Автомобильная подвеска, независимая двухрычажная, многорычажная
Привет читателям! Сегодня попробую рассказать про самую сложную для изложения тему, а именно - про независимые подвески, имеющие в составе два и более рычага, обладающие сложной кинематикой, большим количеством деталей и ценой немалой в том числе. Тема очень сложная, так как данный тип подвесок не имеет общего стандарта и компоновки, да вообще не имеет какой-то устоявшейся формы, это открытое поле для творчества имеющее только общие принципы, но сама конструкция многорычажки как отпечаток пальца каждой модели, наделенной данным узлом. Но тем не менее, попробуем это все обозреть, и понять, зачем оно надо, и какие у этого всего преимущества.
Попробуем сформировать очень обобщенные плюсы и минусы, но для этого сначала все-же разделим эти подвески на две группы - двухрычажная подвеска и многорычажная, имеющая более двух рычагов.
Итак, двухрычажная подвеска является одним из самых древних и эффективных типов подвесок, состоит из двух треугольных рычагов соединенных с поворотным кулаком шаровыми опорами, в случае с неуправляемой осью нижний рычаг имеет прямоугольную форму, для удерживания угла поворота колеса за счет 4 точек крепления.
Плюсы двухрычажных подвесок:
Простая конструкция.
компактность в вертикальном измерении (не во всех вариантах)
высокая жесткость
точное сохранение углов установки колес при работе, отсутствие паразитных явлений.
низкая точка приложения усилий в продольном направлении, низкая склонность к продольному крену.
Минусы:
малый ход подвески, увеличение хода ведет к сильному увеличению габаритов.
высокая нагруженность точек крепления рычагов, высокие требования к прочности и жесткости подрамника или рамы.
отсутствие активной составляющей в кинематике. кроме возможности задания изменения развала в небольших пределах.
Это основное. Если кратко - это лучший тип подвески для "ручного" управления автомобилем, наиболее точный в поведении, крепкий, простой, надежный. И это ставит его в интересное положение, так как встретить его мы можем на недорогих и старых автомобилях, на внедорожниках, багги, квадроциклах, и .... в формуле 1 и подобных болидах. Вообще, наткнуться мы на него можем там, где нужна или прочность с надежностью, или точность управления, или и то и другое, что формирует специфичный круг использования. При этом комфортабельность это не про нее, максимум - мягкость на отпущеных амортизаторах.
Рассмотрим ярких и наших любимых представителей - обладателей данной подвески, нива в студию)
Как можем видеть, это типичный классический представитель данного типа, два жестких треугольных рычага на жестких шарнирах, удерживающие поворотный кулак за две шаровые опоры, одна из которых несущая и установлена правильным образом за счет высокого расположения нижнего несущего рычага, вторая опора - направляющая. Пружина, амортизатор и стабилизатор взаимодействуют с нижним рычагом. С целью снизить нагрузки, приходящиеся на кронштейны крепления рычагов и на шаровые опоры, рычаги разнесены при помощи удлиняющей сошки верхнего рычага на поворотном кулаке, сделано это для увеличения способности противостоять боковым нагрузкам на подвеску, помимо этого в подвеску заложено кинематическое изменение развала, для этого верхний рычаг имеет длину меньшую, чем у нижнего, и в следствии меньшего радиуса его работы, при работе подвески благоприятно изменяется развал, что улучшает устойчивость автомобиля в поворотах. Это видно на картинке выше. Также укороченный и поднятый рычаг позволил получить правильную ось поворота колеса, которая проходит через центр пятна контакта, убирая плечо обкатки.
Пружина, установленная на середине рычага имеет удачное передаточное число, что способствует увеличению хода и общей энергоемкости системы. Собрана подвеска на жестком подрамнике.
Сейчас мы ощутим лютую универсальность такой подвески, так как после разглядывания древней нивы, в студию заезжает совсем не внедорожный Pontiac Solstice
На нем мы увидим подвеску от нивы, за исключением совмещенной амортизаторной стойки, а еще мы увидим, что спереди и сзади абсолютно одинаковая подвеска, просто сзади рулевая тяга вкручена не в рулевую рейку, а в кронштейн лонжерона!
И этим автомобилем я убью сразу несколько зайцев, ибо на его примере я еще продемонстрирую интегрированную раму, редкий вид несущего кузова, которым любят заманивать продавцы в мир "внедорожников" хотя у них нет никакой интегрированной рамы.
А у понтиака нет подрамников, а подвеска собрана на лонжеронах идущих неразрывно через весь кузов.
Далее мы никак не можем обделить вниманием жигули
На их примере явно видно, что нива моложе и в жигулях мало места. Из-за маленьких колес и размеров самого автомобиля, не удалось нормально разнести рычаги, в следствии чего автомобиль получил довольно большое положительное плечо обкатки, что впрочем, учитывая отсутствие привода на передние колеса, не сильно сказалось на управлении. Плюсом, из-за недостатка места и удешевления конструкции, да и просто раздолбаев итальянцев, опорная шаровая опора установлена в перевернутом виде.
Завершить обзор двухрычажной подвески можно формулой 1, там она используется как на передней, так и на задней оси, упругие элементы в виде пружин и амортизаторов установлены под обтекателями и передают усилие на колесо через коромысло и толкающую, либо тянущую штангу. Это популярная схема в автоспорте. На картинках видно, что могут использоваться как одна, так и две пружины, силовые коромысла также связаны между собой уравнивающими тягами, которые выполняют роль жесткого стабилизатора. Рычаги имеют треугольную форму и аэродинамичный профиль, вся механизация спрятана под обтекателем.
В задней подвеске нижний рычаг имеет 4 точки крепления и выполняет направляющую функцию. Также на картинке можно увидеть второй вариант реализации демпфирования, когда несущая тяга не толкает, а тянет.
Шарниры в таких подвесках не имеют резиновых элементов, используются только жесткие шаровые соединения.
Благодаря максимальной жесткости рычагов треугольной формы и сверхвысокой компактности в вертикальной плоскости, двухрычажка навсегда прописалась в автоспорте.
Далее уходим к многорычажной подвеске.
Многорычажная схема имеет бешеное количество вариаций, поэтому обозреть все то, что наваяли разные инженеры - не хватит и ста постов. Главная цель, которую преследует многорычажная схема - реализация сложной кинематики работы подвески, комбинацией равнодлинных рычагов и реактивных тяг можно реализовать любое динамическое изменение углов установки колеса при работе подвески и воздействии на нее различных сил. Это позволяет очень сильно повысить комфорт управления автомобилем, осуществить пассивное подруливание, компенсацию увода с траектории при боковом воздействии, а за счет распределения задач между разными рычагами, появляется возможность применять эффективные маслонаполненные сайлентблоки с высокой податливостью, за счет чего сильно сократить передачу на кузов вибраций от мелких неровностей и дорожного шума.
В общем эта подвеска про комфорт и ассистирование в управлении, когда машине достаточно задать направление, и активная кинематика поможет нивелировать воздействия окружающих условий и не производить коррекцию там, где автомобиль на более простых типах подвески коррекции потребует. Это мешает в автоспорте, где все эти качества наоборот вредят, зато очень помогает в повседневной жизни.
Минусы у этой подвески тоже большие, как и достоинства. Как правило многорычажная подвеска включает в себя 3-5 рычагов на одно колесо, а количество шарниров и сайлентблоков может доходить до 12 штук на колесо, что сильно затрудняет диагностику неисправностей и ремонт такой подвески. Поэтому в бюджетных автомобилях если многорычажная подвеска и встречается, то в упрощенных вариантах и на задней оси.
пожалуй разделим многорычажку на две группы:
Родственники двухрычажной схемы
Все остальные.
Начнем с первой. Данная группа может быть по ошибке принята за двухрычажку. Но она таковой не совсем является. В ней двухрычажка породнилась с некоторыми идеями из макферсона. Из картинок выше мы уже выяснили, что одной из проблем, свойственных двухрычажкам - является затрудненная реализация нормального плеча обкатки, вспомним жигули
из картинки видно, что для того, чтобы сдвинуть ось поворота колеса, нужно сдвинуть дальше шаровую опору, однако там уже тормозной диск, а верхний рычаг укорачивать нельзя, иначе начнет излишне плавать развал. Вроде-бы полный тупик, но есть выход, нижнюю шаровую опору можно перенести виртуально, для этого нижний рычаг необходимо разделить на два рычага, и закрепить их к поворотному кулаку на раздельные опоры, таким образом мы переносим ось вращения в место пересечения продолженных рычагов.
На картинке зеленым -линия крепления шаровых опор, пересечение красных линий - реальная точка прохождения оси поворота колеса.
Благодаря такому приему можно сместить ось поворота хоть на метр от машины, но нужно на центр колеса. С верхним рычагом можно поступить двумя способами, его можно укоротить, если расположить его высоко, так как чем дальше верхний рычаг располагается от нижнего, тем меньше его влияние на развал, в связи с этим поворотный кулак отрастил длиннющую сошку, а верхний рычаг сильно уменьшился в размерах, кроме того, это позволило сильно разгрузить верхнюю шаровую опору и продлить ресурс.
Сверху подвеска одного из S-классов, как видим, один из нижних рычагов стал несущим, второй направляющим. И также видим очередной ответ на вопрос владельцев машин с перевернутой шаровой несущей опорой. Если машина дорогая - находятся средства для фигурной отливки поворотного кулака, и несущая шаровая устанавливается в правильном положении, а направляющая - вверх ногами. Так что все вопросы исключительно к конструкторам и их бухгалтерам.
Но и это не конец, если нижний рычаг можно поделить на два, то и верхний можно поделить, тогда ось поворота вообще можно поставить идеально вертикально! И да, так делали даже не в космических автомобилях. Многие помнят такой интересный автомобиль как Volkswagen Passat B5, и удивление многих от его управляемости. А все потому, что или главный конструктор психанул, либо финансовый отдел проворонил хитрого инженера, но тем не менее, это единственный представитель своего ценового сегмента с передней многорычажкой, сложнее чем у современного S-класса.
Очень был интересный по поведению автомобиль. Но потребитель взвыл - мало того, что мало кто был в состоянии оценить эти ходовые качества, так еще и ценник за 8 рычагов подвески до сих пор впечатляет впечатлительных, поэтому в дальнейшем паштет хорошей подвески лишили. В принципе так заканчиваются все заходы дорогих технологий в бюджетный класс. А ведь с такой конфигурацией можно создать любую кинематику и при этом не растерять комфорт.
Теперь можно уйти и закончить задней многорычажной подвеской. Там творится полумрак и полный разгул самых разных технических решений.
Главная цель применения сзади многорычажной подвески - кинематика обеспечивающая пассивное подруливание задней оси, которое очень помогает самостабилизации автомобиля в поворотах. Кроме того низкая неподрессоренная масса играет на руку комфорту и облегчает работу амортизаторов в обеспечении постоянного пятна контакта с дорогой, дополнительные тяги и элементы обеспечивают уменьшение продольных кренов при разгоне и торможении автомобиля.
Существует огромное количество вариантов и технических решений у разных производителей, часто основу составляет нижний несущий рычаг, два верхних направляющих рычага и подруливающая тяга, ее всегда можно опознать как самую короткую и стоящую в стороне от основных рычагов.
На картинке типичная схема, ее любит мерседес. 5 рычагов, нижний несущий, два верхних направляющих, спереди продольная реактивная тяга, помогающая воспринимать крутящий момент, сзади рулевой рычаг, которым регулируется базовое схождение и который отвечает за изменение схождения при работе подвески.
Часто для подвески в задней части кузова места остается мало, а для того, чтобы обеспечить подвеске достаточный ход, тяги и рычаги нужно делать подлиннее, в связи с этим рычаги иногда перекрещиваются.
Бмв часто практиковали немного другую схему. Нижний рычаг они делали не только несущим, но и воспринимающим крутящий момент, обеспечивая его четырьмя точками крепления, немного проигрывали в комфорте, зато выигрывали в точности кинематики и управляемости
На фото хорошо виден мощный нижний рычаг, который маленькой дополнительной тягой соединен с кулаком и воспринимает через нее крутящий момент, сверху один крупный направляющий рычаг и малый подруливающий, им-же регулируется базовое схождение. всего 3 рычага.
В японской школе никаких сильных отличий нет, за той лишь разницей, что они люминий не особо уважают, или у них его мало, и подвеску они гораздо чаще делают из чугуния. Вот марк 2
В бюджетном сегменте все попроще, как правило это несущий рычаг, продольный, направляющий и подруливающий, допускается крепление продольного рычага прямо к кузову, а не к подрамнику, так дешевле, железки уже преимущественно штампованые жестянки. Фокус 3, мазды всякие
Но подруливание не всегда бывает пассивным, а иногда и очень даже активным, для этого вместо рулевого рычага помещается самый настоящий рулевой механизм или даже рулевая рейка с электроприводом. На малых скоростях колеса поворачиваются в противоположную передним сторону, на высоких в ту-же.
Сейчас этим балуется мерседес W223, а появилось это еще в восьмидесятых на хонде прелюд с полноуправляемым шасси
С такими системами подвеска часто становится копией передней как у прелюда, или например у крауна
Подытожим:
Многорычажная подвеска это очень хорошо, но часто неискушенный водитель не знает, что она дает, он воспринимает поведение машины как должное, никак не связывая управляемость и комфорт со сложной и хорошо настроенной подвеской, поэтому ее удел - существовать на дорогих автомобилях, где для владельца не является болью замена 20 сайлентблоков. Мое мнение лично для меня - оно того стоит, остальные решают так, что большим спросом пользуются автомобили с простым макферсоном и балкой сзади.
С какой-то стороны это и правильно, ибо бюджетной легкой машине прикручивать сложную и дорогую в содержании подвеску - лишнее.
А так это конечно и отдых за рулем, и комфорт и пассивная безопасность, ведь один неслучившийся улет в отбойник может многократно окупить вагон сайлентблоков. А системы курсовой устойчивости на хорошем шасси работают гораздо эффективнее.
Ну вот пожалуй и всё, можно конечно рассказывать и дальше, но кончилось место. Надеюсь, будет так-же интересно и кому-нибудь пригодится скоротать часть вечера. Всем большое спасибо за внимание, интерес и вопросы. Вчера был шокирован аж двумя донатами, первые в жизни, огромное спасибо за мотивацию и внимание, дальше тоже будет интересно)
