Подвеска легковых автомобилей

Разнообразие трансмиссий у современных легковушек удивительно богато; трудно обозреть. А что касается подвески, то здесь дело свелось по сути к нескольким схемам: спереди, как правило, McPherson – и реже конструкция с двойными поперечными рычагами. Тогда как сзади обычно подвеска на сопряженных продольных рычагах; «многорычажка» применяется для автомобилей повыше классом и подороже.

Вот (за редкими исключениями) и все: раз, два – и обчелся. Хотя от ходовой зависит ничуть не меньше, чем от КПП. А может, и поболе… Так что знающий «драйвер» при выборе машины смотрит не столько на дизайн передка (или на оформление интерьера), сколько на конструкцию подвески. И между прочим, прежде всего задней. Ведь с точки зрения держания дороги и управляемости заглавную роль играет именно она: «передняя подвеска – ничто, задняя – все». Как ни странно.

Избыточная, недостаточная

На кривой автомобили ярко проявляют свою индивидуальность. Одни неохотно подчиняются водителю, направляющему машину в вираж, упираются при входе, - а потом норовят увеличить радиус поворота и выкатиться на обочину. О таких автомобилях говорят: у него недостаточная поворачиваемость.

Другие, напротив, с готовностью заруливают в вираж – да еще и сокращают его радиус помимо воли водителя. Забрасывают «корму» и «закручиваются» в поворот – с угрозой перехода в неуправляемое вращение. Автомобиль страдает избыточной поворачиваемостью. Как выражаются пилоты NASCAR, если бьешься об ограждение гоночного «овала» передком, - значит, поворачиваемость недостаточная. А когда «кормой», - избыточная…

Недостаточная поворачиваемость автомобиля …	… и избыточная

Недостаточная, избыточная; а какая поворачиваемость нужна? Смотря кому; для «чайника» лучше легкая недостаточная поворачиваемость – по понятным причинам. Тогда как профессиональные автоспортсмены обычно предпочитают дозированную избыточную, которая позволяет им быстрее проходить виражи. Но только для профи! Управлять автомобилем с избыточной поворачиваемостью сложно и опасно – как ездить на одноколесном велосипеде (исключительная управляемость, но не для каждого). А в общем и целом приветствуется, естественно, нейтральная поворачиваемость, когда машина послушно следует воле водителя и цепко держит заданную траекторию.

От чего же зависит поворачиваемость? От множества обстоятельств, среди которых ключевые роли играют «развесовка» по осям, конструкция и настройка подвески. Установка поперечных стабилизаторов (спереди и сзади). Тип привода – задний или передний. И конечно же, резина – узкая или широкая, под высоким давлением воздуха или умеренным. О «развесовке», типах привода и покрышках разговор отдельный, а теперь речь о подвеске автомобиля. Причем в первую очередь именно о задней.

Эластокинематика

Уже много веков назад конные экипажи оснащали упругой подвеской – для плавности хода, чтобы не вытрясать душу из пассажиров. И первые автомобили унаследовали конструкцию подвески от карет, – само собой, в виде неразрезных осей на продольных (или поперечных) многолистовых рессорах. С тех пор автомобильные подвески проделали немалый путь – до независимых многорычажных с «активными» гидравлическими (гидропневматическими) упругими элементами. Но в сути своей они остались теми же: во-первых, направляющий аппарат (кинематика), во-вторых, упругие элементы. И в-третьих, гасители колебаний, демпферы. Или иначе – амортизаторы.

Если речь о направляющем аппарате, то стОит обратить внимание на гоночные автомобили. Они оснащаются независимой подвеской одного и того же кинематического типа – и спереди, и сзади на двойных поперечных рычагах (ДПР). Конструктивное исполнение разнообразно, но всегда ДПР неравной длины: верхние короче, нижние – длиннее. Любой иной направляющий аппарат в гонках неизбежно уступает 2–рычажному. Понятно, что гоночным «болидам» необходимо безукоризненное держание дороги и прецизионная управляемость. Но ведь и для наших прозаических 4-колесных друзей управляемость тоже не последнее дело.

В частности все тот же вопрос о поворачиваемости автомобиля – избыточной, нейтральной либо недостаточной. «Формульная» подвеска настраивается на поворачиваемость, близкую к нейтральной (с легким уклоном в избыточную). А как подвеска вашей легковушки? Сзади у нее скорее всего так называемые сопряженные продольные рычаги – самая массовая конструктивная схема, простая и недорогая в производстве. Так вот продольные рычаги (сопряженные или независимые) сзади самопроизвольно подруливают – в ту самую сторону! Взгляните на рис.: центробежная сила слегка смещает шасси наружу от виража и тем самым деформирует рычаги и упругие опоры подвески. Немного, конечно, но рычаги неизбежно отгибаются: эластокинематика. Как раз достаточно, чтобы задние колеса отворачивали на 2-3^о в сторону от виража. И поэтому у легковушки вдруг прорезается избыточная поворачиваемость – с известными следствиями.

Разумеется, в принципе мыслимы столь жесткие рычаги (и опоры подвески), что ни деформаций, ни нежелательного подруливания практически не возникает. Как у гоночных «болидов». Однако вряд ли вам понравится ездить на «табуретке» - пусть и с самой что ни на есть нейтральной поворачиваемостью. Интересно, что если перевернуть схему и направить рычаги не назад, а вперед, то их деформация в виражах поменяет знак. Подвеска подруливает, но теперь в сторону недостаточной поворачиваемости. Так лучше, но очень уж корявая получается компоновка (у нее целый ряд минусов). Нет, такое решение не годится – и его никогда не применяли.

Конструкция на продольных рычагах давно привлекает автомобилестроителей своей простотой, но доставляет им немало «головняков». Вплоть до того, что приходится идти на существенное ее усложнение: взгляните на заднюю подвеску новой модели Astra. Инженеры Opel дополнили типовую схему на сопряженных продольных рычагах классическим механизмом Уатта (создатель паровой машины). Такое устройство препятствует отгибанию продольных рычагов под действием центробежной силы и якобы исключает неприятное подруливание. По замыслу, а как по жизни, покажут тест-драйвы; оставайтесь с нами.

Ну а у Renault и вовсе пошли по пути hi-tech: электронногидравлический механизм Active Drive – управляемые задние колеса (Laguna последнего поколения). Зашибись. Как видите, попытки устранить органические недостатки простейшей конструкции ведут к значительному усложнению подвески. Так нужно ли совершенствовать ее любой ценой? Ведь свет клином на (сопряженных) продольных рычагах не сошелся.

Не вдоль, а поперек

Кто сказал, что независимая подвеска конструируется непременно на продольных рычагах? Отчего же не на поперечных? Качающиеся полуоси (разрезной мост), McPherson, на двойных поперечных рычагах. Поскольку рычаги ориентированы не вдоль, а поперек, то центробежная сила не отгибает их в вираже. А значит, и нежелательное подруливание не возникает.

Похоже… Правда, качающиеся полуоси отставим сразу: конструкция предельно простая, но букет особенностей у нее такой, что разрезной мост не применяют со времени фольксвагеновского «жука». Отдельный разговор, в чем там дело; лучше не начинать. Остаются McPherson – и подвеска на ДПР. Их и применяют для задней оси – как с задними ведущими, так и с передним приводом.

Вроде то самое решение. К сожалению, не так просто. Независимая подвеска на поперечных рычагах действительно не шалит под действием центробежной силы. Однако свой особый нрав она проявляет в иных ситуациях: остро реагирует на изменение «газа» (и на тормоз). Скажем, заруливаете вы на коллекционном «корвете» C3 образца 1969 года (с 7-литровой «восьмеркой» ZL-1 и задними ведущими) в поворот и видите, что скорость высоковата. Естественно, прибираете «газ»: мощное торможение литражным двигателем, деформация упругих опор и рычагов. Кинематика задней подвески (на ДПР) релейно меняется. Она доворачивает внешнее заднее колесо¹ наружу от поворота, и ваш аппарат мгновенно переходит от легкой недостаточной поворачиваемости – к выраженной избыточной. В ответ на сброс «газа» автомобиль, как говорят, «ввинчивается» в поворот – в самый неподходящий момент. Неожиданный сюрприз оборачивается (хорошо, если) приземлением на обочине.

Примерно то же самое при попытке тормознуть в вираже: не абсолютно жесткие поперечные рычаги чуть отгибаются на эластичных опорах и шарнирах назад, а колеса слегка доворачиваются туда, куда не надо. Носочки врозь, крайне нежелательное отрицательное схождение задних колес. Пара-тройка градусов – и дело сделано: «чайник» в кювете.

Неразрезная ось

В свете подобных осложнений начинаешь понимать, в чем прелесть старого доброго неразрезного моста. Задняя подвеска с неразрезной осью не подруливает в вираже - ни под действием центробежной силы, ни на торможении (двигателем или еще как). Конечно, если грамотно сконструирована; например, неразрезный мост с так называемым «дышлом» успешно подруливает под действием центробежной силы. Ничуть не хуже, чем независимая подвеска на продольных рычагах…

А под боковым креном автомобиля в вираже неразрезная ось на параллельных направляющих рычагах ведет себя так или иначе – в зависимости от геометрии подвески. Если рычаги наклонены от концов, закрепленных на шасси, к оси вниз (без нагрузки), то под креном она подруливает в сторону избыточной поворачиваемости. Естественно. И наоборот, когда (под нагрузкой) закрепленные на шасси концы рычагов опускаются ниже оси, подвеска подруливает уже в пользу недостаточной поворачиваемости.

Поэтому для автомобилей с неразрезным задним мостом желательны (гидро)пневматические упругие элементы: «корма» не задирается даже без груза – всегда правильное положение направляющих рычагов. В первую очередь для пикапов, у которых изменения нагрузки на заднюю ось особенно велики. И во всяком случае лучше нагружать машину сзади (усаживать пассажиров «волги» 3110 во 2-м ряду) – от греха.

Вдобавок у ведущего неразрезного моста есть специфический минус: изрядные неподрессоренные массы. Главная передача, дифференциал… Крайне невыигрышно – страдает не только плавность хода, но и держание дороги. Скажем, поведение «волги» в виражах с неровным (волнистым) покрытием оставляет желать много лучшего. Другое дело, когда неразрезный задний мост не ведущий («москвич» 2141): излишних неподрессоренных масс нет, и все путем.

Однако же есть сильное решение и для ведущих неразрезных осей: мост de Dion (например, микроавтомобили smart). Колеса связаны жесткой (но легкой) балкой, тогда как главная передача с дифференциалом вынесены на шасси. Полуоси с карданными шарнирами к колесам – и всего делов. Красиво.

Мост Вайсзах

Вернемся к независимой задней подвеске на поперечных рычагах: с одной стороны – с другой стороны. Необходима доработка, чтобы исключить неприятное подруливание на торможении в виражах. Первое приближение к решению нашли 3+ десятка лет назад для замечательной легковушки – Porsche 928. Высокодинамичный автомобиль с независимой задней подвеской на ДПР получил литражную и мощную V-образную «восьмерку», тормозной момент которой (при сбросе «газа») малым не казался. То самое: прибираешь - с перепуга - в повороте «газ», и 928-й вдруг метет «хвостом»…

«Ввинчивание» в вираж в ответ на торможение; инженеров Porsche такой норов заведомо не устраивал. И они предложили остроумную эластокинематику: раз уж избавиться от деформации рычагов и опор нельзя, пусть она работает на пользу дела. Как в старом анекдоте: если видите, что изнасилования все равно не избежать, то постарайтесь расслабиться – и получить удовольствие. Вот и с подвеской.

Окончание обзора автомобильных подвесок

Фото AP, Matra, Opel.

---

¹
Само собой, доворачивается также и внутреннее (по отношению к повороту) колесо – причем в прямо противоположную сторону. Вроде баланс, но не тут-то было. Центробежная сила мощнее нагружает внешнее колесо, которое и определяет поведение автомобиля в вираже. Избыточная поворачиваемость.