Развал-схождение - Высота подвески

Глава 2. Высота подвески

Центры точек крепления (В) нижних рычагов и центры шаровых шарниров (А) нижних рычагов находятся на одном расстоянии от поверхности. Точки крепления (С) верхних рычагов ниже центров (D) шаровых шарниров на 25÷38 мм. Колеса имеют 1 градус отрицательного развала.


Центры точек крепления (А) нижних рычагов выше центров шаровых шарниров (В) нижних рычагов на 6÷16 мм. Точки крепления верхних рычагов ниже центров шаровых шарниров на 25÷38 мм. Колеса имеют отрицательный развал 1 градус.

Примечание переводчика: под высотой подвески понимается расстояние от центров точек крепления верхних рычагов подвески до пола у автомобиля, стоящего на колесах.

Каждый автомобиль имеет свою высоту подвески, определяемую геометрией подвески. Если автомобиль очень низкий и принято решение увеличить высоту подвески для увеличения дорожного просвета (или проделать обратную операцию для уменьшения просвета), это не всегда может быть выполнено из-за недостаточного диапазона регулировок (особенно передней подвески, поскольку она связана с рулевым управлением). К сожалению, довольно часто опускают или поднимают автомобиль без учета изменений в работе подвески, в результате ожидаемого прироста скорости не наблюдается из-за ухудшения управляемости.

При высоких скоростях прохождения поворотов с большими боковыми силами очень вероятно, что искажение геометрии подвески проявит себя.

Передняя подвеска

Высота подвески корректна по отношению к ее геометрии.


Та же подвеска после опускания автомобиля, для сохранения стандартного дорожного просвета, при установке колес большего диаметра. Случай не идеальный.

Та же подвеска после поднятия автомобиля для увеличения дорожного просвета. Случай не идеальный.

Этот рычаг подвески имеет съемный шаровой шарнир. Центр шарнира расположен выше центральной линии рычага. Пунктирная линия показывает действительную геометрию подвески.

На первых двух рисунках этой главы даны рекомендации по установке независимой передней подвески с рычагами неравной длины, обеспечивающие удовлетворительную управляемость автомобиля.

В идеальном случае предполагается возможность проведения небольших изменений. Если точка крепления нижнего рычага располагается выше центра шарового шарнира, рычаг не будет расположен параллельно земле. Такая установка рычага приводит в повороте к выталкиванию колеса наружу (добавочный отрицательный развал), но, в то же время, может противодействовать ухудшению управляемости в других ситуациях, например, при тяжелом торможении.

Конечно, поднятие или опускания автомобиля может привести к улучшению геометрии подвески (все зависит от реальной конструкции автомобиля). В отдельных случаях автомобиль может быть поднят для улучшения положения нижнего рычага подвески с перестановкой места крепления верхнего рычага, что ведет к общему улучшению геометрии подвески.

На других автомобилях для улучшения геометрии подвески место крепления верхнего рычага опускают вниз (к шасси приваривается новый кронштейн, просверливаются новые отверстия). Иногда улучшение геометрии достигается простой регулировкой положения опорного кронштейна вверх-вниз (при этом опускается точка крепления рычага).

К необходимости изменения геометрии подвески приводят несколько факторов. Например, если на автомобиль устанавливаются колеса большего диаметра, автомобиль может приподниматься до 12,5 мм и больше. Когда автомобиль приподнимается, первой естественной реакцией является желание опустить его до первоначальной высоты. Это достигается либо изменением положения седел пружин подвески, либо установкой пружин другой длины. Ниже на трех сопроводительных рисунках показан один и тот же автомобиль, но с разной высотой установки подвески. Во всех случаях развал колеса отрицательный и равен одному градусу.

В среднем опускание автомобиля на 12,5 мм изменяет угол наклона верхнего рычага до З÷35 градусов (обычно в сторону укорочения), в то время как угол наклона нижнего рычага изменяется на 2÷2,5 градуса (обычно в сторону удлинения). Такие изменения углов на трубчатом шасси на глаз обычно незаметны, особенно для нижних рычагов. Оси качания рычагов подвески на кронштейнах шасси почти всегда располагаются по центральной линии рычага (при виде спереди), то же можно сказать и о шаровом шарнире верхних рычагов. Что же касается шаровых шарниров нижних рычагов, то они, как правило, установлены со смещением относительно центральной линии рычага. Это означает, что действительный угол наклона нижнего рычага (измеряемый по линии соединения центров оси качания и шарового шарнира) часто нелегко определить по видимому положению рычага. Надо всегда помнить, что когда делаются ссылки на углы установки рычагов подвески, имеются в виду действительные углы, а не видимые глазом.

Поднятие автомобиля примерно на 25 мм ведет к увеличению дорожного просвета или, что более точно, высоты поддона относительно дороги. При этом угол установки верхнего рычага изменяется до семи градусов (в сторону укорочения), а нижнего рычага до пяти градусов (в сторону удлинения). Такое значительное изменение геометрии почти всегда недопустимо.

Было бы полезно, чтобы изготовители спортивных автомобилей указывали стандартное расстояние от поверхности дороги до центра колес и нижнего лонжерона. При известных корректных величинах не имеет значения, какие колеса и шины установлены на автомобиль, поскольку всегда можно провести относительные измерения.

Есть общее правило, устанавливающее ограничение в 6,3 мм регулировки стандартной высоты подвески в обе стороны. В указанных пределах регулировок проводить какие-либо модификации подвески не требуется.

Задняя подвеска

Зависимая подвеска заднего моста

Направляющие рычаги (А-А) и тяга Панара в норме должны быть параллельны поверхности дороги. Тяга Панара выполняется по возможности максимальной длины, допускаемой конструкцией шасси.

В большинстве случаев подвеска заднего моста имеет четыре направляющих рычага с поперечной фиксацией моста тягой Панара или заменяющих ее конструкций. (Тяга Панара — простое и эффективное средство поперечной фиксации заднего моста, не вызывающее проблем с управляемостью). Как представляется, сделать заднюю подвеску проще, чем описано выше, невозможно. В некоторых автомобилях приняты альтернативные решения по установке заднего моста, но в большинстве случаев улучшения относительно четырехрычажной системы с тягой Панара весьма незначительны.

В задней подвеске применяются разные типы направляющих рычагов, однако везде придерживаются правила поддерживать равенство высот точек крепления рычагов на шасси и мосту относительно поверхности дороги. Направляющий рычаг (обычно штампованный) имеет криволинейную форму, что может привести к ошибочным выводам, поэтому рычаг всегда надо мысленно заменять линией, соединяющей центры точек крепления рычага. Измерения, как обычно, проводятся от пола до центра отверстия под установку болта крепления.

В идеальном случае направляющие рычаги устанавливаются параллельно земле, таким же образом устанавливается и тяга Панара. Такая установка обеспечивает минимальное изменение эффективной длины рычагов при подъеме или опускании кузова. При вертикальных перемещениях кузова направляющие рычаги движутся по дуге окружности, однако, можно с уверенностью сказать, что если рычаги в статике параллельны земле, то ход подвески будет, в большинстве случаев, компенсирован за счёт изменения высоты подвески. Это, в свою очередь, означает, что задняя ось будет оставаться в неизменном положении относительно шасси в пределах ограниченных конструкцией шасси.

Более длинные направляющие рычаги обеспечивают лучшую стабилизацию заднего моста. Вот почему на многих спортивных автомобилях направляющие рычаги начинаются почти от середины колесной базы. Такое решение выгодно во многих приложениях, но это не означает что оно пригодно для всех автомобилей. В некоторых случаях по весомым причинам устанавливают и короткие направляющие рычаги. Короткие рычаги, установленные относительно горизонтали под углом 5° вверх по направлению к заднему мосту, будут при повороте слегка удлинять колёсную базу внешних колёс и укорачивать колёсную базу внутренних колёс. Такое поведение подвески в некоторых случаях предотвращает или снижает эффект избыточной поворачиваемости.

Как правило, длинные направляющие рычаги (более 300 мм) устанавливают в подвеске заднего моста с большими ходами сжатия и отбоя (некоторые спортивные автомобили). Короткие рычаги (200÷300 мм) обычно хорошо подходят к подвеске с общим ходом до 100 мм.

Итак, в идеальном случае, линия, соединяющая центры мест крепления направляющих рычагов, должна быть параллельна земле. Это критерий оценки установки высоты задней подвески, хотя и не является истиной в последней инстанции.

Независимая подвеска заднего моста

Задняя подвеска с параллельными земле поперечными нижними рычагами (А-В) и наклонными верхними рычагами (С).


Задняя подвеска с параллельными земле поперечными нижними рычагами и верхними рычагами (А). Развал колеса зависит от эффективной длины рычага (А): при укорочении рычага верхняя часть колеса наклоняется внутрь колеи. Такое решение редко приводит к хорошей геометрии подвески.

Задняя подвеска с наклонными поперечными нижними рычагами (А-В) и наклонными верхними рычагами (С). Точка «В» располагается выше точки «А».

В более сложных типах подвесок спортивных автомобилей применяется закрепленная в раме главная передача. Привод на колеса осуществляется через валы с шарнирами. Колеса поддерживаются верхними и нижними поперечными рычагами. Геометрия независимой задней подвески в основном строится на тех же принципах, что и геометрия передней независимой подвески. Обычно нижние поперечные рычаги устанавливают параллельно земле или немного (на 6÷9,5 мм) приподнимают крепление рычага на раме.

Верхний рычаг обычно имеет обратный наклон. Точка крепления рычага на колесе приподнята над точкой крепления на раме на 25÷38 мм.

Преимущество задней подвески, в которой точка крепления нижнего рычага к шасси выше точки крепления на колесе в небольшом уменьшении отрицательного развала колеса при ходе сжатия подвески при прохождении поворота (правого колеса в левом повороте или левого колеса в правом повороте). Когда рычаг становится параллелен дороге, нижняя часть колеса выталкивается наружу (немного, но достаточно для того, чтобы заметить разницу). При торможении такая геометрия подвески имеет тенденцию к втягиванию низа колеса внутрь, но опять же немного и редко приводит к снижению курсовой устойчивости (уменьшение отрицательного развала).

Подвеска с качающейся осью

Задняя качающаяся ось с карданными шарнирами (А) с каждой стороны дифференциала. Оси колес совпадают с осью моста. На рисунке показана правильная установка колес с отрицательным развалом в 0,25÷0,5 градуса.


Задняя качающаяся ось на ходе отбоя. Ход подвески должен быть ограничен так, чтобы колеса изменяли развал не более чем на 2,5 градуса в обе стороны (в плюс и минус). Изменение развала при прохождении поворота идет в правильном направлении, однако, больше, чем нужно.

Задняя качающаяся ось на ходе сжатия. Шины имеют плохой контакт с дорогой. Чем больше ход подвески, тем больше ее отрицательное действие. Ограничение хода подвески проводят установкой жесткой пружины или стабилизатора поперечной устойчивости.

Автомобиль проходит левый поворот с углом крена кузова в три градуса (показан вид сзади). Правое колесо имеет избыточный отрицательный развал, левое колесо — избыточный положительный развал. Ось моста наклоняется по линии «А-А» центров шарниров.

Качающаяся ось редко применяется на современных автомобилях. При этом типе подвески приводные валы используются в качестве качающихся рычагов. Каждый приводной вал имеет карданный шарнир, крепящийся со стороны дифференциала, обеспечивающий привод колес при работе подвески.

Теоретически такая конструкция подвески вполне приличная, но на практике возникает несколько проблем, связанных с конструкцией подвески.

При крене кузова колеса приобретают или теряют угол развала в слишком большом диапазоне. Тяжело нагруженный автомобиль или автомобиль с опущенным кузовом могут проявить большой отрицательный развал, при ходе же отбоя может появиться чрезмерный положительный развал.

Решение проблемы чрезмерного изменения развала колес лежит в установке ограничителей хода подвески, которые значительно улучшат управляемость ценой плавности работы подвески. Ограничители устанавливают так, чтобы изменение развала лежало в пределах 2,5 градусов в обе стороны. Ход подвески обычно ограничивают жесткой пружиной или установкой стабилизатора поперечной устойчивости (если это возможно). Установка же жестких амортизаторов не самый хороший метод решения проблемы.

Подвеска на качающихся рычагах

Приводные валы имеют три или четыре карданных шарнира или ШРУСа (помечены «X»). Приводные валы имеют компенсаторы длины. Оси качания рычагов помечены как «А-В». Замыкание углов поворота (перемещение точек «А» к главной передаче) главный метод изменения геометрии подвески при заданном ее ходе.

В большинстве современных независимых задних подвесках на качающихся рычагах устанавливается по одному рычагу с каждой стороны автомобиля. Рычаг в статике почти параллелен земле. Небольшой наклон рычага (до 0,5 градуса) приводит к небольшому отрицательному развалу. При опускании кузова отрицательный развал увеличивается. При поднятии кузова отрицательный развал может быть уменьшен до момента приобретения положительного развала. При этом типе подвески отрицательный развал колес является хорошим индикатором действительной высоты установки подвески. Например, если 0,5 градуса отрицательного развала является стандартной величиной, он может быть увеличен максимум до одного градуса, но это может повлечь за собой структурные изменения рычага или мест крепления рычага.

Независимая подвеска — общие соображения

Кузов имеет крен в три градуса. Правое колесо имеет отрицательный развал в 1 градус, в то время, как левое — положительный развал в 0,5 градуса (вид сзади при левом повороте).

При независимой задней подвеске при прохождении поворотов может возникнуть отрицательное схождение колес, которое приводит к возникновению избыточной поворачиваемости, тем большей, чем больше отрицательное схождение. Причиной отрицательного схождения становится нагружение заднего колеса при прохождении поворота. Это колесо начинает активно подруливать автомобиль внутрь поворота.

Некоторые автомобили имеют такую геометрию подвески, которая обеспечивает прекрасное движение по прямой с нулевым схождением колес. Проблемы возникают при наличии крена кузова и в поворотах (самое подходящее время для корректировки подвески!). Когда высота подвески установлена правильно, должно иметь место положительное схождение колес. Однако при ходе сжатия подвески, сопровождаемое креном автомобиля, изменение схождения принимает неприемлемые величины: вместо положительного схождения в 1 мм появляется отрицательное в один и более миллиметров.

Заключение

Методы установки геометрии подвески очень разнообразны. В случае постройки автомобиля рамной конструкции определитесь с типом подвески до приобретения рамы. Узнайте у изготовителя автомобиля стандартную высоту подвески и критерии ее оценки. Если изготовитель не пойдет Вам навстречу, не огорчайтесь: лучшие настройки могут быть получены в результате тестов, но уже за Ваш счет. Рекомендации изготовителя могут быть ограничены советами, как установить рычаги передней и задней подвески параллельно земле. Однако проверить параллельность рычагов Вы сможете и самостоятельно.

Выше были описаны основные установки независимых передней и задней подвески и рекомендации, реализация которых приведет к хорошим характеристикам управляемости автомобиля. Что касается передней подвески, рассказано уже довольно много, но далее в книге приводится дополнительный объем информации. Что касается задней подвески, далее так же указываются отдельные взаимосвязи функций подвески и ее отдельных элементов.

Никогда без острой необходимости не изменяйте стандартную высоту автомобиля — ценой этому будет ухудшение геометрии подвески.

Безотносительно к тому, какой компанией или частным лицом построен автомобиль, всегда можно определить стратегические точки подвески, корректировка которых позволит оптимизировать работу подвески. Зная конструкцию и взаимосвязи компонентов подвески и если следовать основным базовым установкам, любой автомобиль может быть настроен оптимально (или почти оптимально). Встречаются автомобили, построенные с такой плохой геометрией подвески, что уже до углубленного исследования можно провести пусть небольшие, но целенаправленные изменения с целью улучшения управляемости.