Мягкость и жесткость подвески – что важнее для комфорта?

Специалисты-подвесочники могут рассказать множество интересных примеров из практики, а мне придется ограничиться лишь кратким рассказом о том, почему жестче не всегда цепче, а мягче не всегда комфортнее. Работа подвесок машины вовсе не так проста, как кажется на первый взгляд. Они выполняют множество функций, которые не вполне очевидны. Я постараюсь кратко упомянуть об основных.

А вообще, о работе подвесок написано много книг, и большинство из них очень толстые. Я попробую лишь «по верхам» обозначить основные моменты, чтобы уложиться в формат познавательной статьи.

Почему без подвески не обойтись

Даже очень ровные дороги на самом деле имеют изгиб по многим направлениям, да и сама Земля мало похожа на бесконечную плоскость. И чтобы все четыре колеса касались поверхности, они должны иметь возможность перемещения вверх и вниз. При этом крайне желательно, чтобы беговая поверхность колеса прилегала к покрытию всей своей шириной при любом положении подвески. Так что машины, у которых подвески жесткие и короткоходные, практически обречены на плохое сцепление колес с дорогой, ведь всегда одно из колес будет разгружено.

Почему подвеска должна иметь ход сжатия

Для контакта всех колес с дорогой вовсе не обязательно, чтобы подвеска могла сжиматься, достаточно того, что колеса смогут двигаться только вниз. Но при движении машины в поворотах возникают боковые силы, которые стремятся наклонить авто. Если при этом одна сторона машины сможет приподниматься, а другая не сможет опуститься, центр тяжести авто сильно сместится в сторону загруженного колеса, что в свою очередь вызовет много негативных последствий.

В первую очередь еще большую разгрузку внутреннего по отношению поворота колеса и увеличение момента крена из-за перемещения центра тяжести вверх относительно центра крена подвески (о нем ниже). И, разумеется, если у колес нет хода сжатия, то даже маленькая неровность под одним из колес должна вызывать перемещение кузова, перемещение всех остальных колес вниз со всеми связанными затратами энергии на подъем и снижением сцепления колес. Что, мягко говоря, не слишком комфортно. А еще разрушительно для кузова и деталей подвески. В общем, подвеска должна быть сбалансированной, иметь ход сжатия и ход отбоя для нормальной работы.

Почему машина кренится в поворотах

Раз уж мы определились с тем, что подвеска у машины должна быть и имеет возможность перемещения вверх-вниз, то чисто геометрически образуется некая точка, центр, вокруг которой поворачивается кузов машины при крене. Эта точка называется центром крена машины.

А сумма сил инерции, воздействующих на машину в повороте, как раз приложены к ее центру масс. Если бы он совпадал с центром крена, то в повороте никакого крена бы не было, но он обычно расположен гораздо выше, и в результате образуется кренящий машину момент. И чем выше расположен центр крена, чем ниже центр тяжести, тем он меньше. На специальных гоночных конструкциях вроде машин Формулы 1 центр тяжести помещают ниже центра крена, и тогда машина может крениться в противоположную сторону, как катер на воде.

Собственно, расположение центра крена зависит от конструкции подвески. И автомобильные инженеры неплохо научились его «поднимать» повыше, изменяя конструкцию рычагов, что в теории могло бы избавить от кренов не только низкие спортивные авто, но и достаточно высокие. Проблема в том, что подвеска, сконструированная для обеспечения «неестественно задранного» центра крена, успешно борется с наклонами кузова, но при этом плохо справляется с основной задачей — демпфированием неровностей.

Почему подвеска должна быть мягкой

Достаточно очевидно, что чем мягче подвеска, тем меньше изменение положения кузова при наезде на неровность и при крене меньше распределяется нагрузка между различными колесами. А значит, и сцепление колес с дорогой при этом не ухудшается и не расходуется энергия на перемещения центра масс машины вверх-вниз. Что же, мы нашли идеальную формулу? Но, к сожалению, не все так просто.

Во-первых у подвесок ограничены ходы сжатия, и они должны быть согласованы с изменением нагрузки на ось при загрузке машины пассажирами и багажом, и с нагрузкой, возникающей при прохождении поворотов и неровностей. Слишком мягкая подвеска при повороте сожмется так сильно, что колеса с другой стороны оторвутся от земли. Так что подвеска должна не допустить исчерпания хода сжатия с одной стороны и вывешивания колеса с другой.

Получается, что слишком мягкой подвеске быть тоже плохо… Оптимальным вариантом является сравнительно небольшой диапазон «мягкости», после чего подвески становятся жесткими, но настроить такую конструкцию тем сложнее, чем выше разница между жесткой и мягкой ее частью.

При любом перераспределении нагрузки между колесами происходит ухудшение общего сцепления колес с дорогой. Дело в том, что догрузка одних колес не компенсирует все потери при разгрузке других. А в случае вывешивания разгруженных колес увеличение сцепления на догруженной стороне не компенсирует и половины потерь.

Помимо общего ухудшения сцепления, это еще и приводит к ухудшению управляемости. Борются с этим неприятным фактором, изменяя наклон плоскости качения колеса относительно дороги — так называемый развал. В результате конструктивных мероприятий, направленных на программирование изменения развала при крене машины удается компенсировать изменение сцепления колес при поперечных нагрузках в разумном диапазоне и тем самым сделать управление машиной проще.

Почему же приходится делать подвески жестче на спортивных машинах?

На управляемости машины крайне негативно сказываются любые изменения углов установки подвески при кренах машины и задержки в откликах на управляющие воздействия из-за смещения центра тяжести. А значит, приходится делать подвески жестче, чтобы в повороте крены уменьшались.

Крайним выходом является мощный стабилизатор поперечной устойчивости — торсион, который препятствует перемещению колеса одной оси относительно другого. Но это не самый лучший способ. Да, он улучшает ситуацию с изменением углов установки колес в повороте, но зато разгружает внутреннее, по отношению к повороту, колесо, и перегружает наружное. Немного лучше просто сделать подвеску жестче. Это больше сказывается на комфорте, но зато не так разгружает внутреннее колесо.

Немалое значение амортизаторов

Помимо упругих элементов, в подвеске машины присутствуют и газовые или жидкостные амортизаторы — элементы, ответственные за гашение колебаний подвески и вывода энергии, которую машина тратит на перемещения центра масс. С их помощью можно подправить все реакции подвески на сжатие и отбой, ведь амортизатор может обеспечить в динамике куда большую жесткость, чем пружина. При этом его жесткость, в отличие от пружин, будет очень разной в зависимости от хода подвески и скорости ее перемещения.

Разумеется, совсем мягкий амортизатор не сможет выполнять свою основную задачу — гашение колебаний, машина попросту будет раскачиваться после прохождения неровности. А установка очень жесткого будет создавать эффект, схожий с установкой очень жесткой пружины, которая не хочет сжиматься и тем самым увеличивает нагрузку на колесо и разгружает все остальные. Но тонкая настройка поможет уменьшить крены в поворотах и помочь пружинам, уменьшить клевки кузова при разгоне и торможении и при этом не мешать колесам проезжать мелкие неровности. И разумеется, не допускать «пробоя» подвесок при проезде жестких неровностей. В общем, воздействие на поведение машины они оказывают не меньшее, чем жесткость пружин.

Немного о комфорте и частотах колебаний

Понятно, что у машины без подвески комфорт был бы нулевой, ведь все мелкие неровности от дороги передавались бы прямо на ездоков. Бр-р. Но если подвеску сделать очень мягкой, то ситуация станет ненамного лучше — постоянная раскачка тоже крайне плохо сказывается на людях. Оказывается, человек плохо переносит колебания как с небольшой амплитудой и большой частотой от жесткой подвески, так и с большой амплитудой и с малой частотой от мягкой.

Для создания комфортных условий для пассажиров необходимо согласовать жесткость пружин, амортизаторов и покрышек так, чтобы на самых ходовых для этой машины покрытиях частоты колебаний пассажиров и уровень ускорений оставались в комфортных пределах.

Частота и амплитуда колебаний подвески важны еще и в другом аспекте — собственные частоты резонанса системы машина-подвеска-дорога не должны совпадать с возможными частотами управляющих воздействий и возмущений от дороги. Так что задача конструкторов заключается еще и в том, чтобы обойти опасные режимы как можно дальше, ведь в случае резонанса можно и машину перевернуть, и потерять управление, и просто поломать подвески.

Итак, какой должна быть подвеска?

Как это ни парадоксально, но чем мягче подвеска, тем лучше сцепление колес с дорогой. Но при этом она не должна допускать сильных кренов и изменения пятна контакта колес с дорогой. Чем хуже дороги, тем более мягкой должна быть подвеска для получения хорошего сцепления. Чем ниже коэффициент сцепления колес, тем мягче должна быть подвеска. Казалось бы, проблему может решить установка стабилизатора поперечной устойчивости, но нет, у него тоже есть свои негативные черты, он делает подвеску более «зависимой» и уменьшает ход подвески.

Так что настройка подвески остается делом для настоящих мастеров и всегда требует много времени на натурные испытания. Множество факторов затейливо переплетаются и, изменив один параметр, можно ухудшить и управляемость, и плавность хода. И не всегда жесткая подвеска делает машину быстрее, а мягкая — комфортнее. На управляемости сказывается и изменение жесткости передней и задней подвесок относительно друг друга и даже малейшее изменение характеристик жесткости амортизаторов. Надеюсь, эта статья поможет более тщательно относиться к выбору комплектующих для подвесок и предотвратит необдуманные эксперименты.

Как сделать подвеску мягче? Развенчиваем мифы

Часто от владельцев автомобилей различного класса, можно услышать, что подвеска их железного коня – жесткая, кто-то говорит дубовая. Чувствуется буквально каждая мелкая неровность (кочка или ямка). Комфорт в салоне такого авто снижен, и постоянно в голове летает такая мысль – как сделать ее мягче? Чтобы как говорится — позвоночник не осыпался на сидение. И вот тут в интернете появляется огромное количество советов, которые иногда просто поражают своей неграмотностью. Сегодня завинчиваем мифы, а также подумаем над реальными способами сделать подвеску комфортнее …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Что только в интернете не пишут, это и подрезать пружины, и поставить другие «мягкие амортизаторы», кататься чуть ли не на зимней резине (в летний период) и т.д. Предлагаю обсудить каждый пункт отдельно, но в начале подумать, почему же подвеска может быть жесткой

Что такое жесткая и мягкая подвеска?

НА подвеску влияет большое количество факторов:

• Это масса кузова
• Форма кузова, высокие или наоборот приземистые
• Размеры, колесная база
• Скоростные и мощностные характеристики
• Настройка

Немного теории, начнем с частоты колебания. Ведь даже при ходьбе, она присутствует, и человек в жизненном цикле привыкает к определенным показателям.

Привычная частота колебания человека при ходьбе, примерно 1 Гц (Герц). Если применить это к машине: частота выше — то будет жестко, а если ниже — то может укачивать.

У автомобиля, также есть этот параметр, только это частота колебания кузова с грузом и пассажирами на подвеске.

Достижение этого параметра обеспечивается жесткостью упругого элемента, приходящей на него массе кузова с грузом и пассажирами.

Простыми словами, чем больше кузов весит, тем мощнее и соответственно жёстче должны быть пружины.

Однако одна величина остается практически неизменной — статический прогиб упругого элемента (пружины или рессоры) в 25 см. Это разница величин свободной пружины и сжатой на подвеске (с пассажирами и грузом). При в приведенным к колесу виде, ведь в одних подвесках пружины работают напрямую, а в других через рычаг. Соответственно рычаг нужно брать во внимание.

Это в идеале!

Однако сейчас на современных автомобилях подвеска делается немного жестче, чем хотелось бы, давайте по пунктам:

• При низкой жесткости сложно добиться высокой энергоемкости. Чтобы мягкую подвеску не пробивало препятствие, нужно делать большой ход сжатия. НО здесь есть две проблемы, нельзя сделать большой ход из-за ограничения по компоновки кузова (банально не позволят лонжероны или крылья). И ограничение по самой кинематики подвески. Подвеска работает по радиусу и при большом ходе сжатия увеличиваются нежелательные смешения рычагов, что снижает управляемость и увеличивает нагрузку на элементы.

• Буферы сжатия. Наверное, все слышали такое понятие работа подвески «на отбой». Некоторые производители в угоду потребителю могут ставить мягкие пружины и амортизаторы с «большим сжатием», но как правило такие подвески легко пробиваются на резких неровностях. Поэтому ставят так называемые буферы сжатия, резиновые элементы которые ограничивают ход. Они есть как у пружин, так и у рессор. НО если подвеска пробьется до «буфера» комфортность ее теряется в разы.

• Чем меньше, выше и легче легковой автомобиль. Тем сложнее добиться в нем плавности хода, а соответственно и мягкой подвески. Ведь требуются мягкие пружины, чтобы они давали комфортную частоту колебания. НО здесь есть еще одна проблема, загрузка автомобиля. Ведь если такую машинку сильно загрузить, то просадка будет сильной. Также стоит учитывать и кинематику подвески, ведь у малого авто радиусы работы будут меньше. А ведь загрузить машину иногда нужно также сильно (например, 4 человека + груз). Поэтому малолитражные машины зачастую самые жесткие, особенно настроенные на высокие скорости.

• Стабилизатор поперечной устойчивости. Нужен, для увеличения угловой жесткости подвески, противостоит кренам кузова при поворотах. Помогает в кинематике, не выходить за предельно допустимые точки радиусного смешения подвески. Также помогает в управлении автомобилем.
• Пневматическая подвеска. При ее установке, практически любую машину можно сделать комфортной и мягкой (с точки зрения водителя), однако стоимость системы запредельная. И на бюджетные марки ее не устанавливают

Хочется подвести небольшой итог. НА больших машинах сделать подвеску комфортной проще. Ибо масса кузова больше, колесная база больше, места для работы подвески предостаточно, настройки идут на высокие нагрузки и скорости. НА большой машине даже огромные пружины будут работать лучше.

НА малых, да еще и на высоких авто. Зачастую сделать мягкую и комфортную подвеску тяжелее. Например, у меня был FORD FUSION, он был реально дубовым (из-за того что короткая база и высокий кузов). Разгуляться в таком автомобиле производителю негде. Поэтому делают такие машины чуть жестче. Это не прихоть производителя, а необходимость.

Теперь я хочу поговорить над мифами, которые хотя по интернету

Подрезать или поставить другие пружины

Подрезать это вообще, какая-то дичь!

Во-первых, нет 25 см, в снаряженном автомобиле, нужных для комфортной работы. Во-вторых, работа подвески будет наоборот рванной, да пружина станет чуть мягче, ей банально не будет хватать витков, нормально держать кузов. Центр тяжести кузова смешается, что крайне негативно влияет на управляемость. Если срезать больше витков, будете биться дном о дорогу, потому как опять не хватает пружине (скажем так мощности) чтобы держать кузов. ДА банально пружина может слететь со своего места.

Поставить другие пружины. Гипотетически это можно, однако их подбирают вместе с амортизаторами (про это чуть ниже). Вот только если поставите мощнее, машина станет жестче, а нам нужен комфорт. А если поставить мягче, чем у вас были, то банально кузов держаться не будет, постоянно будут пробои.

Поставить другие амортизаторы

Несмотря на их схожесть внешне, амортизаторы категорически различаются, они могут быть масляными, газо-масляными, однотрубными, двухтрубными и т.д., подробнее можете почитать здесь.

НО у них разная степень сжатия, простыми словами – разный рабочий ход. Ведь внутри можно установить различные перепускные клапана, от работы которых напрямую зависят характеристики. Будет амортизатор мягче или жестче.

Если вы на штатные пружины, поставите жесткие «стойки», то опять же никакого толку от этого не будет, машина станет жестче

Если поставите мягкие амортизаторы, тогда кузов будет болтаться на малейшей неровности. Банально амортизатор не будет держать кузов.

Еще раз повторюсь, поставить другие амортизаторы и пружины можно, но это не так просто как кажется, их нужно подбирать по характеристикам вашего авто.

А слушать знатоков в интернете, которые говорят – «поставь мягкие пружины и амортизаторы и будет тебе счастье», нужно гнать метлой. С такими советами на резких поворотах можно уйти в кювет.

Шины с высоким протектором

Это более верный способ сделать подвеску чуть мягче. Например, если у вас стоит низкий протектор, 35 – 40 – 45. ТО машина будет немного жестче.

Можно взять диск меньше диаметром, но с большим протектором в 55 – 60.

Из-за того что резиновый корд стал больше, энергоемкость немного увеличится, но как показывает практика не намного. Если сильно утрировать, то к плавности можно будет прибавить всего 5 – 7% если замерять уровень шума в ДБ.

Также можно поставить менее шумные шины, про это писал здесь.

Легкие диски

Тут также есть немного истины. С дисками, как и с резиной можно поработать. Опять же снизить диаметр диска (если вы ставите покрышки больше профилем).

А также можно снизить вес диска, а соответственно можно снизить подрессоренную массу, как правильно это благоприятно сказывается на комфорте, не критично, но все же.

Например вместо тяжелого штампованного колеса, можно поставить легкое кованный диск. Бывает и литье легче, но его нужно искать, некоторые литые диски наоборот тяжелее.

С таким подходом мягкости немного прибавится, но опять же не стоит ждать чудес.

Пневматическая подвеска

По сути это полностью переработанная, иногда даже работающая по другим принципам подвеска автомобиля. Здесь могут добавляться пневматические упругие баллоны, которые могут отлично работать как дополнительный демпфер. Вообще строений огромное количество, сейчас не об этом.

НО тут есть две проблемы:

• Не на все машины они есть. Особенно на малолитражки
• Стоимость, обычно дорого. Полный комплект, если брать отечественный автомобиль, не брать Китай, начинается от 100 000 рублей

НО с таким решением, можно добиться мягкости и комфорта.

Народное решение

Как решается комфортность подвески в гаражных условиях. Все элементарно, кладется в багажник один или два мешка песка. И о чудо, козлик, который скакал по неровностям, становится намного мягче. НО почему?

Да все просто, изначально подвеску рассчитывали на массу с загрузкой, банально чтобы она держала этот вес (особенно на автомобилях с короткой базой). Как я и писал сверху, без загрузки она будет жестковатой, но стоит ее нагрузить, масса меняется, и подвеска начинает работать по-другому, как правило, она становится мягче.

Сейчас видео версия смотрим

На этом заканчиваю. В заключении хочется сказать производители далеко не дураки, у них нет задачи делать «зубодробильные» автомобили. Если у вашего авто подвеска жесткая, то скорее всего это зачем то делалось, либо из-за того, что у вас малый авто, высокий, у него короткая колесная база. Либо он динамичный, имеет мощный мотор (входит в повороты под 100 км/ч и имеет максимальную скорость в 250 — 300 км/ч) и т.д. И бездумно изменять характеристики, это банально опасно, подумайте над этим.

(2 голосов, средний: 5,00 из 5)