На что влияют пружины в автомобиле
Мягкость и жесткость подвески – что важнее для комфорта?
Практически каждый автовладелец уверен в том, что мягкая подвеска дает комфорт, а жесткая делает машину спортивнее и позволяет лучше держаться за дорогу. Но как и во многих других случаях, упрощение лишь вводит в заблуждение.
Специалисты-подвесочники могут рассказать множество интересных примеров из практики, а мне придется ограничиться лишь кратким рассказом о том, почему жестче не всегда цепче, а мягче не всегда комфортнее. Работа подвесок машины вовсе не так проста, как кажется на первый взгляд. Они выполняют множество функций, которые не вполне очевидны. Я постараюсь кратко упомянуть об основных.
А вообще, о работе подвесок написано много книг, и большинство из них очень толстые. Я попробую лишь «по верхам» обозначить основные моменты, чтобы уложиться в формат познавательной статьи.
Почему без подвески не обойтись
Даже очень ровные дороги на самом деле имеют изгиб по многим направлениям, да и сама Земля мало похожа на бесконечную плоскость. И чтобы все четыре колеса касались поверхности, они должны иметь возможность перемещения вверх и вниз. При этом крайне желательно, чтобы беговая поверхность колеса прилегала к покрытию всей своей шириной при любом положении подвески. Так что машины, у которых подвески жесткие и короткоходные, практически обречены на плохое сцепление колес с дорогой, ведь всегда одно из колес будет разгружено.
Почему подвеска должна иметь ход сжатия
Для контакта всех колес с дорогой вовсе не обязательно, чтобы подвеска могла сжиматься, достаточно того, что колеса смогут двигаться только вниз. Но при движении машины в поворотах возникают боковые силы, которые стремятся наклонить авто. Если при этом одна сторона машины сможет приподниматься, а другая не сможет опуститься, центр тяжести авто сильно сместится в сторону загруженного колеса, что в свою очередь вызовет много негативных последствий.
В первую очередь еще большую разгрузку внутреннего по отношению поворота колеса и увеличение момента крена из-за перемещения центра тяжести вверх относительно центра крена подвески (о нем ниже). И, разумеется, если у колес нет хода сжатия, то даже маленькая неровность под одним из колес должна вызывать перемещение кузова, перемещение всех остальных колес вниз со всеми связанными затратами энергии на подъем и снижением сцепления колес. Что, мягко говоря, не слишком комфортно. А еще разрушительно для кузова и деталей подвески. В общем, подвеска должна быть сбалансированной, иметь ход сжатия и ход отбоя для нормальной работы.
Почему машина кренится в поворотах
Раз уж мы определились с тем, что подвеска у машины должна быть и имеет возможность перемещения вверх-вниз, то чисто геометрически образуется некая точка, центр, вокруг которой поворачивается кузов машины при крене. Эта точка называется центром крена машины.
А сумма сил инерции, воздействующих на машину в повороте, как раз приложены к ее центру масс. Если бы он совпадал с центром крена, то в повороте никакого крена бы не было, но он обычно расположен гораздо выше, и в результате образуется кренящий машину момент. И чем выше расположен центр крена, чем ниже центр тяжести, тем он меньше. На специальных гоночных конструкциях вроде машин Формулы 1 центр тяжести помещают ниже центра крена, и тогда машина может крениться в противоположную сторону, как катер на воде.
Собственно, расположение центра крена зависит от конструкции подвески. И автомобильные инженеры неплохо научились его «поднимать» повыше, изменяя конструкцию рычагов, что в теории могло бы избавить от кренов не только низкие спортивные авто, но и достаточно высокие. Проблема в том, что подвеска, сконструированная для обеспечения «неестественно задранного» центра крена, успешно борется с наклонами кузова, но при этом плохо справляется с основной задачей — демпфированием неровностей.
Почему подвеска должна быть мягкой
Достаточно очевидно, что чем мягче подвеска, тем меньше изменение положения кузова при наезде на неровность и при крене меньше распределяется нагрузка между различными колесами. А значит, и сцепление колес с дорогой при этом не ухудшается и не расходуется энергия на перемещения центра масс машины вверх-вниз. Что же, мы нашли идеальную формулу? Но, к сожалению, не все так просто.
Во-первых у подвесок ограничены ходы сжатия, и они должны быть согласованы с изменением нагрузки на ось при загрузке машины пассажирами и багажом, и с нагрузкой, возникающей при прохождении поворотов и неровностей. Слишком мягкая подвеска при повороте сожмется так сильно, что колеса с другой стороны оторвутся от земли. Так что подвеска должна не допустить исчерпания хода сжатия с одной стороны и вывешивания колеса с другой.
Получается, что слишком мягкой подвеске быть тоже плохо… Оптимальным вариантом является сравнительно небольшой диапазон «мягкости», после чего подвески становятся жесткими, но настроить такую конструкцию тем сложнее, чем выше разница между жесткой и мягкой ее частью.
При любом перераспределении нагрузки между колесами происходит ухудшение общего сцепления колес с дорогой. Дело в том, что догрузка одних колес не компенсирует все потери при разгрузке других. А в случае вывешивания разгруженных колес увеличение сцепления на догруженной стороне не компенсирует и половины потерь.
Помимо общего ухудшения сцепления, это еще и приводит к ухудшению управляемости. Борются с этим неприятным фактором, изменяя наклон плоскости качения колеса относительно дороги — так называемый развал. В результате конструктивных мероприятий, направленных на программирование изменения развала при крене машины удается компенсировать изменение сцепления колес при поперечных нагрузках в разумном диапазоне и тем самым сделать управление машиной проще.
Почему же приходится делать подвески жестче на спортивных машинах?
На управляемости машины крайне негативно сказываются любые изменения углов установки подвески при кренах машины и задержки в откликах на управляющие воздействия из-за смещения центра тяжести. А значит, приходится делать подвески жестче, чтобы в повороте крены уменьшались.
Крайним выходом является мощный стабилизатор поперечной устойчивости — торсион, который препятствует перемещению колеса одной оси относительно другого. Но это не самый лучший способ. Да, он улучшает ситуацию с изменением углов установки колес в повороте, но зато разгружает внутреннее, по отношению к повороту, колесо, и перегружает наружное. Немного лучше просто сделать подвеску жестче. Это больше сказывается на комфорте, но зато не так разгружает внутреннее колесо.
Немалое значение амортизаторов
Помимо упругих элементов, в подвеске машины присутствуют и газовые или жидкостные амортизаторы — элементы, ответственные за гашение колебаний подвески и вывода энергии, которую машина тратит на перемещения центра масс. С их помощью можно подправить все реакции подвески на сжатие и отбой, ведь амортизатор может обеспечить в динамике куда большую жесткость, чем пружина. При этом его жесткость, в отличие от пружин, будет очень разной в зависимости от хода подвески и скорости ее перемещения.
Разумеется, совсем мягкий амортизатор не сможет выполнять свою основную задачу — гашение колебаний, машина попросту будет раскачиваться после прохождения неровности. А установка очень жесткого будет создавать эффект, схожий с установкой очень жесткой пружины, которая не хочет сжиматься и тем самым увеличивает нагрузку на колесо и разгружает все остальные. Но тонкая настройка поможет уменьшить крены в поворотах и помочь пружинам, уменьшить клевки кузова при разгоне и торможении и при этом не мешать колесам проезжать мелкие неровности. И разумеется, не допускать «пробоя» подвесок при проезде жестких неровностей. В общем, воздействие на поведение машины они оказывают не меньшее, чем жесткость пружин.
Немного о комфорте и частотах колебаний
Понятно, что у машины без подвески комфорт был бы нулевой, ведь все мелкие неровности от дороги передавались бы прямо на ездоков. Бр-р. Но если подвеску сделать очень мягкой, то ситуация станет ненамного лучше — постоянная раскачка тоже крайне плохо сказывается на людях. Оказывается, человек плохо переносит колебания как с небольшой амплитудой и большой частотой от жесткой подвески, так и с большой амплитудой и с малой частотой от мягкой.
Для создания комфортных условий для пассажиров необходимо согласовать жесткость пружин, амортизаторов и покрышек так, чтобы на самых ходовых для этой машины покрытиях частоты колебаний пассажиров и уровень ускорений оставались в комфортных пределах.
Частота и амплитуда колебаний подвески важны еще и в другом аспекте — собственные частоты резонанса системы машина-подвеска-дорога не должны совпадать с возможными частотами управляющих воздействий и возмущений от дороги. Так что задача конструкторов заключается еще и в том, чтобы обойти опасные режимы как можно дальше, ведь в случае резонанса можно и машину перевернуть, и потерять управление, и просто поломать подвески.
Итак, какой должна быть подвеска?
Как это ни парадоксально, но чем мягче подвеска, тем лучше сцепление колес с дорогой. Но при этом она не должна допускать сильных кренов и изменения пятна контакта колес с дорогой. Чем хуже дороги, тем более мягкой должна быть подвеска для получения хорошего сцепления. Чем ниже коэффициент сцепления колес, тем мягче должна быть подвеска. Казалось бы, проблему может решить установка стабилизатора поперечной устойчивости, но нет, у него тоже есть свои негативные черты, он делает подвеску более «зависимой» и уменьшает ход подвески.
Так что настройка подвески остается делом для настоящих мастеров и всегда требует много времени на натурные испытания. Множество факторов затейливо переплетаются и, изменив один параметр, можно ухудшить и управляемость, и плавность хода. И не всегда жесткая подвеска делает машину быстрее, а мягкая — комфортнее. На управляемости сказывается и изменение жесткости передней и задней подвесок относительно друг друга и даже малейшее изменение характеристик жесткости амортизаторов. Надеюсь, эта статья поможет более тщательно относиться к выбору комплектующих для подвесок и предотвратит необдуманные эксперименты.
Что такое пружины подвески автомобиля. Особенности, для чего нужны и когда менять
— По линейным показателям: при которой сила нагрузки пропорциональна деформации элемента. Данные критерии являются самыми простыми и наиболее популярными при подборе пружин;
— Повреждение поверхностного слоя детали из-за частой деформации, чрезмерной нагрузки и механического воздействия;
— Систематическая перегрузка детали и частое преодоление дорожных неровностей на скорости;
— Коррозия, а затем появление ржавчины металла, которая зачастую появляется от повышенной влажности или воздействия дорожных солевых реагентов.
Основные причины, по которым меняются пружины подвески автомобиля:
— При визуально установленной коррозии на поверхности детали;
— При повреждении металла детали, которая четко просматривается визуально;
— При снижении дорожного просвета машины;
— При неравномерном горизонте автомобиля, который отражается в разнице высоты передней и задней частей транспортного средства.
Видео обзор: «Что такое пружины подвески автомобиля. Особенности, для чего нужны и когда менять»
Почему лопнула пружина на автомобиле: причины, признаки и последствия
Как старые пружины могут быстро «убить» амортизаторы и подвеску: обзор и решение проблемы
А знаете ли вы, что автомобилисты все чаще сталкиваются с одной крайне интересной проблемой, которую не только непросто идентифицировать во время проведения технического осмотра, но даже не всегда возможно почувствовать после непосредственной поломки? Что это за неполадка такая своеобразная? Наверное, она происходит в очень небольшой и маловажной системе автомобиля. Ну, если только считать, что пружины автомобиля – это незначительная и маловажная деталь.
Да, как оказывается, все чаще владельцы старых автомобилей сталкиваются с поломками пружин подвески своих машин. Но это только одна сторона проблемы. Согласно второй – уже нередки случаи поломки пружин на относительно свежих автомобилях, буквально через несколько лет после выезда автомобиля за пределы заводских ворот. Причем первые признаки начинающейся эпидемии поломок обнаружились в относительно благополучной по качеству дорог Европе. В частности, проблема наблюдается в Польше.
Так что происходит с одним из главных элементов подвески? Но прежде чем ответить на этот вопрос, сперва быстро вспомним, что такое автомобильная пружина и зачем она нужна.
Пружины играют очень важную роль в подвеске, ведь речь идет о подавлении ударов и перегрузок, вызываемых перемещением неподрессоренных масс (колес, тормозов, элементов подвески), то есть об обеспечении комфорта во время вождения, безопасности и сохранении заданного клиренса под днищем транспортного средства.
Пружины также уменьшают силы, действующие на подвеску. Без пружин автомобилем вообще невозможно было бы управлять. Например, без амортизаторов худо-бедно потихоньку ехать можно, но без пружин этого сделать практически нереально! Почему же о таком важном элементе так мало говорят в обзорах? Почему не уделяют ему должного внимания?
Все достаточно прозаично. Первое: поскольку витые элементы не требуют технического обслуживания, они очень медленно изнашиваются, и до тех пор, пока не произойдет механическое, и очень значительное повреждение, водителю будет тяжело почувствовать разницу при движении между новой и проехавшей сотню-другую тысяч километров пружиной.
Да, автомобиль будет медленно терять все это время дорожный просвет, но в этом как бы и вся разница. Каких-либо механических ухудшений в управляемости вы вряд ли почувствуете.
Бирка подскажет вам, что эти пружины стоят на автомобиле с самого начала
Но что интереснее, даже растрескивание мотков пружины не способно вызвать больших осложнений в управляемости автомобилем, поскольку обычно повреждение происходит в самом конце обмотки, в месте крепежа пружины к кузову или подвеске, так называемом гнезде пружины.
Кроме того, длина самой пружины существенно не изменяется даже после поломки до тех пор, пока обе части пружины не сместятся относительно друг друга. Только после этого высота одного из колес слегка падает, что, впрочем, также может остаться незамечено автомобилистом.
Почему пружины ломаются, симптомы поломки?
На вид пружина была практически новой
Рабочую среду пружины подвески можно назвать сложной, поэтому во время эксплуатации легко повредить защитное покрытие витого тела элемента и раскрыть сталь, которая очень быстро может начать корродировать под воздействием солей. Но больше всего пружинящий элемент страдает зимой, когда вода, соль и песок попадают между витками, что приводит к его повреждению.
Типичные симптомы сломанной пружины подвески:
Нерегулярный стук и вибрация на неровностях;
Характерные глухие удары при сильном повороте колес или интенсивном торможении;
Наблюдается разница в высоте машины по продольной оси (левая сторона выше правой, и наоборот) или между передней и задней частями;
Сильные крены при движении и торможении
По какой причине пружинам может потребоваться замена?
Если вы купили автомобиль, на котором стоят пружины отличного от черного цвета, то вам, вероятно, придется распрощаться с этим тюнингом. Скорее всего, что после их замены на стандартные элементы автомобиль станет более комфортным, а амортизаторы прослужат дольше.
Евгений Ломарев, сотрудник автосервиса «ИИ-Engineering Auto», дает следующие полезные советы:
«Если вашему автомобилю 10 лет и более, желательно поставить на него новые пружины по кругу. Это советуют делать многие автомеханики, и я не исключение. Дело в том, что со временем происходит деформация спиралей, в металле накапливается усталость, происходит проседание пружин или иная необратимая деградация. Со временем ухудшается не только комфорт, но и безопасность поездок, колеса перестают быстро возвращаться к опорной поверхности (дорожному покрытию)».
Также специалист уверяет, что важно помнить и о проблемах, связанных с превышением максимальной нагрузки на автомобили и среде их эксплуатации. Хоть хронический перегруз и способен быстро вывести пружины из строя, езда по плохим и разбитым дорогам также, скорее всего, потребует списать пружины гораздо раньше запланированного срока. В худших случаях пружинам придет конец за 3-5 лет при небольших пробегах.
«Рекомендуется заменять пружины каждую вторую замену амортизаторов – 80-100 тыс. км. Иными словами, на 4-5-летнем автомобиле со среднестатистическим пробегом 20 тыс. км в год пружины в идеале должны быть заменены (один раз), как и амортизаторы, (дважды).
Впрочем, всегда есть исключения из правил, и у аккуратных водителей, которые не эксплуатируют автомобиль зимой или в снежную погоду (например, на юге страны), а также ездят по неразбитому асфальту, эти элементы подвески могут ходить без поломок куда как дольше.
Но не забывайте каждые 15-20 тысяч. км пробега уделять внимание подвеске автомобиля, проверяя ее состояние».
Евгений также поделился еще одним интересным наблюдением. Как оказалось, запчасти, ставящиеся на новый автомобиль на конвейере, ходят при нормальной эксплуатации без ДТП в основном значительно дольше даже дорогих аналогов, устанавливаемых автомобилистами на свои машины при замене. Возможно, этому есть объяснение: на производстве ставят более качественные детали?
На практике автомобили ездят на «убитых» пружинах по 200-250 тысяч км. При этом автомобилисты даже не подозревают, что просевшие пружины просто уничтожают нежные амортизаторы, выводя их из строя в 2-3 раза быстрее!
Пружины также стоит поменять на новые даже в тех случаях, когда невооруженным глазом на них видна сильная коррозия. Вообще, это частое явление и одна из самых популярных причин появления трещин. Чаще пружины ломаются только из-за низкого качества продукции или при покупке подделок. Поэтому их лучше покупать у известных компаний.
Нужно ли менять пружины комплектом на все колеса?
Вспоротое обломком пружины колесо
На этот вопрос нельзя ответить однозначно. С одной стороны, многие специалисты рекомендуют к замене весь комплект пружин по кругу. С другой стороны, если вы владелец переднеприводного автомобиля, то скорее задние пружины и амортизаторы вашего авто будут жить в 1.5-2 раза дольше, чем передние элементы. На них попросту нагрузка будет меньше. А значит, если пружины не ржавые, зачем менять их на новые? Достаточно поменять передние и ездить дальше!
Впрочем, чтобы это определить, необходимо заехать на СТО и детально изучить подвеску. Может, кажущаяся благополучной пружина уже лопнула и это действительно эпидемия.
Элементы автомобильных подвесок, упругие элементы и амортизаторы. Часть 4
Продолжим разбираться с составляющими автомобильных подвесок. До этого мы изучали неподрессоренные элементы, то есть те железяки, которые жестко прикручены к колесам, и чей вес не лежит на упругих деталях. Вес этих всех железяк называется неподрессоренной массой. А вот на упругих элементах лежит масса подрессоренная, к ней относится все то, на что воздействие от колес передается через упругий элемент. К таким элементам относятся рессоры, витые пружины, торсионы, пневмобаллоны, гидропневматические стойки и некоторые экзотические приблуды)
Эта характеристика зависит от таких параметров, как диаметр пружины, шаг и толщина прутка, проще понять из картинки)
Из вышеприведенной картинки, напрашивается вывод, что комбинируя эти параметры можно делать пружины с нелинейными характеристиками, ибо мы можем сделать переменным как шаг, так и диаметр с толщиной прутка, а можем и все вместе) Как например в пружинах мини-блок, или в народе бочкообразных.
Такие пружины имеют прогрессивную характеристику и при этом, компактный размер, в ней сочетаются сразу три переменных параметра.
Также часто используются пружины с переменным шагом, с плавным или резким изменением.
Используются они в основном в автоспорте. Переход шага пружины задает кривую прогрессивной характеристики. Делается это для того, чтобы сохранить мягкость пружины на малых ходах и увеличить жесткость на больших ходах подвески и увеличенной нагрузке на колесо, например в повороте для уменьшения крена. При увеличении нагрузки участок пружины с малым шагом смыкается и в работе остается участок с бОльшим шагом и бОльшей жесткостью.
Кроме того, пружины могут иметь и изогнутую форму, если того требуют геометрические параметры подвески
Торсионы получили широкое распространение в технике с повышенной проходимостью и грузоподъемностью, обусловлено это тем, что с таким типом упругого элемента возможно создать подвеску с очень большим ходом, и при этом с линейной характеристикой, также торсион не занимает места в вертикальной плоскости и его возможно полностью поместить в корпус транспортного средства, защитив от неблагоприятного воздействия, как это делают в гусеничной технике
Также торсионы любят прикручивать французы в задней подвеске маленьких грузовичков
Кроме того, нельзя не упомянуть наш любимый запорожец 968 и его модификации, с передней торсионной подвеской на балансирах, пошти как у танка!
Далее продолжим с пневматическими упругими элементами.
Пневморессора, это упругий элемент подвески, представляющий из себя резиновый рукав, заполненный воздухом под давлением, его еще именуют пневмоподушкой, сильфоном и тп, конструкции бывают разными.
Например, самые примитивные пневмоподушки, которые устанавливаются вместо пружин, бывают одно и многосекционными
Также му можем встретить пневмобаллоны рукавного типа, они уже в основном используются в заводских решениях и в том числе на тяжелой технике, такой, как магистральные тягачи и прицепы
Также рукавный тип может быть объединен с амортизатором в единую стойку, что часто встречается в легковых автомобилях
Все это позволяет «на лету» подгонять жесткость упругих элементов под требуемую, и автомобиль всегда сохраняет максимальную плавность хода, хоть пустой, хоть полностью загруженный, кроме того это свойство оказывается сильно востребовано на автомобилях, чья масса постоянно изменяется, это автобусы и тяжелые грузовые автомобили. Как бонус, вместе с жесткостью, возможно изменять и величину дорожного просвета.
В минусы можно записать только наличие обслуживающей работу подвески пневмосистемы, в которой присутствуют компрессор, пневмомагистрали, ресиверы, блоки клапанов, датчики положения подвески, контроллеры. Отсюда вытекает высокая стоимость таких систем, и в бюджетных автомобилях она не встречается.
Думаю многие уже догадались о том, какая это крутая штука) А крутость ее заключается в том, что мы можем в неограниченных пределах изменять такой важный параметр, как характеристика упругости, делая кривую какой угодно формы, изменяя сечение канала, соединяющего гидроцилиндр со сферой, также мы можем вообще отключить демпфирующий элемент, превратив его в лом, и это помимо всех остальных достоинств, присущих пневмоподвеске, то есть изменение жесткости и дорожного просвета. И это еще не все, как многие уже заметили, в данных подвесках отсутствуем амортизатор, просто за его ненадобностью, с его обязанностями прекрасно справляется дросселирование рабочей жидкости управляемым клапаном, благодаря чему мы контролируем и характеристики гасящей системы.
Конструкцию и внутренний мир комбинированного элемента подвески ситроен С5 видно на картинке
И на данный момент этот тип подвески лучший, из тех, что можно найти в автомобиле. Об этом в том числе говорит и тот факт, что рекордсменом скорости в «Лосином тесте» до сих пор является ситроен Ксантия с интеллектуальным гидрактивом, который поставил рекорд в 85кмч еще в 1999 году, и который до сих пор не превзошли ни порше, ни феррари, ни теслы, ни кто-либо еще. Предыдущий рекорд держался из 80-х и был поставлен феррари тестаросса, и это было 80кмч, а ксантия является очень комфортным автомобилем, не высыпающим позвоночник в трусы.
Единственный действующий прототип таких упругих элементов сделала в 90-х компания Bose. Чисто теоретически данная подвеска дает нам вообще полный контроль над всеми параметрами упругого элемента, так как представляет из себя линейный электромотор. Автомобиль с такими упругими элементами может полностью нивелировать крены в поворотах, изменять дорожный просвет, поднять одно колесо и даже перепрыгнуть препятствие, однако дальше прототипа дело не пошло, лично я думаю, что дело оказалось в очень толстых пожеланиях компании на патент своего изобретения. Так как заявленные параметры по надежности и электропотреблению делают такую подвеску не дороже гидрактива, ну или кто-то а ТТХ написал неправду. Видео с тойотой краун, оснащенной электромагнитными стойками Bose широко распространено в интернете, здесь-же лимит на картинки исчерпан. Могу только поделиться ссылкой
В следующей части перейдем к гасящим элементам, и наконец начнем рассматривать различные типы подвесок.
Пишу медленно, но этот цикл допишу до конца. Он наверно будет последним) Пикабу перестал быть познавательным и перешел в категорию ЯПа. Но раз люди подписались, и кому-то нравится, обязан дописать! Спасибо за внимание!