Наука упругости
Мягенькие МЕТАЛЛЫ
1-ые упругие элементы подвески – рессоры – появились очень издавна. Традиционная рессора – несколько выгнутых листов разной длины, стянутых хомутами. Самый длиннющий (коренной) шарнирно закреплен к кузову либо раме. Для уменьшения трения при работе меж пластинами устанавливают антифрикционные прокладки.
Пружины фактически вытеснили рессоры из подвесок вседорожников, которым присваивают «легковую» маневренность: ведь современные авто ездят не столько по бездорожью, сколько по асфальту. Рессорная подвеска выдерживает огромные нагрузки, она ординарна и нетребовательна, но громоздка и тяжеловесна. Потому на неких современных автомобилях, обычно, тех, что возят грузы, нередко устанавливают однолистовые рессоры переменного сечения, как, к примеру, на фургончике «ФИАТ-Добло» (ЗР, 2007, № 2). А в задней подвеске «Вольво-940» работает и совсем одна поперечная рессора. При этом в борьбе за «похудание» ее сделали не из стали, а из армированного пластика. Поиск новых материалов, пробы улучшать конструкцию рессорных подвесок не прекращают, и все таки лидерство издавна захватили другие упругие элементы.
Сборка автомобиля далековато не всегда позволяет использовать длинноватые пружины. Нередко инженерам приходится их укорачивать, выкраивая место под агрегаты и узлы либо освобождая место для салона и багажного отделения. К примеру, торсионы – металлическе стержни, работающие на скручивание. Один конец торсиона укрепляют к кузову, а другой – к рычагу подвески. При перемещениях колес стержень скручивается, обеспечивая упругую связь. Кстати, одно из плюсов таковой подвески – если с годами она просядет, закрутку стержня можно прирастить, восстановив дорожный просвет.
Малогабаритная подвеска с поперечными торсионами позволила разработчикам «Ситроена-Берлинго» выровнять пол отсека под поклажу и уменьшить погрузочную высоту. Торсионная подвеска малогабаритна – один прут занимает еще меньше места, чем пара рессор. Не считая того, эти упругие элементы можно расположить как продольно, так и поперечно. Наверняка, торсионы получили бы более обширное распространение, будь они не настолько сложны и дороги в изготовлении. Внутренний рабочий стержень просит специальной закалки, а после – к тому же дробеструйной обработки и узкой шлифовки. Но отправлять торсионы в отставку рано. По последней мере, так считают французы, применяющие их в задней подвеске, к примеру, «Пежо-206» и «Рено-Кангу». Торсионы популярны на маленьких грузовичках и пикапах, в том числе и на свежайшей «Мазде-ВТ50». В российском армейском вездеходе ГАЗ-2330 «Тигр» тоже применили конкретно такую схему (ЗР, 2006, № 11).
Схема подвески «Гидрактив-III»: 1 – стойки c баллонами; 2 – дополнительный пневмобаллон; 3– управляющий блок. Меж контурами фронтальной и задней осей установлен дополнительный (5-ый!) гидропневматический баллон. В положении «Комфорт» (слева) он помогает п Но более пользующимися популярностью пока остаются пружины – они легче и компактнее рессор, дешевле торсионов. Вместе с этими плюсами они присваивают машине неплохую плавность хода. Кстати, на замену цилиндрическим пружинам с линейной чертой все почаще приходят бочкообразные с переменной упругостью. Прут толще всего в широкой средней части и худеет к концевым виткам. На маленьких неровностях работают только верхние и нижние тонкие кольца, на больших ямах либо ухабах – более жесткая центральная часть. Подвеска выходит комфортабельной и в то же время обладает высочайшей энергоемкостью, что устраняет от нередких пробоев.
На не плохих дорогах активная подвеска АВС зажимает пружины, обеспечивая «Мерседес-Бенцу» S-класса хорошую маневренность. А на ухабах автоматика ради комфорта пассажиров, напротив, «распускает» упругие элементы. ВОЗДУШНАЯ ПЕРИНА
Зависимо от загрузки подвеска проседает, ее черта изменяется, что не наилучшим образом сказывается и на маневренности, и комфорте. Избежать этого помогает… воздух! Чтоб дорожный просвет оставался постоянным, заместо железных пружин устанавливают пневмобаллоны, воздух в которые закачивает электронный компрессор. Положение кузова выслеживают особые датчики. К тому же пневматика реагирует на выпуклости еще резвее «железа», отчего улучшается плавность хода.
Пневматические подвески очень до’роги для малогабаритных моделей. «Воздушная подушка» пока бережет от неровностей дороги только принципиальных персон. Правда, конструкция эта недешевая, потому прописывается в большей степени на дорогих автомобилях, к примеру, БМВ 7-й серии и «Ауди-А8». А на многих внедорожниках класса «люкс» пневмоподвеска не только лишь поддерживает, но по мере надобности изменяет дорожный просвет. Шофер может вмешаться в работу системы – к примеру, очень приподнять кузов на ухабах. Но если, выскочив на ровненький асфальт, забудет уменьшить клиренс, электроника подстрахует, получив от датчиков информацию о скорости, сама прижмет автомобиль к дороге.
Стопроцентно «газовый» амортизатор не так давно представила компания «Континенталь». Заместо масла в нем работает воздух! Компания «Ситроен» оригинальничает гидропневматической подвеской «Гидрактив-III» на моделях С5 и С6. На стойках установлены сферические баллоны, разбитые гибкой мембраной на две части: одна заполнена нейтральным газом (комфортен азот), а другая, соединенная с амортизатором, – жидкостью. При проезде, к примеру, «лежачего полицейского» шток выталкивает масло в баллон, где энергию удара через мембрану демпфирует газ. На ровненькой дороге для наилучшей маневренности гидронасос поднимает давление в системе – газ сжимается, подвеска становится жестче. Не считая того, «Гидрактив» может и приподнять кузов, закачав дополнительную порцию воды в контуры, правда, при всем этом безизбежно пострадает плавность хода.
БЕЗ КОЛЕБАНИЙ
Независимо от того, пружины либо торсионы смягчают подвески, их работа сопровождается осязаемой вертикальной раскачкой кузова – необходимы дополнительные устройства, чтоб стремительно и мягко гасить колебания.
На заре автопромышленности для этих целей использовали наборы фрикционных дисков, сжатых пружиной. Надежностью и эффективностью такие гасители не славились, потому их место заняли гидравлические телескопические рессоры. В герметичном цилиндре, заполненном маслом, перемещается поршень, связанный со штоком. Так как сама по для себя жидкость не сжимается, она при ходе поршня проникает через открывшиеся перепускные клапаны из одной полости цилиндра в другую, создавая сопротивление. Изменяя размеры частей, конструкторы подбирают рабочие свойства амортизаторов.
Обычная конструкция, как досадно бы это не звучало, не лишена недочетов. Во-1-х, объем воды находится в зависимости от температуры. Во-2-х, при сжатии вытесняемый объем оказывается больше, чем освободившийся, ведь часть цилиндра занимает шток. Эту разницу компенсируют, устанавливая в нижней части цилиндра заполненную сжатым газом пневмокамеру с дополнительным плавающим поршнем. Другой вариант – двухтрубный амортизатор. В разрезе он припоминает два стакана, вставленных друг в друга. Внутренний представляет собой описанный чуть повыше цилиндр, исключительно в дно вмонтирован донный клапан. Компенсационная полость (просвет меж 2-мя цилиндрами) также заполнена маслом, которое при надобности поступает в рабочий контур. Время от времени в эту полость закачивают не жидкость, а сжатый газ ради более размеренных рабочих черт.
Такую конструкцию с пневморезервуаром нередко неверно именуют газовым амортизатором. Истинные тоже есть. Их разработали «Континенталь» и «Монро» – заместо рабочей воды они заполнены воздухом. По конструкции такие устройства идентичны с гидравлическими: цилиндр, шток и поршень с перепускными отверстиями, проходя через которые воздух делает нужное сопротивление. Такая схема при сравнимых свойствах имеет большущее преимущество – узел становится еще легче.
В свое время компания «Кони» представила амортизатор, в каком перепускные клапаны можно отрегулировать вручную. Уникальная мысль получила развитие – сейчас многие компании предлагают рессоры с электрическими клапанами, изменяющими сечение перепускных отверстий. Шофер получил возможность выбирать подходящий режим работы – скажем, Подвескаивный либо комфортабельный.
Компания «Делфай» пошла еще далее, разработав рессоры «Магнерайд». Их заполняют магниторезистивной жидкостью, изменяющей вязкость в электрическом поле. Жидкость густеет – сопротивление возрастает. Заместо перепускных клапанов – магнитные катушки, работой которых управляет компьютер.
Компания «Мерседес-Бенц» предложила собственный вариант умной подвески. В АВС (Active Body Control – активный контроль положения кузова) сегодняшнего S-класса (ЗР, 2005, № 10) на пружину, находящуюся снутри амортизаторной стойки, повлияет жидкость (меж иным, давление до 200 атм!), регулируя тем ее твердость. Подвеску можно и зажать, и распустить. Управляют гидравликой два процессора, анализируя данные аж от 13 датчиков. Система так отлично борется с наклонами, что отпадает необходимость в стабилизаторе поперечной стойкости.
Подвески автомобилей напоминают заповедник. Здесь можно повстречать и редчайшие виды, пережившие не один шаг эволюции, и современных представителей, способных адаптироваться к хоть каким условиям. Возможно, в недалеком будущем естественный отбор сделает свое дело, но сейчас еще рано вносить какие-либо из сегодняшних упругих частей в Красноватую Книжку.