Знайшов дуже цікаву статтю про підвіску, і вважаю що кожному не завадило б з нею ознайомиться перш ніж починати фарширувати авто жовтими і не тільки залізяччям;)
Першоджерело статті: ford.h11.ru
Всякий водій, який їздив на автомобілі Ford Fiesta першого покоління (Mk1), звертав увагу на практично повну відсутність кренів цієї машини (особливо при завантаженні 1-2 людини) навіть в дуже напружених поворотах. Але ж у Фієсти в підвісках взагалі немає стабілізатора поперечної стійкості - деталі, що стала в сучасних машинах настільки поширеною, що багато хто вже і не розуміють, як можна боротися з креном кузова без використання стабілізатора.
Це оману настільки поширене, що багато хто і не замислюються - чому в незалежних підвісках практично будь-якого «формульного» спортивного боліда (і не тільки F1, а й більш «приземлених» серій типу Formula Ford або Formula Renault) немає ніяких стабілізаторів. Для багатьох відкриття цього факту стало справжнім шоком. Спробуємо ж розібратися - в чому тут справа.
Перш за все подумаємо - а чим же поганий стабілізатор поперечної стійкості. Адже крен він зменшує цілком успішно - так чому ж конструктори спортивних підвісок його не використовують?
Розглянемо просту ситуацію: автомобіль з незалежною підвіскою їде по дорозі, і несподівано наїжджає правим колесом на цеглу. Припустимо, що автомобіль їде досить швидко, і за час наїзду кузов (зважаючи на велику маси і, відповідно, інерції) не встигає зробити скільки-небудь істотного вертикального переміщення. Для простоти (щоб не розраховувати поправки на стиск шини) будемо вважати шину несжимаемой - для сучасних низькопрофільних шин це практично так і є. При цьому допущенні праве колесо завдяки підвісці зробить хід вгору, рівний товщині цегли - причому ніякої стабілізатор цьому перешкодити не зможе.
Для повністю незалежної підвіски без стабілізатора удар, який передається на кузов машини, в цьому випадку буде визначатися лише жорсткістю пружини правої підвіски і незначним зусиллям ходу амортизатора вгору, а ліва підвіска залишиться нерухомою.
Зовсім інша справа, якщо у нас є стабілізатор поперечної стійкості. Хід правої підвіски (на ту саму товщину цегли) закручує стабілізатор. і він передає додаткове зусилля на лівий важіль. пружину і амортизатор, викликаючи їх стиснення. Навіть якщо жорсткість стабілізатора всього лише дорівнює жорсткості лівої пружини (а в багатьох підвісках вона набагато вище - інакше Стабілізатор не буде ефективний проти кренів) - це означає, що ліва підвіска буде також пробита, правда, лише на половину товщини цегли. Однак і такий хід лівої підвіски означатиме посилення удару, що передається на кузов, в півтора рази в порівнянні з ситуацією без стабілізатора.
Здавалося б - ситуацію можна парирувати, пропорційно послабивши пружини підвіски. Але це лише здається - справа в тому, що при одночасному навантаженні правої і лівої підвісок стабілізатор не працює. і підвіски виявляються занадто ослабленими. Тобто - машина погано переносить поперечні хвилі асфальту (а тим більше «лежачих поліцейських») і виявляється схильна до глибоких «кивкам» при гальмуванні. А якщо послабити стабілізатор - він стане неефективний проти кренів кузова.
Причому ця ситуація для незалежної підвіски зі стабілізатором принципово непереборна - вона або менш комфортна, ніж чиста незалежна підвіска без стабілізатора, або при тій же комфортності гірше парирує поздовжню розкачку і «клевки» кузова. І чим жорсткіше стабілізатор - тим ці непереборні проблеми значніше.
В якості додаткових мінусів виступають:
* Погіршення прохідності (часткове діагональне вивішування) через розвантаження йдуть вниз коліс на нерівностях за рахунок закрутки стабілізатора йде вгору колесом протилежного борту. Саме тому всі справжні джипи настільки схильні до крену в поворотах, а їх стабілізатори поперечної стійкості, якщо навіть вони є, дуже слабкі.
* Неоптимальним налаштувань амортизаторів для ситуацій симетричною і несиметричного навантаження підвісок - знову ж таки через змінного впливу жорсткості стабілізатора при незмінних непідресорених масах.
Без стабілізатора і без кренів
Але ж крен в повороті можна усунути і без використання стабілізатора поперечної стійкості. Це, врешті-решт, суто геометрична задача - треба лише зробити підвіску такої геометрії, щоб при відому свободу вертикального переміщення коліс трикутник, утворений точками контакту коліс з дорогою і центром мас машини, мав би строго постійні розміри або, якщо це неможливо, як можна менше змінював би ці розміри і зберігав незмінну висоту своєї вершини (з тим, щоб вектор відцентрової сили, виходячи з центру мас, проходив через цю вершину).
Це завдання важке - але цілком здійсненне не тільки в разі складної підвіски багатоважеля з неравноплечіе важелями (як у F1), але і навіть для компактної підвіски McPherson. Що саме блискуче довели інженери Ford, проектуючи в 1975 році автомобіль Фієста.
Рис.1 Схема роботи незалежної підвіски McPherson з похилими важелями.
Подивимося на рис.1 - на ньому зображена схема геометрії підвіски Фієсти Mk1. Точки А - це осі гойдання нижніх V-образних важелів підвіски, точки Е - кульові шарніри цих важелів, точки С - верхні опори стійок Макферсон. Оскільки розмір А-С заданий конструктивно кузовом машини, а нижній важіль А-Е жорсткий - трикутник А-С-Е може змінювати свій розмір тільки по стороні С-Е за рахунок зміни висоти амортизатора (стійки Макферсон).
Це - як у всіх машин з підвіскою Макферсон. А ось що у Фієсти не як у всіх: якщо провести пряму з точки контакту колеса з дорогою У через вісь хитання нижнього важеля підвіски А - вона пройде через точку фронтальної проекції центру мас машини ЦТ (точка D).
Це більш-менш очевидно на рис.1. Менш очевидним є той факт, що розмір А-В майже постійний при ходах підвіски. Однак це в цілому здається неважливим, оскільки очевидно, що при ходах колеса вгору-вниз пряма В-А-D буде змінювати свій нахил щодо горизонталі, що, як здається, призведе до спотворення розміру трикутника В-В-D і його зміщення з центру мас машини ЦТ.
Щоб зрозуміти геніальність конструкторського фокуса, розглянемо гіпотетичний крен машини, що повертає ліворуч. Вона могла б нахилитися назовні повороту - при цьому праве колесо змістилося б вгору (розмір E-C зменшився), а ліве колесо змістилося б вниз (розмір Е-С збільшився) на однакову величину. Що в цьому випадку відбулося б з точкою перетину двох прямих B-A - тобто точкою D?
Вона, без сумніву, змістилася б у бік від центру мас машини ЦТ. Але куди? В сторону, протилежну діючої відцентрової сили - але при цьому залишилася б у першому наближенні на незмінній висоті. Тобто вектор відцентрової сили, як і раніше буде проходити через точку D - незважаючи на гіпотетичне спрацьовування підвісок! Іншими словами - з точки зору вектора відцентрової сили, що виходить із центру мас машини, нічого не змінилося, трикутник не змінив свою висоту, а це значить, що крену кузова просто не може виникнути - немає плеча, на якому б відцентрова сила зробила роботу, адже вектор проходить точно через вершину трикутника. Тобто - зовнішнє колесо в повороті навантажується, внутрішнє - розвантажується, на обох колесах з'являються бічні зусилля, але просадки підвісок не відбувається. Крену - немає.
Важко зрозуміти? Тоді уявіть собі, що нижні важелі підвісок починалися б в точці D і закінчувалися б кульовим шарніром в точці B. Колеса на вибоїнах будуть переміщатися? Будуть. А крен будуть? Ні - тому що трикутник B-B-D виходить жорстким, і немає плеча, на якому б відцентрова сила викликала крениться момент.
Блискуча ідея! І вона блискуче працює на практиці. Сідайте за кермо Фієсти Mk1 і переконайтеся в цьому самі.
Але чому ж така схема не використовується повсюдно? Адже вона пропонує поєднання мінімальних кренів з найкращими реакціями підвісок на нерівності дороги і оптимальну прохідність завдяки повній розв'язки коліс один від одного?
На жаль, ця схема має і певні вроджені вади.
Недолік номер 1 - для того, щоб пряма В-А-D потрапила в центр мас ЦТ, у машин з типовими утилітарними компонуваннями (тобто з високим центром тяжіння, викликаним рядними вертикальними моторами і високими кузовами) треба або ставити колеса ненормально великого діаметра ( опускаючи точку В), або піднімати осі гойдання нижнього важеля А (що призводить до похилих нижнім важелів через компонувальних труднощів з підйомом точки Е, особливо на передньопривідних машинах). Конструктори Фієсти поставили похилі важелі - які, природно, викликають зміна колії машини при симетричних ходах підвіски. Ця зміна колії становить кілька сантиметрів і дуже добре помітно - коли Фієста на повному ходу ловить поперечну хвилю асфальту, навіть шини з високим профілем заперечливо вищать. Втім, якщо використовуються порівняно «пухкі» (високопрофільні) шини, це майже не впливає на їх довговічність - але ось для низькопрофільних спортивних шин ситуація набагато гірша.
Крім того, похилі нижні важелі викликають деяку реакцію на кермі при проїзді нерівностей (бічне зусилля на плечі кастера) - однак для легкої машини типу Фієсти з нейтральними колесами (розвал і сходження нульові) і малим Кастером цей ефект хоча і помітний, але не доставляє незручностей .
Справедливості заради треба сказати, що недолік N1 не є абсолютно непереборним - машини з дуже низькими і важкими оппозітнимі силовими агрегатами (наприклад, Subaru Impreza або Porshe-911) цілком можуть мати горизонтальні нижні важелі, і при цьому потрапляти точкою D в центр мас - просто з огляду на те, що цей центр у них розташований дуже низько. Що у них і зроблено.
Одночасно конструктори реалізують і другий шлях - збільшення діаметра коліс. Вже не рідкість машини B-класу (тобто класу Фієсти) з 15-дюймовими колесами - але ж колись навіть на Волзі ГАЗ-24 стояли 13-дюймові колеса ...
Недолік номер 2 - зміна настройки підвіски при зміні завантаження машини. Це викликається як зміною висоти центру мас машини, так і симетричною осіданням правої і лівої підвісок - при якій точка D зміщується вниз. Відповідно, як тільки точки D і ЦТ розходяться по висоті - крен починають стрімко наростати, і на Фієсті це дуже добре помітно.
Цей недолік є принциповим і не може бути усунутий нічим, крім активної адаптивної підвіски. Саме через цього недоліку Subaru все-таки ставить стабілізатори поперечної стійкості.
Недолік номер 3 - зміна настройки підвіски при зміні діаметра коліс. Стосовно до Фієсті Мк1 - колеса 13 'з гумою 80% висоти дають нейтральну настройку по крену для завантаження 2 людини спереду, а штатні 12' колеса дають злегка позитивну настройку навіть для однієї людини.
Також з уважного розгляду геометрії на рис.1 можна побачити кілька цікавих моментів фіестовской передньої підвіски. Наприклад, її колеса мають змінний розвал - при середньому завантаженні він нейтральний, однак при осіданні підвіски розвал стає позитивним (відстань між колесами зверху менше, ніж знизу), а при виході підвіски розвал стає негативним. Це - чисто спортивний прийом, який покликаний до деякої міри компенсувати деформацію покришки через бічний навантаження в повороті. Зрозуміло, він починає діяти тоді, коли з'являються крени кузова - тобто, на практиці, при значному завантаженні автомобіля.
Крім того, при повороті керма колеса Фієсти нахиляються всередину повороту на кілька градусів - це ще одне чисто гоночне рішення для компенсації деформації шини від бічної відцентрової сили. Це механізм працює завжди - незалежно від навантаження.
До того ж, похилі нижні важелі викликають при осіданні підвіски рух колеса назовні. Це викликає на вибоїнах формальне розширення динамічного коридору - проте одночасно дає дуже цікаві відчуття поведінки машини, вона як би сама прагне піти від нерівності, залишити вибоїна за бортом. Це одна з тих рис поведінки, які разом створюють вражаючий образ послужливої і розумної машини, яка «сама їде правильно». Щось подібне демонструють тільки машини Toyota - але вони поводяться спокійніше і нудніше (хоча, безперечно - ще передбачувані і безпечніше), в той час як Фієста Mk1 набагато більш запальна, веселенька машинка, яка і сама може злегка підсипати перчика (але саме злегка , не напружуючи водія і не переступаючи межу тупого постійного непослуху), і водія провокуючи їхати різкіше, активніше. Якщо знову намагатися порівнювати з японцями - це деякий гібрид з тойотовской запопадливості, хондовской спортивної гостроти і деякої специфічної американської «неправильності» реакцій машини - причому саме ця неправильність є завершальним штрихом в образі, дозволяючи Фієсті не видаватися копією з японки, а мати власний, унікальний характер.
Причому це пов'язано саме з настройками шасі - тому що навіть з 53-сильним мотором характер у машини точно такий же. Окреме питання, що з таким мотором сильно не похуліганити - але для деяких водіїв це благо. Я особисто, після того як поставив на Фієсту 96-сильний мотор, кілька місяців взагалі не міг спокійно їздити - не повірите, але навіть Subaru Impreza WRX заводить не так сильно. Імпреза, правда, і в управлінні суворіше - таких ляпів, які прощає Фієста, вона не пробачить. Мабуть, це якраз і зупиняло.
Але повернемося до підвіски. Зазначене мною раніше зміна колії при ходах підвіски вимагає специфічної конструкції рульового механізму для компенсації зсуву колеса. Фордівські конструктори вибрали найбільш логічне рішення - вони зробили кермові тяги такий же довжини, як нижні важелі підвіски, і надали їм такої ж нахил. В результаті виходить типовий паралелограм - і проблема незмінного кута повороту колеса незалежно від зміни колії виявляється вирішена настільки просто і елегантно, що більшість конструкторів, які намагалися копіювати «Фієсту», навіть не усвідомили її наявності.
Загалом, треба усвідомити наступне: в чистому вигляді компенсована за креном підвіска дуже чутлива до змін розваговки машини, і вимагає точного узгодження геометричних розмірів своїх складових - що не завжди можливо по компоновочним міркувань. Тому вона ідеальна для спеціальних спортивних машин, прийнятним для легких машин зі спортивним характером в обмеженому діапазоні навантажень, і абсолютно не підходить для великих утилітарних машин типу сімейних універсалів.
Втім, можливість мати на дешевому серійному компактний хетчбек одночасно формульний мотор (CVH 1600 - омологірованний мотор Формули Форд 80-х років) і формульну вільну підвіску дорогого коштує - спасибі команді Лі Якокка, що дала нам в далекому 1975-му році таку можливість.
6 років Мітки: теорія і практика підвіски, ford, fiesta, mk1