В подвешенном состоянии

КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ

/ФАКУЛЬТАТИВ

В ПОДВЕШЕННОМ СОСТОЯНИИ

КАК ЗАКЛАДЫВАЮТ ОСНОВУ КОМФОРТА

ТЕКСТ / ВИТАЛИЙ УРЮКОВ

Инженеров-подвесочников чаще ругают, чем хвалят. Одного пассажира трясет, другого укачивает, третий, загрузив багажник, хнычет, что фартуки задних колес скребут по асфальту. Надо что-то делать! Не перевелись еще любители утереть нос профессионалам и что-нибудь "улучшить" - поставить, к примеру, пружины потолще или амортизаторы помощнее. Неужели все так просто? И чем, интересно, думает конструктор?

Любая подвеска состоит из направляющих (рычаги, штанги), упругих (пружины, торсионы) и гасящих (амортизаторы) элементов. Рессоры объединяют функции двух первых.

Для реализации своих замыслов конструктору надо сначала решить главную задачу - отвоевать у компоновщика как можно больше места для подвески. Тогда проще согласовать ее вертикальную жесткость и ходы, а рычаги сделать подлиннее - уменьшатся углы качания в шарнирах. Кстати, обычные сайлент-блоки хорошо работают при закрутке на ±15°. При больших углах приходится усложнять их конструкцию.

Когда пространство под подвеску определено, решается следующий принципиальный вопрос - о статической нагрузке автомобиля. Исходя из нее, закладывают оптимальные параметры подвески по плавности хода, положению кузова (пол или порог должны быть горизонтальны), управляемости автомобиля. У разных конструкторских школ свой подход. Подвеска классического "Москвича", к примеру, проектировалась под полную нагрузку, поэтому с частичной плавность хода была ниже "жигулевской", а задок казался приподнятым. Зато иномарки при полной загрузке "заваливаются" назад, ибо у них за статическую, как правило, принята европейская нагрузка - три человека. Тольяттинцы, естественно, тяготеют к Европе.

В проектных расчетах плавность хода при статической нагрузке характеризуется частотой свободных колебаний кузова. Она в основном зависит от соотношения массы, приходящейся на колесо, и вертикальной жесткости подвески. Для человека наиболее приемлема частота, близкая к 1 Гц (одно колебание в секунду) - как при ходьбе. Чтобы свести к минимуму раскачивание машины на шоссе, частоту колебаний задней подвески целесообразно сделать примерно на 15% больше передней. Кроме того, хорошо бы достичь постоянства выбранной величины во всем диапазоне нагрузок.

Для этого можно, например, применить упругие элементы с прогрессивно увеличивающейся жесткостью (пружины с переменным шагом или диаметром навивки, рессоры с последовательно "включающимися" листами). Либо так подобрать форму и размеры ограничителей хода сжатия, чтобы они служили дополнительными буферами.

Желательная характеристика подвески легкового автомобиля приведена на рисунке. Тангенс угла наклона касательной к кривой в любой точке определяет жесткость подвески для соответствующей деформации. Роль усилия (нагрузки на колесо) пояснений не требует, влиять на него конструктор практически не может. Остается деформация (прогиб или ход) подвески - с ней можно "поиграть", она зависит от выделенного пространства и особенностей автомобиля.

Заданные частота колебаний и статическая нагрузка определяют статический прогиб подвески. Но комфорт пассажиров в немалой степени зависит и от ее динамического хода (до сжатия "металл-металл"). Если он будет мал, удары на колдобинах (пробои подвески) скоро превратят буфера сжатия в труху, а из седоков вытрясут душу. Поэтому чем больше динамический ход, тем лучше. Его величина для передних подвесок легковых автомобилей обычно составляет 80-110 мм, а для задних - 100-140. Меньшие значения обычно принимают для машин, которые редко будут съезжать с хороших дорог. Кстати, при пробое подвески до упора витки пружин не должны соприкасаться, а амортизаторы - иметь запас хода.

Ход отбоя, как правило, делают равным 1,0-1,3 динамического хода. Один из самых распространенных ограничителей хода отбоя - амортизатор. Чтобы уменьшить удар при "выстреливании" подвески вниз, вводят дополнительные буфера внутри амортизатора. Иногда буфер стоит отдельно, а ход ограничивают рычаги подвески. Тогда амортизатору нужно иметь запас на растяжение. Если решено применять пружину, она при полном отбое должна оставаться в чашках, то есть быть слегка поджатой.

Зная потребную жесткость подвески, ее ход и размеры направляющего аппарата, можно рассчитать упругий элемент. Что это будет - винтовая пружина, рессора или торсион - не важно.

Затем наступает черед амортизатора. Его характеристика призвана обеспечивать оптимальное соотношение демпфирования кузова и колеса. Кузова - чтобы гашение колебаний было быстрым, но не резким. Колеса - чтобы оно в движении не скакало по дороге. Это соотношение зависит от динамической жесткости шины, вертикальной жесткости подвески, приведенной к колесу, и величины подрессоренных и неподрессоренных масс.

Напоследок необходимо решить: нужны ли автомобилю стабилизаторы поперечной устойчивости, хватит только переднего или ставить и задний? В расчете используются уже и геометрические параметры автомобиля - высота центра тяжести и центров крена подвесок, колея колес. Учитывается и вертикальная жесткость шин.

Угол крена не должен оказаться излишне большим, чтобы машина не была валкой, а пассажиров и груз не мотало из стороны в сторону. Но недопустима и полная "непреклонность" - ухудшится ощущение дороги у водителя. Обычно под действием боковой силы, равной 0,4 полного веса автомобиля, кузов должен накрениться на 6-7°.

Соотношение угловых жесткостей спереди и сзади, впрочем, как и остальные параметры подвесок, уточняют при натурных испытаниях. Как правило, угловая жесткость, отнесенная к доле массы подрессоренной части, для передней подвески в полтора-два раза больше, чем для задней.

Все остальное - углы установки колес, эластокинематика подвесок, способность опор телескопических стоек и шарниров амортизаторов демпфировать вибрации, податливость системы "кузов-руль-подвеска" и многое, многое другое - вещи весьма специфические. Автолюбителю не стоит забивать ими голову.

Запомнить полезно другое - чудес в технике не бывает. Поставите широченные и тяжелые "лапти"-колеса - амортизаторы не смогут остановить их размах и подвеска долго не протянет. Высокие пружины - не останется хода отбоя, на кочках подвеска задергает и кузов и вас. Впрочем, на машину можно поставить пружины и от электровоза - поедет! Или приварить вместо амортизаторов стальные прутки - крены исчезнут вовсе. Получится "почти формула 1".

Безусловно, изменить характеристики подвески можно и самому - в разумных пределах. К примеру, поставить чуть более жесткие (процентов на пять-семь) пружины, подходящие по высоте и диаметру. Или "тюнинговые" амортизаторы. Только потом, когда будут до срока "лететь" сайлент-блоки или "неожиданно" поползут трещины по кузову, не обижайтесь на заводских инженеров.

Если уж очень хочется чего-нибудь особенного, не торопитесь, поинтересуйтесь последствиями у предшественников - они это уже проходили.

Рекомендуемая характеристика подвески легкового автомобиля: Ро - статическая нагрузка; fст - статический прогиб; fдин - динамический ход; fотб - ход отбоя; точка 1 - включение буфера сжатия; точка 2 - включение буфера отбоя.

НАША СПРАВКА

Неподрессоренная масса - массы всех деталей, вес которых на неподвижном нагруженном автомобиле непосредственно передается на дорогу. К ним относят колеса и детали, связанные с колесами через подшипники (поворотные кулаки, цапфы, балки зависимых подвесок). Кроме того, часть массы деталей, соединяющих колесо с кузовом (рулевые тяги, штанги и рычаги подвески, пружины, амортизаторы, плечи стабилизаторов).

Подрессоренная масса - массы всех остальных деталей.

Центр крена подвески - мгновенный центр перемещения или точка, остающаяся в покое при кренах подрессоренной части кузова или разных по знаку, но одинаковых по величине перемещениях колес.