что значит модернизированная подвеска

некоторые хитрости конструирования современных подвесок

БЕЗ СТАБИЛИЗАТОРА И БЕЗ КРЕНОВ
А ведь крены в повороте можно устранить и без использования стабилизатора поперечной устойчивости. Это, в конце концов, чисто геометрическая задача — надо лишь сделать подвеску такой геометрии, чтобы при известной свободе вертикального перемещения колес треугольник, образованный точками контакта колес с дорогой и центром масс машины, имел бы строго постоянные размеры либо, если это невозможно, как можно меньше изменял бы эти размеры и сохранял неизменную высоту своей вершины (с тем, чтобы вектор центробежной силы, исходя из центра масс, проходил через эту вершину).
Это задача трудная — но вполне разрешимая не только в случае сложной многорычажной подвески с неравноплечими рычагами (как у F1), но и даже для компактной подвески McPherson. Что как раз блестяще доказали инженеры Ford, проектируя в 1975 году автомобиль Фиеста.

Схема подвески
Посмотрим на рис.1 — на нем изображена схема геометрии подвески Фиесты Mk1. Точки А — это оси качания нижних V-образных рычагов подвески, точки Е — шаровые шарниры этих рычагов, точки С — верхние опоры стоек МакФерсон. Поскольку размер А-С задан конструктивно кузовом машины, а нижний рычаг А-Е жесткий — треугольник А-С-Е может изменять свой размер только по стороне С-Е за счет изменения высоты амортизатора (стойки МакФерсон).
Это — как у всех машин с подвеской МакФерсон. А вот что у Фиесты не как у всех: если провести прямую из точки контакта колеса с дорогой В через ось качания нижнего рычага подвески А — она пройдет через точку фронтальной проекции центра масс машины ЦТ (точка D).
Это более-менее очевидно на рис.1. Менее очевиден факт, что размер А-В почти постоянен при ходах подвески. Однако это в целом кажется неважным, поскольку очевидно, что при ходах колеса вверх-вниз прямая В-А-D будет изменять свой наклон относительно горизонтали, что, как кажется, приведет к искажению размера треугольника В-В-D и его смещению из центра масс машины ЦТ.
Чтобы понять гениальность конструкторского фокуса, рассмотрим гипотетический крен машины, поворачивающей налево. Она могла бы наклониться наружу поворота — при этом правое колесо сместилось бы вверх (размер E-C уменьшился), а левое колесо сместилось бы вниз (размер Е-С увеличился) на одинаковую величину. Что в этом случае произошло бы с точкой пересечения двух прямых B-A — то есть точкой D?
Она, несомненно, сместилась бы в сторону от центра масс машины ЦТ. Но куда? В сторону, противоположную действующей центробежной силе — но при этом осталась бы в первом приближении на неизменной высоте. То есть вектор центробежной силы по-прежнему будет проходить через точку D — несмотря на гипотетическое срабатывание подвесок! Другими словами — с точки зрения вектора центробежной силы, исходящей из центра масс машины, ничего не изменилось, треугольник не изменил свою высоту, а это значит, что крена кузова просто не может возникнуть — нет плеча, на котором бы центробежная сила совершила работу, ведь вектор проходит точно через вершину треугольника. То есть — внешнее колесо в повороте нагружается, внутреннее — разгружается, на обоих колесах появляются боковые усилия, но просадки подвесок не происходит. Крена — нет.
Трудно понять? Тогда представьте себе, что нижние рычаги подвесок начинались бы в точке D и заканчивались бы шаровым шарниром в точке B. Колеса на ухабах будут перемещаться? Будут. А крены будут? Нет — потому что треугольник B-B-D получается жестким, и нет плеча, на котором бы центробежная сила вызвала кренящий момент.
Блестящая идея! И она блестяще работает на практике. Садитесь за руль Фиесты Mk1 и убедитесь в этом сами.

ИДЕАЛ НЕДОСТИЖИМ
Но почему же такая схема не используется повсеместно? Ведь она предлагает сочетание минимальных кренов с наилучшими реакциями подвесок на неровности дороги и оптимальную проходимость благодаря полной развязке колес друг от друга?
К сожалению, эта схема имеет и определенные врожденные недостатки.
Недостаток номер 1 — для того, чтобы прямая В-А-D попала в центр масс ЦТ, у машин с типичными утилитарными компоновками (то есть с высоким центром тяжести, вызванным рядными вертикальными моторами и высокими кузовами) надо либо ставить колеса ненормально большого диаметра (опуская точку В), либо поднимать оси качания нижнего рычага А (что приводит к наклонным нижним рычагам из-за компоновочных трудностей с подъемом точки Е, особенно на переднеприводных машинах). Конструкторы Фиесты поставили наклонные рычаги — которые, естественно, вызывают изменение колеи машины при симметричных ходах подвески. Это изменение колеи составляет несколько сантиметров и очень хорошо заметно — когда Фиеста на полном ходу ловит поперечную волну асфальта, даже шины с высоким профилем протестующе взвизгивают. Впрочем, если используются сравнительно «пухлые» (высокопрофильные) шины, это почти не влияет на их долговечность — но вот для низкопрофильных спортивных шин ситуация гораздо хуже.
Кроме того, наклонные нижние рычаги вызывают некоторую реакцию на руле при проезде неровностей (боковое усилие на плече кастера) — однако для легкой машины типа Фиесты с нейтральными колесами (развал и схождение нулевые) и малым кастером этот эффект хотя и заметен, но не доставляет неудобств.
Справедливости ради надо сказать, что недостаток N1 не является абсолютно неустранимым — машины с очень низкими и тяжелыми оппозитными силовыми агрегатами (например, Subaru Impreza или Porshe-911) вполне могут иметь горизонтальные нижние рычаги, и при этом попадать точкой D в центр масс — просто ввиду того, что этот центр у них расположен очень низко. Что у них и сделано.
Одновременно конструкторы реализуют и второй путь — увеличение диаметра колес. Уже не редкость машины B-класса (то есть класса Фиесты) с 15-дюймовыми колесами — а ведь когда-то даже на Волге ГАЗ-24 стояли 13-дюймовые колеса…
Недостаток номер 2 — изменение настройки подвески при изменении загрузки машины. Это вызывается как изменением высоты центра масс машины, так и симметричной просадкой правой и левой подвесок — при которой точка D смещается вниз. Соответственно, как только точки D и ЦТ расходятся по высоте — крены начинают стремительно нарастать, и на Фиесте это очень хорошо заметно.
Этот недостаток принципиален и не может быть устранен ничем, кроме активной адаптивной подвески. Именно из-за этого недостатка Subaru все-таки ставит стабилизаторы поперечной устойчивости.
Недостаток номер 3 — изменение настройки подвески при изменении диаметра колес. Применительно к Фиесте Мк1 — колеса 13′ с резиной 80% высоты дают нейтральную настройку по крену для загрузки 2 человека спереди, а штатные 12′ колеса дают слегка положительную настройку даже для одного человека.
Также из внимательного рассмотрения геометрии на рис.1 можно увидеть несколько интересных моментов фиестовской передней подвески. Например, ее колеса имеют переменный развал — при средней загрузке он нейтральный, однако при просадке подвески развал становится положительным (расстояние между колесами сверху меньше, чем снизу), а при выходе подвески развал становится отрицательным. Это — чисто спортивный прием, который призван до некоторой степени компенсировать деформацию покрышки из-за боковой нагрузки в повороте. Разумеется, он начинает действовать тогда, когда появляются крены кузова — то есть, на практике, при значительной загрузке автомобиля.
Кроме того, при повороте руля колеса Фиесты наклоняются внутрь поворота на несколько градусов — это еще одно чисто гоночное решение для компенсации деформации шины от боковой центробежной силы. Это механизм работает всегда — вне зависимости от нагрузки.
К тому же, наклонные нижние рычаги вызывают при просадке подвески движение колеса наружу. Это вызывает на ухабах формальное расширение динамического коридора — однако одновременно дает очень интересные ощущения поведения машины, она как бы сама стремится уйти от неровности, оставить ухаб за бортом. Это одна из тех черт поведения, которые вместе создают поразительный образ услужливой и умной машины, которая «сама едет правильно». Нечто подобное демонстрируют только машины Toyota — но они ведут себя спокойнее и скучнее (хотя, спору нет — еще предсказуемее и безопаснее), в то время как Фиеста Mk1 гораздо более заводная, веселенькая машинка, которая и сама может слегка подсыпать перчика (но именно слегка, не напрягая водителя и не переступая грань тупого постоянного непослушания), и водителя провоцируя ехать резче, активнее. Если опять пытаться сравнивать с японцами — это некоторый гибрид из тойотовской услужливости, хондовской спортивной остроты и некоторой специфической американской «неправильности» реакций машины — причем именно эта неправильность является завершающим штрихом в образе, позволяя Фиесте не казаться копией с японки, а иметь собственный, уникальный характер.
Причем это связано именно с настройками шасси — потому что даже с 53-сильным мотором характер у машины точно такой же. Отдельный вопрос, что с таким мотором сильно не похулиганишь — но для некоторых водителей это благо. Я лично, после того как поставил на Фиесту 96-сильный мотор, несколько месяцев вообще не мог спокойно ездить — не поверите, но даже Subaru Impreza WRX заводит не так сильно. Импреза, правда, и в управлении построже — таких ляпов, какие прощает Фиеста, она не простит. Видимо, это как раз и останавливало.
Но вернемся к подвеске. Отмеченное мной ранее изменение колеи при ходах подвески требует специфической конструкции рулевого механизма для компенсации сдвига колеса. Фордовские конструкторы выбрали наиболее логичное решение — они сделали рулевые тяги такой же длинны, как нижние рычаги подвески, и придали им такой же наклон. В результате получается типичный параллелограмм — и проблема неизменного угла поворота колеса вне зависимости от изменения колеи оказывается решена столь просто и элегантно, что большинство конструкторов, пытавшихся копировать «Фиесту», даже не осознали ее наличия.
В общем, надо осознать следующее: в чистом виде компенсированная по крену подвеска очень чувствительна к изменениям развесовки машины, и требует точного согласования геометрических размеров своих составляющих — что не всегда возможно по компоновочным соображениям. Поэтому она идеальна для специальных спортивных машин, приемлима для легких машин со спортивным характером в ограниченном диапазоне нагрузок, и совершенно не подходит для больших утилитарных машин типа семейных универсалов.
Впрочем, возможность иметь на дешевом серийном компактном хэтчбеке одновременно формульный мотор (CVH 1600 — омологированный мотор Формулы Форд 80-х годов) и формульную свободную подвеску дорогого стоит — спасибо команде Ли Якокки, давшей нам в далеком 1975-м году такую возможность.

ОБЩАЯ ТЕОРИЯ ВСЕГО
Напоследок проведу небольшой ликбез по теории «подвескостроения» — что там зачем сделано и что означают различные термины.
Самое простое и, казалось бы, очевидное решение – прикрутить к машине колеса, как на телеге. То есть — вообще не делать никаких углов, поставить колесо параллельно осям машины. При этом колесо в ходе сжатия-отбоя остается перпендикулярным к дороге, в постоянном и надежном контакте с ней. Кстати — именно так стоят задние колеса на Фиесте, благодаря ее полузависимой задней подвеске с жесткой балкой.
Но вот на передних колесах совместить центральную плоскость вращения колеса и ось его поворота конструктивно довольно сложно (особенно если говорить о классической двухрычажной подвеске типа заднеприводных «жигулей»), поскольку обе шаровые опоры (а тем более шкворни, как на Волге или УАЗе) вкупе с тормозным механизмом внутрь колеса, как правило, не помещаются. А раз так, то плоскость качения и ось поворота расходятся на расстояние А, называемое плечом обката (при повороте колесо обкатывается вокруг оси ab) — см.рис.2. В движении сила сопротивления качению неведущего колеса создает на этом плече А ощутимый момент, скачкообразно меняющийся при проезде неровностей. Мало кому понравится езда с постоянно рвущимся из рук рулем! Кроме того, придется изрядно попотеть, преодолевая этот самый момент в повороте.

Стало быть, положительное (в данном случае) плечо обката желательно уменьшить, а то и вовсе свести к нулю. Для этого можно наклонить ось поворота ab (рис. 3).

Источник

Теория тюнинга подвески

Применяемые в тюнинге автомобилей подвески условно можно разделить на механические и с рабочей средой. Последние — это гидравлические и пневматические. Гидравлические и пневматические подвески — это тема для отдельного разговора. Ибо гидроподвеска именует целую культуру тюнинга автомобилей — лоурайдер.

Состоит подвеска из трех основных элементов: упругого, гасящего и направляющего. В тюнинге применяется много позиций для модернизации подвески. В основном все сводятся к изменению упругого и гасящего элементов (занижение и повышение жесткости), а не к изменению кинематики направляющего элемента.

Упругое устройство в подвеске — это рессора, торсион или пружина. Рессоры и торсионы в тюнинге легковых автомобилей не используются по причине конструкторского отсутствия на современном легковом автомобиле. Они нашли применение в тюнинге внедорожников, где серийные заменяют на усиленные и более жесткие.

При модернизации пружин подвесок существует некая градация модификации. Рассмотрим способы тюнинга пружин.

Первый способ — серийные пружины и модификация серийных. Самый простой способ модификации подвески — серийные стандартные пружины сочетаются с новыми амортизаторами. Если только новых амортизатров может показаться мало, прибегают к модификации серийных пружин.

Второй способ — установка других пружин. Тут возможны варианты — либо тюнинговые жесткие укороченные, либо мягкие высокие, увеличивающие дорожный просвет, либо жесткие высокие, предназначенные для перевозки грузов. Но нас интересуют пружины специальные, заниженные.

Так, для скоростного тюнинга специально навитые пружины имеют иную толщину прутка, форму навивки (цилиндрические или конические, бочкообразные) имеют переменный шаг витка или пременное сечение прутка, а значит имеют другую характеристику работы, как правило, нелинейную с большей жесткостью. Так, пружины представляют «поле непаханное» при настройке подвески. Недаром раллийная команда Форд к гравийным этапам запасается шестью разными комплектами пружин. Специальные тюнинговые пружины, как правило, жестче на 20% и ниже, в первом случае на 15-20 мм, во втором, более экстремальном, на 40-60 мм. В тюнинге есть понятие спортивная подвеска, что означает сочетание новых заниженных пружин и уже подобранных амортизаторов. Амортизаторы могут иметь регулируемую жесткость. Но об этом ниже.

Двойной упругий элемент состоит из основной пружины и подпружинника, последний имеет цилиндричный или прямоугольный пруток. Подпружинник необходим для дополнения короткоходной основной пружины, которая при вывешивании колеса полностью разжимается. Подпружинник и пружина имеют разную жесткость. Это свойство делает стойку прогрессивной и хорошо работает на разных типах дорог. Сильное занижение меняет кинематику колеса.

При сильном занижении подвески на поперечных рычагах колеса уходят из отпимального положения и становятся «домиком ». При завышении — становятся подобны «горбатому » Запорожцу. Регулировка схода-развала обязательна после каждого занижения-завышения. Хотя за 2-3 часа можно создать два различных варианта ходовой части (и много промежуточных) для гоночного кольца или для проселка.

Гасящее устройство современных подвесок — это телескопический амортизатор, масляный или газовый. Газовые более надежные, и, как правило, более жесткие и энергоемкие. Амортизаторы для тюнинга бывают однотрубные и двухтрубные. Существуют амортизаторы перевернутого типа (в них шток неподвижен) — они считаются самыми современными.

Качество изготовления известных производителей гарантирует ресурс. Амортизаторы для тюнингового автомобиля необходимо подбирать индивидуально. При легкой доводке подвески ограничиваются установкой лишь газовых жестких амортизатров. Большое количество серийно выпускаемых деталей, индивидуальные проекты требуют тщательного подбора компонентов.

Существует опция регулировки жесткости. Жесткость можно регулировать в пошаговом режиме. Самые простые и дешевые обеспечивают 3-5 регулировок. Самые серьезные — 15. Причем некоторые подвески позволяют с места водителя регулировать жесткость. Регулировка жесткости большинства амортизаторов маленьким колесиком на штоке.

В других конструкциях существует регулировка углом поворота штока или винтом на корпусе амортизатора. Для регулировки жесткости «перевернутых » амортизаторов приходится лезть под автомобиль.
В некоторых случаях применяют два амортизатора на колесо при зависимой подвеске и независимой рычажной. Пришло это из ралли. Во времена СССР с успехом подготовили не один ВАЗ и Москвич.

Стабилизаторы необходимы в автомобиле для взаимосвязи колес правого и левого борта. Для тюнингового автомобиля применяют стабилизаторы большего диаметра (как правило, на 2-3 мм., что вполне достаточно) и, соответственно, более жесткого, который препятствует большим кренам кузова в повороте.

Если на автомобиле он не предусмотрен, как в случае с задней подвеской, необходимо приобрести кит и установить его. Стабилизаторы бывают регулируемые. Конструкция некоторых подвесок позволяет вместить еще один стабилизатор. Возможны два варианта установки — вблизи штатного или два вместе. При этом стабилизаторы должны иметь разную характеристику — для обеспечения прогрессивной работы. Настройка стабилизатора очень интересное занятие, ибо повышенная угловая жесткость улучшает устойчивость в повороте (противодействует крену кузова) и способствует быстрой стабилизации после прохождения поворотов и препятствует раскачиванию кузова.

Причем, многие современные автомобили имеют независимую пружинную подвеску, которая имеет хорошую кинематику, простоту конструкции и обслуживания, малую массу неподрессоренных частей. Хотя зависимая проще, дешевле, имеет постоянную колею. Но у независимых больше преимуществ, поэтому самые распространенные на сегодня — это стойки McPhersona., т. к. их преимущества позволили устанавливать на многие популярные в тюнинге автомобили. Хотя в чистом спорте применяют двухрычажные подвески с А-образными рычагами.

При легком и среднем тюнинге редко меняют направляющие и их соединения с кузовом, но при серьезном тюнинге замене подлежат тяги-рычаги, шаровые опоры, верхние опоры и сайлентблоки. Рычаги — тяги в подвеске заменяют только для серьезного спорта. Изготавливают новые детали подвески с измененной геометрией и с изменяемой геометрией.

Так, популярны регулируемые рычаги, которые прочнее серийных (мощные и жесткие из стали или дюралевых трубок (уменьшение неподрессоренных масс) и есть возможность изменять углы установки колес. В некоторых автомобилях по типу ралли усиливают стандартные конструкции, доваривая полосы металла. Также для экстремальных условий эксплуатации применяют усиление кузова в местах крепления подвески.
Многие экстремалы устанавливают вместо резиновых сайлент-блоков металлические соединения ШС. При этом машина чувствуется хорошо (четче и строже), но любая ямка сотрясает кузов: плавность хода отсутствует, растет шумность. Для городской долговременной езды такая машина не подходит, ибо похожа на телегу без подвески, да и загерметизировать ШС сложно — долговечность проблематична- чуть ли не каждые 200 км обслуживание (как подвеска автомобилей Волга). Если ШС не имеют люфтов и не деформируются, а резиновые слишком «мягкие » и машина едет «не туда», — то средним вариантом будет полиуретан, эдакий резино- пластик. Этот материал на порядок жестче резины, способен гасить удары и вибрацию. Выпускаются комплекты полиуретановых втулок стабилизатора и сайлентблоки на популярные в тюнинге машины. Также полиуретановые крепления применяют для подвески силового агрегата, чтобы смещение оного не вызывало неудобств (выпадание передачи), правда, сопровождается это повышенной вибрацией.

Для любителей активной «рулежки » ШС применяются в верхних опорах подвески, практически без ущерба ресурсу детали. Они бывают открытые и закрытые (герметизированные ). Различают опоры регулируемые (можно регулировать поперечный или продольный наклон стойки) и нерегулируемые. Последние, в свою очередь, бывают со смещенным центром и простые без смещения (копирующие расположение центра на серии).

Присмотритесь к Мерседесам и БМВ, с их «выкладывающимися » передними колесами, и как они влияют на поведение автомобиля.

Особое внимание уделяют углам установки колес, что влияют на устойчивость и управляемость. В тюнинге изменяют продольный (кастор ) и поперечный наклон как передних, так и задних колес, что можно сделать, отрегулировав нижний рычаг (с изменяемой геометрией) или сместив центр вращения верхней опоры.

Для некоторых автомобилей еще и изменяют углы схода-развала передних и задних колес. Углы установки передних колес изменяют для компенсации изменившихся углов наклона стойки. Для спорта задние колеса ставят «домиком », угол 6-7. Для чего или переделывают рычаги подвески, или ставят косые проставки между креплением ступицы и балкой подвески. Правда, протектор перегружен и шины выдерживают буквально одну гонку.
Для увеличения колеи применяют проставки, т.н. уширители колесных ступиц, что положительно влияет на устойчивость. Они увеличивают вылет колеса, правда, можно это сделать и за счет колесного диска, но в определенных пределах. Колея при установке проставок увеличивается в среднем на 10-30 мм., но есть и экстремальные варианты — до 60 мм! При установке проставок — уширителей и (или ) новых дисков необходимо изготавливать новые удлиненные болты и усиленные шпильки колес. Хотя шпильки считаются более приемлемыми для мощных автомобилей. Кроме того, изготавливают новый комплект дюралевых колесных гаек, которые легче серийных на целый килограмм / комплект.
Отдельно существует тюнинг подвески, основанный на полной переустановке подвески. Так, можно на классику Жигулей установить заднюю подвеску от BMW ЕЗО и переднюю от Mazda 323.
Как известно, за все хорошее надо платить. За «комфорт » передвижения на доведенной подвеске — от 100 у.е. за комплект пружин и более 2000 у.е. за комплект винтовых стоек с «активными » амортизаторами.
Рынок подвесок в таком понимании — емкостный, недаром только в Германии, где, как говорят, тюнинговых автомобилей больше, чем такси, более 15 фирм-производителей рассчитывают на ваши деньги. А еще индустрия тюнинга подвесок не слабо развита в Японии и США. В итоге мы можем выбирать много вариантов настройки подвески. Самый простой вариант модернизации подвески — тюнинговый амортизатор и серийная или подрезанная пружина. Более сложный вариант тюнинговый амортизатор и (пружина (спортивная подвеска). Дорогой вариант — тюнинговый амортизатор, тюнинговая пружина и нарезка на корпусе амортизатора для возможной регулировки поджатия пружины, установка полиуретановых сайлентблоков.

От подвески зависит многое, особенно устойчивость и управляемость. Задача подвески — обеспечить наилучший контакт шины с дорожным покрытием. Кроме сохранения контакта с дорогой, большую роль играет и форма пятна контакта.

Из этого следует, что наибольшего эффекта по управляемости, устойчивости и торможении можно получить, лишь согласовав подвеску с характеристиками шины (вот почему так популярны низкопрофильные покрышки, обладающие малым уводом). Поэтому выбор необходимых скоростных покрышек — большой труд, ибо если серийная покрышка не держит дорогу, то никакая тюнинговая подвеска не сможет удержать автомобиль.

Источник