Разбираемся с подвеской. Зависимая или независимая? Плюсы и минусы
Автомобиль разнообразен настолько, что порой его трудно с чем-то сравнивать. Условия современного мегаполиса и разбитые просёлки, заброшенные лесные просеки и залитая водой грунтовка или участки пустыни – везде он выполняет свою основную задачу – перевозит людей и грузы. Автомобили должны, как минимум, быть приспособлены для разных условий эксплуатации. Наверно поэтому будет достаточно интересно обратить внимание на те конструктивные особенности, которые позволяют автомобилю работать в настолько различающихся условиях. Одним из таких элементов конструкции является подвеска.
О подвеске в целом
За всю историю автомобиля разработчики создали самые разнообразные виды подвесок, но они могут быть разделены в основном на два больших класса, рассмотренные ниже.
Такой тип подвески достался автомобилю исторически, в наследство от телег и карет. Именно такой она была на первых машинах, такой же оставалась достаточно долгое время. Что она собой представляет, можно видеть на приведённом ниже рисунке:
Как из него видно – это два колеса, соединенные сплошной осью. Другим названием такой конструкции будет мост (передний или задний), и зачастую он включает в себя элементы трансмиссии. Характерная особенность – положение одного колеса оказывает влияние на другое. В случае перемещения одного колеса по вертикали, как показано на рисунке, это приводит к изменению площади контакта другого колеса с поверхностью, что влияет на управляемость, особенно на высокой скорости.
Зависимая подвеска может быть выполнена различным образом. В качестве узлов и деталей в ней могут использоваться разнообразные упругие элементы, рессоры (продольные или поперечные), пружины и т.д.
Из фотографии видно – зависимая подвеска отличается достаточно высокой прочностью, что является преимуществом при движении по бездорожью. Для обеспечения нормальной эксплуатации такая конструкция предусматривает значительный клиренс, а это также считается достоинством при передвижении вне дорог. Раз уж мы говорим об использовании автомобиля в подобных условиях, нельзя обойти молчанием факт, что зависимая подвеска допускает большие хода, значительно повышающие возможности машины в случае движения по пересеченной местности.
Таким образом, не вдаваясь в варианты построения зависимой подвески, можно сформулировать ее положительные характеристики :
— простота конструкции;
— прочность;
— дешевизна;
— устойчивость к повреждениям;
— проходимость.
Однако ради объективности необходимо отметить недостатки :
— недостаточная управляемость, особенно при высокой скорости движения;
— незначительный уровень комфорта;
— неинформативное рулевое управление.
Что она собой представляет, понятно из рисунка ниже:
Из него ясно видно, что перемещение в вертикальной плоскости одного колеса никоим образом не отражается на положении другого. Это положительно сказывается на контакте колеса с поверхностью и, соответственно, управляемости автомобиля.
В конструкции независимой подвески используются разные элементы – пружины, разнообразные рычаги, торсионы. Существует множество различных вариантов, как может быть выполнена независимая подвеска. Так, один из распространённых ее видов – подвеска Макферсона, а также торсионная.
Тем не менее, несмотря на значительное разнообразие, нельзя не отметить ее особенности. К ним относится меньшее значение неподрессоренной массы.
Это понятие включает в себя суммарную массу всех элементов конструкции, через упругие элементы воздействующую на дорогу. Если у зависимой подвески они достаточно велики, что ухудшает управляемость, то для независимой эта величина значительно меньше.
— хорошая управляемость автомобилем, особенно на высокой скорости;
— высокая информативность при управлении;
— возможность настройки параметров подвески под конкретные условия движения;
— повышенный комфорт при движении
Несомненно, что это все отражается положительно на автомобилях, эксплуатируемых в условиях города и на твердом (асфальтовом) покрытии. Однако не бывает все только хорошо, всегда есть недостатки, и они делают такую подвеску малопригодной для условия бездорожья.
Среди ее недостатков надо отметить:
— короткие ходы подвески;
— достаточно большое число деталей и, как следствие, повышенная вероятность их повреждения в сложных дорожных условиях:
— трудности в полевых условиях ремонта поврежденной подвески;
— высокая стоимость обслуживания и трудность регулировки.
Что и как используется на современных автомобилях
Здесь надо сразу отметить, что разработчики автомобилей в зависимости от их назначения используют самые разные варианты, в том числе комбинируя разнообразные типы подвесок. Так, УАЗ имеет обе зависимые подвески, но его назначение – преодоление бездорожья, при этом уровень комфорта в нем несравним с предоставляемым обычными паркетниками. Если в условиях бездорожья он король, то при движении в городе резко теряет все свои преимущества.
Нива имеет переднюю независимую подвеску и зависимую заднюю. Это позволяет ей быть более динамичной в городе и на трассе, обеспечивает достаточную проходимость при движении на легком бездорожье. В то же время наличие дополнительных устройств, таких как межосевая блокировка дифференциала и пониженная передача, позволяет ей хоть и ограниченно, но достаточно свободно передвигаться в сложных дорожных условиях.
Что касается многочисленных кроссоверов и паркетных джипов, то их место обитания – город и асфальтовое покрытие, ну может быть, пикник на опушке в ближайшем пригородном лесу или дорога на дачу. Для преодоления мало-мальски серьезного бездорожья они не пригодны. В этом случае требуется особый вид автомобиля, который раньше назывался вездеход, и УАЗ один из них.
Одним из факторов, ограничивающих использование кроссоверов на бездорожье, является подвеска. Во многом она и определяет, насколько автомобиль пригоден к движению в сложных дорожных условиях.
Созданы и применяются самые различные варианты подвесок, но конструкция каждой из них предполагает использование автомобиля в определенных условиях. Выбирая себе автомобиль, нужно понимать, что нет универсального варианта, способного двигаться, как болид формулы 1, и преодолевать бездорожье, как БТР.
Независимая подвеска автомобиля. Принцип работы, типы и устройство
Независимая подвеска – самый популярный вид подвесок. Он отличается от других тем, что каждое колесо не влияет на другие, и между колесами нет жесткой связи. Типов независимой подвески существует много, но самой популярной остается многорычажная «МакФерсон». Она отличается от других хорошими характеристиками и сравнительно низкой стоимостью.
Типы независимых подвесок
Подвеска с качающимися полуосями
В такой подвеске применяется две полуоси вместо одной. Каждая ось закрепляется на шасси с помощью шарнира, благодаря чему обеспечивается перпендикулярное положение колеса по отношению к полуоси. Помимо этого, при поворотах боковые силы подвески могут подбрасывать машину, из-за чего страдает устойчивость автомобиля. Чаще всего этот вид подвески используется для грузовых машин.
Подвеска на продольных рычагах
Этот тип подвески заключается в том, что каждое колесо на одной оси с обеих сторон прикрепляется к рычагу, намертво закрепленного на раме. При использовании этой подвески может изменяться колесная база, но колея остается такой же, как и была. Устойчивость этого типа независимой подвески автомобиля не отличается хорошими характеристиками, из-за чего колеса могут поворачиваться вместе с кузовом. Это негативно сказывается на сцеплении шин с дорогой. При движении продольные рычаги берут на себя всю нагрузку со всех направлений. По этой причине данному типу подвески не хватает жесткости и утяжеления. Плюсом подвески на продольных рычагах является возможность сделать ровный пол в машине, благодаря чему внутри увеличивается объем салона. Такая подвеска нередко применяется в производстве легких прицепов.
Подвеска Дюбоне
Этот тип независимой подвески автомобиля применялся на машинах в первой половине ХХ века. На каждом борте автомобиля был рычаг с реактивной тягой. Рычаг оказывал действие на пружину, а реактивная тяга соединялась с кожухом, в котором находилась пружина и передавала усилия при торможении. Этот тип подвески не прижился, потому как из кожуха постоянно вытекала жидкость.
Подвеска на косых рычагах
Данный тип подвески – это всего лишь усовершенствованная подвеска на продольных рычагах. Она используется для ведущей оси. Конструкция подвески делает минимальной вероятность изменения ширины между колесами, а также оказывает влияние кренов на наклон колес. Когда во время поворота усиливается подача топлива, задняя часть машины немного приседает, из-за чего происходит развал передних колес. Когда уменьшается подача топлива, передняя часть становится ниже, а задняя часть машины поднимается.
Подвеска на двойных поперечных рычагах
С каждой стороны подвески есть два рычага, которые крепятся на раму внутри на эластичном креплении. Снаружи они соединяются со стойкой колеса. Преимущество данного типа подвески в том, что у Вас есть возможность отрегулировать все необходимые параметры и ее характер во время работы. Эта подвеска очень популярна на спорткарах, потому как на ней можно отрегулировать:
Подвеска «МакФерсон»
В данном типе подвески имеется направляющая стойка и дополнительный нижний рычаг. Это позволяет качаться, когда работает верхний шарнир. Макферсон – это продолжение свечной подвески. Поворотный кулак скользит вверх и вниз по раме направляющей, которая обеспечивает поворот. Тип подвески макферсон очень популярен, потому как подвеска этого типа проста, компактна и недорогая.
Многорычажная подвеска
Многорычажная подвеска – это подвид подвески на двойных поперечных рычагах. Они применяются на машинах с задним приводом. Долгое время ее использовали спереди, но потом конструкторы смогли повысить управляемость и устойчивость машины. В новой подвеске уже не было ввинчивания.
Недостатки и преимущества независимых подвесок
В основном, этот тип подвески используется на легковых машинах. Они лучше переносят выбоины на дорожном покрытии. Когда одно колесо попадает в яму, на втором это никак не сказывается. Если машина на большой скорости попадает в большую яму, то у нее меньший риск перевернуться, если установлена независимая подвеска автомобиля. Машины с этим типом подвески более безопасны и мобильны. Также у них более высокий уровень сцепления с дорогой, что отчетливо видно на хорошей скорости.
Главный недостаток подвесок такого типа – это более высокая вероятность того, что она быстрее выйдет из строя, чем зависимая подвеска автомобиля. Этот момент хорошо заметен во время поездки по горным дорогам, когда одно колесо идет по препятствию, а второе идет по своей траектории. Из-за этого клиренс становится меньше, в результате чего может повредиться дно машины. Одно можно сказать точно: асфальтовые дороги – стихия независимых подвесок автомобилей.
Зависимая и независимая подвеска: преимущества и недостатки для джипера
Большая часть современных автомобилей представляет собой плод определенного технического компромисса. В основном это связано с универсальностью и большим количеством задач, которые должен выполнять этот самый автомобиль. Например, любой внедорожник должен ехать и по асфальту, и по бездорожью. Здесь без компромисса явно не обойтись.
Один из таких компромиссов – подвеска. Какая же подойдет лучше для тех задач, которые вы ставите перед автомобилем? Давайте подробнее поговорим о зависимой и независимой подвеске, обсудим их особенности и сделаем определенные выводы.
Начнем с общего представления о конструкциях.
Зависимая подвеска (на фото изображена справа) представляет собой старую, простую конструкцию, перекочевавшею на автомобили еще со времен телег. Все сводится к неразрезному мосту на пружинах или рессорах. От перемещений мост удерживается продольными и поперечными тягами.
Неразрезной мост – жесткая балка, соединяющая два колеса. То есть любое перемещение одного колеса передается на другое.
Независимая подвеска (на фото изображена слева) имеет более сложную и новую конструкцию. Здесь колеса не связаны жестко между собой. Каждое колесо крепится к подрамнику отдельно посредством одного или нескольких рычагов. В качестве упругих элементов выступают амортизаторы и пружины. Иногда на передних независимых подвесках применяют торсионы.
Теперь детальнее о каждом виде конструкции.
Независимая подвеска
Как мы уже упоминали, это относительно новое техническое решение. Логично, что не было бы необходимости в изобретении нового вида подвески, если бы всех устраивали сплошные мосты. Так в чем же преимущества независимой подвески?
Прежде всего, это меньшие неподрессоренные массы.
Подрессоренные массы – сумарная масса деталей, воздействующих на дорогу через упругие элементы. Соответственно, «неподрессоренными массами» называется то, что взаимодействует с дорогой непосредственно.
А преимущество заключается в том, что чем меньше неподрессоренная масса относительно подрессоренной, тем меньшее ее влияние на управляемость. Говоря простыми словами, тяжелая подвеска не будет успевать отрабатывать все кочки и неровности на большом ходу. Подскочившее на скорости колесо под воздействием упругого элемента еще не успеет опуститься на дорогу, как на пути всречается уже следующая кочка.
Итак, делаем вывод. Большие неподрессоренные массы негативно влияют на управляемость, а независимая подвеска как раз таки позволила сделать эти массы меньше. Это плюс.
Идем дальше. Независимая подвеска обладает большой свободой настройки кинематики колеса. Сплошные мосты таким похвастаться не могут. При наезде на неровность в зависимой подвеске оба колеса оказываются под наклоном, уменьшая тем самым пятно контакта с поверхностью. В независимой подвеске колеса остаются перпендикулярны к поверхности.
Независимая подвеска также позволяет динамически регулировать наклон колеса и компенсировать крены кузова во время прохождения поворотов.
В целом можно с уверенностью сказать, что для скоростной езды независимая подвеска будет определенно лучше зависимой.
Теперь о недостатках.
Ходы колес ограничены длиной рычага подвески. Чем короче рычаг – тем меньше ход. Здесь все просто. При этом невозможно увеличить длину рычага так, чтобы колеса оставались в пределах кузова.
Второй недостаток – уязвимость деталей. Владельцы внедорожников с независимой подвеской частенько гнут и ломают рычаги подвески об камни или пеньки.
Третий недостаток – это слабая проницаемость.
Проницаемость – способность пропускать сквозь себя мягкий грунт (снег, грязь, песок). То есть проходимость определяется не только клиренсом автомобиля, а еще и расстоянием между подвеской и рамой.
Сплошные мосты легко разрезают грунт и пропускают его над собой, а вот элементы независимой подвески (в частности рычаги) очень быстро забиваются песком, грязью и прочим мусором, превращаясь таким образом в самый настоящий якорь. Вместо того, чтобы разрезать грунт вы просто тащите его с собой.
В заключении также отметим, что независимая подвеска из-за своей сложной конструкции будет гораздо дороже в обслуживании, чем зависимая.
Зависимая подвеска
Вот, казалось бы, идеальное решение для автомобиля повышенной проходимости. Простой, надежный, можно даже сказать не убиваемый, мост. То, что нужно в экстремальных условиях. Но, как мы говорили, современный внедорожник должен быть универсальным. Он должен быть не только проходимым на бездорожье, а еще и комфортным при движении по дорогам общего пользования.
И вот как раз таки на асфальте зависимая подвеска превращается в громоздкую конструкцию с плохой управляемостью. Выбирая неразрезные мосты вам придется смириться с неуклюжестью внедорожника в городе. Собственно поэтому классических внедорожниках на сплошных мостах становится все меньше. Автомобильные производители делают выбор в пользу комфорта на асфальте.
Комбинированная подвеска
А теперь переходим к компромиссу, который позволяет и по бездорожью ездить, и на асфальте чувствовать себя достаточно уверенно. Речь идет о комбинированной подвеске. Такая конструкция подразумевает независимую подвеску спереди и сплошной мост сзади. Это решение устраивает большую часть пользователей внедорожной техники. Хотя самые настоящие джиперы, конечно же, не признают ничего, кроме неразрезных мостов.
Выводы
Перейдем к выводам и перечислим все основные преимущества и недостатки упомянутых выше типов подвески.
1. Независимая подвеска
Преимущества:
— Малые неподрессоренные массы
— Большие возможности для настройки параметров
— Высокий уровень комфорта при движении в городе
Недостатки:
— Сложная и дорогая в эксплуатации конструкция
— Сложность в осуществлении серьезного внедорожного тюнинга
Отлично подходит для городских автомобилей и кроссоверов. Слабо подходит настоящим внедорожникам, ездящим по реальному бездорожью.
2. Зависимая подвеска
Преимущества:
— Прочная и простая конструкция
— Дешевизна в эксплуатации и обслуживании
— Есть возможность для внедорожного тюнинга
Недостатки:
— Большие неподрессоренные массы
— Неуклюжесть и плохая управляемость в городских условиях
Вот отличное решение для настоящего внедорожника. Но при этом придется пожертвовать собственным комфортом во время езды по дорогам общего пользования.
3. Комбинированная подвеска
Преимущества:
— Сочетает в себе управляемость, комфорт и неплохую проходимость
— Большой выбор автомобилей
— Относительно невысокая цена обслуживания
Недостатки:
— Управляется хуже, чем автомобиль с независимой подвеской
— Проходимость хуже, чем у автомобиля с зависимой подвеской
По-сути, «ни рыба, ни мясо». Зато достаточно универсальное решение, которое широко используется в наше время.
Неполная независимость: как устроена и чем хороша полузависимая подвеска
Мы уже рассказывали о зависимых и независимых подвесках. Но за кадром остался еще один тип подвесок – полузависимые. В характеристиках автомобиля такой тип подвески часто указывается как независимый, но на первый взгляд, выглядит самая распространенная конструкция именно как обычная балка зависимой подвески. В чем же тут секрет?
Насколько независима независимая подвеска?
К азалось бы, раз подвеска независимая, то перемещения одного колеса от другого никак не зависят. Такое чаще встречается в теории. На практике же полностью независимые подвески – большая редкость.
Почти всегда в конструкции подвески предусмотрена такая деталь как стабилизатор поперечной устойчивости. Благодаря ей вертикальные перемещения одного колеса через упругий торсион передаются на другое. Подобное «нарушение независимости» нужно для улучшения управляемости автомобиля, а точнее, для уменьшения кренов в поворотах. Решение не самое изящное, имеющее и ряд недостатков, но при этом недорогое, ведь активные подвески дороже на порядки. А так достаточно простая деталь не дает машине заваливаться в повороте.
Конечно, управляемость можно настроить и без этой детали, и даже плавность хода улучшится. Примеров тому немало: вот Renault Logan, например, после первого рестайлинга лишился стабилизатора спереди, а у классических Жигулей в задней подвеске его и не было никогда. Но большинство современных машин его имеет и в передней, и в задней подвесках.
На фото: Renault Logan ‘2004–09
Не редкость и «активные» стабилизаторы, которые умеют менять угловую жесткость торсиона или вообще отключаться. Такие есть, например, на машинах BMW или на внедорожниках Nissan. Это позволяет снизить негативные факторы от использования стабилизатора.
На фото: Nissan Patrol ‘2014–н.в.
Получается, подвески у абсолютного большинства машин не абсолютно независимые, перемещение одного колеса все же вызывает перемещение и другого. Пусть и в меньшей степени, чем при наличии связи в виде общей жесткой оси, как у зависимой подвески, когда перемещение одного колеса всегда однозначно связано с перемещением второго.
С неразрезными мостами, кстати, стабилизатор поперечной устойчивости также применяют: крены есть у машин с любыми подвесками.
Полузависимые: редкие и самые распространенные
Если стабилизатор все равно нужен, то может быть, его можно сделать частью несущей конструкции подвески? Наверное, именно так рассуждали инженеры, когда придумали переднюю подвеску МакФерсон для Audi 100/A6 в кузове С4. Не удивляйтесь, но МакФерсон у нее – полузависимый, ведь вместо переднего нижнего рычага подвески тут используется мощный стабилизатор поперечной устойчивости. Оба колеса связывает единая упругая деталь, являющаяся частью несущей конструкции. Восьмидесятые годы были щедры на интересные технические решения, так что я не удивлюсь, если на каких-то еще машинах использовали подобную схему, ведь торсион стабилизатора очень удобно использовать в качестве рычага. По кинематике подвеска Audi может считаться полностью независимой за одним существенным «но»: вертикальное перемещение одного из колес обязательно вызывает перемещение второго колеса на существенную величину, связанную с достаточно высокой жесткостью торсиона.
Очень распространенная схема полузависимой подвески со скручиваемой балкой – в том числе и плод усилий инженеров концерна Volkswagen. Ведь появилась она именно на VW Golf в 1974 году. Гениальность идеи была в том, что тут направляющий аппарат обоих задних колес был единой деталью, которая крепилась к кузову всего в двух точках. А эластокинематика движения каждого из колес была почти подобна кинематике подвески на продольных рычагах. Балка в форме буквы Н крепится к кузову в двух крайних точках, а ступицы колес расположены на нижних концах буквы. Самая важная часть конструкции – поперечина, которая соединяет конструкцию воедино и обеспечивает необходимую жесткость. Если балку расположить вплотную к точкам крепления к кузову (когда балка превратится в букву П), то подвеска по кинематической схеме будет полностью подобна конструкции на продольных рычагах, а если перенести ближе к точкам крепления колес, то будет больше похожа на зависимые подвески. Центральная часть балки в этой конструкции обязательно имеет податливость и может изгибаться, обеспечивая колесам возможность независимого перемещения. Отнести такую подвеску к зависимым можно лишь конструктивно: колеса связаны единой деталью несущей конструкции. Но в работе такая подвеска все же подобна именно независимым.
На фото: Volkswagen Golf ‘1974–83
Конструкция настолько удобна для массового автомобилестроения, что ее применяют для машин до D класса включительно, а порой используют и в сочетании с ведущим задним мостом. Например, на кроссовере Opel Mokka сзади стоит именно скручиваемая H-образная балка, даже на вариантах с полным приводом.
Секрет подобного успеха прост. Во-первых, конструкция предельно надежна: мощные боковые рычаги связаны мощным торсионом, а к кузову она крепится большими и прочными сайлентблоками. Эти детали служат долго, а сломать их тяжело. И такая конструкция недорога как в изготовлении, так и в эксплуатации.
Кинематика движения колес изначально удачна и может варьироваться в широких пределах путем изменения жесткости креплений, жесткости торсиона, боковых рычагов и их взаимного расположения. К тому же подвеска очень компактна, позволяет разнести амортизаторы максимально широко, что обеспечивает отличные условия их работы. Можно расположить пружины и амортизаторы очень низко и плотно, что увеличивает внутренний объем задней части машины. Из всех типов независимых подвесок для неведущих колес лучшей кинематикой обладают разве что многорычажные конструкции на базе двухрычажных подвесок или стоек МакФерсона, но они значительно более дороги.
Недостатки у такой схемы тоже есть. Эластокинематика Н-образной балки такова, что угловая жесткость балки всегда связана с податливостью подвески в поперечном направлении и нагрузкой. В результате балка всегда избыточно жесткая для ее роли стабилизатора поперечной устойчивости. Неподрессоренные массы у такого типа подвески тоже достаточно высоки, а попытка уменьшить массу балки за счет уменьшения длины продольных рычагов ведет к ухудшению кинематики ее работы и увеличению жесткости связи. И развязать жесткость резинометаллических элементов в продольном и поперечном направлении тоже конструктивно сложно, они будут всегда связаны, ведь это всего два сайлентблока, работающих на кручение и разрыв.
Усложнение конструкции введением реактивной тяги, например, в виде механизма Уатта — ход не новый. Сравнительно недавно его применяли в серийном производстве на Opel Astra J/Chevrolet Cruze, а спортсмены при подготовке машин с Н-образной балкой часто использовали дополнительные реактивные рычаги для улучшения управляемости и контроля кинематики.
Опорные элементы балки стараются ставить под углом к плоскости качения балки: так обеспечивается уменьшение передачи вибраций на кузов при снижении податливости блоков в поперечном направлении и улучшение кинематики. Дополнительные хитрости в виде выноса опорных площадок пружин на внешние кронштейны позволяют обеспечить необходимый угол доворота колес под нагрузкой. Но в любом случае этот тип подвески остается конструктивно простым и дешевым. И именно поэтому его применяют столь массово.
А на практике оно как?
Сравнение различных автомобилей с различными типами задней подвески не дает возможности выбрать однозначного лидера. Разумеется, многорычажную подвеску проще наделить и хорошей управляемостью, и высокой плавностью хода в сочетании с высокой нагрузочной способностью. Но вот беда: сравнивая даже авто одного класса, нельзя сделать вывод о том, какая применяется подвеска лишь на основании их ходовых характеристик. Настоящим подарком для любителей выяснить, что лучше, а что хуже, являются машины на платформе MQB: у многих из них в зависимости от мотора в задней подвеске может применяться как балка, так и многорычажная конструкция.
Мой личный опыт показывает, что только серьезное сравнение позволяет выявить нюансы, а в обычной эксплуатации можно заметить лишь несколько другую акустическую картину при проезде неровностей и более явное изменение управляемости с нагрузкой у машин с Н-образной скручиваемой балкой относительно машин с многорычажной подвеской. Слепое сравнение обычно не дает возможности выявить однозначного победителя. А все это говорит о том, что энтузиазм производителей по поводу этого типа подвески на бюджетных автомобилях вполне обоснован: по цене недорогой зависимой подвески вы получаете полноценную независимую с хорошей кинематикой.
