Передняя подвеска автомобиля: особенности, виды

Назначение элементов

Несмотря на глубокие различия в принципе действия, у всех электромагнитных подвесок много общих элементов:

• система датчиков, фиксирующих перемещение колёс относительно кузова, а также следящих за состоянием дороги на участках, которые колесу только предстоит преодолеть для заблаговременной реакции на неровности;
• датчики общего назначения, собирающие информацию о текущих параметрах движения, скорости, реакциях водителя и прочем;
• электронный блок управления с микрокомпьютером, собирающий, анализирующий и перерабатывающий информацию в сигналы управления;
• силовая электроника, формирующая мощные токи в обмотках электромагнитов;
• линейные электрические магниты, создающие необходимые механические усилия на штоки элементов подвески;
• исполнительные и направляющие узлы ходовой части.

Помимо видимых узлов в системе присутствует не менее технологичный программный продукт, под управлением которого всё и работает. Его роль в общем комплексе ничуть не меньше, чем у элементов подвески.

Упругие элементы

Задача данных элементов подвески – гасить удары, поступающие с колес автомобиля на кузов, и представляют собой следующие детали:

1. Пружина. Самый простой элемент, присутствующий почти во всех видах подвески. Для эффективности работы может иметь различную форму.
2. Рессора. Самый древний элемент подвески, представляет собой набор стальных листов, соединенных вместе, и гасящих колебания за счет взаимного трения.
3. Пневматический элемент. Выполняет роль альтернативы пружине и представляет собой подушку из резины, куда закачивается воздух.
4. Торсион. Упругий компактный элемент в виде стержня, один конец которого соединен с рычагом подвески, а другой зажат кронштейном на кузове. При перемещении рычага подвески стержень выполняет роль упругого элемента и скручивается.
5. Подрамник. Представляет собой промежуточную деталь между кузовом и элементами подвески, образуя с ними одну сборочную единицу.
6. Стабилизатор поперечной устойчивости. Представляет собой стержень, связанный через стойки или рычаги подвесок колес для стабилизации движения автомобиля.

Типы подвесок

Рассмотрим наиболее распространенные типы подвесок автомобиля.

Подвеска зависимого типа

Самая старый тип подвесок, зависимая подвеска применяется и сегодня, а ее главной отличительной особенностью неизменно остается достаточно жесткая связь колесных осей посредством простой балки или картера моста. Изначально в качестве направляющих и упругих элементов применялись рессоры, но в современных автомобилях связующая колеса поперечина фиксируется двумя продольными рычагами и поперечной тягой, которая воспринимает боковые силы. Используется на задней оси переднеприводных бюджетных автомобилей, а также многих внедорожников.

Принято считать, что кроме невысокой стоимости, простоты использования преимуществами зависимая подвеска автомобиля не обладает – это совершенно не так. Ее плюсы – небольшой вес, если разговор идет о ведомой оси, достаточно высокий центр поперечного крена и самое главное – постоянство развала и колеи. Независимо от крена и раскачки на ровной дороге угол наклона колес к дорожной поверхности не изменяется, это значит, что в любых режимах машина имеет наилучшее сцепление с поверхностью. Хотелось бы сказать, что больше ни одна подвеска не может похвастаться подобными свойствами.

К сожалению, ситуация ухудшается на плохом дорожном покрытии – провал колеса в яму способствует изменению развала другого, а это уменьшает сцепные свойства. При движении прямо это не сильно ощутимо, но при повороте может привести к неожиданному заносу.

Также существуют значительные проблемы с управляемостью автомобиля. Разнонаправленный ход колес происходит с поворотом балки моста, что провоцирует плохую поворачиваемость и полное отсутствие стабильности на прямой. Также здесь тяга Панара дергает ось влево-вправо, что ухудшает ситуацию.

К счастью, это поправимо. Для того чтобы поперечина перестала разворачиваться, с каждой стороны вместо одного продольного рычага можно использовать два, расположенных по системе механизма Уатта. Устранить проблему осевых смещений поможет монтаж продольного рычага, удерживающего балку по центру вместо тяги Панара. Но на практике становится ясно, что такое изменение бессмысленно – конструкция заметно усложняется и требует больше места в высоту. А ведь главная область применения подвески зависимого типа – бюджетные автомобили.

Типичным представителем данной конструкции может быть задняя подвеска с винтовыми цилиндрическими пружинами в роли упругих элементов. В качестве примера можно рассмотреть конструкцию задних подвесок классических моделей «Жигули». Здесь с помощью двух винтовых пружин балка заднего моста «подвешивается», а также дополнительно прикрепляется к кузову автомобиля благодаря четырем продольным рычагам. Вдобавок к этому для увеличения плавности хода, повышения управляемости и уменьшения крена кузова при поворотах монтируется реактивная поперечная штанга.

Адаптивная подвеска

Такая подвеска в корне отличается от остальных типов. Строго говоря, создание адаптивной схемы не было настоящей революцией, так как за основу была принята гидропневматическая подвеска, реализованная на автомобилях Citroen и Mercedes-Benz.

Но в те времена она была довольно примитивной, тяжелой и занимала слишком много места. На сегодняшний день от всех этих недостатков конструкторы смогли избавиться. Единственный минус подобного подхода заключается в его сложности.

Что касается достоинств, то их масса:

• адаптация под конкретного водителя;
• минимальные крены кузова и волновая раскачка на высоких скоростях;
• высокая безопасность;
• отличная устойчивость на прямой;
• принудительно изменяемое демпфирование;
• адаптация под любое дорожное покрытие в автоматическом режиме.

Различные концерны используют свои схемы такой подвески, но общие черты у них одинаковы. Это потому, что любая адаптивная конструкция имеет в своем составе следующие компоненты:

1. Стабилизаторы поперечной устойчивости с возможностью регулировки;
2. Активные стойки амортизаторов;
3. Блок управления ходовой частью;
4. Электронные датчики (неровной дороги, клиренса и других параметров).

Блок управления анализирует ситуацию на основе данных, полученных от датчиков, и посылает команды на стабилизатор и амортизаторы (зависит от дорожных условий). Все это происходит практически моментально. Кроме этого, варианты работы подвески можно настраивать и самому.

Зависимая подвеска

Зависимая подвеска характеризуется зависимостью перемещения одного колеса моста от перемещения другого колеса.

Передача сил и моментов от колес на кузов при такой подвеске может осуществляться непосредственно металлическими упругими элементами – рессорами, пружинами или с помощью штанг – штанговая подвеска.

Металлические упругие элементы имеют линейную упругую характеристику и изготавливаются из специальных сталей, обладающих высокой прочностью при больших деформациях.  К таким упругим элементам относятся листовые рессоры, торсионы и пружины.

Листовые рессоры на современных легковых автомобилях практически не применяются, за исключением некоторых моделей автомобилей многоцелевого назначения. Можно отметить модели легковых автомобилей, выпускавшиеся ранее с листовыми рессорами в подвеске, которые продолжают эксплуатироваться и в настоящее время. Продольные листовые рессоры устанавливались в основном в зависимой подвеске колес и выполняли функцию упругого и направляющего устройства.

На легковых автомобилях и грузовых или микроавтобусах применяются рессоры без подрессорников, на грузовых автомобилях – с подрессорниками.

Пружины как упругие элементы применяются в подвеске многих легковых автомобилей. В передней и задней подвесках, выпускаемых различными фирмами большинства легковых автомобилей  применяются винтовые ци­линдрические пружины с постоянными сечением прутка и шагом навивки. Такая пружина имеет линейную упругую характеристику, а необходимые характеристики обеспечиваются дополнительными упругими элементами из полиуретанового эластомера и резиновыми буферами отбоя.

На легковых автомобилях Российского производства в подвесках применяют цилиндрические винтовые пружины с постоянными сечением прутка и шагом в сочетании с резиновыми отбойными буферами. На автомобилях производителей других стран, например, БМВ 3-й серии в задней подвеске устанавливают бочкообраз­ную (фасонную) пружину с прогрессивной харак­теристикой, достигаемой за счет формы пружины и применения прутка переменного сечения.

На ряде автомобилей для обеспечения прогрес­сивной характеристики применяется комбинация цилиндрических и фасон­ных пружин с переменной толщиной прутка. Фасонные пружины имеют прогрессивную упругую характеристику и называются «миниблоками» за небольшие размеры по высоте. Такие фасонные пружины применяют, например  в задней подвеске автомобилей «Фольксваген», «Ауди», «Опель» и др. Фасонные пружины имеют различные диаметры в средней части пружины и по краям, а пружины «миниблок» имеют и различный шаг навивки.

Торсионы, как правило, круглого сечения применяются на автомобилях в качестве упругого элемента и стаби­лизатора.

Упругий крутящий момент передается торсионом через шлицевые или четырехгранные головки, распо­ложенные на его концах. Торсионы на автомобиле могут быть установлены в продольном или поперечном направлении. К недостаткам торсионов следует отнести их большую длину, необходимую для создания требуемых жесткости и рабочего хода подвески, а также высокую соосность шлицов на концах торсиона. Однако следует отметить, что торсионы имеют небольшую массу и хорошую компактность, что позволяет успешно применять их на легковых автомобилях среднего и высокого классов.

Компьютерная диагностика ходовой части автомобиля

Современные автомобили оснащены множеством электроники. Поэтому диагностика на глаз не всегда способна выявить все неисправности. Требуется использовать компьютерную технику для детального обследования технического состояния машины.

Использование специального программного обеспечения для диагностики автомобиля оправданно в случаях:

1. Индикатор на приборной панели свидетельствует об ошибках.
2. Неисправности проявляются во время торможения или движения транспорта.
3. Иногда нужно обновить прошивку электронных узлов, чтобы устранить ошибки или повысить эффективность работы автомобиля.

Также компьютерную диагностику используют в качестве профилактической меры для выявления негативных изменений в узлах и агрегатах машины. Оптимально проводить этот вид обслуживания с периодичностью раз в год. Весьма полезной будет эта диагностика перед покупкой подержанного автомобиля, чтобы выявить все скрытые неисправности.

Этот вид обследования транспортного средства отличается высокой технологичностью. От оператора требуются профессиональные знания. При помощи специализированного программного обеспечения считывается состояние разных электронных узлов авто и анализируются ошибки. Затем происходит выявление неисправностей.

Компьютерная диагностика ходовой требует наличия следующего оборудования:

• Автосканер. Подключается к электронным блокам автомобиля и считывает с них информацию. Определяет, какие ошибки возникали во время работы этих узлов, очищает буфер ошибок. Отображает массу полезной информации о работе автомобиля.
• Компьютер, планшет, смартфон или ноутбук. Устройство обязательно должно иметь программы для работы с информацией, полученной от автосканера. На основе полученных данных специалисты автосервиса выявляют проблемные детали и узлы машины.
• Кабели, переходники, USB-шнуры. Нужны для сопряжения цифровых интерфейсов автомобиля и компьютера. Именно с их помощью происходит передача информации. Обычно подключаются к разъемам, расположенным на приборной панели и на отдельных агрегатах.

В зависимости от производителя автомобиля применяются разные типы автосканеров. Существуют более универсальные модели типа OBD2, способные работать с целым перечнем автомобилей. Наиболее популярные программы для автосканеров на сегодняшний день такие:

• Uniscan подходит для автомобилей из США, Европы, Японии, Кореи выпуска до 2001 г. производства;
• Vagcom, VagTool применяются для работы с немецкими и чешскими машинами («Фольксваген», «Ауди», «Шкода»);
• «Мотор-Тест» работает с отечественными автомобилями.

Диагностика автомобиля состоит из нескольких этапов, на каждом из которых проверяется один из агрегатов машины. Такой подход позволяет минимизировать погрешности определения неисправностей.

Диагностику ходовой части автомобиля проводят, когда выявлен неравномерный износ шин, появились нехарактерные звуки во время эксплуатации машины. Также к тревожным признакам можно отнести люфт руля и некорректную работу системы АВС.

Основные этапы выполнения диагностики:

• имитация на специальном стенде нагрузок на ходовую часть, соответствующих движению автомобиля;
• чтение при помощи сканера информации с электронных узлов машины и передача данных на компьютер;
• анализ полученной информации и сравнение ее с эталонными данными при помощи программных средств.

Результатом этих действий является получение списка неисправностей в ходовой части машины. Метод позволяет диагностировать амортизаторы, опоры и рулевые тяги, углы отклонений колес, тормоза. Оценивается износ деталей и его влияние на работоспособность.

Компьютерная диагностика выявляет дефекты в подвеске, шинах, раме и блоке мостов. Она применяется в следующих случаях:

• возникновение гула во время движения по неровным дорогам;
• ухудшение тормозных свойств;
• если машину уводит в сторону во время торможения;
• аналогичное поведение при прямолинейном движении.

Имитация движения происходит на специальном вибростенде. Параметры работы ходовой части считываются при помощи сканера. Далее в программе происходит сравнение полученных измерений с эталонными данными.

Элементы ходовой части, обеспечивающие качественный контакт с покрытием

Бытует мнение, что качество контакта с поверхностью дороги зависит только от покрышек, упругих и демпфирующих узлов (амортизатора, пружин).

На практике не меньшее значение имеют дополнительные элементы ходовой части, взаимодействующие друг с другом и кинематикой направляющих устройств.

Так, для обеспечения достаточного уровня безопасности и комфорта в промежутке между кузовом и покрытием должны находиться следующие элементы:

Шины — устройства, которые первыми принимают на себя негативные воздействия ям или «наростов» на поверхности дорожного покрытия. Благодаря определенной упругости, покрышки уменьшают колебания и играют роль индикаторов состояния подвески. Если рисунок истирается неравномерно, это говорит о нарушении работы элементов ходовой части (к примеру, об уменьшении сопротивления подвески автомобиля).
Упругие детали (рессоры, пружины) — устройства, в задачу которых входит удерживание кузова транспортного средства на определенном уровне и поддерживание качественной связи машины с покрытием. Продолжительное применение этих изделий приводит к постепенному старению металла, его «усталости» из-за регулярных перегрузок. В итоге характеристики автомобиля, влияющие на уровень комфорта, ухудшаются. Изменению подвергается величина клиренса, параметр симметричности нагрузки, углы расположения колес и другие параметры

Важно понимать, что пружины, а не амортизаторы поддерживают массу машины. Если уменьшается дорожный просвет и транспортное средство «просаживается» без нагрузки, пора устанавливать новые пружины

Направляющие детали. К этим элементам ходовой части относятся торсионы, рессоры и рычажная система, обеспечивающие кинематику взаимодействия кузовной части и колес. Главной функцией узлов заключается поддержание перемещающегося вверх или вниз колеса в одной плоскости вращения. Другими словами, последнее должно находиться приблизительно в одной позиции, под 90 градусов к дороге. При нарушении геометрии направляющих узлов автомобиль становится непредсказуемым на дороге, протектор покрышек быстро изнашивается, уменьшается ресурс амортизаторов и других элементов подвески.
Вспомогательные упругие узлы автомобиля. Сюда можно отнести резинометаллические шарниры, которые часто называются буферами сжатия. В их задачу входит подавление вибраций и ВЧ колебаний, возникающих от взаимодействия металлических элементов ходовой части. Наличие этих узлов способствует повышению ресурса деталей подвески автомобиля, а именно амортизаторов. Вот почему так важно проверять состояние резинометаллических деталей, обеспечивающих соединение подвески. Чем лучше выполняют работу вспомогательные упругие элементы, тем дольше служат амортизаторы.
Стабилизатор поперечной устойчивости (СПУ) — элемент ходовой части автомобиля, необходимый для улучшения управляемости и снижения уровня крена ТС при вхождении в поворот. При резком маневре одна сторона транспортного средства прижимается к поверхности дороги, а вторая — наоборот, «отрывается» от покрытия. Задача СПУ — предотвратить этот отрыв и обеспечить достаточное прижатие «отрывающейся» стороны автомобиля к дороге. Кроме того, в случае наезда машины на препятствие СПУ закручивается и гарантирует быстрый возврат колеса на первоначальную позицию.
Элемент демпфирования (амортизатор) — устройство ходовой части, обеспечивающее гашение кузовных колебаний, возникающих из-за наезда на неровности дорожного покрытия, а также по причине появления инерционных сил. Амортизатор также ограничивает колебания неподконтрольных элементов (балки, мостов, шин, ступицы и прочих) по отношению к кузову. В итоге качество контакта колеса и поверхности дорожного покрытия улучшается.

Мы рассмотрели основные элементы ходовой части автомобиля, которые конструктивно отличаются друг от друга на разных моделях машин, но в итоге несут в себе основное назначение – обеспечить комфортное и безопасное движение транспортного средства.

Устройство подвески

Подвеска на разных моделях автомобилей имеет разное устройство. Однако элементы, из которых она состоит, можно разделить на несколько групп в зависимости от назначения. Они будут встречаться практически на каждой модели транспортного средства. Вот эти группы.

• Упругие элементы. Включает в себя пружины, рессоры, торсионы. Главная задача этих частей конструкции – перенимать часть энергии, полученной с дорожного покрытия, на себя, а остальную часть, которую не удалось поглотить, равномерно распределять по кузову транспортного средства.
• Гасящие устройства. Представляют собой узлы, которые используют гидравлику или пневматику для гашения ударов, поступающих с дорожного покрытия. Также могут быть совмещенными (в таком случае их называют гидропневматическими).
• Направляющие элементы. К их числу относятся рычаги, тяги, балки, ограничитель хода, поворотные кулаки. Главная задача этих узлов и деталей – обеспечение правильного направления колеса при прямом движении или поворотах, благодаря которому будут обеспечены наилучшая амортизация и правильное распределение нагрузки по другим элементам подвески.
• Дополнительные элементы. К ним относят различные мелкие металлические детали, которые скрепляют между собой остальные элементы конструкции. Кроме того, в их число входят резиновые прокладки, основное назначение которых – снижение уровня шума и вибрации во время передвижения транспортного средства.
• Стабилизатор поперечной устойчивости. Устройство, которое предназначено для выравнивания движения авто при поворотах. Облегчает управление и предотвращает резкие заносы.

Однорычажная система типа «Макферсон»

Данный тип подвески считается наиболее дешевым и практичным. Устанавливается на переднюю ось большинства бюджетных легковых автомобилей и состоит из таких деталей:

• подрамник – металлическая конструкция, прикрепляемая к нижней части кузова;
• поперечные нижние рычаги, установленные на подрамнике;
• поворотный кулак со ступицей крепится к рычагу посредством шаровой опоры;
• роль верхнего рычага играет сама стойка в сборе с пружиной, опирающаяся верхним концом в стакан кузовного лонжерона;
• стабилизатор, связывающий поперечные рычаги;
• наконечники рулевых тяг, присоединенные к поворотным кулакам на шарнирах.

Принцип действия подвески McPherson довольно прост: амортизатор, установленный внутри пружины, работает вместе с ней как главный демпфирующий элемент. Стойка способна вращаться вместе с поворотным кулаком за счет опорного подшипника в верхней части. Рычаг держит колесо снизу, а поворот осуществляется под воздействием рулевой тяги, прикрепленной шарниром к кулаку. От кренов автомобиль предохраняет стабилизатор, соединенный с подрамником и обоими рычагами.

Основные плюсы данной подвески – компактность, низкая стоимость и возможность без проблем подключить к колесам ШРУСы от поперечно стоящего мотора. Дополнительное преимущество – большой ход, практически на всю длину раскрытия амортизатора, предохраняющий детали кузова от пробоев подвески.

Теперь о минусах:

1. Опорная стойка подвержена ударным нагрузкам со стороны колеса и нередко выходит из строя. Это слабое место конструкции McPherson.
2. Из-за большого хода и подвижного крепления элемента упругости на шарнирах существенно меняется развал передних колес.

Указанные недостатки не позволяют устанавливать независимую подвеску Макферсон на тяжелые машины премиум-класса, внедорожники и спорткары.

Назначение

Подвеска представляет собой набор элементов, тесно работающих друг с другом. Ее главная функция — обеспечить отличную связь между колесами и кузовом транспорта. Помимо этого, она принимает на себя все вибрации, возникающие в ходе езды по дороге. И в последнюю очередь она создает упругий контакт колес с дорожным полотном.

В подвеске, помимо важных узлов, присутствуют следующие элементы:

 Демпфирующий — элемент, который превращает колебания в теплоэнергию.

 Направляющий — обрабатывает продольную и боковую кинетику на вращающиеся колеса.

 Упругий — благодаря ему создается плавный ход, поскольку влияние динамики на массу снижено.

Независимо от того, какие типы подвесок автомобиля установлены в современных машинах, каждая из них имеет одну самую важную функцию — гашение колебаний, сглаживание вибраций. Тип и конструкция детали будет разная в зависимости от функциональных характеристик авто.

Особенности задней подвески

Задняя подвеска предназначается для обеспечения связи кузова и балки заднего мостас целью смягчения толчков, передаваемых колесами. Как и в случае с передними, существуют различные виды подвесок для задней пары колес автомобиля, которые бывают зависимыми и независимыми. Оптимальной конструктивно считается рычажная независимая подвеска, которая при умеренной сложности отличается живучестью и работоспособностью. В качестве примера действия и конструкции зависимой подвески можно рассматривать устройство задней подвески любой классической модели ВАЗ.

Задняя подвеска переднеприводного автомобиля.

Особенности передней подвески

Современная передняя подвеска всегда выполняется независимой. Распространены рычажная подвеска и система «Мак-Ферсон». Есть и другие виды, но они в большинстве являются эксклюзивными разработками для дорогостоящих автомобилей, поэтому не слишком распространены.

Устройство передней подвески рычажного типа может быть довольно сложным, что зависит от модели автомобиля. В любом случае это пружинно-рычажная конструкция с рычагами, располагаемыми поперечно с амортизаторами телескопического типа. Такая система не является цельным или отдельно съемным узлом. Полностью она собирается прямо на автомобиле.

Виды подвесок: торсионная, многорычажная, Мак-Ферсон.

Рычажная подвеска состоит из таких деталей (минимум по одной на колесо):

• винтовая пружина;
• располагаемые в нескольких точках рычаги;
• шаровые опоры;
• телескопический амортизатор;
• поворотная стойка;
• поперечный стабилизатор с буферными приспособлениями.

Ход колеса вверх в такой подвеске ограничивается специальным буфером, смонтированным прямо на кузове, а ход вниз – соответствующими втулками внизу амортизаторов. Поперечные движения автомобиля контролируются стабилизатором.

Передняя подвеска системы «Мак-Ферсон» имеет еще более простую конструкцию, из-за чего широко применяется на бюджетных автомобилях.

Схема подвески данного типа:

• винтовая пружина;
• поперечный рычаг нижнего расположения;
• гидравлическая стойка;
• шарниры;
• поперечный стабилизатор.

Схема показывает, что основным элементом здесь является гидравлическая стойка, смягчающая колебания. Конструкция двухкорпусной верхней опоры стойки обеспечивает ее качание, за счет чего и гасятся продольные вибрации. Поперечные колебания устраняются с помощью стабилизатора поперечной устойчивости.

Передняя подвеска.

Как можно понять, данные виды подвесок являются разными конструктивно, но в принципе родственными и одинаково широко распространенными.