5.1. Общие сведения
Системы рулевого управления и подвески взаимодействуют между собой. Если возникают неполадки в одном элементе подвески, это сразу же существенно сказывается на характеристиках рулевого управления автомобиля.
Для совершения маневра передние колеса автомобиля должны находиться в постоянном контакте с дорожным полотном. Неисправная подвеска может не обеспечить сцепление колес с дорогой, необходимое для эффективного управления автомобилем.
Предшественником автомобилей был гужевой транспорт, поэтому первые автомобили напоминают конные экипажи. Они состояли из цельного деревянного кузова, их передние и задние оси имели одинаковую конструкцию. Ось поворота располагалась в центре под кузовом автомобиля. Управление автомобилем осуществлялось при помощи рукоятки, поворачивающей переднюю ось (рис. 5.1). В современных автомобилях на смену этой рукоятке пришло рулевое колесо и рулевой механизм.
Рис. 5.1. Рулевое управление первых автомобилей
Система рулевого управления предназначена для управления колесами и точного выбора траектории движения автомобиля при минимальных усилиях со стороны водителя. Как правило, управляемые колеса в автомобиле – передние, поэтому задние имеют меньший радиус поворота.
Передаточное число рулевого механизма помогает водителю преодолевать сопротивление, возникающее между колесами автомобиля и дорожным полотном. Некоторые системы рулевого управления оснащены усилителем, облегчающим управление автомобилем на повороте. Резиновые муфты и демпфирующие элементы опорных кронштейнов амортизируют толчки, возникающие при движении по неровной дороге и ощущаемые водителем через рулевое колесо.
После преодоления поворота в современных системах рулевого управления для возврата в прямолинейное положение требуется прикладывать очень небольшое усилие – срабатывает так называемый эффект самоцентрирования, который обеспечивается конструкцией подвески.
Подвеска современных автомобилей бывает зависимая, независимая и комбинированная. На рис. 5.2 показаны два автомобиля, имеющие системы подвески разных типов: А – в системе с независимой подвеской нагрузка одного из колес не влияет на противоположное колесо; Б – в системе с зависимой подвеской нагрузка одного колеса влияет на противоположное колесо. В автомобиле, оснащенном зависимой подвеской, при наезде колеса на неровность возникает ощутимый крен кузова. При значительных неровностях дороги пассажиры автомобиля испытывают дискомфорт.
5.2. Устройство и работа передней и задней подвески
Рассмотрим наиболее распространенные виды подвески переднего моста.
1. Двойные поперечные рычаги (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Передняя подвеска с двойными поперечными рычагами
Здесь показаны элементы базовой системы независимой подвески с цилиндрическими пружинами и двойными поперечными рычагами. Поперечные рычаги, которые поддерживают поворотные кулаки, имеют разную длину и перемещаются по различным траекториям, благодаря чему при перемещениях подвески колея и развал колес изменяются незначительно.
Преимущество такой компоновки заключается в отсутствии элементов подвески в центре автомобиля. Пространство между колесами можно использовать для размещения других агрегатов, например двигателя, что позволяет опустить линию капота. Недостаток состоит в том, что такая конструкция требует большего количества шарниров и, следовательно, повышается стоимость ее производства.
2. Передняя подвеска с поперечными рычагами и листовыми рессорами (рис. 5.4).
Поперечный рычаг ограничивает перемещение нижнего конца поворотного кулака. Когда автомобиль наезжает на неровность одним колесом, поперечная листовая рессора выгибается наружу, заставляя верхний конец поворотного кулака повернуть верхнюю часть колеса наружу. При этом меняется развал колеса и контакт шины с дорогой, что влияет на колею. Когда оба колеса от толчка перемещаются вверх, возникает колоссальное воздействие на колею колес, что приводит к сильному износу протектора и изменяет характеристику курсовой устойчивости.
При таком варианте конструкции, если автомобиль слегка загружен, подвеска реагирует жестко.
3. Передняя подвеска с поперечным рычагом со стойкой Макферсона (рис. 5.5).
В системе независимой подвески со стойками Макферсона пружина, амортизатор, ступица колеса, поворотный кулак и шарниры объединены в единый блок. Это самый распространенный тип независимой передней подвески, применяемой в современных автомобилях. Для поддержания поворотного кулака используется один поперечный рычаг.
Поперечный рычаг закреплен на нижнем конце стойки, и при сжатии цилиндрической пружины колесо сохраняет вертикальное положение. Перемещения подвески сопровождаются лишь незначительным изменением колеи и развалом колес. Преимущество этой конструкции заключается в том, что при большой длине стоек силы, возникающие в шарнирах, невелики. Недостаток – кузов должен обладать повышенной прочностью в месте верхнего крепления стойки подвески, поскольку нагрузки на него возрастают.
4. Передняя подвеска с передними двойными рычагами (рис. 5.6).
Два продольных рычага поддерживают поворотный кулак в сборе, а поперечные торсионы выполняют функцию рессор и амортизируют толчки. Вертикальные перемещения колес заставляют поперечные торсионы скручиваться, благодаря чему амортизируется перемещение колес. Действие торсиона, возвращающегося в первоначальное состояние, помогает сохранить сцепление колес с дорогой. При перемещении подвески углы продольного наклона осей поворота колес, колея и развал колес не изменяются. Ускорение и торможение приводят к перемещению подвески вверх и вниз, что вызывает изменения в колесной базе.
Если необходимо, узел можно собрать и отрегулировать вне автомобиля. Для этого варианта конструкции требуется обширное пространство в передней части автомобиля и большие затраты на изготовление.
5. Задняя подвеска с жестким мостом типа «треугольный кронштейн» (рис. 5.7).
На этом рисунке показана компоновка задней подвески, в которой мост поддерживается на кузове автомобиля центральным шарниром и двумя продольными стойками. В этом варианте конструкции применяются цилиндрические пружины, установленные на обеих сторонах моста рядом с колесами. Цилиндрические пружины амортизируют вертикальные перемещения моста. Продольные рычаги передают к шасси движущий момент и поперечные силы, возникающие при торможении и ускорении. При торможении задняя часть автомобиля стремится вниз, что помогает стабилизировать автомобиль. Недостатком этой конструкции является необходимость в больших затратах на изготовление, а также увеличение неподрессоренной массы автомобиля.
6. Задняя подвеска с приварными стойками, работающими на сжатие/растяжение (рис. 5.8).
Стойки, работающие на сжатие/растяжение, обеспечивают продольное расположение моста, благодаря чему возрастает устойчивость при торможении и ускорении. Большая нагрузка на одну сторону подвески вызывает скручивание стоек сжатия/растяжения, в результате чего на сварные швы действует избыточное напряжение. Цилиндрические пружины расположены на обеих сторонах моста рядом с колесами. Они изолированы от сил, возникающих при ускорении и торможении, посредством стоек растяжения, и амортизируют вертикальное перемещение моста. Недостатком этих мостов, как и жестких мостов других типов, является большая масса элементов и, следовательно, значительная неподрессоренная масса автомобиля.