Подвеска автомобиля — принцип работы, виды и неисправности

Подвеска представляет собой совокупность деталей и узлов, которые связывают между собой колеса транспортного средства с другими элементами его конструкции. Она является неотъемлемым элементом любого автомобиля. Действительно, система играет важное значение, делая передвижение на машине куда более комфортным, а управление – более предсказуемым. Поговорим более подробно, когда она появилась, как устроена, как работает и какие неисправности у нее чаще всего возникают.

Краткая история автомобильной подвески

Система подвески появилась задолго до изобретения автомобилей. Ее использовали для крепления конных экипажей к осям колес. В глубокой древности для этого применяли ремни, сделанные из нескольких толстых полос прочной кожи. Позднее, когда люди научились хорошо обрабатывать сталь и изготавливать из нее сложные изделия, их место заняли пружины, которые были более прочными, надежными и эффективными.

К современному состоянию подвеска приблизилась в XIX веке. Именно тогда были изобретены рессоры. Изначально их использовали на железной дороге чтобы смягчить ход вагона. Однако им быстро нашли применение на конных экипажах.

Когда в начале ХХ века были сконструированы первые автомобили, в них также использовали рессоры. Подвеска того времени была зависимой. Это означает, что колеса жестко закреплены на одной оси, которая опирается на рессоры. Из-за этого большая часть толчков и вибрации ощущается водителем и пассажирами, поэтому ехать зачастую некомфортно.

В 1933 году впервые увидела свет независимая подвеска. Ее применили на модели Mercedes-Benz-380. Ведущие задние колеса на ней по-прежнему находилась на одной оси. А вот передние колеса двигались независимо друг от друга. Благодаря этому гасилось гораздо больше толчков, чем прежде.

Такая схема применялась в легковых автомобилях до 1960-х годов. В начале 1970-х ее заменила другая. Она тоже была позаимствована у другого немецкого автомобиля – Фольксваген Жук образца 1961 года. В ее основе были продольные рычаги. Систему отдаленно напоминала разработка Макферсона, которая применялась на автомобилях Форд.

На сегодняшний день существует огромное количество самых разных подвесок. Каждая из них использует свою, уникальную технологию. Некоторые варианты и вовсе управляются бортовым компьютером. Тем не менее, в основе конструкции осталась система рычагов и стоек.

Как работает подвеска автомобиля

Основной принцип работы подвески заключается в поглощении энергии удара благодаря движению ее конструктивных элементов. Выглядит это следующим образом:

• Колесо наезжает на возвышение (например, камень). Поскольку оно связано с остальными частыми авто подвеской, после этого положение некоторых ее частей (рычагов, кулака, тяги) меняется.
• В результате этого энергия с колеса поступает на амортизатор. До этого его пружина находится в состоянии покоя, а вот после – сжимается. Она не позволяет удару перейти с ходовой части на кузов. Большинство толчков гасятся почти полностью за счет упругости пружины. Фактически их энергия уходит на ее сжатие.
• После того, как энергия поглощена, пружина возвращается в свое исходное положение. В нем она будет находиться до того момента, пока колеса транспортного средства вновь не наедет на какую-либо неровность. Также в исходную позицию возвращаются и другие элементы конструкции.

Таким образом, подвеска выполняет следующие функции:

• поглощение толчков, ударов, вибрации;
• стабилизация движения транспортного средства, которая достигается обеспечением постоянного контакта колеса с дорожным покрытием;
• сохранение положения колес в пространстве, благодаря которому возможно точное рулевое управление машиной.

Также существует подвеска двигателя, которая гасит удары, толчки и колебания, которые возникают при функционировании мотора.

Устройство подвески

Подвеска на разных моделях автомобилей имеет разное устройство. Однако элементы, из которых она состоит, можно разделить на несколько групп в зависимости от назначения. Они будут встречаться практически на каждой модели транспортного средства. Вот эти группы.

• Упругие элементы. Включает в себя пружины, рессоры, торсионы. Главная задача этих частей конструкции – перенимать часть энергии, полученной с дорожного покрытия, на себя, а остальную часть, которую не удалось поглотить, равномерно распределять по кузову транспортного средства.
• Гасящие устройства. Представляют собой узлы, которые используют гидравлику или пневматику для гашения ударов, поступающих с дорожного покрытия. Также могут быть совмещенными (в таком случае их называют гидропневматическими).

• Направляющие элементы. К их числу относятся рычаги, тяги, балки, ограничитель хода, поворотные кулаки. Главная задача этих узлов и деталей – обеспечение правильного направления колеса при прямом движении или поворотах, благодаря которому будут обеспечены наилучшая амортизация и правильное распределение нагрузки по другим элементам подвески.
• Дополнительные элементы. К ним относят различные мелкие металлические детали, которые скрепляют между собой остальные элементы конструкции. Кроме того, в их число входят резиновые прокладки, основное назначение которых – снижение уровня шума и вибрации во время передвижения транспортного средства.
• Стабилизатор поперечной устойчивости. Устройство, которое предназначено для выравнивания движения авто при поворотах. Облегчает управление и предотвращает резкие заносы.

Виды подвесок автомобиля

Автомобильная подвеска в зависимости от конструктивных особенностей и строения бывает следующих видов.

• Зависимая. Первый вариант конструкции, который был применен в автомобилестроении. Описан выше, в разделе, посвященном истории узла. Отличительная особенность – жесткая связь обеих колесных осей с амортизаторами и рессорами. Несмотря на низкий уровень комфорта при езде, является самой дешевой в производстве и очень надежной – неисправности возникают крайне редко. Оба фактора обусловлены простотой конструкции.
• Независимая. Каждое из колес движется независимо от другого (отсюда и название). Это реализовано за счет рычагов, которые закреплены одной стороной на оси, а второй – на колесах. Они способны передвигаться в вертикальной плоскости. Поэтому при изменении положения колеса второе сохраняет свою позицию. В результате на кузов передается гораздо меньше ударов. Кроме того, колеса всегда имеют сцепление с дорожным покрытием. Иногда независимой оставляют только одну ось (ведомую).
• Полунезависимая. Вместо рычага используется торсионная балка. Она приподнимает вместе с собой часть оси. Благодаря этому удается достичь комфорта, близкого к независимой подвеске, и надежности, близкого к зависимой. Таким образом, полунезависимая конструкция занимает промежуточное положение между ними.
• Пневматическая. Вместо амортизаторов использует цилиндры со сжатым воздухом, по которым передвигаются поршни. Именно они гасят удары. В современных моделях автомобилей уровнем давления воздуха в таких цилиндрах часто управляет ЭБУ. Наиболее широко пневмоподвеска применяется на грузовых транспортных средствах. Однако сегодня ее используют и на легковых авто.
• Гидравлическая. Аналогична пневматической, но вместо воздуха в цилиндрах находится специальная жидкость. Гидравлическая подвеска не только прекрасно гасит удары, но и «умеет» регулировать клиренс, жесткость реакции на неровности дорожного покрытия.
• Торсионная. В такой конструкции используют продольный торсион (штангу), которая движется в вертикально плоскости и наряду с амортизатором гасит колебания. Однако встретить ее в легковых авто достаточно трудно – чаще всего ее применяют на грузовиках.
• Электромагнитная. Роль амортизаторов выполняют электромагниты. Такой вариант обычно устанавливают на авто премиум-класса. Поскольку электромагниты требуют большого расхода энергии, часто подобную подвеску сочетают с гидравлической, получая таким образом составной вариант, экономящий заряд аккумулятора.
• Двухрычажная. Движением колеса в данном случае управляют 2 рычага. Один закреплен сверху, другой снизу. Между ними расположен амортизатор. Такая подвеска считается более эффективной, чем традиционные варианты. Рычажная подвеска может не ограничиваться двумя рычагами – иногда их гораздо больше. Это позволяет более равномерно распределять нагрузку с колеса.
• Интегральная. Состоит из нескольких рычагов, поворотного кулака и соединительной тяги. Обычно устанавливается на ведомые колеса.
• Винтовая. Подразумевает использование специализированных стоек стабилизатора (в народе – косточки) с нанесенной на их поверхность резьбой.

Существуют и другие классификации. Например, в зависимости от способности к сжатию подвеску делят на 2 типа:

Первая чаще всего применяется на внедорожниках, так как позволяет преодолевать серьезные препятствия и обеспечивает постоянный контакт колес с дорожным покрытием. Вторая обычно используется на легковых (в том числе спортивных) автомобилях, так как улучшает управляемость транспортным средством.

Основные неисправности подвески и как их устранить

О неисправности подвески могут свидетельствовать следующие «симптомы»:

• посторонние звуки при движении транспортного средства (шум, стук);
• машину «ведет» в сторону;
• нельзя отрегулировать углы передних колес авто;
• самопроизвольно возникающее угловое колебание передних колес;
• проседание передней части кузова авто;
• крен нагруженного транспортного средства на один бок.

Если один из этих признаков замечен, значит, с подвеской или ходовкой проблемы.

Из-за чего могут возникнуть подобные неприятности? Вот наиболее распространенные неисправности.

• Поломка амортизаторов. Проблема решается ремонтом или заменой неисправного узла.
• Ослабление болтов крепления штанги стабилизатора поперечной устойчивости. Решается путем подтягивания болтов или замены резиновых шайб.
• Физический износ деталей шаровых опор. Решает полной заменой деталей.
• Зазор в подшипниках колес вследствие физического износа. Решается заменой подшипников.
• Деформация поворотного кулака. Если деталь изогнута не сильно, то ее можно попробовать выпрямить (правда, самостоятельно это сделать очень сложно. При сильной деформации требуется полная замена.
• Нарушение параллельности задней и передней осей. Решается проблема выравниванием осей по отношению друг к другу.

Пружинные титановые шины

Лунная шина для Земли

Инженеры исследовательского центра NASA Glenn представили новую сверхэластичную шину, изготовленную из сплава никеля и титана. Особенность этих шин в их гибкой форме, способной деформироваться и подстраиваться под условия неровных поверхностей, а затем возвращаться к своей первоначальной форме, даже после прохождения самых труднопроходимых мест и очень сложных рельефов. Это изобретение является частью более крупных, полувековых усилий по созданию самой лучшей шины для внепланетных исследований, но инженеры и исследователи NASA отмечают, что они так же тестируют версию на автомобилях и грузовиков для Земли.

Конструкция новой шины взяли основу из лунного вездехода 1971 года, который был доставлен на Луну Apollo 15. В отличие от обычной пневматической шины, поддерживающей наши электрические автомобили, в колесах лунного вездехода использовали гибкую проволочную сетку. Как и резиновые шины, колеса могут смягчать удары от неровностей поверхности рельефа, но сетка позволяет им «плавать» над мягким лунным грунтом, а также предотвращает чрезмерный износ.

Конструкция лунного вездехода считалась крупным успехом, и инженеры использовали ее как модель для «колес будущего», которая смогла бы переносить более чем тяжелые нагрузки. Предыдущий аналог пружинной шины был установлен на испытательном корабле NASA Lunar Electric Rover еще в 2009 году. Как пишет НАСА: «Это безвоздушная шина состоит из нескольких сотен спиральных стальных проволок, вплетенных в гибкую сетку, что дает шинам возможность поддерживать высокие нагрузки, а также соответствовать местности»

Пружинная шина для Марса

Примечательно, что марсоход (Mars Curiosity Rover), который приземлился на планету в 2012 году, использует алюминиевые колеса. Выбор в использовании этих колес был основан на его предыдущих миссиях, однако, учитывая размер и вес марсохода + неровность поверхности — в колесах из мягкого металлического сплава, начали появляется дыры от повреждений уже через год. А значит это не идеальный вариант колёс для транспортного средства стоимостью 2,5 миллиарда долларов.

Поэтому в преддверии запуска Mars 2020, инженеры и исследователи NASA так же тестируют пружинную шину и для красной планеты. Новая шина должна улучшать сцепление с мягким песком, стать долговечной и уменьшить общий вес марсохода, за счет использования никеля и титана. Уникальный сплав колёс дает эластичность шинам, и способность перестраиваться на атомном уровне, чтобы легко проходить (перекатываться) по камням, а затем принимать первоначальную форму. А испытания, проведенные на смоделированной марсианской местности, показали, что пружинные шины из стальной проволочной сетки принимают изначальную форму, даже тогда, когда у них деформирована ось.

А мы надеемся, что новые шины позволят исследовать более крупные участки Марса или Луны, и переносить на них тяжелые грузы, а на Земле такие шины станут нормальным явлением, ведь

во-первых: с точки зрения экономии, они требуют гораздо меньшего обслуживания;

во-вторых: с «зелёной» точки зрения, резиновые шины экологически проблематичны, так как являются биологически не разлагаемыми и содержат высокие уровни тяжелых металлов и других загрязняющих веществ;

и в третьих: это очень здорово и необычно, титановые пружинные колёса, которые выглядят действительно космическими, в прямом и переносном смысле, и это то новшество, которого так не хватает современному миру, если исходить из привычного взгляда на вещи.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Отменить ответ

О Нас

ООО «ГриКом» является агентом крупной международной компании «Ренус Интермодал Системс» Автомобильный, железнодорожный, морской и воздушный транспорт позволяют нам перевозить грузы по всей территории России, Азии и Евразийского континента.