Некоторые хитрости современных подвесок

Разделы: Подвеска Бренды:

Привет, Николай!

Спасибо за сайт. Нередко обращаюсь к нему за инфой по автомобилям.

Вопрос возник. Наткнулся на статью о подвесках. Я ее читал давненько, и даже имел неосторожность пообщаться с больным на голову автором этой ахинеи, касательно ее содержания. в двух словах — фантазии малограмотного человека, который «что-то слышал». Но учитывая его воспаленное самомнение и факт личного обладания (на момент написания) этой самой чудо-фиестой, какой либо конструктивный разговор с ним оказался невозможным.

Собсно вопрос в следующем: тебя, как создателя сайта, интересует качество выкладываемого? Если да, то я не поленюсь и подробненько распишу, что в статье не так и почему, а ты сам решишь стоит или не стоит держать эту фигню на сайте. Если желания разбираться нет, то на нет и суда нет. Сэкономим твое и мое время.

Дима.

Ниже — исходная статья с комментариями Дмитрия (курсивом).


Всякий водитель, ездивший на автомобиле Ford Fiesta первого поколения (Mk1), обращал внимание на практически полное отсутствие кренов этой машины (особенно при загрузке 1-2 человека) даже в очень напряженных поворотах. А ведь у Фиесты в подвесках вообще нет стабилизатора поперечной устойчивости — детали, ставшей в современных машинах настолько распространенной, что многие уже и не понимают, как можно бороться с кренами кузова без использования стабилизатора.

Начало разговора...

Пара слов про «вообще»: в целом верно описано влияние стабилизатора поперечной устойчивости. С одной оговоркой: целью автора было преподнести отсутствие стабилизатора, как находку, а позволило это дескать несравненная конструкция подвески ЕГО автомобиля форд фиеста. Ну комплексы душили автора :)

Чудес в кинематике и в наличии или отсутствии стабилизатора никаких нет. Это настолько тривиальные вещи… Если у тебя подвеска жесткая, и крен тебя не беспокоит — зачем тебе стабилизатор? В давние времена подвески были жесткие, скорости малые. Стаб не требовался. Подвески стали мягкими, скорости возросли, пришлось ставить стабы.

Если тебе нужно большие хода и скрешивание подвески, и ты готов терпеть крены — не ставь стабилизатор. Если хочешь компромисса — поставь отключаемый: на дороге со стабом, на бездорожье без оного (Ниссан Патруль, Джип Ранглер). Или, если средства позволяют — сделай активное управление стабом (Лэндровер, Тойота).

Это заблуждение столь распространено, что многие и не задумываются — почему в независимых подвесках практически любого «формульного» спортивного болида (и не только F1, а и более «приземленных» серий типа Formula Ford или Formula Renault) нет никаких стабилизаторов. Для многих открытие этого факта стало настоящим шоком. Попробуем же разобраться — в чем тут дело.

Прежде всего подумаем — а чем же плох стабилизатор поперечной устойчивости. Ведь крены он уменьшает вполне успешно — так почему же конструкторы спортивных подвесок его не используют?

И что сказал что в спорте стаба нет? Есть, причем часто регулируемый. Не спец по подвескам формул, но вот пример:

Явно, что жесткость угловая и линейная развязана. А вот просто самый обычный стабилизатор:

Вот подвеска формулы 3. Тоже самый обычный стаб. Длиной плеча стаба можно регулировать его жесткость.

Идем дальше…

Рассмотрим простую ситуацию: автомобиль с независимой подвеской едет по дороге, и неожиданно наезжает правым колесом на кирпич. Предположим, что автомобиль едет достаточно быстро, и за время наезда кузов (ввиду большой массы и, соответственно, инерции) не успевает совершить сколько-нибудь существенного вертикального перемещения. Для простоты (чтобы не рассчитывать поправки на сжатие шины) будем считать шину несжимаемой — для современных низкопрофильных шин это практически так и есть. При этом допущении правое колесо благодаря подвеске совершит ход вверх, равный толщине кирпича — причем никакой стабилизатор этому помешать не сможет.

Для полностью независимой подвески без стабилизатора удар, передаваемый на кузов машины, в этом случае будет определяться лишь жесткостью пружины правой подвески и незначительным усилием хода амортизатора вверх, а левая подвеска останется неподвижной.

Совсем иное дело, если у нас имеется стабилизатор поперечной устойчивости. Ход правой подвески (на ту самую толщину кирпича) закручивает стабилизатор, и он передает дополнительное усилие на левый рычаг, пружину и амортизатор, вызывая их сжатие. Даже если жесткость стабилизатора всего лишь равна жесткости левой пружины (а во многих подвесках она намного выше — иначе стабилизатор не будет эффективен против кренов) — это означает, что левая подвеска будет также пробита, правда, лишь на половину толщины кирпича. Однако и такой ход левой подвески будет означать усиление удара, передаваемого на кузов, в полтора раза по сравнению с ситуацией без стабилизатора.

Казалось бы — ситуацию можно парировать, пропорционально ослабив пружины подвески. Но это лишь кажется — дело в том, что при одновременном нагружении правой и левой подвесок стабилизатор не работает, и подвески оказываются слишком ослабленными. То есть — машина плохо переносит поперечные волны асфальта (а тем более «лежачих полицейских») и оказывается склонна к глубоким «кивкам» при торможении. А если ослабить стабилизатор — он станет неэффективен против кренов кузова.

Причем стабилизатор не только способ борьбы с креном, но и, что очень важно, средство настройки управляемости. Чем большая нагрузка идет на колесо, тем больше на нем угол увода (разность между плоскостью вращения колеса и фактическим направлением увода). Например, если колеса одинаковые, а нагрузка по осям разная — то больший увод будет там, где больше нагрузка. Если перевес на нос — будет недостаточная поворачиваемость. Перевес назад — избыточная. Можно это компенсировать, подняв давление в колесах. Больше давление — меньше увод. У нашего ТАЗ-2104, например, при полной загрузке давление спереди рекомендуют 1.6, а сзади 2.3, а у обычных Жигулей спереди 1.7, сзади 2.0, как раз чтобы скомпенсировать уводы.

Тоже самое можно сделать и стабом. Поставили стаб спереди — значит, при крене перераспределение нагрузки будет воспринимать большая по угловой жесткости подвеска (т.е. перед). Там и будет увод и тем самым недостаточная поворачиваемость. Потому, кстати, стаб как правило спереди. А сзади может и не быть.

Причем эта ситуация для независимой подвески со стабилизатором принципиально неустранима — она либо менее комфортна, чем чистая независимая подвеска без стабилизатора, либо при той же комфортности хуже парирует продольную раскачку и «клевки» кузова. И чем жестче стабилизатор — тем эти неустранимые проблемы значительнее.

В качестве дополнительных минусов выступают:

  • Ухудшение проходимости (частичное диагональное вывешивание) из-за разгрузки идущих вниз колес на неровностях за счет закрутки стабилизатора идущим вверх колесом противоположного борта. Именно поэтому все настоящие джипы столь склонны к кренам в поворотах, а их стабилизаторы поперечной устойчивости, если даже они имеются, очень слабы.
  • Неоптимальность настроек амортизаторов для ситуаций симметричной и несимметричной нагрузки подвесок — опять же из-за переменного влияния жесткости стабилизатора при неизменных неподрессоренных массах.

Что же делать?

Более того, есть и более занятная вещь — «антистабилизатор» :) Не то что бы он дестабилизировал машину, но это устройство обратно по принципу стабилизатору. Повышает только вертикальную, линейную жесткость, но не влияет на угловую. Может быть выполнено как стаб, только подключеный «в противофазе».

Это раймпель, шасси автомобиля. Гуглится, читается, при желании. На картинке 3.8.5. как раз такой пример от фв. Торсион закручивается, когда оба рычага идут вверх, или оба вниз. А на разноименный ход он не реагирует. Применено это в задней подвеске Жука как раз для того, чтоб сделать подвеску вертикально жесткой, но мягкой при крене. Чтоб угловую жесткость воспринимала передняя подвеска, и не было избыточной поворачиваемости.

А на рисунке 3.8.8. подвеска строго мерса. Помимо пружин на рычагах, есть еще пружина между рычагами. При крене она не работает. А вот при одноименных ходах (или просто статической загрузке) работает. Причина? — при переезде односторонней неровности удар мягче передается на кузов. А вместо центральной пружины можно поставить устройство регулировки уровня.

Так например сделано у рэнжровера 1970 года.

Помимо пружин на мосту, есть гидропневматический амортизатор, установленный на А-образном рычаге. Этот амортизатор «накачивается» при ходах подвески. И создает дополнительную силу поддерживающую авто. Но при крене он не работает, так как рычаг крепится по центру моста. На RR это сделано для больших угловых ходов подвески на бездорожье, ну и для мягкости одностороннего хода.

[свернуть]

Без стабилизатора и без кренов

Раскрыть...

А ведь крены в повороте можно устранить и без использования стабилизатора поперечной устойчивости. Это, в конце концов, чисто геометрическая задача — надо лишь сделать подвеску такой геометрии, чтобы при известной свободе вертикального перемещения колес треугольник, образованный точками контакта колес с дорогой и центром масс машины, имел бы строго постоянные размеры либо, если это невозможно, как можно меньше изменял бы эти размеры и сохранял неизменную высоту своей вершины (с тем, чтобы вектор центробежной силы, исходя из центра масс, проходил через эту вершину).

Это задача трудная — но вполне разрешимая не только в случае сложной многорычажной подвески с неравноплечими рычагами (как у F1), но и даже для компактной подвески McPherson. Что как раз блестяще доказали инженеры Ford, проектируя в 1975 году автомобиль Фиеста.

Схема подвески

Рис.1 Схема работы независимой подвески McPherson с наклонными рычагами.

Посмотрим на рис.1 — на нем изображена схема геометрии подвески Фиесты Mk1. Точки А — это оси качания нижних V-образных рычагов подвески, точки Е — шаровые шарниры этих рычагов, точки С — верхние опоры стоек МакФерсон. Поскольку размер А-С задан конструктивно кузовом машины, а нижний рычаг А-Е жесткий — треугольник А-С-Е может изменять свой размер только по стороне С-Е за счет изменения высоты амортизатора (стойки МакФерсон).

Это — как у всех машин с подвеской МакФерсон. А вот что у Фиесты не как у всех: если провести прямую из точки контакта колеса с дорогой В через ось качания нижнего рычага подвески А — она пройдет через точку фронтальной проекции центра масс машины ЦТ (точка D).

Это более-менее очевидно на рис.1. Менее очевиден факт, что размер А-В почти постоянен при ходах подвески. Однако это в целом кажется неважным, поскольку очевидно, что при ходах колеса вверх-вниз прямая В-А-D будет изменять свой наклон относительно горизонтали, что, как кажется, приведет к искажению размера треугольника В-В-D и его смещению из центра масс машины ЦТ.

Чтобы понять гениальность конструкторского фокуса, рассмотрим гипотетический крен машины, поворачивающей налево. Она могла бы наклониться наружу поворота — при этом правое колесо сместилось бы вверх (размер E-C уменьшился), а левое колесо сместилось бы вниз (размер Е-С увеличился) на одинаковую величину. Что в этом случае произошло бы с точкой пересечения двух прямых B-A — то есть точкой D?

Она, несомненно, сместилась бы в сторону от центра масс машины ЦТ. Но куда? В сторону, противоположную действующей центробежной силе — но при этом осталась бы в первом приближении на неизменной высоте. То есть вектор центробежной силы по-прежнему будет проходить через точку D — несмотря на гипотетическое срабатывание подвесок! Другими словами — с точки зрения вектора центробежной силы, исходящей из центра масс машины, ничего не изменилось, треугольник не изменил свою высоту, а это значит, что крена кузова просто не может возникнуть — нет плеча, на котором бы центробежная сила совершила работу, ведь вектор проходит точно через вершину треугольника. То есть — внешнее колесо в повороте нагружается, внутреннее — разгружается, на обоих колесах появляются боковые усилия, но просадки подвесок не происходит. Крена — нет.

Трудно понять? Тогда представьте себе, что нижние рычаги подвесок начинались бы в точке D и заканчивались бы шаровым шарниром в точке B. Колеса на ухабах будут перемещаться? Будут. А крены будут? Нет — потому что треугольник B-B-D получается жестким, и нет плеча, на котором бы центробежная сила вызвала кренящий момент.

Блестящая идея! И она блестяще работает на практике. Садитесь за руль Фиесты Mk1 и убедитесь в этом сами.

Бывают случаи отказа от стабов при модернизации подвески. Например недавняя история с Рено Логан. При рестайлинге стаб спереди убрали, добавив жесткости пружинам и амортизаторам. По общему мнению, машина слегка потеряла в комфорте. Резоны производителя понятны — убрать из авто целый узел: железку из дорогой пружинной стали, стойки стаба, шарниры. А вместо этого чуть изменить пружины и амортизаторы. Чистая экономия :)

На дешовых авто иногда на стабах экономят. Вот и на Фиесте в свое время сэкономили :) На Эскортах тех же лет, тоже с макферсоном, стабы есть :) Можно прогуляться на экзист и убедиться в этом.

Фиеста: стаба нет.

Эскорт: стаб есть (в других модификациях — «соседняя» картинка — нет).

А вот следующая фиеста, появившаяся в 89 году, со стабом.

Ну со стабами разобрались, теперь к центру крена. То что он есть, не открытие господина бберда :) И его влияние на крен понятно. Вот только определять он его не умеет :)

Не буду комментировать геометрические потуги автора, ибо сложно проникнуть в логику ненормального, напишу как правильно.

Принцип простой. Определяется мгновенный центр вращения колеса относительно кузова. Каждый рычаг описывает дугу относительно шарнира. А колесо на двух рычагах будет совершать сложное движение, и мгновенный центр этого вращения есть точка пересечения продолжения рычагов. Какая разница, колесо относительно кузова, или кузов относительно колеса. Кинематика остается той же.

А так как колес два, то мгновенным центром крена кузова будет пересечение прямых из точки контакта колеса с дорогой (там передается боковая сила).

Гуглится все это без проблем в разнообразных вариантах и качестве.

Расстояние от центра крена до центра тяжести — это плечо крена. Чем оно меньше — тем меньше крен. Но все взаимосвязано. Сильно задрав центр крена, получишь большое изменение углов развала — задача подвески куда более разносторонняя, чем убрать крен (у ббэрда про это тоже упомянуто).

А вот как определяется центр крена у макферсона:

Верхний рычаг у макферсона уменьшился до точки — шарнира опоры стойки. Очевидно, что эта точка мгновенно перемещается по оси стойки, а значит представляет из себя как бы бесконечно длинный рычаг, установленный перпендикулярно стойке.

Похоже на картинку ббэрда? :) По-моему, нисколько.

А где центр крена? Да невысоко. Где-то на уровне шаровой опоры. Мм 200 от дороги. Значительно ниже центра тяжести (550-600мм). Можно ли поднять?

Можно. Рычаг наклонить. Но выше головы не прыгнешь. Можно слегка уменьшить плечо крена, на 10..20..30 процентов. Правда, ценой кинематических потерь. О полной компенсации крена (как у ббэрда) речи даже близко нет.

Но и на других типах подвески высоту центра крена можно менять. Иногда и с меньшими кинематическими потерями.

[свернуть]

Идеал недостижим

Раскрыть...

Но почему же такая схема не используется повсеместно? Ведь она предлагает сочетание минимальных кренов с наилучшими реакциями подвесок на неровности дороги и оптимальную проходимость благодаря полной развязке колес друг от друга?

К сожалению, эта схема имеет и определенные врожденные недостатки.

Недостаток номер 1 — для того, чтобы прямая В-А-D попала в центр масс ЦТ, у машин с типичными утилитарными компоновками (то есть с высоким центром тяжести, вызванным рядными вертикальными моторами и высокими кузовами) надо либо ставить колеса ненормально большого диаметра (опуская точку В), либо поднимать оси качания нижнего рычага А (что приводит к наклонным нижним рычагам из-за компоновочных трудностей с подъемом точки Е, особенно на переднеприводных машинах). Конструкторы Фиесты поставили наклонные рычаги — которые, естественно, вызывают изменение колеи машины при симметричных ходах подвески. Это изменение колеи составляет несколько сантиметров и очень хорошо заметно — когда Фиеста на полном ходу ловит поперечную волну асфальта, даже шины с высоким профилем протестующе взвизгивают. Впрочем, если используются сравнительно «пухлые» (высокопрофильные) шины, это почти не влияет на их долговечность — но вот для низкопрофильных спортивных шин ситуация гораздо хуже.

Кроме того, наклонные нижние рычаги вызывают некоторую реакцию на руле при проезде неровностей (боковое усилие на плече кастера) — однако для легкой машины типа Фиесты с нейтральными колесами (развал и схождение нулевые) и малым кастером этот эффект хотя и заметен, но не доставляет неудобств.

Справедливости ради надо сказать, что недостаток N1 не является абсолютно неустранимым — машины с очень низкими и тяжелыми оппозитными силовыми агрегатами (например, Subaru Impreza или Porshe-911) вполне могут иметь горизонтальные нижние рычаги, и при этом попадать точкой D в центр масс — просто ввиду того, что этот центр у них расположен очень низко. Что у них и сделано.

Одновременно конструкторы реализуют и второй путь — увеличение диаметра колес. Уже не редкость машины B-класса (то есть класса Фиесты) с 15-дюймовыми колесами — а ведь когда-то даже на Волге ГАЗ-24 стояли 13-дюймовые колеса…

15 было на газ 21. на 24 перешли на 14. потом вернулись к 15 но низкопрофильным. Вообщем опять мимо.

Недостаток номер 2 — изменение настройки подвески при изменении загрузки машины. Это вызывается как изменением высоты центра масс машины, так и симметричной просадкой правой и левой подвесок — при которой точка D смещается вниз. Соответственно, как только точки D и ЦТ расходятся по высоте — крены начинают стремительно нарастать, и на Фиесте это очень хорошо заметно.

Этот недостаток принципиален и не может быть устранен ничем, кроме активной адаптивной подвески. Именно из-за этого недостатка Subaru все-таки ставит стабилизаторы поперечной устойчивости.

Недостаток номер 3 — изменение настройки подвески при изменении диаметра колес. Применительно к Фиесте Мк1 — колеса 13’ с резиной 80% высоты дают нейтральную настройку по крену для загрузки 2 человека спереди, а штатные 12’ колеса дают слегка положительную настройку даже для одного человека.

Также из внимательного рассмотрения геометрии на рис.1 можно увидеть несколько интересных моментов фиестовской передней подвески. Например, ее колеса имеют переменный развал — при средней загрузке он нейтральный, однако при просадке подвески развал становится положительным (расстояние между колесами сверху меньше, чем снизу), а при выходе подвески развал становится отрицательным. Это — чисто спортивный прием, который призван до некоторой степени компенсировать деформацию покрышки из-за боковой нагрузки в повороте. Разумеется, он начинает действовать тогда, когда появляются крены кузова — то есть, на практике, при значительной загрузке автомобиля.

Кроме того, при повороте руля колеса Фиесты наклоняются внутрь поворота на несколько градусов — это еще одно чисто гоночное решение для компенсации деформации шины от боковой центробежной силы. Это механизм работает всегда — вне зависимости от нагрузки.

К тому же, наклонные нижние рычаги вызывают при просадке подвески движение колеса наружу. Это вызывает на ухабах формальное расширение динамического коридора — однако одновременно дает очень интересные ощущения поведения машины, она как бы сама стремится уйти от неровности, оставить ухаб за бортом. Это одна из тех черт поведения, которые вместе создают поразительный образ услужливой и умной машины, которая «сама едет правильно». Нечто подобное демонстрируют только машины Toyota — но они ведут себя спокойнее и скучнее (хотя, спору нет — еще предсказуемее и безопаснее), в то время как Фиеста Mk1 гораздо более заводная, веселенькая машинка, которая и сама может слегка подсыпать перчика (но именно слегка, не напрягая водителя и не переступая грань тупого постоянного непослушания), и водителя провоцируя ехать резче, активнее. Если опять пытаться сравнивать с японцами — это некоторый гибрид из тойотовской услужливости, хондовской спортивной остроты и некоторой специфической американской «неправильности» реакций машины — причем именно эта неправильность является завершающим штрихом в образе, позволяя Фиесте не казаться копией с японки, а иметь собственный, уникальный характер.

Причем это связано именно с настройками шасси — потому что даже с 53-сильным мотором характер у машины точно такой же. Отдельный вопрос, что с таким мотором сильно не похулиганишь — но для некоторых водителей это благо. Я лично, после того как поставил на Фиесту 96-сильный мотор, несколько месяцев вообще не мог спокойно ездить — не поверите, но даже Subaru Impreza WRX заводит не так сильно. Импреза, правда, и в управлении построже — таких ляпов, какие прощает Фиеста, она не простит. Видимо, это как раз и останавливало.

Но вернемся к подвеске. Отмеченное мной ранее изменение колеи при ходах подвески требует специфической конструкции рулевого механизма для компенсации сдвига колеса. Фордовские конструкторы выбрали наиболее логичное решение — они сделали рулевые тяги такой же длинны, как нижние рычаги подвески, и придали им такой же наклон. В результате получается типичный параллелограмм — и проблема неизменного угла поворота колеса вне зависимости от изменения колеи оказывается решена столь просто и элегантно, что большинство конструкторов, пытавшихся копировать «Фиесту», даже не осознали ее наличия.

В общем, надо осознать следующее: в чистом виде компенсированная по крену подвеска очень чувствительна к изменениям развесовки машины, и требует точного согласования геометрических размеров своих составляющих — что не всегда возможно по компоновочным соображениям. Поэтому она идеальна для специальных спортивных машин, приемлима для легких машин со спортивным характером в ограниченном диапазоне нагрузок, и совершенно не подходит для больших утилитарных машин типа семейных универсалов.

Впрочем, возможность иметь на дешевом серийном компактном хэтчбеке одновременно формульный мотор (CVH 1600 — омологированный мотор Формулы Форд 80-х годов) и формульную свободную подвеску дорогого стоит — спасибо команде Ли Якокки, давшей нам в далеком 1975-м году такую возможность.

[свернуть]

Общая Теория Всего

Раскрыть...

Напоследок проведу небольшой ликбез по теории «подвескостроения» — что там зачем сделано и что означают различные термины.

В целом, автор где-то что-то слышал, но не понял принципиальных моментов, и на фоне своих неверных интерпретаций строит неверные выводы :) А выводы возводит в абсолют.

Общая Теория Всего. Это копипастинг из «За Рулем», по-моему. Ну с добавками про чудо-фиесту, разумеется :) Хромает изрядно и точность в деталях.

Самое простое и, казалось бы, очевидное решение — прикрутить к машине колеса, как на телеге. То есть — вообще не делать никаких углов, поставить колесо параллельно осям машины. При этом колесо в ходе сжатия-отбоя остается перпендикулярным к дороге, в постоянном и надежном контакте с ней. Кстати — именно так стоят задние колеса на Фиесте, благодаря ее полузависимой задней подвеске с жесткой балкой.

рис.2: колесо без наклонарис.2: колесо без наклонаНо вот на передних колесах совместить центральную плоскость вращения колеса и ось его поворота конструктивно довольно сложно (особенно если говорить о классической двухрычажной подвеске типа заднеприводных «жигулей»), поскольку обе шаровые опоры (а тем более шкворни, как на Волге или УАЗе) вкупе с тормозным механизмом внутрь колеса, как правило, не помещаются. А раз так, то плоскость качения и ось поворота расходятся на расстояние А, называемое плечом обката (при повороте колесо обкатывается вокруг оси ab) — см. рис.2. В движении сила сопротивления качению неведущего колеса создает на этом плече А ощутимый момент, скачкообразно меняющийся при проезде неровностей. Мало кому понравится езда с постоянно рвущимся из рук рулем! Кроме того, придется изрядно попотеть, преодолевая этот самый момент в повороте.

рис.3: колесо с наклоном оси поворота и разваломСтало быть, положительное (в данном случае) плечо обката желательно уменьшить, а то и вовсе свести к нулю. Для этого можно наклонить ось поворота ab (рис.3).

рис.4: деформация покрышки из-за развалаНа практике делают так: несколько наклонив ось поворота (бета), нужную величину добирают наклоном плоскости вращения колеса (альфа). Угол альфа и есть развал. Под этим углом колесо опирается о дорогу. Покрышка в зоне контакта, естественно, деформируется — см. рис.4. В результате автомобиль движется словно на двух конусах, стремящихся раскатиться в разные стороны. Чтобы компенсировать эту неприятность, плоскости вращения колес надо свести. Этот процесс называется регулировкой схождения. Как вы уже догадались, оба параметра жестко связаны. То есть, если угол развала нулевой, не должно быть и схождения, отрицательный — требуется расхождение, иначе шины будут «гореть». Если на автомобиле развал колес выставлен по-разному, его будет тянуть в сторону колеса с большим наклоном.

рис.5: подъем передка при положительном плече обкатаДругие два угла обеспечивают стабилизацию управляемых колес — проще говоря, заставляют автомобиль с отпущенным рулем ехать прямо. Первый, уже знакомый нам угол поперечного наклона оси поворота (бета) отвечает за весовую стабилизацию. Легко заметить, что при этой схеме в момент отклонения колеса от «нейтрали» передок начинает подниматься (рис.5). А так как весит он немало, то при отпускании руля под действием силы тяжести система стремится занять исходное положение, соответствующее движению по прямой. Правда, для этого приходится сохранять то самое, хоть и небольшое, но нежелательное по соображениям усилия на руле, положительное плечо обката.

рис.6: кастерПродольный угол наклона оси поворота — кастер (рис.6) — дает динамическую стабилизацию. Принцип ее ясен из поведения рояльного колесика — в движении оно стремится оказаться позади ножки, то есть занять наиболее устойчивое положение. Чтобы получить тот же эффект в автомобиле, точка пересечения оси поворота с поверхностью дороги (с) должна быть впереди центра пятна контакта колеса с дорогой (d). Для этого ось поворота и наклоняют вдоль хода машины.

рис.7: кастер и стабилизация колесаТеперь при повороте боковые реакции дороги, приложенные позади (спасибо кастеру!) стараются вернуть колесо на место — см. рис.7.

Более того, если на машину действует боковая сила, не связанная с поворотом (например, вы едете по косогору или при боковом ветре), то кастер обеспечивает при случайно отпущенном руле плавный поворот машины «под склон» или «под ветер» и не дает ей опрокинуться.

В переднеприводном автомобиле с подвеской МакФерсон ситуация совершенно иная. Эта конструкция позволяет получить нулевое и даже отрицательное плечо обката — ведь внутрь колеса здесь надо «запихнуть» лишь опору единственного рычага. Угол развала (и, соответственно, схождения) легко свести к минимуму. Так и есть: у Фиесты (как и у знакомых всем ВАЗов «восьмого» семейства) развал — 0°30, схождение — 0.5 мм. Такая регулировка развала-схождения называется нейтральной. Так как передние колеса теперь тянут автомобиль, динамическая стабилизация при разгоне не требуется — колесо уже не катится позади ножки, а тянет ее за собой. Небольшой (1°30) кастер сохранен для устойчивости при торможении. Значительный вклад в «правильное» поведение автомобиля вносит небольшое отрицательное плечо обката — при возрастании сопротивления качению колеса оно автоматически корректирует траекторию.

[свернуть]

Буратино-тюнинг

Раскрыть...

Разумеется, настройки подвески делаются не абы как — конструкторы тщательно просчитывают геометрию, затем испытатели откатывают вариант на треке, снова пересчитывают, корректируют геометрию, и снова испытывают — и так множество раз. А потом машину покупает буратино-тюнер — и начинает «улучшать» конструкцию.

Первой (и наиболее распространенной) ошибкой является установка более широкой резины или резины на дисках с большим вылетом — это приводит к увеличению плеча обката колеса до положительных величин, и руль начинает рвать из рук, особенно при торможении.

Ошибка номер два — поднятие зада машины проставками. При достаточно высоких проставках кастер, и так небольшой, становится нулевым или даже положительным — последнее очень опасно, так как при резком торможении руль может просто вырвать из рук, а если оборвется рулевая тяга — катастрофа даже на прямом участке дороги будет неминуемой.

В отличие от этих двух ошибок, простое увеличение диаметра колеса (при сохранении неизменным вылета диска) на Фиесте не является проблемой — поскольку колесо имеет нейтральные (нулевые) углы развала и схождения, увеличение диаметра сказывается лишь на линейном значении кастера в сторону его небольшого увеличения. Ну и, как я объяснил вначале, влияет на настройку подвески по крену.

Тут кстати забавная история приходит на память. Несколько лет назад появился Форд Куга. Паркетник. Подвеску, конечно, чуть отлифтовали по сравнению с легковыми аналогами. Что делает владелец девятки, недовольный просветом своего детища? Проставки под стойки передней подвески. Стойка уходит вниз, рычаг наклоняется и вуаля, центр крена стал чуть выше! :) правда вместе с центром тяжести :))) Первое тюнер понимает, а вот о втором редко догадывается. Но об этом знают пиарщики Форда :) И, сделав по сути тоже самое на Куге, незамедлительно сообщают об этом журналюгам. И все!!!, поголовно!!!! журналисты отмечают как они «почувствовали» что авто не кренится :))) Правда, те, кто померили так крены, слегка удивились, но глазом не повели.

Не удивлюсь, если подобный «рекламный вброс» был в свое время и с Фиестой. Просто умственные способности ббэрда, и его способность к анализу склоняют меня к мысли, что сам он об этом бы не догадался :) Ну это личное. Мы с ним презабавно про Фиесты побеседовали, даже не углубляясь в подвески. Он обосновывал, что фиеста лучший авто, сравнивал длины базы (это был ооочень важный, по его мнению параметр, и так как 2288 обычной Фиесты это совсем немного, то он взял 2445 от следующего поколения, 89 года :))) На передергивание это не похоже. Видя перед собой два разных авто и имея их характеристики, тем не менее утверждать что черное это белое… Я б сказал что клиент нездоров. Вообщем беседа закончилась ничем :)

Ну вернемся к статье.

[свернуть]

И все-таки она кренится

Раскрыть...

И все-таки, как можно видеть на фотографии из американского журнала Car & Driver, Фиесту Мк1 можно накренить — и преизрядно:

Как же это получается? А все достаточно просто: во-первых, Фиеста загружена до полной массы — причем, кроме двух человек впереди, остальной груз в виде мешков с песком положили сзади в багажник. Во-вторых, Фиеста укомплектована штатными дисками 12’ — но с более низкой, чем обычно, резиной (результат — точка D опустилась вниз как из-за резины, так и из-за просадки пружин подвески).

Особо надо отметить мешки с песком в багажнике. Дело в том, что задняя подвеска Фиесты — полузависимая с жесткой балкой (5-link dead beam axle) и без стабилизатора (стабилизатор ставится на нее только в версии XR2). Из-за оригинальной развесовки Фиесты (примерно 75% веса при одном водителе приходится на переднюю ось, и лишь 25% на заднюю) на слабозагруженной машине эта некомпенсированная по крену задняя подвеска не играет большой роли — однако после того, как задняя ось получила дополнительные 300 кг песка, ситуация резко поменялась, вес распределился в пропорции 60:40, и зад начал серьезно кренить лишенную стабилизаторов машину с «американскими» мягкими подвесками.

Обычная зависимая. На что недвусмысленно намекает dead beam — жесткая балка.

75/25 — это тоже фантазии автора. 60/40 куда это ближе к истине. Кстати, эти выдуманные 75/25 он развил в русло проходимости (может для того и придумал). Дескать, ТАК сильно загруженный перед приводит к чудовищной проходимости нивы была повержена и растоптана :)

Не далее как на днях я проверил эту гипотезу, когда возил картошку. Правда, 300 кг я все-таки не насыпал — но 170 кг в багажник положил играючи. Усиленные задние пружины просели не очень сильно — но передок, конечно, заметно задрался, и крены в поворотах появились.

И, наконец, на фотографии ранняя американская версия Фиесты — скорее даже мелкосерийный прототип, с тяжелым и высоким мотором Kent-1600, а также геометрией и жесткостью подвески, не вполне соответствующей финальной спецификации Mk1 (известной как Valencia-1976). У нее выше центр тяжести и меньше стабилизирующие свойства подвески, меньше жесткость подвески — результат вы наблюдаете на фотографии.

Но даже эта версия машины заслужила самые лестные отзывы журнала за управляемость. Не забывайте — на фотографии тяжело груженая машина идет в управляемом заносе всех четырех колес, большинство современных утилитарных машин аналогичного класса в этой ситуации безбожно вывешивают как минимум одно заднее колесо, а Фиеста, как видите, цепко держится всеми четырьмя, несмотря на запредельные крены. И, между прочим, «лосиная переставка» не переворачивает эту машину, как какой-то там несчастный Mercedes A-klasse.

Кстати, приведенная выше фотография — практически единственная, на которой Фиеста Mk1 изображена со значительным креном. На самом же деле типичная картина Фиесты Mk1 в повороте — вот такая:

Как видите — крены нулевые, Фиеста нагло едет «блинчиком» несмотря на значительные боковые ускорения. Машина с одним водителем на колесах 13’ может демонстрировать даже отрицательные крены — то есть поднимать внешний борт в повороте. Это уже, конечно, перебор — но факт есть факт. Умели в середине 70-х проектировать машины на Форде…

А вот «Фиеста» Mk1 на ралли — в вираже даже удалось оторвать одно из передних колес от грунта, но крены по-прежнему весьма умеренные.

Кстати говоря, в этом же Car & Driver эту же самую Фиесту сравнивали с Volkswagen Sirocco — при аналогичной динамике (четверть мили с места за 18 секунд) Фиеста была чуть ли не вдвое дешевле по цене и проходила 35 миль на одном галлоне топлива против 28 миль у Сирокко. Впечатляет? Вот и журналистов тоже впечатлило.

Где тот Сирокко? А Фиеста — вот она, выпущено более 10 миллионов машин и продолжает выпускаться уже пятое поколение. Уже пятое — но снова с той же полузависимой подвеской сзади, и с аналогичной Mk1 компенсированной по крену подвеской спереди.

Подвеска сзади на Фиестах, начиная со второй — обычная балка. Как у 2108 :) а спереди типичнейший макферсон. Со стабом :) Задняя балка тоже кстати стаб по сути. В общем, никаких чудес. Сплошь выдумки и фантазии автора.

Спустя 30 лет эти технические решения снова вернулись, доказав свою правильность. И эти решения послужили залогом убедительной победы питерца Аркадия Павловского в гонках Turing Lite — в которых единственная Фиеста Mk5, впервые стартовавшая в гонках, настолько легко раз за разом обходила почти 30 VW Polo, ситроенов и прочих одноклассников, что технической комиссии пришлось срочно выдумывать нарушения в регламенте (они их и выдумали — посчитав переделкой машины переставленный в салон аккумулятор). Вам смешно — а что им было делать, если гонки при таком техническом преимуществе теряли смысл еще на старте сезона?

Аркадий Павлоский лидирует на единственной Ford Fiesta в классе

Видите — и тут Фиеста нагло едет «блинчиком», а идущие рядом Polo все-таки кренит, несмотря на «дубовые» спортивные подвески и стабилизаторы немерянной толщины. Геометрию с 1975 года никто так и не отменил…

[свернуть]


Первоисточники

К сожалению, более недоступен. Располагался по адресу https://ford.h11.ru/content/FFF/p_fff_suspension.htm

P.S.: Кстати, в статье про дифференциалы тоже косяков хватает :) Я собирался на эту тему тиснуть статейку, но усидчивости не хватает. Критику могу запросто навести :) А вот складную статью написать… талант нужон.

Дима.

2 комментария к «Некоторые хитрости современных подвесок»

  1. Очень интересная и познавательная статья!
    Спасибо!

  2. а если не макферсон, а двухрычажка точка А где была бы?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*