Задняя подвеска

Глава 7. Задняя подвеска

 

Зависимая подвеска

 

Зависимая подвеска обычно рассматривается как простейший и самый дешёвый вариант. Хотя ничто не может отменить проблемы перемещения моста относительно кузова (что приводит к потере контакта колес при движении по неровной дороге), связываемые с зависимой подвеской, такой тип подвески в ряде случаев вполне приемлем. Причина широкого распространения зависимой задней подвески в ее простоте и хорошей адаптивности. Установка задней зависимой подвески на лёгких спортивных автомобилях или кит-карах даёт хорошие результаты при условии правильного монтажа, что может перевесить такие недостатки, как увеличение неподрессоренной массы и наличие зависимости движения задних колес. Со всеми известными ограничениями зависимая подвеска может работать весьма эффективно.

 

Установка балки моста

 

В идеальном случае тяга Панара должна устанавливаться параллельно земле. «А» — точка крепления тяги к мосту, «В» — к кузову.

 

В идеальном случае тяга Панара должна устанавливаться параллельно земле. «А» — точка крепления тяги к мосту, «В» — к кузову.

 

Тяга Панара «А» подсоединяется к мосту (точка В) и кузову (точка С). Угол наклона тяги относительно оси балки моста может достигать 15 градусов.

 

Тяга Панара «А» подсоединяется к мосту (точка В) и кузову (точка С). Угол наклона тяги относительно оси балки моста может достигать 15 градусов.

 

Наиболее употребительным способом установки балки заднего моста является применение четырех направляющих рычагов (равной или неравной длины) и тяги Панара для поперечной ориентации моста. Поперечная ориентация моста может быть обеспечена тягой Уатта или А-образным рычагом, однако тяга Панара проще и эффективнее, поскольку вертикальное перемещение заднего моста спортивных автомобилей относительно маленькие.

Направляющие рычаги подвески могут быть неравной длины, причем нижние рычаги выполняются длиннее верхних. Опять-таки из-за малых ходов подвески переделки конструкции рычагов не вызывают каких-либо проблем. Необходимость установки рычагов неравной длины диктуется требованиями конструкции шасси. Фактически длина рычагов мало влияет на перемещение моста при разгоне и торможении. Длина рычагов так же не имеет решающего значения (обычно 200÷300 мм) и, если только они не абсурдно малы (75÷100 мм), они не создают каких-либо проблем в обычной гоночной практике. Если автомобилю нужны большие хода подвески (свыше 150 мм), направляющие рычаги выполняются длиннее, в практике же кольцевых гонок хода подвески не превышают 100 мм.

Минимальная длина верхнего направляющего рычага составляет 200 мм, максимальная длина нижнего рычага около 305 мм. Считается, что такое соотношение длин рычагов наиболее подходящее (допускается отклонение длины ± 25 мм).

Когда направляющие рычаги задней подвески устанавливаются параллельно земле (при нормальной высоте подвески), изменение их эффективной длины при качании рычагов в обе стороны одинаково, тем более, что при малых ходах подвески (менее 100 мм) изменение эффективной длины рычагов незначительное.

В целом, для предотвращения излишнего перемещения моста вперед и назад, стараются иметь относительно длинные направляющие рычаги, устанавливаемые параллельно земле. Следует избегать одностороннего уменьшения колесной базы, возникающего при крене кузова или при движении автомобиля по неровной дороге: например, когда колесо идет по неровностям, очень короткие направляющие рычаги становятся причиной уменьшения колесной базы с одной стороны автомобиля (немного, но достаточно для потери курсовой устойчивости). При крене кузова колесная база изменяется с обеих сторон автомобиля в разных направлениях, что приводит к эффекту подруливания задних колес. В некоторых случаях, например при кольцевых гонках на фунтовом покрытии, этот эффект рассматривается как преимущество.

Другим аспектом установки направляющих рычагов является способ их подвеса: на жестких шаровых шарнирах или упругих втулках. Нет ничего предосудительного в установке упругих втулок (из жесткой резины или другого подобного материала): они долговечны, легко заменяются и недороги. Шаровые шарниры, с другой стороны, позволяют точно отрегулировать длину рычагов и поддерживать их постоянную длину, но только до тех пор, пока шарнир не изношен. К недостаткам шаровых шарниров следует отнести быстрое их изнашивание и способность передавать шум и вибрацию. Наконец, шаровые соединения достаточно дорогие, а менять их приходится часто, особенно на дорожных автомобилях, имеющих большие величины пробегов, чем трековые. Собственно, применимость того или иного типа подвеса рычагов определяется назначением автомобиля: на дорожных машинах устанавливают упругие втулки, на кольцевых и трековых — жесткие шаровые шарниры.

Тяга Панара, используемая для поперечной ориентации моста, должна быть по возможности более длинной, так, чтобы радиус ее качания при движении моста вверх и вниз был максимальным (меньшее боковое перемещение). В идеальном случае тяга Панара должна быть установлена параллельно земле при нормальной регулировки высоты подвески и иметь с балкой моста по возможности меньший угол.

 

Дифференциал повышенного трения (LSD — Limited Slip Differential)

 

Верхний рычаг «А-В» подсоединен к мосту в точке «А» и к шасси в точке «В». Рычаг устанавливается возможно ближе к правому заднему колесу и обычно имеет достаточно малую длину (150÷200 мм). Верхний рычаг слева не устанавливается.

 

Верхний рычаг «А-В» подсоединен к мосту в точке «А» и к шасси в точке «В». Рычаг устанавливается возможно ближе к правому заднему колесу и обычно имеет достаточно малую длину (150÷200 мм). Верхний рычаг слева не устанавливается.

 

На раме крепится кронштейн верхнего направляющего рычага с возможностью регулировки высоты подсоединения. Увеличение угла наклона рычага приводит к увеличению веса, приходящегося на правое заднее колесо (и наоборот).

 

На раме крепится кронштейн верхнего направляющего рычага с возможностью регулировки высоты подсоединения. Увеличение угла наклона рычага приводит к увеличению веса, приходящегося на правое заднее колесо (и наоборот).

 

Верхний направляющий рычаг имеет постоянную точку крепления «А» и регулируемую точку крепления «В-С». Отверстия «В-С» должны располагаться по дуге окружности с радиусом, равным длине рычага. Рычаг имеет постоянную длину, но изменяется угол наклона относительно рамы. В точке «В» рычаг устанавливается параллельно полу, в точке «С» угол наклона рычага составляет примерно 15 градусов. Реактивный момент на главной передаче поднимает картер в направлении «D». Направляющий рычаг нагружает раму в направлении «Е».

 

Верхний направляющий рычаг имеет постоянную точку крепления «А» и регулируемую точку крепления «В-С». Отверстия «В-С» должны располагаться по дуге окружности с радиусом, равным длине рычага. Рычаг имеет постоянную длину, но изменяется угол наклона относительно рамы. В точке «В» рычаг устанавливается параллельно полу, в точке «С» угол наклона рычага составляет примерно 15 градусов. Реактивный момент на главной передаче поднимает картер в направлении «D». Направляющий рычаг нагружает раму в направлении «Е».

 

Амортизатор «В» отслеживает перемещение точки «А» и ограничивает скорость этого перемещения.

 

Амортизатор «В» отслеживает перемещение точки «А» и ограничивает скорость этого перемещения.

 

В большинстве случаев в установке дифференциала повышенного трения нет необходимости. При правильно подобранном типе шин, обеспечивающим хорошее сцепление колес с дорогой, в сочетании одинаковой нагрузкой на колёса, пробуксовывание колес практически исключается.

При наличии пробуксовки колес снижается уровень ускорений при разгоне, поэтому буксование колес должно быть исключено. В первом приближении, вне зависимости от типа автомобиля, установите более подходящий тип шин. Чем более качественное исполнение шин, тем они дороже, компания-изготовитель шин продаст Вам то, за что Вы заплатите. Последние конструкции шин действительно имеют выдающиеся качества и могут буквально преобразить автомобиль. Приведем некоторые марки низкопрофильных шин, предназначенных для движения по твердому покрытию: это Michelin Pilot SX-GT, Yokohama A510, Bridgestone 71 и многие другие. Например, Michelin Pilot имеет очень жесткие боковины. Если эти шины установить на автомобиль с хорошей геометрией подвески, машина будет ехать «как по рельсам» (информация на момент издания книги — 1999 год, в настоящее время, безусловно, на рынке есть шины с более выдающимися качествами).

Если автомобиль при старте с места имеет пробуксовку колес, обычно принимают решение об установке дифференциала повышенного трения и, как будто это в порядке вещей, большинство людей это удовлетворяет. Однако, геометрия зависимой задней подвески может сыграть значительную роль в предотвращении разности частоты вращения колес при старте с места на полной мощности. Во многих случаях полная мощность двигателя не может быть применена, поскольку одно из задних колес просто начнет буксовать, второе же будет неподвижно. В этом случае лучшим методом трогания с места будет дозирование оборотов двигателя и аккуратная работа сцеплением. Автомобиль удовлетворительно трогается, но не так, как на полной мощности двигателя с полностью включенным сцеплением при нормальном «захвате» обоими колесами дороги. Может показаться невероятным, что при установленном неблокируемом дифференциале можно выровнять тягу на задних колесах, но это так.

Если проверить автомобиль без блокировки дифференциала и на полном дросселе, можно видеть, как правое заднее колесо будет вращаться в неуправляемом режиме, оставляя за собой черный след на асфальте на всем промежутке движения на первой передаче. Ускорение автомобиля будет меньше, чем могло бы быть. Это происходит потому, что почти весь поток мощности направлен на правое заднее колесо и реактивный момент в дифференциале приподнимает правое колесо. С уменьшением веса, приходящегося на колесо, шина раньше теряет сцепление с дорогой, а как только началась пробуксовка колеса, остановить ее довольно трудно. Тут принимается решение о покупке и установке дифференциала повышенного трения. В этом случае левое колесо получает часть мощности и тяга на обоих колесах более или менее выравнивается и, естественно, все думают, что проблема решена. Однако можно сделать несколько больше, чем сделано и добиться большего эффекта. При установке дифференциала повышенного трения на асфальте остается уже два черных следа колес, но если внимательно к ним присмотреться, цвет следов будет разным. Это происходит из-за того, что дифференциал ничего не делает для выравнивания нагрузки на колеса, чего можно достичь изменением геометрии подвески. Другими словами, дифференциал повышенного трения увеличивает тягу по сцеплению не буксующего колеса, но это все что он может сделать.

В гонках по прямой (драг-рейсинг) можно встретить небольшое количество машин с не блокируемым дифференциалом, которые оставляют за собой два следа равной длины и интенсивности окраски. Это обстоятельство говорит о равном распределении неподрессоренной массы автомобиля по колесам. Оба колеса могут пробуксовывать, но пробуксовка будет одинакова и распределение потока мощности по колесам также будет равномерна (50/50) — это лучшее, что можно сделать. При установке качественных шин можно добиться максимального использования мощности.

Рассмотрим автомобиль с четырьмя направляющими рычагами и тягой Панара в задней подвеске. Удалим два верхних направляющих рычага и установим справа рычаг с возможностью регулировки наклона относительно шасси. Регулировку наклона можно проводить, например, перестановкой места крепления рычага на шасси.

Когда сцепление отпущено и момент от двигателя передаётся на главную передачу, передняя часть дифференциала приподнимается вверх, или другими словами корпус главной передачи стремиться повернуться в направлении, противоположном направлению вращения колёс. Соответственно, этот момент воспринимается колесами. Величина реактивного момента довольно значительная. Поскольку в задней подвеске установлен только один правый верхний рычаг, поворачивающая сила от картера главной передачи начинает подтягивать шасси к точке подвеса рычага, нагружая тем самым правое заднее колесо. Степень нагружения колеса будет зависеть от угла наклона рычага по отношению к шасси. При достаточно малом шаге изменения угла наклона рычага можно обеспечить равное распределение нагрузки на оба задних колеса при интенсивном разгоне. Такая подвеска была использована на «Jaguar C-type» в пятидесятых годах.

Равенство нагрузки на колеса будет означать равенство степени скольжения колес и равенство количества дыма из-под колес при разгоне (водитель, в отличие от зрителей этого не видит). Два черных следа на дороге будут иметь одну и ту же длину и интенсивность окраски.

К сожалению, такой тип подвески не совсем хорош для кольцевых гонок, особенно при тяжелых торможениях (возникает «гуляние» моста), но для драг-рейсинга он идеален.

Несколько снизить указанный отрицательный эффект подвески при торможении можно установкой с противоположной стороны слабого амортизатора, ось которого параллельна земле. Естественно, картер главной передачи должен иметь возможность поворота относительно нижних направляющих рычагов для обеспечения поднятия передней части картера вверх. Если слева от главной передачи нет верхнего направляющего рычага, а вместо него установлен слабый амортизатор, то последний демпфирует быстрое перемещение моста и по мере возможности устраняет отрицательный эффект отсутствия жесткого рычага.

Другим способом ограничения этого эффекта на задних колесах является установка клапана перераспределения тормозных сил. При этом тормозные усилия на задних колесах снижаются, что приводит к ухудшению торможения.

 

Независимая задняя подвеска

 

Независимые подвески, используемые наиболее часто при постройке автомобилей, как правило бывают двух типов. В первом случае используется подвеска на треугольных рычагах, с использованием узлов от серийного автомобиля установленных на подрамнике, который затем устанавливается на кит-кар. Зачастую используется готовый узел от производителей компонентов для спортивных автомобилей. Как правило эти автомобили с передним расположением двигателя и полностью собранная подвеска не предусматривает наличия регулировок. Обычно картер главной передачи жестко закреплен на подрамнике, привод на колёса через приводные валы с двумя ШРУСа-ми (шарнирами равных угловых скоростей). Такая конструкция хотя и удобна для установки, но весьма тяжелая.

Другой вид независимой задней подвески применяется в случае использования узла коробки передач в блоке с главной передачей. Независимая подвеска в этом случае базируется на двойных поперечных рычагах, которые могут быть регулируемыми или нерегулируемыми. Такой вид подвески встречается на автомобилях при средне-моторной или задне-моторной компоновке.

Точность выполнения всех компонентов независимой подвески, включая шасси, имеет критическое влияние на управляемость автомобиля: здесь не должно быть компромиссов (возможны проблемы с отрицательным схождением одного или обоих колес, ведущие к нестабильному поведению автомобиля).

Заметим, что на многих спортивных автомобилях часто устанавливаются подвески со множеством возможных регулировок. Такие системы, именно из-за множественности регулировок, могут либо привести к превосходной управляемости, либо к созданию абсолютно неуправляемого автомобиля. Неважно, сколько регулировок имеет подвеска: нет причин к тому, чтобы правильное решение не было найдено.

 

Заключение

 

Задняя подвеска никогда не должна создавать отрицательно схождения колес на всем рабочем ходе и при любом крене кузова. Оба задних колеса должны иметь одинаковое положительное схождение, равномерно распределенное вдоль центральной оси автомобиля. Считается, что величина положительного схождения должна быть равна 1÷3 мм. Ясно, что нельзя устанавливать общее положительное схождение скажем, в 3 мм так, что одно колесо имеет нулевое схождение, а второе все три миллиметра. Схождение колес должно быть равным.

Изредка на автомобилях встречаются колёса установленные с большим развалом, и хотя многие думают что такая установка передних колёс помимо эффектного «спортивного» вида даёт и преимущество в управляемости, на самом деле результат может быть никакой.

Для практических целей отрицательного развала в 0,5÷1 градус всегда достаточно. Крен кузова должен быть компенсирован установкой более жестких пружин в кооперации с демпфирующими свойствами амортизаторов.

Не следует понижать высоту подвески автомобиля заменой пружин, без внесения соответствующих конструктивных изменений в её элементы. Для автомобиля с независимой задней подвеской на двойных поперечных рычагах, точки крепления нижних треугольных рычагов к шасси и ступице должны быть на одной высоте относительно поверхности (рычаги параллельны земле). В некоторых случаях управляемость будет лучше если точки крепления рычагов к шасси будут несколько выше чем точки крепления рычагов к ступице где-то на 12 мм. Пусть лучше автомобиль будет несколько выше, чем хотелось бы, но с хорошей геометрией подвески, чем иметь низкий автомобиль с неправильной геометрией подвески.

Некоторые массовые спортивные автомобили имеют полностью регулируемые подвески. В действительности регулировка подвески возможна только в определенных пределах и часто только для целей компенсации неточностей изготовления и коррекции нормального процесса износа. Внутри возможного диапазона регулировок могут быть сделаны и некоторые улучшения. Конечно, для улучшения управляемости всегда имеется возможность заменить пружины и амортизаторы. О стоимости запасных частей говорить не будем.