, обеспечивающей при сжатии рессоры плавное изменение её длины, т.е. при жёстком креплении она работать не будет. При эксплуатации такой подвески следует следить за исправностью амортизаторов, целостности рессор, состоянии резинометаллических втулок, которые могут применятся в шарнирных соединениях, где серьга крепится к кузову и где рессора крепится к серьге. Также существуют зависимые подвески с пружинным элементом. Это модификация зависимой балки подвески. Применяется она на «Нивах», вазовском «классике», а также на иномарках начала 80-х : Opel Record, Audi 80,100(неведущие). Состоит и балки с вышеперечисленными внутренностями, также из пружин, амортизаторов и пяти реактивных тяг одной поперечной и четрёх продольных. Они обеспечивают жесткость относительно продольной и поперечной осей автомобиля. В рессорной продольную жесткость обеспечивают рессоры. По эксплуатационным показателям рессорная подвеска выигрывает у пружинной, поскольку рессоры за счёт своего внутреннего трения листов дают значительное демпфирование колебаний и по комфортности передвижения превосходят пружинные элементы .
Зависимые подвески широко применялись в джипах второй мировой войны — «Виллис», «Додж ¾». Они отличаются неприхотливостью в обслуживании, конструктивной простотой. В сочетании с упругими рессорными элементами они обеспечивают достаточную комфортность передвижения. Однако имеют и свои недостатки. Они не отвечают требованиям управляемости автомобиля. На скоростных участках дороги с неровностями они склонны к уводу автомобиля в сторону. Зависимая подвеска обеспечивает жесткую связь между правым и левым колёсами, в результате чего перемещение одного из них в поперечном направлении передаётся другому, что приводит к наклону кузова.
Передние зависимые подвески представляют из себя практически неизменную заднюю подвеску, но в сочетании с поворотными шарнирами. Типичный представитель таких подвесок — Mercedes G-klasse, Jeep Cherockee, Nissan Patrol и конечно же УАЗ, который и сегодня оспаривает право быть лучшим джипом. Как показывают гонки, созданный когда-то по заказу армии и внедрённый в серийное производство, УАЗ является серьезным конкурентом для многих импортных внедорожников. Независимая подвеска характеризуется отсутствием жесткой связи между колёсами одного моста. Каждое колесо подвешено независимо от другого. В результате чего при наезде одним колесом на неровность, его колебания не передаются другому колесу, уменьшается наклон кузова и повышается в целом стойкость автомобиля во время движения. Весьма разнообразны. Они делятся на два основных типа: свечные и рычажные. Свечные — Максферсон, рычажные — поперечнорычажные, двухрычажные, продольнорычажнае, косорычажные. Рычажные хороши тем, что достаточно просты по своей конструкции. Они отвечают требованиям управляемости автомобиля. Даже на самых неровных участках дороги при правильном балансе и распределении сил и моментов рычажные подвески обеспечивают должную управляемость и устойчивость. Наиболее любимы конструкторами рычажных подвесок — поперечно-рычажные. Они по преминению охватывают самую широкую гамму автомобилей: от «Формулы 1» до знаменитого Hummer.
Поперечно-рычажные подвески. Широко применяются на обычных автомобилях, часто на спортивных и суперкарах, таких как Jaguar XJ 200, Chevrolet Corvette, также являются основными для гоночных машин класса «формула» от Ф-1600 до Ф1. Из внедорожников стоит отметить успешное применение двухрычажных поперечных подвесок на «Багги». В сочетании с такими элементами, как блокировка осевого дифференциала, они успешно применяются на этих типах машин. Багги — не полноприводники, у них всего один ведущий мост, как правило, задний, на который приходится от 50 до 70% веса. Такие подвески имею Mitsubishi Pagero, вышеупомянутый Hummer, и все «паркетные» внедорожники. Из отечественной техники успешное применение нашла двурычажно — поперечная передняя подвеска на «Ниве». Она достаточно компактна, жестка, надежна и проста.
Поперечно-рычажные подвески бывают двух типов: двухрычажно-поперечные и однорычажно-поперечные. Двурычажно-поперечная подвеска состоит из нижнего рычага, шарнирно закреплённого с кузовом (в основном на подрамнике) и поворотным кулаком, если это передняя, и тормозным щитом в заднем варианте; верхнего рычага, шарнирно соединенного с кузовом и кулаком или щитом амортизатора, и пружинной стойки в сочетании с витыми пружинными элементами. Основной недостаток этих подвесок — в шарнирном сочленении с кузовам применены резинометаллические втулки (сайленблоки) долговечность которых весьма ограничена. А их замена дело трудоемкое.
Другой тип «рычажной» подвески — продольно-рычажная. Пример ее применения — автомобиль «Запорожец ЗАЗ 968». Конструкторская мысль, заложенная в ней, благодаря своей простоте она нашла применение в кроссе. Техническое обслуживание сводится к внешнему осмотру (наличие трещин коррозии и т.д.), смазке и замене амортизаторов. [8]
Подвеска типа (Макферсон), мало кто знал .Технологию сборки передней независимой автомобильной подвески, и его первоначальный замысел был прост. Традиционная для тех лет передняя подвеска присоединялась к поперечине несущего кузова или лонжеронной рамы в четырех точках с каждой стороны. Она состояла из двух расположенных друг над другом поперечных треугольных (вильчатых) рычагов, соединенных шкворнем. подобной конструкции может служить подвеска «Москвича» 407-й модели. Сборка ее при массовом производстве — дело трудоемкое.
Поэтому МакФерсон и выдвинул идею крепления подвески только в двух точках (не считая стабилизатора) с каждой стороны. При этом амортизатор становился направляющим элементом подвески, а на колесо приходился один нижний поперечный рычаг, — причем не треугольный, а одинарный. Он, конечно, не мог передавать продольные усилия, скажем, при торможении. Для этого МакФерсон предложил использовать плечо стабилизатора поперечной устойчивости — этот элемент все равно не бывает постоянно нагружен. Но главным в предложенной конструкции был отказ от верхнего рычага. Вместо него пружина и соосный с ней амортизатор в верхней части соединялись с кузовом посредством мягкой резиновой подушки. Отсутствовал и шкворень. Его роль играл телескопический амортизатор, у которого относительно штока поворачивался жестко связанный с цапфой колеса «стакан».
Весь узел подвески мог обходиться без поперечины. Производственников такая конструкция очень устраивала, вот эксплуатационников не совсем. При вертикальном ходе колеса нижний рычаг описывал дугу, и точка контакта шины с дорогой постоянно перемещалась вправо и влево. Больше того, по той же причине довольно заметно изменялся угол развала колес. В результате траекторная устойчивость автомобиля оставляла желать лучшего. Изобретение МакФерсона стали называть подвеской типа «качающаяся свеча». Специалисты предпочитают определение « подвеска на направляющих и амортизационных стойках». Точно, но уж очень длинно. Поначалу казалось, что недостатков этого изобретения не так уж много. Но практика выявила несколько важнейших. К ним относятся излишняя чувствительность к дисбалансу колес, усиленное трение между штоком и цилиндром амортизатора (а следовательно, и износ), повышенная передача на кузов дорожных вибраций и шумов, а также недостаточная жесткость в продольном направлении пары «рычаг — плечо стабилизатора». И, возможно, ей бы со временем дали отставку, но с каждым годом уменьшавшееся свободное пространство в моторном отсеке, особенно с распространением переднеприводных моделей, заставило конструкторов неустанно совершенствовать схему МакФерсона. При переднем приводе силовой агрегат выгодно устанавливать поперечно.
В этом случае только подвеска МакФерсона могла существовать с двигателем, «простирающимся» от одной колесной арки до другой. (рисунок 2.4). Из-за этого, собственно, и возродился интерес к ней. Вместо поперечного рычага в виде бесхитростной дешевой балки инженеры вновь вернулись к треугольному рычагу (естественно, имевшему уже две, а не одну точку опоры),очень жесткому в продольном направлении. Пружину сместили относительно оси амортизатора, да еще оба эти узла наклонили внутрь, чтобы получить отрицательное плечо обкатки. Эти меры позволили заметно снизить трение в амортизаторной стойке и уменьшить износ. Для лучшей изоляции кузова от дорожных шумов пришлось снова ввести в обиход поперечину подвески — подрамник, который соединяется с кузовом через резиновые подушки. В верхней опоре амортизаторной стойки шток соединили с кузовом посредством резиновой шайбы хитрой конструкции. Для пружины ввели упорный шариковый подшипник. Но головоломки оставались.
Одну из них — как ремонтировать стойку — инженер МакФерсон даже не предвидел. Выходило, что надо демонтировать всю подвеску, поскольку амортизатор составлял одно целое с цапфой. В конце концов решение нашлось — цапфу колеса и стойку стали делать раздельными и соединять болтами. С точки зрения технологов это был не лучший выход, но большинство инженерных решений в автомобилях — компромиссы. Другая головоломка — произвольное изменение развала колес и перемещение точки контакта шины с дорогой. Это уже врожденный недостаток схемы МакФерсона. Изжить ее практически не возможно, но самые сложные ее «узелки» мало-помалу удается свести к минимуму.
Свечная подвеска стала вполне работоспособной и получила широкое распространение на легковых машинах малого, среднего классов и частично большого. Перед самым началом Великой отечественной войны группа энтузиастов из города Запорожье взялась за постройку легковой машины — самоделки. Руководил ее созданием некий Л. Д. Ковалев. Отсюда и условное название этого авто — ЛДК. Любопытный факт у него была независимая гидропневматическая подвеска всех колес, по схеме очень похожая на ту, что через десять лет предложил шотландец МакФерсон.
Торсионная подвеска., в обиход вошло словосочетание «упругий металлический стержень, работающий на скручивание». Оно относилось к элементу подвески автомобиля, призванному играть туже роль, что и рессоры, пружины или резиновые блоки. Но в отличие от них он работал только на скручивание французское слово «torsion» и означает «скручивание»). Громоздкая конструкция из шести слов оказалась неудобной, и довольно быстро на смену ей пришел термин «стержневая подвеска» .
Инженер Фердинанд Порше-старший в конце 20-х-начале 30-х годов оформил несколько патентов на стержневую подвеску автомобильных колес. Он применил ее в 1934 году на гоночных «Auto-Union», а в 1940-м уже стояла на серийных машинах «Volkswagen», какармейских, так и гражданских. В 1935 году стержневая подвеска колес в ее оптимальном варианте нашла массовое применение на «Citroen Traction Avant». Порше увидел в торсионе его главное достоинство-компактность, и отсюда — малую массу. Эти качества особенно ценны для машин с очень плотной компоновкой и жесткими ограничениями по весу — гоночные автомобили, танки, армейские колесные машины. Примеры тому «Ferrari F2001», танк Т-34, ракетовоз МАЗ 547. Андре Лефевр, создатель «Citroen TA», усмотрел в торсионе другое достоинство. Его стержень довольно длинный «чем длиннее, тем мягче подвеска», а потому один конец торсиона, идущего вдоль машины, присоединяется к рычагу подвески, а другой закрепляется в одной из поперечин рамы или несущего кузова. Таким образом, все нагрузки от дорожных толчков переносятся в самое «сильное»место автомобиля, и они распределяются по раме или кузову найвыгоднейшим образом. Для первой массовой модели с несущим кузовом это было немаловажно.
Когда во второй половине сороковых годов Алек Иссигонис приступил к проектированию малолитражки «Morris Minor», он решил вынести двигатель далеко вперед. Вынести так, чтобы механизм сцепления пересекала осевая линия передних колес. Но в этом случае для рессор или пружин независимой подвески передних колес просто не осталось места. Иссигонис сделал ставку на продольные торсионы и, подобно Лефевру, задние концы их закрепил в поперечине несущего кузова в зоне передних сидений.
Выбрал торсионы для своих гоночных автомобилей «Lotus» и Колин Чепмен в 1970-м. Для продольных торсионов он предусмотрел шлицевое соединение с несущим кузовом. Устанавливая стержень со смещением в один-два шлица, можно было варьировать предварительную закрутку торсиона и, следовательно, величину дорожного просвета. Конечно, есть у торсионов и недостатки. Стержни на концах имеют либо шлицы, либо шестигранные утолщения, дабы их можно было надежно соединить с рычагами и кузовом. И вот в этих местах происходит, концентрация напряжений и сопутствующие ей поломки. Кроме того, тело торсиона должно быть тонко отшлифовано, сам стержень подвергается закалке, дробеструйной обработке -словом, технология изготовления требует высочайшей культуры.
Тем не менее, особенно в послевоенные годы, английские фирмы «Morris», «Riley», «Wolseley», а также «Jaguar» широко использовали торсионы для своих массовых моделей. Длилось это до середины 70-х годов. На немецких «Volkswagen»модели «Жук» применялась подвеска с поперечным ( как у ЗАЗ 965) торсионами, в то время как на английских автомобилях предпочтение получили продольные стержни. Верность торсионам уже около 40 лет демонстрирует «Renault»: задняя подвеска на поперечных торсионах используется на моделях разных классов( от скромных «Renault 4» и «Renault 5» до моделей «Megane», 21 и «Laguna»).
В связи с широким распространением подвески передних колес типа «МакФерсон» все меньше фирм стали применять стержневую. И одной из причин отказа от нее явилась именно деликатная технология изготовления торсионов. Однако для полно приводных вне дорожников с лонжеронной рамой стержневая подвеска оказалась идеальной. На Toyota Prado, Isuzu Trooper, полно приводных вариантах Ford Expedition, Chevrolet Blazer и других применяются длинные продольные торсионы, присоединенные к оси нижнего рычага передней подвески и «завязанные» другим концом на поперечину рамы. Применяется подобная схема и на представительских ЗИЛах (начиная со 114) и в современном бронетранспортере БТР-80. Она обеспечивает довольно мягкую подвеску с большим ходом колес. В результате они почти всегда сохраняют контакт с дорогой и обеспечивают комфорт езды.
Задние подвески. Задняя подвеска «де Дион» изобретенная более ста лет назад, используется, как ни страно, до сих пор. Один из недостатков зависимой подвески ведущих колес — большая неподрессорная масса, отрицательно влияющая на такие показатели, как комфорт автомобиля, его устойчивость и управляемость. В тех случаях, когда по финансовым или компоновочным соображениям конструкторы отказываются от независимой подвески, выручает старая, как сам автомобиль, система «де Дион». В ней картер главной передачи закрепляется на поперечине рамы или на кузове, а привод колес осуществляется полуосями на шарнирах. При этом колеса соединяются изогнутой балкой. Подвеска остается зависимой, однако за счет крепления массивной главной передачи отдельно от моста неподрессорная масса существенно уменьшается. Список автомобилей, использующих задний ведущий мост типа «де Дион», достаточно внушителен, и в нем не только такие известные машины, как Volvo 343/345 1975 года и Alfa Romeo 75 1985-го, но и модели из каталогов 2000 года: Aston Martin V8 Vantage, Caterham Super7 полноприводная Honda HR-V и ряд других.
Свое название подвеска получила по имени графа Альбера де Диона. 20 марта 1893 года был запатентован задний мост «де Дион». Дело в том, что в первых конструкциях трициклов и квадрациклов «De Dion-Buton» двигатель закреплялся на задней оси. И езда по булыжным мостовым настолько растрясла мотор, что детали от него откручивались на ходу. Узел решили оградить от тряски — так и появился мост, или, как сегодня говорят, подвеска типа «де Дион».
В тридцатые годы эта разработка привлекла конструкторов гоночных автомобилей. В 1935 году германская компания «Horch» вернула системе «де Дион» былую славу. В порожнем грузовике трясет. В груженом — заметно меньше. Причина заключается в неизменной удельной жесткости подвески независимо от того, рессорная она, пружинная или торсионная. А можно ли пропорционально нагрузке изменять удельную жесткость подвески, чтобы ход машины всегда был плавным?
Пневмоподвески. на городских автобусах, магистральных автопоездах и карьерных самосвалах уже давно применяется пневматическая подвеска колес. Она состоит из резиновых пневмобалонов (по одному или несколько на каждом колесе), компрессора, воздушного фильтра, ресивера с перепускными клапанами и магистралей. Причем баллоны не всегда являются направляющими элементами подвески, соседствуя с рессорами или пружинами, тогда они играют роль лишь «воздушных демпферов», как это было, например, на автобусе ЛИАЗ-667. Сжимаемый в баллонах под нагрузкой воздух приводит к прогрессивному увеличению удельной жесткости подвески. Кроме того, дополнительной подкачкой воздуха (или газа) можно приподнимать или опускать машину над дорогой. Благодаря пневматической подвеске магистральные тягачи получили способность «приседать», подводя платформу под сцепное устройство трейлера, а современные городские автобусы на остановках слегка кренятся набок, облегчая доступ в салон детям и инвалидам.
Однако первые попытки применить пневмоподвеску на легковые автомобилях породили целую вереницу технических проблем. Эти машины существенно быстроходнее грузовиков. Им свойственны более резкие продольные колебания («клевки» при торможениях, «приседания» при разгонах) и поперечные крены в поворотах. С одной стороны, стремление как можно ниже «положить на дорогу» быстроходный легковой автомобиль создает ему трудности при переезде через бордюры и ухабы, с другой, машина с высоким клиренсом оказывается на автостраде довольно небезопасной.
Первой подвеску с изменяемым дорожным просветом для легкового автомобиля создала французская фирма «Citroen». Упругим элементом в амортизаторах служил сжатый азот, а силовым (образующим и передающим давление в системе) -жидкость. Поэтому такая подвеска получила название гидропневма-тической. Гидронасос нагнетает жидкость из резервуара, а закрепленные рядом с амортизатором сферы. Внутри каждой разделены мембраной жидкость и газ. Таким образом в амортизаторах поддерживается необходимое давление, а крены машины постоянно компенсируются. Вдобавок встроенный в гидросистему кран позволяет регулировать количество циркулирующей в контурах жидкости, а значит, увеличивать или уменьшать дорожный просвет.
В 1954 году эта схема была впервые применена на модели высшего класса «Citroen 15-6». А уже в октябре 1955 года новинка фирмы — «Citroen DS» — вызвала на 42 Парижском автосалоне настоящий фурор. По тем временам это была чудо-машина. Ее гидропневматическая подвеска обеспечивала постоянство дорожного просвета независимо от количества пассажиров и багажа и потрясающе плавный ход. Эта машина могла накреняться вперед и назад, а также вывешивать любое колесо без домкрата! И наконец водитель «Citroen DS» мог по собственному усмотрению ступенчато изменять дорожный просвет. Это не только повышало устойчивость и активную безопасность автомобиля на шоссе (понижался центр тяжести, уменьшался поток воздуха под днищем, создающий подъемную силу), но и облегчало езду по бездорожью, что важно для изобилующей проселками Франции.
Впоследствии такая схема подвески применялась на большинстве автомобилей марки «Citroen» и все время совершенствовалась. Новейшая разработка фирмы — подвеска «Hydroactive III» -получила электронное управление при помощи датчиков, компьютера и исполнительных устройств. В результате клиренс модели «Citroen С5» не только поддерживается, но и автоматически регулируется в зависимости от скорости движения, качества дорожного покрытия и стиля езды. Диапазон изменений дорожного просвета достигает 20-30 мм. «Citroen» сделал гидропневматическую подвеску своим «коньком», применив ее раньше других. Однако аналогичную подвеску «Hydrolastic» в свое время устанавливала на свои малолитражные автомобили английская «British Leyland Motor Corp.», а фирма «Lotus» разработала гидропневматику для разведывательного танка «Scorpion».
В России боевую машину десанта (БМД) с гидропневматической независимой подвеской всех катков выпускал с 1968 года Волгоградский тракторный завод. Машина должна была опускаться днищем кузова к земле, чтобы лучше на местности и проще загружаться в самолет. Изучением возможностей применения чисто пневматической подвески в легковых автомобилях занимались многие фирмы. Например, в 60-е годы «Daimler-Benz» («Mercedes — Benz 600» и «Lincoln» оборудовали ею серийные модели. А первым внедорожником, оснащенным подвеской колес на «воздушных мешках», заменивших пружины, стал в 1992 году «Range Rover LSE». Большие изыскания в этой области провели в 70-е годы «Volkswagen» и «Audi» совместно с компанией «Fichtel und Sachs».
В итоге с весны 2000 года «Audi» выпустила на рынок полнопривобную модель «Allroad» с независимой пневматической подвеской колес, снабженной электронным блоком управления. На скорости выше 120 км/ч устанавливается величина просвета в 142 мм, на скорости 80 км/ч -167 мм, а ниже автомобиль поднимается на 192 мм над дорогой. Кроме автоматического изменения клиренса, возможно ручное, позволяющее водителю «задрать» машину на высоту 208 мм.
Схожую с «Audi Allroad» конструкцию пневматической подвески получил полноприводный концепт-кар «Volkswagen AAC»: у него независимая длинноходная подвеска на двойных поперечных рычагах. Диапазон изменения клиренса с тремя фиксированными позициями просто громадный — от 280 мм до 390 мм. В настоящее время «Toyota» для своего внедорожника «Land Cruiser 100» ( он же «Lexus LS400») предлагает в качестве опции систему «Automatic High Control» (AHC). Изменение клиренса происходит по четырем фиксированным положениям на 50 мм вниз или вверх от базовой величины в 220 мм. Переключение позиций происходит в течение 7 секунд после нажатия водителем кнопки на центральной консоли.
3.1.2 Преимущества и недостатки различных типов подвесок
Независимые подвески на двойных поперечных рычагах и с направляющими пружинными и амортизаторными стойками требуют мало места в поперечном направлении, оставляя, например, в середине место для двигателя. Другие независимые подвески на продольных и косых рычагах почти не занимают пространство по высоте и позволяют получить широкий багажник с плоским полом. На всех зависимых подвесках балка перемещается на полную величину хода подвески. Свободное место, которое должно быть оставлено для этого сверху уменьшает объём заднего багажника и затрудняет размещение запасного колеса. Спереди такая балка оказалась бы под двигателем, и для обеспечения достаточного хода сжатия потребовалось бы поднять двигатель или сместить его назад. По этой причине зависимые передние подвески применяются только на грузовых автомобилях и полноприводных многоцелевых легковых автомобилях.
Ходовая часть легкового автомобиля должна с запасом удовлетворять условия движения, которые могут быть созданы двигателем. В условиях всевозрастающих ускорений, скоростей движения (в том числе и на поворотах) и замедлений ходовая часть должна надёжно обеспечивать безопасность движения. Эти требования легче выполнить применяя независимые подвески, которые имеют следующие основные преимущества:
– компактность;
– возможность кинематического или эластокинематического изменения схождения колёс в направлении недостаточной поворачиваемости;
– небольшая масса;
– отсутствие взаимовлияния колёс.
Два последних преимущества важны для хорошего сцепления с дорогой, особенно на поворотах с волнистым дорожным покрытием.
Поперечные и продольные рычаги обеспечивают желательные кинематические характеристики колёс при ходах сжатия и отбоя, и осуществляют передачу сил на кузов. Боковые силы образуют дополнительно момент, усиливающий поперечный крен кузова на повороте. Опоры рычагов деформируются под нагрузкой и влияют на характеристики упругости: либо увеличивают жёсткость за счёт скручивания резиновых элементов, либо трения за счёт скольжения деталей.
Колёса наклоняются вместе с кузовом, наружное (при повороте) колесо, которое должно воспринимать большую часть боковой силы, наклоняется в сторону положительного развала, а внутреннее – в сторону отрицательного. В результате возможность передачи шинами боковых усилий уменьшается. Чтобы этого не происходило, кинематическое изменение развала должно противодействовать указанному недостатку. Кроме того, поперечный крен кузова на повороте должен быть, возможно, меньше. Этого можно достичь с помощью более жёсткой подвески, дополнительных стабилизаторов или высокорасположенных центров крена.
Зависимые подвески также имеют целый ряд недостатков, существенных для легковых автомобилей, но допустимых для средних и тяжёлых грузовых автомобилей:
– большая масса балки при расположении в ней главной передачи;
– склонность к смещению на дороге с поперечными волнами;
– собственный поворот оси при прямолинейном движении с выбоинами;
– необходимость свободного пространства над осью, соответствующего ходу сжатия подвески;
– перераспределение колёсных нагрузок под тягового момента, особенно при установки сдвоенных шин.
Поперечный крен кузова под действием центробежной силы, приложенной в центре масс автомобиля, при зависимой подвеске увеличивается.
За счёт совершенствования деталей подвески и соответствующего исполнения упругих и демпфирующих элементов характеристики зависимых подвесок ведущих колёс удалось улучшить на столько, что, несмотря на тяжёлую главную передачу, они применяются в настоящее время на крупносерийных лимузинах и купе, достигающих скорости 190 км/ч и более.
Из-за большой массы зависимая подвеска ведущих колёс на волнистой, неровной дороге (в особенности на поворотах) не достигает по уровню параметров независимых подвесок, однако склонность к смещению может быть в определённой степени снижена установкой газонаполненных однотрубных амортизаторов. Эти амортизаторы, правда, дороже, однако позволяют без заметного ухудшения плавности хода повысить усилие сжатия. В результате усилие демпфирования будет лучше противодействовать подскакиванию колёс при ходе сжатия. Эта мера является самым простым и, возможно, самым экономичным способом устранения основного недостатка зависимой подвески.
В отличие от автомобилей классической компоновки, на переднеприводных картина другая: их зависимая задняя подвеска имеет скорее преимущества, чем недостатки. Она получается не тяжелее сопоставимых независимых подвесок и, кроме того, даёт возможность получения высокого центра крена (что желательно для автомобилей с таким приводом).
Другие преимущества зависимой подвески:
– простота и экономичность изготовления;
– отсутствие изменения колеи, схождения и развала при ходах подвески, что обуславливает малый износ шин и хорошую боковую устойчивость;
– постоянство развала колёс при крене кузова на повороте, т.е. стабильная передача шинами боковых сил;
– восприятие момента боковых сил поперечной штангой, которую можно расположить почти на любой высоте, что позволяет изменять поворачиваемость под действием боковой силы.
Неразрезной задний мост может быть подвешен на наклонных продольных рычагах или продольных рессорах таким образом, что при движении на повороте он повернётся на небольшой угол относительно продольной оси автомобиля, при этом с наружной стороны база несколько уменьшается, а с внутренней – соответственно увеличивается.
Задний мост поворачивается в направлении поворота автомобиля, способствуя тем самым недостаточной поворачиваемости. Такая подвеска хотя и может отрицательно сказаться при движении по неровным дорогам, однако противодействует присущей легковым автомобилям классической компоновке тенденции к избыточной поворачиваемости при движении на поворотах. При зависимой подвеске ведущих колёс автомобиль реагирует на изменение подачи топлива, хотя и не в такой степени, как при подвеске на косых рычагах. На переднеприводных автомобилях ведомым колёсам можно придать отрицательный развал, что несколько улучшает передачу шинам боковых сил, но иногда ухудшает характер износа.
Независимо от типа привода отмечается явная тенденция к применению направляющих стоек в передних подвесках. На легковых автомобилях классической компоновки задняя зависимая подвеска всё больше вытесняется подвесками на косых и двойных поперечных рычагах. В то же время зависимые подвески всё чаще применяются для задних колёс на переднеприводных и полноприводных легковых автомобилях.
3.1.3 Устройство передней подвески автомобиля ВАЗ - 21011
Передняя подвеска независимая, рычажно-пружинная, с витыми цилиндрическими пружинами, с телескопическими гидравлическими амортизаторами и стабилизатором поперечной устойчивости.
Верхние и нижние рычаги шарнирно соединены с поворотной цапфой шаровыми шарнирами. Два шаровых шарнира помещены в корпусах и прикреплены к рычагам болтами и гайками.
Нижние рычаги оснащены резино-металлическими шарнирами и соединены при помощи оси, болтов и гаек с поперечной подвеской, закрепленной на продольных болтах автомобиля. На этой поперечине также закреплены два боковых кронштейна подвески двигателя.
Верхние рычаги соединены с несущей частью кузова посредством оси с резинометаллическими шарнирами.
Витые цилиндрические пружины подвески помещены между нижними рычагами и опорами стоек брызговиков. В верхней части установлены чашки пружин из штампованной листовой стали с изолирующими резиновыми прокладками.
Для увеличения устойчивости автомобиля, особенно на поворотах, имеется штанга стабилизатора, которая прикреплена к корпусу кузова и к нижним рычагам посредством кронштейнов, охватывающих резиновые подушки.
|
