Немного "Физики", часть IV
Сейчас речь пойдет о таком понятии, как «Характеристика Сжатия/Отбоя амортизатора подвески». Их определения, на что они влияют и так далее.
Характеристика сжатия – сопротивление движению на сжимание амортизатора.
Характеристика отбоя – сопротивление движению на разжимание амортизатора.
Важный момент!
Ход сжатия — 1/3 максимального хода штока.
Ход отбоя — 2/3 максимального хода штока.
Характеристики являются линейными и зависят от скорости воздействия. Чем быстрее мы сжимаем/разжимаем амортизатор, тем он туже становится.
Золотой срединой считается соотношение сжатие/отбой как 1/4.
Амортизатор практически не должен сопротивляться движению на сжатие и максимально сопротивляться движению на разжимание (отбой).
Сделано это для того, чтобы обеспечивать максимальный комфорт при движении по дорогам общего и необщего пользования.
На сжатие должна работать пружина
На отбой должен работать амортизатор.
Амортизаторы, часть 5
Всем привет, продолжаем мусолить тему автомобильной подвески. Сегодня завершим изучение деталей небольшим постом об амортизаторах.
Предыдущие посты из серии:
Ну и серия про ДВС, кто не видел:
Итак, амортизаторы, или демпфирующие элементы подвески.
Амортизатор, или shock absorber, предназначен для поглощения «лишней» энергии при работе подвески, которая высвобождаясь, приводит к паразитным резонансным колебаниям и потере контакта колеса с дорожным полотном. Главная задача амортизатора — поглотить эту энергию и преобразовать ее в тепло.
Также амортизатор призван дополнить характеристику упругого элемента, и в нужный момент ее увеличить, а в нужный — уменьшить.
В настоящее время в автомобилях используется только один тип амортизаторов — это гидравлические амортизаторы и их подтипы и модификации. А первые применявшиеся амортизаторы были фрикционными, и имели весьма примитивную конструкцию.
Они представляли из себя набор фрикционных пластин и дисков, и гасили колебания подвески за счет трения. Регулировка осуществлялась усилием зажатия фрикционного пакета.
В настоящее время фрикционные и фрикционно-пневматические амортизаторы можно найти разве что в стиральных машинках и во всяких доводчиках дверок в мебели. И выглядят они примерно так.
А сейчас разберемся в основных типах амортизаторов, использующихся в автомобилях и остальной дорожной и не очень технике.
На данный момент наибольшее распространение имеют два типа амортизаторов:
В народе их обзывают масляные и газо-масляные. Конструкции у них схожи, но как говорил Василий Иваныч в анекдоте — есть нюансы.
Начнем с гидравлических, или масляных.
Все современные гидравлические амортизаторы имеют двухтрубную конструкцию, это означает, что внутри амортизатора присутствуют две емкости, одна из них рабочая — это труба, в которой ходит поршень, закрепленный на конце штока, и вокруг этой трубы располагается расширительный или компенсационный резервуар, наполненный воздухом или азотом под атмосферным давлением.
В таком амортизаторе находятся два блока клапанов, в поршне находятся клапаны отбоя, это клапаны, открывающие проток гидравлической жидкости через дросселирующие каналы при ходе отбоя, то есть — при увеличении длины амортизатора, а на дне рабочего цилиндра находится блок сжатия, которые открывают дросселирующие каналы при ходе сжатия, или при уменьшении длини амортизатора. Компенсационный резервуар служит для того, чтобы вытесняемой погружающимся штоком жидкости было куда деться. При ходе сжатия она заполняет резервуар, а при ходе отбоя она возвращается обратно в рабочий цилиндр.
Клапаны на дне и на поршне собираются из набора пружинных пластин, таким образом настраивается давление, при котором клапаны открываются, и начинают перепускать жидкость, тем самым настраивается необходимая характеристика амортизатора при разных скоростях движения поршня.
Вот устройство типичного клапана
Сделано все это для того, чтобы амортизатор адекватно гасил колебания в разных режимах работы, так, на низких скоростях перемещения поток жидкости проходящий через дросселирующие отверстия невелик, поэтому они почти полностью перекрываются, для того, чтобы амортизатор гасил раскачку на пологих волнах, однако при наезде на крутое препятствие такое количество каналов не справится с перепуском жидкости и удар полностью передастся на кузов, и чтобы этого не произошло, и предназначены дополнительные клапаны, которые при возросшем давлении откроются и не будут препятствовать быстрому перемещению штока.
Гидравлические амортизаторы являются самыми простыми и неприхотливыми, и их легко отличить по отсутствию самопроизвольного выдвижения штока без нагрузки. Данные амортизаторы не предназначены для больших нагрузок и часто в связи с этим имеют очень мягкие настройки, однако существуют и регулируемые разновидности гидравлических амортизаторов. Так некоторые амортизаторы имеют специальную гайку в блоке клапанов поршня, которая поворачивается специальным выступом на дне цилиндра и открывает или закрывает дополнительные обходные каналы, для регулировки таких амортизаторов их нужно сложить до упора и поворотом штока относительно стакана задать необходимую регулировку жесткости сжатия, а характеристика жесткости ходов амортизатора напрямую влияет на остроту реакций на поворот руля.
Также возможен вариант с поворотом данной гайки специальным штоком, проходящим внутри основного штока амортизатора.
У двухтрубных гидравлических амортизаторов есть ряд серьезных минусов, которые не дают эффективно использовать их в быстроходной технике с высокими требованиями к подвеске.
1. Плохое охлаждение. Рабочий цилиндр амортизатора по сути находится в термосе с воздушной прослойкой, что сильно затрудняет отвод тепла, при сильном нагреве гидравлическая жидкость теряет вязкость и характеристики амортизатора сильно меняются в худшую сторону.
2. Использовать такие амортизаторы необходимо только в вертикальном состоянии, чтобы избежать попадания воздуха из компенсационной камеры в рабочую полость.
3. Аэрация гидравлической жидкости. При больших нагрузках и больших скоростях перемещения поршня происходит перемешивание жидкости с воздухом и ее вспенивание. При этом практически полностью теряется эффективность и происходить очень быстрый износ клапанных блоков.
Эти минусы оставили гидравлическим амортизаторам место только в таких автомобилях, где управляемость стоит не во главе угла, либо в совсем бюджетных автомобилях.
Теперь перейдем к самому распространенному типу амортизаторов — пневмогидравлическому, или газо-масляному в народе.
Двухтрубные пневмогидравлические амортизаторы, или гидравлические амортизаторы с газовым подпором, конструктивно ничем не отличаются от двухтрубных гидравлических, кроме того, что воздух заменен инертным газом под достаточно большим давлением. Обычно это азот под давлением около 20 атмосфер, который на заводе заливают в компенсационную полость в жидком состоянии и завальцовывают корпус, азот, испаряясь создает газовый подпор, поэтому старый пневмогидравлический двухтрубный амортизатор лучше болгаркой не пилить, а сначала просверлить отверстие в пару миллиметров, для стравливания давления.
Пневмогидравлический амортизатор в упаковке легко узнать по наличию стяжки, удерживающей шток в нижнем положении, так как из-за мощного газового подпора гидравлическая жидкость постоянно пытается вытеснить шток из рабочей полости, из-за чего тот без нагрузки полностью вылезает наружу. Если этого не происходит — значит газ, увы амортизатор покинул.
У амортизаторов с газовым подпором практически полностью отсутствует эффект аэрации рабочей жидкости, благодаря чему амортизатор выдерживает гораздо большие нагрузки и позволяет применять гораздо более жесткие настройки, в следствии чего амортизатор может поглощать больше энергии, что крайне положительно сказывается на управляемости автомобиля, при этом он компактен и имеет большой ход. Однако он унаследовал и минусы двухтрубной конструкции, у него такое-же плохое охлаждение и работать он может только в вертикальном или близком к вертикальному положении.
И еще один момент касающийся двухтрубных амортизаторов и их прокачки перед установкой на автомобиль. Прокачка строго обязательна! Во время транспортировки амортизатора в горизонтальном положении большая часть газа или воздуха попадает в рабочий цилиндр, и самостоятельно его покинуть не может, поэтому как только двухтрубный амортизатор полежал на боку — его необходимо прокачать, дабы переместить газ или воздух в компенсационную полость. Для снижения объема газа попавшего в рабочий цилиндр на амортизаторах при транспортировке и фиксируют шток в нижнем положении, не только для экономии места.
Процесс прокачки прост:
— полностью выдвигаем шток в вертикальном положении, переворачиваем амортизатор и ждем несколько секунд, чтобы пузырьки газа переместились к клапану сжатия, после этого сжимаем амортизатор, ждем несколько секунд и переворачиваем его в вертикальное положение, не отпуская штока.
— ждем несколько секунд, чтобы пузырьки газа ушли вверх компенсационной камеры, куда мы их выдавили
— вытягиваем шток полностью вверх
— повторяем операцию, пока шток не начнет ходить в вертикальном положении плавно, без рывков, и без журчащего звука.
После прокачки при монтаже держим амортизатор строго в вертикальном положении.
Перейдем к однотрубным пневмогидравлическим амортизаторам, в народе — газовым.
В таких амортизаторах резервуар с газом полностью изолирован от контакта с рабочей жидкостью разграничительным поршнем, благодаря чему удалось полностью избавиться от эффекта аэрации рабочей жидкости, плюс у таких амортизатором отсутствует вторая стенка с газовой прослойкой, благодаря чему охлаждение у таких амортизаторов несравнимо лучше двухтрубных, но в тоже время они и более нежные, так, при малейшем замятии стенки трубы такого амортизатора он неминуемо выходит из строя.
Такие амортизаторы легче, могут работать в любом положении и не требуют прокачки. За счет возможности работы в перевернутом положении появляется сильно снизить неподрессоренную массу, так как подвижную массу составляет только шток с поршнем, а корпус амортизатора вместе с жидкостью и остальными составляющими крепятся к кузову.
Этот момент особенно актуален в подвеске типа McPherson, так как амортизаторная стойка в таком типе подвески имеет большую массу из-за исполнения направляющих функций самой стойкой
Подавляющее количество таких стоек сделано по двухтрубной схеме, однако контора Bilstein выпускает однотрубные амортизаторные стойки, которые можно опознать по очень толстому штоку, который и не шток вовсе, а корпус амортизатора
Вот для сравнения двухтрубные стойки от того-же бренда
а все потому-что сам амортизатор установлен в стойку штоком вниз, благодаря чему отпадает необходимость в толстом штоке и кардинально снижается неподрессоренная масса, так как роль силового элемента играет сам неподвижный корпус амортизатора.
Кроме того, сильно снижается общая масса узла.
Однотрубные амортизаторы в основном используются в спортивных подвесках, так как могут поглотить наибольшее количество энергии без потери эффективности. Все клапаны в таких амортизаторах находятся на поршне, одна есть еще один подвид однотрубных амортизаторов, это амортизаторы с внешним газовым резервуаром.
Газовый резервуар с плавающим поршнем в таких амортизаторах выведен отдельно, что позволяет сделать амортизаторы более компактными и добавить регулировочные устройства, заменяющие клапан отбоя в двухтрубных амортизаторах, а также такая схема позволяет легко регулировать давление газового подпора, что в сумме дает возможность очень гибкой настройки. Такие амортизаторы собрали в себе все плюсы от вышеперечисленных конструкций и растеряли все минусы, кроме стоимости, которая наиболее высока среди всех остальных типов.
Все это хорошо конечно, управляемость управляемостью, но ведь иногда и комфорта хочется, не менять-же постоянно амортизаторы. Этот вопрос озаботил головы инженеров очень давно, и они так-же давно нашли решения, простые и посложнее.
Самый простой способ это ручная регулировка ширины или количества дросселирующих каналов различным способами, данный способ самый простой и самый неудобный, поэтому применяется только в спорте, а нам нужен комфорт, и тут придуманы системы посложнее.
Как пример, систем CDC от компании ZF, используется много где, например на опелях старые версии ставились в восьмидесятых, а последние в системах FlexRide на инсигниях и прочих, другие марки называли ее по-своему
Принцип работы простой, в амортизатор устанавливаются один или два электромагнитных клапана, один открывает обходной канал клапана отбоя, второй — обходной канал клапана сжатия. При наличии одного актуатора получаем два режима работы амортизатора, при наличии обоих клапанов — 4 режима работы. Основное назначение этих систем — возможность «расслабить» амортизатор, для увеличения плавности хода в длительных поездках или при неактивной езде.
Подобные системы давно используют разные производители, так, каяба делает такие амортизаторы для тойотовской системы TEMS, и ее модификациям, принцип действия — абсолютно тот-же.
Но самое лучшее решение, и одновременно самое дорогое — использование магнитореологической жидкости в качестве рабочей. Такая жидкость способна сильно менять свою вязкость при воздействии на нее магнитного поля, и тем самым менять свою способность пролезать в дросселирующие каналы, благодаря этому появляется возможность плавно менять характеристики амортизаторов, а не ступенчато, а также можно изменять эти характеристики хоть тысячу раз в секунду. Такие типы регулируемых амортизаторов используются в различных автомобилях из премиум сегментов, так как имеют наибольшую стоимость.
Ну вот и оборзели мы основные виды амортизаторов, надеюсь, теперь и вам смешно от фразы «газовые амортизаторы».
Ну и помним, что на дворе зима и амортизаторам тоже нужен прогрев, не дубасьте по лежакам с первых метров, дайте жидкости нагреться, очень много потекших амортизаторов приходится именно на период сильных морозов, когда люди штурмуют препятствия с густым промерзшим маслом в амортизаторах.
Дальше наконец-то будем потихоньку изучать различные варианты и конструкции автомобильных подвесок, до встречи.
Подвеска спортивного автомобиля. Часть #1: теория
Начиная рассказ про подвеску спортивного автомобиля, особое внимание нужно уделить амортизаторам.
У всех на слуху такие фирмы, как Reiger, Ohlins, Proflex, EXE-TC, KW, TEIN, KONI, AST и другие. Часть производителей специализируются на ралли, часть на кольце. Кто-то делает подвески для тюнинга. Есть и менее известные производители как с простыми, так и с очень сложными и дорогими продуктами.
У всех достойных производителей самым сложным элементом подвески является амортизатор, именно он либо позволяет быстро ехать, либо нет.
1. Амортизатор
В чем состоит задача амортизатора? В способности гасить колебания кузова автомобиля при движении по различным покрытиям. Если амортизатор не справляется – машина слишком раскачивается. Если амортизатор слишком жесткий – машина «подпрыгивает». Но это слишком просто. На самом деле, амортизатор должен по-разному работать в разных условиях, обеспечивая постоянство контакта колеса с дорогой и не передавая излишние колебания на кузов.
В обычных автомобилях сейчас широко используются двухтрубные газо-масляные амортизаторы. Они компактны, просты в изготовлении и служат достаточно долго. Из минусов можно отметить то, что газ смешан с маслом, при активной работе идет нагрев и появляются пузыри. Все это ухудшает стабильность работы.
Спортивный амортизатор, во-первых, должен позволять быстро ехать. Во-вторых, он должен быть надежным. Поэтому «размер не имеет значения». Спортивный амортизатор больше.
Вот пример того, как работает раллийная подвеска. Короткий кусочек видео.
Если кто бывал на гонке «Южный Урал», тот знает, насколько это покрытие требовательное. Нам удавалось несколько лет там выигрывать и занимать призовые места, в том числе благодаря правильно сконструированной и настроенной подвеске.
Размеры и варианты исполнения
В спортивном амортизаторе гораздо больший объем масла, поэтому он более громоздкий и имеет выносную камеру, резервуар. Наличие выносного резервуара позволяет увеличить рабочий ход амортизатора, т.к. газ и разделительный поршень не находятся на оси движения штока амортизатора. Иногда выносной резервуар выполнен на гидравлическом шланге. В этом случае резервуар крепится где-то в подкапотном пространстве или в багажнике автомобиля. Некоторые амортизаторы выполнены с резервуаром, жестко закреплённым к корпусу в нижней части (рюкзачного типа). Все зависит от конструкции и компоновки. В любом случае суть одна. Больший объем масла внутри – большая стойкость к продолжительным нагрузкам с разной амплитудой и как следствие, меньший нагрев. Большая стойкость, в данном случае – отсутствие эффекта вспенивания масла и потери рабочих характеристик. Гонка может быть и в пустыне, где температура на улице плюс 40-50 градусов.
Также в выносном резервуаре имеется отсек для закачки инертного газа (как правило, азота), который имеет низкий коэффициент расширения при нагреве, что обеспечивает практически одинаковую характеристику газового подпора во всем диапазоне работы.
Часто спортивная подвеска выполнена «перевернутой», а именно шток амортизатора «спрятан» внутри стойки, т.е. находится внизу. Из явных плюсов:
- на шток нет изгибающих нагрузок;
- на шток нет внешнего механического воздействия, т.к. не летят камни, пыль, влага.
То есть, когда вы смотрите через витки пружины и видите полированную трубу большого диаметра – это только корпус амортизатора, который по тефлоновым направляющим скользит в корпусе стойки.
Алгоритмы работы амортизаторов
Работа амортизатора обычного автомобиля осуществляется практически по линейным зависимостям, а именно, чем выше колебания в подвеске, тем выше сопротивление перемещению поршня. Но любой гражданский амортизатор имеет ограничение по работе гидравлики, и при скоростях перемещения поршня около 2 м/c амортизатор «пробивает», гидравлика не справляется.
Спортивный амортизатор рассчитан на гораздо большие нагрузки. К тому же есть принципиальная разница в базовом алгоритме работы амортизаторов на скользких (гравий, грунт, снег) и твердых (асфальт, особенно кольцевой) покрытиях.
В ралли автомобиль постоянно скользит и задача подвески – обеспечить максимально возможный контакт всех колес с поверхностью дороги в скольжении.
В кольце автомобиль движется без явных скольжений, на пределе сцепления шины с полотном, и в этих условиях важно максимально нагрузить опорное колесо, перемещая на него вес.
В гражданском же автомобиле задача сделать езду предельно комфортной, максимально уменьшив колебания кузова.
На рисунке ниже схематически показаны алгоритмы работы подвески (пружина и амортизатор) на гражданском, раллийном и кольцевом автомобиле.
Эскиз графика создан исключительно для наиболее наглядной иллюстрации различных процессов, это не результаты замеров на стенде конкретных амортизаторов.
Здесь хочу остановиться подробнее и разобрать работу каждого типа подвески в различных условиях для разных характеристик.
Сжатие – способность подвески сжиматься при внешнем воздействие на колесо. Обратите внимание, насколько абсолютные величины по сопротивлению сжатию для кольцевого автомобиля больше, чем для раллийного, при скорости штока до 1 м/c. Это важно для понимания анализа ниже.
Диапазон 1 (см. рисунок) – «Low speed» или низкая скорость перемещения штока поршня. Пусть это будут скорости от 0 до 0,25 м/c. На практике это движение по ровной дороге или вход в поворот.
Кольцевой автомобиль должен быть пропорционально жестким в этом режиме. Вся энергия должна уходить в разгон или поддержание скорости, а не теряться на «отработку» раскачки. Если на входе в поворот подвеска мягкая на сжатие, то выберется весь ход амортизатора (который достаточно короткий) и машину «сорвет».
Раллийный автомобиль здесь должен быть гораздо мягче кольцевого, и сопротивление на сжатие должно быть небольшим для обеспечения максимального пятна контакта колес с дорогой и постоянного плавного перераспределения веса. Если на входе в поворот подвеска будет сильно сопротивляться приходу веса на колесо, то автомобиль «сорвет», а не «загрузит».
Диапазон 2а – «Medium Speed», скорость перемещения штока поршня от 0,25 до 1 м/c.
Для кольцевого автомобиля задача – уменьшить сопротивление сжатию, т.к. любая неровность может начать его подбрасывать и разбалансировать. Конструктивно усилие уменьшить практически невозможно (только сложной системой клапанов с электронным управлением), поэтому сопротивление сжатию стараются сохранить хотя бы на постоянном уровне.
На неровной дороге сопротивление сжатию для раллийного автомобиля растет пропорционально самим неровностям, но график пока не резкий.
Диапазон 2b – «Medium Speed», скорость перемещения штока поршня от 1 до 1,5 м/c.
Волны, подбросы и поребрики – враги кольцевого автомобиля. Характеристику в этом диапазоне стараются также сохранить ровной.
В ралли кочки и волны на траектории это норма. Сопротивление сжатию (усилие демпфирования) увеличивается достаточно сильно и пропорционально. Чем больше кочка или подброс, тем лучше подвеска должна сопротивляться перемещению колеса в арку.
Диапазон 3 – «High Speed», скорость перемещения штока поршня от 1,5 м/c и выше.
Малоактуально для кольца, разве что в случае внезапного наезда на высокий поребрик.
А вот тут начинается то, за что все любят ралли: полеты и трамплины! На некоторых спецучастках автомобиль проводит в воздухе не меньше времени, чем на земле. Усилие на шток поршня при приземлении очень большое, соответственно скорость перемещения резко растет – как видно на рисунке – кривая сжатия имеет резкий рост. При приземлении подвеску не должно «пробить», раллийный автомобиль должен «прилипать» к дороге. Этот эффект достигается и за счет правильной характеристики сжатия.
Отбой – способность подвески выталкивать колесо при потере пятна контакта. Это может быть как отрыв колеса при прыжке, так и наезд на яму. Отбой также вступает в работу, когда колесо сначала на кочке ушло в арку. Его тоже нужно вытолкнуть, вернув на землю и обеспечив контакт.
Вообще, настройка отбоя это всегда компромисс, тема неоднозначная. Если сопротивление отбою настроено слишком мягко, то возникает раскачка автомобиля, т.к. колесо слишком энергично выталкивается. Если сопротивление отбою слишком велико, колесо «подвисает» и не возвращается на землю. А дальше может возникнуть эффект «сбора» подвески, когда сопротивление отбою значительно превышает динамическую характеристику пружины и подвеска перестает отрабатывать.
В кольце сопротивление отбою масштабно всегда выше, т.к. используются более жесткие пружины.
Диапазон 1 – «Low Speed», скорость перемещения штока поршня от 0 до 0,25 м/c.
При движении по относительно ровной дороге (кольцо) задача отбоя «успокоить» колесо при наличии жесткой пружины, поэтому величина сопротивлению отбоя очень высокая при практически нулевой скорости хода штока. То есть пружина всегда стремится вытолкнуть колесо, гидравлика удерживает, компенсируя жесткость.
В ралли характеристика похожа, но диапазон сдвинут пропорционально мягкости пружины.
Диапазон 2 – «Medium Speed», скорость перемещения штока поршня от 0,25 до 1,5 м/c.
Идеология базово одинакова. При движении по неровностям, волнам и кочкам пружина стремится вытолкнуть колесо и неподрессоренную массу для возврата в пятно контакта, сопротивление отбою не должно мешать ей это сделать, поэтому по графику характеристика практически не растет. Разве что в ралли сопротивление увеличивается в абсолютном значении при больших неровностях.
В диапазоне быстрых скоростей тенденция такая же.
Как все просто в теории и как сложно порой настроить автомобиль!
Но это еще не все. Помимо трех характеристик (отбой, медленное сжатие, быстрое сжатие), которые мы можем самостоятельно регулировать в достаточно широком диапазоне, подбирая настройки под ту или иную трассу и погодные условия, у продвинутых спортивных амортизаторов бывают еще две системы с регулировками: быстрый отбой (fast rebound) и гидробуфер (сжатие).
Быстрый отбой
На чертеже видно, что при нормальном режиме работы амортизатора (движение по дороге) работает калиброванный канал. Именно он определяет работу амортизатора на отбой. Вращая регулировку на штоке сверху между тестовыми заездами можно изменять проходное сечение, перемещая конус вверх или вниз. Тем самым подбирается наилучшее постоянно проходное сечение, что гарантирует наилучшую работу подвески по отбою на конкретной дороге в данных условиях.
Если же автомобиль прыгает, и особенно если прыжок высокий, но короткий по времени, то за время полета колесо не успевает полностью выйти из арки (не выбран весь ход отбоя) и приземление получается очень жёстким, потому что именно на такое же расстояние будет сжиматься подвеска при приземлении.
Но есть ноу хау. При резком перемещении штока поршня открывается канал большего сечения, вся жидкость моментально получает свободу движения из одной полости в другую и колеса как бы «выпадают» сами под силой тяжести (работа системы на рисунке усилия демпфирования показана черными линиями).
Машина без проблем продолжает ускорение, поскольку полный ход сжатия амортизатора дает возможность «отработать» приземление.
Стоит хоть раз попробовать проехать с такой подвеской, ощущения изнутри непередаваемые. Кажется, ты совсем не прыгаешь, а когда тебе показывают фото, ты не веришь своим глазам – ты летишь и достаточно высоко.
Гидробуфер
Вы сталкивались с тем, что подвеска пробивается при слишком жестком приземлении или наезде на препятствие? Каким бы большим не был ход сжатия, порой его недостаточно. Инженеры придумали систему, которая называется гидробуфер. Это дополнительный гидравлический демпфирующий элемент, состоящий из клапана и поршня и установленный ближе к концу хода сжатия. При высокой скорости движения штока, когда на ход сжатия остается от 30 до 60 мм, он включается в работу и сопротивление сжатию резко возрастает, тем самым шансы пробить подвеску, получить жесткий подброс автомобиля при наезде на препятствие или пробить колесо сильно уменьшаются.
Исполнение такого элемента может быть разным, но цель у всех одна. У TEIN она называется “H.B.S. – Hydraulic Bump Stopper”, у Reiger – “Double Piston”. Нужная и полезная опция для современного спортивного автомобиля.
2. Пружина
Статическая функция пружины – поддержание высоты кузова автомобиля относительно дороги, динамическая – обеспечение плавности его перемещения при движении. В принципе, все просто. Упругий элемент подвески, в профессиональной терминологии – витая цилиндрическая пружина сжатия.
Не буду вдаваться сильно в подробности на тему пружин, т.к. все можно прочитать в интернете. Выделю только самое необходимое.
Обычно используется пружина постоянной жесткости, реже с переменным витком.
Тенденция последних десятилетий в автомобильном спорте – это более мягкая пружина, т.к. инженеры далеко продвинулись в разработках гидравлики амортизаторов и теперь могут добиваться энергоемкости именно амортизатором, а не пружиной.
В кольце обычно используют пружины жесткостью 70-150 Н/мм, в ралли 25-50 Н/мм на гравии и 50-90 Н/мм на асфальте. Конечно, это не догма, пружины могут быть и другой жесткости.
Helper или подпружинник
Я раньше и сам считал, что маленький подпружинник в подвеске служит для улучшения ее работы в строго определенном диапазоне. На самом деле его первая задача – это не давать «вывешиваться» основной пружине при максимальном ходе отбоя, что особенно актуально для асфальтовых настроек, когда машина низкая. Часто конструктивно невозможно разместить основную пружину нужной длины, не задирая автомобиль, и рабочий ход подвески получается больше рабочего хода пружины. Подпружинник обычно мягче пружины в несколько раз и не должен влиять на работу стойки. В статическом состоянии он полностью сжат.
3. Стабилизатор поперечной устойчивости
Служит для минимизации кренов автомобиля в поворотах.
При крене автомобиля без стабилизатора центр масс (к которому прикладываются векторы ускорений) уходит наверх и смещается наружу, что негативно влияет на устойчивость автомобиля. Вообще, работа с точкой g-force – это сложная инженерно-практическая тема, не буду ее сейчас касаться, это повод для отдельного разговора.
Но есть и ряд негативных факторов при использовании стабилизатора.
Стабилизатор не дает разгружаться внутреннему колесу в повороте, что порой делает машину «недостаточной» на входе в поворот. Могут появляться дополнительные демпфирующие силы.
Если перевести в практическую плоскость, чем больше «зацеп», тем жестче нужен стабилизатор. Если двигаться по голому льду на нешипованном колесе, стабилизатор лучше отключить.
Обычно усилие сопротивления у стабилизатора неодинаково во всем диапазоне его работы. То есть сначала он работает мягко, по мере его скручивания усилие увеличивается.
Стабилизаторы бывают съемными и не съемными, регулируемыми и с постоянной жесткостью. В современныx раллийных автомобилях категории R омологируются по несколько стабилизаторов разной жёсткости для передней и задней оси. На тестах подбираются комбинации под конкретные условия. Но использование активных или регулируемых стабилизаторов запрещено, и сейчас уже не только в ралли. До введения запрета использование стабилизатора с механической регулировкой из салона (да, бывают и такие) позволяло, если пошел дождь посредине гонки, перевести его в самое мягкое положение прямо на ходу.
4. Верхняя опора стойки амортизатора
На гражданском автомобиле она выполнена из резинового материала с металлической обоймой. В центре стоит подшипник качения, чтобы шток амортизатора мог вращаться при повороте колеса автомобиля.
В спортивном автомобиле верхняя опора часто выполнена полностью из металла, без упругих элементов. Лишние упругие колебания тут ни к чему. В центре шарнир сферический, т.к. стойка амортизатора за счет кинематики подвески вращается в трех плоскостях, и подшипник качения работал бы на излом.
Часто опора имеет регулировку, и дает возможность изменять продольный (кастор) и поперечный углы наклона стойки.
5. Параметры схождения и углы развала колес
Закончить первую часть я бы хотел, сказав пару слов про углы. Каждый из нас хотя бы раз сталкивался с регулировкой углов схождения и развала.
Для кольцевых автомобилей нужен больший угол развала, т.к. автомобиль движется по дуге поворота без скольжения, и, таким образом, мы можем обеспечить большее пятно контакта.
В ралли, наоборот, автомобиль скользит и чем «прямее» стоит колесо, тем больше пятно контакта. Конечно, абсолютно прямо колесо не ставится, небольшой угол развала есть всегда.
Схождение колес может влиять на прямолинейность движения автомобиля при разгоне. Если спереди выставлено расхождение, автомобиль будет «рыскать», но при этом более охотно заезжать в поворот в начальной фазе – входная поворачиваемость будет избыточной.
Если полноприводный автомобиль не стабилен на дуге поворота в небольшом скольжении и норовит «поехать боком», увеличение схождения задних колес поможет ему двигаться по дуге строже.
Иными словами, «углы» (схождение, развал, кастор) – это переменные параметры для разных погодных условий и разных трасс. Углы порой дают даже больше, чем щелчки настроек на амортизаторах.
Более того, углы схождения и развала влияют друг на друга. При больших отрицательных значениях углов развала нужно выставлять расхождение, т.к. иначе при прямолинейном движении колесо автомобиля будет стремиться внутрь по принципу катящегося «бочонка».
Вот мы и перешли плавно ко второй, практической части рассказа о работе подвески Renault Clio R3 Maxi на гравийном и снежно-ледовом покрытиях и особенностях ее настройки. Но это уже в следующей публикации, которая выйдет через неделю-две.
Надеюсь, у меня получилось рассказать про особенности подвески спортивного автомобиля понятным и несложным языком. Пост получился объемным, но надеюсь, легко читаемым.
Доступ к сервису временно запрещён
С вашего IP-адреса одновременно поступает очень много запросов.
Такое поведение показалось подозрительным, поэтому мы временно закрыли доступ к сайту.
Возможно, на вашем устройстве есть программы, которые отправляют запросы без вашего ведома.
Что мне делать?
Напишите в службу поддержки через форму обратной связи.
Подробно опишите ситуацию — поможем разобраться, что случилось, и подскажем, как действовать дальше.