Підвіска спортивного автомобіля. Частина # 1: теорія

Починаючи розповідь про підвіску спортивного автомобіля, особливу увагу потрібно приділити амортизаторам.

У всіх на слуху такі фірми, як Reiger, Ohlins, Proflex, EXE-TC, KW, TEIN, KONI, AST та інші. Частина виробників спеціалізуються на ралі, частина на кільці. Хтось робить підвіски для тюнінгу. Є й менш відомі виробники як з простими, так і з дуже складними і дорогими продуктами.

У всіх гідних виробників найскладнішим елементом підвіски є амортизатор, саме він або дозволяє швидко їхати, чи ні.

В чому полягає завдання амортизатора? У здатності гасити коливання кузова автомобіля під час руху по різним покриттям. Якщо амортизатор не справляється - машина дуже розгойдується. Якщо амортизатор занадто жорсткий - машина «підстрибує». Але це занадто просто. Насправді, амортизатор повинен по-різному працювати в різних умовах, забезпечуючи сталість контакту колеса з дорогою і не передаючи зайві коливання на кузов.

У звичайних автомобілях зараз широко використовуються двотрубні газо-масляні амортизатори. Вони компактні, прості у виготовленні і служать досить довго. З мінусів можна відзначити те, що газ змішаний з маслом, при активній роботі йде нагрівання і з'являються бульбашки. Все це погіршує стабільність роботи.

Спортивний амортизатор, по-перше, повинен дозволяти швидко їхати. По-друге, він повинен бути надійним. Тому «розмір не має значення». Спортивний амортизатор більше.

Ось приклад того, як працює ралійна підвіска. Короткий шматочок відео .

Якщо хто бував на гонці «Південний Урал», той знає, наскільки це покриття вимогливе. Нам вдавалося кілька років там вигравати і займати призові місця, в тому числі завдяки правильно сконструйованої і налаштованої підвісці.

У спортивному амортизаторі набагато більший обсяг масла, тому він більш громіздкий і має виносну камеру, резервуар. Наявність виносного резервуара дозволяє збільшити робочий хід амортизатора, тому що газ і розділовий поршень не перебувають на осі руху штока амортизатора. Іноді внесений резервуар виконаний на гідравлічному шлангу. В цьому випадку резервуар кріпиться десь в підкапотному просторі або в багажнику автомобіля. Деякі амортизатори виконані з резервуаром, жорстко закріпленим до корпусу в нижній частині (рюкзачних типу). Все залежить від конструкції і компоновки. У будь-якому випадку суть одна. Більший обсяг масла всередині - велика стійкість до тривалих навантажень з різною амплітудою і як наслідок, менше нагрівання. Велика стійкість, в даному випадку - відсутність ефекту спінювання масла і втрати робочих характеристик. Гонка може бути і в пустелі, де температура на вулиці плюс 40-50 градусів.

Також в виносному резервуарі є відсік для закачування інертного газу (як правило, азоту), який має низький коефіцієнт розширення при нагріванні, що забезпечує практично однакову характеристику газового підпору у всьому діапазоні роботи.

Часто спортивна підвіска виконана «перевернутої», а саме шток амортизатора «захований» усередині стійки, тобто знаходиться внизу. З явних плюсів:

  • на шток немає изгибающих навантажень;
  • на шток немає зовнішнього механічного впливу, тому що не летять камені, пил, волога.

Тобто, коли ви дивитеся через витки пружини і бачите поліровану трубу великого діаметру - це тільки корпус амортизатора, який по тефлоновим направляють ковзає в корпусі стійки.

Робота амортизатора звичайного автомобіля здійснюється практично по лінійним залежностям, а саме, чим вище коливання в підвісці, тим вище опір переміщенню поршня. Але будь-який цивільний амортизатор має обмеження по роботі гідравліки, і при швидкостях переміщення поршня близько 2 м / c амортизатор «пробиває», гідравліка не справляється.

Спортивний амортизатор розрахований на значно більші навантаження. До того ж є принципова різниця в базовому алгоритмі роботи амортизаторів на слизьких (гравій, грунт, сніг) і твердих (асфальт, особливо кільцевої) покриттях.

У ралі автомобіль постійно ковзає і завдання підвіски - забезпечити максимально можливий контакт всіх коліс з поверхнею дороги в ковзанні.

У кільці автомобіль рухається без явних ковзань, на межі зчеплення шини з полотном, і в цих умовах важливо максимально навантажити опорна колесо, переміщаючи на нього вагу.

У цивільному ж автомобілі завдання зробити їзду гранично комфортної, максимально зменшивши коливання кузова.

На малюнку нижче схематично показані алгоритми роботи підвіски (пружина і амортизатор) на цивільному, раллийном і кільцевому автомобілі.
Ескіз графіка створений виключно для найбільш наочної ілюстрації різних процесів, це не результати вимірів на стенді конкретних амортизаторів.

Ескіз графіка створений виключно для найбільш наочної ілюстрації різних процесів, це не результати вимірів на стенді конкретних амортизаторів

Тут хочу зупинитися докладніше і розібрати роботу кожного типу підвіски в різних умовах для різних характеристик.

Стиснення - здатність підвіски стискатися при зовнішньому вплив на колесо. Зверніть увагу, наскільки абсолютні величини по опору стисненню для кільцевого автомобіля більше, ніж для ралійного, при швидкості штока до 1 м / c. Це важливо для розуміння аналізу нижче.

Діапазон 1 (див. Малюнок) - «Low speed» або низька швидкість переміщення штока поршня. Нехай це будуть швидкості від 0 до 0,25 м / c. На практиці це рух по рівній дорозі або увійти в поворот.

Кільцевій автомобіль повинен бути пропорційно жорстким в цьому режимі. Вся енергія повинна йти в розгін або підтримання швидкості, а не губитися на «відпрацювання» розгойдування. Якщо на вході в поворот підвіска м'яка на стиск, то вибереться весь хід амортизатора (який досить короткий) і машину «зірве».

Ралійний автомобіль тут повинен бути набагато м'якше кільцевого, і опір на стиск має бути невеликим для забезпечення максимального плями контакту коліс з дорогою і постійного плавного перерозподілу ваги. Якщо на вході в поворот підвіска буде сильно опиратися приходу ваги на колесо, то автомобіль «зірве», а не «завантажить».

Діапазон 2а - «Medium Speed», швидкість переміщення штока поршня від 0,25 до 1 м / c.

Для кільцевого автомобіля завдання - зменшити опір стисненню, тому що будь-яка нерівність може почати його підкидати і розбалансувати. Конструктивно зусилля зменшити практично неможливо (тільки складною системою клапанів з електронним управлінням), тому опір стисненню намагаються зберегти хоча б на постійному рівні.

На нерівній дорозі опір стисненню для ралійного автомобіля зростає пропорційно самим нерівностях, але графік поки не різкий.

Діапазон 2b - «Medium Speed», швидкість переміщення штока поршня від 1 до 1,5 м / c.

Хвилі, підкинув і поребрики - вороги кільцевого автомобіля. Характеристику в цьому діапазоні намагаються також зберегти рівною.

У ралі купини і хвилі на траєкторії це норма. Опір стиску (зусилля демпфірування) збільшується досить сильно і пропорційно. Чим більше купина або підкидання, тим краще підвіска повинна опиратися переміщенню колеса в арку.

Діапазон 3 - «High Speed», швидкість переміщення штока поршня від 1,5 м / c і вище.

Малоактуальная для кільця, хіба що в разі раптового наїзду на високий поребрик.

А ось тут починається те, за що всі люблять ралі: польоти і трампліни! На деяких спецділянках автомобіль проводить в повітрі не менше часу, ніж на землі. Зусилля на шток поршня при приземленні дуже велике, відповідно швидкість переміщення різко зростає - як видно на малюнку - крива стиснення має різкий ріст. При приземленні підвіску не повинно «пробити», ралійний автомобіль повинен «прилипати» до дороги. Цей ефект досягається і за рахунок правильної характеристики стиснення.

Відбій - здатність підвіски виштовхувати колесо при втраті плями контакту. Це може бути як відрив колеса при стрибку, так і наїзд на яму. Відбій також вступає в роботу, коли колесо спочатку на купині пішло в арку. Його теж потрібно виштовхнути, повернувши на землю і забезпечивши контакт.

Взагалі, настройка відбою це завжди компроміс, тема неоднозначна. Якщо опір відбою налаштоване дуже м'яко, то виникає розгойдування автомобіля, тому що колесо дуже енергійно виштовхується. Якщо опір відбою занадто велике, колесо «підвисає» і не повертається на землю. А далі може виникнути ефект «збору» підвіски, коли опір відбою значно перевищує динамічну характеристику пружини і підвіска перестає відпрацьовувати.

У кільці опір відбою масштабно завжди вище, тому що використовуються більш жорсткі пружини.

Діапазон 1 - «Low Speed», швидкість переміщення штока поршня від 0 до 0,25 м / c.

При русі по відносно рівній дорозі (кільце) завдання відбою «заспокоїти» колесо при наявності жорсткої пружини, тому величина опору відбою дуже висока при практично нульовій швидкості ходу штока. Тобто пружина завжди прагне виштовхнути колесо, гідравліка утримує, компенсуючи жорсткість.

У ралі характеристика схожа, але діапазон зрушать пропорційно м'якості пружини.

Діапазон 2 - «Medium Speed», швидкість переміщення штока поршня від 0,25 до 1,5 м / c.

Ідеологія базово однакова. При русі по нерівностях, хвилях і купинах пружина прагне виштовхнути колесо і безпружинну масу для повернення в пляма контакту, опір відбою не повинно заважати їй це зробити, тому за графіком характеристика практично не зростає. Хіба що в ралі опір збільшується в абсолютному значенні при великих нерівностях.

В діапазоні швидких швидкостей тенденція така ж.

Як все просто в теорії і як складно часом налаштувати автомобіль!

Але це ще не все. Крім трьох характеристик (відбій, повільне стиснення, швидке стиснення), які ми можемо самостійно регулювати в досить широкому діапазоні, підбираючи налаштування під ту чи іншу трасу і погодні умови, у просунутих спортивних амортизаторів бувають ще дві системи з регулюваннями: швидкий відбій (fast rebound ) і гідробуфер (стиснення).

Крім трьох характеристик (відбій, повільне стиснення, швидке стиснення), які ми можемо самостійно регулювати в досить широкому діапазоні, підбираючи налаштування під ту чи іншу трасу і погодні умови, у просунутих спортивних амортизаторів бувають ще дві системи з регулюваннями: швидкий відбій (fast rebound ) і гідробуфер (стиснення)

На кресленні видно, що при нормальному режимі роботи амортизатора (рух по дорозі) працює калібрований канал. Саме він визначає роботу амортизатора на відбій. Вращая регулювання на штоку зверху між тестовими заїздами можна змінювати прохідний перетин, переміщаючи конус вгору або вниз. Тим самим підбирається найкраще постійно прохідний перетин, що гарантує найкращу роботу підвіски по відбою на конкретній дорозі в даних умовах.

Якщо ж автомобіль стрибає, і особливо якщо стрибок високий, але короткий за часом, то за час польоту колесо не встигає повністю вийти з арки (не вибрано весь хід відбою) і приземлення виходить дуже жорстким, тому що саме на таку ж відстань буде стискатися підвіска при приземленні.

Але є ноу хау. При різкому переміщенні штока поршня відкривається канал більшого перетину, вся рідина моментально отримує свободу руху з однієї порожнини в іншу і колеса як би «випадають» самі під силою тяжіння (робота системи на малюнку зусилля демпфірування показана чорними лініями).

Перегляньте на відео як стрибає машина WRC - колеса саме «випадають»! Захоплююче виглядає!

Машина без проблем продовжує прискорення, оскільки повний хід стиснення амортизатора дає можливість «відпрацювати» приземлення.

Варто хоч раз спробувати проїхати з такою підвіскою, відчуття зсередини непередавані. Здається, ти зовсім не стрибаєш, а коли тобі показують фото, ти не віриш своїм очам - ти летиш і досить високо.

Ви стикалися з тим, що підвіска пробивається при занадто жорсткому приземленні або наїзді на перешкоду? Яким би великим не був хід стиснення, часом його недостатньо. Інженери придумали систему, яка називається гідробуфер. Це додатковий гідравлічний демпфуючий елемент, що складається з клапана і поршня і встановлений ближче до кінця ходу стиснення. При високій швидкості руху штока, коли на хід стиснення залишається від 30 до 60 мм, він включається в роботу і опір стисненню різко зростає, тим самим шанси пробити підвіску, отримати жорсткий подброс автомобіля при наїзді на перешкоду або пробити колесо сильно зменшуються.

Виконання такого елемента може бути різним, але мета у всіх одна. У TEIN вона називається "HBS - Hydraulic Bump Stopper", у Reiger - "Double Piston". Потрібна і корисна опція для сучасного спортивного автомобіля.

Статична функція пружини - підтримання висоти кузова автомобіля щодо дороги, динамічна - забезпечення плавності його переміщення при русі. В принципі, все просто. Пружний елемент підвіски, в професійної термінології - кручена циліндрична пружина стиснення.

Пружний елемент підвіски, в професійної термінології - кручена циліндрична пружина стиснення

Не буду вдаватися сильно в подробиці на тему пружин, тому що все можна прочитати в інтернеті. Виділю тільки найнеобхідніше.

Зазвичай використовується пружина постійної жорсткості, рідше зі змінним витком.

Тенденція останніх десятиліть в автомобільному спорті - це більш м'яка пружина, тому що інженери далеко просунулися в розробках гідравліки амортизаторів і тепер можуть домагатися енергоємності саме амортизатором, а не пружиною.

У кільці зазвичай використовують пружини жорсткістю 70-150 Н / мм, в ралі 25-50 Н / мм на гравії і 50-90 Н / мм на асфальті. Звичайно, це не догма, пружини можуть бути і інший жорсткості.

Я раніше і сам вважав, що маленький подпружіннік в підвісці служить для поліпшення її роботи в строго визначеному діапазоні. Насправді його перше завдання - це не давати «вивішуватися» основний пружині при максимальному ході відбою, що особливо актуально для асфальтових налаштувань, коли машина низька. Часто конструктивно неможливо розмістити основну пружину потрібної довжини, що не задираючи автомобіль, і робочий хід підвіски виходить більше робочого ходу пружини. Подпружіннік зазвичай м'якше пружини в кілька разів і не повинен впливати на роботу стійки. У статичному стані він повністю стиснутий.

Служить для мінімізації кренів автомобіля в поворотах.

При нахилі автомобіля без стабілізатора центр мас (до якого додаються вектори прискорень) йде вгору і зміщується назовні, що негативно впливає на стійкість автомобіля. Взагалі, робота з точкою g-force - це складна інженерно-практична тема, не буду її зараз торкатися, це привід для окремої розмови.

Але є і ряд негативних факторів при використанні стабілізатора.

Стабілізатор не дає розвантажуватися внутрішньому колесу в повороті, що часом робить машину «недостатньою» на вході в поворот. Можуть з'являтися додаткові демпфирующие сили.

Якщо перевести в практичну площину, чим більше «зацеп», тим жорсткіше потрібен стабілізатор. Якщо рухатися по голому льоду на нешиповані колесі, стабілізатор краще відключити.

Зазвичай зусилля опору у стабілізатора неоднаково у всьому діапазоні його роботи. Тобто спочатку він працює м'яко, в міру його скручування зусилля збільшується.

Стабілізатори бувають знімними і не знімними, регульованими і з постійною жорсткістю. У современниx ралійних автомобілях категорії R омологіруются по кілька стабілізаторів різної жорсткості для передньої і задньої осі. На тестах підбираються комбінації під конкретні умови. Але використання активних або регульованих стабілізаторів заборонено, і зараз вже не тільки в ралі. До введення заборони використання стабілізатора з механічним регулюванням з салону (так, бувають і такі) дозволяло, якщо пішов дощ посередині гонки, перевести його в найм'якше положення прямо на ходу.

До введення заборони використання стабілізатора з механічним регулюванням з салону (так, бувають і такі) дозволяло, якщо пішов дощ посередині гонки, перевести його в найм'якше положення прямо на ходу

На цивільному автомобілі вона виконана з гумового матеріалу з металевою обоймою. У центрі стоїть підшипник кочення, щоб шток амортизатора міг обертатися при повороті колеса автомобіля.

У спортивному автомобілі верхня опора часто виконана повністю з металу, без пружних елементів. Зайві пружні коливання тут ні до чого. У центрі шарнір сферичний, тому що стійка амортизатора за рахунок кінематики підвіски обертається в трьох площинах, і підшипник кочення працював би на злам.

Часто опора має регулювання, і дає можливість змінювати поздовжній (кастор) і поперечний кути нахилу стійки.

Закінчити першу частину я б хотів, сказавши пару слів про кути. Кожен з нас хоча б раз стикався з регулюванням кутів сходження і розвалу.

Для кільцевих автомобілів потрібен більший кут розвалу, тому що автомобіль рухається по дузі повороту без ковзання, і, таким чином, ми можемо забезпечити більшу пляму контакту.

У ралі, навпаки, автомобіль ковзає і чим «пряміше» варто колесо, тим більше пляма контакту. Звичайно, абсолютно прямо колесо не ставиться, невеликий кут розвалу є завжди.

Сходження коліс може впливати на прямолінійність руху автомобіля при розгоні. Якщо спереду виставлено розбіжність, автомобіль буде «нишпорити», але при цьому більш охоче заїжджати в поворот в початковій фазі - вхідна обертальність буде надлишковою.

Якщо повнопривідний автомобіль не стабільний на дузі повороту в невеликому ковзанні і норовить «поїхати боком», збільшення сходження задніх коліс допоможе йому рухатися по дузі суворіше.

Іншімі словами, «куті» (сходження, розвал, кастор) - це змінні параметрів для різніх погодніх умов и різніх трас. Кути часом дають навіть більше, ніж клацання налаштувань на амортизаторах.

Більш того, кути сходження і розвалу впливають один на одного. При великих негативних значеннях кутів розвалу потрібно виставляти розбіжність, тому що інакше при прямолінійній русі колесо автомобіля буде прагнути всередину за принципом котиться «барильця».

Ось ми і перейшли плавно до другої, практичної частини розповіді про роботу підвіски Renault Clio R3 Maxi на гравійному і сніжно-льодовому покриттях і особливості її налаштування. Але це вже в наступній публікації, яка вийде через тиждень-два.

Сподіваюся, у мене вийшло розповісти про особливості підвіски спортивного автомобіля зрозумілим і нескладним мовою. Пост вийшов об'ємним, але сподіваюся, легко читаним.

Автор: Михайло Скрипніков
Графіка: Микита Абрамов

Разделы

» Ваз

» Двигатель

» Не заводится

» Неисправности

» Обзор

» Новости


Календарь

«    Август 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Архив

О сайте

Затраты на выполнение норм токсичности автомобилей в США на период до 1974 г.-1975 г произошли существенные изменения. Прежде всего следует отметить изменение характера большинства работ по электромобилям: работы в подавляющем большинстве стали носить чисто утилитарный характер. Большинство созданных в начале 70х годов электромобилей поступили в опытную эксплуатацию. Выпуск электромобилей в размере нескольких десятков штук стал обычным не только для Англии, но и для США, ФРГ, Франции.

ПОПУЛЯРНОЕ

РЕКЛАМА

www.school4mama.ru © 2016. Запчасти для автомобилей Шкода