Как устроена подвеска автомобиля

Глав­ное сред­ст­во, обес­пе­чи­ва­ю­щее ком­фор­та­бель­ное пре­бы­ва­ние че­ло­ве­ка в автомоби­ле, — это под­ве­с­ка. Давайте разберемся в ис­то­рии раз­ви­тия кон­ст­рук­ций, обес­пе­чи­ва­ю­щих машине плав­ность хо­да.

Под­ве­с­ка — са­мая древ­няя из ме­ха­ни­че­с­ких си­с­тем ав­то­мо­би­ля. За­дол­го до по­яв­ле­ния же­лез­ных ко­ней она об­лег­ча­ла жизнь пас­са­жи­рам эки­па­жей, дви­га­е­мых ко­ня­ми обычны­ми. И уже в те да­ле­кие го­ды со­сто­я­ла из двух ком­по­нен­тов: один из них удержи­вал ко­ле­со, дру­гой от­ве­чал соб­ст­вен­но за ком­форт. Со вре­ме­нем оба усложнились и об­росли до­пол­ни­тель­ны­ми функ­ци­я­ми.

По­ми­мо креп­ле­ния ко­ле­са по­на­до­би­лось кон­тро­ли­ро­вать его пе­ре­ме­ще­ния при прохож­де­нии не­ров­но­с­тей (они в иде­а­ле долж­ны быть стро­го вер­ти­каль­ны­ми) и не только сгла­жи­вать воз­дей­ст­вие не­ров­но­с­тей, но и га­сить воз­ни­ка­ю­щие при этом колеба­ния. Так по­явил­ся за­кон­чен­ный спи­сок «долж­но­ст­ных обя­зан­но­с­тей» современной под­ве­с­ки, ко­то­рый и оп­ре­де­лил ее ком­по­нент­ный со­став. По­ми­мо разнооб­раз­ных ры­ча­гов, кон­тро­ли­ру­ю­щих пе­ре­ме­ще­ние сту­пи­цы, в не­го вхо­дят демпфи­ру­ю­щий (га­ся­щий ко­ле­ба­ния) и уп­ру­гий эле­мен­ты. С опи­са­ния по­след­них и нач­нем.

Уп­ру­гие эле­мен­ты (в со­вет­ской ли­те­ра­ту­ре их все бы­ло при­ня­то име­но­вать рессорными, в ино­ст­ран­ной — springs, то есть пру­жи­на­ми, что на­гляд­но де­мон­ст­ри­ру­ет раз­ни­цу тех­но­ло­гий) в за­ви­си­мо­с­ти от ма­те­ри­а­ла де­лят­ся на ме­тал­ли­че­с­кие (собствен­но рес­со­ры, тор­си­о­ны и пру­жи­ны), ре­зи­но­вые (раз­но­го ро­да «по­душ­ки») и пнев­ма­ти­че­с­кие (раз­лич­ные ем­ко­с­ти в слож­ных си­с­те­мах вро­де си­т­ро­е­нов­ской гидропнев­ма­ти­ки или чи­с­то пнев­ма­ти­че­с­ких си­с­тем).

Ре­зи­но­вые эле­мен­ты в на­ше вре­мя, ско­рее, эк­зо­ти­ка, хо­тя и от­ме­чен­ная в про­шлом уча­с­ти­ем в эпо­халь­ных про­ек­тах вро­де пер­во­го Mini (двух­ры­чаж­ку для Austin Seven с ре­зи­но­вы­ми уп­ру­ги­ми эле­мен­та­ми раз­ра­ба­ты­вал в кон­це 50-х Алекс Мул­тон). А вот о ме­тал­ли­че­с­ких эле­мен­тах как о са­мых рас­про­ст­ра­нен­ных сто­ит по­го­во­рить по­дроб­нее.

Проще некуда

Ли­с­то­вые рес­со­ры — на­и­бо­лее «за­слу­жен­ный» и в чем-то са­мый иде­о­ло­ги­че­с­ки современ­ный уп­ру­гий эле­мент. На­бор изо­гну­тых пла­с­тин, при­со­е­ди­нен­ный к ра­ме шар­ни­ром с од­ной сто­ро­ны и серь­гой с дру­гой, на­гру­жен­ный по­се­ре­ди­не, не на­зо­вешь ни ком­пакт­ным, ни кон­ст­рук­тив­но удоб­ным — рес­сор­ная под­ве­с­ка мо­жет быть толь­ко за­ви­си­мой (что, мяг­ко го­во­ря, не все­гда при­ем­ле­мо), да и на­ст­ра­и­вать ее — мо­ро­ка. За­то тре­ние меж­ду ли­с­та­ми не­пло­хо справ­ля­ет­ся с за­да­чей дем­пфи­ро­ва­ния ко­ле­ба­ний (имен­но по­это­му для пер­вых под­рес­со­рен­ных ка­рет не при­шлось сроч­но изо­б­ре­тать амор­ти­за­то­ры). Так что ка­жу­щи­е­ся без­на­деж­ной ар­ха­и­кой ли­с­то­вые (ча­ще все­го полуэл­лип­ти­че­с­кие) рес­со­ры не толь­ко ус­пеш­но не­сут служ­бу в под­ве­с­ке тя­же­лых (и не очень) гру­зо­ви­ков, не сда­ва­ясь да­же под на­ти­с­ком со­вре­мен­ных пнев­мо­эле­мен­тов, но и яв­ля­ют­ся в оп­ре­де­лен­ном смыс­ле пред­те­чей со­вре­мен­ных пнев­мо- и гидропневмо­с­то­ек.

От «джипов» до F1

Тор­си­он го­раз­до ком­пакт­нее рес­со­ры: вме­с­то на­бо­ра пла­с­тин — ме­тал­ли­че­с­кий стержень, ра­бо­та­ю­щий на скру­чи­ва­ние. По­ми­мо под­ве­с­ки тор­си­о­ны при­ме­ня­ют при пере­да­че вра­ща­ю­ще­го уси­лия на ги­д­ро­уси­ли­тель ру­ле­во­го уп­рав­ле­ния, но сглаживание не­ров­но­с­тей — все-та­ки ко­рон­ная дис­цип­ли­на это­го не­хи­т­ро­го на вид эле­мен­та.

Ха­рак­те­ри­с­ти­ка сжа­тия тор­си­о­на ли­ней­ная, что обе­ща­ет ком­форт пас­са­жи­рам и головную боль кон­ст­рук­то­рам, на­ме­ре­ва­ю­щим­ся до­бить­ся при­лич­ной уп­рав­ля­е­мо­с­ти. От­сю­да и ос­нов­ная спе­ци­а­ли­за­ция тор­си­о­нов — под­ве­с­ка боль­ших вне­до­рож­ни­ков, управ­ля­е­мость ко­то­рых по оп­ре­де­ле­нию не мо­жет быть драй­вер­ской. Есть, впро­чем, и ис­клю­че­ния. Та­кие куль­то­вые ав­то­мо­би­ли, как Porsche 911 (до 1989 го­да вы­пу­с­ка) и Peugeot 205 (зад­няя под­ве­с­ка), об­хо­ди­лись без пру­жин. Да и кон­ст­рук­то­ры са­мых быст­рых го­ноч­ных ав­то­мо­би­лей клас­са «Фор­му­ла-1», вдо­воль на­и­г­рав­шись с пружинами, при­шли-та­ки к тор­си­он­ной под­ве­с­ке. Прав­да, сто­и­мость ком­пакт­ных торси­о­нов, ко­то­рые мож­но раз­ме­с­тить в уз­кой но­со­вой ча­с­ти бо­ли­да, астрономическая…

Про­из­во­ди­те­лям се­рий­ных лег­ко­вых ав­то боль­ше по­нра­ви­лись ви­тые пру­жи­ны — по су­ти тот же тор­си­он, толь­ко «на­мо­тан­ный» на бол­ван­ку (ино­гда с пе­ре­мен­ным ша­гом). Пру­жи­ны ком­пакт­ны, поз­во­ля­ют раз­ме­с­тить вну­т­ри амор­ти­за­тор (что обес­пе­чи­ва­ет ком­пакт­ность все­го уз­ла в це­лом), их ха­рак­те­ри­с­ти­ки до­воль­но про­сто контролировать, из­ме­няя ди­а­метр и шаг вит­ка… Меч­та инже­не­ра-под­ве­соч­ни­ка!

Без колебаний

Ус­т­рой­ст­во, име­ну­е­мое без­на­деж­но тех­ни­че­с­ким сло­вом «амор­ти­за­тор», по-ан­г­лий­ски на­зы­ва­ет­ся shock-absorber, что мож­но воль­но пе­ре­ве­с­ти как «впи­ты­ва­ю­щий удар». Очень точ­ное на­зва­ние!

По­ми­мо то­го что амор­ти­за­то­ры мяг­ко га­сят уда­ры от круп­ных не­ров­но­с­тей, сгла­жи­вая амп­ли­ту­ду пе­ре­ме­ще­ния ав­то­мо­би­ля в пло­с­ко­сти, они еще и «ус­по­ка­и­ва­ют» всю систему под­ве­с­ки, ко­то­рая, ли­шив­шись «шо­ко­во­го аб­сор­бен­та», за­про­с­то до­ве­ла бы и во­ди­те­ля, и пас­са­жи­ров кач­кой до блед­но-зе­ле­но­го со­сто­я­ния.

Тех­ни­че­с­ки амор­ти­за­тор пред­став­ля­ет со­бой ем­кость с дву­мя от­се­ка­ми, раз­де­лен­ны­ми кла­па­ном, про­пу­ск­ная спо­соб­ность ко­то­ро­го и оп­ре­де­ля­ет ха­рак­те­ри­с­ти­ки все­го элемен­та. На од­ну из ка­мер да­вит со­еди­нен­ный со што­ком пор­шень, ко­то­рый пер­вым вос­при­ни­ма­ет «шок». Амор­ти­за­тор­ная жид­кость под дав­ле­ни­ем пе­ре­те­ка­ет в дру­гой от­сек, со­от­вет­ст­вен­но, смяг­чая на­груз­ку на ку­зов (это так на­зы­ва­е­мый ход сжа­тия). При об­рат­ном про­цес­се (ход от­боя) все тот же кла­пан не да­ет пор­ш­ню и што­ку бы­с­т­ро пе­ре­ме­с­тить­ся в ис­ход­ное по­ло­же­ние.

Кон­ст­рук­ций амор­ти­за­то­ров ве­ли­кое мно­же­ст­во. Есть, впро­чем, и не­ко­то­рые ка­но­ны, ко­то­рым ин­же­не­ры сле­ду­ют на про­тя­же­нии де­ся­ти­ле­тий.

Из трубы в трубу

Так, на­при­мер, ги­д­рав­ли­че­с­кие амор­ти­за­то­ры де­ла­ют двух­труб­ны­ми из со­ос­ных цилин­д­ров. Для яс­но­с­ти тер­ми­но­ло­гии на­руж­ный на­зы­ва­ют ре­зер­ву­а­ром. В ци­лин­д­ре пе­ре­ме­ща­ет­ся пор­шень с кла­па­на­ми от­боя и сжа­тия (пе­ре­пу­ск­ной кла­пан). Та­кой же на­бор кла­па­нов име­ет­ся в ниж­ней ча­с­ти ци­лин­д­ра, ко­то­рый за­пол­нен амор­ти­за­тор­ной жид­ко­с­тью, ча­с­тич­но она же на­хо­дит­ся в про­ст­ран­ст­ве меж­ду ци­лин­д­ром и резервуаром. Во вре­мя хо­да сжа­тия жид­кость пе­ре­те­ка­ет из под­пор­ш­не­вой в надпоршне­вую по­лость, а объ­ем жид­ко­с­ти, вы­тес­нен­ный ча­с­тью во­шед­ше­го в нее штока, пе­ре­те­ка­ет в на­руж­ный ре­зер­ву­ар. При от­бое все про­ис­хо­дит в об­рат­ном поряд­ке.

Га­зо­на­пол­не­нные амор­ти­за­то­ры из­го­тав­ли­ва­ют­ся по од­но­труб­ной схе­ме и в си­лу это­го ча­с­то на­зы­ва­ют­ся од­но­труб­ни­ка­ми. Един­ст­вен­ная тру­ба в них ис­пол­ня­ет «пар­тии» и кор­пу­са, и ци­лин­д­ра. Как и в двух­труб­ном слу­чае, дем­пфи­ро­ва­ние про­ис­хо­дит за счет про­хож­де­ния ра­бо­чей жид­ко­с­ти че­рез ог­ра­ни­чен­ные се­че­ния кла­па­нов сжа­тия и отбоя, рас­по­ло­жен­ных на пор­ш­не. А объ­ем жид­ко­с­ти, вы­тес­ня­е­мый што­ком, компенсиру­ет­ся сжа­ти­ем га­за (азот под дав­ле­ни­ем 15–20 кгс/см², ис­пол­ня­ю­щий заодно и функ­цию до­пол­ни­тель­но­го уп­ру­го­го эле­мен­та), на­хо­дя­ще­го­ся над разделитель­ным пор­ш­нем.

Та­кая кон­ст­рук­ция луч­ше от­ра­ба­ты­ва­ет вы­со­ко­ско­ро­ст­ные пе­ре­ме­ще­ния што­ка, аморти­за­тор­ная жид­кость мень­ше на­гре­ва­ет­ся, а по­то­му ме­нее рас­по­ло­же­на к вспенива­нию и ут­рате фи­зи­че­с­­­ких свойств. Прав­да, в про­из­вод­ст­ве од­но­труб­ни­ки доро­же, так как тре­бо­ва­ния к точ­но­с­ти из­го­тов­ле­ния их де­та­лей вы­ше. По­это­му исполь­зу­ют их в ос­нов­ном на ско­ро­ст­ных ав­томобилях и в ав­то­спор­те. В по­след­нем слу­чае ча­с­то при­ме­ня­ют си­с­те­му с до­пол­ни­тель­ным ре­зер­ву­а­ром для га­за — так называ­е­мой ком­пен­са­ци­он­ной ка­ме­рой.

Как уже бы­ло от­ме­че­но, ха­рак­те­ри­с­ти­ки амор­ти­за­то­ров ре­гу­ли­ру­ют­ся на­ст­рой­кой клапа­нов. А по­то­му раз­но­об­раз­ная эле­к­тро­ни­ка и слож­ные ис­пол­ни­тель­ные устройства, кон­тро­ли­ру­ю­щие про­цесс пе­ре­те­ка­ния жид­ко­с­ти из од­ной по­ло­с­ти в другую, сов­сем не ред­кость.