Подвеска автомобиля

Подвеска автомобиля (ПА) служит для перемещения колёс вверх – вниз без изменения направления движения транспортного средства. 

Назначение

Назначение подвески – сделать езду безопасной, плавной, уберечь авто от крена (наклона) кузова во время разгона, прохождения поворота и при торможении.

Фактически элементы подвески решают несколько задач:

1. Увеличивают комфорт при езде. Это достигается за счёт демпфирования вибрации, толчков, ударов. Устройство «работает» с действующими силами колебания и гашения (трансформирует воздействия в допустимые колебания), обеспечивает упругую связь между кузовом и колёсами. Качественная подвеска позволяет достичь эффективного перераспределения энергии колебаний автомобиля между кузовом транспортного средства и колёсной базой. Амортизаторы поглощают эту энергию, превращая ее в тепло. Чем больше энергии поглощает амортизатор, тем быстрее будут затухать колебания кузова.

2. Оказывают помощь при маневрах, регулируют (стабилизируют) положение кузова во время езды, обеспечивают противостояние дифференту – «кивкам» при торможении. От подвески зависит устойчивость авто и его управляемость. Шины транспортного средства находятся в постоянном контакте с дорожным покрытием.
3. Минимизируют нагрузки на колеса. Благодаря этому вместе с правильно подобранными протекторами улучшают сцепление. 
4. Оптимизируют уровень точности рулевого управления во время езды. Ведь под контролем – геометрия положения и перемещения колёс.

Устройство подвески автомобиля

Конструкция включает следующие элементы:

• Упругие устройства. Принимают на себя нагрузки от дорожного полотна во время движения по кочкам, ухабам, минимизируют динамические нагрузки, вертикальные ускорения, смягчают удары, уберегают от «копирования» дорожных неровностей кузовом, отпружинивают толчки, обеспечивают транспортному средству плавную езду (оптимальный вариант – колебания 1 — 1,3 Гц). Популярные упругие элементы – витые пружины, торсионы.
• Демпфирующие элементы. Представлены всевозможными видами амортизаторов – пневматическими, газомасляными, масляными, магнитными. Поглощают тряску, не дают удару пройти к кузову авто.
• Направляющие. Обеспечивают корректное положение колесной базы при совершении маневров во время движения по прямой траектории и при поворотах. Роль направляющих выполняют рычаги, поперечные тяги.
• Стабилизатор поперечной устойчивости. Предохраняет авто от заваливания набок на поворотах.
• Крепления для амортизаторов, рычагов, стабилизатора поперечной устойчивости. Упругие вставки гасят вибрации и колебания, передаваемые в самой ПА от одного узла к другому. Если вставка сделана из полиуретана, то это хорошее условие, обеспечивающее профилактику для всей подвески от «выжимания» и нежелательной деформации.
• Шаровые опоры. Связывают рычаг ПА со ступицей (центральной вращающейся частью) колеса. Если в непорядке шаровая опора, то во время движения колеса могут начать выворачиваться наружу, а сама машина начнёт заваливаться на одно из крыльев.
• Сайлентблоки. Втулки из металла с резиновой или полиуретановой вставкой, образующие шарниры.

На упругих элементах, входящие в схему подвески автомобиля, остановимся наиболее подробно.

Витые пружины

Главная задача пружин – поддержка веса транспортного средства, гашение вибраций и ударов от дорожного полотна, сохранение надлежащего дорожного просвета.

Стандартные пружины средней жёсткости ставятся на городские легковые автомобили. 

Усиленные пружины с высокой жесткостью – элементы задней подвески автомобиля. Их активно монтируют на транспортные средства, у которых на заднюю ось приходятся заметные весовые нагрузки. Это грузовики, легковые авто с прицепом. 

На некоторые транспортные средства могут ставиться пружины с переменным сечением прута – с переменной жесткостью. Благодаря ним автомобиль легко  адаптируется  к любой дорожной ситуации.

Большинство пружин изготавливается в печах из прутков из рессорно-пружинной, торсионной стали. При деформации материал способен возвратиться в исходное положение. Пружины делают из прутков круглого сечения. Могут быть бочкообразными, коническими, цилиндрическими.  Для гоночных авто выпускают пружины из углепластика.

Торсионы

Представляют собой металлические упругие стержни круглого сечения. Имеют на концах шлицевое соединение. Отлично работают на скручивание. Обеспечивают упругую связь между колесом и кузовом при перемещении колес.

Чаще всего монтируются на независимых подвесках  у многоосных транспортных средств. Крепятся одним концом к кузову, другим – к рычагу.

Торсионы – распространённые компоненты передней ПА у рамных внедорожников и грузопассажирских фургонов RENAULT KANGOO, Iveco Daily, MERCEDES-BENZ.

Рессоры

Рессоры – упругие элементы ПА из металла. Эффективны для передачи нагрузки от кузова к ходовой (колесам, гусеницам). Могут быть однолистовыми и многолистовыми.

Одни из самых первых типов упругих элементов ПА. Изначально активно присутствовали и на легковом, и на грузовом транспорте. В странах СНГ рессоры в составе подвески хорошо знакомы владельцам машин «Москвич», «Волга».

Сейчас рессоры ставятся на коммерческий транспорт, преимущественно тяжёлые грузовики, строительную спецтехнику с двумя задними мостами.

Отказ от рессор у производителей легковых авто и интерес к ним со стороны производителей тяжёлого транспорта вызван тем, что главный недостаток большинства рессор – невозможность обеспечить плавный ход на хорошем полотне (это связано с высоким трением в самих компонентах устройства данного типа) , при этом это наиболее надёжное решение, когда нужно удержать кузов гружёной машины на заданной высоте, обеспечить тяжёлому грузовому транспорту безопасность движения.

И пока одни производители говорят, что рессоры уходят в прошлое, другие удивляются новыми решениями: рессорами с графитовым покрытием (существенно снижается трение), дробеструйным упрочнением.

Принцип работы подвески

Принцип работы подвески основан на преобразовании энергии удара.

1. Колёса наезжают на неровность.
2. Возникает сам удар.
3. Упругие элементы (пружины, торсионы, рессоры) перемещаются 
4. Освобождается энергия.
5. Боковые, продольные силы и их моменты передают направляющие (рычаги, поперечные тяги). Они же оказывают влияние на характер перемещения колёс.
6. Гашения колебаний осуществляются амортизаторами. Ведь мало просто погасить удар. Важно, чтобы когда машина попадает на неровность, она не раскачивалась. По сути, если у ПА не было бы амортизаторов, то при попадании на колдобину, элементарно бы ухудшалось сцепление и машина бы “улетала”.

Классификация подвески

Существует большое многообразие типов подвесок автомобиля.

Классификационными признаками могут выступать

• Направляющие. В таком “срезе” ПА может быть независимой  (телескопической, рычажной, комбинированной) и зависимой  (с жёсткой балкой, с реактивными штангами).
• Особенности перемещения колеса. В поперечной, продольной плоскостях, в обеих из них.
• Тип гасящего устройства (в амортизаторах, рессоре и шарнирах, рессорах и амортизаторах).
• Тип базового упругого элемента (металлическая – торсионная с витой пружиной, с листовой рессорой,  неметаллическая – гидравлическая, пневматическая, резиновая), комбинированная (рессорно-пружинная).

Виды подвесок автомобиля

Многообразие видов подвесок на рынке связано с тем, что производителям постоянно приходится искать новые решения.

Крайне важно, чтобы ПА не просто справлялась с базовыми функциями, но и была компактной, надёжной, доступной по стоимости, простой в установке и обслуживании. Давно прошли те времена, когда транспортное средство выбирали исключительно по двигателю, кузову и трансмиссии. Свою ПА требуют городские авто,  внедорожники постоянно сталкивающиеся с ямами и ухабинами, грузовики. Также своё решение требуется для передней и задней подвески автомобиля.

Универсальных решений нет и в ближайшее время не предвидятся. Зато для каждого транспортного средства можно подобрать свою идеальную ПА.

Зависимая ПА

Дольше всего существует зависимая ПА. Она базируется на жесткой неразрывной оси, представляющей собой связующую колёс. Фактически такая подвеска была ещё до того, как не было авто. Это был распространенный элемент карет, конных повозок. 

Такое устройство способно решить главную задачу - предупредить смещение колёс относительно друг друга. Если одно колесо попадает в яму или на камень, то другое смещается в эту же сторону.

Исполнение при этом может быть различным. Самые популярные варианты – на продольных рессорах и с направляющими рычагами.

Конструкция с продольными рессорами - это устройство с балкой, которая подвешена на двух рессорах. Соединение выполнено с помощью стремянок.

Концы рессоры монтируются прямо на несущем кузове. Для этого используются кронштейны разных видов. Один из них в виде эластичной опоры снижает вибрации, другой - в виде серьги создаёт благоприятные условия для продольного перемещения.

Один из недостатков конструкции c продольными рессорами – проблемы при противодействии на большой скорости  боковым и продольным силам. В этом случае нет гарантии, что не сместится мост, а в итоге машина и вовсе не потеряет управляемость.

По этой причине автоконцерны уже не ставят ПА с продольными рессорами на легковые автомобили, но не отказались от её использования на коммерческом транспорте, особенно тяжёлой технике.

Впрочем, этот недостаток не встретить у  конструкции с направляющими рычагами. Как правило, четыре из рычагов продольные, а один поперечный – в виде штанги, которая широко известна под названием “тяга Панара”, но у некоторых производителей возможны и другие вариации. Вместо тяги Панара в системе может присутствовать механизм Ватта, представляющий собой вертикальный рычаг,  эффективно решающий проблему колебаний, или механизм Скотта-Рассела. Последний базируется на чередовании рычагов разной длины.  Для того, чтобы обеспечить курсовую устойчивость транспортного средства – именно то, что требуется.

Рычаги присоединены с одной стороны к раме, а с другой стороны к балке моста, лояльны к продольным, боковым, вертикальным усилиям. 

5-ти рычажная зависимая подвеска – популярное решение для многих современных автомобилей марок Volvo, Kia, Fiat, и Hyundai. Особенно хорошо данное решение подходит для внедорожников.  ПА такого типа обеспечивает транспортному средству хорошую проходимость, а сама характеризуется надёжностью и длительным сроком эксплуатации. Единственное, как показывает практика, если с такой ПА что-то случается  в силу сложности конструкции, обслуживание, ремонт – не самые дешёвые.

Но если автомобилист понимает необходимость таких трат на обслуживание, а среди маршрутов – регулярно дороги с плохим покрытием, это то, что нужно. А если есть желание, чтобы была более чёткая езда на ровном асфальте, всегда есть возможность выбрать покрышки с низким профилем.

Подвеска МакФерсон (McPherson) 

Отдельным подвидом независимой ПА является McPherson с поворотным кулаком. Фактически ПА МакФерсон напоминает классическую ПА, базирующуюся на двойных поперечных рычагах, но вместо поперечного рычага как-такового у конструкции есть специальная амортизационная стойка.

Производители переднеприводных легковых авто получают отличные возможности для размещения в подкапотном пространстве коробки передач и ДВС. Можно использовать поперечную схему. Другие ПА не всегда позволяют это сделать. 

Большой ход и простота конструкции – это ещё одни весомые плюсы решения. При этом конструкция неуниверсальная. Есть проблемы с углом наклона в вертикальной плоскости. Для производителей спорткаров, это например, – существенное ограничение.

Полунезависимая подвеска

• Общей осью для колес выступает скручивающая  торсионная балка. Она имеет П-форму.
• Балка способна «играть», гася на поворотах крены транспортного средства.
• Продольные рычаги крепятся одним концом  к кузову либо раме (смотря что перед нами - грузовой транспорт или легковой автомобиль), а другой – к ступице.
• При разгоне и торможении транспортного средства  ПА ощущает силы скручивания,  при этому балка “подтягивает” колёса на место.

У некоторых транспортных средств с полузависимой ПА на балке есть электромотор. И жёсткость ПА в этом случае можно изменять прямо в ручном режиме. Это очень практично.

Чаще всего такой тип ПА можно встретить у ВАЗ (модели от 2108 до 2115), HОNDA, Renault.

Автомеханики любят такие устройства за легкость монтажа,  автомобилисты - за отличную кинематику колес и возможность получить высокий уровень жесткости в поперечном направлении.

Возникает вопрос: “А почему же такое решение не самое распространённое?” Увы, монтировать устройство можно далеко не на любом транспортном средстве. У решения достаточно специфические требования к геометрии днища.

Подвеска Де-дион (сбалансированная)

Фактически эта ПА гибридного типа. У неё есть признаки и зависимой, и независимой ПА. Основные элементы решения – витая пружина, амортизатор, приводной, задний и поперечный рычаг,  балка, приводной вал, дифференциал, тормозной диск.

Решение обеспечивает отличную возможность сбалансировать неподресоренные массы автомобиля (массы рамы, кузова и другие элементы “верхней части” транспортного средства), добиться идеальной плавности хода. Недостаток решения – риск возникновения дисбаланса в момент торможения и при разгоне. 

Конструкция достаточно сложна. Поэтому у неё высокая себестоимость. Высока и стоимость ремонта такой ПА.

На практике  ПА Де-дион  можно встретить у ряда Alfa Romeo, Mercedes-Benz  Р-класса и Ferrari.

Независимая подвеска

Главная особенность независимой ПА – это то, что каждое колесо способно двигаться самостоятельно. Поэтому решение и называют независимым. Если правое колесо попадает на камень, то левое останется в статичном положении. То есть одно колесо сдвинется вместе с пружинами или другими элементами, а второму будет гарантировано хорошее сцепление с дорожным полотном. Пассажиры при езде на авто с независимой подвеской, напротив, чувствуют наибольший комфорт.

Но при этом – в “сцепке” с ПА находятся развал-схождение, ширина колеи. Для водителя это создаёт определённые трудности. Но на фоне легкой управляемости на больших скоростях с этим недостатком чаще на практике готовы смириться.

Исполнение

Исполнение независимых ПА бывает очень разным:

• На двойных поперечных рычагах. Верхний рычаг короче, нижний – длинней. Конструкция на двойных поперечных рычагах может иметь абсолютно разные упругие элементы. У автомобилей Fiat, например, распространены торсионные ПА на поперечных рычагах, у Jaguar – пружинные (пружины могут монтироваться с упором на брызговик или в зоне, находящейся между поперечными рычагами).
• На двойных продольных рычагах. Как правило, в качестве упругих элементов выступают торсионы. Решение хорошо подходит для тех ситуаций, когда производитель авто хочет обеспечить максимальный комфорт водителю и пассажиру, который находится рядом с ним. Неплохой вариант для городских автомобилей, предназначенных для езды, преимущественно, двух пассажиров. Правда, важно понимать, что такая конструкция требует увеличенных рычагов. А для того же городского автомобиля, требующего компактности, это уже проблема.
• На поперечных и продольных рычагах (одновременно). Гибридное решение минимизирует влияние сил на крепления подвески к кузову транспортного средства, но с показателями кинематики у конструкции – явные проблемы. В частности, при больших ходах ПА – изменение угла развала очень существенное.
• На косых рычагах. Оси качания – под косым углом. Производители таких ПА добились минимизации крена транспортного средства на повороте, но не всех устраивает изменения развал-схождения колёс. Такие подвески можно нередко встретить на машинах Opel, Fiat.
• С качающимися полуосями. Упругими элементами могут быть пружины и рессоры. Качающиеся полуоси создают идеальные условия для того, чтобы при наезде на камень или другое препятствие, колесо могло уберечь относительно полуоси перпендикулярное размещение. Но при езде со скоростью выше 60 км/час сразу же начинаются проблемы с развалом. Поэтому решение нельзя назвать практичным. При установке на легковые автомобили от него давно отказались. Хотя ранее такое решение можно было встретить у Chevrolet, Ford, Mercedes-Benz.

Пневматическая подвеска

ПА базируется на баллонах  со сжатым воздухом. На характеристики ПА можно влиять именно при помощи изменения величины давления. Решение позволяет получить максимальную  плавность хода, а также взять под полный контроль регулировку клиренса автомобиля.

Чаще всего решение можно встретить на коммерческом транспорте. Особенно на автобусах и большегрузных автомобилях, тягачах.

На легковой транспорт пневматические системы ставят реже. В основном, только на машины премиум-класса.

Массовый автопром прибегал к решению разве что только при выпуске отдельных моделей Citroen.

Гидравлическая подвеска

Альтернатива классическим амортизаторам и у решения – гидростойки и гидроподъемники со значительным рабочим ходом.

Гидравлическая подвеска автомобиля (с резервуаром с гидравлической жидкостью). Хорошо подходит для эффективного решения двух задач:

• контроля за жёсткостью,
• регулировкой высоты клиренса.

Лучше всего показывает себя на транспортных средствах с управляющей электроникой, подстраиваясь под особенности дорожного покрытия, скорость передвижения.

При наличии в автомобиле управляющей электроники, а также функции адаптивной подвески гидравлическая ПА самостоятельно подстраивается под условия дороги и вождения.

Электромагнитная подвеска

Работает за счёт преобразователей с мощными магнитами.

Особенности решения:

• От блока управления на магниты подается электричество,
• Автоматически изменяется жёсткость амортизаторов, клиренс.
• Автомобиль получает идеальную управляемость.
• Система отлично гасит  мельчайшие неровности, даже те, которые проявляют себя на уровне вибрации.

Некоторые электромагнитные ПА, как, например, подвеска Bose (названа так по фамилии разработчика), дополнительно способны эффективно справляться с функцией электрогенератора. Колебания из-за неровностей дороги превращаются в электрическую энергию и накапливаются в аккумуляторах. 

Многорычажная подвеска

Многорычажная ПА или Multilink – одна из наиболее активно устанавливаемых конструкций на заднюю ось.  Включает в себя комплекс рычагов – поперечных и продольных, опору, пружину, амортизатор, подрамник,  стабилизатор.

Для крепления ступицы колеса используется не менее 4-х рычагов. Это важно для того, чтобы обеспечить корректную регулировку колеса. 

Плюсы Multilink:

• высокая плавность хода машины,
• хорошая управляемость,
• малошумность,
• независимая поперечная и продольная регулировка колес.

При этом решение сложно в изготовлении, поэтому себестоимость его достаточна высока. Непроста и установка ПА. Установить её способны только опытные автомеханики.

Двухрычажные push-rod и pull-rod

Для спорткаров очень важно, чтобы ПА мало весила, была жёсткой, обеспечивала согласованность кинематических параметров при высоких нагрузках.

Этим характеристикам соответствуют двухрычажные конструкции push-rod и pull-rod.

У обеих конструкций между монококом и колесом находится наклонная тяга – штанга. Она может быть тянущей (pull-rod) или толкающей (push-rod). Каждое колесо взаимосвязано с одной штангой. Толкающие штанги более популярны. Их проще установить в поднятую носовую часть авто. А ведь большинство гоночных авто в силу аэродинамических особенностей именно такие. 

Чтобы детально изучить устройство подвески автомобиля, её виды, можно приобрести специальный онлайн-курс для самообучения на базе LCMS ELECTUDE. Обучающий продукт предназначен для самообучения. Электронная программа представляет собой интерактивный тренинг из 25 модулей.  Среднее время прохождения тренинга – 6 часов. Но всё достаточно индивидуально и зависит от базовой подготовки. Кроме систематизированной теоретической базы вас ждёт работа на специализированном симуляторе. В том числе, вы сможете отточить навыки проведения сервисных операций.