Подвеска с дополнительным направляющим элементом
Техника - Подвеска

Подвеска с дополнительным направляющим элементом повышает безопасность движения, однако технически правильнее (хотя и дороже) передавать вертикальные силы винтовым пружинам, не обладающими собственным трением, а боковые силы – тягой Панара. Точка крепления этой тяги к кузову описывает дугу (рисунок 1), т.е. при колебаниях подвески кузов испытывает некоторое боковое смещение, которое тем больше, чем короче тяга и чем больше ее наклон. Кроме того, надо учитывать наклон тяги Панара на повороте (также зависящий от длины), который при крене в одну сторону приводит не только к смещению центра крена вверх (рисунок 2), но и к усилению этого крена за счет силы FTz. Если центробежная сила Fcwh направлена в другую сторону (рисунок 3), то центр крена опускается, однако возникает поддерживающая кузов составляющая FT. Поэтому при рассмотрении поведения автомобиля на повороте нет необходимости учитывать изменение положения тяги Панара.

Тяга Панара

Рисунок 1. Чем больше наклонена тяга Панара и чем она короче, тем больше боковое смещение при ходе кузова. Вследствие этого может возникнуть поворот кузова вокруг вертикальной оси, влияющий на положение передних колес, что приведет к изменению направления движения: а – горизонтальная тяга Панара; б – наклонная тяга Панара.

Тяга Панара

Рисунок 2. Приблизительно горизонтальная при прямолинейном движении тяга Панара наклоняется при боковом крене кузова. При повороте вправо центр крена Wh перемещается вверх, и плечо крена укорачивается. Однако возникающая при этом составляющая силы FTz усиливает крен кузова.

Рисунок 3. При повороте влево центр крена Wh перемещается вниз, однако кузов дополнительно поддерживается составляющей FTz , что уменьшает крен кузова

Если тяга Панара расположена позади оси (рисунок 4 и 5, «Опель-рекорд»), то при движении на повороте возникает пара сил, воспринимаемая продольными рычагами и вызывающая силы ±F. Резиновые элементы в опорах эластично деформируются и ось может повернуться на угол ?h, если продольные рычаги в плане взаимно параллельны. Возникающий при этом поворот (рисунок 6) под действием боковых сил в направлении недостаточной поворачиваемости может быть изменен косым расположением нижних рычагов. Если под действием сил ось слегка подается в сторону, то наружный (относительно центра поворота) продольный рычаг несколько отжимает ее назад, а внутренний - слегка подтягивает вперед. Замеры показывают, что за счет положения рычагов, фирме «Опель» на автомобиле «Рекорд» удалось получить заднюю подвеску, способствующую нейтральной поворачиваемости под действием боковых сил.

5-ти рычажная задняя подвеска Опель - Рекорд

Рисунок 4. Вид сбоку на 5-ти рычажную задняя подвеска автомобиля «Опель-рекорд Е». Хорошо видны профилированные нижние рычаги, опирающиеся на них пружины, буфера над балкой подвески и тяга Панара, расположенная примерно на высоте оси колес. Поршни расположенных за осью амортизаторов совершают хода, большие, чем ход колес, что благоприятно для демпфирования колес.

5-ти рычажная задняя подвеска Опель - Рекорд

Рисунок 5. 5-ти рычажная подвеска ведущих колес автомобиля «Опель-рекорд Е» имеет направленные косо вперед нижние рычаги, косую тягу Панара с правым креплением к балке и связанный с верхними рычагами стабилизатора.

Недостаточная поворачиваемость под действием боковых сил

Рисунок 6. Плечо между a боковыми силами Fsha и Fshi на обоих задних колесах и силой FTy в тяге Панара приводит к образованию пары сил, вызывающей в продольных рычагах силы ±Fx. При податливости в опорах такая подвеска может способствовать недостаточной поворачиваемости под действием боковых сил.

Недостаточная поворачиваемость, обусловленная подвеской задней оси, может ослабить тенденцию к избыточной поворачиваемости, присущую заднеприводным легковым автомобилям. Соответствие восприятие боковых сил перед осью колес спсобствовало бы избыточной поворачиваемости, т.е. могло бы ослабить недостаточную поворачиваемость переднеприводного автомобиля. При этом может быть применена тяга Панара или механизм Уатта (рисунок 7). В принципе тяга Панара должна быть как можно длиннее и при конструктивном положении автомобиля располагаться горизонтально

Задняя подвеска Мазда-RX7

Рисунок 7. Задняя подвеска автомобиля «Мазда-RX7». Расположенный перед осью механизм Уатта передает боковые силы между кузовом и осью, направляя ее при ходах подвески вертикально, т.е. без какого-либо бокового смещения. Расположение механизмам Уатта перед осью способствует избыточной поворачиваемости под действием боковых сил и компенсирует поворот оси под действием крена в сторону недостаточной поворачиваемости; в результате сохраняется нейтральная поворачиваемость. Хорошо видны продольные рычаги неравной длины, определяющие указанную кинематику (они опираются на балку подвески) пружины и вынесенные назад амортизаторы.

Для передачи на кузов продольных сил, возникающих в точках контакта колес, с обеих сторон предусмотрено по паре рычагов. Нижние рычаги в большинстве случаев выполняются таким образом, чтобы на них могли опираться пружины. Тормозные и тяговые моменты обуславливают силы сжатия и растяжения в рычагах. Как и при наклонных рессорах, на подвеске с парными рычагами можно получить поворот оси в плане при движении автомобиля на повороте за счет соответствующего взаимного положения рычагов и их различной длины (рисунок 8). Возникающие при этом на стороне отбоя и стороне сжатия изменения расстояния между точками крепления C и Е, а также D и G должны компенсироваться опорами. За счет этого повышается жесткость подвески при разноименном ходе примерно на 5%. Дополнительно такое положение рычагов может определить положение центра продольного крена, который уменьшает подъем задней части автомобиля при торможении и опускание при разгоне.

Задняя подвеска Мазда-RX7

Рисунок 8. Если при движении на повороте кузов на наружной стороне перемещается на величину хода сжатия s1, а на внутренней - на величину хода отбоя s2, балка подвески теоретически должна бы скручиваться. На самом же деле эти изменения положения воспринимаются резиновыми опорами в проушинах рычагов. Тем не менее происходит подтягивание оси вперед на наружной стороне, т.е. эта подвеска способствует недостаточной поворачиваемости под действием крена.

Задняя подвеска Альфа-Ромео

Рисунок 9. Задняя подвеска мод. 33/1,5 фирмы Альфа-ромео. Тяга Панара расположена на этом переднеприводном автомобиле перед осью. Кронштейн на середине тяги Панара служит для крепления регулятора тормозных сил. Пружины и амортизаторы опираются на трубчатую балку подвески. Точки крепления верхних и нижних продольных штанг, образующих с каждой стороны механизм Уатта, расположены из кинематических соображения почти друг над другом.

Задняя подвеска Сааб

Рисунок 10. Задняя подвеска мод. 99 и 900 фирмы «Сааб». Расположенная над осью тяга Панара не влияет на поворачиваемость автомобиля и, кроме того, обеспечивает высокий центр крена (что благоприятно для переднеприводного автомобиля). Продольные силы и тормозные моменты воспринимаются парами рычагов, расположенными с каждой стороны по схеме Уатта. Пружины и амортизаторы опираются на нижние рычаги.

Переднеприводная и полноприводная мод. 33 фирмы «Альфа-ромео», и мод. 99 и 900 фирмы «Сааб» имеют верхние продольные штанги, расположенные за осью, в то время как нижние находятся перед осью (рисунок 9, 10). Преимущества такой схемы – нагружение всех рычагов на растяжение при торможении и точное параллельное перемещение оси при крене кузова на повороте (рисунок 11). Это подтверждается замерами на автомобиле. Если при малой нагрузке рычаги расположены примерно параллельно, то как на наружной стороне, совершающей ход сжатия s1, так и на внутренней стороне с ходом отбоя s2 происходит приблизительно одинаковый поворот балки, и заневоливание опорных элементов не происходит.

Не достатком этой схемы является смещение центра продольного крена при изменении нагрузки. Как можно видеть на рисунке 12, при нагрузке в два человека центр продольного крена Oh2 расположен перед осью колес, а при полной нагрузке – позади этой оси (Oh6). Вследствие этого задняя часть кузова при торможении отжимается вверх, а не притягивается вниз.

Механизм Уатта

Рисунок 11. Механизм Уатта, направляющий балку подвески в продольном направлении с обеих сторон, имеет то преимущество, что при равностороннем и разноименном ходе подвески балка перемещается точно перпендикулярно продольной оси автомобиля (т.е. без поворота в плане). Это свойство сохраняется как при полной нагрузке, так и при частичной (в два человека).

Механизм Уатта

Рисунок 12. При наличии механизма Уатта верхние продольные рычаги размещены сзади, за счет чего центр продольного крена Oh при нагруженном автомобиле оказывается расположенным позади оси колес, что приводит к отжатию вверх задней части кузова в начале торможения: сплошные линии – нагрузка в два человека; штриховые – полная нагрузка.

По другому происходит восприятие тормозных сил на автомобиле «Форд-фиеста» выпуска 1976 г (рисунок 13). Здесь имеются лишь две штанги, которые могут передавать только продольные силы. Передние опоры этих штанг имеют определенную жесткость для изоляции кузова от жесткого качения радиальных шин. Тормозной момент воспринимают два расположенных позади оси колес амортизатора с утолщенным (с 11 до 17 мм) штоком и направленными вперед кронштейнами. Концы кронштейнов, выполненные в виде проушин, через резиновые втулки соединены с верхней стороной балки подвески. Если амортизаторы установлены с наклоном, то образуется центр продольного крена.

Задняя подвеска Форд-фиеста

Рисунок 13. Задняя подвеска автомобиля «Форд-фиеста». Балка в средней части изогнута вверх, чтобы под ней могла пройти выпускная труба. Продольные силы и жесткое качение радиальных шин воспринимаются двумя рычагами, а боковые силы – тягой Панара, направленной от балки косо назад. Тормозной момент воспринимается амортизаторами. Показанный здесь стабилизатор в стандартной модификации отсутствует.

Амортизатор фирмы «Фихтель и Закс»

Рисунок 14. Амортизатор фирмы «Фихтель и Закс» с направленным вперед кронштейном, необходимым для восприятия тормозного момента в задней подвеске автомобиля «Форд-фиеста»

Две пары продольных рычагов, установленные по концам балки моста, воспринимают все моменты и обеспечивают то преимущество, что при торможении (и разгоне) средняя часть балки не испытывает напряжений кручения. Этим преимуществом не обладает конструкция подвески автомобиля Рено-18. Хотя нижних продольных рычагов здесь тоже два, однако сверху имеется только один треугольный рычаг, который закрепляется на балке с возможностью поворота и углового перекоса. Этот рычаг воспринимает продольные и боковые силы, а также тормозные моменты: балка при этом испытывает большие напряжения. Фирмы «Рено» и «Даймлер-Бенц» выбрали это решение для некоторых моделей с целью прямолинейности перемещения задней оси (без какого-либо бокового смещения), а также для повышения центра бокового крена, чтобы за счет этого уменьшить крен кузова на повороте.

Задняя подвеска «Рено-18»

Рисунок 15.Задняя подвеска неведущих колес автомобиля «Рено-18». Верхний треугольный рычаг передает на кузов боковые и продольные силы, точка его крепления к балке подвески является одновременно центром крена. Пружины и амортизаторы опираются благоприятным образом на балку подвески. Стабилизатор размещен на небольшом расстоянии перед балкой и приварен с обеих сторон к нижним продольным рычагам, которые участвуют в восприятии тормозного момента и изолируют кузов от жесткого качения радиальных шин.