Между кузовом и дорогой
Поведение автомобиля на дороге, его ездовые качества в немалой степени определяет конструкция подвески колес. С ней тесно связаны такие важнейшие характеристики машины, как комфортабельность и плавность хода, устойчивость и управляемость на дорогах с разным покрытием, стабильность прямолинейного движения. Единого рецепта, как обеспечить наивыгоднейшие ездовые качества, нет, поэтому конструкции систем подвески весьма разнообразны. В них, однако, нетрудно выделить три функциональные группы элементов. УПРУГИЕ воспринимают вертикальную нагрузку, приложенную к колесам. НАПРАВЛЯЮЩИЕ обеспечивают подвижную связь колес с кузовом и передают на него реактивные усилия, лежащие в горизонтальной плоскости. ДЕМПФИРУЮЩИЕ (амортизаторы) поглощают энергию колебаний кузова относительно колес и повышают надежность их контакта с дорогой. Рассмотрим, как эти детали в разных сочетаниях обеспечивают на современных легковых автомобилях требуемые от подвески качества.
Упругие элементы бывают стальные, резиновые и пневматические, причем сегодня наиболее распространены стальные: рессоры, пружины и торсионы.
Рессоры пришли на автомобиль с конных экипажей и распространены до сих пор. Их достоинства — дешевизна, технологичность и совмещение функций упругих и направляющих элементов (поскольку передают силы во всех плоскостях), а также демпфирующих (благодаря трению между листами).
За последние годы рессоры сдали позиции. Дело в том, что с ростом быстроходности автомобилей последнее из названных достоинств обернулось недостатком; в многолистовой рессоре сила трения постоянна и довольно велика. Поэтому, если сила толчка от дороги не превысит ее, рессора не прогнется и жестко передаст перемещение колеса кузову. Чтобы уменьшить трение, сокращают количество листов, устанавливают между ними пластмассовые прокладки, а шведская фирма «Вольво» даже применяет для задней подвески на легковой модели «343» однолистовые рессоры.
Другой недостаток рессор — их неспособность точно обеспечить заданную траекторию перемещения колес, поскольку под действием боковых сил и тормозных моментов они работают как упругие тяги или рычаги. Однако они все еще применяются и в задней подвеске («Москвич», «Волга», «Додж-дипломат» и др.), и в передней (например, «Трабант») благодаря дешевизне и простоте.
Пружины компактней рессор, легче вписываются в конструкцию автомобиля в целом и наиболее распространены сегодня на легковых автомобилях («Жигули», «Тойота-селика», «Шевроле-малибу» и др.). Поскольку они воспринимают лишь вертикальные нагрузки, в оснащенной ими подвеске колес обязательны направляющие элементы — рычаги, штанги, которые шарнирно соединяют колеса с кузовом и передают возникающие при движении реакции. Поэтому в задней подвеске «Жигулей» — четыре продольных рычага и поперечная реактивная штанга.
Третий вид стальных упругих элементов — торсионы. Они могут быть либо набраны из стальных полос («Фольксваген-жук», «Запорожец»), либо выполнены (наиболее частый случай) в виде шлифованного цилиндрического стержня («Тальбо-оризон», ФИАТ-130). При одинаковой массе с рессорой торсион способен воспринимать втрое большую нагрузку. Его широкое использование сдерживают сложная технология и дороговизна в производстве.
Резиновые упругие элементы, работающие на сдвиг, наиболее дешевы и компактны, однако материал, из которого они делаются, нехладостоек и быстро стареет. Поэтому в настоящее время их применяют лишь на машинах «Мини-метро» и отдельных моделях «Остин».
Особняком стоят подвески с гидропневматическими упругими элементами (ряд моделей «Ситроен»). В них сжимается воздух, а усилие передает гидравлическая система. Такая подвеска обеспечивает высокую комфортабельность, отличные ходовые качества, но сложность и высокая стоимость пока препятствуют ее распространению.
Упругие элементы определяют одну из основных характеристик подвески — жесткость, то есть усилие, необходимое для перемещения колеса на 1 см. Желательно, чтобы она была как можно меньшей. Мягкая подвеска делает более надежным контакт колес с дорогой при неровном покрытии. В то же время при ней неизбежен большой ход колеса, что не всегда удается обеспечить конструктивно. Другой недостаток — сильный крен кузова на поворотах — успешно компенсируется установкой стабилизатора поперечной устойчивости.
Рессоры, пружины, торсионы имеют постоянную жесткость. Но получить высокие плавность хода и комфортабельность можно лишь, когда упругий элемент имеет переменную жесткость. А ее в силу физических свойств могут обеспечить лишь резина и сжатый воздух.
Зависимая подвеска не обеспечивает того сочетания плавности хода и характеристик управляемости, которое необходимо сегодня легковым автомобилям, поэтому ее применяют все реже и лишь для задних колес. Поскольку в соединяющую их балку обычно встраивают редуктор, из-за большой инерции тяжелого моста трудно добиться надежного контакта шин задних колес с дорогой. Однако у зависимых подвесок есть и преимущества: простота, неизменяемость схода, развала и колеи при перемещениях колес, благодаря чему можно снизить износ шин и получить приемлемые характеристики поведения автомобиля на дороге.
В задней зависимой подвеске колес на винтовых пружинах сегодня можно встретить широкое разнообразие комбинаций из реактивных тяг и рычагов (примеры представлены на иллюстрациях).
На «Опель-манта» применена редкая конструкция задней подвески с удлинителем (трубой) редуктора. Передний конец этой трубы шарнирно опирается на кузов. Интересно решена довольно простая и компактная зависимая задняя подвеска с П-образной балкой на переднеприводных «ауди» и «фольксвагенах». Своеобразной разновидностью зависимой подвески является конструкция «Де Дион», применяемая для задних ведущих колес. В ней некоторым усложнением устройства удается сократить массу неподрессоренных деталей, а значит, улучшить плавность хода, устойчивость. Эту подвеску можно встретить на «Альфа-ромео-альфетта», «Вольво-343» и других моделях.
В независимых подвесках, как явствует из названия, перемещение одного колеса не влияет на положение другого. Кроме этого преимущества, они имеют меньшую массу неподрессоренных деталей и занимают меньшее пространство внутри кузова.
За последние годы наметилась тенденция к отказу от монтажа подвески на отдельной поперечине, которая присоединяется к кузову через резиновые втулки или прокладки. Наличие поперечины упрощает сборку, но создает (из-за упругих присоединительных деталей) недостаточно жесткую связь между кузовом и направляющим элементом подвески.
Для передних колес сейчас чаще всего применяется подвеска на двойных поперечных рычагах, обычно треугольных в виде сверху. Их оси закреплены на кузове, а наружные концы шарнирно соединены с поворотной стойкой. Наиболее распространены конструкции с опорой пружин и амортизаторов на нижние рычаги («Волга», «Москвич», «Жигули» и др.). Возможны и иные варианты: например, на многих моделях «Рено» пружины и амортизаторы опираются на верхние рычаги, на «Тальбо-оризон» вместо пружин — продольные торсионы.
Большое распространение получила в последние годы подвеска «Мак-Ферсон» («За рулем», 1977, № 6). Она легче, компактнее, имеет меньше шарниров, несколько дешевле, чем подвеска на двойных поперечных рычагах. Это и обусловило ее широкое распространение в первую очередь на переднеприводных автомобилях. В числе недостатков — трудности в создании шумоизоляции кузова, наличие трения в стойке. На некоторых автомобилях подвеска «Мак-Ферсон» («Лянча-Бета-купе», «Рено-20», «Хонда-сивик») применена для задних колес.
Подвеска на двойных продольных рычагах теперь редкость: ее можно видеть, например, спереди у автомобилей «Запорожец» и «Фольксваген-жук».
На переднеприводных автомобилях часто применяют заднюю независимую подвеску на продольных рычагах (по одному на колесо). Она проста и занимает очень мало места, что позволяет получить просторный багажник или разместить между рычагами запасное колесо, бензобак. На ряде моделей «Рено» эти рычаги сочетаются с поперечными торсионами.
При классической компоновке иногда применяют независимые задние подвески на косых, диагональных рычагах (БМВ, «Мерседес-Бенц», «Пежо-504», «Опель-сенатор» и др.).
Для достижения желаемого поведения автомобиля на дороге в конструкции подвески надо обязательно учитывать взаимодействие с рулевым управлением, шинами, тормозами, связь с общими техническими характеристиками машины. И в то же время выбор ее во многом диктуется общей концепцией автомобиля, потребительскими требованиями к машинам того или иного класса и назначения, характером производства. Выбор — это неизбежный компромисс между техническими и экономическими соображениями.
Характеризуя в целом современные тенденции, следует прежде всего отметить рост числа моделей с независимой подвеской всех колес, резкое сокращение сферы применения рессор, распространение подвески типа «Мак-Ферсон», акцент на улучшение характеристик управляемости.
