Подвеска автомобиля
С момента появления колеса появилась проблема, как это колесо крепить к телеге. В древние времена она была быстро решена, дыркой в центре колесо одевалось на деревянную ось которая крепилась или сбоку телеги или по ширине телеги и шла к другому колесу. А чтоб колесо не слетало, в ось перпендикулярно вбивался клинок. Так появилась первая подвеска, конечно же зависимая. Хотя назвать это подвеской можно с натяжкой, так как она не имела демпфирующих элементов. Да и зачем они были во времена когда максимальная скорость перемещения грузов едва ли превышала 5км в час.
Времена шли, скорости росли а попы становились нежнее и чувствительнее, и мне почему-то кажется что впервые, инициация мысли о подвеске произошла не в голове… Первые придумавшие подложили под зад подушку и забыли. Но инженерная мысль не потухла на подушке, она простиралась за пределы тела, и думала о снижении вибрационных нагрузок на всю перемещаемую конструкцию, только так можно было существенно продлить срок службы этой конструкции, и сохранить в целостности не только тела, но и вещи её перевозимые. Тогда то и появилась первая конструкция зависимой подвески – ременная. Кузова карет европейской знати подвешивали кожаными ремнями к осям с колёсами. В итоге зады знати страдать перестали, но кареты болтало так, что страдать стали желудки. Результат не заставил долго ждать, и в таких каретах стали ставить ёмкость для утешения желудка в дороге. В конце 17го века появились рессорные зависимые подвески, а в начале 18го зависимые пружинные. Но они всё же имели существенные недостатки, такие как огромные продольные раскачки, которые ничем не гасились. Первые автомобили конструкцией подвески, да и кузова, полностью полагались на опыт эксплуатации карет. Но вскоре стало понятно, что от карет перенять больше нечего, а имеющееся не подходит, нужны конструкции более стабильные, с лучшими кинематическими характеристиками, способные держать автомобиль на дороге при больших скоростях и массах. Очевидно, что существующие конструкции подвесок с этим никак не справлялись. В итоге появились более современные конструкции подвесок.

характеристики подвески

Появление новых конструкций подвесок было обусловлено растущими скоростями и мощностями. И с того момента, конструкция подвески получила 3 основных элемента используемых и по сей день. Это направляющие элементы, упругие элементы и амортизаторы. Задача направляющих элементов – задание характера перемещения колёс, их связи с кузовом и передача продольных и поперечных сил и их моментов. Задача упругих элементов – восприятие и гашение ударных нагрузок действующих по вертикали. Амортизаторы же сглаживают возникающие в системе из упругих, направляющих элементов и кузова колебания. Впервые все три основных элемента были применены конечно же на зависимой подвеске. Но зависимые подвески не подходили для быстрых автомобилей, так как их характеристики существенно изменялись при прохождении поворотов и проезде неровностей. И для быстрых автомобилей пришлось придумать и сделать независимую подвеску на все 4 колеса. К тому же она должна была сохранять установленные заводом параметры в любых режимах эксплуатации.
И так, рассмотрим основные параметры и их влияние на поведение автомобиля.
Для управляемой оси это будут: 1 – Плечо обката, 2 – Кастор, 3 – Развал, 4 – Схождение. Для неуправляемой оси это только развал и угол движения. Но не забудем и о взаимодействующих параметрах подвесок: А – колея, Б – колёсная база.
1: Плечо обката расстояние между вертикальной осью проведённой через плоскость и центр вращения колеса в середине пятна контакта и осью проведённой по оси поворота колеса измеренное на уровне земли. Что же влияет на этот параметр – конструкция подвески, размещение элементов подвески, и конечно же Вылет колёсного диска, Наружный диаметр колеса, Ширина колеса. А вот на что влияет сам этот параметр? При большом положительном касторе очень сильно падает усилие на руле, так как колесо катится по окружности вокруг оси поворота, а не стоит на месте. Естественно, что катится оно, удерживаясь на вполне реальном рычаге зацепленном на оси поворота. С одной стороны это очень удобно при парковке, но на скорости, при проезде неровностей, колесо цепляясь за них, стремится вырвать руль из рук. То же происходит и при проколе колеса или отказе тормозов одного из колёс. В этих случаях поведение автомобиля становится очень нестабильно и усилия на руле резко возрастают. Так же, руль начинает вырываться из рук когда автомобиль с положительным плечом обката въезжает одним боком на грунтовую обочину, вторым оставаясь на асфальте. При нулевом плече обката усилие на руле в описанной ситуации возрастает только за счёт момента и не тянется дополнительно создаваемым сопротивлением качению. При отрицательном плече обката, момент сил стремится повернуть колесо в сторону большего сопротивления, а силы возникающие из-за сопротивления стремятся повернуть колесо в другую в сторону большего схождения, и если схождение задано верно, то они друг друга компенсируют, и усилие на руле не изменяется, он не рвётся из рук. Но отрицательное плечо обката не подходит для всех автомобилей, так как нарушает весовую стабилизацию колеса в движении.
2: Кастор – Угол между вертикалью проведенной через центр оси колеса и осью поворота колеса измеренный в продольном направлении. Что на него влияет – конструкция подвески, Относительные наружные диаметры переднего и заднего колеса, изменение просвета под задней и передней осями. А сам этот параметр влияет вот как – положительный кастор создаёт эффект динамической стабилизации колеса, оно стремится при вращении занять траекторию прямолинейного движения даже несмотря на внешние возмущения. Кастор равный нулю – колесо не дестабилизируется при вращении и отсутствии возмущений, при отрицательном касторе – колесо во время вращения дестабилизируется.
3: Развал – угол наклона плоскости вращения относительно вертикали. На не самых лучших конструкциях подвески применяется для уменьшения значения плеча обката. От чего зависит – конструкции подвески, регулировки подвески. Выбирается так – если при развале равном нулю плечо обката положительное – развал делают положительным и наоборот. Как влияет развал, если не принимать во внимание изменение плеча обката? При положительном развале внешняя часть колеса из-за нагрузки имеет меньший наружный диаметр чем внутренняя, поэтому колёса разных сторон автомобиля напоминают в этом случае усечённые конусы расположенные тонкими концами наружу. В этом случае колёса стараются раскатиться в стороны. При развале равном нулю, характер движения колеса не меняется – прямолинейное движение. В случае отрицательного развала колёса становятся похожими на усечённые конусы расположенные тонкими концами внутрь, и стараются двигаться по пересекающимся траекториям, скатиться под машину.
4: Схождение – угол между плоскостью вращения и осью параллельной продольной оси автомобиля. Что влияет на схождение? На схождение влияет конструкция и регулировка подвески. На что влияет этот параметр? Схождение компенсирует влияние развала. Если схождение положительное – то силы трения возникающие в пятне контакта стремятся повернуть колёса внутрь, а если отрицательное – то наружу. Соответственно положительное схождение компенсирует положительный развал, отрицательное – отрицательный.
Для задней оси начальный развал компенсирует изменение развала при увеличении нагрузки, но может быть и нулевым. А вот угол движения измеренный между продольной осью автомобиля и перпендикуляром к оси задних колёс, определяется только правильностью установки колёс и должен быть равен нулю. Иначе машину будет уводить в сторону противоположную углу движения.
Это всё касалось только угловых характеристик. Кроме них есть ещё другие характеристики: 1 Жёсткость, 2 Ход подвески, 3 Усилие сжатия, 4 Усилие отбоя.
1: Жёсткость – определяется в жёсткостью упругого элемента, на которую накладывается усилие сжатия амортизатора. Жёсткость влияет на сцепление с дорогой. При маленькой жёсткости и высокой скорости сцепление с дорогой будет плохое, из-за того, что колесо будет часто пролетать над поверхностью или разгружаться на мелких неровностях, волнах, колее и тд. При низкой же скорости, для повышения проходимости, жёсткость нужна поменьше, чтобы постоянно сохранять контакт с поверхностью в условиях сложного рельефа.
2: Ход подвески – величина максимального перемещения оси колеса от статического положения в нормальных условиях, до полного сжатия. Для жёстких подвесок достаточно небольших допустимых перемещений, по этому их делают короткохдными, снижая их массу. Для мягких подвесок допустимые ходы должны быть существенно больше, по этому их в основном делают более длинноходными, что увеличивает их массу.
3: Усилие сжатия – сопротивление амортизатора сжатию, чем оно выше – тем жёстче подвеска при тех же упругих эелементах.
4: Усилие отбоя – сопротивление амортизатора растяжению. Чем оно ниже, тем более быстро подвеска принимает исходное положение после наезда на препятствие, но с другой стороны, при проезде ямки, колесо быстрее в неё вскакивает.

На сегодняшний день, наиболее кинематически совершенной является подвеска на двойных поперечных рычагах, длиной и положением которых задаются заводские настройки углов, которые не изменяются при любых режимах эксплуатации. Однако, при независимой подвеске, увеличение нагрузки всегда приводит к расширению колеи. А если эта подвеска на продольных рычагах, аналогия – задний маятник и передняя вилка мотоцикла, то при нагрузках изменяется колёсная база. А теперь поговорим немного о тюнинге, на свои машины многие ставят «неродные» диски, при этом забывая не только о центровочных кольцах для правильной посадки на ступицу и центровки по ступице, но ещё и не обращая внимания на вылет, ширину и диаметр, а иногда и ставят проставки для расширения колеи. Потом обувают это в более широкую резину с большим наружным диаметром и удивляются, почему машина стала неуправляемой и нестабильной. Но мы теперь точно знаем, что это изменит плечо обката, которое нужно будет компенсировать регулировкой развала, а изменившийся развал компенсировать схождением. Но не факт что пределов регулировки для этого хватит. Иногда слишком поднимают заднюю подвеску на заднеприводных авто, для изменения развесовки по осям в пользу лучшего старта, забывая, что кастор может стать нулевым или даже отрицательным. При переделке «под драгстер» на заднюю ось ставят колёса увеличенного диаметра и ширины, для увеличения пятна контакта, что так же негативно сказывается на касторе, регулировки которого могут как максимум скомпенсировать естественный износ деталей, но их может и не быть. Плюс ко всему, при «неродных» дисках с неверными параметрами, изменяются рычаги нагрузок на детали подвески, и они раньше приходят в негодность. По этому, любой тюнинг нужно делать грамотно.
А теперь коротко о том, как и зачем регулировать жёсткость, сжатие и отбой. Если мы хотим получить вездеход – нам в помощь мягкая зависимая подвеска, со слабым усилием сжатия и почти отсутствующим усилием отбоя. Если нам нужна быстрая машина – подвеску пожёстче, усилие сжатия увеличиваем так, чтоб оно не сильно воспринимало «дорожную мелочь» но противостояло кренам и раскачкам, при этом, отбой не должен быстро реагировать на ямки, но должен быстро возвращать колесо на асфальт. И конечно же лучше всего под это дело подойдут подвески на двойных поперечных рычагах установленные на все 4 колеса. И в идеале – иметь прогрессивную характеристику сжатия упругого элемента, который при большем сжатии сопротивлялся бы сжатию не линейно а например квадратично.