Свойства подвески автомобиля

Колеса любого автомобиля или мотоцикла при движении испытывают удары от встречи с неровностями дороги. Чем выше скорость, тем чаще эти удары, больше энергия, передаваемая кузову, а значит, пассажирам и грузу. Ослабить это неприятное, а порой и вредное воздействие - основное назначение упругой подвески колес. А возможности ее определяются, главным образом, жесткостью. Поскольку именно этот параметр, а точнее способ его изменения в процессе работы лежит в основе нескольких новых конструкций подвески, о которых пойдет речь, обратимся к некоторым неизбежным теоретическим положениям.

Любой упругий элемент (пружина, рессора, торсион и т. п.) или система, в которой он работает, характеризуется жесткостью, то есть соотношением (кгс/см) между приложенной нагрузкой и вызванной ею деформацией.

Для традиционных металлических упругих элементов - рессор, пружин, торсионов - эта зависимость графически представляет собой прямую линию (рис. 1, а). Чем больше нужно усилие Р, чтобы сжать пружину на одну и ту же величину, тем выше ее жесткость, тем круче наклон (угол а) характеристики на графике - сравните линии ОА и ОБ. Прежде чем пружину или торсион смонтировать на машине, им дают предварительный натяг fn. В этом случае угол наклона (а) характеристики не изменится - просто ее линия сместится на графике влево (О,А, вместо ОА). Однако таким методом, подобрав величину натяга, можно достичь при увеличенной нагрузке (Р2 больше, чем ? х) на пружину такой же ее деформации f,.

Предварительный натяг нередко делают регулируемым. Так, на мотоцикле "ИЖ-Юпитер" пружина подвески заднего колеса может быть поставлена в одно из трех 'положений, соответствующих разной нагрузке на него. При этом ход колеса (то есть f|) остается неизменным.

У резиновых подушек или эластичных баллонов со сжатым газом зависимость между нагрузкой и деформацией - криволинейная (рис. 1, б). Здесь деформация растет непропорционально нагрузке, или, иными словами, с ростом деформации прогрессивно (а не пропорционально) нарастает усилие, которое надо приложить для сжатия такого упругого элемента. Запомним это.

Если встроить любой упругий элемент в зависимую или независимую подвеску колес, у нее будет подобная характеристика. Например, с пружиной (рессорой или торсионом) и резиновыми буферами хода сжатия или отбоя она получит вид, показанный на рис. 1, в. На графике индексом fc отмечена величина, на которую осела подвеска под статической нагрузкой (масса машины и груза). Загнутые оконечности характеристики подвески, которая в рабочем диапазоне является прямолинейной, говорят о том, что влево от вертикали "м" и вправо от вертикали "н" - зоны действия резиновых буферов.

В зависимости от нагрузки, заданного уровня комфорта, характера дорог и средних скоростей движения конструкторы выбирают величину жесткости. Передняя подвеска легковой машины, например, может иметь жесткость 30-40 кгс/см, грузовой - 180-250 кгс/см, автобуса - 300-350 кгс/см.

При проезде неровности пружина или рессора сжимается, накапливая энергию. Ее предельно возможный запас, выраженный на рис. 1, в и 1, г заштрихованными зонами, называется динамической емкостью подвески. Чем она выше, тем меньше вероятность "пробоя" подвески - передача ударов через буферы на узов или раму.

Если применить в подвеске колес пневматический, то есть переменной жесткости упругий элемент (рис. 1, г), то, во-лер-ых, у нее будет большая динамическая емкость; во-вторых, она обеспечит автомобилю, у которого разница между полной и собственной массой очень велика, благоприятные условия эксплуатации. Это нужно прежде всего для карьерных самосвалов, таких, как БелАЗ-549, или городских автобусов, например ЛиАЗ-677, у которых полная масса соответственно в 2,1 и 1,67 раза больше собственной. Для более высокой нагрузки нужна более высокая жесткость подвески.

Но если некрупных машинах разместить элементы пневматической подвески несложно, то на гоночных автомобилях и кроссовых мотоциклах им просто нет места из-за очень компактной компоновки. А для таких машин подвеска с переменной жесткостью очень нужна. Прежде всего потому, что обладает высокой динамической емкостью. При движении с большой скоростью частые удары, передаваемые через буферы на раму, делают невозможным надежное и точное управление машиной. Сделать же подвеску чересчур мягкой недопустимо - резко ухудшаются характеристики управляемости. А для гоночного автомобиля, например, формулы 1 необходимость в подвеске переменной жесткости диктуется еще и тем, что его масса на финише составляет около 80-85% массы на старте (расходуется 220-литровый запас топлива). Вдобавок антикрылья и другие аэродинамические устройства создают дополнительную нагрузку на кузов, соизмеримую с массой машины. Но как сохранить привлекательные своей компактностью пружины или торсионы и в то же время сделать их характеристику жесткости криволинейной?

Первыми в 1971 году решение нашли конструкторы английского завода "Лотос" Колин Чэпмен и Морис Филлипп. В традиционную рычажную подвеску гоночного автомобиля они ввели между рычагом подвески и пружиной промежуточное треугольное звено. Оно резко изменяло соотношение между перемещениями рычага и пружины. Звено преобразовало линейную характеристику жесткости пружины в криволинейную (применительно к подвеске колес в целом). Это была техническая сенсация.

В чем суть дела? Треугольное звено (рис. 2) представляет собой рычаг первого или второго рода, у которого точки А и Б приложения сил не лежат на одной прямой с его осью качания 0. При его повороте *а угол |3 линейным перемещениям точки А соответствуют непропорциональные (возрастающие) перемещения точки Б, и наоборот. Это означает, что колесо, наехав ма препятствие высотой в 22 мм, благодаря соотношению плеч рычагов подвески сместит точку А промежуточного звена на 11 мм (из положения А{ в А2). При этом точка Б соответственно опустится из положения Б, в Б2 на 5 мм, сжав на такую же величину пружину, которая отреагирует прибавкой усилия, скажем, в 30 кгс.

При ходе колеса еще на 22 мм (ему соответствует дополнительное перемещение точки А на дальнейшие 11 мм) точка Б переместится (а следовательно, сожмет пружину) еще не на 5 мм, а на 6 мм. Другими словами, ходу колеса на следующие 22 мм будет соответствовать увеличение усилия пружины не на 30, а на 36 кгс. И так далее. Вот она желанная нелинейность характеристики!

Разумеется, конкретных решений с использованием одного промежуточного звена, а порой даже двух, великое разнообразие. Одно из них, примененное на английском автомобиле "Мак-Ларен-М23" формулы 1 в 1974 году, показано на рис. 3, другое - на автомобиле "Авиа-АЕ2" (ЧССР) 1979 года - на рис. 4.

Возросшие скорости на мотоциклетных кроссах, сопровождавшиеся многометровыми прыжками, лет десять назад заставили конструкторов японских фирм "Ямаха" и "Сузуки" также задуматься над применением в подвеске заднего колеса одного или двух дополнительных звеньев, чтобы получить криволинейную характеристику жесткости. Патентованная конструкция "Ямахи" называется "Монокросс", "Сузуки" для своей системы приняла наименование "Фул-флоутер", "Кавасаки" - "Юни-трак", "Хонда" - "Про-линк", КТМ - "Про-левер". Две из них представлены на рис. 5 и 6.

По мере роста средних скоростей движения подвеска заднего колеса аналогичного типа начинает получать распространение и на серийных шоссейных мотоциклах. Например, на "Хонде-КБР-400РВ" (400 см*, 58 л. с), развивающей скорость до 190 км/ч, применена подвеска "Про-линк", а на "Ямахе-РД500ЛК", способной дать 220 км/ч, - конструкция "Моно-шок", разновидность "Моно-крос-са".

А легковые автомобили? Возможно, в скором будущем на многих спортивных моделях и машинах среднего и высшего классов тоже появится подвеска колес переменной жесткости.