Элементы автомобильных подвесок, упругие элементы и амортизаторы. Часть 4⁠⁠

Продолжим разбираться с составляющими автомобильных подвесок. До этого мы изучали неподрессоренные элементы, то есть те железяки, которые жестко прикручены к колесам, и чей вес не лежит на упругих деталях. Вес этих всех железяк называется неподрессоренной массой. А вот на упругих элементах лежит масса подрессоренная, к ней относится все то, на что воздействие от колес передается через упругий элемент. К таким элементам относятся рессоры, витые пружины, торсионы, пневмобаллоны, гидропневматические стойки и некоторые экзотические приблуды)

Так, про рессоры мы уже говорили, перейдем сразу к самому популярному упругому элементу - к пружине. Состоят они из стального прута, скрученного в спираль, то есть это компактный торсион, ибо прут в пружине точно так-же работает на скручивание, однако сама пружина работает на сжатие!

Пружинки бывают разные,  основная характеристика автомобильной пружины пружины -  жесткость сжатия и характеристика этой жесткости, так, обычная цилиндрическая автомобильная пружина обладает линейной характеристикой на сжатие, это означает, что усилие при сжатии растет прямо-пропорционально уменьшению высоты пружины, вот цилиндрическая пружина и ее типичная характеристика

Эта характеристика зависит от таких параметров, как диаметр пружины, шаг и толщина прутка, проще понять из картинки)

Из вышеприведенной картинки, напрашивается вывод, что комбинируя эти параметры можно делать пружины с нелинейными характеристиками, ибо мы можем сделать переменным как шаг, так и диаметр с толщиной прутка, а можем и все вместе) Как например в пружинах мини-блок, или в народе бочкообразных.

Такие пружины имеют прогрессивную характеристику и при этом, компактный размер, в ней сочетаются сразу три переменных параметра.

Также часто используются пружины с переменным шагом, с плавным или резким изменением.

Используются они в основном в автоспорте. Переход шага пружины задает кривую прогрессивной характеристики. Делается это для того, чтобы сохранить мягкость пружины на малых ходах и увеличить жесткость на больших ходах подвески и увеличенной нагрузке на колесо, например в повороте для уменьшения крена. При увеличении нагрузки участок пружины с малым шагом смыкается и в работе остается участок с бОльшим шагом и бОльшей жесткостью.

В спортивных подвесках, особенно в койловерах, можно наблюдать дополнительную пружину, но в работе подвески она не участвует, ее предназначение - не дать покинуть посадочное место основной пружине на полном вылете штока амортизатора, при нагрузке малая пружина смыкается и ведет себя как проставка, для этого ее витки имеют прямоугольное сечение. Делается это в тех случаях, когда длина подобранной при настройке подвески пружины в свободном состоянии не совпадает с длиной амортизатора.

Кроме того,  пружины могут иметь и изогнутую форму, если того требуют геометрические параметры подвески

Пружины являются самым популярным и самым универсальным упругим элементом, применяемым в автомобильных подвесках, все благодаря надежности, простоте, а главное - возможности задания необходимых характеристик, в том числе и прогрессивных, при низкой стоимости.

Далее упомянем торсионы, которые являются теми-же пружинами, но не свернутыми в спираль, и работает торсион на скручивание, и только в одном направлении - в направлении закручивания. Воспринимает торсион моментную нагрузку и имеет линейную характеристику. Максимальный воспринимаемый торсионом момент определяется диаметром прута, а максимальный угол закручивания - длиной торсиона.

Торсионы получили широкое распространение в технике с повышенной проходимостью и грузоподъемностью, обусловлено это тем, что с таким типом упругого элемента возможно создать подвеску с очень большим ходом, и при этом с линейной характеристикой, также торсион не занимает места в вертикальной плоскости и его возможно полностью поместить в корпус транспортного средства, защитив от неблагоприятного воздействия, как это делают в гусеничной технике

Также торсионы любят прикручивать французы в задней подвеске маленьких грузовичков

Кроме того, нельзя не упомянуть наш любимый запорожец 968 и его модификации, с передней торсионной подвеской на балансирах, пошти как у танка!

Ну и самая распространенная схема - схема с продольным расположением торсиона, связанного с нижним горизонтальным рычагом, такую схему часто можно встретить в передней подвеске внедорожников.

Далее продолжим с пневматическими упругими элементами.

Пневморессора, это упругий элемент подвески, представляющий из себя резиновый рукав, заполненный воздухом под давлением, его еще именуют пневмоподушкой, сильфоном и тп, конструкции бывают разными.

Например, самые примитивные пневмоподушки, которые устанавливаются вместо пружин, бывают одно и многосекционными

Также му можем встретить пневмобаллоны рукавного типа, они уже в основном используются в заводских решениях и в том числе на тяжелой технике, такой, как магистральные тягачи и прицепы

Также рукавный тип может быть объединен с амортизатором в единую стойку, что часто встречается в легковых автомобилях

Пневматические упругие элементы имеют много положительных сторон, и самая главная - возможность менять жесткость упругого элемента. Как известно, главная задача упругого элемента - обеспечить достаточную плавность хода, то есть не допускать больших ускорений подрессоренной массы. Для этого, на определенную массу подходит строго определенная жесткость упругого элемента, особенно в свете необходимости сохранения дорожного просвета. Но у упругих элементов с фиксированной жесткостью приходится идти на компромисс, дабы автомобиль с полной загрузкой сохранял дорожный просвет, поэтому на автомобиле с небольшой загрузкой жесткость упругих элементов сильно выше, чем должна быть, и подвеска ощущается как жесткая, однако если автомобиль хорошо нагрузить, то многие замечали, что машина начинает буквально плыть над дорогой, если не лежит на отбойниках, разумеется, едет "будто на пневме", часто можно услышать, а в этом-то и главный плюс пневматики. Пневмоэлементы имеют прогрессивную характеристику, и кривая характеристики зависит от объема пневмоэлемента и от его диаметра, чем больше объем и диаметр, тем более плавной становится характеристика, и наоборот, чем компактнее элемент, тем ее характер прогрессивнее. Так как при одном и том-же рабочем ходе в узком элементе сильнее изменяется давление воздуха.

Все это позволяет "на лету" подгонять жесткость упругих элементов под требуемую, и автомобиль всегда сохраняет максимальную плавность хода, хоть пустой, хоть полностью загруженный, кроме того это свойство оказывается сильно востребовано на автомобилях, чья масса постоянно изменяется, это автобусы и тяжелые грузовые автомобили. Как бонус, вместе с жесткостью, возможно изменять и величину дорожного просвета.

В минусы можно записать только наличие обслуживающей работу подвески пневмосистемы, в которой присутствуют компрессор, пневмомагистрали, ресиверы, блоки клапанов, датчики положения подвески, контроллеры. Отсюда вытекает высокая стоимость таких систем, и в бюджетных автомобилях она не встречается.

Зато встречается другая интересная система, а именно - гидропневматические упругие элементы, коими промышляет контора Ситроен всю историю своего существования. Зовут ее Гидрактив, и у него есть несколько модификаций и поколений, но принцип действия самих упругих элементов у них схож.

Они пошли интересным путем, и вынесли пневматический упругий элемент за пределы подвески и сделали его в виде герметичной стальной сферы с мембраной. Многим знакомы бытовые мембранные баки, используемые в системах отопления и водоснабжения, так вот - это по сути то-же самое. Роль упругого элемента непосредственно воспринимающего нагрузку играет гидроцилиндр, отвод гидравлического масла из которого организуется в сферу, а в сфере масло подпирается воздухом, чем и осуществляется поглощение энергии.

Думаю многие уже догадались о том, какая это крутая штука) А крутость ее заключается в том, что мы можем в неограниченных пределах изменять такой важный параметр, как характеристика упругости, делая кривую какой угодно формы, изменяя сечение канала, соединяющего гидроцилиндр со сферой,  также мы можем вообще отключить демпфирующий элемент, превратив его в лом, и это помимо всех остальных достоинств, присущих пневмоподвеске, то есть изменение жесткости и дорожного просвета. И это еще не все, как многие уже заметили, в данных подвесках отсутствуем амортизатор, просто за его ненадобностью, с его обязанностями прекрасно справляется дросселирование рабочей жидкости управляемым клапаном, благодаря чему мы контролируем и характеристики гасящей системы.

Конструкцию и внутренний мир комбинированного элемента подвески ситроен С5 видно на картинке

И на данный момент этот тип подвески лучший, из тех, что можно найти в автомобиле. Об этом в том числе говорит и тот факт, что рекордсменом скорости в "Лосином тесте" до сих пор является ситроен Ксантия с интеллектуальным гидрактивом, который поставил рекорд в 85кмч еще в 1999 году, и который до сих пор не превзошли ни порше, ни феррари, ни теслы, ни кто-либо еще. Предыдущий рекорд держался из 80-х и был поставлен феррари тестаросса, и это было 80кмч, а ксантия является очень комфортным автомобилем, не высыпающим позвоночник в трусы.

Ну и напоследок, последний тип демпфирующего элемента, не использующийся в автомобилях - электромагнитный.

Единственный действующий прототип таких упругих элементов сделала в 90-х компания Bose. Чисто теоретически данная подвеска дает нам вообще полный контроль над всеми параметрами упругого элемента, так как представляет из себя линейный электромотор. Автомобиль с такими упругими элементами может полностью нивелировать крены в поворотах, изменять дорожный просвет, поднять одно колесо и даже перепрыгнуть препятствие, однако дальше прототипа дело не пошло, лично я думаю, что дело оказалось в очень толстых пожеланиях компании на патент своего изобретения. Так как заявленные параметры по надежности и электропотреблению делают такую подвеску не дороже гидрактива, ну или кто-то а ТТХ написал неправду. Видео с тойотой краун, оснащенной электромагнитными стойками Bose широко распространено в интернете, здесь-же лимит на картинки исчерпан. Могу только поделиться ссылкой

https://youtu.be/3KPYIaks1UY

В следующей части перейдем к гасящим элементам, и наконец начнем рассматривать различные типы подвесок.

Пишу медленно, но этот цикл допишу до конца. Он наверно будет последним) Пикабу перестал быть познавательным и перешел в категорию ЯПа. Но раз люди подписались, и кому-то нравится, обязан дописать! Спасибо за внимание!