Зависимая подвеска: Страница не найдена — Techautoport.ru

Содержание

Зависимые подвески

 

 

Зависимая подвеска широко применяется в грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях (задняя подвеска). В большинстве случаев грузовые автомобили и автобусы имеют направляющее устройство, совмещенное с упругим элементом, в виде продольных полуэллиптических листовых рессор.

Передняя подвеска грузового автомобиля ГАЗ-53 состоит из двух продольных полуэллиптических листовых рессор, расположенных под лонжеронами рамы вдоль автомобиля. Концы сдвоенного коренного листа рессоры закреплены с помощью резиновых опор в прикрепленных к лонжерону кронштейнах. Концы одного коренного листа отогнуты вверх, а другого — вниз, вследствие чего образуется упорная торцевая поверхность. Концы листов охвачены обоймами, увеличивающими площадь давления рессоры на резиновые опоры, что уменьшает их изнашивание.
Рессора собрана из стальных листов разной длины, которые стянуты вместе хомутами и прикреплены к переднему мосту двумя стремянками. С помощью этих же стремянок к верхней части рессоры крепятся резиновый буфер, смягчающий удары при максимальных прогибах рессоры. В переднюю подвеску входит также гидравлический телескопический амортизатор, который с помощью рсзинометаллических шарниров соединяет передний мост и кронштейн лонжерона рамы.

Задняя зависимая подвеска автомобиля ГАЗ-53 имеет две основные рессоры с дополнительными рессорами (подрессорниками), расположенными вдоль лонжеронов рамы в задней части автомобиля. Основная задняя рессора прикреплена к раме, так же как и передняя рессора, с помощью нижней и верхней резиновых опор. Передний конец рессоры упирается в дополнительный торцевой упор. Нагрузка на дополнительную рессору передается через кронштейны, закрепленные на лонжеронах.

У ненагруженного автомобиля при небольшом прогибе задних рессор силы передаются только основными рессорами, а между кронштейнами дополнительной рессоры и ее концами остается зазор, уменьшающийся по мере увеличения нагрузки. При полной нагрузке в работу вступает дополнительная рессора, упругость которой может меняться, так как концы верхнего листа рессоры скользят по выпуклым опорам и длина рабочей части рессоры по мере ее прогиба уменьшается.

Боковое смещение листов основной рессоры предотвращают четыре хомута, а дополнительной — два хомута. Основная и дополнительная рессоры соединены с задним мостом с помощью накладки и стремянок.

Для повышения долговечности листы рессор подвергаются дробеструйной обработке. Большое трение между рессорными листами делает подвеску излишне жесткой, поэтому все листы передних и задних рессор смазываются графитовым смазочным материалом, уменьшающим трение и предохраняющим их от коррозии.

 

 

 

 

В некоторых автомобилях рессоры крепятся по-другому — на их передних концах с помощью болтов и стремянок закрепляются съемные ушки, которыми рессоры закреплены в кронштейнах пальцами. Задние рессоры могут свободно перемешаться между опорными сухарями и втулками в кронштейнах. В задней зависимой подвеске ведущего моста легковых автомобилей упругим элементом служат спиральные пружины, установленные в чашках на балке моста и через резиновые вибро изолирующие прокладки на кузове. Ограничители хода сжатия установлены соосно пружинам.

Имеется дополнительный резиновый буфер, предотвращающий жесткие удары передней части картера главной передачи о кузов при больших прогибах подвески в сочетании с поворотом моста, благодаря податливости резиновых втулок крепления штанг при интенсивном разгоне автомобиля.

Направляющим устройством являются две верхние, две нижние и поперечная штанги (тяги), установленные между мостом и кузовом и закрепленные в резинометаллических шарнирах. Продольные штанги, работая совместно, воспринимают продольные силы. Поперечная штанга уравновешивает только боковые силы. Верхние штанги короче нижних, причем длины штанг и их соотношение подобраны таким образом, чтобы обеспечить стабильную работу заднего карданного шарнира и шлицевого соединения карданного вала.

Задняя зависимая подвеска:

1— распорная втулка; 2— резиновая втулка; 3 — нижняя продольная штанга; 4 — нижняя изолирующая прокладка пружины; 5 — нижняя опорная чашка пружины; 6 — буфер хода сжатия; 7 — болт крепления верхней продольной штанги; 8 — кронштейн крепления верхней продольной штанги; 9 — пружина подвески; 10 — верхняя чашка пружины; 11 — верхняя изолирующая прокладка пружины; 12 — опорная чашка пружины; 13 — тяга рычага привода регулятора давления; 14 — резиновая втулка проушины амортизатора; 15 — поперечина пола кузова; 16 — дополнительный буфер хода сжатия; 17 — верхняя продольная штанга; 18 — кронштейн крепления поперечной штанга к кузову; 19 — кронштейн крепления продольной штанги к кузову; 20 — регулятор давления задних тормозных механизмов; 21 — рычаг привода регулятора давления; 22— обойма опорной втулки рычага; 23 — опорная втулка рычага; 24 — поперечная штанга; 25 — амортизатор.

 

Верхние и нижние штанги наклонены относительно друг друга так, что их оси пересекаются перед осью колес, образуя мгновенный центр продольного качения подвески, что обеспечивает при торможении автомобиля «антиклевковый эффект». Амортизаторы установлены с наклоном во внутрь в поперечной и вертикальной плоскостях и оказывают некоторое сопротивление относительному перемещению моста и кузова под действием боковых сил.

 

Установка задней зависимой подвески:

1 — лонжерон кузова; 2 — кронштейн поперечной штанги; 3 — балка заднего моста.

Зависимая подвеска, устройство и виды, недостатки и преимущества

Зависимая подвеска обычно используется на задней оси автомобиля. Однако на многих моделях настоящих внедорожников она применена в качестве подвески спереди. Жаль только, что с каждым годом таких полноценных внедорожников становится все меньше и меньше. Такой тип подвесок являлся основным в первой половине 20 века, до 1930-х годов. Комплектация зависимой подвески включала еще рессоры или спиральные пружины. Проблемами, сопровождающими установку этих подвесок, являются:

  • большая масса неподрессоренных элементов, особенно для осей, на которых расположены ведущие колеса,
  • а также невозможность обеспечить оптимальность углов установки колес.

Этот тип подвески – самый старый, его история начинается еще от гужевых повозок и телег. Основным принципом ее работы является жесткая связь колес между собой единой балкой, которую еще называют мост.
Мост обычно закрепляется либо на рессорах, либо на направляющих рычагах и пружинах (такие конструкции встречаются чаще всего). В первом случае конструкция обладает высокой надежностью, но не комфортностью и управляемостью, а во втором – управляемость и комфорт на высшем уровне, лишь надежность немного ниже.
Применяют ее в тех случаях, когда необходимо прежде всего крепкое и исключительно надежное соединение. А крепче трубы из стали, внутри которой можно расположить, к примеру, приводные полуоси, трудно представить что-то еще.

Современные легковушки практически не имеют таких конструкций (конечно, есть исключения, яркий пример — Ford Mustang). В основном зависимой подвеской пользуются внедорожники (Land Rover Defender, Jeep Wrangler, Mercedes Benz G-Class, Mazda BT-50, Ford Ranger и другие). Однако всеобщая тенденция к переходу все-таки на независимые конструкции очевидна, потому что скорость и хорошая управляемость сегодня более востребованы, чем повышенная надежность конструкции.

Итак, преимущества зависимой подвески:

  • великолепная устойчивость и прочность,
  • простейшая конструкция,
  • неизменность колеи и клиренса, что на бездорожье является положительным фактором, вопреки расхожему мнению,
  • а также большие хода, что позволяет беспроблемно преодолевать препятствия.

Основной недостаток – жесткая связка колес, из-за чего они все время движутся вместе, по схожей траектории, в том числе при прохождении препятствий. Это в совокупности с неизбежно высокой массой моста очень серьезно сказывается на управляемости и стабильности движения автомобиля.

Подвеска на поперечной рессоре

Данный тип подвески, довольно простой и недорогой, имел широкое применение на протяжении нескольких десятилетий после появления первых автомобилей. По мере того, как прогресс шагал вперед, росли скорости движения, эти подвески практически из употребления исчезли.
Такая подвеска имела в своем строении неразрезную балку моста и поперечную рессору, расположенную над ним, и имеющую форму полуэллипса. В подвеске моста, выполняющего ведущие функции, появлялась необходимость расположения его довольно габаритного редуктора, поэтому рессора была выполнена в виде буквы Л. А для того, чтобы она была более податливой, применялись реактивные продольные тяги.
Подвесками данного типа оснащались такие автомобили, как Ford A и Ford T, а также ГАЗ-А. На моделях Ford они использовались по 1948 год. Что же касается автомобилей ГАЗ, то инженеры автозавода уже на модели ГАЗ-М-1 (а она создавалась на основе Ford B), перестали применять подвеску, полностью переоснастив ее, обеспечив продольными рессорами. В данном случае объяснением такого решения служит то обстоятельство, что подвеска на поперечной рессоре, как показал опыт эксплуатации ГАЗ-А, оказалась не приспособлена к отечественным дорожным условиям.

Подвеска с продольными рессорами

Этот тип подвески можно с уверенностью причислить к самым древним. Здесь балка моста подвешивается на две продольно расположенные рессоры. При этом мост может выполнять ведущие функции, и наоборот. В легковых автомобилях обычно он располагается над рессорой, а в грузовиках, кроссоверах и автобусах – под ней. Мост к рессоре крепится обычно с помощью хомутов из металла по ее центру или чаще с незначительным смещением вперед.
Классическая рессора выглядит как совокупность листов металла, скрепленных хомутами. Тот лист, где расположены ушки крепления, называют коренным, он обычно самый толстый.
В последнее время идет тенденция перехода к рессорам, состоящим из как можно меньшего количества листов, есть даже однолистовые рессоры. При этом и листы могут изготавливаться не из металла, а заменяющего его углепластика и других неметаллических композитов.

Подвеска с направляющими рычагами

Такие подвески имеют множество различных схем, отличающихся друг от друга количеством рычагов и их размещением. Довольно часто встречается зависимая подвеска с пятью рычагами и тягой Панара. Основное ее преимущество в том, что рычаги четко, стабильно и с высокой жесткостью задают направление движения ведущего моста – продольное, вертикальное и боковое. Подвески с меньшим количеством рычагов являются более примитивными.

Например, если рычагов в такой подвеске всего два, то при ее работе у них идет перекос. Появляется необходимость или делать рычаги более податливыми, или в соединении рычагов с балкой использовать особые шарниры, или добиваться податливости на кручение от самой балки. Как пример для первого случая – использование упругих пластинчатых рычагов в пружинной задней подвеске, как в начале 60-х годов было осуществлено на некоторых моделях Fiat, а также английских спорткарах. Что касается последнего случая – податливости балки добились созданием торсионно-рычажной подвески, имеющей сопряженные рычаги, которая до сих пор достаточно широко используется на автомобилях с передним приводом. Упругими элементами служат витые пружины или пневмобаллоны (особенно в автобусах и грузовых автомобилях).

Подвеска Де Дион

Была разработана в 1896 году фирмой Де Дион Бутон и представляла собой конструкцию, где корпус дифференциала отделен от оси. В подвеске Де Дион днище кузова автомобиля воспринимало крутящий момент, а ведущие колеса находились на жесткой оси. Таким образом, конструкция позволяла значительно снизить массу неамортизируемых деталей. Наиболее широко данную подвеску применяли в компании Alfa Romeo. Конечно, такая конструкция способна функционировать лишь на задней ведущей оси.
Вообще, подвеска Де Дион является промежуточным типом подвесок между зависимыми и независимыми. Только ведущий мост может быть оснащен данной подвеской, потому что изначально она разрабатывалась в качестве альтернативы ведущему мосту, и само собой подразумевалось, что на оси находятся ведущие колеса.
Соединение колес в подвеске Де Дион осуществлено легкой неразрезной подрессоренной балкой, редуктор основной передачи жестко прикреплен к кузову или раме, а вращение на колеса он передает через полуоси, на которых расположено по два шарнира. В итоге неподрессоренные массы сведены к минимуму, даже если сравнить эту подвеску с разными видами независимых вариантов. Иногда с целью усиления такого эффекта даже тормозные устройства переставляют ближе к дифференциалу, в результате чего неподрессоренными остаются лишь колеса и их ступицы.

Когда такая подвеска работает, длина полуосей изменяется. Это вынуждает конструировать их с шарнирами, имеющими равные угловые скорости и подвижность в продольном направлении (как на авто с передним приводом). В модели Rover 3500 были применены обычные карданные шарниры, поэтому для того, чтобы компенсировать это, балка была выполнена со скользящим шарниром специфической конструкции, который позволял увеличивать или сокращать свою ширину на определенную величину при отбое или сжатии подвески.
Таким образом, подвеску Де Дион можно считать одним из самых технически совершенных типов подвесок. Она по параметрам кинематики способна превзойти многие типы независимых конструкций. Уступить самым лучшим их представителям она могла бы, пожалуй, только на дороге с неровностями, да и то не по всем показателям. При этом, конечно, и стоимость ее превышает цены на многие типы независимых подвесок. Этим объясняется ее не слишком частое использование и преимущественно в спортивных автомобилях. К примеру, подвеску Де Дион содержали многие автомобили марки Alfa Romeo. Что касается недавних новичков, то обладателем такой подвески стал Smart.

Что такое зависимая и независимая подвеска и какая из них лучше

                                                                            

Подвеска представляет собой систему, связывающую кузов транспортного средства с колесами. Она призвана гасить удары и тряску, возникающие из-за неровностей дороги, и обеспечивать устойчивость машины в различных условиях.

Основными частями подвески являются упругие и гасящие элементы (рессоры, пружины, амортизаторы и резиновые детали), направляющие (рычаги и балки, соединяющие кузов и колеса), опорные элементы, стабилизаторы и различные соединительные детали.

Существует два основных типа подвесок — зависимая и независимая. Имеется в виду зависимость или независимость колес одной и той же оси во время движения по неровностям дорожного покрытия.

Зависимая подвеска

Колеса одной оси жестко связаны друг с другом и перемещение одного из них приводит к изменению положения другого.

В простейшем случае состоит из моста и двух продольных рессор. Возможен также вариант на направляющих рычагах.

Преимущества:
— высокая прочность и надежность конструкции;
— равномерное сцепление с дорожным полотном и повышенная устойчивость в поворотах;
— неизменность клиренса, ширины колеи и других показателей положения колеса весьма полезна на бездорожье.

Недостатки:
— жесткость подвески способна вызывать дискомфорт во время езды по плохой дороге;
— пониженная управляемость автомобилем;
— трудоемкость регулировки;
— тяжеловесные детали значительно увеличивают неподрессоренную массу, что негативно сказывается на плавности хода и динамических характеристиках машины, а также увеличивает расход топлива.

В легковых авто зависимую подвеску применяют теперь только для задних колес.

Независимая подвеска

Колеса на одной и той же оси не имеют связи друг с другом, и смещение одного не влияет на положение другого.

Преимущества:
— повышенная комфортность езды, так как наезд одного из колес на неровность никоим образом не сказывается на другом;
— меньше риск перевернуться при попадании в серьезную яму;
— лучшая управляемость, особенно на высокой скорости;
— пониженная масса обеспечивает улучшенные динамические характеристики;
— широкие возможности регулировки для достижения оптимальных параметров.

Недостатки:
— из-за сложной конструкции сервис обойдется недешево;
— повышенная уязвимость при езде по бездорожью;
— ширина колеи и прочие параметры могут меняться в процессе эксплуатации.

Разновидности независимых подвесок

На двойных поперечных рычагах.

Имеет по два рычага на каждой стороне. Возможна регулировка всех параметров. Часто устанавливается на спортивных автомобилях и гоночных болидах. Несмотря на относительную простоту схемы, обеспечивает высокий уровень комфорта при езде. Самый существенный недостаток — крупные габариты.

Многорычажная подвеска.

Отличается высокой эффективностью. Автомобиль хорошо управляется, ямы на дороге почти не заметны. Однако производство обходится довольно дорого, поэтому применяется главным образом в автомобилях представительского класса.

Система МакФерсона ("качающаяся свеча").

Основной элемент конструкции — амортизационная стойка с пружиной и амортизатором. Чаще устанавливается на передней оси, но может применяться и на задней.

Макферсон не лишен недостатков и не выделяется хорошей кинематикой, но имеет небольшую массу, прост в изготовлении и дёшев. По этим причинам получил в автомобилестроении самое широкое распространение — в первую очередь в бюджетных моделях.

Полунезависимая подвеска

Полунезависимая торсионно-рычажная система была разработана в свое время компанией Audi и широко применялась во второй половине прошлого века. Сейчас она уже морально устарела, однако ее по-прежнему устанавливают на задней оси многих бюджетных переднеприводных машин.

Основными элементами являются торсионная балка и продольные рычаги. За счет закручивания торсиона рычаги обладают определенной независимостью.

Легкая, недорогая, надежная и простая в обслуживании система. Обеспечивает оптимальную кинематику колес.

Что лучше

Подвеска — один из наиболее часто ремонтируемых узлов машины. Это нужно учесть при выборе авто. Ремонт независимой подвески обойдется дороже, чем зависимой. К тому же, независимую, скорее всего, придется ремонтировать чаще.

Не лишним будет поинтересоваться доступностью запчастей. Оригинальные детали надлежащего качества для иномарок, возможно, придется заказывать отдельно.

Для езды преимущественно по асфальту лучший вариант — передняя независимая подвеска и задняя зависимая.

Для внедорожника или другого автомобиля, который предполагается эксплуатировать на бездорожье, оптимальным выбором будет зависимая подвеска — на обе оси или, как минимум, на заднюю. Мост не задержит большую часть грязи. А к деталям независимой подвески грунт и снег будут прилипать весьма активно.
При этом даже с согнутым на горной дороге мостом машина останется на ходу. А вот поломка независимой подвески не позволит машине продолжить движение. Правда, в городских условиях управляемость при такой схеме будет не самой лучшей.

В последние годы производители стали оснащать некоторые машины подвесками, которые способны работать в нескольких режимах. Их электроника позволяет оперативно, на ходу изменять параметры в зависимости от дорожной обстановки. Если позволяют средства, стоит присмотреться к моделям, имеющим такую систему.

Зависимая и независимая подвеска автомобиля

Автор admin На чтение 3 мин Просмотров 190 Опубликовано

Почему зависимая подвеска – это гарантия простоты, а независимая подвеска – это признак дорого обслуживания? Какая подвеска, более подходящая для современных автомобилей? Сегодня мы постараемся разобраться в различиях зависимой и независимой подвески, в плюсах и минусах обоих вариантов и обсудим важность данного фактора при выборе автомобиля.

Зависимая подвеска

Зависимая подвеска – это подвеска, в которой жёстко связаны два колеса, что сказывается на проходимости на неровных поверхностях.

Зависимая подвеска плюсы и минусы

Конструкционные особенности подвески сразу же нас наталкивают на главный плюс и минус этого варианта. Минус – это не самый высокий уровень комфорта при езде по неровным дорогам. Когда одно колесо наклоняется при езде по неровностям, второе также наклоняется.

Помимо низкого уровня комфорта, теряется сцепление остальных колёс с дорожной поверхностью. Плюс – это плавное и устойчивое прохождение поворотов на ровных дорогах.

К другим минусам или недостаткам зависимой подвески можно отнести большие неподрессоренные массы и важность поднятия пола авто, что обеспечивает полноценную артикуляцию подвески.

Важные факторы, характеризующие зависимую подвеску:

  1. Современные машины не оснащаются зависимой подвеской на передней оси. Чаще всего передняя зависимая подвеска встречается на старых внедорожниках, автобусах или грузовых машинах. В 99% случаев, зависимая подвеска устанавливается на задней оси.
  2. Сами зависимые подвески различаются конструкцией и местом установки.

Независимая подвеска

Независимой подвеской называется подвеска, которая никак не связывает колёса одной из осей. В данном случае, если одно из колёс изменяет положение, это никак не сказывается на положение другого колеса этой же оси.

Независимая подвеска плюсы и минусы

Главный плюс независимых подвесок – это то, что колесо, которое наезжает на неровную поверхность не сказывается на положении второго колеса. Благодаря этому обеспечивается комфорт во время движения и равномерное сцепление с дорожным покрытием не неровных участках.

Другой важный плюс – это уменьшаемые неподрессоренные массы. Они и так меньше, чем в зависимых подвесках, но и могут быть ещё меньше, благодаря использованию современных материалов. К минусам можно отнести постоянное изменение развала схождения и ширины колёсной колеи.

Интересно, что независимые подвески могут быть разных конструкций. Это могут быть продольные, косые, поперечные, многорычажные, пневматические, гидропневматические и активные подвески. Также независимые модели могут оснащаться специальными амортизаторами, заполняться жидкостями и т.д

Главное предназначение независимых подвесок – гарантировать комфорт в движении и стабильную управляемость автомобиля.

Зависимая и независимая подвеска автомобиля что лучше

Лучше всего заранее учитывать где и как машина будет эксплуатироваться, так как от этого и зависит выбор типа подвески.

Зависимые подвески – более простые и дешёвые в обслуживании, однако они не могут обеспечить достаточного комфорта и высокой управляемости.

Независимые подвески – чуть более сложные в плане конструкции, но они гораздо более комфортные в эксплуатации.

Естественно, ремонт первого типа будет несколько более дешёвым, чем обслуживание независимых моделей

Что такое зависимая подвеска – АвтоТоп

Зависимая подвеска ⭐ — тип подвески, при котором два колеса, располагающиеся на одной оси, имеют жесткую связь между собой. Есть два ее типа:

  1. на продольных рессорах — жесткая балка моста подвешивается на двух продольных рессорах, которые крепятся к раме или кузову. Рессора, состоящая из нескольких соединенных между собой металлических листов, фиксируется специальными хомутами. Ее расположение вдоль кузова помогает справляться с силами, которые действуют в боковом, продольном и вертикальном направлениях, то есть она выступает в роли направляющего и упругого элемента одновременно. Обычные пружины не могут похвастаться такой мультифункциональностью, поскольку отвечают только за упругость.Если автомобиль разогнать до большой скорости, такая зависимая подвеска не сможет эффективно противодействовать боковым силам — мост сместится в сторону, ухудшив управляемость. Так как автопроизводители не могут допустить такой риск, продольные рессоры на обычных легковых авто найти почти невозможно;
  2. с направляющими рычагами — состоит из поперечных и продольных рычагов, которые крепятся к балке моста и кузову (или раме) автомобиля. Они также должны нивелировать силы, действующие в продольном, боковом и вертикальном направлениях, только роли упругого и направляющего элемента распределены между витой пружиной, отвечающей за упругость, и амортизатором, гасящим колебания.

Рис. 1 — витая пружина; 2 — верхний продольный рычаг; 3 — нижний продольный рычаг; 4 — балка моста; 5 — амортизатор; 6 — ступица колеса; 7 — стабилизатор поперечной устойчивости; 8 — поперечный рычаг (тяга Панара).

Самая распространенная на сегодняшний день конфигурация — один поперечный и четыре продольных рычага. Поперечный сдерживает ось транспортного средства от сильного смещения вбок, при этом характеризуясь жесткостью и неравномерностью работы, и именуется тягой Панара. Помимо нее, используется составной поперечный рычаг, или механизм Уатта, состоящий из двух горизонтальных рычагов, которые крепятся к вертикальному. Последний соединен с центром балки моста и может вращаться — такое решение улучшило работу подвески в разных точках крена кузова по сравнению с тягой.

В зависимой подвеске нашел свое применение и механизм Скотта-Рассела, отличающийся от тяги Панара использованием двух рычагов разной длины для большей курсовой устойчивости и лучшей управляемости. Улучшению этих характеристик поспособствовала фиксация длинного рычага к балке с применением эластичного соединения, при котором он ограниченно двигается.

Система де Дион — один из самых прогрессивных типов зависимой (или, точнее, полузависимой) подвески, отличающийся изгибающейся подпружиненной балкой, но из-за дороговизны материалов это конструктивное решение встречается нечасто.

Зависимая подвеска устойчива к повреждениям, прочна, не требует особых условий эксплуатации, но сама по себе тяжелая и не так хорошо управляется. Немаловажен и вопрос комфорта — машину с такой подвеской будет трясти сильнее. В основном ее используют для неприхотливых внедорожников, главными характеристиками которых являются проходимость и выносливость, пусть даже ради этого придется пожертвовать высокой скоростью и некоторой точностью маневров.

Современные тест-драйвы приучили нас к понятиям «зависимая и независимая подвеска», и вторая в большинстве случаев не остается без своей доли похвалы, а первая – без тени упрека. В отдельных случаях – например, у Renault Duster – она и вовсе может разниться даже у одной модели в разных исполнениях. Что же такое зависимая и независимая подвеска, чем они отличаются, каковы их достоинства и недостатки, и стоит ли уделять им такое внимание при выборе нового автомобиля?

1. ЧТО ТАКОЕ ЗАВИСИМАЯ ПОДВЕСКА?

Для начала, говоря о типах подвески, стоит понять, о какой «зависимости» и «независимости» идет речь. А речь в них идет прежде всего о зависимости друг от друга колес одной оси при прохождении неровностей. Соответственно, зависимая подвеска – это такая подвеска, в которой ось жестко связывает между собой два колеса.

2. КАКОВЫ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ЗАВИСИМОЙ ПОДВЕСКИ?

Из конструкции зависимой подвески напрямую следуют одновременно ее главный недостаток и некоторое преимущество: недостаток заключается в том, что при наезде одного колеса оси на неровность наклоняется и другое колесо оси, что снижает комфорт передвижения и равномерность сцепления колес с поверхностью, а преимущество – в том, что при движении по ровной дороге колеса, жестко закрепленные на оси, не меняют своего вертикального положения при прохождении поворотов, что обеспечивает равномерное и постоянное сцепление с поверхностью.

Однако недостатки зависимой подвески на этом не заканчиваются. Кроме зависимости колес друг от друга, распространение такой подвески в современных легковых автомобилях было сведено к нулю из-за больших неподрессоренных масс, а также необходимости сильно поднимать пол автомобиля для обеспечения полноценной артикуляции подвески, особенно в случае с ведущим мостом.

Говоря о зависимой подвеске, стоит отметить несколько важных фактов. Во-первых, зависимая подвеска в современных автомобилях практически не встречается на передней оси – там ее вытеснила более совершенная, легкая и удобная схема МакФерсон. На улицах еще можно встретить автомобили с мостом спереди – но это либо старые полноприводные внедорожники с двумя ведущими мостами, либо грузовики и автобусы. Таким образом, говоря о зависимой подвеске при выборе современного автомобиля, мы имеем в виду ее применение на задней оси.

Во-вторых, зависимая подвеска может быть разной конструкционно и присутствовать как на ведущей, так и на ведомой задней оси. В первом случае это мост, подвешенный на продольных рессорах или продольных направляющих рычагах: такая схема еще встречается на некоторых современных внедорожниках и пикапах. Во втором случае – это задняя балка, которая применяется на недорогих переднеприводных автомобилях. Иногда в конструкции такой балки применены торсионы, работающие на скручивание, и речь идет о так называемой полузависимой балке – но конструктивно это все та же зависимая подвеска с несколько иным принципом работы.

3. ЧТО ТАКОЕ НЕЗАВИСИМАЯ ПОДВЕСКА?

Независимая подвеска – это такая подвеска, в которой колеса одной оси не связаны друг с другом, и изменение положения одного колеса не оказывает влияния на другое.

4. КАКОВЫ ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ НЕЗАВИСИМОЙ ПОДВЕСКИ?

В противовес зависимой подвеске, одним из основных преимуществ независимой является именно то, что при наезде одного колеса на неровность другое не меняет своего положения. Эта независимость работы подвесок на разных сторонах оси обеспечивает больший комфорт и более равномерное сцепление с поверхностью при прохождении неровностей. Кроме того, независимая подвеска обеспечивает меньшие неподрессоренные массы, а также позволяет работать над их уменьшением за счет изменения конфигурации и материалов изготовления элементов подвески – к примеру, алюминиевые рычаги на сегодняшний день являются довольно популярным способом снижения неподрессоренных масс у дорогих автомобилей. Один из недостатков – то, что параметры положения колеса вроде развала, схождения и ширины колеи могут меняться при работе подвески.

Конструктивных вариаций независимых подвесок существует намного больше, чем зависимых – за многие годы были разработаны схемы на продольных, косых и поперечных рычагах, многорычажные, пневматические, гидропневматические и активные подвески, и даже вариации с магнитореологическими амортизаторами, заполненными ферромагнитной жидкостью, изменяющей свои свойства под воздействием магнитного поля. Однако принципиальные цели разработки всех этих конструкций остались теми же, что и раньше: это обеспечение максимального комфорта при передвижении, стабильности в поведении автомобиля и улучшения его управляемости.

5. КАКУЮ ПОДВЕСКУ ПРЕДПОЧЕСТЬ ПРИ ПОКУПКЕ АВТОМОБИЛЯ?

При выборе автомобиля стоит учитывать потенциальные сценарии его эксплуатации и собственные пожелания к стоимости его обслуживания. В целом здесь работает простой принцип «чем сложнее, тем дороже».

Зависимая подвеска более проста по конструкции и, соответственно, ее обслуживание будет более простым и дешевым, а ремонт ей, скорее всего, потребуется позже, чем независимой у автомобилей в одной ценовой категории. Однако, выбирая простоту и надежность, придется смириться с чуть меньшими комфортом и управляемостью. Отдельно стоит упомянуть внедорожники: в случае выбора автомобиля высокой проходимости зависимая мостовая подвеска (как минимум, сзади) является практически безальтернативным выбором.

Независимая подвеска имеет более сложную конструкцию – это означает, что с одной стороны, она обеспечит больший комфорт и более азартную управляемость, но при этом ее ресурс, скорее всего, окажется пониже, а ремонт не ограничится заменой пары сайлентблоков. Но, справедливости ради, стоит отметить, что ремонт и обслуживание многорычажных подвесок популярных автомобилей в настоящее время не является чем-то запредельно сложным или дорогим.

Таким образом, если вы готовы немного переплатить за больший комфорт, а сценарий использования автомобиля – преимущественно городской или по хорошим дорогам, то оптимальным выбором станет независимая подвеска. Если же при выборе машины вы стремитесь к максимальной экономичности в ремонте и обслуживании, или автомобиль будет эксплуатироваться в жестких условиях, где ресурс подвески приоритетнее комфорта и управляемости, то стоит предпочесть более простую зависимую подвеску.

Подвеска автомобиля обеспечивает мягкое соединение кузова автомобиля с колесами. Ее роль в поведении автомобиля на дороге неоценима, а потому она заслуживает далеко не последнего автомобиля. Нередко перед водителями возникает вполне обоснованный вопрос: зависимая или независимая подвеска – какая лучше. Сегодня мы постараемся на него ответить, но перед этим, мы узнаем конкретно, из чего состоит подвеска, и рассмотрим каждый ее вид по отдельности.

Что входит в конструкцию подвески

Подвеска любого автомобиля представляет собой комплект деталей, которые соединяют раму или кузов с ходовой частью (колесами). В задачу любой подвески входит гашение различных колебаний, вызванных неровностями дорожного покрытия, вибраций и ударов. Кроме того, подвеска обеспечивает устойчивость автомобиля в тех или иных дорожных условиях.

В состав абсолютно любой современной подвески входит:

  1. Упругие элементы. Таковыми могут быть различные рессоры, пружины и резиновые изделия, которые в силу своих свойств обладают повышенной упругостью и обеспечивают мягкую различных частей подвески.
  2. Гасящие элементы. Такие устройства представлены самыми банальными амортизаторами. В их главную функцию входит гашение колебаний, которые вызваны действием упругих элементов.
  3. Направляющие – это рычаги и всевозможные балки, которые соединяют колеса с кузовом и определяют возможность перемещения подвески.
  4. Опорные элементы. Эти небольшие устройства предназначены для опоры колеса и принятия от них нагрузки для дальнейшего распределения на подвеску автомобиля.
  5. Стабилизаторы. По-другому их еще называют Стабилизаторы поперечной устойчивости – замена и диагностика своими руками">стабилизаторы поперечной устойчивости. Они представлены балкой, которая соединяет два колеса для снижения вероятности накренения автомобиля.
  6. Соединительные детали. Обычно представлены в виде специальных резиновых втулок, которые обеспечивают упругую связь всех деталей подвески и снижают их износ.

Работа любой подвески основывается на преобразовании энергии удара, которая возникает при наезде колеса на какую-либо неровность дорожного покрытия. Данная энергия передается на упругие элементы ходовой части автомобиля, которая, в свою очередь, находится под контролем. Амортизаторы снижают частоту колебаний, обеспечивая комфортные условия пассажиров и водителя, находящихся в автомобиле.

Что такое зависимая подвеска?

Зависимой называют такой тип подвески, в котором перемещение одного колеса влияет на перемещение заднего. Чаще всего, такой тип подвески используется на внедорожных автомобилях, где нет другой возможности подвесить мост автомобиля относительно кузова.

Если говорить об элементарной конструкции такой подвески, то она представлена мостом, который опирается на две пружины или рессоры, вставленные в кузов автомобиля. Таким образом, при наезде одного колеса на какое-либо препятствие, расстояние между аркой и колесом противоположного колеса заметно увеличивается.

Преимущества зависимой подвески:

  • Несмотря на простоту конструкции, она обладает достаточно высокой прочностью и обеспечивает повышенную устойчивость автомобиля на дороге.
  • При отклонениях подвески, колея и клиренс ходовой части не меняется, что является довольно весомым аргументом при эксплуатации автомобиля по бездорожью. Хотя многие водители ошибочно думают иначе.
  • Большой ход подвески позволяет преодолевать довольно высокие препятствия и не допускать опрокидывание кузова автомобиля.

Недостатки:

  • Жесткая связь колес, при отсутствии дифференциала. Во-первых, это влияет на качество подвески, так как она становится уже не такой мягкой, какой хотелось бы. Во-вторых, такая связка колес серьезно влияет на управляемость автомобиля и во многих случаях становится причиной заноса задней оси.
  • Сложность регулировки. Из-за постоянного изменения положения двух колес одновременно, регулировка такой подвески становится достаточно трудоемкой.
  • Слишком большая масса упругих элементов, а также всех остальных частей подвески.

Независимая подвеска автомобиля

Независимым называют более современный тип подвески, в котором перемещение одного колеса никак не влияет на положение второго колеса. В свою очередь, такая подвеска подразделяется на Независимая многорычажная подвеска – устройство и ремонт">многорычажную и подвеску системы МакФерсона.

Рычаги являются основными деталями подвески, количество которых может варьироваться в зависимости от марки автомобиля и условий его эксплуатации. Рычаги обеспечивают перемещение колеса и крепятся к передней балке или лонжеронам. Различие рычажных подвесок может заключаться в их количестве или способе их перемещения, что определяется особенностями конструкции.

Подвеска типа «МакФерсон» представлена всего одним рычагом, который располагается в нижней части. Сверху он упирается в стойку, которая уходит в кузов автомобиля. Такая подвеска позволяет добиваться широких пределов регулирования развала колес, что является необходимым параметром для спортивных автомобилей.

В качестве опоры для поворотных колес применяются шаровые опоры, которые снижают нагрузки на подвеску при вхождении автомобиля в поворот на относительно ровных дорогах. Такое достижение позволяет избавиться от неприятных ощущений в повороте и увеличивает прочность подвески.

Вместе с независимостью одного колеса от другого появилась и такая черта подвески, как склонность к опрокидыванию автомобиля. Тем нее менее, этот недостаток был исключен благодаря применению стабилизатора поперечной устойчивости, представленного в виде упругой балки, которая соединяет два рычага разных подвесок подвижно, ограничивая их ход на крутых поворотах при большой скорости движения.

Преимущества независимой подвески

  1. Прежде всего, снижена масса комплектующих изделий, что делает такую подвеску ниже по массе, а значит, увеличивает тяговые свойства спортивного автомобиля.
  2. Неплохая управляемость на высоких скоростях. Такая подвеска не только обеспечивает благоприятные условия поездки, но и повышает безопасность автомобиля.
  3. Большие возможности регулировки.

Недостатки

  1. Сложность конструкции, высокая стоимость обслуживания. Данный недостаток обусловлен больших количеством деталей, вероятность повреждения которых заметно увеличивается.
  2. Короткий ход подвески.

Подведем итоги

Исходя их вышесказанного, можно сделать определенные выводы относительно выбора типа подвески для автомобиля.

Если водитель желает эксплуатировать автомобиль в условиях бездорожья, то выбор должен быть в пользу именно зависимой подвески. А если же автомобиль планируется использовать для обычных дорог и на больших скоростях – то независимая подвеска будет преимуществом.

Виды подвески автомобиля и принцип работы [фото, видео]

Для чего нужна автомобильная подвеска

Автомобильная подвеска - это ходовая часть автомобиля, обеспечивающая плавный и комфортный ход машины по дороге, а также сохранение контроля над автомобилем  при торможении. Под каждый класс машины настраивается свой вид подвески: так, в люксовых автомобилях она будет мягкой; спортивным нужно плавное вхождение в повороты на скорости 100 км/ч и более - здесь будет жесткая подвеска; грузовые машины передвигаются с тяжелым грузом и часто по бездорожью - тут не до комфорта, потребуется подвеска, которая не развалится по дороге от ударов, выдержав большие нагрузки.

Распространенных типов подвески два: зависимая и независимая. Бывает еще полунезависимая подвеска, но о ней сегодня говорить не будем.

Зависимая

Такая подвеска стала первой запускаться в массовое производство. В советском автопроме подобная технология применялась в моделях ВАЗ-2101. Она использует негнущуюся балку для соединения противоположных колес. Когда колесо попадает на кочку и подскакивает, также подскакивает и противоположное колесо, а результат удара чувствуют все пассажиры салона. Несмотря на жесткость, неподвижный мост имеет низкую себестоимость, выгоден для путешествий, так как прост и недорог в ремонте, устойчив и прочен. Зависимая подвеска хорошо справляется с перевозкой тяжелых грузов , что делает неподвижный мост основой для грузовых машин.

Независимая (современные автомобили)

Технология независимой подвески распространена в обычных, серийных автомобилях. Колесо машины с независимой подвеской движется по дорожному покрытию независимо от остальных. Если колесо попадет в яму, другие колеса это не почувствуют. Независимая подвеска это сложный механизм, но, в отличие от зависимой, передвигаться на такой подвеске комфортно.

Недостатки независимой подвески:
  • сложность механизма, что увеличивает себестоимость;
  • большое количество деталей, что усложняет ремонт, особенно в полевых условиях;
  • снижение хода колес;
  • снижение несущей способности.

Самые распространенные виды независимой подвески - это стойка МакФерсона и независимая подвеска на сдвоенных параллельных А-образных рычагах. Подвеска на А-образных рычагах ставится в большинстве седанов и спортивных моделей, например, в Volkswagen «Swiss Up!».

В зависимой и независимой подвеске есть одинаковые компоненты/запчасти:
  • амортизаторы;
  • стабилизаторы поперечной устойчивости;
  • рессоры;
  • пружины;
  • рычаги.

Рессоры

Рессоры – это механическое устройство (из металла или пластика) для плавного передвижения автомобиля. Под действием давления автомобиля они сжимаются или сгибаются, амортизируя в обратном направлении и восстанавливая прежнюю форму. Чаще в автомобиль ставят листовые рессоры (в зависимой подвеске), торсионы и спиральные пружины (оба в независимой подвеске). За дополнительную плату в джипах и кроссоверах ставят «пневматическую подвеску», рессоры в которой заменяет наполненная воздухом камера. Автомобиль с пневмоподвеской можно поднимать, когда машина выезжает на ухабистую дорогу, и опускать на асфальте для экономии топлива. Регулировать уровень клиренса автомобиля пневмоподвеской, можно автоматически, либо переключателем, установленным в салоне.

Амортизаторы

Амортизаторы работают совместно с рессорами, а также гасят и сокращают резкость «скачка» автомобиля, поглощая энергию дорожного удара и резкие колебания машины при старте и остановке. Амортизатор состоит из стального конуса заполненного воздухом, маслом или их комбинацией (посмотреть амортизатор в разрезе можно здесь). 5 лет назад автопроизводители разработали сложный амортизатор, заполненный специальной жидкостью, которая мгновенно реагирует на электрический ток, пользуясь своими магнитными свойствами. Такой амортизатор называется магнитореологический и управляется компьютером, который, согласуясь со стилем вождения и качеством дороги, в течение нескольких миллисекунд изменяет настройки ходовой части автомобиля.

 

 

Стабилизаторы поперечной устойчивости

Стабилизаторы поперечной устойчивости ограничивают крен кузова автомобиля на поворотах. При повороте центробежная сила неумолимо снижает нагрузку с внутренней стороны колес и перемещает на внешнюю. Автомобиль раскачивается, а при высокой скорости и неправильном расчете угла входа в поворот машина может перевернуться. Стабилизатор поперечной устойчивости не допускает неравномерное распределение центра тяжести машины.

Толщина стабилизатора определяет, насколько сильным может быть крен автомобиля при вхождении в поворот. В большинстве автомобилей нет стабилизаторов поперечной устойчивости. Некоторые оснащены электрическими стабилизаторами, которые регулируют жесткость ходовой части автоматически, например, Porsche Cayenne 2019 года.

Развитие механизмов ходовой части автомобиля

Audi и Mercedes пошли дальше классических законов механики, интегрировав в конструкцию ходовой части сложную электронику и создав регенеративную подвеску. Впервые она появилась в Audi «E-tron» в 2016 году. В регенеративной подвеске компьютер регулирует жесткость каждого колеса по отдельности интервалом в секунду, сообразуясь с погодой, качеством дороги и выбранным режимом вождения.

Конструкторы работают над снижением веса ходовой части автомобиля. Достигается это за счет легких материалов, например, углеродного волокна. Легкий вес компонентов ходовой части делает движение машины плавным, улучшает управляемость, разгон и торможение занимают меньше времени, а расход топлива уменьшается. Минус углеродного волокна в высокой себестоимости производства, а, следовательно, и в конечной цене. Подробности тут.

Теперь для закрепления посмотрим, как работают зависимая и независимая подвески в 3D

ᐉ Блок Mepart » статьи про запчасти, замену запчастей и ремонт автомобилей

Подвеска - один из важнейших элементов каждого легкового автомобиля. Подвески могут различаться по конструкции, поэтому их можно разделить на зависимые, независимые и полузависимые системы. Что нужно знать о самых популярных типах подвески легковых автомобилей?

Какие функции подвески в автомобиле?

Под подвеской понимается набор компонентов, которые соединяют колеса с остальной частью транспортного средства. Они могут отличаться по структуре и принципу действия, но их функции остаются прежними. Основная задача подвесной системы - обеспечить контакт с землей. Это влияет как на безопасность вождения, так и на комфорт движения.

Кроме того, подвеска влияет на управляемость и устойчивость автомобиля. Вождение с неисправной системой может значительно снизить не только удовольствие от вождения, но и привести к столкновению на дороге. Независимо от типа, подвески состоят из колесных направляющих, демпфирующих элементов (амортизатор) и пружинных элементов подвески. Итак, какие подвески в легковых автомобилях наиболее популярны?

Зависимая подвеска - как она устроена?

Зависимая подвеска построена характерным образом. Компоненты этой системы связаны друг с другом и взаимодействуют друг с другом. Следовательно, движение одного колеса оси влияет на другое колесо. Между собой они жестко связаны, например, специальной перемычкой, кожух которой движется вместе с колесами.

Конечно, у таких решений есть свои плюсы и минусы. Среди основных недостатков, упоминается, что она занимает много места. Чаще всего это связано с тем, что пространство багажника ограничено, что для некоторых людей является значительной трудностью.

Некоторые автомобильные компании заметили эту проблему и решили установить зависимые подвески в более крупных автомобилях, таких как внедорожники, где это можно сделать, не теряя места в багажнике.

Однако у зависимой подвески есть и некоторые преимущества. В ней можно использовать мягкие пружинные элементы.

Независимые подвески - чем они выделяются?

В независимых подвесках движение одного колеса оси не влияет на другое колесо. Это самое главное отличие данной системы от зависимой подвески. Каждое из колес работает независимо, но при этом задействовано больше направляющих элементов, например, штанг.

Можно с уверенностью сказать, что системы независимой подвески в настоящее время являются наиболее популярными решениями в легковых автомобилях. Почему? Во-первых, они не занимают много места, поэтому багажник не теряет места.

Среди таких подвесок можно выделить Макферсон, которая отличается тем, что амортизаторы одновременно выполняют роль демпфирующего и направляющего элемента. Это решение отличается компактной и простой конструкцией, малым весом и низкими производственными затратами. Есть и недостатки у стойки МакФерсон, наиболее частым из которых является передача вибрации и шума непосредственно на кузов.

Полузависимые подвески

Полузависимые подвески часто используются французскими автомобильными компаниями, такими как Citroen, Renault и Peugeot. В этом решении движение одного колеса оси мало влияет на другое колесо. Здесь можно выделить так называемую заднюю торсионную балку - очень популярный тип подвески во многих легковых автомобилях. Она имеет множество преимуществ, таких как компактная конструкция, простота сборки, малый вес, низкие производственные затраты, а также она действует как стабилизатор.

По мнению специалистов, состояние такой подвески следует проверять после 60 тысяч километров пробега.

Что касается покупки деталей для описанных видов автомобильной подвески – в интернет-магазине Mepart.Ru, большой выбор запасных частей и расходных материалов для большинства популярных марок по низкой цене.

Перейдите в каталог и выберите свой автомобиль.

Что такое подвеска автомобиля? | Келли Синяя книга

Подвеска играет ключевую роль в повышении комфорта и управляемости автомобиля.

Функция подвески автомобиля заключается в том, чтобы контролировать и поглощать неровности, рывки и неровности дороги, чтобы они не делали поездку неудобной или опасной перенос веса. Автомобиль, движущийся на резиновых шинах с воздушным наполнением, будет тревожно подпрыгивать, раскачиваться, раскачиваться и раскачиваться даже на ровной дороге, если он не оснащен подвеской.Современные автомобили весят тонны и двигаются с очень высокой скоростью. Без подвески плавная управляемая поездка была бы практически невозможна. Даже гоночному автомобилю для правильной работы нужна система подвески.

Компоненты системы подвески включают различные пружины, амортизаторы, рычаги управления и рычаги. Пружины преобразуют рывки и неровности, возникающие во время езды, в кинетическую энергию. Автомобиль, движущийся только на рессорах, будет продолжать раскачиваться и раскачиваться до тех пор, пока сила, создаваемая ударом, не рассеется.Пружины используются с амортизаторами, такими как амортизаторы и стойки, для рассеивания кинетической энергии (движения пружины вверх и вниз), преобразования ее в тепло и плавности хода.

Подвеска автомобиля также регулирует угол наклона шин внутрь или наружу. Этот угол наклона известен как угол развала. Подвеска определяет степень поворота и угол наклона внутрь или наружу и помогает обеспечить максимальное трение между шинами и дорожным покрытием.Стабилизатор поперечной устойчивости или стабилизатор поперечной устойчивости помогает противодействовать кренам кузова в поворотах. В некоторых современных роскошных автомобилях сложные компьютерные программы заменили многие функции типичной автомобильной подвески.

Самая ранняя подвеска заключалась в подвешивании кузова конных экипажей к стойкам, прикрепленным к шасси с помощью кожаных ремней. Поэтому механизм был назван подвесным. В самых ранних автомобилях использовались зависимые подвески всех колес. По мере совершенствования технологий автомобильные инженеры придумали полузависимую и, наконец, независимую подвеску.Большинство современных автомобилей используют независимую подвеску всех четырех колес. Это гарантирует, что каждым колесом можно управлять и управлять им независимо.

Семейный автомобиль, часто оснащенный более гибкой подвеской для комфортной езды пассажиров. Спортивные автомобили, с другой стороны, имеют более жесткую подвеску, которая помогает обеспечить более жесткий контроль и лучшую управляемость. Современные подвески рассчитаны на срок службы автомобиля. Тем не менее, надлежащее обслуживание и уход крайне важны, чтобы гарантировать, что характеристики автомобиля не пострадают.Неисправная подвеска повлияет как на безопасность, так и на комфорт.

Подвеска автомобиля - одна из важнейших систем автомобиля. Правильно функционирующая подвеска сведет к минимуму нагрузку на двигатель, предотвратит раннее повреждение шин и поможет водителю и пассажирам получить удовольствие от поездки.

Что такое система подвески автомобиля? | Кирни Меса, Калифорния

Не могли бы вы объяснить, что означает система подвески? - West Automotive Group

Подвеска находится под автомобилем, поэтому ее не так хорошо видно, как переключение передач, фары или радио.Некоторым водителям может показаться, что понять это так же сложно, как и увидеть. Мы опишем для вас некоторые основы и будем рады помочь вам в обслуживании и ремонте подвески вашего автомобиля. West Automotive Group в Кирни-Меса, Калифорния, работает уже почти три десятилетия, заработав репутацию за выдающийся сервис. Наши технические специалисты имеют сертификаты ASE и ATRA, гарантируя, что они хорошо оснащены для удовлетворения ваших потребностей в уходе за автомобилем. И, конечно же, мы подкрепляем свою работу гарантией.

Типы подвесок

Хотя у каждого автомобиля есть система подвески, ваш автомобиль не обязательно должен быть того же типа, что и у вашего соседа. Это потому, что существует несколько типов. Зависимая подвеска заставляет колесо на одном конце оси зависеть от колеса на другом конце оси. Они должны двигаться в унисон, потому что они неподвижны и лишены гибкости. Преимущество такой подвески в том, что она выдерживает большие нагрузки, поэтому ее обычно можно найти на больших транспортных средствах.

С другой стороны, независимая подвеска часто встречается в легковых автомобилях. Это позволяет каждому колесу двигаться отдельно от других колес, обеспечивая пассажирам более плавную езду. Независимые подвесные системы также встречаются в нескольких известных разновидностях. Легкая и простая в использовании для небольших транспортных средств, стойка MacPherson Strut имеет конструкцию со спиральной пружиной поверх стойки, поэтому она хорошо справляется с неровностями.

В подвеске с двойным поперечным рычагом используются два рычага (разумеется, в форме поперечных рычагов) для соединения кузова автомобиля с колесом.Он добавляет контроль, что делает его обычным выбором производителей спортивных автомобилей. Торсионная балка, поворотная балка или независимая подвеска (термины используются взаимозаменяемо) соединяют колеса непосредственно с осью на каждом конце, но допускают гибкость. Наконец, подвеска подушек безопасности оснащена компрессором или электронасосом, который надувает резиновые подушки безопасности рядом с колесами. Хотя раньше эта подвеска применялась только в коммерческих автомобилях, она завоевала популярность у некоторых производителей автомобилей класса люкс.

Основные компоненты системы подвески

Некоторые из основных компонентов подвески включают в себя амортизаторы или стойки, которые поглощают толчки и сглаживают ход, а также помогают поддерживать контроль.Рычаги управления соединяют колеса и шасси. Втулки подвески уменьшают трение и шум, а втулки стабилизатора поперечной устойчивости и втулки стабилизатора поперечной устойчивости предотвращают слишком большой наклон автомобиля на повороте.

Поддержание подвески в хорошем состоянии

Чтобы ваш автомобиль работал безопасно и комфортно, содержите подвеску в исправном состоянии. West Automotive Group в Кирни-Меса, Калифорния, - ваша надежная мастерская по ремонту подвески.

Моделирование крови в виде суспензии предсказывает зависящий от глубины гематокрит в кровообращении по всей коре головного мозга.

Образец цитирования: Hartung G, Vesel C, Morley R, Alaraj A, Sled J, Kleinfeld D, et al.(2018) Моделирование крови в виде суспензии предсказывает зависящий от глубины гематокрит кровообращения по всей коре головного мозга. PLoS Comput Biol 14 (11): e1006549. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549

Редактор: Кристофер Джеральд Эллис, Университет Западного Онтарио, КАНАДА

Поступила: 11 апреля 2018 г .; Одобрена: 5 октября 2018 г .; Опубликован: 19 ноября 2018 г.

Авторские права: © 2018 Hartung et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Данные доступны на SimTK по следующей ссылке: https://simtk.org/frs/?group_id=1601.

Финансирование: Источники финансирования этой работы включают AL, Национальный институт здравоохранения, https: // www.nih.gov/ 1R21N099896-01A1 и Национальный научный фонд CBET-1301198, https://www.nsf.gov/. Финансирующие организации не играли никакой роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, решении опубликовать или подготовке этой рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Метаболическая активность мозга контролируется сложной системой нейрорецепторов, низкомолекулярных регуляторов, таких как оксид азота, гормоны и белки.Поставка, клиренс и баланс метаболитов, кислорода, глюкозы и отходов контролируются мозговым кровообращением, которое связано с подсетями спинномозговой и интерстициальной жидкости (CSF / ISF) [1,2]. Координация между экстракцией кислорода и повышенным церебральным кровотоком после возбуждения нейронов вызвала большой интерес исследователей к сигналу, зависящему от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ), который является основой функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В недавней работе [3] начата количественная оценка микрососудистого происхождения сигнала BOLD фМРТ на микросрезе мозга мыши.Исследование интегрировало современную нейровизуализацию анатомических пространств, измерения напряжения кислорода в тканях и механистическую модель подачи связанного с кровью кислорода для преобразования изменений мозгового кровотока и экстракции кислорода в синтетические BOLD-сигналы с использованием моделирования Монте-Карло. Основным достижением была успешная корреляция первых принципов между измеренными уровнями кислорода и церебрального кровотока (CBF), генерирующими сигналы фМРТ.

Недавняя статья нашей группы [4] была направлена ​​на расширение пространственного охвата моделирования связанного кровотока и кислорода.Наша модель также предложила подробную кинетику насыщения и диссоциации кислорода, связанного с плазмой и эритроцитами, эндотелиальный массоперенос и экстракцию кислорода тканями. Наше исследование количественно оценивало эффекты сосудистой сети, сочетая двухфазную (= суспензию эритроцитов в плазме) гемодинамику и нелинейную реологию крови с кислородной кинетикой. Кроме того, количество, распределение и положение ядер нейрональных и глиальных клеток были получены в значительном срезе (~ 1x1x1 мм 3 ) первичной сенсорной коры вибрисс.Мы также предсказали насыщение кислородом артериол, капилляров и вен в пределах экспериментальной ошибки. Приняв вероятностный подход для учета дыхания митохондрий, связанного с конкретными нейрональными и глиальными сомами, модель была использована для вычисления субклеточных градиентов кислорода между внеклеточным матриксом, цитоплазмой и отдельными нейрональными / глиальными митохондриями. Остающийся открытым вопрос касается пространственно-временной координации внутри нервно-сосудистой единицы.

Постановление

Существует мнение, что сосудисто-нервная единица локально контролирует реакцию мозгового кровотока.Тем не менее, снабжение кислородом превышает метаболическую потребность нейрональной активации по причинам, которые до сих пор остаются неясными [5]. Из-за огромных размеров мозга млекопитающих с его огромным количеством нейронов и капилляров точная временная и пространственная координация между клеточными компонентами все еще ускользает от точного физиологического описания. Например, исследования показывают, что функциональная гиперемия вызывает повышение локального нейронального метаболизма на 5%, что, в свою очередь, увеличивает местный кровоток на 30% до почти 130% от исходной перфузии [6].Однако точные сроки, регуляция и степень расширения в отдельных пространственно распределенных сосудистых компартментах во время функциональной гиперемии все еще исследуются [3,7–9].

Церебральное кровообращение также задействует второй механизм контроля кровотока, известный как церебральная ауторегуляция [10-17]. Клинические наблюдения [11] показывают, что общий мозговой кровоток (CBF) остается постоянным в широком диапазоне перфузионного давления (± 50 мм рт. Ст., ± 6666 Па). Многие прекрасные авторы [18–20] правильно связывают постоянство церебрального кровоснабжения с глобальными изменениями сопротивления.Тем не менее, участие определенных сосудистых компартментов, скорость и пространственное покрытие местных сосудорасширяющих / сосудосуживающих участков остается неуловимым [11,18–20]. Более того, количественная оценка сетевых эффектов и принципов управления среди сосудистых компартментов требует анатомически точной математической модели мозгового кровообращения.

Опираясь на достижения в области нейровизуализации, несколько групп начали интегрировать данные медицинских изображений с крупномасштабными компьютерными моделями [3,4,9,21–23]. Обычно эти усилия делятся на два типа.Один тип использует редукционистский подход с использованием упрощенных сетей, чтобы выделить глобальные модели распределения кровотока [7,24–28]. Второй тип следует восходящей стратегии, направленной на воспроизведение соответствующих компонентов микроциркуляции вплоть до уровня клеточного ансамбля. Заслуживающие внимания примеры включают количественную оценку нейрососудистого взаимодействия при функциональной гиперемии [3], анализ зависимости падения давления от глубины кортикального слоя [22], прогнозирование контроля кровотока с помощью внутрикортикальных артериол [9] и распределение кислорода в кортикальном слое [29,30].Конечной целью восходящих моделей является гемодинамическое моделирование всего мозга , однако виртуальные модели кровообращения всего мозга воспринимались как неразрешимые из-за размера и нелинейности математической связи между кровотоком и кинетикой кислорода [24]. .

Эта рукопись представит вычислительную процедуру, которая объединяет мультимодальные данные нейровизуализации, охватывающие различные масштабы длины, в единое виртуальное представление кровообращения коры головного мозга мышей.Двухфотонная визуализация дает данные для реконструкции капиллярных сетей. Микрокомпьютерная томография высокого разрешения (μCT) используется для определения связи между главными артериальными ветвями и пиальными кровеносными сосудами. Морфометрические характеристики сосудистых моделей в микро-, мезо- и макромасштабе были статистически проанализированы, чтобы синтезировать виртуальные сети кровотока с анатомически эквивалентной статистикой, но не ограничиваясь ограниченным полем зрения или разрешением модальностей визуализации.

Целью данной статьи было количественное определение сетевых эффектов неравномерного распределения эритроцитов в мозговом кровообращении. Хотя неравномерное распределение эритроцитов, также известное как снятие плазмы, может наблюдаться в отдельных бифуркациях, нейровизуализация всего мозгового кровообращения до сих пор не выполнена. Чтобы преодолеть этот недостаток, мы интегрировали физиологические данные из нескольких методов нейровизуализации, охватывающих три различных шкалы длины. Массовое компьютерное моделирование крупных сетей микроциркуляции первичной коры головного мозга мышей выявило тенденцию к зависящему от глубины гематокриту, что является важным открытием, указывающим на то, что сложная архитектура корковой микроциркуляции выполняет саморегулирующуюся функцию для поддержания равномерной перфузии кислорода.

Результаты

Морфометрия

Сначала мы оценили морфометрию экспериментальных данных, полученных на образцах первичной соматосенсорной коры мышей (N = 4, E1.1-E4.1). Схема индексации и наименования наборов данных приведена в таблице 1. Общее количество микрососудистых сегментов составило 24 669 ± 9 594 сплайна. Важным свойством является то, что все четыре исходных набора данных двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии (2PLSM) содержали кровеносные сосуды, которые делятся более чем на две дочерние ветви (мультифуркации).В частности, четыре набора данных содержали 654, 725, 1686, 1440 мультифуркаций соответственно.

Статистические данные по совокупным показателям, включая площадь сосудистой поверхности, длину пути и объем просвета, собраны в таблице 1. Хотя данные получены из одной и той же кортикальной области, между разными образцами существуют индивидуальные различия. Наблюдалась более высокая вариабельность в нижнем конце спектров диаметра сосудов, поскольку неизбежная неопределенность влияет на самые тонкие сосуды, близкие к порогу разрешения изображения, как это наблюдалось ранее [31].Мы также оценили отношение площади поверхности к объему ткани гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) микрососудистой сети как 8,8 ± 1,1 мм 2 сосудистой сети / мм 3 ткани. Это число было получено путем суммирования (эндотелиальной) площади поверхности капиллярного ложа; эта оценка сравнивается с экспериментальными значениями поверхности ГЭБ около 10-17 мм 2 / мм 3 у человека [32–34].

Наборы синтетических данных

Модифицированный алгоритм конструктивного роста (mCCO [30]) был использован для создания 60 наборов синтетических данных (S1.1-S4.15) первичной сенсорной коры мышей. Для каждого из четырех наборов экспериментальных данных было создано 15 клонов со статистикой, близкой к их экспериментальному оригиналу, так что серии S1.1-15 соответствовали исходному E1.1, а S4.1-15 соответствовали набору данных E4.1. Искусственные сети плавно соединяют артериальные сосуды через капиллярное русло с венами без зазоров или необходимости вставлять искусственные сегменты, как это наблюдается с другими методами [27]. Кроме того, поскольку кровеносные сосуды не совсем прямые, реалистичные значения извилистости были установлены с помощью сплайнового метода Безье, описанного ранее [30].Более того, на границах наборов синтетических данных ни сосуды пиальной поверхности, ни более глубоко лежащие артериолы, капилляры или венулы не были отрезаны и не нуждались в обрезке благодаря точному геометрическому контролю алгоритма вазогенного роста. Искусственный рост сети занял менее пяти минут для каждого набора данных на персональном компьютере.

Схема разветвления

Мы также сравнили морфометрию экспериментальных (N = 4) наборов данных первичной соматосенсорной коры синтетической вибриссы (N = 60, S1.1-S4.15). При визуальном осмотре нельзя вывести заметных различий в характеристиках, как показано для трех экспериментальных (E2.1, E3.1, E4.1) и шести наборов синтетических данных (S2.5, S3.3, S4.5, S2.3, S3.4, S4.8) на рис. 1A. Всего насчитывалось 24 679 ± 8389 сегментов сплайна и 16 451 разветвление. Сегменты сплайна были определены как трубчатые соединения (шлицы) между точками ветвления (бифуркации или мультифуркации). Этот метод подсчета гарантирует, что окончательный результат не зависит от разрешения сетки изображения или количества сегментов.Сравнение совокупных свойств и функций плотности вероятности показывает отличное согласие между экспериментальной и синтетической сетями, как видно на графиках рис. 1B и 1C. Синтетические сети представляют собой различные реализации, но статистически эквивалентные копии (клоны) исходных образцов изображений.

Рис. 1. Морфометрическое сравнение экспериментальных и синтетических микроциркуляторных сетей первичной сенсорной коры вибрисс мыши.

(A) Три экспериментальных набора данных 2PLSM [35] (E2.1, E3.1, E4.1, три показаны из четырех) сравниваются с синтетическими (S2.5, S3.3, S4.5, S2.3, S3.4, S4.8) сетями микроциркуляции (показаны шесть , из шестидесяти). (B) Совокупные морфометрические параметры микроциркуляции для экспериментальных (N = 4) и синтетических (N = 60) сетей (номер сегмента-Nsgm, длина внутрисосудистой оболочки, площадь сосудистой поверхности-VSA и сосудистый объем-VV статистически схожи, p> 0,05 во всех случаях. случаи с использованием одностороннего дисперсионного анализа). (C) Функции плотности вероятности показывают, что наборы синтетических данных не идентичны, но соответствуют топологии наборов экспериментальных данных.В совокупности морфометрический анализ показывает, что экспериментальные и синтетические сети статистически эквивалентны.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g001

Сетевые эффекты в крупномасштабных моделях

Нелинейные двухфазные уравнения кровотока, давления и гематокрита для всех четырех экспериментальных сетей и всех шестидесяти синтетических сетей сходились в течение пяти минут [29]. Результаты были визуализированы с помощью программного обеспечения для 3D-рендеринга Walk-In Brain, разработанного в нашем учреждении [36,37].Анализ траектории проводился на основе траекторий потока, пересекающего сеть вдоль линий тока. Были изучены двухфазный кровоток и сетевые эффекты, определяющие кровяное давление и распределение гематокрита через большие экспериментальные (N = 4) и синтетические (N = 60) сети, перфузирующие большую часть коры.

Типичное распределение давления по иерархии сети микроциркуляции показано на рис. 2. Траектории падения давления в микроциркуляции показали закономерности, согласующиеся с экспериментальными данными [38-40].Результаты анализа пути на рис. 2 также отражают широкие вариации гемодинамических состояний, когда кровь пересекает плотную микроциркуляторную сеть от сосудов пиальной поверхности через проникающие артериолы в капиллярное русло и, наконец, обратно в собирающие вены. Траектории отдельных путей (зеленый, синий, пурпурный и желтый) демонстрируют широкую вариабельность гемодинамических состояний вдоль направления потока. Анализ потока показал, что падение перфузионного давления в микроциркуляторных сетях со 120 до 5 мм рт.ст. (15,999-667 Па) привело к средней перфузии тканей 68.9 мл / 100 г / мин (11 ∙ 10 −6 м 3 / кг / с), что находится в экспериментально наблюдаемых диапазонах [41,42].

Рис. 2. Прогнозы гемодинамических состояний при моделировании первичной коры головного мозга показывают большие вариации из-за сетевой архитектуры.

(A) Анализ пути (N = 2 300–22 052 путей на набор данных) артериального давления как функции диаметра. (Следует отметить, что некоторые пути в наборах экспериментальных данных, например, E1.1, имеют зигзагообразную форму, что, вероятно, связано с неопределенностью в информации о диаметре).(B) Артериальное давление как функция длины пути в четырех наборах данных микроциркуляции. Репрезентативные траектории пути были нанесены зеленым, синим, пурпурным и желтым цветом (A-артерии, артерии, проникающие в PA, C-капилляры, AV-восходящие венулы, V-вены).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g002

Анализ траектории гематокрита и зависимости слоя

Мы дополнительно исследовали распределение потока эритроцитов как функцию сетевой иерархии (= сосудистую) и положения внутри корковой иерархии (= нейрональной).Результаты были получены как для эмпирических, так и для синтетических наборов данных. Два репрезентативных образца выделены на рис. 3A и 3B; Еще восемь примеров показаны на рис. 3C. Типичные пути, принадлежащие разным кортикальным слоям, обозначены цветом на рис. 3. Пути потока были созданы путем отслеживания потока от артериальных входных узлов ниже по потоку через капиллярное русло до достижения венозного выхода. Пути были отсортированы в соответствии с их функцией снабжения тканью следующим образом: метка глубины пути, равная глубине кортикального слоя самого глубокого сегмента, была присвоена каждому пути потока.Таким образом, все пути были однозначно упорядочены в диапазоне от мелких до глубоких путей в соответствии с иерархией нейронного слоя (I-VI) в соответствии с ранее сообщенными значениями [35,43,44]. На рис. 3 показаны значения гематокрита вдоль характерных путей на мелководных (слой I - зеленый) и глубоко проникающих (слой V / VI - желтых) путях. Вдоль каждого пути и между разными путями наблюдается большая изменчивость по направлению потока. Например, гематокрит в разряде в наборе данных S1.1 достигает значений h max ~ 0.7 и всего h мин ~ 0,18. Однако существует общая тенденция к переносу более высокого гематокрита на более низкие корковые уровни (пути слоя V / VI). Тенденция относительно более высокого гематокрита h, передаваемого в более глубокие слои ткани (значение p <0,01, с использованием одностороннего теста ANOVA в MatLab), постоянно наблюдалась во всех экспериментальных и синтетических наборах данных. Объемный поток Q показал противоположную тенденцию; он был уменьшен в сегментах более глубоких слоев, которые соединены более длинными путями, как показано на рис. 4.В отличие от объемного потока и гематокрита, поток эритроцитов (= объемный расход фазы эритроцитов) проявлял слабую зависимость от слоев, он был почти постоянным независимо от глубины кортикального слоя. Мы также наблюдали, что дисперсия капиллярных потоков эритроцитов уменьшалась с глубиной кортикального слоя, таким образом, потоки эритроцитов в более глубоких слоях демонстрируют меньшую изменчивость, чем пути на поверхности. Взятые вместе, двухфазная реология крови и сетевые эффекты, по-видимому, вызывают зависящее от глубины поступление гематокрита в кору головного мозга, что приводит к более гомогенизированным потокам эритроцитов в более глубоких слоях (= меньшая дисперсия потоков эритроцитов).Дальнейший анализ зависимости диаметра от гематокрита подтвердил высокую степень вариабельности гематокрита по спектрам диаметра, как наблюдалось ранее [4] (Приложение S1).

Рис. 3. Анализ зависимостей от глубины траекторий гематокрита через кору.

Визуализация поля гематокрита в трех измерениях показывает более высокий (красный) уровень гематокрита в выделениях в более глубоких сегментах, чем в сегментах, расположенных ближе к пиальной поверхности. Эта тенденция наблюдается в экспериментальных (A, E4.1) и синтетические (B, S4.2) сети. Графики для всех путей (N = 2 300–22 052 путей на набор данных) отображают затененную область, изображенную здесь для набора экспериментальных данных E4.1 и набора синтетических данных S4.2. Для лучшей видимости репрезентативные пути, спускающиеся на разную глубину, показаны с цветовой кодировкой по слоям (I-VI). Более глубокие пути (слой V / VI-желтый) имеют тенденцию нести более высокие уровни гематокрита, чем более мелкие пути (слой I-зеленый). (C) Дополнительные наборы данных показывают стабильно зависящий от глубины гематокрит в синтетических (N = 5, S1.1, S2.1, S3.2, S2.3, S4.1) и экспериментальные (N = 3, E1.1, E2.1, E3.1) сети (показано восемь примеров).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g003

Рис. 4. Статистика распределения гематокрита и потоков эритроцитов в корковых слоях церебральной микроциркуляторной сети.

(A) Статистика по ансамблю экспериментальных (N = 4) и синтетических (N = 12) наборов данных показывает более высокий гематокрит в выделениях в более глубоких сегментах (N = 1 234 412 с p <0,01 с использованием однофакторного дисперсионного анализа ANOVA).Медиана (красная линия), 25-75 процентиль (синий прямоугольник) и пределы (черные линии, исключая выбросы) гематокрита во всех кровеносных сосудах для каждого слоя, полученные для всех наборов данных. (B) Статистика в трех отдельных наборах данных (S1.1, E2.1, S4.1, N = 59830, 94842 и 108833 соответственно, p <0,01 во всех случаях). В любом случае слой V имеет более высокий уровень гематокрита, чем слои, расположенные ближе к кортикальной поверхности. Как правило, более короткие поверхностные пути (слой I) имеют тенденцию иметь более высокий расход, Q , но более низкие уровни гематокрита, h .Общий поток эритроцитов (RBC) довольно однороден для всех слоев коры, поскольку эффект потока ( Q , ниже в глубоких слоях) и гематокрит ( h , выше в глубоких слоях) уравновешивают друг друга. Дисперсия потоков эритроцитов, VarRBCFlux , уменьшается с глубиной; соответственно, в более глубоких слоях наблюдается более однородное распределение потока эритроцитов.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g004

Согласие между результатами моделирования, полученными для экспериментальных и синтетических данных, подтверждает, что синтетические сети гемодинамически эквивалентны экспериментальным сетям.Удовлетворительное соответствие морфометрии и гемодинамики между экспериментальными и синтетическими данными оправдывает распространение сетевого синтеза на большие анатомические области, как описано ниже.

Расширение для моделирования гемодинамики в масштабе всего мозга

Сосудистые сети, охватывающие циркуляцию всей территории СМА, были созданы с помощью нашего модифицированного алгоритма CCO (mCCO), как описано в Gould et. al [30]. Алгоритм mCCO был запущен с MCA M1 в качестве первого сегмента.Расположение территории MCA в контексте коры головного мозга мыши показано на рис. 5 в верхнем ряду. Последовательно добавляли больше сегментов на кортикальную поверхность, показанную на рис. 5 в верхнем ряду, при этом сводя к минимуму объем сосудистого дерева с учетом ограничений кровотока. Таким образом, алгоритм постепенно генерировал все артериальные ветви пиальной сети на кортикальной поверхности. Затем ему было предписано продолжить проникновение в артериолы и рост микроциркуляторного русла на глубину примерно 1 мм ниже пиальной поверхности, пока не будет достигнута заданная плотность сосудов.На каждом этапе создания сегмента возможность соединения и положение бифуркации оптимизировались для получения минимального объема дерева. Диаметр ветвей сети рекурсивно пересчитывался в соответствии с принципами гемодинамики [45]. Общее количество шлицевых сегментов на территории искусственной СМА составило 993 185. Это примерно в 60 раз превышало количество сегментов в образцах коры головного мозга.

Рис. 5. Схема многомасштабного моделирования двухфазного кровотока на артериальной стороне территории СМА.

Крупномасштабная цереброциркуляторная модель соединяет Виллисово кольцо с территорией средней мозговой артерии с ее полной пиальной артериальной сетью и микроциркуляторным руслом. Результаты моделирования показывают моментальные снимки распределения давления, скорости потока и гематокрита на трех шкалах длины (1 мм, 100 мкм, 10 мкм). Эти три изображения примерно соответствуют разрешению нескольких модальностей визуализации: верхний слой, A, изображает основные артерии и анатомические особенности в миллиметровом масштабе, как видно на микроконтактной компьютерной томографии; средний слой B показывает артериолы в микронном диапазоне; нижний слой, C, достигает клеточного разрешения, как это видно в 2PLSM или при конфокальной визуализации.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g005

Топология синтетической территории MCA напоминала карты, доступные в мышиных атласах [46,47]. Плотность ветвления и структура пиальных артерий, а также количество проникающих артериол находились в пределах диапазона реконструированных наборов изображений μCT, как указано в таблице 2. Подробные изображения на рисунке 5 показывают пиальные, микроциркуляторные и отдельные капиллярные шкалы, иллюстрирующие различные аспекты массивная сетевая модель, охватывающая три шкалы длины от сегмента MCA M1 диаметром [48] 142 мкм до капиллярного слоя [35], d <6 мкм.Морфометрия синтетических сетей MCA обобщена в таблице 2. На рис. 5A – 5C показаны поля давления, потока и гематокрита от истока Уиллисова круга (MCA M1) до мельчайших капилляров в микроциркуляции. Анатомические детали и схема ветвления изображены для очень нерегулярной извилистой сети микроциркуляции.

Полное кровообращение в области СМА, включая артериальную и венозную стороны

Моделирование всей территории MCA включало компартменты пиальных артерий, проникающих артериол, прекапилляров, капилляров, посткапилляров, восходящих венул и пиальных вен.Чтобы завершить циркуляцию MCA, венозное дерево, включая венулы, было синтезировано в обратном порядке и подключено к капиллярному ложе, как описано ранее [30]. На рис. 6 показано распределение давления, потока и гематокрита по территории СМА. На рис. 6А показаны комплексные трехмерные карты анатомической иерархии, распределения давления, кровотока на территории СМА и неравномерного двухфазного гематокрита. На рис. 6B – 6E показаны анатомическая группировка, давление, поток и распределение гематокрита по отдельным отсекам.В этих представлениях диаграммы взрыва, разделяющие анатомические группы (пиальные артерии, проникающие артериолы, прекапилляры, капилляры, посткапиллярные венулы, венулы и пиальные вены), использовались для лучшего определения гемодинамических состояний в каждой группе. Визуальный осмотр микроциркуляторных отделов (прекапилляров, капилляров и посткапилляров), изображенных на рис. 6E, показывает более высокие уровни гематокрита в более глубоких кортикальных слоях, чем на поверхности.

Рис. 6. Кровоток полного артериального и венозного кровообращения на территории СМА мыши.

Эта крупномасштабная модель содержит сегмент MCA M1, ответвляющийся от Виллизиева круга в качестве притока, и покрывает всю территорию средней мозговой артерии с полной пиальной сетью и микрососудом, охватывающим PIA-пиальные артерии, PEA-проникающие артериолы, PEC- прекапилляры, C-капилляры, POC-посткапилляры, AV-восходящие венулы, PV-пиальные вены. (A) Трехмерные снимки пространственного распределения анатомической группы, артериального давления, кровотока (перфузии) и гематокрита.Взрывная схема анатомических отделов ангиоархитектуры на территории СМА; цветовая кодировка отображает (B) анатомические группы, (C) артериальное давление, (D) поток (перфузию) и (E) распределение гематокрита. Эта крупномасштабная модель содержит 5 452 сегментов сплайна пиальной сети, 27 374 сплайна, охватывающих проникающие артериолы и восходящие венулы, и 960 359 капилляров. Объем пиальных артерий - 143 нл (16,5%), проникающих артериол - 75,1 нл (8,7%), прекапиллярных артериол - 101.9 нЛ (11,8%), капилляры - 96,8 нл (11,2%), посткапиллярные венулы - 100,7 нл (11,6%), восходящие венулы - 75,8 (8,7%) и пиальные вены, включая участки верхнего сагиттального синуса, - 273,8 нл ( 31,5%).

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g006

Кровоток

Моделирование, проведенное для всей циркуляции на территории MCA, требовало граничных условий только в двух точках; Артериальное кровяное давление MCA M1 (p = 120 мм рт. Ст., 15 999 Па), уровень гематокрита (h = 0.35) и венозное давление на выходе (p = 5 мм рт. Ст., 667 Па). Решение охватывало кровяное давление, кровоток и гематокрит для 5452 пиальных сосудов, 27 374 сегментов, перпендикулярных пиальной поверхности, и 960 359 капилляров всей территории центральной СМА, всего 993 185. Всего предложенным итерационным методом удалось привести к сходимости 2648853 уравнения для двухфазного кровотока.

Прогнозируемая скорость перфузии для территории СМА составляла 50 мл / 100 г / мин (= 8,3 ∙ 10 −6 м 3 / кг / с), что согласуется с литературными диапазонами [41,42] 40–163. мл / 100 г / мин (= 6.7–27,2 ∙ 10 −6 м 3 / кг / с). Тенденция к более высоким уровням гематокрита в более глубоких корковых слоях, наблюдаемая в меньших образцах коры головного мозга, также была подтверждена в массовом моделировании территории MCA, как показано на рис. 7.

Рис. 7. Зависимость гематокрита от общего кровотока на центральной территории СМА.

Моделирование двухфазного кровотока для всей территории MCA было статистически проанализировано, чтобы проиллюстрировать зависимость гемодинамических состояний от глубины. На большом участке вырезается центральная кортикальная сосудистая сеть СМА (объем = 4.1 мм 3 и площадь поверхности = 4,2 мм 2 , что составляет 11% территории СМА), было оценено 188 865 микрососудистых сегментов в слоях I-V. (A) Кровоток немного уменьшается на более глубоких путях (p <0,01 с использованием одностороннего теста ANOVA). (B) Увеличение гематокрита по более глубоким кортикальным слоям (p <0,01, односторонний тест ANOVA). (C) Продукт объемного кровотока и гематокрита дает поток эритроцитов, который почти постоянен с легким уменьшением с глубиной (p <0,01 при использовании одностороннего теста ANOVA).(D) Дисперсия потока эритроцитов ( VarRBCFlux ) уменьшается с глубиной, поэтому распределение потока эритроцитов более однородно в более глубоких слоях, чем близко к поверхности.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g007

Следует отметить, что моделирование практически не показало граничных эффектов в центре территории СМА, где были расположены первичные сенсорные образцы коры. Подавление граничных эффектов, которое может быть достигнуто с помощью крупномасштабного моделирования, чрезвычайно важно для моделирования гемодинамического контроля кровотока, такого как это происходит при функциональной гиперемии или под ауторегуляторным контролем.Для полного моделирования всей территории СМА (артериальной и венозной стороны) потребовалось 65 итераций и ~ 2 часа на многоядерных рабочих станциях.

Обсуждение

Морфометрия

Мы провели многомасштабный морфометрический анализ мозгового кровообращения у мышей по трем шкалам длины. Как на макро-, так и на мезоуровне, статистические данные для Виллизиева круга, средней мозговой артерии и ее пиальной артериальной сети были извлечены из данных высококачественной микро-КТ (мкКТ) [56].Морфометрия микроциркуляции была получена с помощью двухфотонной визуализации (2PLSM), очерчивая микроангиоархитектуру до уровня отдельных капилляров для значительных срезов (~ 1x1x1 мм 3 ) первичной сенсорной коры вибрисс. Между наборами данных по микроциркуляции 2PLSM были статистические различия, особенно в информации о диаметре, как можно было ожидать из анализа с высоким разрешением сетей кортикальной микроциркуляции. Однако эти изменения существенно не повлияли на структуру гемодинамического кровотока.Морфометрические параметры (количество артериальных, капиллярных и венозных сегментов, паттерны связности и ветвления, функции плотности вероятности для спектров длины, диаметра и площади поверхности) послужили основой для синтетического алгоритма роста сосудов. Поскольку статистику (например, номера сегментов) можно было напрямую ввести в алгоритм mCCO, мы смогли создать 15 синтетических реплик для каждого из четырех наборов данных. Всего синтезированы искусственные сосудистые сети (N = 60) с морфометрическими характеристиками и паттернами перфузии крови, статистически эквивалентными экспериментальным данным.Обилие экспериментальных и синтетических данных, использованных в этом исследовании, послужило испытательной площадкой для гемодинамического анализа двухфазного кровотока через кортикальную микроциркуляцию.

Кровоток

Гемодинамическое моделирование было выполнено с использованием компьютерных алгоритмов, описанных и тщательно протестированных [29]. Мы выполнили моделирование двухфазного кровотока как в экспериментальных (N = 4), так и в синтетических микроциркуляторных сетях (N = 60). По результатам моделирования были предсказаны закономерности кровотока, давления и гематокрита в диапазонах, известных в настоящее время из экспериментов.Несмотря на то, что наши вычисления кровотока детерминированы [4,29], вычисленные состояния гемодинамики широко варьировались в лабиринте путей, пересекающих микроциркуляцию. Мы определили случайность ангиоархитектуры как источник широкого диапазона прогнозируемых гемодинамических состояний. Обнаружение вариабельности гемодинамических состояний из-за сетевой архитектуры является важным, потому что это предполагает отсутствие характерных свойств (например, среднего гематокрита, среднего капиллярного давления), которые могли бы обоснованно представлять типичное физико-химическое состояние микрососудистого компартмента (артериол, капиллярное русло и т. Д.) венулы).Это также объясняет, почему идеализированные деревья, такие как двоичные упорядоченные иерархические графы [26], являются неподходящими заменителями сетей микроциркуляторного русла, потому что их регулярным и симметричным паттернам ветвления не хватает случайности в топологии сети, наблюдаемой в анатомии мыши. В частности, упорядоченные деревья имеют равные состояния во всех ветвях данной иерархии, что приводит к равномерному расщеплению гематокрита из-за симметрии диаметров дочерних ветвей.

Вариабельность гемодинамических состояний, о которой сообщалось ранее [4], имеет значение для нейровизуализационных исследований.В частности, даже точные измерения в отдельной точке в пределах ограниченного поля зрения нейровизуализации (например, поверхность ~ 1 мм 2 на двухфотонных изображениях) будут склонны к большим вариациям. Пятнистость (изменчивость), полученная при получении изображения в одной точке, не может быть устранена более точным отображением. Вместо этого эффективным ответом на противодействие изменчивости из-за случайности сети является принятие протоколов визуализации, которые подчеркивают пространственно распределенные образцы над точечными измерениями.Другими словами, измерения, предназначенные для определения глобальных тенденций, требуют пространственно распределенных выборок. В частности, можно ожидать, что точечные наблюдения, полученные для отдельных кровеносных сосудов, будут демонстрировать большие вариации из-за сетевых эффектов, даже если измерения являются точными.

Гематокрит

Наше крупномасштабное компьютерное моделирование предполагает зависящий от глубины градиент гематокрита в корковом кровоснабжении, как концептуально обобщено на рис. 8. Детальный анализ спектра отдельных путей микроциркуляторного кровотока выявил четкую тенденцию; а именно, что глубоко проникающие микрососуды переносят больше эритроцитов, чем пути, идущие ближе к пиальной поверхности.Наблюдение более высокого гематокрита на более глубоких путях наблюдалось во всех экспериментах по моделированию для первичных сенсорных наборов (экспериментальные наборы данных, N = 4; синтетические микроциркуляторные сети, N = 60, как показано на рисунке 4), а также для крупномасштабной крови. моделирование потока, охватывающее всю территорию MCA, показано на рис. 7. Прогнозируемый эффект гомогенизации приводит к более однородным потокам эритроцитов, поскольку более короткие поверхностные пути имеют тенденцию иметь более высокий объемный поток Q, но несут меньший гематокрит h. С другой стороны, более длинные и более глубокие пути проникновения должны преодолевать более высокое сопротивление, ведущее к меньшему потоку, но при этом имеют повышенный гематокрит, как показано на рисунках 4 и 7.Как следствие, это явление также свидетельствует о том, что более короткие поверхностные пути, которые используются для поступления свежего артериального кислорода, имеют меньше эритроцитов, в то время как более глубокие пути имеют более высокие концентрации эритроцитов, которые в среднем несут более низкое насыщение O 2 . Другой эффект градиента гематокрита заключается в том, что чистые потоки кислорода, передаваемые к различным кортикальным слоям, более равномерно сбалансированы, чем было бы в случае, если бы эритроциты распределялись равномерно (без снятия плазмы). Мы также заметили, что дисперсия потоков эритроцитов уменьшалась с глубиной кортикального слоя.Соответственно, распределение потоков эритроцитов в более глубоких слоях более однородно, чем в поверхностных слоях. Случайная сетевая архитектура вместе с неравномерным распределением гематокрита из-за сложной двухфазной реологии крови, по-видимому, являются двумя синергетическими факторами для обеспечения однородной подачи кислорода независимо от глубины кортикальной ткани. Поскольку для этого эффекта гомогенизации не требуется внешняя обратная связь, можно предположить, что зависимость гематокрита от слоев и снижение дисперсии потока эритроцитов служит механизмом саморегулирования для балансировки подачи кислорода ко всем кортикальным слоям.

Рис. 8. Схема зависящего от глубины эффекта сети гематокрита.

На уровне микроциркуляции кровь представляет собой суспензию эритроцитов в плазме с тонким пограничным слоем вблизи сосудистой стенки, который содержит мало или совсем не содержит эритроцитов. Когда эритроциты, взвешенные в плазме, проходят через бифуркацию проникающей артерии, они имеют тенденцию концентрироваться в более толстой дочерней ветви, в то время как более тонкая боковая ветвь сифонирует сравнительно более высокую фракцию плазмы из бесклеточного слоя около стенки родительской ветви. .Этот эффект известен как плазменная скимминг . Когда снятие плазмы повторяется в течение многих бифуркаций корковой микроциркуляции, более глубокие пути через капиллярное русло имеют тенденцию иметь более высокий гематокрит, чем поверхностные пути. Чем больше длина пути, тем выше сопротивление потоку, что снижает объемный поток. Фактически, общий поток эритроцитов, который является продуктом гематокрита, умноженного на поток, более сбалансирован, чем если бы расщепление эритроцитов было равномерным. Сетевой эффект также снижает изменчивость потоков эритроцитов, так что более глубокие слои перфузируются более равномерно.Наше моделирование включало сетевые эффекты из-за двухфазной реологии крови для прогнозируемых градиентов гематокрита и повышенной гомогенизации потока эритроцитов.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g008

Эффект снятия плазмы описывает явление, наблюдаемое при бифуркациях микрососудов (d <300 мкм) [57,58], при которых более тонкие боковые ответвления отводят непропорционально большие количества плазмы из родительского сегмента, чем из более толстых дочерних ветвей. Наше механистическое моделирование иллюстрирует, как явления снятия плазмы применяются к тысячам бифуркаций и множественных отклонений в извилистой сети сосудов, эффективно преодолевая геометрическую неизбежность различий в длине пути, как показано на рис.8.

Наша недавно разработанная модель кинетического расщепления плазмы (KPSM) была нашим выбором для расчета крупномасштабных сетевых эффектов в этом исследовании. Основные важные причины включают: (i) правило разделения KPSM способно справиться с множественными отклонениями, которые возникают в микроциркуляторной анатомии мышей (7,1%, 5,9%, 8,9%, 6,7% всех сегментов имели мультифуркации в экспериментальных наборах данных), (ii ) его прогнозы находятся в пределах физиологически значимых диапазонов свойств. В частности, он не приводит к предсказанию нулевого или чрезмерного гематокрита, и (iii) его линейные и дифференцируемые математические свойства гарантируют сходимость массовых сетевых вычислений.Полную учетную запись, документирующую модель KPSM, можно найти в Приложении S3.

Синтез

В ранее представленном сетевом синтезе использовался модифицированный алгоритм ограниченной конструктивной оптимизации (mCCO) [30]. Алгоритм mCCO, первоначально разработанный Шрайнером [45], использует два очень простых принципа: (i) минимизация сосудистого объема и (ii) ограничения принципа гемодинамического потока, которые обеспечивают, чтобы общий кровоток, поступающий в сеть, выводился в точно равных количествах через терминал. сегменты оттока.Примечательно, что этот подход создает сетевые структуры, топология которых напоминает анатомию сосудистой сети, наблюдаемую in vivo. Одна из основных задач состояла в том, чтобы проверить, могут ли реалистичные сетевые представления с артериально-капиллярно-венозным закрытием быть синтезированы с морфометрическими и гемодинамическими свойствами, соответствующими сетям, полученным с помощью методов нейровизуализации. Результаты показали, что синтетические данные (N = 60), созданные с помощью модифицированного алгоритма mCCO, были статистически и гемодинамически эквивалентны экспериментальным наборам корковых данных (N = 4).

MCA

Гемодинамически стимулированная процедура роста сосудов позволила построить реалистичные изображения коркового кровоснабжения всей территории СМА, охватывая несколько масштабов длины от крупных артерий (диапазон в миллиметрах) до мельчайших капилляров (диапазон в мкм) и дренирующих через пиальные вены (диапазон в миллиметрах) или на три порядка по шкале длины. Это позволило нам беспрепятственно интегрировать современные топологические данные, полученные с помощью двух совершенно разных методов визуализации (µCT и 2PLSM), в единое согласованное многомасштабное представление всей территории MCA с беспрецедентными анатомическими деталями, которые включают как артериальную, так и венозная сторона цереброциркуляции.Поскольку простые принципы построения, основанные на потоке крови, применяются во всех масштабах длины, результирующая циркуляция MCA не имеет разрывов или разрывов между главными церебральными артериями, пиальной артериальной сетью или микроциркуляцией. Морфометрия, анатомические детали, такие как форма кортикальной поверхности и принципы гемодинамики, включаются на каждом этапе алгоритма роста. Таким образом, предлагаемая нами методология может служить альтернативой практике простого объединения данных из разных мест или масштабов длины.

Применение моделирования двухфазного кровотока для всей территории MCA показывает, что крупномасштабное моделирование кровотока и гематокрита возможно при существующих компьютерных ресурсах. Крупномасштабное моделирование подтвердило тенденцию зависимости уровня гематокрита, предсказанную для меньших образцов коры головного мозга. Массивное моделирование также проясняет пространственно-временную координацию между различными сосудистыми отделами на разных масштабах длины (артерии против артериол против капиллярного русла).Анатомические детали, полученные с помощью модели MCA, могут служить отправной точкой для динамического моделирования, которое разъясняет участие различных сосудистых компонентов в регулировании функциональной гиперемии, ауторегуляции или коллатерального кровоснабжения при инсульте. Поскольку сеть простиралась на значительную часть коры головного мозга мыши, прогнозы для центра первичной сенсорной коры не имели граничных эффектов.

Граничные условия

Синтетическая циркуляционная сеть MCA также имеет критическое преимущество, заключающееся в том, что граничные условия, которые, как сообщается, затрудняют моделирование на тонких наборах данных [9], применяются очень далеко от области исследования.Например, на рис. 5 показаны типичные подсекции, сопоставимые по размеру с наборами данных 2PLSM, которые расположены далеко от границ MCA (сегмент M1 MCA и вены верхнего сагиттального синуса). Таким образом, в образцах, расположенных в центре территории СМА, граничные условия оказывают незначительное влияние на прогнозы гемодинамики. Для моделирования кровотока на всей территории СМА требовалось только артериальное давление на входе в сегменте M1 и артериальное давление на венозной стороне.

Мы указываем на три дополнительные причины, почему способность синтезировать морфологически и гемодинамически эквивалентные наборы данных важна.(i) Искусственные сети непрерывно соединяют артериальную и венозную стороны без разрывов. В трехмерных нейроизображениях, собранных из стеков двумерных изображений, легко пропустить соединения сегментов или сегменты, проходящие между двумя срезами. (ii) Никакие сегменты не разрываются, и нет необходимости обрезать оборванные сегменты на границах домена (эта очистка неизбежна при реконструкциях изображений [3,23]). В частности, фрагментация пиальных артерий и многих сегментов микроциркуляторного русла, идущих перпендикулярно к пиальной поверхности, приводит к граничным эффектам, которые могут существенно повлиять на прогнозы [9].(iii) Наиболее важным преимуществом является возможность расширять объем данных, полученных с помощью нейровизуальных изображений, не ограничиваясь ограниченным полем зрения или ограниченным разрешением модальности изображения.

Возможность проводить моделирование всего мозга освободит разработчика моделей от бремени принятия неопределенных предположений на границах искусственной области (край изображения или граница области моделирования). Поскольку нашему алгоритму удалось объединить вычисления кровотока с разделением гематокрита для всей циркуляции MCA примерно за два часа процессорного времени, наша группа уверена, что предложенный вычислительный подход позволит моделировать кровоток и транспорт кислорода на уровне всего мозга в ближайшее будущее.

Ограничения

Несмотря на доказательства таких тенденций, как гематокрит, зависящий от глубины, следует подчеркнуть, что отдельные пути потока могут испытывать значительно более слабые или даже обратные тенденции, как можно ожидать из присущей архитектуре микроциркуляторной сети случайности.

Метод 2PLSM предоставил очень подробную инвентаризацию корковой микроциркуляции. Четыре набора данных не включали информацию о подкорковом кровоснабжении белого вещества.Подкорковое кровообращение белого вещества физиологически отделено от коркового кровоснабжения. Соответственно, мы предположили, что снабжение белого вещества гидравлически отделено от коркового кровоснабжения. Однако для уверенности в этом вопросе потребуется модель как корковой, так и подкорковой сетей (кровоснабжения белого вещества). Эта задача интригует, но в настоящее время она недоступна для 2PLSM, который ограничен глубиной ~ 1 мм. Это явно вопрос для будущих исследований, но в настоящее время выходит за рамки данной статьи.

Основное открытие зависимости поступления гематокрита в корковые слои от глубины является результатом предсказания модели, в основе которого лежат экспериментальные наблюдения за снятием плазмы и неравномерным расщеплением гематокрита, наблюдаемым в капиллярах за пределами мозга [59–61]. Следовательно, следующим логическим шагом является экспериментальная проверка зависимого от слоя гематокрита с помощью глубокой визуализации, такой как двухфотонная визуализация с адаптивной оптикой (АО) [62]. Если эксперименты подтвердят глубинную зависимость и гомогенизацию распределения потока эритроцитов, это станет замечательным вкладом в математическое моделирование, которое фактически предсказало, а не просто объяснило корковое кровоснабжение.В неблагоприятном случае модель вызвала бы необходимость пересмотреть наше понимание реологии двухфазного кровотока, поскольку она связана с кортикальной микроциркуляцией (= законы вязкости, зависящие от диаметра и гематокрита, и правила разделения гематокрита), поскольку до сих пор это предполагалось скимминг плазмы активен в капиллярах всей системы кровообращения, включая мозг.

Выводы о подаче кислорода также необходимо проверить экспериментально и расчетно.Представленные ранее методы могут стать первым шагом в этом направлении [4]. Однако прогнозирование кислорода требует дискретизации внеклеточного пространства, что в принципе может быть выполнено с использованием методов, представленных в Gould et. al [29], но это выходит за рамки данной статьи.

Выводы

Мы предсказали неравномерное распределение гематокрита в зависимости от глубины из-за сложной двухфазной реологии крови. Поскольку наше моделирование не включало внешние факторы, такие как сила тяжести, мы пришли к выводу, что результат зависящего от глубины гематокрита является результатом сочетания структурных и гемодинамических свойств сети.Наши результаты показывают, что сетевые эффекты из-за двухфазной реологии крови и случайности сетевой архитектуры являются контролирующим фактором для обеспечения адекватного снабжения кислородом независимо от глубины коры. Поскольку наблюдаемая гомогенизация вариабельности эритроцитов не требует обратной связи, зависящий от глубины градиент гематокрита может служить важным механизмом саморегуляции, чтобы сбалансировать поступление кислорода ко всем кортикальным слоям.

Неравномерное распределение гемодинамических состояний в микроциркуляции, а также понятие зависимого от слоев гематокрита также влияют на интерпретацию сигнала fMRI BOLD, где обычно предполагается, что гемодинамические состояния и гематокрит однородны и равномерно распределены по микроциркуляции.Предсказания в этой работе предполагают, что фокусный анализ сигнала fMRI BOLD будет более актуальным, чем предположение глобальных констант для всей коры.

Мы продемонстрировали, что модифицированный алгоритм ограниченной конструктивной оптимизации (mCCO) успешно синтезирует искусственные микроциркуляторные сети с топологическими и гемодинамическими свойствами, которые статистически эквивалентны экспериментальным наборам данных из различных модальностей визуализации и масштабов длины.

Моделирование всего кровообращения MCA, которое до недавнего времени считалось неразрешимым, теперь становится доступным для строгого численного анализа благодаря стабильным, эффективным и физиологически согласованным алгоритмам удаления плазмы, реализованным на существующем компьютерном оборудовании.Синтез анатомически достоверных цереброциркуляторных сетей с желаемой топологией закрывает разрыв между крупномасштабным моделированием кровотока, выполняемым на наборах данных, полученных из изображений, с одной стороны, и симуляциями на чисто синтетических наборах данных, с другой.

Успешный синтез всей территории MCA с симуляцией двухфазного кровотока представляет собой шаг к конечной цели - имитации первого принципа цереброциркуляторной крови и паттернов распределения кислорода для всего мозга.

Материалы и методы

Обзор структур данных, используемых в этом исследовании, представлен на рис. 9.

Рис. 9. Мультимодальные данные изображения, используемые для построения реалистичных моделей мозгового кровообращения для всего мозга мыши.

(A, B) Основные кровеносные сосуды и пиальная артериальная сеть . (A) µCT изображение сосудистого дерева с высоким разрешением у мыши. (B) Синтетическое артериальное дерево пиальной артерии, созданное с помощью модифицированной ограниченной конструктивной оптимизации и морфологических данных из изображений µCT.Обратите внимание, что синтетическая кровеносная сеть не полностью воспроизводит расположение пиальных сосудов в µCT, а просто обладает сходными морфометрическими характеристиками. (C, D) Кортикальная микроциркуляция (C 1 -C 4 ) Экспериментальные сети микроциркуляции, полученные с помощью двухфотонной лазерной визуализации [35]. (D 1 -D 4 ) Синтетические наборы данных о микроциркуляции. Синтезированные наборы данных статистически эквивалентны реконструированным сетям из 2PLSM. Артериальная (красный) и венозный (синий) стороны имеют цветовую маркировку для лучшей видимости.

https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006549.g009

Сбор данных о пиальной поверхности

Девять самок мышей C57BL / 6 были визуализированы на предмет структур пиальной сосудистой сети после внутрисосудистой инъекции контрастного вещества свинцового пигмента, как описано в другом месте [56,63–65]. Мышей фиксировали перфузией перед визуализацией микрокомпьютерной томографии (мкКТ) с изотропным разрешением 7–20 мкм церебральной ангиоархитектуры. Полученные трехмерные изображения были отфильтрованы, и просвет сосудов реконструирован, как описано ранее [66–68].На рис. 9А показаны необработанные образцы µКТ сосудистой сети мыши из изображения с разрешением 20 мкм. Статистические данные пиальной сети, такие как плотность проникающих артериол и диаметр сосудов, были собраны с результатами, обобщенными в таблице 2.

Сбор данных о микроциркуляции

Четыре объема (N = 4), которые охватывали первичную сенсорную кору вибрисс мыши [35], были получены с помощью двухфотонной лазерной сканирующей микроскопии (2PLSM) и показаны на рис. 9C. 2PLSM использовался для определения пространственного расположения, длины и ориентации кровеносных сосудов в первичной сенсорной коре вибрисс [31,35,69].Кровеносные сосуды в четырех наборах данных (~ 1x1x1 мм 3 ) были помечены как пиальные артерии, проникающие артериолы, капилляры, восходящие венулы или пиальные вены. Категоризация была основана на размере и уровне ветвления в соответствии с порядком Strahler, а не на физиологических маркерах. Не было предпринято никаких попыток дифференцировать прекапиллярные артериолы от постартериоловых капилляров, потому что это требует дифференциальной маркировки гладких мышц и перицитов. Капилляры были дифференцированы от восходящих венул по диаметру, равному 6 мкм, а проникающие венулы были дифференцированы от пиальных вен для сосудов на глубине 100 мкм ниже мягкой мозговой оболочки и диаметром менее 12 мкм.Информация о диаметре также была получена из изображений. Сетевая информация хранилась с использованием разреженных матриц связности. Спектры длины, диаметра и извилистости показаны на рис. 1. Более подробную информацию о получении изображения [31,35,69], реконструкции изображения [70], а также формулировку сетевых уравнений [29] можно найти в другом месте.

Синтез больших кровеносных сетей

Искусственные микрососудистые сети (N = 60) для больших участков коры (~ 1x1x1 мм 3 ) были синтезированы с использованием ранее описанного алгоритма роста сосудов [30].На рис. 9D показаны четыре примера. Алгоритм сохранил размеры экспериментально полученных образцов коры головного мозга, рисунок и размер пиальных артерий, количество, ориентацию и связность проникающих артериол, а также морфометрию капиллярного ложа, дренирующих венул и пиальных вен, как указано в таблице 1. Статистика и морфометрические сравнения наборов экспериментальных и синтетических данных показаны на рис. 1.

Артериальная сеть всей территории СМА, охватывающая три порядка длины от крупных артерий (диапазон ~ 1 мм) до всего капиллярного русла (~ 1 мкм), была синтезирована на основе морфометрической статистики исходных данных из мультимодальных изображений (мкКТ). и 2PLSM).

Кровоток

Микроциркуляторный кровоток моделировали как двухфазную суспензию, состоящую из эритроцитов и плазмы. Объемный кровоток описывался законом Пуазейля, связывающим объемный поток с падением давления как функцией сопротивления, которое, в свою очередь, зависит от диаметра, d и вязкости, зависящей от гематокрита [71]. Кроме того, кинетическая модель снятия скимминга плазмы (KPSM), представленная ранее [29], учитывала неравномерное распределение эритроцитов, известное как скимминг плазмы.

У этой модели есть только один регулируемый параметр - коэффициент скимминга m.Для него было установлено значение m = 8 во всех моделях микроциркуляции, хотя этот параметр может быть уточнен, как показано недавно [72–74]. Нелинейные системы консервационных балансов в системе (1) решались итеративно для расчета артериального давления p, потока Q и гематокрита h. Здесь R - матрица сопротивления, C 1 и C 2 - фундаментальные матрицы связности [75], а C 3 - матрица адвективного потока. Граничные условия приведены в Таблице 3. Более подробная информация о математических основах приведена в Приложении S2; детали реализации обсуждаются в другом месте [29].

(1)

Tech Corner: настройки подвески для бездорожья, независимая и цельная ось

Есть много жарких споров, когда дело доходит до сравнения характеристик внедорожной подвески. Однако я не думаю, что многие так горячо спорили о том, будет ли независимая подвеска превзойти подвеску с твердым мостом.

В долгосрочной перспективе - с учетом бюджета и времени - независимая ось имеет больший потенциал, чем цельная ось. Однако очень немногие из нас могут позволить себе роскошь вносить изменения в без учета этих ограничений.И в этом случае подвеска с твердым мостом может быть построена так, чтобы работать лучше, чем независимая подвеска, доллар за доллар. У обоих есть свои преимущества, и стоит присмотреться к ним, чтобы провести справедливое сравнение.

Посмотрим, о чем идет речь на форуме.

Первые дела прежде всего

Прежде чем мы сможем обсудить, что лучше с точки зрения производительности, нам нужно понять, каковы требования. В зависимости от типа сборки особенности каждой системы будут различаться по размерам, но некоторые ключевые характеристики всегда останутся.Когда дело доходит до внедорожника, подвеска должна обеспечивать дополнительный дорожный просвет, быть универсальной для работы на разнообразной местности с использованием различных стилей вождения, и она должна будет хорошо маневрировать на этой местности.

Шарнирное сочленение подвески невероятно важно для бездорожья. Для преодоления препятствий всегда нужна тяга. Каким бы забавным ни было видеть, как одно колесо отрывается от земли, когда кто-то ползет, это может быть вредным (не говоря уже об опасном), поскольку сцепление полностью теряется - в этот момент подвеска достигла предела шарнирного сочленения.Многие строители модифицируют свои грузовики или джипы, чтобы увеличить время передвижения своего автомобиля. И если бы вы заглянули на многие онлайн-форумы, вы бы встретили немало людей, утверждающих, что цельная ось - лучшая платформа для увеличения гибкости.

Системы подвески с твердым мостом часто используются на более старых моделях автомобилей - общий источник для бюджетных внедорожных сборок. Только в 90-х годах полноразмерные пикапы начали использовать заводскую независимую подвеску.И даже тогда это обычно было только перед платформой. (Цельные мосты все еще использовались в задней части.) Фактически, даже внедорожные автомобили, такие как JK Wranglers, по-прежнему используют цельные мосты.

Итак, при всем этом предпочтении жесткой подвески моста, как получается, что независимая подвеска, по крайней мере в концепции, часто считается превосходной конструкцией? Что ж, давайте разберемся с технической генетикой.

В чем разница между независимой подвеской и цельной подвеской?

Подвеска цельного моста

Сердцем любой внедорожной подвески на полноприводном автомобиле является ось в том смысле, что любая система подвески должна соответствовать конструкции этой оси.Для сплошных осей (иногда также называемых «ведущей осью» или «осью с балкой») используются различные типы подвески. Но в любом случае оба колеса будут соединены с одним картером оси, который проходит по размеру транспортного средства. Эта цельная ось, которая физически соединяет оба колеса с одним и тем же корпусом, и делает подвеску зависимой от . Это означает, что независимо от конкретного типа подвески, движение одного колеса вверх или вниз будет напрямую воздействовать на колесо другой стороны.

«Сплошная ось может улучшить тягу на больших неровностях и холмах, а также получить больший крутящий момент от дифференциала, поскольку меньше деталей, через которые должна передаваться мощность», - говорит производитель запчастей Fab Fours при сравнении обеих систем.«Цельные мосты также более долговечны, чем большинство мостов с независимой передней подвеской (IFS), и их можно легко заменить по сравнению, что делает ремонт мостов внедорожных грузовиков без проблем».

Независимая подвеска

При обсуждении независимой подвески часто используется термин «подвеска на поперечных рычагах» из-за конструкции верхнего и нижнего рычагов подвески. Тип оси, используемой в такой подвеске, известен как, как вы уже догадались, независимая ось. В центре независимого узла оси находится картер моста, в котором находятся зубчатый венец и водило.Вместо выходящих к колесам осевых труб используются оси CV. CV означает «постоянная скорость» и относится к передаче мощности двигателя при постоянной скорости вращения, независимо от угла поворота.

Эта установка позволяет колесам двигаться вверх и вниз, не влияя друг на друга. Опять же, мы обнаружим, что используются различные типы подвески, но факт в том, что способность колес двигаться независимо друг от друга возвращается к конструкции оси.

По словам Fab Fours, «IFS более маневренный и маневренный… за счет улучшения управляемости в большинстве случаев и более свободного передвижения отдельных передних колес и шин.В некоторых случаях он может обеспечить больший зазор передних колес, поскольку передние колеса имеют большее сочленение. В целом, это кажется более предпочтительным и удобным вариантом для бездорожья, особенно когда вы едете на своем оборудованном грузовике или джипе на более высоких скоростях ».

Отлично в теории, не всегда на практике

Тот факт, что жесткая подвеска оси не позволяет колесам двигаться независимо друг от друга, в то время как независимая подвеска этого не делает, может создать первое впечатление, что независимая подвеска лучше.Но есть и недостатки. Как упоминалось ранее, это правда, что при обмене доллара на доллар вы можете получить больше от твердой оси в настройках подвески для бездорожья. Конечно, стоимость будет отличаться. Но, в целом, масштабная сборка цельной оси обойдется в сумму от 7000 до 10000 долларов, в то время как создание независимой системы подвески может обойтись более чем в 15000 долларов. Конечно, это цифры, основанные на экстремальных сценариях, но они все же позволяют увидеть ситуацию в перспективе.

В стандартной форме колеса могут свободно перемещаться друг относительно друга, но с независимой подвеской ход обычно немного меньше.Кроме того, конструкция не такая прочная, как цельная ось, поскольку в ней отсутствует жесткая балка, соединяющая два колеса. Когда физические ограничения конструкции сочетаются с более высокой стоимостью запчастей, становится очевидным, что твердотельная подвеска моста станет предпочтительным выбором для многих внедорожников.

Фото с CherokeeForum.com: Цельный мост слева; IFS справа.

Мне всегда нравится придерживаться той позиции, что наиболее эффективная система для вашего автомобиля или грузовика - это та, которую вы можете себе позволить, - обычно это то, что идет в комплекте с автомобилем.Тем не менее, честно говоря, хорошо построенная независимая система подвески будет превосходить систему со сплошным мостом.

Если позволить вашим колесам двигаться независимо друг от друга, это означает, что колеса могут находиться на разных поверхностях, без прямого влияния друг на друга. Это означает, что тяга всегда будет сохраняться.

Визуальное подтверждение

Теперь для многих идея иметь твердые оси - это правильный выбор. Некоторым не подойдет даже наличие независимой подвески спереди.Но когда вы увидите их в действии, вы увидите, что при сравнении независимой передней подвески с передней подвеской с твердым мостом у независимой подвески меньше проблем с преодолением препятствий. Посмотрите видео, размещенное ниже. В этом ролике вы увидите, как переднее колесо грузовика с твердой осью отрывается от земли в нескольких точках, в то время как грузовик с IFS остается прижатым к земле в тех же точках на трассе.

Очевидно, что применение этих возможностей к обоим концам транспортного средства было бы идеальным.Но многие внедорожники опасаются, что оси CV, используемые в конструкции независимой подвески, не прослужат долго. Я говорю, посмотрите на братьев Гомес - гонщиков по бездорожью, известных тем, что они доминируют в King of the Hammers. Еще в 2017 году они выложились на полную со своим автомобилем Ultra4 с независимой подвеской. В 2018 году они заняли 5-е место в конкурсе King of the Hammers, доказав, что при наличии достаточного количества времени и усилий (и денег) у этих дизайнов есть серьезный потенциал.

Деньги, Деньги, Деньги

Итак, что все это значит для обывателя? Что ж, в конечном счете, у обоих есть свои достоинства и недостатки.По сути, независимая универсальная подвеска позволит автомобилю с легкостью преодолевать несколько типов поверхностей, поскольку шарнирное сочленение подвески осуществляется независимо от колеса к колесу.

Однако, по крайней мере, на данный момент, количество времени и денег, которое уходит на создание независимой подвески, справляющейся с трудностями и ходом, а также на установку твердой оси, делает обновление для многих несбыточной мечтой. Таким образом, независимая подвеска будет справляться лучше, чем цельная ось, что делает ее идеальной установкой для более высоких скоростей и небольших препятствий.Но сцепление с прочным мостом на этих больших ухабах и холмах делает его королем ползания.

Хотя, когда дело касается бюджета, вам больше всего понравится то, что находится под вашим грузовиком.

Нравится:

Нравится Загрузка ...

Связанные

Зависимая от температуры растворимость суспензии / растворов наночастиц золота

Мы представляем измерения температурной зависимости термически обратимой растворимости для суспензии / раствора наночастиц (НЧ).НЧ были золотыми со средним диаметром 5,5 нм, лигированными додекантиолом. Растворитель - смесь толуол – додекантиол. Анализ температурной зависимости показал, что энтальпия растворения Δ H d = 20,9 кДж на моль NP. В предположении, что твердое тело сверхрешетки НЧ, которое растворяется с образованием раствора НЧ, является твердым телом Ван-дер-Ваальса, предполагаемая температура плавления оказалась нереально высокой. Однако при том же предположении минимум межчастичного потенциала, полученный из данных, довольно хорошо согласуется с ранее представленной феноменологической моделью для потенциала.Хотя коэффициент активности не мог быть определен из-за отсутствия известной температуры плавления твердого тела сверхрешетки НЧ, любая конечная температура плавления подразумевала огромный коэффициент активности. Теория Скэтчарда – Хильдебранда не может объяснить эти данные, поскольку данные экстраполируются к отрицательным температурам при мольной доле НЧ, равной единице. Однако очень большой коэффициент активности был приписан очень большому молярному объему системы NP, что согласуется с этой теорией.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент... Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Полевой эксперимент на JSTOR

Абстрактный

(1) Гипотеза Левинтона о том, что популяции в сообществах, питающихся отложениями, чаще ограничиваются пищей, чем в сообществах, питающихся фильтрами, была проверена в полевых условиях с использованием изоляционных клеток.(2) Плотность двустворчатого моллюска Macoma balthica экспериментально варьировалась в сублиторальном, обнаженном, песчаном отложениях и сублиторальном, защищенном, илистом, песчаном отложениях. Плотность варьировала от 0,25 до 4,0 X естественных уровней в илистых песчаных отложениях и от 0,5 до 4,0 X естественных уровней в песчаных отложениях. Затем измеряли скорость роста индивидуально отмеченных моллюсков после каждой обработки. (3) Моллюски макомы из илистых песчаных отложений питались отложениями в аквариумах в смоделированных полевых условиях, тогда как моллюски из песчаных отложений питались через фильтр.Данные полевых экспериментов также показали, что питание отложений преобладает в илистых песчаных отложениях и взвеси - в песчаных отложениях. (4) Полевые эксперименты показали, что рост моллюсков зависит от плотности в илистых песчаных отложениях, но такой эффект не может быть продемонстрирован для моллюсков в песчаных отложениях.

Информация о журнале

Основанный в 1932 году журнал «Экология животных» публикует оригинальные исследовательские работы по всем аспектам экологии животных; особенно те, которые делают существенный вклад в наше понимание экологии животных, а также предлагая понимание вопросов, представляющих общий интерес для экологов.Это включает обзоры, проливающие свет на важные темы экологии животных, в том числе теоретические анализ конкретных тем. В журнале публикуются стандартные статьи, рецензии на сочинения, статьи на форуме и статьи в фокусе (по приглашению). Журнал издается шесть раз в год. Более подробная информация доступна на сайте www.journalofanimalecology.org. JSTOR предоставляет цифровой архив печатной версии журнала. экологии животных. Электронная версия The Journal of Animal Экология доступна по адресу http: // www3.interscience.wiley.com/journal/117960113/home. Авторизованные пользователи могут иметь доступ к полному тексту статей на этом сайте.

Информация об издателе

Британское экологическое общество - это гостеприимный и инклюзивный дом для всех, кто интересуется экологией. Общество было основано в 1913 году и насчитывает более 6000 членов по всему миру, объединяя людей в региональном, национальном и глобальном масштабах для продвижения экологической науки. Многие виды деятельности BES включают публикацию ряда научной литературы, в том числе семи всемирно известных журналов, организацию и спонсорство широкого спектра встреч, финансирование многочисленных схем грантов, образовательную работу и политическую работу.

Inderscience Publishers - связывающие научные круги, бизнес и промышленность посредством исследований

Улучшенные отчеты о цитировании Clarivate и импакт-факторы для журналов Inderscience

16 июля 2021 г.

Редакция журнала Inderscience рада сообщить, что в отчетах о цитировании журналов от Clarivate Analytics за 2021 год обнаружены достижения во многих журналах Inderscience, включая European Journal of Industrial Engineering, European Journal of International Management, International Journal of Bio-Inspired Computing, International Journal of Exergy, International Journal of Global Warming, International Journal of Mobile Communications, International Journal of Нефть, газ и угольные технологии, Международный журнал судоходства и транспортной логистики, Международный журнал науки о поверхности и инженерии, Международный журнал по управлению технологиями, Международный журнал веб- и сетевых служб и Прогресс в вычислительной гидродинамике cs.

Редакция хотела бы поздравить и поблагодарить всех участвующих редакторов, членов правления, авторов и рецензентов и рада видеть, что их усилия были вознаграждены в этих последних отчетах о цитировании.

Европейский журнал международного менеджмента отмечает достижения в области индексации

29 июня 2021 г.

Мы рады сообщить, что Европейский журнал международного менеджмента недавно улучшил свои показатели индексации по нескольким направлениям, переместившись в рейтинг 2 в рейтинге. Chartered ABS Academic Journals Guide, улучшенный рейтинг Scopus CiteScore 3.7 (с 2,7), а индекс Scimago H подскочил до 25 (с 22). Главный редактор и заместитель главного редактора EJIM , проф. Илан Алон и проф. Влодзимеж, благодарят свою редакцию, старших редакторов, редакционный и рецензионный совет, рецензентов и авторов за то, что они помогли журналу добиться столь значительных успехов.

Член совета директоров Inderscience профессор Мохан Мунасингх выиграл премию Blue Planet. Warming был удостоен премии Blue Planet 2021 года.В этом году отмечается 30-я присуждение премии Blue Planet Prize, международной экологической премии, спонсируемой фондом Asahi Glass Foundation под председательством Такуя Шимамура. Ежегодно Фонд выбирает двух победителей - физических лиц или организации, которые внесли значительный вклад в решение глобальных экологических проблем.

Профессор Мунасингхе сделал следующее заявление:

«Я глубоко признателен и для меня большая честь получить премию Blue Planet Prize 2021 года, главную награду за экологическую устойчивость, которая символизирует выдающуюся приверженность японского фонда Asahi Glass Foundation лучшему будущему. .Я также в долгу перед многими, кто внесли щедрый вклад в мое интеллектуальное развитие и эмоциональный интеллект, включая учителей, наставников, коллег, семью и друзей. Социальные связи были неоценимы, чтобы пережить давление COVID-19.

Приятно узнать, что комитет по присуждению награды особо признал несколько ключевых концепций, которые я разработал, и их практическое применение во всем мире в течение почти пяти десятилетий, включая концепцию устойчивого развития, треугольник устойчивого развития (экономика, окружающая среда, общество), сбалансированный, инклюзивный зеленый рост. (BIGG) и Цели потребления тысячелетия (MCG).

Мои исследовательские интересы расширились от базовых дисциплин, таких как инженерия, физика и экономика, до прикладных секторов, таких как энергия, вода, транспорт, ИКТ и экологические ресурсы, и, наконец, до многопрофильных тем, таких как бедность, бедствия, изменение климата и устойчивое развитие. Этот эклектичный опыт помог мне разработать Sustainomics как интегративную междисциплинарную методологию. Опираясь на свою прошлую работу и глобальную платформу, предоставленную престижной премией Blue Planet Prize, я продолжу свои скромные усилия, чтобы сделать нашу планету более устойчивой для всех."

Редакция

Inderscience искренне поздравляет профессора Мунасингхе с этим выдающимся и значительным достижением.

Международный журнал устойчивого управления сельским хозяйством и информатики, индексируемый Clarivate Analytics 'Emerging Sources Citation Index

22 мая 2021 г.

Inderscience is рад сообщить, что Международный журнал устойчивого управления сельским хозяйством и информатики был проиндексирован Clarivate Analytics 'Emerging Sources Citation Index.

Профессор Бэзил Манос, главный редактор журнала, говорит: «Попадание IJSAMI в Индекс цитирования новых источников - результат наших настойчивых и методических усилий по обеспечению высочайшего качества статей, привлечению компетентных рецензентов и быстрый обмен электронной почтой с нашими авторами и рецензентами. Я очень рад и взволнован этим признанием нашей работы, и я по-прежнему привержен обеспечению международного научного сообщества журналом высочайшего качества ».

Международный журнал гидромехатроники проиндексирован Clarivate Analytics 'Emerging Sources Citation Index.

Профессор Иминь Шао, главный редактор журнала, говорит: «Я очень рад, что IJHM был включен в Индекс цитирования новых источников. Это признание академических достижений и редакционной работы журнала. Я бы хотел хотел бы выразить нашу искреннюю благодарность всем, кто внес свой вклад в этот журнал.Мы продолжим придерживаться нашей политики публикации и публиковать высококачественные статьи для содействия академическому обмену и развитию в области гидроэнергетики и электромеханического управления.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *