1.2 Подвески легковых автомобилей Подвеска Макферсон
Подвеска МакФерсона (рис. 6) представляет собой подвеску колеса, состоящую из одного рычага, стабилизатора поперечной устойчивости и блока из пружинного элемента и амортизатора телескопического типа, называемого качающейся свечой, в связи с тем, что он закреплен в верхней части к кузову при помощи упругого шарнира и может качаться при движении колеса вверх-вниз.
Это наиболее широко применяемая система независимой подвески для передней подвески автомобилей небольших и средних размеров. Также она нашла применение и на тяжелых самосвалах.
Её
особенностью является возможность
совмещения в стойке функций направляющего
и гасящего устройств, что приводит к
упрощению конструкции и снижению массы
подвески по сравнению с подвеской на
двух поперечных рычагах. Также преимущества
этой подвески: небольшое
по объёму занимаемое
пространство (большое
подкапотное пространство и, как следствие,
возможность разместить большой
двигатель), меньшие по величине силы в
местах присоединения к кузову, положение
мгновенного центра крена подвески может
быть достаточно высокое, что уменьшает
высоту крена и снижает жесткость
стабилизатора поперечной устойчивости.
К её недостаткам можно отнести: несколько худшие кинематические параметры, чем у подвески на двойных поперечных рычагах, трудности, связанные с обеспечением изоляции от дорожных шумов и вибраций, длинные рулевые тяги при верхнем расположении реечного рулевого механизма, меньшая компенсация дифферента при торможении. Но в связи с технологичностью и дешевизной данный тип подвески получил очень большое распространение в современном автомобилестроении.
Преимущества:
Простота конструкции;
- Невысокие неподрессоренные массы;
Невысокая стоимость.
Недостатки:
Рис. 6 Подвеска Макферсон
Однорычажная подвеска
Однорычажная
подвеска (рис.
3) – самая простая по
конструкции независимая подвеска. Её
недостаток заключается в значительном
изменении размера колеи и плоскости
вращения колеса, что приводит к
гироскопическому эффекту, приводящий
к колебаниям колес относительно оси
поворота, поэтому такой тип подвески
не применяется для передних управляемых
колес.
Преимущества:
Недостатки:
Двухрычажная подвеска
Подвеска на двойных поперечных рычагах (рис. 7) широко используется в качестве передней подвески небольших грузовых автомобилей и передней и задней подвески легковых автомобилей. В этой подвеске есть два поперечных рычага, имеющих поворотные опоры (сайлент-блоки) на раме, балке или кузове. Внутренние концы рычагов подвижно закреплены на несущей системе автомобиля, а наружные, в случае передней подвески, соединяются с помощью шаровых опор с поворотным кулаком.
У
большинства современных систем подвески
рычаги выполняются непараллельными и
неодинаковой длины (обычно с коротким
верхним и длинным нижним).
Это вызывает
минимальные
поперечные перемещения колеса, а также
незначительные угловые перемещения
при ходе вверх и вниз.
Подвеска считается, по сравнению с другими видами подвесок, наиболее совершенной с точки зрения кинематики и как следствие очень распространено ее использование на спортивных и гоночных автомобилях.
Преимущества:
Недостатки:
Рис. 7 Подвеска на двойных поперечных рычагах
В чем преимущества подвески на двойных поперечных рычагах перед МакФерсоном
Вот что делает подвеску с двойными поперечными рычагами превосходящей более распространенную конструкцию типа МакФерсон
Смотрите также: Три технологии, которые делают подвеску вашего автомобиля идеальной
Когда начинают говорить о вновь появившемся новом захватывающем спортивном автомобиле или суперкаре, можно заметить, что обычно начинают рассказ с того важного факта, что автомобиль получил «подвеску на двойных поперечных рычагах».
Это довольно неплохая конструкция (еще бы она была плохой, иначе ее бы не использовали на дорогих гоночных моделях автомобилей), об этом знают, пожалуй, все. Но в чем преимущества конструкции? Давайте посмотрим.
Прежде чем мы продолжим, нам нужно сказать пару слов о концепции передней подвески типа МакФерсон (McPherson), которая также хорошо знакома многим поколениям автомобилистов. Производители даже используют этот тип подвески чаще, чем ее аналог на двух поперечных рычагах.
Как ни странно, модель подвески передних колес, разработанная Эрлом Стили МакФерсоном, являлась ничем иным как логическим продолжением развития двухрычажной подвески, но со значительными допущениями по части упрощения, удешевления и модернизации как самой конструкции, так и кинематики системы подвески.
Модель обладает только одним рычагом – нижним. Вместо второго рычага – шарнир с усиленным демпфером с конической пружиной, на которые возложена двойная обязанность: гашение вертикальных колебаний и удержание колеса в заданной горизонтальной плоскости.
Конструкция подвески отличается компактными размерами и небольшой толщиной в средней и верхней части по сравнению с многорычажной и двухрычажными подвесками, что делает ее идеальной для моделей автомобилей с поперечными двигателями. Также она проста в исполнении и дешева в конструировании.
В общем, работает такая конструкция на направляющих стойках на удивление хорошо.
Однако конструкция стойки ограничивает возможности инженеров по оптимизации развала.
Разнесенные по краям демпферы делают установку MacPherson экономной и оправданной для экономии поперечного пространства
На фото выше вы видите пример сборки передней подвески со стойками МакФерсон от модели спорткара Audi TT RS. Теперь сравните с расположением элементов на двойных поперечных рычагах R8 ниже. Здесь мы имеем два рычага: один в верхней части и один внизу, амортизатор при этом закреплен за нижним рычагом.
Такая конструкция предлагает более прогрессивную геометрию.
В отличие от версии MacPherson, чем больше сжата подвеска с двойными поперечными рычагами, тем больше будет отрицательный развал, что осуществляется благодаря использованию рычагов разной длины. Это положительно сказывается на управлении в такие моменты, когда вы сильно закладываете в поворот и автомобиль начинает соскальзывать с траектории. В эти моменты система подвески на поперечных рычагах будет поддерживать лучший контакт шины с дорогой. А значит, автомобиль будет устойчивее при прочих равных.
Смотрите также: Плюсы и минусы пневматической подвески на автомобилях
Конечно, автомобили с подвеской МакФерсон могут быть улучшены установкой жестких пружин, но добиться таких же характеристик, как на двойных поперечных рычагах, они не способны. Последние могут оставаться мягкими, без ущерба пятну контакта. Например, такая схема идеальна для нового Alpine A110, который, получив передние и задние двойные поперечные рычаги, показывает отличные эксплуатационные характеристики.
Подвеска не так жестка, что приводит к тому, что автомобиль остается комфортным даже на ухабистых дорогах.
Анимация, показывающая увеличение отрицательного развала при сжатии подвески
Из-за более сложной конструкции двойные рычаги позволяют выставить развал (наклон средней плоскости вращения колеса к продольной вертикальной плоскости), кастер и углы крена. Конструкция также дает гораздо больше свободы с размещением демпферов, что опять же приводит к возможности разнообразной установки амортизаторов. Правда, подходит такая разнообразная модель установки исключительно для гоночных или некоторых очень дорогих дорожных спортивных автомобилей.
Наконец, в виду того что амортизатор не торчит в верхней части, этот тип подвески гораздо более экономичный по отношению к вертикальному пространству – вы получаете разумную степень перемещения подвески (ее хода) без необходимости поднимать клиренс, что отрицательно повлияет на управляемость, увеличивая центр тяжести.
Как видно, подвеска на двойных рычагах имеет довольно много положительных качеств. Так почему не так много автомашин построено на ней?
Как и все «семерки» Caterham, эта версия английского спорткара получила переднюю подвеску с двойным поперечным рычагом
Важным фактором является стоимость. Там, где МакФерсон проста и дешева, подвеска с двойными поперечными рычагами дороже и сложнее. Конструкция и ее изготовление, как правило, будет увеличивать затраты на производство, поэтому она чаще всего ставится на более дорогие модели, где качество управляемости является более важным приоритетом, чем денежные издержки. Плюс чем больше сочленений и звеньев, тем больше вероятность поломок. Владелец будет обременен более высокими затратами на обслуживание.
Смотрите также: Почему автомобиль тянет в сторону
Следующая проблема – расположение в подкапотном пространстве. Да, вертикальная установка имеет ряд огромных преимуществ – места здесь хоть отбавляй, но в горизонтальной плоскости ситуация не столь радужная.
«Лишний» рычаг сверху делает свое дело, тем самым съедая немного пространства внутри салона, увеличивая ширину автомобиля или делая и то и другое одновременно.
Как это часто бывает с большинством аспектов дизайна автомобиля, весь вопрос – в компромиссе. Двойные рычаги в передней подвеске можно рассматривать как неплохую, качественную технологию, но это не лучшее решение для всех автомобилей.
Подвеска автомобиля: двойные поперечные рычаги и стойки МакФерсон
Подвеска автомобиля – техническая иллюстрация.
DOUBLE WISHBOONE
Нет никакой тайны в том, что подвеска в виде поперечных рычагов названа в честь части анатомии птицы.
Треугольный поперечный рычаг автомобильной подвески очень похож на вилку (фактическое название) — стойку, соединяющую плечи птицы.
Поперечная кость птицы имеет решающее значение, помогая животному оставаться в воздухе. С другой стороны, поперечный рычаг автомобиля удерживает шины на земле.
По сравнению со всеми другими подвесками автомобилей двухрычажная подвеска является технически наиболее сложной.
Некоторые инженеры шасси поспешили бы возразить, что новейшие многорычажные схемы лучше. Однако все это производные от двойного поперечного рычага.
Классическая подвеска автомобиля на двойных поперечных рычагах состоит из двух жестких рычагов, установленных примерно параллельно друг другу.
Каждый треугольный поперечный рычаг крепится в двух точках поворота на шасси, а третья точка поворота (на вершине) — на держателе ступицы колеса.
Вместе они образуют нижнее и верхнее звено. Поперечные рычаги часто также называют А-образными рычагами.
При этом основной задачей подвески автомобиля является управление движениями колес относительно кузова автомобиля. Это делается для того, чтобы сцепление, управляемость и комфорт вождения всегда поддерживались на оптимальном уровне.
ПРЕИМУЩЕСТВА ДВОЙНОЙ Рычажной подвески
Двухрычажная подвеска предлагает широкий спектр геометрической «настройки» для достижения поставленных целей.
Длина поперечных рычагов, углы осей поворота и места установки могут быть изменены в соответствии с желаемыми характеристиками.
Кроме того, поперечный рычаг имитирует форму фермы, состоящую из трех частей. Это делает его по своей природе жестким для положительного расположения колеса в поперечной плоскости (прохождение поворотов) и продольной плоскости (торможение/ускорение).
Поэтому неудивительно, что автомобили Формулы-1 по-прежнему используют классическую двухрычажную подвеску на обоих концах. Как и большинство специально построенных гоночных автомобилей.
Но это не значит, что другие типы подвесок автомобилей хуже. На самом деле, другое более широко используемое и известное название автомобильных подвесок — стойки МакФерсона.
СТОЙКА MACPHERSON
Название происходит от Эрла Макферсона, инженера, который разработал этот относительно простой узел независимой подвески. Его можно использовать как спереди, так и сзади, с передним или задним приводом.
Используемая почти в каждом переднеприводном автомобиле стойка Макферсона состоит из нижнего рычага и телескопического пружинного демпфера.
Они не только соединяют держатель ступицы с верхней частью колесной ниши, но и обеспечивают поворотный шарнир.
Мк 1 Форд Эскорт.
ПРЕИМУЩЕСТВА СТОЙКИ МАКФЕРСОНА
Стойка МакФерсона не обеспечивает гибкость конструкции двухрычажной подвески. Но его относительная простота, простота сборки и дешевизна являются его преимуществами.
Они также являются причинами его популярности в мировой автомобильной промышленности.
Эта компоновка также занимает меньше места в моторном отсеке, чем двухрычажная подвеска. Использование стоек МакФерсон в задней части шасси встречается реже.
Это связано с тем, что телескопический пружинно-демпферный узел упирается в область заднего сиденья/багажника.
Вместо этого сзади используется более компактная альтернативная установка. Ford был одним из первых автопроизводителей, широко использующих передние стойки MacPherson в седанах, включая первую модель Escort.
Единственный нижний рычаг обеспечивал управление гусеницей, а стабилизатор поперечной устойчивости служил боковым фиксирующим звеном.
Это обеспечило большой ход подвески и, следовательно, хороший комфорт при езде. Однако расположение колес в обеих плоскостях сильно зависело от резиновых втулок.
Эти втулки расположены в единственной точке крепления нижнего рычага к шасси. Они также размещены там, где стабилизатор поперечной устойчивости соединяется с рычагом поперечной устойчивости.
Указанные втулки прослужили недолго, вызывая перекос колес и раздражающее биение руля. И Mk 1, и Mk 2 Escort страдали от этой болезни, но это было дешево и легко исправить.
СТОЙКА MACPHERSON X DOUBLE WISHBONE
Интересно, что современная подвеска со стойками MacPherson использует поперечный рычаг или L-образное звено в качестве нижнего рычага. Это обеспечивает хорошее, положительное продольное расположение.
Втулки, используемые в точках крепления, имеют асимметричную конструкцию. Это означает, что они достаточно гибкие для изоляции вибрации, но достаточно жесткие, чтобы сопротивляться движению в случае нарушения геометрической целостности.
В инженерной теории простая стойка МакФерсона не может сравниться с более сложной двухрычажной подвеской. Но он отлично послужил многим автомобилям, включая Porsche 911.
Что делает стабилизатор поперечной устойчивости?
Мягкая подвеска: почему их не любят увлеченные водители
Может ли установка бордюра повредить подвеску?
Из-за чего подвеска вашего автомобиля слишком жесткая?
4 способа продлить срок службы подвески вашего автомобиля
Происхождение стойки MacPherson
Проще говоря, подвеска со стойками MacPherson представляет собой простую независимую конструкцию передней подвески, используемую почти всеми основными производителями автомобилей в мире на протяжении десятилетий.
Конструктивно представляет собой базовую треугольную конфигурацию, состоящую из двух частей; рычаг управления и радиусный стержень, которые вместе образуют треугольник относительно шасси автомобиля. Обычно этот треугольник находится внизу подвески, а не вверху.
Стойка Макферсона была детищем г-на Эрла С. Макферсона , выпускника инженерного факультета Иллинойсского университета в 1915 году. Преданный ветеран войны, участвовавший в обеих мировых войнах. Но его место в автомобильной промышленности началось с Chalmers Motors, Harley-Davidson, Hupp Motor Car Corp., Pierce-Arrow, Studebaker, General Motors и Ford.
Несмотря на то, что Макферсон отвечал за все производство автомобилей Chevrolet во время Второй мировой войны, только в конце Второй мировой войны Chevrolet назначила его главным инженером проекта по выпуску новых автомобилей Chevrolet.
Однако General Motors закрыла проект до того, как он был реализован. Невозмутимый, он покинул Chevrolet и вскоре вместе со своими идеями работал на Ford, а в 1949 году Форд получил патент (за который Макферсон получил признание как изобретатель) на конструкцию Макферсона. В этом патенте указано, что стабилизатор поперечной устойчивости служит натяжным стержнем.
Эта система впервые появилась на Ford Vedette 1949 года и других автомобилях Ford (в Англии и Франции) в 1950-х и 1960-х годах. Однако ряд факторов помешал немедленному широкому внедрению этой технологии.
Широкого распространения подвески со стойками МакФерсон не произошло до тех пор, пока почти каждый автопроизводитель в шестидесятых годах не перешел на цельную конструкцию. Похоже, они быстро сообразили, что это подходит для его конструкции из-за того, что верхняя точка крепления каждой стойки должна располагаться выше рамы. Поскольку весь кузов автомобиля обеспечивает структурную поддержку в конструкции монокока, широкое распространение цельного кузова также привело к широкому внедрению систем подвески со стойками Макферсона.
Сегодня почти все стойки MacPherson по-прежнему носят имя Макферсона, большинство из них не подпадают под действие его патента. Это связано с тем, что автопроизводители обычно используют рычаг в качестве нижнего рычага управления, что эффективно устраняет необходимость в стабилизаторе поперечной устойчивости / натяжном стержне.
В системах подвески со стойками МакФерсона обычно используется либо поворотный кулак, либо держатель ступицы, имеющий две точки крепления к кузову автомобиля. Нижняя точка крепления крепится к рычагу подвески гусеницы или нижнему рычагу подвески, и именно это соединение определяет как продольную, так и поперечную ориентацию колеса в сборе. В свою очередь, верхняя точка крепления поворотного кулака или ступицы каким-либо образом крепится к узлу, содержащему цилиндрическую пружину и амортизатор.
Именно эта комбинация корпуса, пружины и демпфера называется стойкой или, точнее, стойкой Макферсона. Обычно он проходит вверх в корпус цельного кузова и крепится болтами к месту, которое называется стойкой стойки. Другим определяющим фактором подвески со стойками МакФерсон является то, что ось стойки также служит в качестве верхней оси рулевого управления. Эта верхняя точка поворота прикреплена к рулевой тяге, которая поворачивает конец, который, в свою очередь, прикреплен к рулевому механизму.