Листовая рессора Corvette — это тип независимой подвески , в которой вместо обычных винтовых пружин используется монолистовая рессора из армированного волокном пластика (FRP). Она названа в честь Chevrolet Corvette , [1] американского спортивного автомобиля, для которого она была изначально разработана и впервые использована. [2] [3] [4] [5] [6] Примечательной характеристикой этой конфигурации подвески является крепление монолистовой рессоры таким образом, что она может служить как пружиной хода, так и пружиной стабилизатора поперечной устойчивости. В отличие от многих применений листовых рессор в конструкциях автомобильной подвески, этот тип не использует пружину в качестве установочного звена. Хотя этот тип подвески наиболее известен несколькими поколениями Chevrolet Corvette, конструкция использовалась и в других серийных автомобилях General Motors , а также в автомобилях Volvo Cars и фургоне Mercedes-Benz Sprinter . Fiat выпускал автомобили с похожей конфигурацией, используя многолистовую стальную рессору вместо монолистовой рессоры FRP.
Конфигурация рессорной подвески независима , поскольку движение одного колеса не определяется положением другого. [6] Рычаги управления используются для определения движения колеса при сжатии подвески. Обычные винтовые пружины заменены одной пружиной FRP, которая охватывает ширину автомобиля. Как и в независимых системах подвески, использующих винтовые пружины, и в отличие от распространенной задней оси Hotchkiss с листовой рессорой, кинематика подвески определяется только рычагами управления.
Как и в конструкции подвески с винтовой пружиной, монолистовая рессора FRP поддерживает вес автомобиля. Однако листовые рессоры FRP отличаются от стальных пружин и традиционных стальных многолистовых рессор рядом существенных моментов. Пластиковые пружины FRP имеют в 4,3–5,5 раз больше энергии деформации на единицу веса по сравнению со сталью. [7] Это приводит к более легкой пружине для данного применения. Одна монолистовая передняя рессора FRP, используемая в Corvette четвертого поколения, составляет 33 процента веса эквивалентного набора винтовых пружин. [8] Сравнивая FRP с обычными стальными листовыми рессорами в аналогичных применениях, сэкономленный вес еще больше. Corvette третьего поколения предлагал опциональную монолистовую рессору FRP в качестве альтернативы стандартной многолистовой стальной пружине, 22-килограммовая (48 фунтов) стальная пружина была заменена 3-килограммовой (7 фунтов) пружиной FRP. [9] Volvo заявляет об экономии веса в 5 килограммов (10 фунтов) за счет использования пружины FRP в задней подвеске своего второго поколения XC90 по сравнению с конструкциями, использующими спиральные пружины. [10]
Относительное скользящее движение листов многолистовой стальной пружины приводит к гистерезису на основе трения относительно сжатия пружины. Это трение снижает податливость подвески и может ухудшить как качество езды, так и управляемость. [11] Не имея отдельных листов, монолистовая рессора избегает трения. [8]
FRP-пружины рекламируются как имеющие исключительную циклическую долговечность и коррозионную стойкость. [8] Тест GM, сравнивающий пружины Corvette третьего поколения, показал, что отказ многолистовых стальных пружин был вероятнее всего после 200 000 полных циклов. Заменяющая FRP-плита не показала потери производительности после двух миллионов полных циклов. [9]
Упаковка упоминается как преимущество и недостаток поперечной листовой рессоры FRP по сравнению с винтовыми пружинами, в зависимости от применения. Пружина FRP обычно устанавливается низко в подвеске, что приводит к низкому центру тяжести. Это также позволяет производителям избегать высоких креплений пружин, что приводит к более плоскому полу нагрузки вокруг подвески. [10] Джеймс Шефтер сообщает, что, как и в случае с C5 и более поздними Corvette, использование пружин амортизатора OEM заставило бы инженеров шасси либо вертикально поднять стойки амортизаторов, либо переместить их внутрь. Сзади это уменьшило бы пространство в багажнике. Спереди это помешало бы компоновке двигателя. Использование листовой пружины позволило разместить пружину под шасси, в стороне, при этом сохраняя диаметр узла амортизатора равным диаметру только амортизатора, а не амортизатора и пружины. [12] Однако в других приложениях, таких как конструкции гоночных автомобилей, необходимость охватывать ширину транспортного средства привела к значительным ограничениям конструкции. Спиральные и торсионные пружины представляют собой лучшие варианты упаковки для гоночных приложений. FRP-пружины также имеют ограниченную доступность и выбор по сравнению с винтовыми пружинами. [13] Более высокая стоимость также упоминалась как недостаток при сравнении FRP-пружин с винтовыми пружинами на серийных дорожных автомобилях. [14]
Преимуществом поперечных листовых рессор FRP — при поддержке широко разнесенных поворотных креплений — является возможность замены стабилизатора поперечной устойчивости. Обычно пружины, которые обеспечивают достаточную скорость движения, нуждаются в дополнительной пружине (стабилизаторе поперечной устойчивости ) для увеличения скорости крена подвески . Соединение двух сторон поперечной листовой рессоры по всему автомобилю приводит к поведению, подобному стабилизатору поперечной устойчивости. Инженеры Corvette ссылались на это свойство как на возможность использования более легкого стабилизатора поперечной устойчивости [9] и даже устранения заднего стабилизатора поперечной устойчивости на некоторых версиях Corvette седьмого поколения. [15]
Когда любое из колес отклоняется вверх, центральный промежуток пружины (часть между поворотными креплениями) отклоняется вниз. Если оба колеса отклоняются вверх одновременно (например, при ударе о неровность на дороге), центральная часть изгибается равномерно между поворотными креплениями. При крене только одно колесо отклоняется вверх, что имеет тенденцию формировать центр пружины в S-образную кривую. Результатом является то, что скорость колеса одной стороны подвески зависит от смещения другой стороны. [8] [9] [13] Степень, в которой пружина действует как стабилизатор поперечной устойчивости, зависит от расстояния между поворотными креплениями и их жесткости. [8]
Упрощенная плоская прямоугольная пружина иллюстрирует этот принцип. Отклонение правой стороны пружины приводит к подъему левой стороны. Для сравнения, жесткое центральное крепление (2-е и 3-е поколение Corvette и другие автомобили) не показывает движения с одной стороны, когда другая отклоняется. [6]
Ряд производителей выпустили транспортные средства или концепции, использующие независимые передние или задние подвески, поддерживаемые поперечными листовыми рессорами, которые обладают эффектом стабилизации поперечной устойчивости.
Несколько автомобильных компаний подали патенты на конструкции подвески с использованием поперечной композитной листовой рессоры, поддерживаемой по принципу, аналогичному используемому в Corvette.
Однако, если бы я занимался проектированием нового пассажирского автомобиля, я бы серьезно рассмотрел использование поперечной композитной однолистовой рессоры из однонаправленной стеклянной или углеродной нити в эпоксидной матрице. Это была бы самая легкая практичная конфигурация пружины, и хотя ограничения пространства, по-видимому, ограничивают ее использование в гонках, она должна быть вполне осуществима на дорожных транспортных средствах, от больших грузовиков до небольших пригородных автомобилей. (С тех пор, как я написал этот абзац, новое поколение Corvette вышло именно с такой пружиной для управления независимыми системами подвески — на обоих концах автомобиля.)