Что такое полунезависимая подвеска
Виды автомобильных подвесок, часть 7, полузависимая подвеска
Полузависимая подвеска, или подвеска с торсионной балкой, или подвеска со связанными рычагами является довольно молодой конструкцией и применяется в легковых автомобилях с 70-х годов ХХ века. Пионером применения данного типа подвески является фирма Volkswagen, которая внедрила ее на автомобилях Golf и Scirocco. В текущее время данный тип подвески почти полностью оккупировал бюджетный сегмент автомобилей, причем с 70-х годов она практически никак не изменилась.
У полузависимой подвески (будем так ее называть) есть много преимуществ, в скобках буду указывать наличие этого параметра у зависимой подвески, а именно:
1. Легкость установки и снятия (нет), простота крепления амортизаторов и пружин(да), полное отсутствие направляющих рычагов и штанг(нет), малая высота(нет), позволяющая увеличить багажное отделение, самая низкая стоимость(нет), все эти параметры являются главными параметрами ее успеха в недорогих автомобилях.
2. Самостабилизация за счет упругой поперечины(нет), оптимальное передаточное число от амортизатора и пружины(да), широкие возможности по изменению расположения упругого элемента и крепления амортизатора(нет), малая неподрессоренная масса(нет нет), наличие всего двух опорных точек крепления к кузову (нет).
3. Почти полное отсутствие изменения развала при работе подвески (да), благоприятное расположение центров продольного крена (и да и нет, зависит от варианта исполнения), способствование недостаточной поворачиваемости при воздействии бокового крена (да).
Как видим, с зависимой подвеской ее роднит разве что приблизительный внешний вид, в ней гораздо больше свойств независимой подвески.
Присущи ей и разные минусы:
1. Сложности при применении данного типа подвески с ведущими колесами
2. Под действием боковых сил сильно способствует избыточной поворачиваемости, что в купе с ее низкой массой и корявой развесовкой переднеприводных автомобилей часто заставляет владельцев таких машин ездить задом вперед.
3. Малая грузоподъемность в виду наличия сильных напряжений в торсионной балке и сварных швах.
4. Практически полное отсутствие возможности задания активной кинематики такой подвеске, практически все ухищрения направлены на то, чтобы эта подвеска если не помогала, то хоть не вредила)
Данный тип подвески при прямолинейном движении во всем выигрывает у зависимой, он комфортнее за счет низких неподрессоренных масс, помогает противодействовать поперечному крену и очень хорошо помогает стабилизировать машину при прямолинейном торможении, однако когда дело доходит до предельных режимов с большими боковыми силами и кренами, такая подвеска начинает проигрывать даже некоторым схемам зависимой подвески, однако ее низкий ценник надолго поселил ее в автомобилях.
Первый вариант полузависимой подвески фольксвагена представлял из себя два трубчатых продольных рычага, соединенных Т-образной поперечиной, амортизаторы были совмещены в единые стойки с пружинами крепившимися почти на одной оси с колесами.
Очень скоро ВАГ перешел от Т-образного профиля упругой балки к U-образному профилю на ауди-50, а затем на V-образный, и этот профиль в той или иной интерпретации используется сейчас везде, разве что GM использует U-образный профиль, изготовленный из трубы, у которой вмята одна стенка.
С спокойных режимах такая подвеска показывала себя хорошо, например у нее практически полностью отсутствовало изменение развала и равностороннем ходе подвески, что способствовало стабильному удержанию направления движения и снижало сопротивление качению и износ шин.
С этим можно бороться расположением торсионной балки, чем ближе она находится к креплениям рычагов к кузову, тем ближе ее кинематика к подвеске на продольных рычагах, а чем ближе балака к колесам, тем сильнее начинают проявляться свойства зависимой подвески, и если поместить балку на оси колес, собственно и получим подвеску зависимую.
Однако сдвигая поперечину к колесам, и увеличивая тем самым устойчивость в поворотах, мы начинаем увеличивать неподрессоренную массу, жертвуя комфортом, и местом в багажном отделении. Поэтому никто ее не двигает, и так сойдет)
Идем далее по коварным ямам, так как полузависимая подвеска имеет только две точки крепления к кузову, эти точки крепления воспринимают все силы, действующие на колесо в пятне контакта, кроме того, при расположении пружины перед осью колес, на опоры ложится еще и часть веса автомобиля, плюс при таком расположении пружины возникает сила отжатия рычага подвески от кузова, направленная назад, обусловленная стремлением пружины принять прямую форму. При наличии такого букета нагрузок, логично сделать опоры максимально жесткими, но есть еще одно но, эти-же опоры должны выполнять демпфирование жесткого качения радиальных шин и быть. мягкими. Собственно из таких малорешаемых противоречий и соткана эта подвеска.
Дабы побороть эту напасть, производители придумывали многие интересные решения, но в настоящее время пришли к одному единому на всех. Но в начале, фольксваген придумал хитрые сайлентблоки, сопротивляющиеся повороту задней оси при боковых нагрузках, что осуществлялось сжатием дополнительных резиновых буферов, в конусных обоймах сайлентблока. Прикрутили это дело ко второму гольфу
Эффект был хорошим, второй носок людям понравился, однако недостаточно оказалось такого эффекта, и на пассате Б3 фольксваген установил по два таких сайлентблока, еще сильнее повысив угловую жесткость, однако дальше они уже не пошли, ибо при дальнейшем наращивании действий в этом направлении страдал комфорт.
Теперь понимаете, почему необходимо строжайше следовать требованиям производителя по правильной ориентации сайлентблоков в посадочных местах и их затяжке на нагруженной подвеске?)
Ну и не фольксвагеном единым, параллельным курсом шел опель, который предал задний привод и выпустил в 79г Kadett D и чуть позже Ascona E, но опель справедливо решил, что чудес от этой подвески не добиться и лучше сделать огромный багажник, и пожертвовав комфортом передвинул пружины на середину рычагов, применив компактные пружины, также рычаги опустили сильно ниже оси колес, опять-же, в угоду багажнику. От этого выросла нагрузка на сайлентблоки балки и увеличилась неподрессоренная масса, зато багажник до сих пор впечатляет) Эта балка практически без изменений передавалась остальным моделям почти до начала XXI века, и до сих пор ездит в нексиях и ей подобных ланосах.
Остальные производители сильно не отличались, а в 2000-х годах и далее все производители как будто что-то узнали, и их балки стали походить друг на друга как близнецы. Смотрим.
Полузависимая подвеска для авто: особенности, принцип работы и преимущества
Основное применение устройства – на заднем мосту большинства легковых автомобилей отечественного производства. Хорошее сочетание жесткости и автономности рычажных механизмов – это главное достоинство полунезависимой подвески.
Упругие устройства автомобиля защищают кузов на неровностях дороги. Конструкция демпфера имеет разную жесткость, в зависимости от способа крепежа и расположения деталей. Полузависимая подвеска автомобиля хорошо сочетает свойства разных видов упругих узлов. Схема работы устройства обеспечивает независимое движение колес и устойчивость при езде на высокой скорости.
Что значит полузависимая подвеска
Устройство гашения колебаний и вибраций при движении сохраняет устойчивость кузова машины при маневрах.
Также в качестве демпфирующей конструкции часто применяют гибридный вариант – полузависимую подвеску. Ее чаще устанавливают на заднюю ось переднеприводных автомобилей.
Демпфирующее устройство эффективно гасит колебания и выравнивает кузов автомобиля. А простота конструкции способствует длительной эксплуатации и хорошей ремонтопригодности.
Принцип работы
Основная задача демпфирующего устройства – поддержание движения автомобиля без тряски и вибраций, что обеспечивает комфорт в салоне. С этой целью производители периодически совершенствуют конструкцию подвесок.
Принцип работы полунезависимой подвески
Полузависимое устройство сочетает лучшие характеристики зависимого демпфера и многорычажного. Конструктивно подвеска по внешнему виду напоминает букву «П».
Колеса прикреплены раздельно рычагами к кузову и при наезде на препятствие свободно перемещаются в вертикальной плоскости. Обладающая упругим скручивающим моментом, соединительная балка сопротивляется изгибу. Поэтому машина при маневрах и поворотах сохраняет устойчивость.
Иногда с целью лучшего управления на ось устанавливают двигатель – для регулировки жесткости демпфирующего устройства.
Виды полузависимых подвесок
Базовые элементы в конструкции автомобильной ходовой части:
Полузависимая подвеска сопротивляется скручивающим усилиям, удерживает постоянную базу и хорошо гасит толчки и удары.
Торсионно-рычажная
Конструкция содержит упругую балку с продольными тягами. Устройство изобретено более 50 лет назад и продолжает использоваться на некоторых бюджетных марках авто.
Подвеска с дышлом, прикрепленным к корпусу машины
Препятствует смещению кузова при разгоне и торможении. Ключевой элемент – изогнутая труба на шарнире, предотвращающая крен автомобиля при маневрах. Боковые удары гасят рычаги, расположенные под углом к ступице.
Торсионная
Стягивает балки, эффективно гасит изгибающие силы. И тем самым повышает устойчивость автомобиля. Прочная металлическая балка выдерживает значительные нагрузки. Поэтому этот тип демпфирующего узла обычно применяют в тяжелых машинах.
Подвеска на связанных рычагах
Продольные тяги соединены пружиной или торсионом. Детали узла при гашении колебаний работают синхронно.
Подвеска на связанных рычагах
Как используется полузависимая подвеска
Конструкцию этого типа устанавливают только на ведомую ось автомобиля, преимущественно на заднюю. Для полунезависимой подвески обеспечивают достаточное пространство под днищем автомобиля.
Основное применение устройства – на заднем мосту большинства легковых автомобилей отечественного производства. Хорошее сочетание жесткости и автономности рычажных механизмов – это главное достоинство полунезависимой подвески.
Плюсы и минусы
Плюсы полузависимой подвески:
Недостатки полузависимой подвески:
Достоинства конструкции перевешивают минусы. Поэтому полузависимая подвеска получила широкое использование в автомобилестроении. Устройство монтируют на недорогих переднеприводных машинах.
Что значит полунезависимая подвеска?
В современном транспортном средстве насчитывается множество узлов и механизмов, от исправности которых, напрямую зависит функциональное состояние и рабочие возможности любого автомобиля. Одним из важнейших из них является подвеска, выполняющая много различных функций. Так, именно этот элемент влияет на плавность хода машины, ее устойчивость и управляемость.
Кроме того, благодаря подвеске, кузов и колеса транспортного средства связываются воедино. Конструкция данного узла, предусматривает наличие трех основных составляющих: гасящего, упругого и направляющего элементов. Как правило, роль первого выполняют амортизаторы упругие детали, представленные в виде рессор, пружин, резины, торсиона и пневматика. Они играют роль буфера между кузовом и подвеской, сглаживая все неровности и толчки, встречающиеся при передвижении автомобиля по ухабам. Направляющее устройство – это, зачастую, рычаги подвески, которые не только соединяют кузов автомобиля с колесами, но и определяют кинематику, то есть траекторию перемещения колеса, а значит и управляемость машины на дороге. Принимая во внимание вид направляющего элемента, специалисты выделяют два основных типа подвесок – зависимые и независимые конструкции. В первом варианте колеса, расположенные на одной оси, и жестко соединены между собой посредством балки или моста, а во втором – способны двигаться отдельно друг от друга. Однако, названные виды, не единственные возможные конструкции описанного узла. С развитием технологий, широкое распространение получили промежуточные их варианты, такие как, например, полузависимая и полунезависимая подвески.
Последняя, представлена в виде продольных рычагов, соединенных между собой поперечной, упругой балкой. Такая схема отличается простотой и надежностью, обеспечивая хорошую управляемость и плавность хода. В данной статье, мы бы хотели уделить внимание рабочим принципам полунезависимой подвески и ее преимуществам, по сравнению с использованием других похожих конструкций, а поскольку, в нашем мире нет ничего совершенного, то нельзя не упомянуть и о существующих недостатках.
1. Принцип работы полунезависимой подвески
Как мы только что заметили, полунезависимая подвеска состоит из двух продольных рычагов, которые соединяются между собой с помощью поперечной балки, то есть вся конструкция имеет вид буквы «П». Продольные рычаги располагаются с обеих сторон автомобиля (по одному с каждой) и одним концом крепятся к кузову (или раме транспортного средства), а вторым к ступице колеса. Поскольку балка способна хорошо сопротивляться изгибу и легко скручиваться, то и принцип работы всей конструкции, основывается на форме упругого элемента. Благодаря этому, колеса получили возможность движения в вертикальной плоскости, вне зависимости друг от друга. Когда автомобиль находиться в движении, на конструкцию подвески действуют силы скручивания, возникающие при разгоне или торможении, а поперечина (балка) стремиться вернуть колеса на место. Иногда, на вал (балку) устанавливается дополнительный электромотор и у водителя появляется возможность изменения жесткости подвески в ручном режиме.
Сила скручивания появляется на оси и уже оттуда передается на подвеску. Данное явление компенсируется посредством усиления задней части подвески и ее упругих элементов. Такой рабочий принцип можно назвать аналогичным принципу работы подрессоренной и пружинной подвески. Полунезависимая подвеска – это промежуточное звено между зависимыми и независимыми подвесками, из-за чего она и получила такое название. Свое применение, конструкция такого рода, нашла на многих автомобилях, начиная от «А» класса и заканчивая транспортными средствами, принадлежащими к «С» классу. Среди отечественных автомобилей, описанный вид подвески устанавливается на машинах марки ВАЗ от 2108 до 2115, а среди иномарок яркими представителями является Renault, некоторые модели HОNDA и многие другие. Особенностью полунезависимой подвески есть то, что она может использоваться только на заднем, не ведущем мосту переднее приводных автомобилей, однако, устанавливается практически на всех таких транспортных средствах.
2. Плюсы и минусы полунезависимой подвески
Особенности конструкции, которые и определяют тип задней подвески, предусматривают наличие не только преимуществ ее использования, но и некоторых недостатков. Понятное дело, что как и в любого другого автомобильного узла, в полунезависимой подвески есть свои характерные плюсы и минусы. Среди основных положительных моментов применения конструкции такого рода, стоит отметить сравнительную легкость монтажа, высокий уровень жесткости в поперечном направлении, возможность изменения характеристик подвески при помощи геометрии поперечного сечения «П»-образной баки, компактные размеры и небольшой вес, что способствует уменьшению «неподрессоренных масс», но самым важным и существенным достоинством полунезависимой подвески, есть оптимальная кинематика колес.
Кроме того, положительным моментом, но на этот раз уже для разработчиков механизма, есть малые затраты на изготовление полунезависимой подвески и упрощение процесса сборки автомобиля на заводе-производителе: вся конструкция такого вида (включая поперечину, рычаги и стойки), обычно, собирается на отдельном конвейере и устанавливается в один прием. Ключевыми недостатками, многие специалисты называют возможность установки только на заднем, не ведущем мосту и наличие отдельных требований к геометрии днища кузова. В общем – это самый простой вариант конструкции подвески, подходящий для обычных автомобилей.
Неполная независимость: как устроена и чем хороша полузависимая подвеска
Мы уже рассказывали о зависимых и независимых подвесках. Но за кадром остался еще один тип подвесок – полузависимые. В характеристиках автомобиля такой тип подвески часто указывается как независимый, но на первый взгляд, выглядит самая распространенная конструкция именно как обычная балка зависимой подвески. В чем же тут секрет?
Насколько независима независимая подвеска?
К азалось бы, раз подвеска независимая, то перемещения одного колеса от другого никак не зависят. Такое чаще встречается в теории. На практике же полностью независимые подвески – большая редкость.
Почти всегда в конструкции подвески предусмотрена такая деталь как стабилизатор поперечной устойчивости. Благодаря ей вертикальные перемещения одного колеса через упругий торсион передаются на другое. Подобное «нарушение независимости» нужно для улучшения управляемости автомобиля, а точнее, для уменьшения кренов в поворотах. Решение не самое изящное, имеющее и ряд недостатков, но при этом недорогое, ведь активные подвески дороже на порядки. А так достаточно простая деталь не дает машине заваливаться в повороте.
Конечно, управляемость можно настроить и без этой детали, и даже плавность хода улучшится. Примеров тому немало: вот Renault Logan, например, после первого рестайлинга лишился стабилизатора спереди, а у классических Жигулей в задней подвеске его и не было никогда. Но большинство современных машин его имеет и в передней, и в задней подвесках.
На фото: Renault Logan ‘2004–09
Не редкость и «активные» стабилизаторы, которые умеют менять угловую жесткость торсиона или вообще отключаться. Такие есть, например, на машинах BMW или на внедорожниках Nissan. Это позволяет снизить негативные факторы от использования стабилизатора.
На фото: Nissan Patrol ‘2014–н.в.
Получается, подвески у абсолютного большинства машин не абсолютно независимые, перемещение одного колеса все же вызывает перемещение и другого. Пусть и в меньшей степени, чем при наличии связи в виде общей жесткой оси, как у зависимой подвески, когда перемещение одного колеса всегда однозначно связано с перемещением второго.
С неразрезными мостами, кстати, стабилизатор поперечной устойчивости также применяют: крены есть у машин с любыми подвесками.
Полузависимые: редкие и самые распространенные
Если стабилизатор все равно нужен, то может быть, его можно сделать частью несущей конструкции подвески? Наверное, именно так рассуждали инженеры, когда придумали переднюю подвеску МакФерсон для Audi 100/A6 в кузове С4. Не удивляйтесь, но МакФерсон у нее – полузависимый, ведь вместо переднего нижнего рычага подвески тут используется мощный стабилизатор поперечной устойчивости. Оба колеса связывает единая упругая деталь, являющаяся частью несущей конструкции. Восьмидесятые годы были щедры на интересные технические решения, так что я не удивлюсь, если на каких-то еще машинах использовали подобную схему, ведь торсион стабилизатора очень удобно использовать в качестве рычага. По кинематике подвеска Audi может считаться полностью независимой за одним существенным «но»: вертикальное перемещение одного из колес обязательно вызывает перемещение второго колеса на существенную величину, связанную с достаточно высокой жесткостью торсиона.
Очень распространенная схема полузависимой подвески со скручиваемой балкой – в том числе и плод усилий инженеров концерна Volkswagen. Ведь появилась она именно на VW Golf в 1974 году. Гениальность идеи была в том, что тут направляющий аппарат обоих задних колес был единой деталью, которая крепилась к кузову всего в двух точках. А эластокинематика движения каждого из колес была почти подобна кинематике подвески на продольных рычагах. Балка в форме буквы Н крепится к кузову в двух крайних точках, а ступицы колес расположены на нижних концах буквы. Самая важная часть конструкции – поперечина, которая соединяет конструкцию воедино и обеспечивает необходимую жесткость. Если балку расположить вплотную к точкам крепления к кузову (когда балка превратится в букву П), то подвеска по кинематической схеме будет полностью подобна конструкции на продольных рычагах, а если перенести ближе к точкам крепления колес, то будет больше похожа на зависимые подвески. Центральная часть балки в этой конструкции обязательно имеет податливость и может изгибаться, обеспечивая колесам возможность независимого перемещения. Отнести такую подвеску к зависимым можно лишь конструктивно: колеса связаны единой деталью несущей конструкции. Но в работе такая подвеска все же подобна именно независимым.
На фото: Volkswagen Golf ‘1974–83
Конструкция настолько удобна для массового автомобилестроения, что ее применяют для машин до D класса включительно, а порой используют и в сочетании с ведущим задним мостом. Например, на кроссовере Opel Mokka сзади стоит именно скручиваемая H-образная балка, даже на вариантах с полным приводом.
Секрет подобного успеха прост. Во-первых, конструкция предельно надежна: мощные боковые рычаги связаны мощным торсионом, а к кузову она крепится большими и прочными сайлентблоками. Эти детали служат долго, а сломать их тяжело. И такая конструкция недорога как в изготовлении, так и в эксплуатации.
Кинематика движения колес изначально удачна и может варьироваться в широких пределах путем изменения жесткости креплений, жесткости торсиона, боковых рычагов и их взаимного расположения. К тому же подвеска очень компактна, позволяет разнести амортизаторы максимально широко, что обеспечивает отличные условия их работы. Можно расположить пружины и амортизаторы очень низко и плотно, что увеличивает внутренний объем задней части машины. Из всех типов независимых подвесок для неведущих колес лучшей кинематикой обладают разве что многорычажные конструкции на базе двухрычажных подвесок или стоек МакФерсона, но они значительно более дороги.
Недостатки у такой схемы тоже есть. Эластокинематика Н-образной балки такова, что угловая жесткость балки всегда связана с податливостью подвески в поперечном направлении и нагрузкой. В результате балка всегда избыточно жесткая для ее роли стабилизатора поперечной устойчивости. Неподрессоренные массы у такого типа подвески тоже достаточно высоки, а попытка уменьшить массу балки за счет уменьшения длины продольных рычагов ведет к ухудшению кинематики ее работы и увеличению жесткости связи. И развязать жесткость резинометаллических элементов в продольном и поперечном направлении тоже конструктивно сложно, они будут всегда связаны, ведь это всего два сайлентблока, работающих на кручение и разрыв.
Усложнение конструкции введением реактивной тяги, например, в виде механизма Уатта — ход не новый. Сравнительно недавно его применяли в серийном производстве на Opel Astra J/Chevrolet Cruze, а спортсмены при подготовке машин с Н-образной балкой часто использовали дополнительные реактивные рычаги для улучшения управляемости и контроля кинематики.
Опорные элементы балки стараются ставить под углом к плоскости качения балки: так обеспечивается уменьшение передачи вибраций на кузов при снижении податливости блоков в поперечном направлении и улучшение кинематики. Дополнительные хитрости в виде выноса опорных площадок пружин на внешние кронштейны позволяют обеспечить необходимый угол доворота колес под нагрузкой. Но в любом случае этот тип подвески остается конструктивно простым и дешевым. И именно поэтому его применяют столь массово.
А на практике оно как?
Сравнение различных автомобилей с различными типами задней подвески не дает возможности выбрать однозначного лидера. Разумеется, многорычажную подвеску проще наделить и хорошей управляемостью, и высокой плавностью хода в сочетании с высокой нагрузочной способностью. Но вот беда: сравнивая даже авто одного класса, нельзя сделать вывод о том, какая применяется подвеска лишь на основании их ходовых характеристик. Настоящим подарком для любителей выяснить, что лучше, а что хуже, являются машины на платформе MQB: у многих из них в зависимости от мотора в задней подвеске может применяться как балка, так и многорычажная конструкция.
Мой личный опыт показывает, что только серьезное сравнение позволяет выявить нюансы, а в обычной эксплуатации можно заметить лишь несколько другую акустическую картину при проезде неровностей и более явное изменение управляемости с нагрузкой у машин с Н-образной скручиваемой балкой относительно машин с многорычажной подвеской. Слепое сравнение обычно не дает возможности выявить однозначного победителя. А все это говорит о том, что энтузиазм производителей по поводу этого типа подвески на бюджетных автомобилях вполне обоснован: по цене недорогой зависимой подвески вы получаете полноценную независимую с хорошей кинематикой.