Підвіска автомобіля, або система підресорювання — сукупність деталей, вузлів і механізмів, які грають роль сполучної ланки між кузовом автомобіля і дорогою. Входить до складу шасі.
За ДСТУ 2947-94: Підвіска автомобіля — сукупність пристроїв, що сполучають міст чи колеса з рамою (кузовом) автомобіля, призначених для зменшення динамічних навантажень під час руху по нерівностях дороги, що забезпечують передачу всіх сил і моментів, що діють між колесами і рамою (кузовом).ДСТУ 2947-94 Автотранспортні засоби. Підвіски автомобілів. Терміни та визначення.
Підвіска виконує такі функції:
Фізично з'єднує колеса або нерозрізні мости з тримальною системою автомобіля — кузовом або рамою; Передає на тримальну систему сили і моменти, що виникають при взаємодії коліс з дорогою; Забезпечує необхідний характер переміщення коліс відносно кузова або рами, а також необхідну плавність ходу.
Основними елементами підвіски є:
Пружні елементи, які сприймають і передають нормальні (спрямовані по вертикалі) сили реакції дороги, що виникають при наїзді колеса на її нерівності; Напрямні елементи, які задають характер переміщення коліс і їх зв'язку між собою і з тримальною системою, а також передають поздовжні і бічні сили та їх моменти. Амортизатори, які слугують для гасіння коливань тримальної системи, що виникають внаслідок дії дороги.
У реальних підвісках найчастіше один елемент виконує відразу декілька функцій. Наприклад, багатолистова ресора в класичній ресорній підвісці заднього моста сприймає одночасно як нормальну реакцію дороги (тобто, є пружним елементом), так і бічні і подовжні сили (тобто, є і спрямовувальним елементом), а також за рахунок міжлистового тертя виступає як недосконалий фрикційний амортизатор.
Проте в підвісках сучасних автомобілів, як правило, кожну з цих функцій виконують окремі конструктивні елементи, досить жорстко задають характер переміщення коліс відносно несної системи і дороги, що забезпечує задані параметри стійкості і керованості.
Сучасні автомобільні підвіски стають складними конструкціями, що поєднують механічні, гідравлічні, пневматичні та електричні елементи, часто мають електронні системи керування, що дозволяє досягти поєднання високих параметрів комфортабельності, керованості і безпеки.
Історія На підставі археологічних знахідок припускають, що повози з підвіскою існували вже в Стародавньому Римі. Проте, першим транспортним засобом, що безсумнівно використовував підвіску, вважається угорський коч, який з'явився в XV—XVI століттях . Система підвіски коча складалася із шкіряних ременів (пасів) чи залізних ланцюгів, надягнутих між встановленими на осях стійками, на яких й підвішувався за кути кузов. Така ж система застосовувалася довго: наприклад, її можна було зустріти на американських «конкордах» XIX століття . У середині XVIII ст. починають використовувати сталеві ресори (наприклад, на ландо) .
Основні установні параметри підвіски
Колія і колісна база
Колія — поперечна відстань між найвіддаленішими точками плям контакту шин з дорогою. Колія передньої осі може відрізнятися від колії задньої осі.
Колісна база — поздовжня відстань між осями передніх і задніх коліс.
Центри нахилу і вісь нахилу
Центр поперечного нахилу — це уявна точка, розташована у вертикальній площині, яка проходить через центри коліс, і при нахилі автомобіля в кожен конкретний момент часу залишається нерухомою.
Іншими словами, це уявна точка, розташована над уявною віссю, що з'єднує центри передніх або задніх коліс, навколо якої нахиляється автомобіль (в повороті, при проїзді нерівностей, і так далі).
Його розташування визначається конструкцією підвіски. Оскільки спереду і ззаду її конструкція не обов'язково однакова, розрізняють окремо передній і задній центри поперечного нахилу — тобто, передній і задній кінці автомобіля (точніше, його передня і задня підвіски) володіють власними центрами нахилу.
З'єднує передній і задній центри поперечного нахилу лінія — вісь поперечного нахилу. Це та уявна вісь, навколо якої обертається кузов автомобіля при нахилі.
На автомобілях з залежною задньою підвіскою як правило вона досить сильно нахилена вперед (на них передній центр поперечного нахилу зазвичай знаходиться на, або навіть під поверхнею дороги, а задній розташований порівняно високо). На автомобілях з незалежною підвіскою спереду і ззаду вісь поперечного нахилу зазвичай приблизно паралельна поверхні землі і розташована порівняно високо (тим краще, чим ближче до висоти центру тяжіння — про їхні відносини див нижче.).
Центр поперечного нахилу і вісь поперечного нахилу мають дуже великий вплив на керованість автомобіля. При повороті відцентрова сила діє на центр тяжіння автомобіля, і він починає переміщатися навколо осі поперечного нахилу. Чим ближче вісь крену до центру тяжіння автомобіля, тим менше нахиляється автомобіль, що дозволяє проходити повороти на великій швидкості і підвищити комфортабельність.
Як правило, однак, вісь нахилу проходить порівняно низько під центром тяжіння, оскільки через застосування на серійних автомобілях високих рядних двигунів і досить високого розміщення пасажирів в салоні їх центр тяжіння виявляється досить високим. Майже повне суміщення осі поперечного нахилу і центра тяжіння досягається або на низьких спортивних автомобілях, особливо з низькими V-подібними або опозитними моторами (наприклад, задньомоторний «Порше»), або за рахунок особливої геометрії підвіски, що розміщає центр нахилу досить високо (наприклад, передня підвіска Ford Fiesta має центр нахилу, близький до центра тяжіння, а задня напівзалежна — вже ні).
Крім центру поперечного нахилу, виділяють і центр поздовжнього нахилу, який залишається нерухомим в той час, як автомобіль розганяється і гальмує. Як відомо, при розгоні і гальмуванні, особливо різкому, кузов автомобіля нахиляється відповідно назад або вперед.
Тут діють ті ж самі закономірності: чим ближче поздовжній центр нахилу до центру тяжіння, тим менше автомобіль «клює носом» при гальмуванні і «присідає» при розгоні. Саме на цьому ґрунтується принцип дії так званої «протиклювкової геометрії» передньої підвіски — за рахунок особливого нахилу осей важелів підвіски в поздовжній площині досягається досить високе положення центру подовжнього нахилу, при якому він майже потрапляє або максимально наближається до центру тяжіння і автомобіль практично не «клює носом» навіть при дуже різкому гальмуванні.
Параметри установки керованих коліс
Плече обкату
У зв'язку з конструктивними особливостями підвіски автомобіля (наприклад, такими, як розміщення всередині коліс гальмівного механізму і частини деталей підвіски), площина обертання колеса і вісь його повороту в більшості випадків виявляються на певній відстані один від одного. Це відстань, що вимірюється на рівні поверхні землі, і називається плечем обкату.
Таким чином, плече обкату (Scrub Radius) — це відстань по прямій між точкою, в якій вісь повороту колеса перетинається з дорожнім полотном, і центром плями контакту колеса і дороги (в ненавантаженому стані автомобіля). При повороті колесо «обкатується» навколо осі свого повороту з цього радіусу.
Воно може бути нульовим, позитивним і негативним (всі три випадки показані на ілюстрації).
Протягом десятиліть на більшості автомобілів використовувалися порівняно великі позитивні значення плеча обкату. Це дозволяло зменшити зусилля на рульовому колесі при парковці (бо колесо котиться при повороті керма, а не просто проверталось на місці, як при нульовому плечі обкату) і звільнити місце в підкапотному просторі за рахунок виносу коліс «назовні».
Проте з часом стало ясно, що позитивне плече обкату може бути небезпечним — наприклад, при відмові гальм одного боку, проколі однією з шин або порушенні регулювання, кермо починає сильно «рватися з рук». Цей же ефект спостерігається при великому позитивному плечі обкату і при проїзді будь-якої нерівності на дорозі, але плече все ж робили досить малим, щоб при нормальному водінні воно залишалося малопомітним.
Тому починаючи з 70 —80-тих років, у міру збільшення швидкостей руху автомобілів і з розповсюдженням підвіски типу «Макферсон», що допускає це з технічного боку, стали з'являтися автомобілі з нульовим або навіть від'ємним плечем обкату. Це дозволяє мінімізувати описані вище небезпечні ефекти.
Наприклад, на «класичних» моделях ВАЗ плече обкату було позитивним, а на передньопривідному сімействі — стало вже негативним.
Плече обкату визначається не тільки конструкцією підвіски, а й параметрами коліс. Тому при підборі незаводських «дисків» (за прийнятою в технічній літературі термінології ця частина іменується «колесо» і складається з центральної частини — диска і зовнішньої, на яку садиться шина, — обода) для автомобіля слід дотримуватися зазначених заводом-виробником допустимих параметрів, особливо — виліт, оскільки при встановленні коліс з неправильно підібраним вильотом плече обкату може сильно змінитися, що вельми істотно позначається на керованості і безпеці автомобіля, а також на довговічності його деталей.
Наприклад, при установці коліс з нульовим або від'ємним вильотом, при передбаченій заводом-виробником позитивній (наприклад, занадто широкій) площині обертання колеса, зсувається назовні від незмінній при цьому осі повороту колеса, і плече обкату може придбати великі позитивні значення, кермо почне «рватися» з рук на кожній нерівності дороги, зусилля на ньому при парковці перевищує всі допустимі величини, а знос вальниць маточин істотно збільшується.
Розвал і сходження
Розвал — кут нахилу площини обертання колеса, взятий між нею і вертикаллю.
Сходження — кут між напрямком руху і площиною обертання колеса.
Кастер
Кастер, або кастор — це подовжній кут осі повороту колеса, узятий між нею і вертикаллю.
На задньоприводних автомобілях осі повороту передніх коліс завжди нахиляють назад (позитивний кастер). При нахиленій назад осі повороту колесо під час руху саме прагне зайняти положення позаду цієї осі, що створює динамічну стабілізацію. Це можна уподібнити поведінці рояля або офісного стільця (у багатьох європейських мовах таке коліщатко якраз і називається caster, castor або Castor-Rad) — при коченні воно завжди саме займає положення позаду своєї осі. При русі в повороті бічні сили реакції дороги також намагаються повернути колесо у вихідне положення, оскільки прикладаються позаду осі його повороту.
З тієї ж причини вилку переднього колеса на мотоциклах і велосипедах теж завжди нахиляють назад.
Завдяки наявності позитивного кастера задньоприводний автомобіль продовжує їхати прямо при відпущеному кермі, навіть незважаючи на вплив збурюючих сил — нерівностей дороги, бічного вітру і так далі. Колесо, яке має позитивний кастер, намагається зайняти положення, відповідне прямолінійному руху, навіть якщо лопнула одна з тяг кермування.
Звідси випливає досконала неприпустимість при тюнінзі задньоприводних автомобілів надмірно ліфтувати задню підвіску — при цьому кузов разом з віссю повороту передніх коліс нахиляється вперед, і кастер стає нульовим або навіть від'ємним, при цьому ефект динамічної стабілізації передніх коліс змінюється їх динамічною дестабілізацією, що значно ускладнює керування автомобілем і робить його небезпечним. Більшість передніх підвісок автомобілів мають можливість регулювання кастера в невеликих межах для компенсації нормального зносу в процесі експлуатації.
Для передньоприводного автомобіля позитивний кастер менш актуальний, тому що передні колеса вже не вільно котяться, а тягнуть машину за собою. Про те невелике його позитивне значення обов'язково зберігають, для стабільності на прямій, та стійкості при гальмуванні.
Підресорені і безпружинні маси
Безпружинна маса включає в себе масу деталей, вага яких при нерухомому навантаженому автомобілі безпосередньо передається на дорогу (опорну поверхню).
Інші деталі і елементи конструкції, маса яких передається на поверхню дороги не безпосередньо, а через підвіску, відносять до підресорених мас.