Подвеска автомобиля - Car suspension

Подвеска - это система шин , пневматической шины, пружин , амортизаторов и рычагов, которая соединяет транспортное средство с его колесами и обеспечивает относительное движение между ними. Системы подвески должны поддерживать как устойчивость на дороге / управляемость, так и качество езды , которые противоречат друг другу. Тюнинг подвесок предполагает нахождение верного компромисса. Для подвески важно поддерживать контакт опорного колеса с поверхностью дороги в максимально возможной степени, потому что все силы дороги или грунта, действующие на транспортное средство, действуют через пятна контакта шин . Подвеска также защищает сам автомобиль и любой груз или багаж от повреждений и износа. Конструкция передней и задней подвески автомобиля может быть разной.

История

Ранняя форма подвески на запряженных волами телегах имела платформу качания на железных цепях, прикрепленных к колесной раме повозки. Эта система оставалась основой для большинства подвесных систем до начала XIX века, хотя к XVII веку железные цепи были заменены кожаными ремнями, называемыми коренными скобами. Ни в одном современном автомобиле не использовалась система подвески с жесткой балкой.

Примерно к 1750 году листовые рессоры стали появляться на некоторых типах экипажей, таких как Ландау .

К середине XIX века эллиптические пружины могут дополнительно использоваться на каретах.

Современная подвеска

Автомобили изначально разрабатывались как самоходные версии конных повозок. Однако конные повозки были разработаны для относительно низких скоростей, а их подвеска не подходила для более высоких скоростей, допускаемых двигателем внутреннего сгорания.

Первая работоспособная пружинная подвеска потребовала передовых металлургических знаний и навыков и стала возможной только с наступлением индустриализации . Обадия Эллиотт зарегистрировал первый патент на автомобиль с пружинной подвеской; каждое колесо имело две прочные стальные листовые рессоры с каждой стороны, а корпус каретки был прикреплен непосредственно к пружинам, прикрепленным к осям . В течение десятилетия большинство британских конных экипажей были оснащены пружинами; деревянные пружины в случае легких транспортных средств с одной лошадью, чтобы избежать налогообложения , и стальные пружины в автомобилях большего размера. Они часто изготавливались из низкоуглеродистой стали и обычно имели форму многослойных листовых рессор.

Листовые источники существуют с ранних египтян . Древние военные инженеры использовали листовые рессоры в форме луков для питания своих осадных машин , но поначалу без особого успеха. Использование листовых рессор в катапультах позже было усовершенствовано и заработало годы спустя. Пружины делали не только из металла; крепкая ветка дерева может использоваться как пружина, например, для лука. Конные экипажи и Ford Model T использовали эту систему, и она до сих пор используется в более крупных транспортных средствах, в основном устанавливаемых на задней подвеске.

Листовые рессоры были первой современной системой подвески и, наряду с достижениями в строительстве дорог , ознаменовали величайшее улучшение автомобильного транспорта до появления автомобиля . Британские стальные пружины не очень хорошо подходили для использования на неровных дорогах Америки того времени, поэтому компания Abbot-Downing Company из Конкорда, Нью-Гэмпшир, повторно представила подвеску с кожаным ремешком, которая давала раскачивающееся движение вместо тряски. и вниз пружинной подвески.

В 1901 году компания Mors of Paris впервые оснастила автомобиль амортизаторами . 20 июня 1901 года Анри Фурнье выиграл престижную гонку Париж-Берлин, оснащенную системой демпфированной подвески. Лучшее время Фурнье составляло 11 часов 46 минут 10 секунд, в то время как лучшим участником был Леонс Жирардо. Панара со временем 12 часов 15 минут 40 секунд.

Винтовые пружины впервые появились на серийном автомобиле в 1906 году в Brush Runabout, выпущенном Brush Motor Company. Сегодня винтовые пружины используются в большинстве автомобилей.

В 1920 году Leyland Motors использовала торсионы в системе подвески.

В 1922 году независимая передняя подвеска была впервые применена на Lancia Lambda , а с 1932 года она стала более распространенной в автомобилях массового потребления. Сегодня большинство автомобилей имеют независимую подвеску на всех четырех колесах.

В 2002 году Малкольм Смит изобрел новый пассивный компонент подвески, инертор . Это позволяет увеличить эффективную инерцию подвески колес с помощью маховика с зубчатой ​​передачей, но без значительного увеличения массы. Первоначально он использовался в Формуле-1 в секрете, но с тех пор распространился и на более широкий автоспорт.

Разница между задней подвеской и передней подвеской

Любой полноприводный (4WD / AWD) автомобиль нуждается в подвеске как для передних, так и для задних колес, но у полноприводных автомобилей может быть совсем другая конфигурация. У переднеприводных автомобилей задняя подвеска имеет несколько ограничений, и используются различные балочные оси и независимые подвески . Для заднеприводных автомобилей задняя подвеска имеет множество ограничений, и разработка более совершенной, но более дорогой независимой подвески была затруднена. Полный привод часто имеет подвески, одинаковые как для передних, так и для задних колес.

История

Генри Форд «ы Модель T использовал трубу крутящего момент , чтобы удержать эту силу, для его дифференциалы была прикреплена к шасси с помощью боковой пластинчатой пружины и два узких стержней. Торсионная трубка окружала настоящий приводной вал и прикладывала усилие к его шаровому шарниру в крайней задней части трансмиссии, которая была прикреплена к двигателю. Подобный метод , как это было использовано в конце 1930 - ых Buick и Хадсон «s ванной автомобиль в 1948 году, который использовал спиральные пружины , которые не могли принять носовую и назад тягу.

Привод Hotchkiss , изобретенный Альберт Hotchkiss, был самым популярным задняя подвеска используется в американских автомобилях с 1930 - х до 1970 - х годов. В системе используются продольные листовые рессоры, прикрепленные как впереди, так и за дифференциалом ведущей оси . Эти пружины передают крутящий момент на раму. Хотя многие европейские автопроизводители того времени презирали его, американские автопроизводители приняли его, так как производство было недорогим . Кроме того, динамические дефекты этой конструкции были подавлены огромным весом американских легковых автомобилей до внедрения корпоративного стандарта средней экономии топлива (CAFE).

Другой француз изобрел лампу Де Дион , которую иногда называют «полунезависимой». Как и настоящая независимая задняя подвеска, в ней используются два универсальных шарнира или их эквивалент от центра дифференциала до каждого колеса. Но колеса не могут полностью подниматься и опускаться независимо друг от друга; они связаны ярмом, огибающим дифференциал, ниже и позади него. Этот метод мало использовался в Соединенных Штатах . Его использование около 1900 года, вероятно, было связано с плохим качеством покрышек, которые быстро изнашивались. Благодаря удалению значительной части неподрессоренной массы , как это делают независимые задние подвески, они продлились срок службы .

Сегодня в заднеприводных автомобилях часто используется довольно сложная полностью независимая многорычажная подвеска для надежной фиксации задних колес и обеспечения достойного качества езды .

Скорость пружины, колеса и крена

Весенняя ставка

Жесткость пружины (или жесткость подвески) - это компонент, определяющий высоту дорожного просвета транспортного средства или его положение в ходе хода подвески. Когда пружина сжимается или растягивается, сила, которую она оказывает, пропорциональна изменению ее длины. Жесткость пружины или жесткость пружины - это изменение прилагаемой силы, деленное на изменение прогиба пружины. Транспортные средства, которые перевозят тяжелые грузы, часто будут иметь более тяжелые пружины, чтобы компенсировать дополнительный вес, который в противном случае разрушил бы транспортное средство до нижней границы его хода (хода). Более тяжелые пружины также используются в высокопроизводительных приложениях, где условия нагрузки более значительны.

Слишком жесткие или слишком мягкие пружины приводят к неэффективности подвески - в основном потому, что они не могут должным образом изолировать автомобиль от дороги. Транспортные средства, которые обычно испытывают нагрузку на подвеску более тяжелую, чем обычно, имеют тяжелые или жесткие пружины с жесткостью пружины, близкой к верхнему пределу для веса этого транспортного средства. Это позволяет транспортному средству правильно работать при большой нагрузке, когда управление ограничено инерцией груза. Езда в пустом грузовике, предназначенном для перевозки грузов, может быть неудобной для пассажиров из-за высокой жесткости пружины по сравнению с весом автомобиля. Гоночный автомобиль также можно описать как имеющий тяжелые рессоры и к тому же он будет неудобно ухабистым. Однако, несмотря на то, что мы говорим, что оба они имеют тяжелые пружины, фактическая жесткость пружин для гоночного автомобиля массой 2000 фунтов (910 кг) и грузовика массой 10 000 фунтов (4500 кг) сильно различается. Роскошный автомобиль, такси или пассажирский автобус можно описать как имеющие мягкие пружины для удобства пассажиров или водителя. Автомобили с изношенными или поврежденными пружинами едут ниже по земле, что снижает общую степень сжатия, доступную для подвески, и увеличивает наклон кузова. Транспортные средства с высокими характеристиками иногда могут иметь требования к жесткости пружины, отличные от веса и нагрузки транспортного средства.

Скорость колеса

Жесткость колеса - это эффективная жесткость пружины, измеренная на колесе, в отличие от простого измерения жесткости пружины.

Скорость колеса обычно равна или значительно меньше жесткости пружины. Обычно пружины устанавливаются на рычаги управления, поворотные рычаги или какой-либо другой шарнирный элемент подвески. Рассмотрим приведенный выше пример, где жесткость пружины была рассчитана как 500 фунтов / дюйм (87,5 Н / мм), и если переместить колесо на 1 дюйм (2,5 см) (без перемещения автомобиля), пружина более чем вероятно сжимается. меньшая сумма. Если бы пружина переместилась на 0,75 дюйма (19 мм), соотношение плеч рычага было бы 0,75: 1. Скорость колеса рассчитывается как квадрат отношения (0,5625), умноженного на жесткость пружины, что дает 281,25 фунта / дюйм (49,25 Н / мм). Возведение отношения в квадрат таково, потому что это отношение имеет два эффекта на скорость колеса: отношение применяется как к силе, так и к пройденному расстоянию.

Колеса на независимой подвеске довольно просты. Однако особое внимание следует уделить некоторым конструкциям подвески, не являющейся независимой. Возьмем, к примеру, прямую ось. Если смотреть спереди или сзади, скорость колеса можно измерить указанными выше способами. Тем не менее, поскольку колеса не являются независимыми, если смотреть сбоку при ускорении или торможении, точка поворота находится на бесконечности (потому что оба колеса переместились), а пружина находится прямо на одной линии с пятном контакта колеса. В результате часто эффективная скорость вращения колеса при прохождении поворотов отличается от скорости вращения колеса при ускорении и торможении. Это изменение скорости вращения колеса можно свести к минимуму, разместив пружину как можно ближе к колесу.

Колесные нормы обычно суммируются и сравниваются с подрессоренной массой транспортного средства для создания «скорости движения» и соответствующей собственной частоты подвески во время движения (также называемой «качающейся»). Это может быть полезно при создании показателя жесткости подвески и требований к ходу транспортного средства.

Скорость вращения

Скорость крена аналогична скорости движения транспортного средства, но для действий, которые включают в себя поперечные ускорения, вызывающие качение подрессоренной массы транспортного средства. Он выражается в крутящем моменте на градус крена подрессоренной массы транспортного средства. На него влияют факторы, включая, помимо прочего, массу подрессоренной части автомобиля, ширину колеи, высоту CG, жесткость пружины и амортизатора, высоту центра крена спереди и сзади, жесткость стабилизатора поперечной устойчивости и давление / конструкцию шин. Скорость крена транспортного средства может и обычно отличается от передней к задней части, что позволяет настраивать транспортное средство для управления в переходных и установившихся режимах. Скорость крена транспортного средства не изменяет общую величину переноса веса на транспортное средство, но смещает скорость и процент веса, передаваемого на конкретную ось, на другую ось через шасси транспортного средства. Как правило, чем выше скорость качения на оси транспортного средства, тем быстрее и выше переносится вес на эту ось .

К 2021 году некоторые автомобили предлагали динамический контроль крена с регулируемой по высоте пневматической подвеской и адаптивными амортизаторами.

Процент пары рулонов

Процент пары валков - это упрощенный метод описания распределения поперечной передачи нагрузки спереди назад и последующей обработки баланса. Это эффективная скорость качения каждой оси транспортного средства как отношение общей скорости качения транспортного средства. Обычно он регулируется с помощью стабилизаторов поперечной устойчивости , но также может быть изменен с помощью различных пружин.

Перенос веса

Перенос веса во время поворота, ускорения или торможения обычно рассчитывается для отдельного колеса и сравнивается со статическим весом для тех же колес.

На общий перенос веса влияют только четыре фактора: расстояние между центрами колес (колесная база в случае торможения или ширина колеи в случае поворота), высота центра тяжести, масса автомобиля, и количество испытанного ускорения.

Скорость, с которой происходит перенос веса, а также компоненты, с которыми он переносится, являются сложными и определяются многими факторами; включая, помимо прочего: высоту центра крена, жесткость пружины и амортизатора, жесткость стабилизатора поперечной устойчивости и кинематическую конструкцию звеньев подвески.

В большинстве обычных приложений, когда вес переносится через преднамеренно податливые элементы, такие как пружины, амортизаторы и стабилизаторы поперечной устойчивости, перенос веса считается "эластичным", в то время как вес переносится через более жесткие звенья подвески, такие как в виде А-образных рычагов и пальцев ног, считается «геометрическим».

Перенос неподрессоренного веса

Передача веса без пружины рассчитывается на основе веса компонентов автомобиля, которые не поддерживаются рессорами. Сюда входят шины, колеса, тормоза, шпиндели, половина веса рычага управления и другие компоненты. Затем предполагается, что эти компоненты (для целей расчета) подключены к транспортному средству с нулевой подрессоренной массой. Затем они подвергаются одинаковым динамическим нагрузкам.

Передача веса при прохождении поворотов впереди будет равна общей неподрессоренной передней массе, умноженной на перегрузку, умноженную на высоту переднего неподрессоренного центра тяжести, деленную на ширину передней колеи. То же самое и с тылом.

Перенос подрессоренного веса

Передача веса подрессоренной части - это вес, переносимый только весом автомобиля, опирающегося на его рессоры, а не общим весом автомобиля. Для этого необходимо знать подрессоренную массу автомобиля (общий вес минус неподрессоренный), высоту переднего и заднего центра крена, а также высоту подрессоренного центра тяжести (используется для расчета длины рычага момента крена). Для расчета передачи веса передней и задней рессор также потребуется знать процентное соотношение пары валков.

Ось крена - это линия, проходящая через передний и задний центры крена, по которой автомобиль катится во время поворота. Расстояние от этой оси до высоты подрессоренного центра тяжести - это длина плеча момента крена. Полная передача веса подрессоренной части равна перегрузке, умноженной на подрессоренную массу, умноженной на длину рычага момента качения, деленную на эффективную ширину колеи. Передача веса передних рессор рассчитывается путем умножения процента пары валков на общий перенос веса подрессоренной части. Задняя - это полный минус передняя передача.

Подъемные силы

Поддомкрачивание - это сумма составляющих вертикальной силы, испытываемых тягами подвески. Результирующая сила действует, чтобы поднять подрессоренную массу, если центр крена находится над землей, или сжать ее, если она находится под землей. Как правило, чем выше центр крена , тем больше усилие поддомкрачивания.

Прочие свойства

Путешествовать

Ход - это мера расстояния от нижней части хода подвески (например, когда автомобиль стоит на домкрате, а колесо свободно висит) до верхней точки хода подвески (например, когда колесо автомобиля больше не может двигаться в вверх по направлению к автомобилю). Опускание или подъем колеса может вызвать серьезные проблемы с управлением или непосредственно вызвать повреждение. «Опускание на дно» может быть вызвано тем, что подвеске, шинам, крыльям и т. Д. Не хватает места для перемещения, либо кузов или другие компоненты автомобиля врезаются в дорогу. Проблемы с управлением, вызванные подъемом колеса, менее серьезны, если колесо поднимается, когда пружина достигает своей разгруженной формы, чем они есть, если ход ограничен контактом элементов подвески (см. Triumph TR3B ).

Многие внедорожники , например гонщики по пустыне, используют ремни, называемые «ограничивающими ремнями», чтобы ограничить движение подвески вниз до точки в безопасных пределах для рычагов и амортизаторов. Это необходимо, поскольку эти грузовики предназначены для передвижения по очень пересеченной местности на высоких скоростях и иногда даже взлетают в воздух. Без чего-либо, ограничивающего ход, втулки подвески будут принимать на себя всю силу, когда подвеска достигает "полного провисания", и это может даже привести к тому, что винтовые пружины выйдут из своих "ковшей", если они будут удерживаться только силами сжатия. . Ограничивающий ремень - это простой ремень, часто из нейлона заданной длины, который останавливает движение вниз в заданной точке до достижения теоретического максимального хода. Противоположным этому является «отбойник», который защищает подвеску и транспортное средство (а также пассажиров) от резкого «падения» подвески, возникающего, когда препятствие (или жесткая посадка) приводит к срабатыванию подвески. из движения вверх без полного поглощения энергии удара. Без отбойников автомобиль, который «опускается вниз», испытает очень сильный удар, когда подвеска касается нижней части рамы или кузова, который передается пассажирам и каждому соединителю и сварке на транспортном средстве. Заводские автомобили часто поставляются с простыми резиновыми «шишками», которые поглощают самые сильные силы и изолируют удары. Транспортное средство для гонок в пустыне, которое обычно должно воспринимать гораздо более высокие ударные нагрузки, может быть оснащено пневматическими или гидропневматическими отбойниками. По сути, это миниатюрные амортизаторы (демпферы), которые крепятся к автомобилю в таком месте, что подвеска соприкасается с концом поршня, когда он приближается к пределу хода вверх. Они поглощают удар гораздо более эффективно, чем твердый резиновый отбойник, что важно, потому что резиновый отбойник считается аварийным изолятором «последней черты» при случайном случайном падении подвески; его совершенно недостаточно, чтобы поглотить повторяющиеся и тяжелые днища, такие как столкновения с высокоскоростным внедорожником.

Демпфирование

Демпфирование - это управление движением или колебаниями, как видно на примере использования гидравлических затворов и клапанов в амортизаторе транспортного средства. Это также может измениться, намеренно или непреднамеренно. Как и жесткость пружины, оптимальное демпфирование для комфорта может быть меньше, чем для управления.

Демпфирование контролирует скорость движения и сопротивление подвески автомобиля. Незатухающий автомобиль будет раскачиваться вверх и вниз. При правильном уровне демпфирования автомобиль вернется в нормальное состояние за минимальное время. Большую часть демпфирования в современных автомобилях можно контролировать, увеличивая или уменьшая сопротивление потоку жидкости в амортизаторе.

Контроль развала

См. Зависимые и независимые ниже. Развал изменяется из-за хода колеса, крена кузова и прогиба или податливости системы подвески. В общем, шина изнашивается и тормозит лучше всего при угле развала от -1 до -2 ° от вертикали. В зависимости от шины и дорожного покрытия он может лучше держать дорогу под немного другим углом. Небольшие изменения развала передних и задних колес можно использовать для настройки управляемости. Некоторые гоночные автомобили имеют развал от -2 до -7 °, в зависимости от желаемого типа управляемости и конструкции шин. Часто слишком большой развал приводит к снижению эффективности торможения из-за уменьшения размера пятна контакта из-за чрезмерного изменения развала геометрии подвески. Величина изменения развала на неровностях определяется мгновенной длиной поворотного рычага переднего вида (FVSA) геометрии подвески или, другими словами, тенденцией шины к изгибу внутрь при сжатии в неровности.

Высота центра валка

Высота центра крена является продуктом мгновенной высоты центра подвески и является полезным показателем при анализе эффектов переноса веса, крена кузова и распределения жесткости по крену спереди и сзади. Обычно распределение жесткости по крену регулируется регулировкой стабилизаторов поперечной устойчивости, а не высоты центра крена (так как оба имеют одинаковый эффект на подрессоренную массу), но высота центра крена имеет значение, если учесть величину испытываемых подъемных сил.

Мгновенный центр

Из-за того, что движение колеса и шины ограничено звеньями подвески транспортного средства, движение колесной пары на виде спереди будет рисовать воображаемую дугу в пространстве с «мгновенным центром» вращения в любой заданной точке на своем пути. . Мгновенный центр любого колесного пакета можно найти, проследив воображаемые линии, проведенные через звенья подвески, до точки их пересечения.

Компонент вектора силы шины направлен от пятна контакта шины к мгновенному центру. Чем больше этот компонент, тем меньше будет движение подвески. Теоретически, если результирующая вертикальной нагрузки на шину и создаваемой ею поперечной силы направлена ​​прямо в мгновенный центр, звенья подвески не будут двигаться. В этом случае вся передача веса на этом конце транспортного средства будет геометрической по своей природе. Это ключевая информация, используемая также при поиске центра крена на основе силы.

В этом отношении мгновенные центры более важны для управления транспортным средством, чем один только кинематический центр крена, поскольку соотношение геометрического переноса веса к упругому определяется силами на шинах и их направлениями по отношению к положение их соответствующих мгновенных центров.

Анти-дайв и анти-приседания

Anti-dive и anti-squat - это проценты, которые показывают степень, в которой передняя часть ныряет при торможении, а задняя приседает при ускорении. Их можно рассматривать как эквиваленты торможения и ускорения, как усилие поддомкрачивания при прохождении поворотов. Основная причина различия заключается в разнице в конструкции передней и задней подвески, тогда как подвеска обычно симметрична между левой и правой сторонами автомобиля.

Метод определения антипрыжки или антиприседания зависит от того, реагируют ли рычаги подвески на момент торможения и ускорения. Например, с внутренними тормозами и задними колесами с приводом от полуоси рычаги подвески не реагируют, а с внешними тормозами и трансмиссией с поворотной осью - реагируют.

Чтобы определить процентное соотношение противодействия торможению передней подвески для подвесных тормозов, сначала необходимо определить тангенс угла между линией, проведенной на виде сбоку через пятно передней шины и мгновенным центром передней подвески, и горизонтальной линией. . Кроме того, необходимо знать процент тормозного усилия на передних колесах. Затем умножьте касательную на процентное значение тормозного усилия переднего колеса и разделите на отношение высоты центра тяжести к колесной базе. Значение 50% будет означать, что половина веса передается на передние колеса; при торможении он передается через рычажный механизм передней подвески, а половина - через пружины передней подвески.

Для внутренних тормозов применяется та же процедура, но с использованием центра колеса вместо центра коммутации.

Антиприсед с ускорением вперед рассчитывается аналогичным образом и с тем же соотношением между процентом и переносом веса. Значения антиприседа 100% и более обычно используются в дрэг-рейсингах, но значения 50% или менее чаще встречаются в автомобилях, которые должны подвергаться резкому торможению. Более высокие значения антиприседа обычно вызывают подскакивание колес при торможении. Важно отметить, что значение 100% означает, что вся передача веса осуществляется через рычажный механизм подвески. Однако это не означает, что подвеска не способна выдерживать дополнительные нагрузки (аэродинамические, прохождение поворотов и т. Д.) Во время торможения или ускорения вперед. Другими словами, не подразумевается никакой «привязки» приостановления.

Гибкость и режимы вибрации элементов подвески

В некоторых современных автомобилях гибкость проявляется в основном в резиновых втулках , которые со временем разрушаются. Для подвесок, подвергающихся высоким нагрузкам, таких как внедорожники, доступны полиуретановые втулки, которые обеспечивают большую долговечность при более высоких нагрузках. Однако из соображений веса и стоимости конструкции не делают более жесткими, чем необходимо. Некоторые автомобили демонстрируют вредные вибрации, связанные с изгибом деталей конструкции, например, при ускорении при резком повороте. Гибкость конструкций, таких как рамы и звенья подвески, также может способствовать упругости, особенно гашению высокочастотных колебаний. Гибкость проволочных колес способствовала их популярности во времена, когда автомобили имели менее совершенную подвеску.

Выравнивание нагрузки

Автомобили могут быть сильно загружены багажом, пассажирами и трейлерами. Эта нагрузка приведет к опусканию хвоста транспортного средства. Поддержание устойчивого уровня шасси имеет важное значение для обеспечения надлежащей управляемости, для которой был разработан автомобиль. Встречные водители могут быть ослеплены светом фар. Самовыравнивающаяся подвеска противодействует этому, надувая цилиндры в подвеске, чтобы поднять шасси выше.

Изоляция от высокочастотных ударов

Для большинства целей вес компонентов подвески не имеет значения. Но на высоких частотах, вызванных неровностями дорожного покрытия, детали, изолированные резиновыми втулками, действуют как многоступенчатый фильтр, подавляющий шум и вибрацию лучше, чем это можно сделать с помощью одних шин и пружин. (Пружины работают в основном в вертикальном направлении.)

Вклад в неподрессоренную массу и общую массу

Обычно они небольшие, за исключением того, что подвеска зависит от того, подрессорены ли тормоза и дифференциал (и).

Это главное функциональное преимущество алюминиевых колес перед стальными. Алюминиевые детали подвески использовались в серийных автомобилях, а детали подвески из углеродного волокна распространены в гоночных автомобилях.

Занятое пространство

Конструкции различаются тем, сколько места они занимают и где расположены. Принято считать, что стойки МакФерсон являются наиболее компактной конструкцией для автомобилей с передним расположением двигателя, где требуется пространство между колесами для размещения двигателя.

Внутренних тормозов (которые уменьшают неподрессоренную массу), вероятно, избегают больше из-за соображений площади, чем из-за стоимости.

Распределение силы

Крепление подвески должно соответствовать конструкции рамы по геометрии, прочности и жесткости.

Сопротивление воздуха (сопротивление)

Некоторые современные автомобили имеют регулируемую по высоте подвеску для улучшения аэродинамики и топливной экономичности. Современные автомобили формулы с открытыми колесами и подвеской обычно используют обтекаемые трубки, а не простые круглые трубки для рычагов подвески, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление . Также типичным является использование подвески с коромыслом, толкателем или тяговым стержнем, которые, среди прочего, размещают блок пружины / демпфера внутри и вне воздушного потока, чтобы еще больше снизить сопротивление воздуха.

Расходы

Методы производства улучшаются, но стоимость всегда играет важную роль. Наиболее очевидным примером является продолжающееся использование неразрезного заднего моста с неподрессоренным дифференциалом, особенно на тяжелых транспортных средствах.

Пружины и амортизаторы

В большинстве обычных подвесок используются пассивные пружины для поглощения ударов и амортизаторы (или амортизаторы) для управления движением пружин.

Некоторыми заметными исключениями являются гидропневматические системы, которые можно рассматривать как интегрированный блок из пневматических пружин и компонентов демпфирования, используемых французским производителем Citroën ; и Hydrolastic , hydragas и системы резиновый конус , используемые British Motor Corporation , в первую очередь на Mini . Было использовано несколько различных типов каждого из них:

Пассивные подвески

Традиционные пружины и амортизаторы называют пассивными подвесками - так подвешивается большинство автомобилей.

Спрингс

Подвешивается большинство наземных транспортных средств на стальных рессорах следующих типов:

• Листовая рессора - AKA Hotchkiss, Cart или полуэллиптическая пружина.
• Торсионная подвеска
• Винтовая пружина

Автопроизводители осознают неотъемлемые ограничения стальных пружин - что эти пружины имеют тенденцию производить нежелательные колебания, и автопроизводители разработали другие типы материалов и механизмов подвески в попытках улучшить характеристики:

• Резиновые втулки
• Газ под давлением - пневморессора
• Газ и гидравлическая жидкость под давлением - гидропневматическая подвеска и масляные стойки

Демпферы или амортизаторы

Амортизаторы гасят (в противном случае простые гармонические) движения автомобиля вверх и вниз на его пружинах. Они также должны гасить большую часть отскока колеса, когда неподрессоренная масса колеса, ступицы, оси, а иногда и тормозов, а дифференциал отскакивает вверх и вниз из-за упругости шины.

Полуактивные и активные суспензии

Если подвеска управляется извне, то это полуактивная или активная подвеска - подвеска реагирует на сигналы электронного контроллера.

Например, гидропневматический Citroën будет «знать», как далеко от земли должен находиться автомобиль, и постоянно сбрасывается для достижения этого уровня, независимо от нагрузки. Однако такой тип подвески не может мгновенно компенсировать крен кузова при поворотах. Система Citroën увеличивает стоимость автомобиля примерно на 1% по сравнению с пассивными стальными пружинами.

Пол-активные суспензии включают в себя устройство, такие как пневматические рессоры и переключаемые амортизаторы, различные наливных решения, а также системы, такие как гидропневматические , Hydrolastic и hydragas суспензии.

Toyota представила отключаемые амортизаторы в Soarer 1983 года. В настоящее время Delphi продает амортизаторы, заполненные магнитореологической жидкостью , вязкость которой может быть изменена электромагнитным способом, что дает возможность переменного управления без переключения клапанов, что быстрее и, следовательно, более эффективно.

Полностью активные системы подвески используют электронный мониторинг состояния транспортного средства в сочетании со средствами изменения поведения подвески транспортного средства в реальном времени для непосредственного управления движением автомобиля.

Начиная с 1982 года Lotus Cars разработала несколько прототипов и представила их в Формуле-1 , где они были довольно эффективны, но теперь были запрещены.

Nissan представил низкую пропускную способность активной подвеску около 1990 , как варианта , который добавляет дополнительные 20% к стоимости элитных моделей. Citroën также разработал несколько моделей активной подвески (см. Hydractive ). Полностью активная система от Bose Corporation , анонсированная в 2009 году, использует линейные электродвигатели вместо гидравлических или пневматических приводов, которые обычно использовались до недавнего времени. Mercedes представил активную систему подвески под названием Active Body Control в своем топовом Mercedes-Benz CL-Class в 1999 году.

Также было разработано несколько электромагнитных подвесок для транспортных средств. Примеры включают электромагнитную подвеску Bose и электромагнитную подвеску, разработанную проф. Лаурентиу Энсика. Кроме того, новое колесо Michelin со встроенной подвеской, функционирующее на электродвигателе, также похоже.

С помощью системы управления различные полуактивные / активные подвески реализуют улучшенный компромисс между различными режимами вибрации транспортного средства; а именно: режимы bounce, roll, pitch и warp. Однако применение этих усовершенствованных подвесок ограничено стоимостью, упаковкой, весом, надежностью и / или другими проблемами.

Связанные подвески

Взаимосвязанная подвеска, в отличие от полуактивной / активной подвески, могла легко пассивно разъединять различные режимы вибрации автомобиля. Соединения могут быть выполнены различными способами, такими как механические, гидравлические и пневматические. Стабилизаторы поперечной устойчивости являются одним из типичных примеров механических соединений, хотя было заявлено, что гидравлические соединения предлагают больший потенциал и гибкость в улучшении как жесткости, так и демпфирующих свойств.

Учитывая значительный коммерческий потенциал гидропневматической технологии (Corolla, 1996), взаимосвязанные гидропневматические подвески также изучались в некоторых недавних исследованиях, и были продемонстрированы их потенциальные преимущества в улучшении плавности хода и управляемости транспортного средства. Система управления также может использоваться для дальнейшего улучшения характеристик взаимосвязанных подвесок. Помимо академических исследований, австралийская компания Kinetic добилась определенных успехов с различными пассивными или полуактивными системами ( WRC : три чемпионата; ралли Дакар : два чемпионата; Lexus GX470 2004 года как 4 × 4 года с KDSS; 2005 PACE награда). Эти системы Kinetic обычно разделяют по крайней мере два режима транспортного средства (крен, перекос (шарнирное сочленение), тангаж и / или вертикальное колебание (отскок)) для одновременного управления жесткостью и демпфированием каждого режима с помощью взаимосвязанных амортизаторов и других методов. В 1999 году компания Kinetic была куплена Tenneco. Позже каталонская компания Creuat разработала более простую конструкцию системы, основанную на цилиндрах одностороннего действия. После нескольких конкурсных проектов Creuat активно занимается модернизацией систем для некоторых моделей автомобилей.

Исторически первым серийным автомобилем с механической взаимосвязанной подвеской спереди и сзади был Citroën 2CV 1948 года . Подвеска в 2CV была чрезвычайно мягкой - продольная тяга делала более мягкий шаг, а не жестче крена. Чтобы компенсировать это, он полагался на экстремальную геометрию, препятствующую нырянию и приседанию. Это привело к более мягкой жесткости при пересечении осей, которая иначе была бы нарушена стабилизаторами поперечной устойчивости. Ведущий рычаг / продольный рычаг поворотного кронштейна , передний кормовой связанно система подвески, а также и в бортовых передних тормозов, имела значительно меньший вес , чем неподрессоренный существующих спиральную пружину или листовые конструкции. Взаимосвязь передавала часть силы, отклоняющей переднее колесо вверх по неровности, чтобы толкнуть заднее колесо вниз с той же стороны. Когда через мгновение заднее колесо столкнулось с этим ударом, оно сделало то же самое в обратном направлении, удерживая автомобиль ровно спереди назад. 2CV имел краткое описание конструкции, позволяющей двигаться со скоростью по вспаханному полю, например, когда фермер перевозил куриные яйца. Первоначально он отличался фрикционными амортизаторами и настроенными массовыми амортизаторами . Более поздние модели были настроены массовые амортизаторы спереди с телескопическими амортизаторами / амортизаторами спереди и сзади.

Британская моторная корпорация также первой начала применять взаимосвязанную подвеску. Система, получившая название Hydrolastic, была представлена ​​в 1962 году на Morris 1100 и впоследствии использовалась на различных моделях BMC. Hydrolastic был разработан инженером по подвеске Алексом Моултоном , и в качестве пружинной среды использовались резиновые конусы (впервые они были использованы на Mini 1959 года ) с узлами подвески на каждой стороне, соединенными друг с другом трубкой, заполненной жидкостью. Жидкость передавала силу неровностей дороги от одного колеса к другому (по тому же принципу, что и механическая система Citroën 2CV, описанная выше), а поскольку каждый блок подвески содержал клапаны для ограничения потока жидкости, он также служил амортизатором. Моултон продолжил разработку замены Hydrolastic для преемника BMC British Leyland . Эта система, производимая по лицензии компанией Dunlop в Ковентри и получившая название Hydragas , работала по тому же принципу, но вместо резиновых пружинных блоков использовались металлические сферы, разделенные внутри резиновой диафрагмой. Верхняя половина содержала сжатый газ, а нижняя половина - ту же жидкость, что и в системе Hydrolastic . Жидкость передавала силы подвески между блоками с каждой стороны, в то время как газ действовал как пружинящая среда через диафрагму. Это тот же принцип, что и гидропневматическая система Citroën , и обеспечивает аналогичное качество езды , но является автономным и не требует насоса с приводом от двигателя для обеспечения гидравлического давления. Обратной стороной является то, что Hydragas , в отличие от системы Citroën, не регулируется по высоте и не самовыравнивается. Hydragas был представлен в 1973 году на Austin Allegro и использовался на нескольких моделях; последним автомобилем, который использовал его, был MG F в 2002 году. Система была изменена в пользу винтовых пружин вместо амортизаторов из-за финансовых соображений ближе к концу срока службы автомобиля. Когда она была выведена из эксплуатации в 2006 году, производственной линии Hydragas было более 40 лет.

Некоторые из последних послевоенных моделей Packard также имели взаимосвязанную подвеску.

Типы

Подвесные системы можно условно разделить на две подгруппы: зависимые и независимые. Эти термины относятся к способности противоположных колес двигаться независимо друг от друга. Зависимой подвески обычно имеет луч (простой «корзина» ось) или (ведомый) живой мост , который держит колеса параллельно друг другу и перпендикулярно к оси. Когда изменяется развал одного колеса, таким же образом изменяется развал противоположного колеса (по соглашению, с одной стороны, это положительное изменение развала, а с другой стороны, это отрицательное изменение). Подвески De Dion также относятся к этой категории, поскольку они жестко соединяют колеса между собой.

Независимая подвеска позволяет колесам подниматься и опускаться самостоятельно, не затрагивая противоположное колесо. Подвески с другими устройствами, такими как стабилизаторы поперечной устойчивости, которые каким-то образом связывают колеса, по-прежнему классифицируются как независимые.

Полузависимая подвеска - третий тип. В этом случае движение одного колеса действительно влияет на положение другого, но они не прикреплены друг к другу жестко. Задняя подвеска с поворотной балкой и есть такая система.

Зависимые подвески

Зависимые системы можно отличить по системе рычагов, используемых для их расположения, как в продольном, так и в поперечном направлении. Часто обе функции объединяются в набор связей.

Примеры привязки местоположения включают:

• Сэтчелл ссылка
• Штанга Панара
• Связь Ватта
• WOBLink
• Связь Мамфорда
• Листовые рессоры, используемые для расположения (поперечные или продольные)
  • Полностью эллиптические пружины обычно нуждаются в дополнительных звеньях для размещения и больше не используются.
  • Продольные полуэллиптические рессоры были обычным явлением и до сих пор используются в тяжелых грузовиках и самолетах. Их преимущество в том, что жесткость пружины можно легко сделать прогрессивной (нелинейной).
  • Одна поперечная листовая рессора для обоих передних колес и / или обоих задних колес, поддерживающая неразрезные оси, использовалась Ford Motor Company до и вскоре после Второй мировой войны даже на дорогих моделях. Его преимущества заключались в простоте и малой неподрессоренной массе (по сравнению с другими конструкциями со сплошной осью).

В автомобиле с передним расположением двигателя и задним приводом зависимая задняя подвеска является либо ведущей осью , либо осью отклонения , в зависимости от того, установлен ли на оси дифференциал. Ведущая ось проще, но неподрессоренная масса способствует отскоку колес.

Поскольку он обеспечивает постоянный развал, зависимая (и полунезависимая) подвеска наиболее распространена на транспортных средствах, которые должны нести большие нагрузки, пропорциональные весу транспортного средства, которые имеют относительно мягкие пружины и в которых (по причинам стоимости и простоты) не используются активные подвески. Использование зависимой передней подвески стало ограничиваться более тяжелыми грузовыми автомобилями.

Независимые подвески

Разнообразие независимых систем больше и включает:

• Качающаяся ось
• Раздвижная стойка
• Стойка Макферсон / Стойка Чепмена
• Верхние и нижние А-образные рычаги (на двойных поперечных рычагах )
• Многорычажная подвеска
• Подвеска на полу-продольных рычагах
• Качающаяся рука
  • Поперечные листовые рессоры при использовании в качестве звена подвески или четырехчетвертные эллипсы на одном конце автомобиля аналогичны поперечным рычагам по геометрии, но более податливы. Примерами являются передняя часть оригинального Fiat 500 , затем Panhard Dyna Z и ранние образцы Peugeot 403 , а также задняя часть AC Ace и AC Aceca .

Поскольку колеса не обязаны оставаться перпендикулярными плоской поверхности дороги при поворотах, торможении и изменении нагрузки, контроль развала колес является важной проблемой. Поворотный рычаг был обычным явлением в небольших автомобилях, которые имели мягкую амортизацию и могли нести большие грузы, поскольку развал не зависел от нагрузки. Некоторые активные и полуактивные подвески поддерживают дорожный просвет и, следовательно, развал независимо от нагрузки. В спортивных автомобилях важнее оптимальное изменение развала колес при поворотах.

Поперечный рычаг и многорычажная подвеска позволяют инженеру лучше контролировать геометрию и находить лучший компромисс, чем качающаяся ось, стойка Макферсона или качающийся рычаг; однако стоимость и требования к пространству могут быть больше.

Полуподвесной рычаг находится посередине, являясь переменным компромиссом между геометрией качающегося рычага и качающейся оси.

Полунезависимая подвеска

В полунезависимых подвесках колеса оси могут перемещаться относительно друг друга, как в независимой подвеске, но положение одного колеса влияет на положение и положение другого колеса. Этот эффект достигается за счет скручивания или отклонения деталей подвески под нагрузкой.

Самым распространенным типом полунезависимой подвески является поворотная балка .

Другие экземпляры

Система подвески с наклоном

Наклонная система подвеска (также известный как Опираясь Подвесной система ) не является другим типа или геометрия конструкции; кроме того, это технологическое дополнение к обычной системе подвески.

Эта система подвески в основном состоит из независимой подвески (например, стойки Макферсон , А-образные рычаги (на двойных поперечных рычагах )). С добавлением этих систем подвески появляется дополнительный механизм наклона или наклона, который соединяет систему подвески с кузовом (шасси).

Система регулируемой подвески улучшает устойчивость, сцепление с дорогой, радиус поворота автомобиля, а также повышает комфорт водителей. При повороте направо или налево пассажиры или объекты на транспортном средстве ощущают перегрузочную силу или инерционную силу, выходящую за пределы радиуса кривизны, поэтому водители двухколесных транспортных средств (мотоциклы) наклоняются к центру кривизны при повороте, что улучшает стабильность и снижает вероятность опрокидывания. Но автомобили с более чем двумя колесами, оснащенные обычной системой подвески, не могли делать то же самое до сих пор, поэтому пассажиры ощущают внешнюю инерционную силу, которая снижает устойчивость гонщиков и их комфорт. Такая система подвески с наклоном является решением проблемы. Если дорога не имеет большого возвышения или крена, это не повлияет на комфорт с этой системой подвески, наклон транспортного средства и уменьшение высоты центра тяжести с увеличением устойчивости. Эта подвеска также используется в забавных автомобилях.

В некоторых поездах также используется наклонная подвеска ( Tilting Train ), которая увеличивает скорость при прохождении поворотов.

Механизм коромысла

Коромысла-выдвижная система представляет собой Систему подвески, в которой имеются некоторые продольные рычаги установлен с некоторыми натяжными колесами. Эта подвеска очень гибкая благодаря сочленению ведущей части и толкателей. Такая подвеска подходит для экстремально пересеченной местности.

Такая подвеска использовалась в марсоходе Curiosity.

Гусеничная техника

Некоторые транспортные средства, например поезда, движутся по длинным рельсовым путям, прикрепленным к земле; а некоторые, такие как тракторы, снегоходы и цистерны, движутся по непрерывным гусеницам, которые являются частью транспортного средства. Хотя любой из этих вариантов помогает сгладить путь и снизить давление на грунт, применимы многие из тех же соображений.

Подвеска боевой бронированной машины

Военные боевые бронированные машины (ББМ), включая танки , имеют специальные требования к подвеске. Они могут весить более семидесяти тонн и должны как можно быстрее перемещаться по очень неровной или мягкой земле. Их элементы подвески должны быть защищены от мин и противотанковых средств. Гусеничные ББМ могут иметь до девяти опорных катков с каждой стороны. Многие колесные ББМ имеют шесть или восемь больших колес. Некоторые из них оснащены центральной системой накачивания шин для снижения нагрузки на грунт на плохих поверхностях. Некоторые колеса слишком велики и не могут поворачиваться, поэтому скользящее рулевое управление используется с некоторыми колесами, а также с гусеничными машинами.

Самые ранние танки Первой мировой войны имели фиксированную подвеску без какого-либо расчетного движения. Эта неудовлетворительная ситуация была улучшена с помощью подвески с листовой рессорой или винтовой пружиной, заимствованной из сельскохозяйственной, автомобильной или железнодорожной техники, но даже они имели очень ограниченный ход.

Скорости увеличились за счет более мощных двигателей, а качество езды пришлось улучшить. В 1930-х годах была разработана подвеска Christie , которая позволяла использовать винтовые пружины внутри бронированного корпуса автомобиля, изменяя направление силы, деформирующей пружину, с помощью коленчатого рычага . Т-34 с подвеской»непосредственно произошли от Christie конструкций.

Подвеска Horstmann была вариацией, в которой использовалась комбинация кривошипа и внешних винтовых пружин, которая использовалась с 1930-х по 1990-е годы. Тележки , но тем не менее независимые, суспензии M3 Lee / Grant и M4 Sherman автомобилей были похожи на тип Hortsmann, подвеску с поглощенной в пределах дорожки овальной формы.

Ко Второй мировой войне другим распространенным типом была торсионная подвеска , получающая усилие пружины от скручивающихся стержней внутри корпуса - иногда у нее был меньший ход, чем у типа Christie, но он был значительно более компактным, что позволяло больше места внутри корпуса, что, в свою очередь, возможность установки более крупных колец башни, а значит, и более тяжелого основного вооружения. Торсионная подвеска, иногда с амортизаторами, была доминирующей подвеской тяжелых бронированных автомобилей со времен Второй мировой войны. Торсионы могут занимать место под полом или около него, что может помешать опусканию резервуара для уменьшения воздействия.

Как и в случае с автомобилями, ход колес и жесткость пружины влияют на неровность езды и скорость преодоления пересеченной местности. Важно отметить, что плавный ход, который часто ассоциируется с комфортом, повышает точность стрельбы на ходу. Это также снижает удары по оптике и другому оборудованию. Подрессоренная масса и вес звена гусеницы могут ограничивать скорость на дорогах и влиять на срок службы гусеницы и других ее компонентов.

Большинство немецких полугусениц времен Второй мировой войны и их танки, представленные во время войны, такие как танк Пантера , имели перекрывающиеся, а иногда и чередующиеся опорные колеса, чтобы более равномерно распределять нагрузку по гусенице танка и, следовательно, на земле. Это, по-видимому, внесло значительный вклад в скорость, дальность и срок службы гусеницы, а также обеспечило непрерывную защиту. Он не использовался с конца той войны, вероятно, из-за требований к техническому обслуживанию более сложных механических частей, работающих в грязи, песке, камнях, снеге и льду; а также за счет стоимости. Камни и замерзшая грязь часто застревали между перекрывающими друг друга колесами, что могло помешать им поворачиваться или вызвать повреждение опорных катков. Если бы одно из внутренних опорных катков было повреждено, потребовалось бы снять другие опорные колеса, чтобы получить доступ к поврежденному опорному колесу, что сделало бы процесс более сложным и трудоемким.

Смотрите также

• Процесс проектирования автомобильной подвески
• Стойка Макферсон
• Многорычажная подвеска
• Подвеска на коротких длинных рычагах - также известная как «рычаг A разной длины», один из конструктивных параметров подвески на двойных поперечных рычагах.
• 4-постер - испытательный стенд
• 7-постовый шейкер - испытательный стенд для высокоскоростных автомобилей
• Геометрия рулевого управления Ackermann
• Угол ролика - самоцентрирующееся рулевое управление
• Coilover
• Листовая рессора Corvette - независимая подвеска в сочетании с пластиковой листовой рессорой, армированной поперечным волокном
• Korres P4 - греческий вездеход суперкар с уникальной подвеской
• Магнитная левитация
  • Поезд на магнитной подвеске
• Поездка высота - клиренс автомобиля
• Стойка Oleo - конструкция, используемая в большинстве крупных самолетов , со сжатым газом и гидравлической жидкостью - концептуально аналогична автомобильной Гидропневматической подвеске
• Радиус чистки
• Подвеска на коротких длинных рычагах - также известная как «рычаг A разной длины», один из конструктивных параметров подвески на двойных поперечных рычагах.
• Распорка - разновидность полунезависимой подвески

использованная литература

внешние ссылки

• Как работают автомобильные подвески
• Роберт В. Темпл, Азбука рамы и подвески шасси , сентябрь 1969 г.
• Калькулятор геометрии подвески