Підвіска автомобіля. Пристрій та призначення

Автомобільна підвіска пов'язує між собою несучу частину машини з колесами. Фактично це система подрессорювання, що включає ряд деталей і вузлів. Суть її в тому, щоб приймати на себе вплив різних сил, що виникають у процесі руху, і робити зв'язок кузова і коліс пружною.

Підвіски – передня та задня – поряд з рамою, балками мостів та колесами складають ходову частину автомобіля.

Ряд характеристик транспортного засобу безпосередньо визначається типом та конкретним конструктивним виконанням підвіски. Серед основних таких параметрів - керованість, стійкість, а також плавність ходу.

Безпружинну масу складає сукупність складових, що безпосередньо впливають своєю вагою на дорогу. Це в першу чергу колеса та безпосередньо з'єднані з ними деталі підвіски та гальмівні механізми.

Всі інші вузли та деталі, чия вага передається на дорогу через підвіску, становлять підресорену масу.

Співвідношення подрессоренной і безпружинної маси дуже сильно позначається на ходових якостях машини. Чим менше маса безпружинних складових щодо підресорених, тим краще керованість і плавність ходу. Деякою мірою це також покращує динаміку автомобіля.

Занадто велика безпружинна маса може викликати підвищену інерційність підвіски. У цьому випадку їзда дорогою з хвилеподібними нерівностями здатна призвести до пошкодження заднього моста та серйозної аварійної ситуації.

Майже всі елементи підвіски відносяться до безпружинної маси автомобіля. Тому зрозуміло прагнення інженерів знизити тим чи іншим способом масу підвіски. З цією метою конструктори намагаються зменшити габарити деталей або використовують замість сталі легші сплави. Кожен виграний кілограм помалу покращує ходові характеристики автомобіля. Того ж ефекту можна досягти, збільшуючи підресорену масу, але для цього доведеться додавати дуже істотну вагу. Для легкових автомобілів співвідношення становить приблизно 15:1. До того ж збільшення загальної маси погіршує розгінну динаміку.

З точки зору комфорту

Автомобіль, що знаходиться в русі, постійно коливається. При цьому можна виділити відносно низькочастотні та високочастотні коливання.

З точки зору комфорту кількість коливань кузова в хвилину повинна бути в інтервалі від 60 до 120. Виходить, щоб частота власних коливань підресорених мас зберігалася в зазначених межах.

Крім того, через застосування шин та інших пружних складових безпружинні маси відчувають коливання вищої частоти - близько 600 за хвилину. Конструкція підвіски повинна зводити такі коливання до мінімуму, щоб вони не відчувалися в салоні.

І звичайно, під час руху неминучі удари та поштовхи, інтенсивність яких залежить від стану дорожнього покриття. Ефективна боротьба з впливом трясіння, що виникає через нерівності дороги, - одне з важливих завдань підвіски.

З погляду керованості

Транспортний засіб повинен зберігати заданий напрямок руху і при цьому легко змінювати його волею водія. Одна з функцій підвіски - забезпечення достатньої стабілізації керованих коліс, щоб автомобіль продовжував прямолінійний рух незалежно від випадкових ударів, що виникають через дефекти дорожнього покриття.

За наявності хорошої стабілізації керовані колеса повертаються в нейтральну позицію практично без участі водія, і машина рухається прямою, навіть якщо не тримати кермо.

Те, яким чином колеса зміщуються по відношенню до дороги та кузова, визначається багато в чому кінематикою підвіски.

З погляду безпеки

Підвіска повинна забезпечувати оптимальне зчеплення шин із дорожнім полотном, щоб пляма контакту в процесі руху залишалася постійною. Динамічна зміна настановних параметрів (розвал-сходження та ін), а також геометрії підвіски має бути мінімальною. Особливо це стосується проїзду нерівностей дороги та проходження поворотів. Конструкція повинна передбачати елементи, які зменшують крен та мінімізують ймовірність занесення та перекидання машини, іншими словами, забезпечують достатню стійкість.

Автомобільна підвіска зазвичай складається з напрямних механізмів, пружних складових, демпфера коливань, стабілізатора поперечної стійкості, а також кріпильних деталей, регулюючих та керуючих пристроїв.

Напрямні механізми 

Це насамперед різні важелі, про які можна докладніше, а ще всілякі тяги, стійки, розтяжки. Від них залежить, яким чином і в яких межах, можливе переміщення коліс різними осями і в різних площинах. Крім того, вони передають тягові та гальмівні зусилля, а також бічні дії, наприклад, під час повороту.

Залежно від типу напрямних механізмів, що застосовуються, всі підвіски можна розділити на два великі класи — залежні і незалежні.

У залежній обидва колеса однієї осі жорстко з'єднані одне з одним за допомогою моста (поперечної балки). При цьому зміщення одного з коліс, наприклад, при проїзді ями, викличе аналогічне зміщення іншого.



У незалежній підвісці подібна жорстка зв'язок відсутня, тому вертикальні усунення чи нахили одного колеса мало позначаються інших.



Обидва класи мають свої переваги та недоліки, що визначають сферу їх застосування. Щодо легкового автотранспорту, то тут явна перевага виявилася на боці незалежних підвісок. Хоча на задній осі в багатьох випадках, як і раніше, встановлюють залежну, зрідка можна зустріти також напівнезалежну торсіонно-важільну систему.

На передній осі залежна підвіска, завдяки високій міцності та простоті конструкції, як і раніше, актуальна на вантажівках, автобусах та деяких позашляховиках.

Порівнянню залежної та незалежної систем присвячена.

Конструкція може включати різну кількість важелів, і розташовуватися вони можуть по-різному. За цими ознаками можна виділити одноважільні, двоважільні та багатоважільні підвіски з поздовжнім, поперечним або косим розташуванням.

Пружні елементи 

До них відносяться пружини, торсіони, різного типу ресори, а також гумометалеві шарніри (сайлентблоки), завдяки яким важелі і ресори мають рухливість. Пружні елементи приймають на себе удари при наїзді на нерівності дороги і значно пом'якшують їх вплив на кузов, ДВЗ та інші вузли та системи автомобіля. І, звичайно, вони підвищують рівень комфорту для тих, хто знаходиться в салоні.

Найчастіше в конструкції незалежної підвіски використовуються циліндричні кручені пружини, виготовлені із спеціальної пружинної сталі за особливою технологією. Такі пружні елементи надійні, не потребують догляду та при цьому дозволяють отримати найкращу плавність ходу. У легковому автотранспорті пружини майже повністю витіснили ресори.



На малюнку представлено схематичне пристрій пружинної підвіски з двома поперечними важелями.

У пневматичній підвісці як пружний елемент застосовуються пневмобалони. За рахунок зміни тиску газу в балоні в такому варіанті є можливість оперативно регулювати жорсткість системи, а також величину дорожнього просвіту. Автоматична адаптація досягається завдяки системі датчиків та електронному блоку управління. Однак вартість такого пристрою дуже висока, і його встановлюють лише на автомобілі елітного класу. До того ж, адаптивна пневматична підвіска дуже складна і дорога в ремонті і водночас досить вразлива на поганих дорогах.



Демпфер коливань 

Його роль виконує. Він покликаний гасити коливання, що виникають через застосування пружних складових, а також резонансні явища. За відсутності амортизатора коливання у вертикальній та горизонтальній площинах значно знижують керованість та в деяких випадках можуть призвести до аварійної ситуації. 

Дуже часто демпфер об'єднаний з пружними елементами в один пристрій, який виконує відразу набір функцій.

Стабілізатор поперечної стійкості 

Ця деталь встановлюється як на передній, так і задній осі. Вона призначена для зменшення бічного крену при проходженні повороту та зниження ймовірності перекидання машини.



Більш детально з пристроєм та принципом роботи стабілізатора поперечної стійкості можна.

Елементи кріплення 

Для з'єднання деталей підвіски з рамою і між собою використовуються кріплення трьох типів - болтове, за допомогою та за допомогою еластичних складових (резинометалеві шарніри та втулки). Останні, крім виконання свого основного завдання, сприяють ще й зниженню рівня шуму, поглинаючи вібрації у певному спектрі частот.

Зазвичай у конструкції передбачені також обмежувачі ходу важелів. Коли автомобіль проїжджає значну нерівність, гумовий відбійник прийме на себе удар перш, ніж амортизатор досягне своєї верхньої чи нижньої межі. Таким чином запобігає передчасному виходу з ладу амортизатора, його верхньої опори та нижнього сайлент-блоку.

Тема занадто широка, щоб можна було висвітлити її аспекти в одній статті. До того ж, інженери-конструктори постійно працюють над удосконаленням наявних пристроїв і розробляють нові. Найбільш перспективний напрямок – системи з автоматичною адаптацією до конкретних дорожніх умов. Крім пневмобалонів, що вже згадувалися, застосовуються, наприклад, регульовані стабілізатори поперечної стійкості, які здатні змінювати свою жорсткість за сигналом ЕБУ.



У ряді автомобілів встановлюють регульовані амортизаційні стійки, що змінюють жорсткість підвіски завдяки роботі електромагнітного клапана.

У гідропневматичній підвісці роль пружних складових виконують сфери, окремі ізольовані секції яких наповнені газом та рідиною. У системі Hydractive гідропневматична сфера є частиною амортизаційної стійки.



Однак усі ці варіанти відрізняються високою вартістю, тому більшості автолюбителів доводиться задовольнятися оптимальними на сьогоднішній день системами МакФерсона та пружинною з двома поперечними важелями.

Від проблем на наших дорогах ніхто не застрахований, тому не зайвим буде ознайомитись із ознаками можливих. І обов'язково почитайте.