Задняя подруливающая подвеска автомобиля как одна из основных опций, обеспечивающих управляемость

Совершенствование системы управления автомобилем не прекращается на протяжении всей истории автомобилестроения.

Для создания комфортного и безопасного вождения на современных авто устанавливают всевозможные усилители руля, системы курсовой устойчивости, антипробуксовичные устройства ABS и многое другое, что активно или пассивно участвует в поддержании устойчивости машины на дороге.

Этой же цели служит и задняя подруливающая подвеска, история создания которой насчитывает не один десяток лет – впервые такую конструкцию применили на довоенном джипе Mercedes Kubelwagen G5.

Для чего нужны подруливающие колеса

Изначально подруливающие колеса устанавливались на погрузчиках для того, чтобы улучшить их маневренность в тесных складских помещениях. Из этих же соображений стали ставить такие механизмы и на автомобили, радиус разворота которых на малых скоростях уменьшился почти вдвое.

Дальнейшее совершенствование системы подруливания задних колес позволило использовать её и при прохождении поворотов на больших скоростях – это значительно повысило устойчивость машины.

Как работает

Принцип работы системы, предназначенной для улучшения маневренности, основан на том, что в момент поворота передних колес в одну из сторон, задние подруливают в противоположную, занося, тем самым, заднюю часть машины и уменьшая радиус разворота.

На больших скоростях задние колеса могут синхронно с передними поворачиваться в одну сторону, что позволяет срезать траекторию движения автомобиля, или выворачиваться в противоположное направление, занося при этом зад машины. В обоих случаях цель преследуется одна – улучшить устойчивость машины на повороте, за счет уменьшения опрокидывающего момента, вызванного значительной боковой нагрузкой на задние колеса при этом маневре.

Виды подруливающих подвесок

Разработанные на сегодняшний день подруливающие задние подвески могут работать как в активном, так и в пассивном режимах.

В первом случае управлением задних колес занимаются электронные блоки, которые разворачивают их одновременно с передними, во втором – выворачивание колес осуществляется при помощи тяг, рычагов и изменения нагрузки на колеса.

Пассивная

Конструкция пассивной системы подруливания задней подвески до гениальности проста. Она состоит из четырёх поперечных тяг (по две на каждое колесо), прикреплённых к корпусу через сайлентблоки, а к ступице посредством шаровых опор. Основную роль в повороте колес играют рычаги, закрепленные на передней части ступицы.

При повороте на большой скорости, к примеру, направо, за счёт центробежных сил идёт кренение кузова авто на левую сторону – расстояние между днищем и ступицей уменьшается, а так как длина тяги остается неизменной, то она просто выдавливает левое колесо наружу. На поднявшейся стороне, наоборот — расстояние увеличивается, и тяга втягивает правое колесо внутрь. В результате они изменяют направление движения в сторону противоположную повороту передних колес, уменьшая, тем самым, боковую нагрузку и опрокидывающий момент.

Это изменение может быть незначительным, на какие-нибудь сотые доли градуса, но вполне достаточным, чтобы уменьшить стремление машины опрокинуться и, тем самым, значительно повысить устойчивость машины.

Активная

При использовании активной системы изменения направления движения, все колёса перемещаются одновременно.

Усилия с руля передаются на электронный блок управления, а от него на втягивающие реле, как их еще называют – актуаторы, которые и двигают задние рулевые тяги, схожие с передними.

Эта система работает в двух режимах:

• на маленьких скоростях до 40 км/час используется функция маневрирования, когда задние колеса поворачиваются в противоположную от передних сторону, уменьшая радиус разворота;
• на скоростях более 40 км/час в работу вступает режим оптимизации прохождение поворота на скорости – на основании показаний датчиков углового ускорения, скорости и многих других рассчитывается наилучший угол изменения направления движения задних колес, но уже в одну сторону с передними.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом автомобилей, оснащённых системой подруливания задней подвесной системы, являются увеличение маневренности за счёт уменьшения радиуса разворота и улучшение управляемости на больших скоростях.

Существенным недостатком этой системы можно считать сложность конструкции задней подвески, что ведёт к удорожанию автомобиля и увеличению расходов на ремонт.

На каких автомобилях встречается

Наиболее популярна эта система у японских производителей. Активную заднюю подруливающую подвеску компания Honda впервые установила на спортивном авто Prelude ещё в 1987 году, а через год фирма Mazda оснастила ею свои модели 626 и МХ6.

Есть такие устройства и у компании Nissan. На начальном этапе они приводились в действие гидравликой и объединялись с гидроусилителем руля. Устанавливали их на авто Nissan и Infiniti с задним приводом, но из-за сложности и ненадёжности конструкции вынуждены были от них отказались и перейти на актуаторы.

Используют её и европейцы. Компания BMW установила системы подруливания на 6 и 7 сериях. Ставит на свои авто её и фирма Renault.

У американцев эту систему ставят на внедорожниках Suburban, Yukon и на пикап Silveradо.

Пассивная система подруливания задних колёс используется в Ford Focus, Peugeot, Toyota.

Несмотря на удорожание автомобиля, в связи с установкой на нём опции по изменению направления движения задних колес, улучшенная маневренность и высокая безопасность прохождения поворотов на большой скорости, которые она даёт, стоят того.

Составлен Топ-10 лучших автомобилей в истории с подруливающей задней осью

Машины с управляемой задней осью горячо любимы автомобилистами за их особый нрав.

Ни для кого не секрет, что подобные автомобили впервые появились в Японии в 1985 году на модели Nissan R31 Skyline, автомобиле, который является синонимом инноваций. Тем не менее, технология была популяризирована Honda Prelude 1987 года, который был продан во всем мире.

Как и в случае с большим количеством инноваций, ценность новинок рулевого управления с годами уменьшилась. В то же время страховщики с осторожностью относились к счетам на ремонт подобных машин, так как он всегда оказывался дорогостоящим. После этого подруливающие задние колеса почти исчезли из продажи.

До тех пор, пока инженеры не осознали, что по мере того, как автомобили всех форм и размеров становятся все больше и тяжелее, активные системы рулевого управления задними колесами могут помочь сделать их более маневренными. Так, в рейтинг актуальных моделей и машин из прошлого, вошли 10 основных автомобилей, которые являются лучшими в данном сегменте.

1. BMW 850 CSi

Хотите узнать причину, по которой флагманская версия 850 CSi серии E31 8 стоит так дешево в наши дни? Его система Aktive Hinterachs-Kinematik (AHK) имеет привычку работать неправильно, и чаще всего это требует огромных затрат на исправление. Автомобиль был оснащен 5,6-литровым V12 мощностью 375 л.с. и выиграл BMW Motorsport. Проблема была в том, что в начале 1990-х годов машина стоила почти 80 000 фунтов стерлингов (около 7,3 млн руб.).

2. Honda Prelude

Honda Prelude была автомобилем, который привлек общественное внимание к рулевому управлению. Его система была способна управлять задними колесами так же, как передние, на 1,5 градуса и до рулевого входа 246 градусов. С помощью блокировки задние колеса могли двигаться в противоположном направлении на 5,33 градуса, что давало Honda компактный радиус разворота — всего 10 метров. Однако стоимость сложного рулевого механизма также не нравилась страховщикам.

3. Xedos 9

Торговая марка, принадлежащая Mazda, пользовалася скромным успехом в Великобритании с моделью Xedos 6, но большая машина – Xedos 9 — так и не стала популярной. Возможно, это потому, что британская версия лишилась активной системырулевого управления, доступной в японских версиях.

4. Lamborghini Urus

Lamborghini добился больших успехов с обновленным полноприводным Aventador S, с возможностью отключения одной из осей. Шасси суперкара потом досталось внедорожнику Urus. Это был ключевой элемент в создании высокопроизводительного внедорожника, который не испортил репутацию второго самого известного итальянского производителя спортивных автомобилей.

5. Mitsubishi 3000 GT

3000 GT получил почти такой же богатый набор опций, как DeLorean Дока Брауна: активная аэродинамическая система, полный привод, подруливающие задние колёса, адаптивная подвеска и два турбонагнетателя. Тем не менее, британские водители выбирали именно эту модель, вместо BMW или Porsche.

6. Ford F-150 Platinum ZF

Когда длина автомобиля составляет 5,8 метра, а круг разворота — около 14 метров, одной мысли о многоэтажной парковке, достаточно, чтобы покрыться холодным потом. Именно поэтому последний Ford F-150 получил систему рулевого управления задними колесами ZF. С тех пор Ford подал заявку на патент на такую систему на текущем F-150.

7. Porsche 911 GT3

Первым автомобилей марки, который получил активную заднюю систему рулевого управления стал 918 Spyder. Однако наиболее доступным стал 911 GT3. Инженеры компании проделали хорошую работу.

8. Ferrari F12TDF

Обладая мощностью почти 770 л.с., лимитированный Ferrari F12TDF также получил систему рулевого управления задними колесами, которую она назвала «виртуальной короткой колесной базой». Примечательно, что аппаратное обеспечение ZF прибавило всего 5 кг к весу в снаряженном состоянии, который был уменьшен на 110 кг по сравнению со стандартным F12. Технология рулевого управления особой модели после применялась в GTC4 Lusso и 812 Superfast.

9. Renault Megane RS

В хэтчбеке это может показаться излишним, но инженеры Renault Sport использовали в своих интересах рулевое управление с четырьмя колесами последнего поколения — 4Control — делая его регулируемым в зависимости от условий и идеально подходящим для трековых дней. Renault сообщает, что угол поворота рулевого колеса уменьшается на 40% по сравнению с Mégane без системы.

10. Nissan 300 ZX

В 1990 году Nissan изо всех сил пытался убедить британских водителей в том, что компания, наиболее известная по модели Micra, могла бы сотрудничать с Porsche, поэтому продажи 300 ZX вскоре замедлились до незначительного числа. Хотя модель имела много интересного, в частности возможность отключить аппаратное управление полным приводом High Capacity Active Steering (HICAS).

Задняя подруливающая подвеска. Как работает задняя подруливающая подвеска Подруливающие рычаги

Когда японские машины считались самыми-самыми продвинутыми, легенды доносили о том, что в Стране восходящего солнца есть машины, у которых поворачиваются все четыре колеса. Потом в суете обновок те времена как-то забылись. Бурное начало девяностых годов прошло, и в серийном производстве остались только самые нужные из технических решений той поры. Но сейчас интерес к полноуправляемым шасси снова растет, правда, уже на ином техническом уровне, без дополнительных рулевых валов и с заметно упростившейся задней подвеской.

И ладно бы только на Porsche 911 GT3 или Lamborghini Aventador — но ведь на обычном Renault Espace тоже внедряют поворачивающиеся задние колеса. В чем смысл такого технического решения, и ради чего шли на такие сложности производители? И почему о технологии забыли до недавнего времени?

Зачем нужна управляемость

Настройка управляемости всегда считалась очень сложной работой, а машины с идеальным балансом попадали в число лучших. Шасси современных машин, на первый взгляд, мало изменилось в сравнении с восьмидесятыми годами, но отличие есть. И оно отлично себя проявляет, если взглянуть на достигаемые машинами скорости на маневре «переставка» или на гоночной трассе.

Современный семейный хэтчбек способен опередить большую часть суперкаров тридцатилетней давности на автодроме, и не в последнюю очередь за счет тонкой настройки управляемости и отличной «цепкости» шасси. Конечно, и резина, и эластичность моторов тоже играют свою роль, но сейчас в первую очередь поговорим о геометрии.

Нет, речь вовсе не о школьном предмете — я про геометрию шасси. Это набор параметров, описывающих изменения в положении элементов шасси при изменении нагрузки. Суть фокуса в том, что при прохождении поворотов машина наклоняется, да и дорога имеет свой профиль. При правильном расчете параметров геометрии шасси покрышки всегда имеют оптимальный для данных условий контакт с дорогой.

Речь здесь не о максимальной прижимной силе, а о соотношении коэффициента сцепления колес передней и задней оси, правого и левого колес, и о способности колеса в каждый момент воспринимать нагрузку по трем направлениям.

Задача повысить площадь контакта колес с дорогой не так проста, как кажется.

Конечно же, можно «зажать» подвески и сделать перемещения меньше. Это полезно со многих точек зрения, и часто так и поступают, но ведь перемещения можно использовать для благого дела. Например, чтобы колеса в повороте поворачивались сами. Если сложно рассчитать перемещения, то можно немножко подыграть им, поставив рулевое управление и на заднюю ось, создав полноуправляемую машину.

А можно задать перемещение с помощью усложненной подвески — например, многорычажной, которая позволяет настраивать геометрию движения колеса в очень широких пределах и сохранять эти параметры при износе элементов длительное время.

Я твой подвеска рычаг шатал: как проводят диагностику ходовой части

Зачем нужна диагностика? Начнём с простого вопроса: почему иногда нужно проверять подвеску? Первый случай — хрестоматийный. То есть что-то внизу стучит, лязгает, щёлкает, а иногда — грохочет и отдаёт в руль и пятую…

44704 4 29 09.01.2017

Если вы не гонщик, это не означает, что управляемость для вас не важна. Просто в вашем случае этот термин означает совсем иной набор предпочтительных параметров, нежели идеальная точность и быстрота реакций. Собственно, активная безопасность машины во многом зависит от ее управляемости, и потому над этими параметрами конструкторы автомобилей работают много и продуктивно. А какое отношение это имеет к геометрии шасси?

Как машина поворачивает

Казалось бы, чего проще: повернул передние колеса — и машина повернула. Но на практике все заметно сложнее. Для начала даже на стоящей машине повернутся не только передние колеса. Поскольку у передней подвески есть угол кастора, то передние колеса при повороте поднимутся, каждое на свою высоту. На сколько — зависит от ширины и твердости резины, геометрии подвески и так далее.

Машина в результате получит некоторый крен, в зависимости от высоты центра крена передней и задней подвесок и положения центра масс в этот момент. Задние колеса или даже неразрезной задний мост тоже повернутся — просто в силу того, что при любом изменении положения кузова колеса не просто ходят вверх-вниз, а тоже чуточку, но поворачивают.

В динамике к этой куче параметров добавятся кренящий момент от центра масс машины и уводы резины. Среди всех параметров, которые необходимо рассчитать, для нас наибольшее значение будет иметь мгновенный центр поворота и радиусы поворота передней и задней осей и центра масс. Мгновенный центр поворота совсем не совпадает с геометрическим, который вычислен по правилу Аккермана – точкой, в которой находятся центры окружностей качения всех колес. Более того, в динамике такой точки просто не существует из-за скольжений. Но на рисунках для примера рассмотрена более простая ситуация, чтобы не наводить путаницы.

На первый взгляд, если доворачивать задние колеса в противоположную от передних сторону, то уменьшается радиус поворота машины. Это важно с точки зрения удобства эксплуатации и маневренности. Чем меньше радиус, тем удобнее. Но машины ездят не только на скоростях погрузчиков в торговом центре, так что приходится учитывать и другие факторы.

А что если поворачивать колеса в ту же сторону, что и передние? На первый взгляд, бессмыслица: машина «поедет боком» по большому радиусу, если задние колеса повернуты на меньший угол, чем передние. Сам по себе больший радиус поворота означает, что станет меньше перераспределение нагрузок между правыми и левыми колесами, а значит лучше сцепление колес с дорогой и комфорт.

Но, кажется, того же можно добиться, просто повернув руль на меньший угол? Можно это сделать даже автоматически — благо, рулевые механизмы с переменным шагом сейчас не редкость. Но при повороте задних колес в сторону поворота еще и уменьшается угол увода задней оси, а значит, и склонность к избыточной поворачиваемости. Если совсем просто – машина становится более устойчивой к возникновению заноса. На высоких скоростях это крайне важно.

Схожий эффект можно было бы получить простым увеличением колесной базы. Но размеры машин ограничены — зато с помощью изменения угла поворота задних колес можно получить желаемое, не увеличивая габаритов. А для короткобазной машины это просто спасение: можно сохранить сочетание устойчивости на дороге, характерное для больших машин, не отказываясь от хорошей поворачиваемости.

Не только управлением

Для устойчивости на дороге заднее колесо в повороте должно поворачиваться в сторону поворота передних, а для лучшей маневренности – в противоположную. Если с маневренностью особых сложностей нет, то можно использовать для доворота колес особенности движения машины в повороте. Например, наличие крена. При сжатии подвеска будет доворачивать колесо, и мы получим желаемое.

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…

75887 0 37 05.03.2015

Но тут есть две проблемы. Во-первых, подвеска таким же образом реагирует на изменение нагрузки, а хотелось бы, чтобы управляемость меньше зависела от нагрузки и больше от собственно крена и боковых усилий. Во-вторых, на заднеприводных машинах очень соблазнительно привязать поворот колес к вектору тяги.

Если усложнять подвеску, вводя рычаги, которые воздействуют на углы установки колес при определенной нагрузке, то мы получим многорычажную подвеску. Да, ту самую, которая появилась на Mercedes W201 и сейчас применяется на большинстве машин С-класса и выше. Причем не только на задней оси, но и на передней.

Именно многорычажная подвеска позволила получить тот же эффект, что и принудительный поворот задней оси, и отказаться от применения сложных систем принудительного поворота на четверть века. Система рычагов в такой подвеске задает сложную траекторию движения колеса в зависимости от продольной, поперечной и вертикальной нагрузок.

Можно довольно точно настроить геометрию шасси с учетом того, как машина будет вести себя при появлении значительных боковых сил, при разном соотношении вертикальной и поперечной нагрузок. Для заднеприводных машин это оказалось серьезным подспорьем в борьбе за лучшую управляемость с самого начала, а переднеприводные примерили подобные технологии чуть позже, с ростом массы, нагрузок и требований уже к их управляемости.

Первые полноуправляемые легковушки

Машины с двумя управляемыми осями создавали вовсе не для отличной управляемости. Такие машины вообще не ездили по шоссе на большой скорости, потому что это были вездеходы. Например, знаменитый Unimog – универсальное шасси повышенной проходимости имеет все четыре управляемых колеса. Разумеется, для того, чтобы лучше ехать по бездорожью и маневрировать в ограниченном пространстве.

Японские машины начала 80-х годов по сложности конструкции недалеко от них ушли. На Honda Prelude 1987 года была задняя рулевая рейка и вал, связывающий ее с рулевым колесом, и система работала в зависимости от угла поворота колес. На малых углах поворота задние колеса поворачивались в ту же сторону, что и передние, а при больших — в противоположную. Даже в таком виде эффект оказался достаточным, чтобы подобную технологию внедрили и другие японские производители.

Только на следующих поколениях привод задней рулевой рейки стал уже электрическим, а угол поворота зависел и от скорости, на которой совершался маневр. Впрочем, от валов и рейки избавиться не догадались. Конструкции оставались сложными, массивными, объемными и дорогими. Как итог — машины с ними не снискали особой популярности и продавались только на внутреннем японском рынке. Во всем остальном мире безоговорочное лидерство захватили многорычажные подвески.

Почему снова появляются полноуправляемые шасси

Самый очевидный ответ на этот вопрос — снижение цены на приводные механизмы и электронику управления и развитие систем устойчивости и безопасности. На новом технологическом уровне отказались от задних рулевых трапеций и реек. Многорычажные подвески обеспечивают уже достаточный угол доворота колес для реализации нужного эффекта. Осталось оснастить их вместо рычага, отвечающего за доворот колеса, активным электрическим или гидравлическим приводом.

Электроника куда точнее определяет, что происходит в данный момент с машиной, позволяет использовать большие углы доворота, и к тому же дешевле в настройке, чем сложная подвеска. И как дополнительный фактор – то самое улучшение поворачиваемости на малых скоростях. Можно довернуть колеса в противоположную сторону и улучшить маневренность машины на узких улочках.

Не удивлюсь, если подобные системы в ближайшее время будут массово внедряться на машинах от С-класса и выше, причем в сочетании с упрощенной геометрией задней подвески — например, не с многорычажками, а со скручиваемой балкой. Экономический смысл в этом определенно есть, ведь можно получить управляемость, как у более дорогих машин, при меньших затратах. Да и еще один сложный и дорогой изнашиваемый узел «лишним» не будет. Ведь производители авто, кажется, взяли обязательство сделать машину одноразовой.

И при поворотах во многом зависит от направления следования задней оси по колее передней. Это необходимо для уменьшения угла поворота автомобиля и износа его шин. Применение управляемой задней оси позволяет уменьшать поперечные ускорения при повороте автомобиля, что повышает его устойчивость. значительно улучшают маневрирование автомобилем:

• Во-первых – повышается чувствительность автомобиля к повороту рулевого колеса. Ведь при тихой езде по городским улочкам лучше иметь «острое» рулевое управление, чтобы не вращать рулевое колесо на несколько оборотов при каждом маневре. На автостраде же «острые» рулевое управление может вызвать проблемы – автомобиль будет слишком резко реагировать даже на небольшие подруливания.
• Во вторых – улучшить маневренность автомобиля при парковке или развороте в стесненных городских условиях, то есть уменьшить радиус поворота.
• И в третьих – повысить курсовую устойчивость при резких маневрах на высокой скорости.

Поворот задних колес в ту же сторону, что и передних, позволяет сохранить направление и скорость движения центра масс автомобиля, но значительно увеличить мгновенный радиус поворота. При этом уменьшаются действующие на автомобиль и, как следствие, повышается курсовая устойчивость.

При движении на малой скорости задние колеса поворачиваются в противофазе с передними, и мгновенный радиус поворота уменьшается, а при движении на большой скорости в быстром вираже или при перестроении из ряда в ряд на автостраде, задние колеса, наоборот, будут поворачиваться на небольшой угол в ту же сторону, что и передние. К примеру, автомобиль, совершая маневр на автостраде, будет словно не поворачивать, а переходить из ряда в ряд параллельно полосам разметки. Автомобиль при этом будет двигаться по дуге меньшей кривизны и большего радиуса. Момент, поворачивающий автомобиль вокруг вертикальной оси, будет меньше – стало быть, уменьшится и риск потери курсовой устойчивости и развития заноса задней оси.

Рис. Радиус поворота обычного автомобиля (МЦП – мгновенный центр поворота) и автомобиля со всеми управляемыми колесами (4WS)

В связи с эти некоторые производители вносят в конструкцию автомобиля управление задней осью. Одной из первых такую конструкцию механического управления задней осью представила фирм Мицубиси.

Рис. Механическое управление задней осью: 1 – масляный насос; 2 – ресивер; 3 – рулевой механизм с гидроусилителем; 4 – рулевое колесо; 5 – золотник; 6 – редукционный клапан; 7 – масляный насос задней оси; 8 – силовой цилиндр

В общую систему управления автомобилей входят рулевой механизм с гидроусилителем силовым цилиндром) управления передней осью 3, масляный насос 1, масляный насос управления задней осью 7, гидрораспределитель управления задней осью с золотником 5 и редукционным клапаном 6, силового цилиндра управления задней осью 8, рулевых тяг поворота передней и задней осью.

При повороте передних колес управляющее давление силового цилиндра передних колес передается в силовой цилиндр задних колес. При этом учитывается давление в системе, скорость поворота и уровень боковой нагрузки передней оси. Управляющее давление воздействует на золотник гидрораспределителя задней оси. В зависимости от воздействующего давления золотник передвигаясь открывает на определенную величину масляные каналы, по которым рабочая жидкость подается в силовой цилиндр управления задней осью. Поршень силового цилиндра, передвигаясь, воздействует на рулевые тяги задней оси, поворачивающие на необходимый угол заднюю ось.

По мере развития электронных систем управления их стали применять и в управлении задней оси (4WS). Примером может служить электронно управляемая задняя ось автомобиля Тойота Аристо, которая в 1991 году сменила механическую, общий вид которой показан на первом рисунке, а схема исполнительного механизма на втором рисунке. Подобная система применяется также и в автомобилях БМВ.

Рис. Общий вид управляемой задней осью с электромеханическим исполнительным механизмом

Рис. Электромеханический исполнительный механизм поворота задней оси: 1 – ротор (пустотелый вал); 2 – статор; 3 – планетарная коробка передач; 4 – гайка шпинделя; 5 – сателлит; 6 – солнечная шестерня; 7 – шпиндель (винт); 8 – шлицевая часть вала шпинделя; 9 – предохранитель от прокручивания шпинделя; 10 – водило планетарной передачи

Задние колеса здесь поворачиваются с помощью специального рулевого механизма с электроприводом, встроенного в довольно сложную заднюю подвеску. А управляет им специальный электронный блок, который получает от нескольких датчиков информацию о скорости автомобиля, об угле поворота руля, передних и задних колес и т. д.

Исполнительный механизм состоит из электродвигателя (статора и ротора), планетарной передачи и вала шпинделя воздействующего на рулевые тяги задней оси. Управление электродвигателем осуществляется от электронного блока управления, воспринимающего сигналы от различных датчиков рулевого управления. В зависимости от величины и времени подачи напряжения на электродвигатель изменяется скорость и время вращения ротора электродвигателя. Для увеличения крутящего момента и толкающих сил шпинделя в исполнительном механизме применяется планетарная передача.

При подаче напряжения на электродвигатель пустотелый вал ротора 1 начинает вращаться. На валу ротора имеется солнечная шестерня 6, которая через сателлиты 5 и водило 10 планетарной передачи приводит во вращения связанную с ним гайку шпинделя 4. Вал шпинделя, установленный внутри пустотелого вала ротора через винт 7 начинает совершать возвратно-поступательные движения, воздействуя на рулевые тяги задней оси. Для исключения прокручивания вала шпинделя предусмотрен специальный предохранитель 10.

Работает система 4WS в двух режимах. На малой скорости задние колеса поворачиваются в сторону, противоположную передним, и при маневре той же кривизны рулевое колесо нужно будет вращать на меньший угол. Это повышает чувствительность рулевого управления и автомобиль становится более маневренным. К примеру, при развороте передние колеса будут вывернуты до упора влево, а задние – вправо на угол до восьми градусов. Радиус разворота при этом уменьшится на 15% по сравнению с обычным автомобилем и составит всего 4,7 метра.

Автомобиля как механизм достаточное простое, и достигло того уровня, когда улучшать фактически уже нечего. Но битва за более комфортное и безопасное управление транспортным средством не прекращается, и инженеры всего мира создают всевозможные дополнительные устройства, призванные облегчить процесс управления, помочь водителю в экстренной ситуации быстрее принять решение, или наоборот, не совершить фатальной ошибки.

Сюда можно отнести гидро и электроусилители руля , ABS, систему курсовой устойчивости и прочие технические решения, активно и пассивно участвующие в управлении. В этой статье речь пойдет о такой опции, как подруливающие задние колеса.

Как работает

Принцип работы системы, предназначенной для улучшения маневренности, основан на том, что в момент поворота передних колес в одну из сторон, задние подруливают в противоположную, занося, тем самым, заднюю часть машины и уменьшая радиус разворота.

На больших скоростях задние колеса могут синхронно с передними поворачиваться в одну сторону, что позволяет срезать траекторию движения автомобиля, или выворачиваться в противоположное направление, занося при этом зад машины. В обоих случаях цель преследуется одна – улучшить устойчивость машины на повороте, за счет уменьшения опрокидывающего момента, вызванного значительной боковой нагрузкой на задние колеса при этом маневре.

Типы подвесок автомобиля

1. Рычаг подвески 2. Поршень гидроцилиндра 3. Корпус гидроцилиндра 4. «Сфера» 5. Масло LHM 6. Сжатый азот Принципиальная схема гидропневматической подвески

Гидропневматическая подвеска. Первой подвеску с изменяемым дорожным просветом для легкового автомобиля создала французская фирма Citroen . Упругим элементом в амортизаторах служил сжатый азот, а силовым (образующим и передающим давление в системе) жидкость. Поэтому такая подвеска получила название гидропневматической. Гидронасос нагнетает жидкость из резервуара в закрепленные рядом с амортизатором сферы. Внутри каждой сферы жидкость и газ разделены мембраной. Таким образом в амортизаторах поддерживается необходимое давление, а крены машины постоянно компенсируются. Вдобавок встроенный в гидросистему кран позволяет регулировать количество циркулирующей в контурах жидкости, а значит, увеличивать или уменьшать дорожный просвет. В 1954 году эта схема была впервые применена на модели высшего класса Citroen 15-6 . А уже в октябре 1955 года новинка фирмы Citroen DS — вызвала на 42 Парижском автосалоне настоящий фурор. По тем временам это была чудо-машина. Ее гидропневматическая подвеска обеспечивала постоянство дорожного просвета независимо от количества пассажиров и багажа и потрясающе плавный ход. Эта машина могла накреняться вперед и назад, а также вывешивать любое колесо без домкрата! И наконец водитель Citroen DS мог по собственному усмотрению ступенчато изменять дорожный просвет. Это не только повышало устойчивость и активную безопасность автомобиля на шоссе (понижался центр тяжести, уменьшался поток воздуха под днищем, создающий подъемную силу), но и облегчало езду по бездорожью, что важно для изобилующей проселками Франции. Впоследствии такая схема подвески применялась на большинстве автомобилей марки Citroen и все время совершенствовалась. Новейшая разработка фирмы подвеска Hydroactive III — получила электронное управление при помощи датчиков, компьютера и исполнительных устройств. В результате клиренс модели Citroen С5 не только поддерживается, но и автоматически регулируется в зависимости от скорости движения, качества дорожного покрытия и стиля езды. Диапазон изменений дорожного просвета достигает 20-30 см. Citroen сделал гидропневматическую подвеску своим коньком , применив ее раньше других. Однако аналогичную подвеску Hydrolastic в свое время устанавливала на свои малолитражные автомобили английская British Leyland Motor Corp. , а фирма Lotus разработала гидропневматику для разведывательного танка Scorpion . У нас боевую машину десанта (БМД) с гидропневматической независимой подвеской всех катков выпускал с 1968 года Волгоградский тракторный завод. Машина должна была ложиться на брюхо, чтобы лучше прятаться на местности и проще загружаться в самолет. Изучением возможностей применения чисто пневматической подвески в легковых автомобилях занимались многие фирмы. Например, в 60-е годы Daimler-Benz ( Mercedes Benz 600 и Lincoln оборудовали ею серийные модели. А первым внедорожником, оснащенным подвеской колес на воздушных мешках , заменивших пружины, стал в 1992 году Range Rover LSE . Большие изыскания в этой области провели в 70-е годы Volkswagen и Audi совместно с компанией Fichtel und Sachs .

Теперь рассмотрим некоторые типы задней подвески автомобилей.

Подвеска «Де Дион». Задняя подвеска де Дион изобретенная более ста лет назад, используется до сих пор. Один из недостатков зависимой подвески ведущих колес большая неподрессорная масса, отрицательно влияющая на такие показатели, как комфорт автомобиля, его устойчивость и управляемость. В тех случаях, когда по финансовым или компоновочным соображениям инженеры отказываются от независимой подвески, выручает старая система де Дион . В ней картер главной передачи закрепляется на поперечине рамы или на кузове, а привод колес осуществляется полуосями на шарнирах. При этом колеса соединяются изогнутой балкой. Подвеска остается зависимой, однако за счет крепления массивной главной передачи отдельно от моста неподрессорная масса существенно уменьшается. Список автомобилей, использующих задний ведущий мост типа де Дион , достаточно обширен, и в нем не только такие известные модели, как Volvo 345 1975 года и Alfa Romeo 75 1985-го, но и модели 2000 года: Aston Martin V8 Vantage, Honda HR-V 4х4 и ряд других. Свое название подвеска получила по имени графа Альбера де Диона маркиза ле Валь. В 1883 году появилось предприятие De Dion. Bouton. Trepardoux . Граф играл в нем роль финансиста, Бутон технолога и сборщика, а Трепарду представлял конструкторское бюро в единственном лице. 20 марта 1893 года был запатентован задний мост де Дион . О неподрессорных массах ни граф, ни Бутон, ни Трепарду и понятия не имели к созданию этого узла их подтолкнула интуиция. Дело в том, что в первых конструкциях трициклов и квадрициклов De Dion-Buton двигатель закреплялся на задней оси. И езда по булыжным мостовым настолько растрясла мотор, что детали от него отваливались буквально на ходу. Узел решили оградить от тряски так и появился мост, или, как сегодня говорят, подвеска типа де Дион . Стремясь избавить зависимый задний мост от лишней тяжести инженеры постоянно совершенствовали конструкцию. Теперь такая подвеска может быть как зависимой, так и независимой! Например, в Mercedes R-класса инженеры объединили достоинства разных схем — корпус главной передачи закрепили на подрамнике, колеса, подвешенные на пяти рычагах, приводят качающиеся полуоси, а роль упругих элементов играют пневматические стойки — оригинальная компиляция!

Зависимая подвеска. С самого зарождения автомобилестроения до наших дней дожила зависимая подвеска. Но она становится историей — мосты, жестко связывающие колеса, ныне используют разве что на классических внедорожниках, таких как Nissan Patrol, Jeep или УАЗ. Еще реже на легковых автомобилях, например, на Волгах и классических Жигулях, но эти машины были разработаны около полувека назад. Минусы конструкции очевидны — перемещение одного колеса передается другому, следствием чего являются резонансные колебания колёс в поперечной плоскости (эффект шимми), что вредит и комфорту, и управляемости. Выход один — надо «развязывать» правую и левую сторону.

Гидропневматическая подвеска. Задняя гидропневматическая подвеска аналогична передней.

Подвеска «Дюбоне». Весьма оригинальная разновидность независимых схем — подвеска «Дюбоне». Рычаг подвески одной стороной крепится к колесу, а другая входит в заполненный маслом цилиндр, который за необычную форму прозвали «поросенком». Внутри него расположена пружина, в чашку которой и упирается рычаг. Кстати, масло не только смазывает подшипники рычага, но и служит амортизаторной жидкостью. Таким образом, «поросенок» — одновременно упругий и амортизирующий элемент. Но очень сложную в изготовлении и ремонте подвеску «Дюбоне» применяли лишь в 1930-хгодах прошлого века на некоторых американских моделях, Opel Kadett, а от него по наследству она перешла на Москвич 400.

Многорычажная подвеска. В начале 1980-х инженеры фирмы Mercedes Benz вместо пары сдвоенных стали применять пять раздельных рычагов. Два из них удерживают колесо, а еще три задают ему необходимое положение в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Многорычажная схема по сравнению с более простой на двойных поперечных рычагах — благо для компоновки узлов и агрегатов. Кроме того, играя размерами и формой рычагов, можно намного точнее задавать требуемые характеристики подвески. А благодаря так называемой эластокинематике подвеска обладает подруливающим эффектом в поворотах. Так делают, например, Форд-Фокус и Мазда-3. Мудреная архитектура, большое количество рычагов и шарниров увеличивают массу конструкции. Задняя многорычажная подвеска Форд-Фокус очень компактна. А ее подруливающий эффект – серьезный вклад в безопасность…

Активная многорычажная подвеска разработана фирмой Continental. Место одного из рычагов задней подвески БМВ занял электродвигатель с тягой (красная стрелка). По команде компьютера он немного доворачивает колесо, фактически делая заднюю ось управляемой. Предполагают, что новинка (через пару-тройку лет ее обещают ставить на серийные автомобили) будет сотрудничать с системой стабилизации и активным рулем. Трудно представить, что еще будет автоматизировано в автомобиле…

Обычно при оценке подвески автомобиля обращают внимание на такие её потребительские свойства как комфортность, управляемость и устойчивость (для кого-то важнее первое, для кого-то второе). Большинству людей абсолютно всё равно, какого типа подвеска стоит на их автомобилях, сколько там рычагов, и тем более всё равно по какой оси проходит центр крена кузова. И это — правильно. Это удел инженеров — выбор типа подвески, подбор ее геометрических параметров и технических характеристик отдельных её элементов. При разработке, автомобиль проходит огромное количество расчётов, испытаний и тестов. Поэтому, в принципе, подвеска стандартной машины имеет приемлемые потребительские характеристики и удовлетворяет требованиям большинства потребителей. Не секрет, что комфорт и управляемость являются свойствами, зачастую прямо противоположными, и зависят от жесткости подвески (постоянная проблема с нашими 8-ми и 9-ми — хорошо держат дорогу подвески — жесткие как табуретки). Увязать эти качества удаётся только в сложных, автоматически регулируемых подвесках дорогих автомобилей. Многие водители, предпочитающие активный стиль вождения понимают, что подвеска стандартного автомобиля, среднего класса, не может реализовать всех их амбиций. И тут начинается «борьба» за управляемость. В меру своих средств и сил каждый идёт своим путём. В первую очередь большинство начинает с амортизаторов, полагая стандартные изделия виновниками всех своих бед, заменяя их, например, газовыми. Кто-то устанавливает дополнительные или более жёсткие стабилизаторы поперечной устойчивости, растяжки передних стоек. Некоторые меняют резиновые втулки и сайлент-блоки в подвеске на более жёсткие (в простонародье — спортивные). Естественно, не забывая о пружинах, их подбирают, подрезают и т.д. Всё это приносит свои плоды. В каждом конкретном случае свои. Конечно это всё работает, с этим трудно спорить. Но вот сочетание тех или иных элементов приводит иногда к «фатальным» результатам.

При всём этом многие до конца не понимают «что творят». Многие автомобилисты ставят проставки на передние (убивая ШРУСы) и на задние стойки, вследствие чего бывает невозможно выставить углы установки колес (особенно продольный наклон — Caster). Например, не все знают, что можно понизить автомобиль, и практически не потерять энергоёмкость подвески, при приемлемой её жёсткости. Здесь нам могут помочь пружины с прогрессивной характеристикой (разным шагом витков). При этом важно помнить что наиважнейшим параметром при выборе пружин является сочетание угловых жёсткостей передней и задней подвесок. Большинство стандартных машин, с целью безопасности, настроены на недостаточную управляемость. Идеальной считается нейтральная управляемость, но её недостаток заключается в том, что машина идущая на пределе сцепных свойств покрышек может преподнести даже опытному водителю неприятный сюрприз в виде неожиданного срыва передних или задних колёс. Другими словами отсутствует однозначность в управляемости.

Виды подруливающих подвесок

Разработанные на сегодняшний день подруливающие задние подвески могут работать как в активном, так и в пассивном режимах.

В первом случае управлением задних колес занимаются электронные блоки, которые разворачивают их одновременно с передними, во втором – выворачивание колес осуществляется при помощи тяг, рычагов и изменения нагрузки на колеса.

Пассивная

Конструкция пассивной системы подруливания задней подвески до гениальности проста. Она состоит из четырёх поперечных тяг (по две на каждое колесо), прикреплённых к корпусу через сайлентблоки, а к ступице посредством шаровых опор. Основную роль в повороте колес играют рычаги, закрепленные на передней части ступицы.

При повороте на большой скорости, к примеру, направо, за счёт центробежных сил идёт кренение кузова авто на левую сторону – расстояние между днищем и ступицей уменьшается, а так как длина тяги остается неизменной, то она просто выдавливает левое колесо наружу. На поднявшейся стороне, наоборот – расстояние увеличивается, и тяга втягивает правое колесо внутрь. В результате они изменяют направление движения в сторону противоположную повороту передних колес, уменьшая, тем самым, боковую нагрузку и опрокидывающий момент.

Это изменение может быть незначительным, на какие-нибудь сотые доли градуса, но вполне достаточным, чтобы уменьшить стремление машины опрокинуться и, тем самым, значительно повысить устойчивость машины.

Активная

При использовании активной системы изменения направления движения, все колёса перемещаются одновременно.

Усилия с руля передаются на электронный блок управления, а от него на втягивающие реле, как их еще называют – актуаторы, которые и двигают задние рулевые тяги, схожие с передними.

Эта система работает в двух режимах:

• на маленьких скоростях до 40 км/час используется функция маневрирования, когда задние колеса поворачиваются в противоположную от передних сторону, уменьшая радиус разворота;
• на скоростях более 40 км/час в работу вступает режим оптимизации прохождение поворота на скорости – на основании показаний датчиков углового ускорения, скорости и многих других рассчитывается наилучший угол изменения направления движения задних колес, но уже в одну сторону с передними.

Для чего нужны подруливающие колеса

Инерция прямолинейного движения задних колес, особенно на высоких скоростях, в значительной степени влияет на управляемость автомобиля при вхождении в повороты. Проще говоря, они сопротивляются повороту, стремясь остаться на своей прежней траектории. Справедливости ради стоит сказать, что идея сама по себе не нова, и подруливающие задние колеса уже давно используются на погрузчиках, которые вынуждены маневрировать в замкнутых пространствах складов. Довоенный джип Mercedes Kübelwagen G5 также был оснащен подруливающими колесами.

Сегодня у многих именитых автопроизводителей разработана и внедрена подобная система. Все они имеют свое название, отличаются конструктивно, но суть остается неизменной — задние колеса меняют свое положение при поворотах, сокращая траекторию и повышая устойчивость.

Достоинства и недостатки подруливающих задних колес

Несомненно, к числу преимуществ этой опции необходимо отнести уменьшение радиуса разворота автомобиля. Как правило, наличие подруливающих задних колес позволяет уменьшить радиус до 20-25%. Это значит, что даже габаритный внедорожник сможет разворачиваться так же легко, как малолитражка.

Опция лучшим образом влияет и на безопасность, потому как задние колеса не создают сопротивление передним в момент поворота, а наоборот, движутся по их траектории. В результате, автомобиль намного мягче входит в поворот, его не заносит, не кренит в сторону. Наконец, система удобна и в городских условиях, когда часто возникает необходимости протиснуться между машинами.

Среди недостатков, можно отметить следующие нюансы: при высоких скоростях автомобиль будет очень остро реагировать на малейший поворот руля. Тем не менее, если автомобиль оснащен электроусилителем, то при наборе скорости чувствительность руля будет снижаться. Второй недостаток – это более сложная конструкция задней подвески, что влияет на увеличение стоимости ремонтных работ. К тому же, задняя подруливающая подвеска требует более качественных сайлентблоков, которые тоже стоят не дешево.

Так или иначе, но система весьма перспективная, поэтому она и дальше модернизируется, а не отходит на второй план.

Принцип работы системы подруливания задних колес

Вполне логично, что при повороте передних колес, задние подруливают не путем механической передачи усилия, а благодаря работе электронного блока. Изменение расположения задних колес возможно благодарю наличию механизма, используемого в основном рулевом управлении – перемещаемые тяги. В остальном, каких-либо конструктивных особенностей не имеется.

Что касается принципа работы, то подруливающие колеса имеют два режима:

• Первый предназначен для езды на небольших скоростях, к примеру, езда по парковке, или при заезде в гараж;
• Другой, служит для улучшения управляемости при поворотах на высоких скоростях.

В первом случае, когда автомобиль двигается медленно, при повороте передних колес влево, задние поворачиваются в противоположную сторону. Это обеспечивает меньший диаметр разворота, и возможность легко маневрировать даже в очень тесных условиях.

Достоинства и недостатки

В завершение отметим плюсы и минусы подруливающих колес:

• к положительным сторонам можно отнести увеличение маневренности за счет меньшего радиуса поворота, улучшение управляемости транспортного средства;
• самым серьезным минусом можно считать усложнение конструкции подвески, что ведет к ее удорожанию, а также увеличивает расходы на ремонт.

Если мы скажем о том, что все производители автомобилей работают над тем, как улучшить управляемость выпускаемых ими машин, вряд ли сможем вас чем-то удивить. Но уверяем, что можем рассказать вам о некоторых интересных и необычных проектах по модернизации управляемости автомобиля, которые все же повергнут вас в восхищение. Одним из таких проектов является подруливающие задние колеса автомобиля.

История появления данной опции

Человечество всегда было озабочено вопросом, как же упростить управление автомобилем, сделать машину более маневренной, устойчивой на дороге? Одним из способов решения является установка электронных систем: курсовой устойчивости, система торможения и т.д. Но это не оказывало столь значительного эффекта. Поэтому инженеры пошли по другому пути – модернизации рулевого управления. К слову, подруливающие задние колеса не являются революционной новинкой. В это сложно поверить, но прототип такой системы был придуман еще в середине прошлого века.

Самый простой пример – это обычный погрузчик на складах. В условиях ограниченного пространства он обладает высокой маневренностью, благодаря наличию все тех же подруливающих задних колес. Появление этой технологии на серийных автомобилях было замечено в начале 90-х годов. Впервые такую технологию опробовали на автомобилях японского производства.