Без чего мы не представляем себе автомобиль? Правильно, без двигателя. А также кузова, трансмиссии, колес и, конечно же, подвески. Подвеска — самый важный элемент, если говорить о комфортабельной и безопасной езде. Стремление людей перемещаться из пункта А в пункт Б с максимальными удобствами некогда сподвигло инженеров на изобретение упругой связи между колесами экипажа и его кузовом.
Самая первая разновидность подвески очень отличалась от тех, что применяются на современных автомобилях. К раме конного экипажа, жестко связанной с колесами, на длинных ремнях подвешивался кузов — как гамак. Большие колеса грохотали по кочкам и ухабам, кузов же мягко покачивался на ремнях, баюкая пассажиров. Кожаные ремни уступили место полосам из пружинной стали. Полосы изгибали и соединяли вместе таким образом, что получалась фигура, похожая на эллипс. Вскоре эллиптическую подвеску поставили уже не между кузовом и рамой, а между рамой и осями. Так появилась подвеска на листовых рессорах. И возник термин "подрессоривание оси".
Идеальная подвеска позволяла бы колесу перемещаться вверх-вниз в плоскости, строго перпендикулярной поверхности дороги, и без изменения таких заранее заданных параметров, как развал-схождение и плечо обкатки колеса, база и колея, которые влияют на поведение автомобиля в движении. Чем ближе подвеска к идеалу, тем безопасней автомобиль. Помимо безопасности подвеска должна обеспечивать легкость поворота управляемых колес, изолировать кузов от толчков, дорожных шумов и жесткого качения радиальных шин. Поскольку подвеска передает на кузов силы, возникающие при взаимодействии колеса с дорогой, она должна быть прочной и в то же время легкой.
Составляющие части любой современной подвески — это упругие элементы, амортизаторы, буферы и направляющие элементы. Упругие элементы смягчают толчки, обеспечивая тем самым упоминавшееся подрессоривание оси (термин сохранился, хотя "ось" в современном смысле слова — всего лишь условная прямая, соединяющая два колеса). Амортизаторы гасят колебания кузова, не допуская его излишнего раскачивания. Буферы ограничивают предельный ход колеса вверх (сжатие) и вниз (отбой). Часто подвеска содержит дополнительные упругие элементы, которые обеспечивают прогрессивное повышение жесткости при движении колеса вверх и ограничивают сжатие. Если упругий элемент сам имеет прогрессивную характеристику (т.е. его жесткость возрастает не линейно, а по кривой), то для ограничения хода сжатия достаточно простых буферов. Направляющие элементы подвески — тяги, рычаги, стабилизаторы — обеспечивают, собственно, крепление колеса и его управляемое перемещение. Количество и конструкция направляющих элементов зависят от конкретного типа подвески.
Из всех составляющих подвески, прежде всего обращают на себя внимание упругие элементы, которые могут быть стальными, пневматическими (газонаполненными), пластмассовыми, резиновыми и даже пенополиуретановыми. Последние два встречаются преимущественно на прицепах к легковым автомобилям. Резиновые упругие элементы из современных автомобилей стоят только на Rover-Mini. Наибольшее же распространение в легковых автомобилях получили стальные упругие элементы — пружины и рессоры.
Листовые рессоры. Они сегодня переживают эпоху ренессанса. На правах старейшей автомобильной подвески они применялись очень широко — только не эллиптической, а более компактной, полуэллиптической формы и даже четвертьэллиптические. Их старались делать длиннее, что повышало плавность хода, увеличивали количество листов, страхуясь от возможных поломок. Размещали их и вдоль, и поперек кузова, но чаще — вдоль. Так они лучше компоновались с остальными элементами конструкции и выполняли важные дополнительные функции — рессоры одновременно служили направляющим элементом подвески, воспринимали силы, действующие на колеса во всех направлениях, а также тяговые и тормозные моменты.
Современные продольные рессоры для снижения массы и стоимости делают из одного или двух-трех листов — сегодняшние технологии обеспечивают высокую надежность малолистовых рессорных подвесок. Скорректирован и профиль листа. Теперь он имеет переменную толщину — на концах она меньше, чем в середине. Рессоры с такими листами называют параболическими. Для того чтобы рессора при работе не скрипела и меньше изнашивалась, применяют пластмассовые прокладки между листами. Применение пластмасс в листовых рессорах этим не ограничивается. Лет пятнадцать назад появились стеклопластиковые рессоры, на Pontiac Fiero в 1983 году они впервые стали применяться серийно, сегодня же два автомобиля в мире — Chevrolet Corvette и Volvo 960 оснащены "неметаллическими" поперечными однолистовыми рессорами. У первого они есть и в передней, и в задней подвеске, у второго — только в задней.
Пружины. Самый распространенный тип упругого элемента подвески — винтовые пружины с постоянными толщиной проволоки и шагом навивки. Они широко применяются в передней и задней подвесках. Но для пружин задней подвески практически всегда требуется прогрессивность действия. Это значит, что пружина должна становиться жестче по мере того, как колесо перемещается вверх относительно кузова. Нужная прогрессивность достигается применением цилиндрических и фасонных (конических или бочкообразных) пружин с переменной толщиной проволоки. Фасонные пружины, называемые иногда пружинами "миниблок", меньше по высоте и при установке в задней подвеске позволяют получить ровное пространство багажника, мало зауженное с боков. Прогрессивность подвески обеспечивается и применением пружин с переменным шагом навивки. А в некоторых конструкциях фасонность и переменный шаг навивки пружин используют одновременно.
Торсионы. В 80-е годы о них стали забывать, хотя такие автомобили, как Volkswagen-жук и "Запорожец" ездили на торсионной подвеске. Теперь переднюю подвеску с продольными торсионами часто применяют на внедорожниках. С ней лучше компонуется привод на передние колеса. Цилиндрический торсион — круглый пруток из пружинной стали. Для передачи упругого момента на концах торсиона имеются головки со шлицами или четырехгранником. Преимущества торсиона — малые масса и диаметр, недостаток — большая длина, необходимая для обеспечения упругости и прочности. Поэтому расположение торсиона вдоль автомобиля как бы предопределено. Когда же компоновка вынуждает устанавливать упругий элемент поперечно (как в передней подвеске "жука" и "Запорожца"), обращаются к многолистовым торсионам квадратного сечения, набранным из тонких длинных пластин пружинной стали.
Пневмобаллоны. Гофрированные или диафрагменные баллоны, заполненные сжатым воздухом. Их используют в подвесках автобусов и троллейбусов и все чаще — в подвесках грузовиков и прицепов к ним. Они обеспечивают более мягкое подрессоривание и как следствие — повышенную комфортабельность и сохранность грузов. Добавим — и возможность регулирования уровня кузова. Сегодня на легковых автомобилях пневматическая подвеска — редкость. Но вспомним, что в США был даже "год пневматической подвески" — 1958-й, когда она ставилась на почти все большие легковые автомобили. Впоследствии все же предпочли гидропневматическую, как у Citroen.
Важную роль в подвеске играют направляющие элементы. Они связывают колесо с кузовом, рамой или поперечиной подвески. Задают кинематику колеса. Гасят нежелательные колебания кузова. Кстати, эти функции частично выполняют и упругие элементы. Но поскольку рычаги, тяги и стабилизаторы более характерно проявляют себя в подвесках независимых, описание их разнообразных вариантов мы поместим во второй части материала. Там же вас ждет более подробное знакомство с амортизаторами. Что касается буферов, то они представляют собой всего лишь резиновые подушки, в которые в крайней нижней (отбой) и крайней верхней (сжатие) позициях упирается рычаг подвески.
Перейдем к конструкциям подвесок. Применительно к ним вы и раньше наверняка сталкивались с терминами "зависимая" и "независимая". Напомним: зависимая — значит, колеса сидят на одной оси и перемещение одного из них вызывает изменение положения другого. В отличие от независимой, где каждому из колес предоставлена известная свобода.
Зависимые подвески. Самая первая зависимая подвеска была на продольных рессорах. С тех пор она почти не изменилась. Рессоры выступают в качестве направляющего и, одновременно, упругого элемента. Этот тип подвески экономически выгоден и применяется на грузовиках, легковых пикапах и внедорожниках. Если вам интересно узнать, как все это выглядит, загляните под ближайший Jeep Wrangler. Причина, которая вынудила искать замену этой подвеске на большинстве легковых автомобилей, — неудовлетворительные направляющие свойства рессор, которые выявлялись при увеличении скорости и попытках улучшить плавность хода. Длинные мягкие рессоры не могли удержать мост в нужном положении, что приводило к ухудшению сцепления шин с дорогой.
Желание улучшить устойчивость и управляемость привело к появлению подвески на продольных и поперечных рычагах. Технически правильнее, хотя и дороже, передавать вертикальные силы винтовыми пружинами, а боковые силы — поперечной тягой, так называемой тягой Панара. А продольные силы будут воспринимать при этом две пары продольных рычагов: по паре с каждой стороны. Так получается пятирычажная зависимая подвеска. Она применяется в основном в задних осях автомобилей классической компоновки. За примером далеко ходить не надо — у "Жигулей" сзади такая подвеска. Или у Alfa Romeo 33. В некоторых случаях отказываются от применения тяги Панара. В подвеске же Renault 18 (80-е годы) правый и левый верхние продольные рычаги заменены одним треугольным, расположенным по центру моста и способным передавать на кузов продольные и боковые силы. На Ford Taunus приблизительно тех же лет, что и Renault 18 вместо треугольного рычага в середине моста установлены два обычных, но под углом 45 градусов к продольной оси автомобиля.
Однако все описанные выше типы зависимых подвесок не могут уменьшить продольные крены (клевки и приседания автомобиля при торможении и разгоне). Для этого придумали заднюю подвеску с дышлом — трубой, связанной с кузовом через резиновый или шаровой шарнир. Внутри трубы проходит карданный вал. Дышло передает на кузов вертикальные силы, возникающие при разгоне и торможении. Вместе с тягой Панара дышло обеспечивает точную кинематику колес. Пример — Lancia Y10.
Зависимая передняя подвеска использовалась на внедорожниках Mercedes-Benz и Rover. В ней роль центральной трубы-дышла выполняют два нагружаемых на изгиб боковых рычага. Они передают тяговый и тормозной моменты. Когда одно из колес идет вверх, а другое вниз, происходит взаимный перекос обоих рычагов. Такая подвеска применяется на многих переднеприводных автомобилях сзади. Например, у Audi. Здесь на первый план выходят экономичность изготовления и очень хорошие направляющие свойства.
И наконец, подвеска Де Дион, изобретенная еще в 1893 году французским инженером графом Альбертом Де Дионом (Albert De Dion). Большая масса ведущего моста при зависимой подвеске отрицательно влияет на сцепление колес с дорогой. Массу уменьшают, вводя полуоси, качающиеся на шарнирах равных угловых скоростей. И — отделяют полуоси с картером главной передачи от балки моста. Балка, дабы не мешать работе трансмиссии, делается сложной изогнутой формы, сверху напоминающей не то букву "П", не то — "Л". Все это делается для уменьшения неподрессоренных масс, отрицательно влияющих на ходовые качества автомобиля. Сумма всех масс уменьшается как минимум на массу картера главной передачи, который закрепляется к кузову. Подвеска Де Дион была очень популярна на гоночных автомобилях 50-х годов, а сейчас ее можно встретить на Alfa Romeo рубежа 70-80-х годов. Кстати, эта фирма вынесла к главной передаче дисковые тормозы из ступиц колес, еще больше уменьшив неподрессоренные массы.
Рассмотрим еще одну конструкцию, которая появилась совсем недавно, в 70-е годы. Она занимает промежуточное положение между зависимыми и независимыми схемами. Это подвеска со связанными рычагами, или — полунезависимая. Два продольные рычага у нее примерно посередине соединены поперечиной. Такую подвеску применяют в задних осях переднеприводных автомобилей, например у VW Golf любых серий, ВАЗ 2108 и 2109 и их производных. В числе ее преимуществ: легкость установки и демонтажа, компактность — особенно при использовании торсионов, простота крепления амортизаторов и пружин, небольшое число деталей. У полунезависимой подвески оптимальная кинематика и малая неподрессоренная масса. К тому же при торможении автомобиля она способствует уменьшению продольного крена. Количество недостатков невелико. К ним относятся трудность серийного применения для ведущих колес и высокие требования к качеству материала и изготовления.
(Продолжение следует.)
АЛЕКСЕЙ ВОСКРЕСЕНСКИЙ