Назначение, устройство и виды подвесок автомобиля

Подвеска автомобиля представляет собой совокупность элементов, обеспечивающих упругую связь между кузовом (рамой) и колесами (мостами) автомобиля. Главным образом подвеска предназначена для снижения интенсивности вибрации и динамических нагрузок (ударов, толчков), действующих на человека, перевозимый груз или элементы конструкции автомобиля при его движении по неровной дороге. В то же время она должна обеспечивать постоянный контакт колеса с дорожной поверхностью и эффективно передавать ведущее усилие и тормозную силу без отклонения колес от соответствующего положения. Правильная работа подвески делает управление автомобилем комфортным и безопасным. Несмотря на кажущуюся простоту, подвеска является одной из важнейших систем современного автомобиля и за историю своего существования претерпела значительные изменения и усовершенствования.

История появления

Попытки сделать передвижение транспортного средства мягче и комфортнее предпринимались еще в каретах. Изначально оси колес жестко крепились к корпусу, и каждая неровность дороги передавалась сидящим внутри пассажирам. Повысить уровень комфорта могли лишь мягкие подушки на сиденьях.

Зависимая подвеска с поперечным расположением рессоры

Первым способом создать упругую “прослойку” между колесами и кузовом кареты стало применение эллиптических рессор. Позже данное решение было позаимствовано и для автомобиля. Однако рессора уже стала полуэллиптической и могла устанавливаться поперечно. Автомобиль с такой подвеской плохо управлялся даже на небольшой скорости. Поэтому вскоре рессоры стали устанавливать продольно на каждое колесо.

Развитие автомобилестроения повлекло и эволюцию подвески. В настоящее время насчитываются десятки их разновидностей.

Основные функции и характеристики подвески автомобиля

У каждой подвески существуют свои особенности и рабочие качества, которые напрямую влияют на управляемость, комфорт и безопасность пассажиров. Однако любая подвеска вне зависимости от своего типа должна выполнять следующие функции:

1. Поглощение ударов и толчков со стороны дороги для снижения нагрузок на кузов и повышения комфорта движения.
2. Стабилизация автомобиля во время движения за счет обеспечения постоянного контакта шины колеса с дорожным покрытием и ограничения чрезмерных кренов кузова.
3. Сохранение заданной геометрии перемещения и положения колес для сохранения точности рулевого управления во время движения и торможения.

Дрифт-кар с жесткой подвеской

Жесткая подвеска автомобиля подходит для динамичной езды, при которой требуется мгновенная и точная реакция на действия водителя. Она обеспечивает небольшой дорожный просвет, максимальную устойчивость, сопротивляемость крену и раскачиванию кузова. Применяется в основном на спортивных автомобилях.

Автомобиль класса “Люкс” с энергоемкой подвеской

В большинстве легковых авто применяется мягкая подвеска. Она максимально сглаживает неровности, однако делает автомобиль несколько валким и хуже управляемым. Если требуется регулируемая жесткость, на автомобиль монтируется винтовая подвеска. Она представляет собой стойки-амортизаторы с изменяемой силой натяжения пружины.

Внедорожник с длинноходной подвеской

Ход подвески – расстояние от крайнего верхнего положения колеса при сжатии до крайнего нижнего при вывешивании колес. Ход подвески во многом определяет “внедорожные” возможности автомобиля. Чем больше его величина, тем большее препятствие можно преодолеть без удара об ограничитель или без провисания ведущих колес.

Устройство подвески

Любая подвеска автомобиля состоит из следующих основных элементов:

1. Упругое устройство – воспринимает нагрузки от неровностей дорожной поверхности. Виды: пружины, рессоры, торсионы, пневмоэлементы и т.д.
2. Демпфирующее устройство – гасит колебания кузова при проезде через неровности. Виды: все типы амортизаторов.
3. Направляющее устройство – обеспечивает заданное перемещение колеса относительно кузова. Виды: рычаги, поперечные и реактивные тяги, рессоры. Для изменения направления воздействия на демпфирующий элемент в спортивных подвесках pull-rod и push-rod применяются рокеры.
4. Стабилизатор поперечной устойчивости – уменьшает поперечный крен кузова.
5. Резино-металлические шарниры – обеспечивают упругое соединение элементов подвески с кузовом. Частично амортизируют, смягчают удары и вибрации. Виды: сайлент-блоки и втулки.
6. Ограничители хода подвески – ограничивают ход подвески в крайних положениях.

Классификация подвесок

В основном подвески подразделяются на два больших типа: зависимые и независимые. Данная классификация определяется кинематической схемой направляющего устройства подвески.

Зависимая подвеска

Колеса жестко связаны посредством балки или неразрезного моста. Вертикальное положение пары колес относительно общей оси не изменяется, передние колеса – поворотные. Устройство задней подвески аналогичное. Бывает рессорная, пружинная или пневматическая. В случае установки пружин или пневмобаллонов необходимо применение специальных тяг для фиксирования мостов от перемещения.

Отличия зависимой и независимой подвески

• простая и надежная в эксплуатации;
• высокая грузоподъемность.

• плохая управляемость;
• плохая устойчивость на больших скоростях;
• меньшая комфортабельность.

Независимая подвеска

Колеса могут изменять вертикальное положение относительно друг друга, оставаясь в той же плоскости.

• хорошая управляемость;
• хорошая устойчивость автомобиля;
• большая комфортабельность.

• более дорогая и сложная конструкция;
• меньшая надежность при эксплуатации.

Полузависимая подвеска

Полузависимая подвеска или торсионная балка – это промежуточное решение между зависимой и независимой подвеской. Колеса по прежнему остаются связанными, однако существует возможность их небольшого перемещения относительно друг друга. Данное свойство обеспечивается за счет упругих свойств П-образной балки, соединяющей колеса. Такая подвеска в основном применяется в качестве задней подвески бюджетных автомобилей.

Виды независимых подвесок

МакФерсон

Подвеска McPherson – самая распространенная подвеска передней оси современных автомобилей. Нижний рычаг соединен со ступицей посредством шаровой опоры. В зависимости от его конфигурации может применяться продольная реактивная тяга. К ступичному узлу крепится амортизационная стойка с пружиной, ее верхняя опора закрепляется на кузове.

Двухрычажная передняя подвеска

Поперечная тяга, закрепленная на кузове и соединяющая оба рычага, является стабилизатором, противодействует крену автомобиля. Нижнее шаровое соединение и подшипник чашки стойки-амортизатора дают возможность для поворота колеса.

Детали задней подвески выполнены по тому же принципу, отличие заключается лишь в отсутствии возможности поворота колес. Нижний рычаг заменен на продольные и поперечные тяги, фиксирующие ступицу.

• простота конструкции;
• компактность;
• надежность;
• недорогая в производстве и ремонте.

Двухрычажная передняя подвеска

Более эффективная и сложная конструкция. Верхней точкой крепления ступицы выступает второй поперечный рычаг. В качестве упругого элемента может использоваться пружина или торсион. Задняя подвеска имеет аналогичное строение. Подобная схема подвески обеспечивает лучшую управляемость автомобиля.

Пневматическая подвеска

Роль пружин в этой подвеске выполняют пневмобаллоны со сжатым воздухом. При пневматической подвеске есть возможность регулировки высоты кузова. Также она улучшает показатели плавности хода. Используется на автомобилях класса люкс.

Гидравлическая подвеска

Амортизаторы подключены к единому замкнутому контуру с гидравлической жидкостью. Гидравлическая подвеска дает возможность регулировать жесткость и высоту дорожного просвета. При наличии в автомобиле управляющей электроники, а также функции адаптивной подвески она самостоятельно подстраивается под условия дороги и вождения.

Спортивные независимые подвески

Винтовая подвеска, или койловеры – амортизационные стойки с возможностью настройки жесткости прямо на автомобиле. Благодаря резьбовому соединению нижнего упора пружины можно регулировать ее высоту, а также величину дорожного просвета.

Подвески типа push-rod и pull-rod

Данные устройства разрабатывались для гоночных автомобилей с открытыми колесами. В основе – двухрычажная схема. Основная особенность заключается в том, что демпфирующие элементы расположены внутри кузова. Конструкция данных типов подвески очень схожа, отличие заключается лишь в расположении воспринимающих нагрузку элементов.

Различие спортивных подвесок push-rod и pull-rod

Спортивная подвеска push-rod: воспринимающий нагрузку элемент – толкатель, работает на сжатие.

Спортивная подвеска pull-rod: воспринимающий нагрузку элемент работает на растяжение.

Такая конструкция снижает центр тяжести и обеспечивает лучшую устойчивость автомобиля. Подвеска pull-rod имеет более низкий центр тяжести, чем push-rod. Однако на практике их общая эффективность примерно одинакова.

Как устроена подвеска автомобиля и принцип её работы

Между дорогой, со всем её непредсказуемым, неровным характером и кузовом автомобиля расположена важная составная часть любого транспортного средства, которая отличает его от старой телеги – подвеска. Именно она обеспечивает сохранность пассажиров и груза, уровень комфорта, а также долговечность самой машины и стойкость всех механизмов к многочисленным ударам на неровностях.

Для чего в машине подвеска

Всё, что есть в автомобиле, расположено над подвеской или под ней. Разделение грубое, но именно так проще всего понять разницу между подрессоренными и неподрессоренными массами.

О рессорах здесь говорится не в привычном смысле, а как об упругих элементах. Естественно, всё, что подрессорено, испытывает меньшие нагрузки, лучше сохраняется, а в отношении пассажиров можно говорить об уровне комфорта. Вот для этого и нужна подвеска.

Конструктивные элементы и груз не разрушатся от тряски, а люди сохранят свои позвоночники и смогут отдохнуть во время поездки даже по не очень ровной дороге.

При этом чрезмерно комфортную подвеску иметь нежелательно, машина плохо управляется. Всегда выбирается компромисс, в зависимости от назначения автомобиля.

Принцип работы

Желательно чтобы колёса автомобиля постоянно находились в контакте с дорогой, повторяя все её неровности, тогда машина сможет эффективно менять направление, разгоняться или тормозить.

Но если вместе с ними следовать профилю покрытия станет и кузов, то от такой езды мало кто получит удовольствие, поэтому подвеска должна сохранять в идеале его неизменное положение, ликвидируя нежелательные ускорения и перегрузки.

Даже при одиночном воздействии на подвеску она может перейти в колебательное движение.

Кузов начнёт раскачиваться на собственной резонансной частоте. Эту энергию надо обязательно погасить, обычно простым переводом в тепло.

Отсюда вытекает примерный состав функциональных узлов, входящих в состав подвески:

• упругие элементы, разобщающие жёсткую связь неподрессоренных масс (колёс и ступичных узлов) с кузовом;
• демпфирующие устройства, чаще называемые амортизаторами;
• система рычагов и шарниров, задающих нужную траекторию перемещения колёс относительно кузова;
• дополнительные узлы, синхронизирующие работу отдельных колёсных подвесок, например стабилизаторы продольной и поперечной устойчивости.

Вариантов исполнения много, это обуславливают и исторические факторы, и разнообразие применения автомобилей, и вопросы стоимости.

Устройство

Каждое колесо вращается в ступичном подшипнике, наружная обойма которого жёстко связана с нижней точкой крепления направляющего аппарата подвески.

Обычно это так называемый кулак или балка в случае неразрезного моста. Верхней точкой будет соединение с кузовом. Понятие точки – условное, их может быть несколько.

Между креплениями располагаются параллельно работающие упругий и демпфирующий элементы. За передачу усилия строго вдоль их осей отвечает направляющий аппарат в виде рычагов с расположенными на их концах шарнирами.

Чем подвеска совершеннее и сложнее, тем этих рычагов больше, каждый отвечает за точность траектории перемещения колеса.

В некоторых конструкциях функции элементов объединены, например при рессорной подвеске, когда сама рессора может одновременно работать в качестве рычага, упругого элемента и даже частично амортизатора, используя трение между своими листами.

Классификация

Укрупнённо принято разделять типы подвесок по степени связи колёс одной оси между собой. Не касаясь тех конструктивных решений, когда эта связь вносится умышленно в любой тип для акцентирования отдельных качеств, суть при этом не меняется.

Независимая

Направляющий аппарат выполняется таким образом, что перемещения одного колеса никак не влияет на все прочие. Разве что через кузов, который всё же изменяет своё положение из-за неидеальности подвески.

Достигается это отсутствием механических связей между колёсами одой оси. Каждое имеет свой направляющий аппарат, упругие элементы и амортизаторы. Использование стабилизаторов не считается.

Полузависимая

Такой тип подразумевает наличие силового элемента, связывающего подвески колёс одной оси. Но он выполняется упругим, то есть жёсткой связи нет. Это усложняет обеспечение требований по комфорту и управляемости, зато несёт с собой конструктивную простоту и избавляет от дублирования некоторых элементов направляющего аппарата.

Классический пример – торсионная балка задней подвески на бюджетных легковых автомобилях с передним приводом. Подвеска получается очень компактной, лёгкой и отличается высокой надёжностью за счёт малого количества шарниров.

Зависимая

Самый простой тип подвески, применяется ещё со времён первых автомобилей. Колёса одной оси располагаются на концах жёсткой балки, иногда выполняющей роль корпуса неразрезного приводного моста.

Смещения каждого колеса однозначно влияют на траекторию другого, обе ступицы всегда расположены на одной геометрической оси. К этой же балке крепятся упругие элементы, амортизаторы и рычаги.

Конструкция отличается простотой, рекордной прочностью, надёжностью, но при этом машина плохо управляется. Зато дорожный просвет под балкой не зависит от работы подвески.

Виды независимых подвесок

Теоретически лучшей подвеской можно считать независимую. Однако над её прочностью, точностью траекторий и стоимостью много работали, что привело к многообразию конкретных технических решений и патентов.

МакФерсон

Появление этой самой популярной сейчас подвески способствовало желание конструкторов создать наиболее компактный, лёгкий и недорогой вариант.

В результате появилась подвеска свечного типа, где один узел, совмещающий упругие, демпфирующие и частично направляющие функции, получил название стойки МакФерсона по имени разработчика окончательного варианта.

Стойка представляет собой телескопическую свечу, внутри которой расположен амортизатор, с надетой на него пружиной подвески. Жёсткая в поперечном направлении конструкция позволила избавиться от верхнего рычага.

Достаточно укрепить её нижнюю часть рычагом или двумя растяжками с шарнирами. Сложно придумать что-то более простое и компактное. Однако пришлось решить ряд технологических вопросов, с чем успешно справились.

Недостатки в виде повышенного трения и нечёткой траектории не помешали применять её сейчас на большинстве легковых автомобилей, к которым не предъявляется завышенных требований по управляемости.

Двухрычажная

Иначе её называют параллелограммной. Состоит из верхнего и нижнего треугольных рычагов, к которым через шаровые опоры или шкворни крепится кулак со ступицей.

За счёт образованного конструкцией параллелограмма углы наклона колеса при работе подвески почти не изменяются, что позволяет точно удерживать оптимальный контакт колеса с дорогой.

Прочность данного типа и хорошие характеристики управляемости делают такую подвеску уместной на очень многих автомобилях, включая внедорожники, спорткары и представительский класс.

Расплатой становятся некоторая сложность, большой занимаемый объём и количество шарниров, в роли которых могут выступать жёсткие шаровые опоры или мягкие резинометаллические сайлентблоки.

Многорычажная

Хорошим дополнением к независимой подвеске может стать возможность запрограммированного изменения углов установки колёс. Это достигается сложной траекторией колеса, что возможно при использовании нескольких рычагов, от трёх до пяти на каждое колесо.

Возникают разные эффекты, как адаптация развала при ходах подвески, так и пассивное подруливание оси. Хорошо настроенная «многорычажка» обеспечивает машине отточенную управляемость при сохранении высокой плавности хода.

Недостатки те же – сложность, цена, частое обслуживание, трудности с компоновкой.

Пневматическая

Любая подвеска может быть пневматической, поскольку это касается исключительно упругих элементов, в роли которых выступают пневмобаллоны. По характеристикам они работают более точно, чем пружины и, тем более рессоры, одновременно позволяя реализовать другие функции.

Такими упругими элементами можно управлять, оперативно изменяя в них давление. Это позволит изменять клиренс и жёсткость подвески, адаптируя её к разным дорогам.

Теряя при этом в надёжности, затратам на оборудование и ремонт. Поэтому пневматика применяется только на относительно дорогих автомобилях, обычно в сочетании с регулируемыми электроникой амортизаторами.

Гидравлическая

Если добавить к пневмобаллону отделённую мембраной полость с закачиваемой туда жидкостью, то становится возможным объединить в одном блоке амортизаторы, пневмоподвеску и возможность расширенного регулирования характеристик.

Это позволит изменять клиренс, исключать клевки кузова, менять жёсткость и точно отслеживать все неровности. Конструкция получается настолько же эффективной, насколько дорогой, ненадёжной и сложной в эксплуатации.

Применяется редко и только на премиальных или достаточно экзотических автомобилях.

Торсионная

Разновидность любой подвески, где в качестве упругого элемента применён скручивающийся стержень из пружинной стали или пакета листов. Используется там, где конструктивно проще компоновать торсионы, чем пружины или рессоры.

Имеет довольно ограниченное применение, поскольку принципиальными преимуществами не располагает.

Электромагнитная

Под этим термином объединяется целый ряд подвесок, использующих преобразование магнитных свойств материалов под воздействием электрического тока. От линейных электродвигателей до управляемых амортизаторов.

Общее свойство одно – безынерционность, а значит возможность мгновенной реакции на внешние воздействия. Применяя компьютеры и всевозможные датчики можно заставить подвеску идеально точно отслеживать дорогу, сохраняя положение кузова неизменным.

Хотя рабочие экземпляры уже есть, даже имеются тюнинговые комплекты для серийных машин, широкое применение этой самой перспективной подвески ещё впереди.

Спортивная

В зависимости от категории автоспорта спортивной может быть любая подвеска. От внедорожной с огромными ходами до шоссейно-кольцевой, где перемещение колёс измеряется миллиметрами.

Тип push-rod и pull-rod

Типично гоночные разновидности подвесок, где упругие элементы сосредоточены в центре кузова, а усилие на них передаётся через тянущие (pull) или толкающие (push) штанги. Сам направляющий аппарат обычно двухрычажного типа.

Решаются очень специфические задачи, стоящие перед конструкторами гоночных «формул», то есть машин с открытыми колёсами. Там просто негде ставить обычные пружины с аэродинамической или компоновочной точек зрения. Какой тип штанги лучше – не знает никто, сами конструкторы иногда раз в несколько лет меняют своё мнение.

В каких машинах неубиваемая подвеска

Понятие неубиваемости можно рассматривать по-разному. Это и прочность, и энергоёмкость, и качество изготовления. Неубиваемой можно считать практически любую подвеску серьёзных внедорожников.

Например, Toyota Land Cruiser конца 20 века, когда этому качеству уделялось большое внимание, а сами подвески были отработаны многолетним производством.

Или другой пример – Renault Logan, точнее все машины на платформе «B0». Их подвески специально разрабатывались под страны третьего мира и с задачей справились успешно.

То же можно сказать о старых седанах Mercedes, сделанных во времена заботы о долговечности ходовой на любых дорогах мира. И совсем уж спорный пример – любые машины, разработанные в СССР. Достаточно ознакомиться с условиями, в которых эти автомобили проходили государственные испытания.

Но сейчас такой задачи перед автостроителями уже не стоит. Проще отремонтировать, чем закладывать большой запас прочности и долговечности.