Работа автомобильных подвесок

[Букреев А.]

Многим раллийным пилотам знакома такая ситуация: хороший автомобиль подготовлен по высшему классу , гонщик проявляет чудеса концентрации и пилотирует болид на пределе собственных возможностей – а в результате занимает место даже не в первой десятке. Чтобы побороть неудачи, раллист вкладывает колоссальные средства в запчасти, доводит до белого каления несчастный мотор, а то и вовсе начинает сомневаться в собственных водительских качествах.

http://www.popmech.ru/images/upload/article/3851_1234961542_full.jpg

Но затем он находит правильные настройки подвесок и сразу получает невиданную ранее максимальную скорость, «рельсовую» управляемость и долгожданное место на подиуме.

 

В автоспорте, особенно в ралли, за неправильные настройки амортизаторов можно поплатиться минутами на финише. Если колеса не касаются земли, нет никакого смысла ни в мощном моторе, ни в классном гонщике. Чемпион России по ралли 2004 года Геннадий Брославский и механики команды FreeDRIVE рассказали нам, как устроены подвески, и поделились секретами правильной настройки автомобиля. Первым делом Геннадий сообщил, что правильно говорить не «подвеска», а «подвески», так как их на автомобиле четыре.

Почва под ногами

 

Автогонщики тоже люди, и сильная тряска и удары могут негативно сказаться на их здоровье, и все же рассуждения о комфорте мы оставим любителям семейных седанов. Всем известно, что подвески нужны автомобилю, чтобы как можно дольше сохранять сцепление всех четырех колес с дорогой. При этом важно, чтобы колеса не только касались дорожного полотна, но и принимали на себя как можно большую часть веса автомобиля. В идеале вес должен распределяться между колесами равномерно. Но во множестве ситуаций (крен автомобиля в повороте, выезд на уклон, проезд над ямой) у автомобиля буквально «почва уходит из-под ног». В такой ситуации важно, чтобы подвеска не только дотянулась до земли, но и с достаточным усилием прижала колесо к отдалившейся дороге во избежание пробуксовки. Способность подвески отжимать колесо от автомобиля называют отбоем.

 

Другая важная задача подвески – гасить удары при проезде выпуклых неровностей, чтобы они не передавались на кузов. Допустим, автомобиль на высокой скорости наезжает на камень. Слишком жесткая подвеска передаст прыжок колеса на кузов. При этом ходовая часть испытает нежелательную избыточную нагрузку, а кузов подпрыгнет, увлекая за собой и разгружая остальные колеса. Кроме того, на толчки кузова уходит энергия, поэтому максимальная скорость прыгающего и вибрирующего автомобиля будет меньше. Если же подвеска в такой ситуации позволит кузову остаться неподвижным, автомобиль сохранит скорость и управляемость. Такое свойство подвески называется сжатием.

 

Стойка подвески состоит из пружины и амортизатора. Пружина выполняет исключительно силовую функцию (удерживает вес кузова), поведением подвески управляет амортизатор, причем его роль не сводится исключительно к гашению колебаний, как упрощенно говорят в автошколах. Пружина подбирается по трем основным параметрам: она должна обеспечивать необходимый ход подвески при данном весе автомобиля, а также создавать прогрессию (при очень сильном сжатии – прогрессивно увеличивать усилие, чтобы подвеску не «пробивало»). Пружина должна точно соответствовать амортизатору, поэтому спортивные стойки подвески часто продаются в сборе. На раллийных стойках нередко можно встретить подпружинники – короткие пружинки, установленные под основными пружинами. Подпружинники более мягкие, чем основные пружины, они хорошо отрабатывают мелкие неровности трассы. А когда «пробиваются» (сжимаются полностью), в дело вступают мощные основные пружины, способные разобраться с серьезными препятствиями.

 

Дорожный просвет раллийного автомобиля, как правило, регулируется не заменой пружин, а простой перестановкой их чашек выше или ниже. Ход подвески можно скорректировать, настроив амортизатор, он обратно пропорционален усилию сжатия.

 

Поршни и клапаны

 

Простейший амортизатор можно описать как заполненный маслом цилиндр (присоединен к колесу), внутри которого перемещается поршень (его шток соединен с кузовом). В поршне имеются клапаны. При сжатии масло из нижней части цилиндра переходит через клапаны в верхнюю, при отбое – наоборот. Из-за ограниченной пропускной способности клапанов создается сопротивление движению штока. При сжатии и отбое работают разные клапаны, поэтому, изменяя их сечение, можно изменять усилия сжатия и отбоя в отдельности. Конструкция некоторых амортизаторов, например KONI Sport, позволяет регулировать жесткость, не поднимая автомобиль – достаточно просто открыть капот или багажник. Регулировочный вентиль в них соединен со стержнем, проходящим внутри штока прямо к поршню.

http://www.popmech.ru/images/upload/article/4321_1234961543_full.jpg

На гражданских автомобилях получили распространение двухтрубные амортизаторы. В них рабочий цилиндр с отверстием в дне расположен внутри дополнительного резервуара с маслом. Такая конструкция позволяет проще всего реализовать воздушный или газовый подпор, препятствующий вспениванию масла: газ можно закачать в верхнюю часть резервуара, там он и останется. Кроме того, между рабочим цилиндром и резервуаром можно установить дополнительный клапан, управляющий усилием отбоя или сжатия. Основной недостаток двухтрубного амортизатора – склонность к перегреву. Разогретое масло становится менее вязким, и характеристики амортизатора кардинально меняются.

http://www.popmech.ru/images/upload/article/4320_1234961542_full.jpg

Существуют однотрубные амортизаторы с газовым подпором высокого давления. В них газ отделяется от масла дополнительным поршнем. Такие амортизаторы хорошо охлаждаются, могут работать в любых положениях, в том числе горизонтально (на автомобилях типа «формула»). Однако они требуют бескомпромиссной точности изготовления и полностью выходят из строя при утечке газа.

 

В амортизаторах фирмы Ohlins, одного из ведущих производителей спортивной подвески, применяется схема с выносным резервуаром, сочетающая в себе достоинства однотрубных и двухтрубных амортизаторов. Резервуар соединяется с амортизатором перевернутого типа (цилиндр соединяется с кузовом, шток – с колесом) гибким шлангом. Внутри резервуара располагается компенсационная камера с газом, отделенная от масла дополнительным поршнем. В последних моделях фирмы применяются длинные армированные шланги, которые можно расположить рядом с радиатором охлаждения автомобиля. В клапанах Ohlins используется алюминиевый элемент, который расширяется при нагревании и уменьшает сечение, компенсируя изменение вязкости масла, благодаря чему амортизаторы ведут себя одинаково в любых условиях. Часть регулировок амортизаторов располагается на выносных резервуарах и доступна под капотом.

 

Когда колесо автомобиля наезжает на препятствие, шток амортизатора развивает значительную скорость. Масло не успевает проходить через клапаны, и давление внутри амортизатора существенно возрастает. Часть клапанов в высших моделях амортизаторов Ohlins настроена на срабатывание лишь при высоком давлении. Такие стойки предоставляют механикам возможность регулировки четырех раздельных параметров: сжатия и отбоя при высоких скоростях штока, сжатия и отбоя при низких скоростях штока.

 

Бег с препятствиями

Высокая скорость штока означает, что колесо столкнулось с серьезным препятствием. Это может быть поребрик кольцевой трассы, камень, дорожная выбоина, трамплин, впадина и даже колея, накатанная в скоростном левом ряду на МКАД. Для разных неровностей предпочтительны разные настройки. При наезде на бугорок нам важно, чтобы удар не передался на кузов: усилие сжатия должно быть минимальным. При этом хотелось бы, чтобы колесо аккуратно «облизало» неровность, а не пролетело над ней: не помешает большое усилие отбоя. При проезде ямки ситуация меняется с точностью до наоборот. Прежде всего, хотелось бы не провалиться в яму всем кузовом: не помешает сильный отбой. Затем желательно не выпрыгнуть из ямы, как на трамплине: нужно мягкое сжатие. Вот так и приходится раллистам разрываться между противоречивыми желаниями и искать компромисс, который уникален для каждой трассы.

 

Мягко стелет, да жестко ехать

 

Жесткость амортизаторов при малых скоростях штока определяет поведение автомобиля на относительно ровной дороге: на продольных волнах, на подъемах и спусках и, конечно же, в поворотах. Возьмем простой пример: поворот на ровном сухом асфальте, в котором нагружаются внешние колеса и разгружаются внутренние. При абсолютно жестких подвесках (например, при их отсутствии, как на карте) крен автомобиля будет минимальным, максимум веса автомобиля передастся внешним колесам (что само по себе хорошо), однако даже минимального крена хватит, чтобы внутренние колеса оторвались от земли. При слишком мягких подвесках крен будет значительным, внутренние колеса хоть и дотянутся до земли, но окажутся недостаточно загруженными и уйдут в пробуксовку. При этом в S-образном повороте может возникнуть раскачка. Очевидно, что для ровной дороги существует оптимальная настройка, когда крен будет небольшим, а прижимная сила на колесах значительная. Однако в некоторых случаях от оптимума стоит отступить.

http://www.popmech.ru/images/upload/article/4322_1234961543_full.jpg

Хорошо настроенная асфальтовая машина может резко реагировать на управляющие действия, мгновенно меняя курс при малейшем повороте руля. Такая резкость требует надежного сцепления колес с дорогой. На скользкой дороге резкие движения могут привести к потере управления. Машину лучше сделать более мягкой: тогда управляющие действия не спровоцируют слишком сильные ускорения кузова, ситуация будет развиваться плавно и предсказуемо.

 

Помимо настроек амортизаторов пилот может выбирать жесткость стабилизатора поперечной устойчивости (если это не запрещено правилами, как в группе №2). Стабилизатор препятствует кренам в поворотах, но ограничивает ход подвесок. Поэтому, скажем, на прямой, изобилующей буграми и ямами, автомобиль стабильнее и быстрее проедет без него.

 

Доверяйте профессионалам!

 

Окинув взглядом все вышеперечисленные противоречивые требования к подвескам, остается только восхищаться теми гонщиками и механиками, которым удается на каждой трассе находить наименьшее из всех зол. Геннадий Брославский описывает процесс поиска так: «Я доверяю инженерам крупных компаний, в частности Ohlins, поэтому на любой трассе мы первым делом устанавливаем настройки, рекомендованные производителем для данного типа покрытия. Затем я один за другим провожу тестовые заезды по трассе (особенно здорово, если на ней есть закольцованный участок) и описываю механикам свои ощущения. Приходится испытывать множество различных вариантов настроек. Лучший судья здесь – секундомер. Когда находишь хорошие настройки, часто кажется, что поехал медленнее – требуется меньше движений, меньше спешки».

 

Настройки подвесок в значительной мере зависят от стиля и предпочтений пилота. «Есть ‘жесткие’ пилоты, готовые прыгать и ловить машину после каждой кочки ради того, чтобы иметь возможность максимально активно, остро проходить поворот, – рассказывает Геннадий. – А ‘мягкие’ несутся по прямой, как на катере, и так же плавно, как по реке, входят и выходят из поворота». Разумеется, настройки у них кардинально различаются.

 

Хотя обычным автомобилистам не требуется летать над бездорожьем на максимальной скорости, рекомендуем всем прислушаться к опыту раллистов и быть внимательными к состоянию подвесок своего автомобиля: те доли секунды, за которые гонщики борются ради победы, в экстремальной ситуации могут спасти жизнь людям.

 

Виды и классы

 

Ралли и трофи

http://www.popmech.ru/images/upload/article/4324_1234961648_full.jpg

Гоночные классы: WRC, World Rally Championship, P-WRC, Production World Rally Championship J-WRC, Junior World Rally Championship, Super 1600, Super 2000, Trophy Truck, Rally Raid/Off-Road.

 

Особенности: Раллийные амортизаторы отличаются увеличенным ходом, повышенной энергоемкостью (способностью поглощать очень сильные удары), широким диапазоном регулировки клиренса. Амортизаторам приходится сталкиваться с самыми разнообразными неровностями, работать в очень широком диапазоне скоростей. Дополнительно задачу усложняют грязь, пыль, вода, летящие из-под колес камни.

 

Формула и прототипы

http://www.popmech.ru/images/upload/article/4325_1234961648_full.jpg

Гоночные классы: Formula 1, Champ Car, Indy Racing League, Le Mans Prototype or LMP, American Lemans Series or ALMS, Grand Am Daytona Prototype.

 

Особенности: Основная особенность амортизаторов для формул и прототипов состоит в том, что они устанавливаются горизонтально. Такое расположение допустимо только для амортизаторов с дополнительным резервуаром и однотрубных. Для формульных амортизаторов не важен размер, главное – возможность тонкой настройки: на кольцевых трассах идет борьба за тысячные доли секунды, в расчет принимаются перепады высот, поперечные уклоны, поребрики.

 

GT и Touring

http://www.popmech.ru/images/upload/article/4326_1234961648_full.jpg

Гоночные классы: DTM, ETCC, BTCC, STCC, SCCA World Challenge, Grand AM Cup, FIA GT.

 

Особенности: Автомобили Гран Туризмо создаются на основе серийных моделей. Степень проработки может быть различной: от «ничего общего» (в DTM) до «почти как в салоне» (в некоторых классах FIA GT). От амортизатора GT прежде всего требуется, чтобы он вписался в конструкцию автомобиля. К гибкости настроек подвесок, их надежности и точности работы в GT предъявляются такие же требования, как и в формульных классах: на кольцевых трассах от правильных настроек зависит очень многое.

 

Спер отсюда, по наводке Жени Масалкова, механика и инженера команды Урал Ралли (Екб).

[RazzoR]

Помню эту статью в "бумажном" формате. Очень интересная. Как и всё, в этом журнале.

[TrDe]

ИМХО

реклама Олинс

[_SEGA_]

ИМХО

реклама Олинс

ну хоть и реклама, но статься все равно интересная и познавательная!!))) Спасибо Алексей!!

[RazzoR]

///ИМХО

реклама Олинс ///

конечно, "обрезки"+плазо-спорт - Ваше всё

P.S. не нравится читать Ohlins - поменяй на Proflex

[Vlady]

Ohlins, proflex или грамотно настроенный СААЗ, законы физике врое одни и те же и принципы работы подвесок тоже.

Статья интересная и я думаю много кому есть о чем задумкться.

А по поводу рекламы... Я думаю в данном разделе она появилась не рекламы ради, а науки для..

[TrDe]

конечно, "обрезки"+плазо-спорт - Ваше всё

я не дрифтер

думаю, что ты видел - у меня стандарт

 

хотите узнать про подвеску - читайте: Раймпель Й. "Шасси автомобиля. Элементы подвески"

Изменено 24 мая, 2009 пользователем TrDe

[_SEGA_]

я не дрифтер

думаю, что ты видел - у меня стандарт

 

хотите узнать про подвеску - читайте: Раймпель Й. "Шасси автомобиля. Элементы подвески"

тоесть у нас в Челябинске одни дрифтеры обрезают пружины и ставят плазу???

[TrDe]

тоесть у нас в Челябинске одни дрифтеры обрезают пружины и ставят плазу???

ИМХО

те, кто просто обрезают пружины - чтобы круто смотрелось

те, кто учавствует в спринтах на грунте и асфальте, подходят более серьезо к доработке подвески

остается дрифт, сейчас он очень популярен среди молодежи, и парни смотревшие, как я штампую круги по Молодежке, были удивлены, почему я не пытаюсь изобразить дрифт на площадке с обычным дифференциалом, как они

 

P.S. Алексей можно было просто дать ссылку на Е1, на подборку статей

Изменено 24 мая, 2009 пользователем TrDe

[_SEGA_]

ИМХО

те, кто просто обрезают пружины - чтобы круто смотрелось

те, кто учавствует в спринтах на грунте и асфальте, подходят более серьезо к доработке подвески

остается дрифт, сейчас он очень популярен среди молодежи, и парни смотревшие, как я штампую круги по Молодежке, были удивлены, почему я не пытаюсь изобразить дрифт на площадке с обычным дифференциалом, как они

 

P.S. Алексей можно было просто дать ссылку на Е1, на подборку статей

ВОТ!!! хорошо что ты отличаеш все таки дрифт и чтобы было круто))))) поэтому я и переспросил)))

[Букреев А.]

P.S. Алексей можно было просто дать ссылку на Е1, на подборку статей

Да, можно. Женька там много интересных выдержек накидал. ЧИТАЕМ, если интересно. А в этой теме - про подвески. И причем тут реклама Олинза - мне то какой резон их рекламировать? Я ж ими не торгую. Плюсом, в тексте упоминаний про Олинзы практически нет, только фото.

[RazzoR]

///читайте: Раймпель Й. "Шасси автомобиля. Элементы подвески"///

сам то читал эту книгу?

///те, кто просто обрезают пружины - чтобы круто смотрелось///

95%

[TrDe]

///читайте: Раймпель Й. "Шасси автомобиля. Элементы подвески"///

сам то читал эту книгу?

честно - пока сложно осознать все написанное, много формул, расчетов, но есть описания и принципы работы, т. е. необходимая теория для описания процессов

[Skiff]

честно - пока сложно осознать все написанное, много формул, расчетов, но есть описания и принципы работы, т. е. необходимая теория для описания процессов

Можно и посвежее книжки использовать

есть хороший двухтомник по колесным машинам так вот там все очень понятно по подвескам расписано...

 

P.S.

если интересуют подробности могу поднять свою дипломную работу и посмотреть что за книга конкретно...

[anyman]

Suspension@work

Изменено 25 мая, 2009 пользователем shpt

[TrDe]

P.S.

если интересуют подробности могу поднять свою дипломную работу и посмотреть что за книга конкретно...

если более-менее на доступном языке, то удовольствием почитал бы

[Skiff]

Вечером подниму свой архив завтра с утра напишу

[Dimcha]

Это было зимой на ралли, перед первым СУ, а до этого полноприводники уже проехали один раз и возвращались на второе прохождение. Стояли беседовали с Игнатовым А. -видим Лешка Букреев подъезжает, фара расколата, Ленка за шею держтся. "Там, говорит ЯМА, на середине леса, вот и итог....". Игнатов побежал к братьям Тагировым - "Вы яму видели???" - "Видели" - "Объехали"-"Зачем объезжать????". Лешка повернулся и сказал: Конечно у них же Олинсы золотой серии.

[Букреев А.]

Как оказалось, мы ехали на одних стандартных, подрезанных пружинах от Форестера... Амортизаторы абсолютно не работали, было по половине нормы масла в каждом, в задних бачках я испортил компрессионное кольцо на контрпоршне (одел широкую резину, не заметил, она потерлась какое-то очень непродолжительное время о бачек, и очень его нагрев сплавила это резиновое кольцо), газового подпора практически небыло. В общем не удивительно, что её пробило - и она скозлила. Погнул левую цапфу, разбил фару от того что мордой на приземлении клюнул. Это было на "Большом Урале-2008". Это я к тому, что на работающей подвеске может быть можно было и забить на эту яму, как и Дима.

[klim]

Статья классная, читал давно еще когда только появилась, но до разбора полетов дошел не сразу.

И тут я вспомнил, чем Prodrive-Ohlins отличается от тюнинговых Tein HG.

Есть такая штука HBS в статье описания не нашел. Она как раз работает при максимальном сжатии во время приземления с трамплина.

Фишка в чем - это амортизатор в амортизаторе. Система глушит удар после преодоления точки максимального сжатия, когда обычный амортизатор упирается в полиуретановый или какой еще буфер сжатия, и энергия от силы удара подбрасывает машину или делает какую-нибудь гадость. Это основная "особенность" конструкции раллийных амортизаторов, дабы всем остальным классам такие примочки без надобности.