Когда люди думают о производительности автомобиля, они обычно думают о лошадиных силах, крутящем моменте и ускорении от нуля до -60. Но вся мощность, вырабатываемая поршневым двигателем, бесполезна, если водитель не может управлять автомобилем. Вот почему инженеры-автомобилестроители обратили свое внимание на систему подвески почти сразу же, как только освоили четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.
Работа автомобильной подвески заключается в максимизации трения между шинами и дорожным покрытием, обеспечении устойчивости рулевого управления с хорошей управляемостью и обеспечении комфорта пассажиров. В этой статье мы рассмотрим, как работают автомобильные подвески, как они развивались на протяжении многих лет и в каком направлении будет развиваться конструкция подвесок в будущем.
Если бы дорога была идеально ровной, без неровностей, подвески были бы не нужны. Но дороги далеки от ровной. Даже недавно заасфальтированные шоссе имеют едва заметные несовершенства, которые могут взаимодействовать с колесами автомобиля. Именно эти несовершенства прикладывают силы к колесам. Согласно законам движения Ньютона, все силы имеют каквеличинаинаправление. Неровность на дороге заставляет колесо двигаться вверх и вниз перпендикулярно поверхности дороги. Величина, конечно, зависит от того, ударяется ли колесо о гигантскую неровность или крошечную пятнышко. В любом случае колесо автомобиля испытываетвертикальное ускорениекак будто он проходит над несовершенством.
Подвеска вашего автомобиля увеличивает трение между шинами и дорогой и обеспечивает устойчивость рулевого управления.
Без промежуточной структуры вся вертикальная энергия колеса передается раме, которая движется в том же направлении. В такой ситуации шины могут полностью потерять контакт с дорогой. Затем под действием направленной вниз силы тяжести шины могут удариться обратно о поверхность дороги. Вам нужна система, которая будет поглощать энергию вертикально ускоренного колеса, позволяя раме и кузову двигаться спокойно, пока шины следуют за неровностями дороги.
Изучение сил, действующих на движущийся автомобиль, называетсядинамика транспортного средства, и вам нужно понять некоторые из этих концепций, чтобы оценить, почему подвеска необходима в первую очередь. Большинство автомобильных инженеров рассматривают динамику движущегося автомобиля с двух точек зрения:
Поездка: способность автомобиля сглаживать неровности дороги
Умение обращаться: способность автомобиля безопасно разгоняться, тормозить и поворачивать
Эти две характеристики можно более подробно описать в трех важных принципах:изоляция дороги, держание дорогииповоротВ таблице ниже описаны эти принципы и то, как инженеры пытаются решить проблемы, уникальные для каждого из них.
Подвеска автомобиля с ее различными компонентами обеспечивает все описанные решения.
Давайте рассмотрим детали типичной подвески, начиная с общей картины шасси и заканчивая отдельными компонентами, из которых состоит сама подвеска.
Содержание
Детали подвески автомобиля
Демпферы: Амортизаторы
Амортизаторы: стойки и стабилизаторы поперечной устойчивости
Тип подвески: Передняя
Тип подвески: Задняя
Специализированные подвески: Baja Bug
Специализированные подвески: гонщики Формулы-1
Специализированные подвески: Hot Rods
Детали подвески автомобиля
Подвеска автомобиля на самом деле является частью шасси, которое включает в себя все важные системы, расположенные под кузовом автомобиля. Эти системы включают в себя:
Theрамка: структурный, несущий нагрузку компонент, который поддерживает двигатель и кузов автомобиля, которые в свою очередь поддерживаются подвеской
Theсистема подвески: конструкция, которая поддерживает вес, поглощает и гасит удары, а также помогает поддерживать контакт шин с дорогой
Theсистема рулевого управления: механизм, позволяющий водителю управлять и направлять транспортное средство
Theшины и диски: компоненты, которые обеспечивают движение транспортного средства за счет сцепления и/или трения с дорогой
Таким образом, подвеска — это лишь одна из основных систем любого транспортного средства.
Имея в виду этот общий обзор, пришло время рассмотреть три основных компонента любой подвески: пружины, амортизаторы и стабилизаторы поперечной устойчивости.
Современные пружинные системы основаны на одной из четырех основных конструкций:
Спиральные пружиныявляются наиболее распространенным типом пружины и, по сути, являются сверхпрочным торсионным стержнем, намотанным вокруг оси. Спиральные пружины сжимаются и расширяются, поглощая движение колес.
Листовые рессорысостоят из нескольких слоев металла (называемых «листьями»), соединенных вместе, чтобы действовать как единое целое. Листовые рессоры впервые были использованы в конных экипажах и встречались в большинстве американских автомобилей до 1985 года. Они все еще используются сегодня в большинстве грузовиков и большегрузных транспортных средств.
Торсионные стержнииспользуют скручивающие свойства стального стержня, чтобы обеспечить производительность, подобную пружине. Вот как они работают: один конец стержня закреплен на раме транспортного средства. Другой конец прикреплен к поперечному рычагу, который действует как рычаг, который движется перпендикулярно торсиону. Когда колесо наезжает на неровность, вертикальное движение передается на поперечный рычаг, а затем, через рычажное действие, на торсион. Затем торсион скручивается вдоль своей оси, обеспечивая силу пружины. Европейские автопроизводители широко использовали эту систему, как и Packard и Chrysler в Соединенных Штатах, в 1950-х и 1960-х годах.
Воздушные рессорысостоят из цилиндрической камеры воздуха, расположенной между колесом и кузовом автомобиля, и используют компрессионные свойства воздуха для поглощения вибраций колеса. Эта технология используется во многих современных автомобилях класса люкс, но на самом деле эта концепция существует уже более века и ее можно было встретить на конных повозках. Пневморессоры той эпохи изготавливались из заполненных воздухом кожаных диафрагм, очень похожих на сильфоны; в 1930-х годах их заменили на формованные резиновые пневморессоры.
Основываясь на том, где в автомобиле расположены пружины, т. е. между колесами и рамой, инженерам часто удобно говорить оподрессоренная массаинеподрессоренная масса.
Theподрессоренная массаэто масса транспортного средства, поддерживаемая пружинами, в то время какнеподрессоренная массав общих чертах определяется как масса между дорогой и пружинами подвески. Жесткость пружин влияет на то, как подрессоренная масса реагирует во время движения автомобиля. Автомобили со слабой подвеской, такие как автомобили класса люкс (например, Mercedes-Benz C-Class), могут поглощать неровности и обеспечивать сверхплавную езду; однако такой автомобиль склонен нырять и приседать во время торможения и ускорения и имеет тенденцию испытывать раскачивание или крен кузова во время поворотов. Автомобили с жесткой подвеской, такие как спортивные автомобили (например, Mazda Miata MX-5), менее снисходительны на неровных дорогах, но они хорошо минимизируют движение кузова, что означает, что на них можно ездить агрессивно, даже на поворотах.
Итак, хотя пружины сами по себе кажутся простыми устройствами, их проектирование и внедрение в автомобиль для баланса комфорта пассажиров с управляемостью — сложная задача. И чтобы сделать ситуацию еще сложнее, пружины сами по себе не могут обеспечить идеально плавную езду. Почему? Потому что пружины отлично поглощают энергию, но не так хороши врассеиваниеДругие структуры, известные какдемпферы, обязаны это сделать.
