5 найпоширеніших типів підвіски автомобіля

Зміст статті

• 1 Поздовжні важелі
• 2 Два важеля
• 3 Талановитий МакФерсон
• 4 Чим більше, тим краще
• 5 В міру незалежна

Більше шести тисяч років тому в Месопотамії було винайдене колесо. І тут же постало питання: а як це геніальний винахід грамотно приладнати до воза? Відповідь на це питання конструктори шукають досі, постійно працюючи над удосконаленням підвіски автомобіля.

Перші вози мали примітивну конструкцію. Колеса кріпилися до нерухомої осі — всі нерівності дороги віддавалися на корпусі вози, дуже розбудовуючи сідоків. Тільки в XV столітті кузов, як люльку, підвісили до загнутим кінцях рами на ременях. Розтягуючись і похитуючи кузов, ремені пом’якшували поштовхи коліс. Так візок еволюціонувала в карету. До кінця XVII століття винайшли сталеві ресори. Екіпажні ремесло в XIX столітті перетворилося в промисловість. У містах виросли цілі вулиці та райони, де жили і працювали майстри-каретники. Паралельно з вдосконаленням екіпажів змінювалася і конструкція підвіски.

Перші автомобілі Бенца і Даймлера успадкували від каретних екіпажів ресорну підвіску коліс. Це був типовий приклад залежною підвіски. Колеса однієї осі були жорстко пов’язані між собою, і переміщення одного колеса осі надавало безпосередній вплив на іншого. У процесі вдосконалення автомобіля, збільшення його потужності і швидкості все гостріше поставало питання пошуку альтернативної конструкції. Існувала ресорна підвіска вже не могла задовольнити вимогам безпеки, надійності і комфорту. Дослідження інженерів і конструкторів у цій галузі призвело до створення в 1920-х роках різних варіантів незалежної підвіски, яка дозволяла коліс однієї осі переміщатися незалежно один від одного.

З різноманіття конструкцій, що застосовувалися в різний час, на сьогоднішній день найбільше поширення отримали п’ять: двохважільна, типу McPherson, багатоважільна підвіска і скручуюся балка (пружинна і торсіонна). Перші три типу можуть використовуватися як на передній, так і на задній осі, а дві інші — для задніх осей.

Поздовжні важелі

Найпростіший варіант незалежної підвіски — конструкція на парі поздовжніх або косих важелів. З неї починалася історія незалежних підвісок. Кожне з коліс однієї осі прикріплене до великого поздовжнього важеля, закріпленого на рамі або підрамнику з допомогою шарнірів, — так зроблено на ранніх Porsche, Citroen 2CV, «горбатий» «Запорожець».

Конструкція проста і компактна, її розміщення під підлогою дозволяє зберегти простір салону або багажника — ідеальний варіант для задньої підвіски компактних моделей. Однак при такій роботі підвіски у великих межах змінюється колісна база автомобіля, на поворотах колеса нахиляються разом з кузовом істотно більше, ніж в інших конструкціях підвісок. У відсутність стабілізатора високі швидкості просто небезпечні: вже дуже великі крени. Крім того, поздовжні важелі піддаються великим навантаженням на кручення і вигин.
Тому в наші дні чисту схему великих поздовжніх важелів використовують рідко, зазвичай на тих моделях, де кінематика не особливо важлива, наприклад в мікроавтобусі Volkswagen Multivan.

Два важеля

Класична незалежна двоважільна підвіска складається з двох V-подібних важелів, розташованих один над одним. Вершини важелів кріпляться за допомогою шарнірів до верхньої і нижньої частин поворотного кулака (цапфи), а роздвоєні кінці — до кузова. Таким чином, маточина переднього колеса може повертатися відносно своєї осі. Зазвичай верхній важіль роблять коротше нижнього, щоб в повороті забезпечити краще зчеплення навантаженого колеса з дорогою. Крім того, щоб уникнути «клювків» кузова при інтенсивному гальмуванні або розгоні, двохважелеві підвіски сучасних автомобілів мають нахил важелів в горизонтальній площині. Останнім часом замість V-образних нижніх важелів використовуються важелі L-образної форми. Більш довга частина такого важеля кріпиться до кузова через еластичні втулки, що володіють хорошою демпфуючої здатністю, що дає можливість ефективно гасити вібрації, що передаються на кузов.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ Скрипи в автомобілі. Шукаємо і вирішуємо проблеми

Класична двоважільна підвіска, залишається стандартом де-факто для гоночних машин: забезпечує ідеальну траєкторію вертикального переміщення колеса

Двухричажка універсальна: в якості пружних елементів можуть застосовуватися пружини, торсіони, пневматичні і гідропневматичні пристрою. При цьому двухричажка володіє ідеальною кінематикою, але вона дорога у виробництві і займає багато місця по ширині автомобіля, створюючи труднощі для поперечного розташування двигуна і трансмісії. Звільнити місце можна, якщо скоротити плече, — тому в 1995 році компанія Audi в передній підвісці моделі А4 поставила замість двох важелів чотири. Пара нижніх кріпилася до підрамника через гумові втулки, а до поворотної вилки — через один кульовий шарнір. Верхні важелі кріпилися до кулака через окремі шарніри, а до кузова — через втулки. Згодом схему поширили на більшість великих моделей Audi і Volkswagen. Правда, вийшло зовсім вже дорого і не дуже надійно.

Талановитий МакФерсон

Схема названа по імені американського інженера Ерла Стилі МакФерсона, який розробив її у другій половині 1940-г. Він поставив за мету спростити технологію складання передньої незалежної підвіски. МакФерсон запропонував кріпити її лише у двох точках з кожної сторони — амортизатор при цьому знаходив роль направляючого елемента підвіски. На кожне колесо припадав один нижній поперечний одинарний важіль. Замість традиційного верхнього важеля використовувалася пружина і співвісний з нею амортизатор, які у верхній частині з’єднувалися за допомогою м’якої гумової подушки з кузовом.

Псевдо-McPherson в передній підвісці Mercedes-Benz C-Klasse: єдиний нижній важіль розділений на два незалежних. Однак двоважіль така схема не вважається: верхнього важеля немає

З виробничої точки зору конструкція, безсумнівно, була виграшною, однак при вертикальному ході колеса нижній важіль описує дугу, і точка контакту шини з дорожнім покриттям постійно переміщується вправо-вліво, до того ж помітно змінюється кут розвалу коліс.

Так виглядає сучасний McPherson: трикутний нижній важіль-бумеранг кріпиться до підрамника, а з амортизаційною стійкою важіль з’єднаний вертикальною тягою стабілізатора

Серед інших мінусів конструкції — надмірна чутливість до дисбалансу коліс, посилене тертя між штоком і циліндром амортизатора, що приводить до зношування, підвищена передача на кузов дорожніх вібрацій і шумів, а також недостатня жорсткість в поздовжньому напрямку. Масове поширення McPherson отримав в 1970-ті, коли було налагоджено масове виробництво надійних і довговічних амортизаторних стійок. Іноді для компенсації недостатньої жорсткості єдиний нижній важіль поділяють на два або три, отримуючи такий собі псевдо-McPherson. Подібні трехрычажные варіанти — класика жанру для задніх підвісок японських машин.

Чим більше, тим краще

Будь підвіска з поперечними важелями має властивість відхилятися при розгоні-гальмуванні, змінюючи кут сходження коліс. Особливо це стосується задньої підвіски, яка несе левову частку відповідальності за проходження повороту і надійний вихід з нього. Самий вірний спосіб уточнити кінематику — додати важелів, які б направляли колесо в потрібних напрямках.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ Як працюють кліматичні системи автомобіля

П’ятиважельна передня підвіска Audi — подальший розвиток класичної схеми. Зауважте: єдиний колись верхній важіль складається з двох окремих, кожен зі своєю кульовою опорою

Вперше задню багатоважеля підвіску отримав Mercedes-Benz 190 (W201) в 1982 році: класичні два важеля «розмножилися» до цілих п’яти. Нині многорычажные схеми — стандарт для задньої підвіски більш-менш дорогого автомобіля. Поворотний кулак або маточина колеса з’єднуються з кузовом чотирма і більше важелями. Зміна їх форми дає можливість більш гнучкого підходу при проектуванні автомобіля, розміщення його механізмів і елементів кузова, а також дозволяє задавати бажані характеристики зміни розвалу коліс при русі. Недоліки — складність розрахунків і тривимірного проектування геометрії підвіски, а велика кількість деталей здорожує конструкцію.

Задня підвіска Mercedes-Benz W201 — перша багаторичажка на серійному автомобілі. Громіздко, але для задньопривідного автомобіля прийнятно: багажник все одно більше не зробити

В міру незалежна

У часи переходу від масового заднього приводу до переднього постало питання, чим же замінити нерозрізний задній міст, щоб і їхала машина краще, і у виробництві була не надто дорога. Набирав популярність McPherson влаштувався на передній осі, а задня вимагала вирішення більш компактного і дешевого, ніж двоважільна схема, але більш надійного в керованості, ніж повністю незалежні.

Незалежна пружинна балка Renault Fluence — рідкісний нині приклад використання такої підвіски на великому європейському автомобілі

Відповідь був знайдений в так званій напівнезалежною конструкції. Два колеса підвішуються на поздовжніх або косих важелях, які кріпляться до поперечної балки з П-образним перетином. Згинатися така поперечина не може (як і залежна балка), а ось закручуватися по спіралі — будь ласка. Таким чином, діапазон переміщень обох коліс задається єдиним елементом: можливістю цієї самої балки скручуватися. Зв’язок між колесами не така жорстка, але вона є, завдяки чому не надто витончений термін «незалежна» (можна бути трошки вагітною?) в технічній літературі іменують більш громіздким, але точним «незалежна зі зв’язаними важелями». Ще варіант — торсіонно-важільна, оскільки в більшості європейських мов torsion — «скручування».

І ось тепер постарайтеся не заплутатися: чиста торсіонна балка, зовні виглядає майже так само, як і пружинна балка, конструктивно влаштована інакше. Пружним елементом виступають вже не закріплені на важелях пружини, а власне торсіон — прокладений усередині балки металевий прут, який чинить опір скручуванню і, отже, відхилення коліс не гірше пружин. Така підвіска виходить надкомпактною: пружин немає, а амортизатори можна встановити чи не горизонтально. Завдяки цьому багажник виходить величезним, правильної форми, без випирають «склянок» — цим і славилися французькі хетчбеки починаючи з 70-х років.

Citroеn Xsara Picasso з McPherson спереду і торсіонної задньою підвіскою: зверніть увагу, що пружин ззаду немає зовсім, а амортизатори встановлені під великим кутом

Основна виробнича складність — саме виготовлення та обробка торсіонних валів. Налаштування керованості торсіонної підвіски — справа невдячна (згадаймо хоча б Peugeot 306), але аж ніяк не тривіальне, що підтвердив повний провал китайців, скопировавших конструкцію, але не зуміли правильно її налаштувати.

До речі, стрижні тріснув можуть розташовуватися і поздовжньо. Тоді довжина їх буде не настільки жорстко обмежена довжиною балки, і в підсумку підвіска виходить м’якою, аніскільки не поступаючись за цим параметром пружинним або рессорным конструкцій.