.png/1280px-Suspension_System_(PSF).png)
Подвеска — это система шин , пневматических шин, пружин , амортизаторов и рычагов , которая соединяет транспортное средство с его колесами и обеспечивает относительное движение между ними. [1] Системы подвески должны обеспечивать устойчивость дороги/ управляемость и качество езды , [2] которые противоречат друг другу. Тюнинг подвесок предполагает поиск правильного компромисса. Для подвески важно максимально удерживать опорное колесо в контакте с поверхностью дороги, поскольку все силы дороги или грунта, действующие на транспортное средство, действуют через пятна контакта шин . Подвеска также защищает сам автомобиль и любой груз или багаж от повреждений и износа. Конструкция передней и задней подвески автомобиля может быть разной.
Ранняя форма подвески повозок, запряженных волами , заключалась в том, чтобы платформа качалась на железных цепях, прикрепленных к колесной раме повозки. Эта система оставалась основой для большинства систем подвески до начала 19 века, хотя к 17 веку железные цепи были заменены кожаными ремнями, называемыми капитальными скобами. Ни в одном современном автомобиле не использовалась система подвески с брекетами.
Примерно к 1750 году листовые рессоры начали появляться на некоторых типах экипажей, таких как Ландау . [3]
К середине XIX века эллиптические рессоры, возможно, начнут дополнительно использовать в экипажах.
.JPG/1280px-'24_Ford_Model_T_(Auto_classique_Ste-Rose_'11).JPG)
Первоначально автомобили разрабатывались как самоходные варианты гужевого транспорта. Однако конные повозки были рассчитаны на относительно низкие скорости, а их подвеска плохо приспособлена для более высоких скоростей, допускаемых двигателем внутреннего сгорания.
Создание первой работоспособной рессорной подвески потребовало передовых металлургических знаний и навыков и стало возможным только с приходом индустриализации . Обадия Эллиот зарегистрировал первый патент на автомобиль с рессорной подвеской; каждое колесо имело по две прочные стальные листовые рессоры с каждой стороны, а корпус кареты крепился непосредственно к рессорам, которые крепились к осям . В течение десятилетия большинство британских конных экипажей были оснащены рессорами; деревянные рессоры в случае легких однолошадных повозок во избежание налогообложения и стальные рессоры в более крупных транспортных средствах. Они часто изготавливались из низкоуглеродистой стали и обычно имели форму многослойных листовых рессор. [4]
Листовые рессоры существовали со времен ранних египтян . Древние военные инженеры использовали листовые рессоры в форме луков для приведения в действие своих осадных машин , но поначалу без особого успеха. Использование листовых рессор в катапультах позже было усовершенствовано и спустя годы внедрено в работу. Пружины были не только металлическими; В качестве пружины можно использовать крепкую ветку дерева, например, для лука. Эта система использовалась в конных экипажах и Ford Model T , и она до сих пор используется в более крупных транспортных средствах, в основном установленных в задней подвеске. [5]
Листовые рессоры были первой современной системой подвески и, наряду с достижениями в строительстве дорог , ознаменовали величайшее усовершенствование дорожного транспорта до появления автомобилей . [6] Британские стальные пружины не очень подходили для использования на неровных дорогах Америки того времени, поэтому компания Abbot-Downing из Конкорда, штат Нью-Гемпшир , вновь представила подвеску с кожаным ремнем, которая давала раскачивающее движение вместо тряска рессорной подвески вверх-вниз.
В 1901 году Морс из Парижа впервые оснастил автомобиль амортизаторами . Благодаря демпфированной системе подвески на своей «Машине Морса» Анри Фурнье выиграл престижную гонку Париж-Берлин 20 июня 1901 года. Лучшее время Фурнье составило 11 часов 46 минут 10 секунд, а лучшим конкурентом был Леонс Жирардо в Панара со временем 12 часов 15 минут 40 секунд. [7]
Винтовые пружины впервые появились на серийном автомобиле в 1906 году в модели Brush Runabout производства компании Brush Motor Company. Сегодня винтовые пружины используются в большинстве автомобилей.
В 1920 году компания Leyland Motors использовала в системе подвески торсионы .
В 1922 году независимая передняя подвеска была впервые применена на Lancia Lambda , а с 1932 года она стала более распространенной в автомобилях массового рынка. [8] Сегодня большинство автомобилей имеют независимую подвеску на всех четырех колесах.
Часть, на которой до 1950 года поддерживались пружины, называется тупым железом .
В 2002 году Малкольм К. Смит изобрел новый компонент пассивной подвески — инертатор . Это позволяет увеличить эффективную инерцию подвески колес с помощью маховика с зубчатой передачей, но без значительного увеличения массы. Первоначально он тайно использовался в Формуле-1 , но с тех пор распространился и на более широкий автоспорт.
В переднеприводных автомобилях задняя подвеска имеет мало ограничений, используются различные балочные мосты и независимые подвески . Для заднеприводных автомобилей задняя подвеска имеет множество ограничений, и разработка более совершенной, но более дорогой схемы независимой подвески была затруднена. [ нужна цитата ]
Модель Т Генри Форда использовала торсионную трубку для ограничения этой силы, поскольку его дифференциал был прикреплен к шасси с помощью боковой листовой рессоры и двух узких стержней. Торсионная трубка окружала настоящий карданный вал и оказывала давление на его шаровой шарнир в крайней задней части трансмиссии, который был прикреплен к двигателю. Подобный метод использовался в конце 1930-х годов компанией Buick и автомобилем - ванной Hudson в 1948 году, в котором использовались винтовые пружины, которые не могли воспринимать продольную тягу.
Привод Hotchkiss , изобретенный Альбертом Hotchkiss, был самой популярной системой задней подвески, использовавшейся в американских автомобилях с 1930-х по 1970-е годы. В системе используются продольные листовые рессоры, прикрепленные как спереди, так и позади дифференциала ведущего моста . Эти пружины передают крутящий момент на раму. Хотя многие европейские автопроизводители того времени презирали его, американские автопроизводители приняли его, поскольку его производство было недорогим . Кроме того, динамические дефекты этой конструкции были подавлены огромным весом легковых автомобилей в США до внедрения стандарта корпоративной средней экономии топлива (CAFE).
Другой француз изобрел трубку Де Дион , которую иногда называют «полунезависимой». Как и настоящая независимая задняя подвеска, здесь используются два универсальных шарнира или их эквивалент, идущие от центра дифференциала к каждому колесу. Но колеса не могут подниматься и опускаться совершенно независимо друг от друга; они связаны ярмом, который огибает дифференциал, снизу и позади него. Этот метод мало использовался в Соединенных Штатах . Его использование около 1900 года, вероятно, было связано с плохим качеством шин, которые быстро изнашивались. За счет удаления значительной части неподрессоренной массы , как это происходит с независимыми задними подвесками, они продлили свой срок службы. [ нужна цитата ]
Сегодня заднеприводные автомобили часто используют довольно сложную полностью независимую многорычажную подвеску , которая надежно фиксирует задние колеса, обеспечивая при этом достойное качество езды . [ нужна цитата ]
Жесткость пружины (или жесткость подвески) является компонентом, определяющим высоту дорожного просвета автомобиля или его положение в ходе подвески. Когда пружина сжимается или растягивается, сила, которую она оказывает, пропорциональна изменению ее длины. Жесткость или постоянная пружины пружины представляет собой изменение прилагаемой ею силы, разделенное на изменение прогиба пружины. Транспортные средства, которые перевозят тяжелые грузы, часто имеют более тяжелые пружины, чтобы компенсировать дополнительный вес, который в противном случае мог бы свернуть транспортное средство в нижнюю часть его хода (хода). Более тяжелые пружины также используются в высокопроизводительных приложениях, где условия нагрузки более значительны.
Слишком жесткие или слишком мягкие пружины приводят к тому, что подвеска становится неэффективной – главным образом потому, что они не могут должным образом изолировать автомобиль от дороги. Транспортные средства, которые обычно испытывают более высокие нагрузки на подвеску, чем обычно, имеют тяжелые или жесткие пружины, жесткость пружин которых близка к верхнему пределу веса этого автомобиля. Это позволяет транспортному средству правильно работать при большой нагрузке, когда управление ограничено инерцией груза . Езда в пустом грузовике, предназначенном для перевозки грузов, может быть неудобной для пассажиров из-за высокой жесткости пружин по отношению к весу автомобиля. Гоночный автомобиль также можно охарактеризовать как имеющий тяжелые пружины и к тому же он будет неудобно ухабистым. Однако, несмотря на то, что мы говорим, что у них обоих тяжелые пружины, фактические жесткости пружин для гоночного автомобиля массой 2000 фунтов (910 кг) и грузовика массой 10000 фунтов (4500 кг) сильно различаются. Роскошный автомобиль, такси или пассажирский автобус можно охарактеризовать как имеющий мягкие пружины для комфорта пассажиров или водителя. Автомобили с изношенными или поврежденными пружинами ездят ниже к земле, что снижает общую степень сжатия подвески и увеличивает наклон кузова. К автомобилям с высокими характеристиками иногда могут предъявляться требования к жесткости пружин, помимо веса и нагрузки автомобиля.
Жесткость колеса — это эффективная жесткость пружины, измеренная на колесе, а не просто измерение жесткости пружины.
Жесткость колеса обычно равна или значительно меньше жесткости пружины. Обычно пружины устанавливаются на рычагах управления, поворотных рычагах или каком-либо другом поворотном элементе подвески. Рассмотрим приведенный выше пример, где жесткость пружины была рассчитана как 500 фунтов/дюйм (87,5 Н/мм). Если переместить колесо на 1 дюйм (2,5 см) (не перемещая автомобиль), пружина, скорее всего, сожмется. меньшая сумма. Если пружина переместится на 0,75 дюйма (19 мм), соотношение плеч рычага составит 0,75:1. Скорость колеса рассчитывается путем умножения квадрата отношения (0,5625) на жесткость пружины, в результате чего получается 281,25 фунта/дюйм (49,25 Н/мм). Отношение возведено в квадрат, поскольку оно оказывает два влияния на скорость колеса: оно применяется как к силе, так и к пройденному расстоянию.
Скорость колес на независимой подвеске довольно проста. Однако особое внимание следует уделить некоторым ненезависимым конструкциям подвески. Возьмем случай прямой оси. Если смотреть спереди или сзади, скорость вращения колеса можно измерить указанными выше способами. Тем не менее, поскольку колеса не являются независимыми, если смотреть сбоку при ускорении или торможении, точка поворота находится в бесконечности (поскольку оба колеса переместились), а пружина находится прямо на одной линии с пятном контакта колеса. В результате часто эффективная скорость вращения колес при прохождении поворотов отличается от той, которая наблюдается при ускорении и торможении. Это изменение скорости вращения колеса можно свести к минимуму, расположив пружину как можно ближе к колесу.
Скорости колес обычно суммируются и сравниваются с подрессоренной массой автомобиля, чтобы определить «скорость езды» и соответствующую собственную частоту подвески при движении (также называемую «качанием»). Это может быть полезно при создании показателей жесткости подвески и требований к ходу автомобиля.
Скорость крена аналогична скорости езды транспортного средства, но для действий, которые включают боковые ускорения, вызывающие крен подрессоренной массы транспортного средства. Он выражается как крутящий момент на градус крена подрессоренной массы автомобиля. На него влияют такие факторы, как подрессоренная масса автомобиля, ширина гусеницы, высота центра тяжести, жесткость пружин и амортизаторов, высота центра крена спереди и сзади, жесткость стабилизатора поперечной устойчивости, а также давление/конструкция шин. Скорость крена транспортного средства может и обычно различается спереди и сзади, что позволяет настроить транспортное средство для управления в переходных и установившихся режимах. Скорость крена транспортного средства не меняет общую величину переноса веса на транспортное средство, но смещает скорость и процент веса, передаваемого с одной оси на другую ось через шасси транспортного средства. Как правило, чем выше скорость крена на оси транспортного средства, тем быстрее и выше процент передачи веса на эту ось . [ нужна цитата ]
К 2021 году некоторые автомобили предлагали динамическое управление креном , пневматическую подвеску с регулировкой по высоте и адаптивные амортизаторы. [9]
Процент пары кренов — это упрощенный метод описания распределения поперечной нагрузки спереди назад и последующего балансирования. Это эффективная скорость вращения колес по крену каждой оси транспортного средства как отношение к общей скорости крена транспортного средства. Обычно его регулируют с помощью стабилизаторов поперечной устойчивости , но его также можно изменить с помощью различных пружин.
Перенос веса во время поворота, ускорения или торможения обычно рассчитывается для каждого отдельного колеса и сравнивается со статическими весами для тех же колес.
На общую величину переноса веса влияют только четыре фактора: расстояние между центрами колес (колесная база при торможении или ширина колеи при прохождении поворотов), высота центра тяжести, масса транспортного средства, и величина испытанного ускорения.
Скорость, с которой происходит перенос веса, а также через какие компоненты он передается, сложна и определяется многими факторами; включая, помимо прочего: высоту центра крена, жесткость пружин и амортизаторов, жесткость стабилизатора поперечной устойчивости и кинематическую конструкцию рычагов подвески.
В большинстве традиционных применений, когда вес передается через намеренно податливые элементы, такие как пружины, амортизаторы и стабилизаторы поперечной устойчивости, перенос веса называется «эластичным», в то время как вес, который передается через более жесткие звенья подвески, такие как как А-образные рычаги и пальцы ног, называются «геометрическими».
Перенос неподрессоренной массы рассчитывается на основе веса компонентов автомобиля, не поддерживаемых пружинами. Сюда входят шины, колеса, тормоза, шпиндели, половина веса рычага управления и другие компоненты. Далее (для целей расчета) предполагается, что эти компоненты подсоединены к транспортному средству с нулевой подрессоренной массой. Затем они подвергаются таким же динамическим нагрузкам.
Перенос веса при прохождении поворотов спереди будет равен общему весу неподрессоренной передней части, умноженному на силу перегрузки, умноженную на высоту переднего неподрессоренного центра тяжести, разделенную на ширину передней колеи. То же самое справедливо и для задней части.
Перенос веса на подрессоренную часть — это вес, передаваемый только за счет веса автомобиля, опирающегося на его пружины, а не за счет общего веса автомобиля. Для этого необходимо знать подрессоренную массу автомобиля (общий вес за вычетом неподрессоренной массы), высоту переднего и заднего центра крена, а также высоту подрессоренного центра тяжести (используется для расчета длины рычага момента крена). Для расчета переноса веса передней и задней подрессоренной части также потребуется знать процентное соотношение пары кренов.
Ось крена — это линия, проходящая через передний и задний центры крена, по которой автомобиль катится во время поворота. Расстояние от этой оси до высоты центра тяжести подрессоренной части и есть длина плеча момента крена. Общая передача подрессоренной массы равна произведению силы перегрузки на подрессоренную массу, умноженной на длину рычага момента крена, деленную на эффективную ширину гусеницы. Перенос веса передней подрессоренной части рассчитывается путем умножения процента пары валков на общий перенос веса подрессоренной части. Задняя — это сумма минус передняя передача.
Подъемные силы представляют собой сумму компонентов вертикальной силы, испытываемых тягами подвески. Результирующая сила поднимает подрессоренную массу, если центр крена находится над землей, или сжимает ее, если под землей. Как правило, чем выше центр крена , тем больше испытываемая сила домкрата.
Ход — это мера расстояния от нижней точки хода подвески (например, когда автомобиль стоит на домкрате, а колесо свободно висит) до верхней точки хода подвески (например, когда колесо автомобиля больше не может двигаться в вверх по направлению к автомобилю). Опускание или поднятие колеса может вызвать серьезные проблемы с управлением или напрямую привести к повреждению. «Проседание дна» может быть вызвано тем, что подвеске, шинам, крыльям и т. д. не хватает места для движения, либо кузов или другие компоненты автомобиля вылетают на дорогу. Проблемы с управлением, вызванные подъемом колеса, менее серьезны, если колесо поднимается, когда пружина достигает своей ненагруженной формы, чем если ход ограничен контактом элементов подвески (см. Triumph TR3B ).
Многие внедорожники , такие как гонщики по пустыне, используют ремни, называемые «ограничивающими ремнями», чтобы ограничить ход подвески вниз до точки, находящейся в безопасных пределах для рычажных механизмов и амортизаторов. Это необходимо, поскольку эти грузовики предназначены для передвижения по очень пересеченной местности на высоких скоростях, а иногда даже поднимаются в воздух. Без чего-либо, ограничивающего ход, втулки подвески будут принимать на себя всю силу, когда подвеска достигнет «полного провисания», и это может даже привести к выходу винтовых пружин из своих «ковшей», если они удерживаются только силами сжатия. . Ограничительный ремень представляет собой простой ремень, часто из нейлона заданной длины, который останавливает движение вниз в заданной точке до того, как будет достигнут теоретический максимальный ход. Противоположностью этому является «отбойник», который защищает подвеску и автомобиль (а также пассажиров) от резкого «проседания» подвески, вызванного препятствием (или жесткой посадкой), вызывающим срабатывание подвески. из движения вверх, не поглощая полностью энергию удара. Без отбойников автомобиль, который «опускается вниз», будет испытывать очень сильный удар, когда подвеска касается нижней части рамы или кузова, который передается пассажирам, а также каждому разъему и сварке на автомобиле. Заводские автомобили часто оснащены простыми резиновыми выступами, которые поглощают самые сильные нагрузки и изолируют удары. Автомобиль для гонок по пустыне, которому обычно приходится поглощать гораздо более высокие ударные нагрузки, может быть оснащен пневматическими или гидропневматическими отбойниками. По сути, это миниатюрные амортизаторы (демпферы), которые прикреплены к транспортному средству в таком месте, что подвеска соприкасается с концом поршня, когда он приближается к пределу хода вверх. Они поглощают удар гораздо эффективнее, чем твердый резиновый отбойник, что очень важно, потому что резиновый отбойник считается «последним» аварийным изолятором на случай случайного опускания подвески; его совершенно недостаточно, чтобы выдерживать повторяющиеся и тяжелые удары дном, например, при столкновении с высокоскоростным внедорожником.
Демпфирование — это контроль движения или колебаний, как это видно на примере использования гидравлических затворов и клапанов в амортизаторе автомобиля. Это также может меняться, намеренно или непреднамеренно. Как и жесткость пружины, оптимальное демпфирование для комфорта может быть меньше, чем для контроля.
Демпфирование контролирует скорость движения и сопротивление подвески автомобиля. Неамортизированный автомобиль будет раскачиваться вверх и вниз. При правильном уровне демпфирования автомобиль вернется в нормальное состояние за минимальное время. Большую часть демпфирования в современных автомобилях можно контролировать, увеличивая или уменьшая сопротивление потоку жидкости в амортизаторе.
См. зависимые и независимые ниже.Изменение развала из-за хода колес, крена кузова и отклонения или податливости системы подвески. В целом, шина лучше всего изнашивается и тормозит при развале от -1 до -2° от вертикали. В зависимости от шины и дорожного покрытия она может лучше держать дорогу под немного другим углом. Небольшие изменения развала спереди и сзади можно использовать для настройки управляемости. Некоторые гоночные автомобили имеют развал от -2 до -7°, в зависимости от желаемого типа управляемости и конструкции шин. Часто слишком большой развал приводит к снижению эффективности торможения из-за уменьшения размера пятна контакта из-за чрезмерного изменения развала геометрии подвески. Величина изменения развала на неровностях определяется мгновенной длиной поворотного рычага переднего вида (FVSA) геометрии подвески или, другими словами, тенденцией шины прогибаться внутрь при сжатии на неровностях.
Высота центра крена является произведением мгновенной высоты центра подвески и является полезным показателем при анализе эффектов переноса веса, крена кузова и распределения жесткости крена между передней и задней частью. Традиционно распределение жесткости крена настраивается путем регулировки стабилизаторов поперечной устойчивости , а не высоты центра крена (поскольку оба имеют одинаковое влияние на подрессоренную массу), но высота центра крена имеет важное значение при учете величины испытываемых подъемных сил.
В связи с тем, что движение колеса и шины ограничено звеньями подвески автомобиля, движение пакета колес на виде спереди будет описывать в пространстве воображаемую дугу с «мгновенным центром» вращения в любой заданной точке своего пути. . Мгновенный центр любого пакета колес можно найти, проследив по воображаемым линиям, проведенным через звенья подвески, до точки их пересечения.
Компонент вектора силы шины направлен от пятна контакта шины через мгновенный центр. Чем больше этот компонент, тем меньше будет происходить движение подвески. Теоретически, если равнодействующая вертикальной нагрузки на шину и создаваемой ею боковой силы направлена прямо в мгновенный центр, тяги подвески не будут двигаться. В этом случае весь перенос веса на этом конце транспортного средства будет носить геометрический характер. Это ключевая информация, используемая также при определении центра крена на основе силы.
В этом отношении мгновенные центры более важны для управляемости транспортного средства, чем один только кинематический центр крена, поскольку соотношение геометрической и упругой передачи веса определяется силами, действующими на шины, и их направлениями по отношению к положение их соответствующих мгновенных центров.
Анти-ныряние и анти-приседание — это проценты, которые указывают на степень, в которой передняя часть ныряет при торможении, а задняя приседает при ускорении. Их можно рассматривать как эквиваленты торможения и ускорения, а также силы подъема при прохождении поворотов. Основная причина разницы связана с разными целями конструкции передней и задней подвески, тогда как подвеска обычно симметрична между левой и правой частью автомобиля.
Метод определения антиклейка или антиприседания зависит от того, реагируют ли рычаги подвески на момент торможения и ускорения. Например, при внутренних тормозах и задних колесах с полуосным приводом рычаги подвески не реагируют, а при подвесных тормозах и карданной передаче с поворотным мостом — реагируют.
Чтобы определить процент анти-клевывания передней подвески для подвесных тормозов, сначала необходимо определить тангенс угла между линией, проведенной на виде сбоку через пятно передней шины и мгновенный центр передней подвески, и горизонтальной линией. . Кроме того, необходимо знать процент тормозного усилия на передних колесах. Затем умножьте тангенс на процент тормозного усилия передних колес и разделите на отношение высоты центра тяжести к колесной базе. Значение 50% будет означать, что половина веса переносится на передние колеса; при торможении она передается через тяги передней подвески, а половина передается через пружины передней подвески.
Для внутренних тормозов применяется та же процедура, но вместо центра пятна контакта используется центр колеса.
Антиприседание с ускорением вперед рассчитывается аналогичным образом и с таким же соотношением между процентом и переносом веса. Значения антиприседания 100% и более обычно используются в дрэг-рейсинге, но значения 50% или меньше чаще встречаются в автомобилях, которым приходится подвергаться резкому торможению. Более высокие значения антиприседания обычно вызывают подпрыгивание колес во время торможения. Важно отметить, что значение 100 % означает, что вся передача веса осуществляется через рычажный механизм подвески. Однако это не означает, что подвеска не способна нести дополнительные нагрузки (аэродинамические, на поворотах и т. д.) во время торможения или ускорения вперед. Иными словами, ни о какой «привязке» приостановки не может идти и речи. [10]
В некоторых современных автомобилях гибкость обеспечивается в основном резиновыми втулками , которые со временем подвержены разрушению. Для подвесок, подвергающихся высоким нагрузкам, например, внедорожников, доступны полиуретановые втулки, которые обеспечивают больший срок службы при более высоких нагрузках. Однако из соображений веса и стоимости конструкции не делают более жесткими, чем необходимо. Некоторые транспортные средства демонстрируют вредные вибрации, связанные с изгибом деталей конструкции, например, при ускорении и резком повороте. Гибкость конструкций, таких как рамы и тяги подвески, также может способствовать пружинению, особенно гашению высокочастотных вибраций. Гибкость проволочных колес способствовала их популярности в те времена, когда автомобили имели менее совершенную подвеску.
Автомобили могут быть сильно загружены багажом, пассажирами и прицепами. Эта нагрузка приведет к тому, что хвост автомобиля опустится вниз. Поддержание устойчивого уровня шасси имеет важное значение для достижения надлежащей управляемости, для которой автомобиль был спроектирован. Встречные водители могут быть ослеплены светом фар. Самовыравнивающаяся подвеска противодействует этому, накачивая цилиндры подвески и поднимая шасси выше. [11]
Для большинства целей вес компонентов подвески неважен. Но на высоких частотах, вызванных неровностями дорожного покрытия, детали, изолированные резиновыми втулками, действуют как многоступенчатый фильтр, подавляя шум и вибрацию лучше, чем это можно сделать, используя только шины и пружины. (Пружины работают преимущественно в вертикальном направлении.)
Обычно они небольшие, за исключением того, что подвеска зависит от того, подрессорены ли тормоза и дифференциал(ы).
Это главное функциональное преимущество алюминиевых дисков перед стальными. Алюминиевые детали подвески используются в серийных автомобилях, а детали подвески из углеродного волокна широко распространены в гоночных автомобилях.
Конструкции различаются тем, сколько места они занимают и где располагаются. Принято считать, что стойки МакФерсон — наиболее компактная конструкция для переднемоторных автомобилей, где для размещения двигателя требуется пространство между колесами.
Внутренних тормозов (которые уменьшают неподрессоренную массу), вероятно, избегают больше из-за экономии места, чем из-за стоимости.
Крепление подвески должно соответствовать конструкции рамы по геометрии, прочности и жесткости.
Некоторые современные автомобили имеют регулируемую по высоте подвеску для улучшения аэродинамики и топливной экономичности. В современных автомобилях-формулах с открытыми колесами и подвеской обычно в рычагах подвески используются обтекаемые трубы, а не простые круглые трубы, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление . Также типичным является использование подвесок коромыслового, толкающего или тягового типа, в которых, среди прочего, блок пружины/демпфера размещается внутри и вне воздушного потока, чтобы еще больше уменьшить сопротивление воздуха.
Методы производства совершенствуются, но стоимость всегда является фактором. Наиболее очевидным примером является продолжающееся использование неразрезного заднего моста с неподрессоренным дифференциалом, особенно на тяжелых автомобилях.
В большинстве традиционных подвесок используются пассивные пружины для поглощения ударов и демпферы (или амортизаторы) для контроля движений пружины.
Некоторыми заметными исключениями являются гидропневматические системы, которые можно рассматривать как интегрированный блок газовых пружин и компонентов демпфирования, используемые французским производителем Citroën ; а также гидроластические , гидровые и резиновые конусные системы, используемые British Motor Corporation , особенно на Mini . Было использовано несколько различных типов каждого из них:
Традиционные пружины и амортизаторы называются пассивными подвесками — таким образом подвешивается большинство автомобилей.
Большинство наземных транспортных средств подвешиваются на стальных рессорах следующих типов:
Автопроизводители осознают присущие стальным пружинам ограничения — они имеют тенденцию вызывать нежелательные колебания, поэтому автопроизводители разработали другие типы материалов и механизмов подвески в попытках улучшить характеристики:
Амортизаторы гасят (в противном случае простые гармонические) движения автомобиля вверх и вниз на его пружинах. Они также должны демпфировать большую часть подскока колеса, когда неподрессоренная масса колеса, ступицы, оси, а иногда и тормозов, а дифференциал подпрыгивает вверх и вниз из-за упругости шины.
Если подвеска управляется извне, то это полуактивная или активная подвеска — подвеска реагирует на сигналы электронного контроллера.
Например, гидропневматический Citroën «знает», на каком расстоянии от земли должен находиться автомобиль, и постоянно сбрасывает высоту, чтобы достичь этого уровня, независимо от нагрузки. Однако этот тип подвески не будет моментально компенсировать крены кузова при прохождении поворотов. Система Citroën добавляет к стоимости автомобиля около 1% по сравнению с пассивными стальными рессорами.
К полуактивным подвескам относятся такие устройства, как пневморессоры и отключаемые амортизаторы, различные самовыравнивающиеся решения, а также системы, такие как гидропневматическая , гидроластическая и гидргазовая подвески.
Toyota представила переключаемые амортизаторы в Soarer 1983 года. [17] В настоящее время компания Delphi продает амортизаторы, заполненные магнитореологической жидкостью , вязкость которой можно изменять электромагнитным путем, что обеспечивает переменное управление без переключения клапанов, что происходит быстрее и, следовательно, более эффективно.
Полностью активные системы подвески используют электронный мониторинг состояния автомобиля в сочетании со средствами изменения поведения подвески автомобиля в реальном времени для непосредственного управления движением автомобиля.
Начиная с 1982 года компания Lotus Cars разработала несколько прототипов и представила их Формуле-1 , где они оказались довольно эффективными, но теперь были запрещены.
Примерно в 1990 году Nissan представил активную подвеску с низкой пропускной способностью в качестве опции, которая добавляла дополнительные 20% к цене роскошных моделей. Citroën также разработал несколько моделей активной подвески (см. гидракт ). Полностью активная система от Bose Corporation , анонсированная в 2009 году, использует линейные электродвигатели [18] [19] [20] [21] [22] вместо гидравлических или пневматических приводов, которые обычно использовались до недавнего времени. В 1999 году компания Mercedes представила активную систему подвески под названием Active Body Control в своем топовом Mercedes-Benz CL-Class .
Для транспортных средств также разработано несколько электромагнитных подвесок . Примерами могут служить электромагнитная подвеска Бозе и электромагнитная подвеска, разработанная проф. Лаурентиу Энчика. Кроме того, похоже и новое колесо Michelin со встроенной подвеской, работающей на электродвигателе. [23]
С помощью системы управления различные полуактивные/активные подвески реализуют улучшенный конструктивный компромисс между различными режимами вибрации автомобиля; а именно: режимы отскока, крена, тангажа и деформации. Однако применение этих усовершенствованных подвесок ограничено стоимостью, упаковкой, весом, надежностью и/или другими проблемами.
Взаимосвязанная подвеска, в отличие от полуактивной/активной подвески, может легко пассивно отделять различные режимы вибрации автомобиля. Соединения могут быть реализованы различными способами, например механическими, гидравлическими и пневматическими. Стабилизаторы поперечной устойчивости являются одним из типичных примеров механических соединений, хотя было заявлено, что гидравлические соединения предлагают больший потенциал и гибкость в улучшении как жесткости, так и демпфирующих свойств.
Учитывая значительный коммерческий потенциал гидропневматической технологии (Corolla, 1996), в некоторых недавних исследованиях также изучались взаимосвязанные гидропневматические подвески , и были продемонстрированы их потенциальные преимущества в улучшении плавности хода и управляемости автомобиля. Систему управления также можно использовать для дальнейшего улучшения характеристик взаимосвязанных подвесок. Помимо академических исследований, австралийская компания Kinetic [24] добилась определенных успехов с различными пассивными или полуактивными системами ( WRC : три чемпионата; ралли Дакар : два чемпионата; Lexus GX470 2004 года как 4×4 с KDSS; награда ПАСЕ 2005 г.). Эти системы Kinetic обычно разделяют как минимум два режима транспортного средства (крен, деформация (сочленение), наклон и / или качка (отскок)) для одновременного управления жесткостью и демпфированием каждого режима с помощью взаимосвязанных амортизаторов и других методов. В 1999 году Kinetic была выкуплена Tenneco. Более поздние разработки каталонской компании Creuat позволили разработать более простую конструкцию системы, основанную на цилиндрах одностороннего действия. После нескольких конкурсных проектов Creuat активно занимается предоставлением систем модернизации для некоторых моделей автомобилей.
Исторически первым серийным автомобилем с механической взаимосвязанной подвеской спереди назад был Citroën 2CV 1948 года . Подвеска у 2CV была чрезвычайно мягкой — продольная тяга смягчала крены, а не делала крены более жесткими. Чтобы компенсировать это, он полагался на экстремальную геометрию, препятствующую нырянию и приседанию. Это привело к более мягкой жесткости пересечения осей, которую в противном случае могли бы поставить под угрозу стабилизаторы поперечной устойчивости. Поворотный рычаг ведущего и продольного рычага , система подвески, связанная в продольном направлении, вместе с встроенными передними тормозами имели гораздо меньший неподрессоренный вес, чем существующие конструкции с винтовыми пружинами или листами. Соединение передало часть силы, отклоняющей переднее колесо вверх на неровностях, чтобы толкнуть заднее колесо вниз с той же стороны. Когда через мгновение заднее колесо встретило этот удар, оно сделало то же самое в обратном направлении, удерживая машину ровно спереди назад. 2CV должен был иметь возможность передвигаться на высокой скорости по вспаханному полю, например, когда фермер перевозит куриные яйца. Первоначально он имел фрикционные демпферы и настроенные демпферы массы . В более поздних моделях были настроены массовые амортизаторы спереди с телескопическими амортизаторами/амортизаторами спереди и сзади.
British Motor Corporation также была одной из первых, кто внедрил взаимосвязанную подвеску. Система, получившая название Hydrolastic , была представлена в 1962 году на Morris 1100 и в дальнейшем использовалась на различных моделях BMC. Hydrolastic был разработан инженером по подвеске Алексом Моултоном и использовал резиновые конусы в качестве пружинящей среды (они впервые были использованы на Mini 1959 года ) с узлами подвески с каждой стороны, соединенными друг с другом трубкой, заполненной жидкостью. Жидкость передавала силу неровностей дороги от одного колеса к другому (по тому же принципу, что и описанная выше механическая система Citroën 2CV), а поскольку каждый узел подвески содержал клапаны для ограничения потока жидкости, она также служила амортизатором. [25] Моултон продолжил разработку замены Hydrolastic для преемника BMC British Leyland . Эта система, производимая по лицензии компанией Dunlop в Ковентри и получившая название Hydragas , работала по тому же принципу, но вместо резиновых пружинных блоков в ней использовались металлические сферы, разделенные внутри резиновой диафрагмой. Верхняя половина содержала газ под давлением, а нижняя половина — ту же жидкость, которая используется в системе Hydrolastic . Жидкость передавала силы подвески между блоками с каждой стороны, а газ действовал как пружинящая среда через диафрагму. Это тот же принцип, что и гидропневматическая система Citroën, и она обеспечивает такое же качество езды , но является автономной и не требует насоса с приводом от двигателя для создания гидравлического давления. Обратной стороной является то, что Hydragas , в отличие от системы Citroën, не регулируется по высоте и не самовыравнивается. Hydragas был представлен в 1973 году на автомобиле Austin Allegro и использовался на нескольких моделях; последним автомобилем, который использовал его, был MG F в 2002 году. Система была заменена винтовыми пружинами вместо амортизаторов из соображений стоимости ближе к концу срока службы автомобиля. На момент вывода из эксплуатации в 2006 году производственной линии Hydragas было более 40 лет.
Некоторые из последних послевоенных моделей Packard также имели взаимосвязанную подвеску.
Системы подвески можно условно разделить на две подгруппы: зависимые и независимые. Эти термины относятся к способности противоположных колес двигаться независимо друг от друга. [26] Зависимая подвеска обычно имеет балку (простую ось тележки) или (ведомую) ведущую ось , которая удерживает колеса параллельно друг другу и перпендикулярно оси. При изменении развала одного колеса таким же образом изменяется развал противоположного колеса (условно, с одной стороны, это положительное изменение развала, а с другой стороны, это отрицательное изменение). Подвески De Dion также относятся к этой категории, так как жестко соединяют колеса между собой.
Независимая подвеска позволяет колесам подниматься и опускаться самостоятельно, не затрагивая противоположное колесо. Подвески с другими устройствами, такими как стабилизаторы поперечной устойчивости , каким-либо образом связывающие колеса, по-прежнему относятся к независимым.
Полузависимая подвеска – третий тип. В этом случае движение одного колеса действительно влияет на положение другого, но они не связаны жестко друг с другом. Задняя подвеска с поворотной балкой представляет собой такую систему.
Зависимые системы можно дифференцировать по системе связей, используемых для их расположения как в продольном, так и в поперечном направлении. Зачастую обе функции объединяются в набор связей.
Примеры связей с местоположением включают в себя:
В автомобиле с передним расположением двигателя и задним приводом зависимая задняя подвеска представляет собой либо «ведущий мост», либо мост DeDion , в зависимости от того, установлен ли на оси дифференциал. Ведомый мост проще, но неподрессоренная масса способствует подпрыгиванию колес.
Поскольку она обеспечивает постоянный развал, зависимая (и полузависимая) подвеска наиболее распространена на автомобилях, которым необходимо нести большие нагрузки, пропорциональные весу автомобиля, которые имеют относительно мягкие пружины и которые (по соображениям стоимости и простоты) не используют активные подвески. Использование зависимой передней подвески стало ограничиваться более тяжелыми коммерческими автомобилями.
Разнообразие независимых систем больше и включает в себя:
Поскольку колеса не обязаны оставаться перпендикулярными к ровной поверхности дороги при поворотах, торможении и различных условиях нагрузки, контроль развала колес является важной проблемой. Качающийся рычаг был распространен в небольших автомобилях, которые имели мягкую пружину и могли перевозить большие нагрузки, поскольку развал не зависит от нагрузки. Некоторые активные и полуактивные подвески сохраняют дорожный просвет и, следовательно, развал независимо от нагрузки. В спортивных автомобилях более важно оптимальное изменение развала при повороте.
Поперечный рычаг и многорычажная система позволяют инженеру лучше контролировать геометрию для достижения наилучшего компромисса, чем поворотная ось, стойка МакФерсон или поворотный рычаг; однако стоимость и требования к пространству могут быть выше.
Промежуточное положение занимает полуприцепной рычаг, представляющий собой компромисс между геометрией качающегося рычага и поворотной оси.
В полунезависимой подвеске колеса оси могут перемещаться относительно друг друга, как и в независимой подвеске, но положение одного колеса влияет на положение и положение другого колеса. Такой эффект достигается за счет скручивания или отклонения деталей подвески под нагрузкой.
Самый распространенный тип полузависимой подвески – поворотная балка .
Система наклонной подвески [27] (также известная как система наклонной подвески ) не представляет собой другой тип или геометрию конструкции; более того, это технологическое дополнение к традиционной системе подвески.
Этот вид системы подвески в основном состоит из независимой подвески (например, стойки МакФерсон , А-образные рычаги ( двойные поперечные рычаги )). Помимо этих систем подвески появляется дополнительный механизм наклона или наклона, который соединяет систему подвески с кузовом автомобиля (шасси).
Система наклонной подвески улучшает устойчивость, тягу, радиус поворота автомобиля, а также комфорт водителей. При повороте направо или налево пассажиры или предметы на транспортном средстве ощущают силу перегрузки или силу инерции за пределами радиуса кривизны, поэтому водители двухколесных транспортных средств (мотоциклы) наклоняются к центру кривизны при повороте, что улучшает устойчивость и снижает вероятность опрокидывания. Но автомобили с числом колес более двух и оснащенные обычной системой подвески до сих пор не могли этого сделать, поэтому пассажиры ощущают внешнюю инерционную силу, что снижает устойчивость водителей и их комфорт. Такая система наклонной подвески является решением проблемы. Если дорога не имеет переподнятия или крена, на комфорте данной системы подвески это не повлияет, наклон автомобиля и уменьшение высоты центра тяжести с увеличением устойчивости. Эта подвеска также используется в развлекательных транспортных средствах.
В некоторых поездах также используется наклоняемая подвеска ( Tilting Train ), которая увеличивает скорость на поворотах.
Система балансира-тележки представляет собой конструкцию подвески, в которой имеется несколько продольных рычагов, оснащенных натяжными колесами. Благодаря сочленению ведущей секции и ведомых частей эта подвеска очень гибкая. Такая подвеска подходит для чрезвычайно пересеченной местности.
Такая подвеска использовалась в марсоходе Curiosity .
Некоторые транспортные средства, например поезда, движутся по длинным железнодорожным путям , прикрепленным к земле; а некоторые, например тракторы, снегоходы и танки, движутся по непрерывным гусеницам , которые являются частью транспортного средства. Хотя любой вид помогает сгладить путь и снизить давление на грунт, здесь применимы многие из одних и тех же соображений.
Боевые бронированные машины (ББМ), включая танки , предъявляют особые требования к подвеске. Они могут весить более семидесяти тонн и должны двигаться как можно быстрее по очень неровной или мягкой почве. Компоненты их подвески должны быть защищены от мин и противотанковых средств. Гусеничные ББМ могут иметь до девяти опорных катков с каждой стороны. Многие колесные ББМ имеют шесть или восемь больших колес. Некоторые модели имеют центральную систему подкачки шин , позволяющую снизить нагрузку на грунт на плохих поверхностях. Некоторые колеса слишком велики и слишком ограничены для поворота, поэтому на некоторых колесных, а также на гусеничных машинах используется бортовое рулевое управление.
Самые ранние танки Первой мировой войны имели фиксированную подвеску без какого-либо конструктивного движения. Эта неудовлетворительная ситуация была исправлена с помощью подвесок с листовыми или винтовыми пружинами, заимствованных от сельскохозяйственной, автомобильной или железнодорожной техники, но даже они имели очень ограниченный ход.
Скорости увеличились за счет более мощных двигателей, а качество езды пришлось улучшить. В 1930-х годах была разработана подвеска Кристи , которая позволяла использовать винтовые пружины внутри бронекорпуса автомобиля, изменяя направление силы, деформирующей пружину, с помощью коленчатого рычага . Подвеска Т-34 была напрямую заимствована из конструкции Кристи.
Подвеска Horstmann представляла собой вариант, в котором использовалась комбинация коленчатого рычага и внешних винтовых пружин, использовавшаяся с 1930-х по 1990-е годы. Тележка , но, тем не менее, независимая, подвеска автомобилей M3 Lee /Grant и M4 Sherman была аналогична подвеске типа Hortsmann, с подвеской, изолированной внутри овала гусеницы .
Ко времени Второй мировой войны другим распространенным типом была торсионная подвеска , получавшая пружинную силу от скручивания стержней внутри корпуса - иногда она имела меньший ход, чем тип Кристи, но была значительно более компактной, оставляя больше места внутри корпуса, с последующим возможность установки более крупных погонов башни и, следовательно, более тяжелого основного вооружения. Торсионная подвеска, иногда включающая амортизаторы, была доминирующей подвеской тяжелой бронетехники со времен Второй мировой войны. Торсионы могут занимать место под полом или рядом с ним, что может помешать опустить бак для уменьшения воздействия.
Как и в случае с автомобилями, ход колес и жесткость пружин влияют на ухабистость езды и скорость, с которой можно преодолевать пересеченную местность. Возможно, существенно, что плавность хода, часто ассоциируемая с комфортом, повышает точность стрельбы на ходу. Это также снижает удары по оптике и другому оборудованию. Неподрессоренная масса и вес гусениц могут ограничивать скорость на дорогах и влиять на срок службы гусеницы транспортного средства и других его компонентов.
Большинство немецких полугусеничных танков времен Второй мировой войны и их танков, представленных во время войны, таких как танк «Пантера» , имели перекрывающиеся, а иногда и чередующиеся опорные катки для более равномерного распределения нагрузки на гусенице танка, а значит, и на грунте. Это, очевидно, внесло значительный вклад в скорость, дальность полета и срок службы гусеницы, а также обеспечило непрерывную полосу защиты. Он не использовался с конца той войны, вероятно, из-за требований к техническому обслуживанию более сложных механических частей, работающих в грязи, песке, камнях, снеге и льду; а также из-за стоимости. Между перекрывающимися колесами часто застревали камни и замерзшая грязь, что могло помешать их повороту или привести к повреждению опорных катков. Если бы один из внутренних опорных катков был поврежден, для доступа к поврежденному опорному катку потребовалось бы снять другие опорные катки, что усложняло бы процесс и занимало бы много времени. [28]
листовая рессора.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )