Загальний пристрій автомобіля. Частина 2.

Як влаштована підвіска автомобіля

Основна функція, що виконується підвіскою транспортного засобу, - гасіння навантажень, які виникають, коли колеса автомашини потрапляють у вибоїни або наїжджають на нерівності, що виступають над дорожнім полотном.

Кузов під час руху автомобіля піддається дії різних колибань – поперечних, поздовжніх, кутових та вертикальних. Від їхньої величини залежить комфорт водія та пасажирів.

Окремо слід розглянути те, як пов'язані шасі та кузов будь-якого сучасного транспортного засобу.

Ті, кому хоч раз довелося їздити на возі, знають, як некомфортно таке пересування, особливо за вибоїнами та ямами, адже кріплення коліс у таких «транспортних засобах» жорстке.

Якщо у возі розігнатися, існує ризик, що він просто розвалиться на частини від надлишкових навантажень. У сучасних авто вирішити проблему дозволяє відсутність жорсткого зв'язку між шасі та кузовною частиною.

Добре видно, як влаштовано ходову частину та підвіску на автомобілях, піднятих за допомогою спеціального підйомника. При підйомі колеса злегка провисають за рахунок наявності вільного ходу, що забезпечується спеціальними пружинами та важелями.

Підвіскою називають сукупність механізмів, які забезпечують зв'язок коліс із корпусом автомашини, що передбачає наявність вільного ходу по вертикалі.

Розрізняють два види підвіски, яка буває:

• незалежної - розташовані колеса не закріплені на осі жорстко, при попаданні одного з них у вибоїну або на бугор друге не змінює свого положення;
• залежною – два колеса жорстко кріпляться на вісь, а отже, зміна положення одного з них призводить до відповідної зміни положення другого.

Очевидно, що перший варіант забезпечує більший комфорт водія і пасажирів, що знаходяться в салоні.

При жорсткому кріпленні коліс удари пом'якшують переважно шини, що призводить до розгойдування кузова транспортного засобу під час руху.

Частково вирішують цю проблему ресори (пружини), які гасять більшу частину колибань.

Мінус такої конструкції полягає в розгойдуванні транспортного засобу при русі і колибаннях, що довго зберігаються, які роблять його не таким керованим, а їзду - менш безпечною.

Автомобілі з подібною підвіскою розгойдуються під час руху в різних напрямках, через що стає більш ймовірним «пробою», який виникає, коли збігаються дві складові – поштовх від нерівності на дорозі та робота підвіски через колибання з великою амплітудою.

Сучасні машини оснащуються більш продуманою ходовою частиною. Підвіска складається як з пружних, так і демпфуючих вузлів - амортизаторів, які контролюють роботу пружин і гасять надмірні колибання автомобіля. При наїзді на нерівності пружина стискається, а більшість енергії гаситься демпфером, який перешкоджає її надмірному розтягуванню. Завдяки цьому кількість колибальних рухів обмежена та становить від 0,5 до 1,5 циклу.

Типи незалежних підвісок

МакФерсон

Підвіска МакФерсон (MacPherson) — це найпопулярніший тип незалежної підвіски автомобіля, де амортизаційна стійка є головним несучим та напрямним елементом.

Це проста, компактна та дешева у виробництві конструкція, яку використовують на передній осі більшості сучасних бюджетних автомобілів та авто середнього класу.

Будова підвіски МакФерсон

Конструкція складається з кількох ключових елементів:

• Амортизаційна стійка — поєднує в один вузол телескопічний амортизатор та кручену пружину.
• Нижній важіль — тримає колесо знизу та обмежує його поздовжній і поперечний рух.
• Поворотний кулак — з'єднує стійку та важіль, забезпечуючи поворот колеса.
• Шарова опора — рухомий шарнір між важелем та поворотним кулаком.
• Стабілізатор поперечної стійкості — зменшує нахили (крени) кузова під час поворотів.

Плюси та мінуси системи

Характеристика

Опис

Переваги (Плюси)

• Низька вартість виробництва та обслуговування.
• Компактні розміри, що звільняє місце під капотом для двигуна.
• Мала вага підвіски порівняно з двоважільною системою.

Недоліки (Мінуси)

• Зміна кута нахилу колеса (розвалу) при сильному стисканні.
• Гірша керованість на високих швидкостях та крутих поворотах.
• Високе навантаження на місця кріплення амортизатора до кузова.

Особливості експлуатації

Підвіска МакФерсон є досить надійною, але через погані дороги найчастіше з ладу виходять такі деталі:

• Стійки та втулки стабілізатора — починають стукати першими (заміна кожні 20–40 тис. км).
• Шарові опори та сайлентблоки — зношуються від ударів (заміна кожні 50–80 тис. км).
• Опорні підшипники стійок — з'являється хрускіт при повороті керма.

Висновок:

МакФерсон є ідеальним балансом між ціною комфорту та простотою для міських автомобілів. Для преміальних та спортивних авто частіше обирають складнішу багатоважільну підвісіку (Multi-Link).

Подвійний важіль

Подвійна поперечно-важільна підвіска (Double Wishbone) — це незалежна конструкція підвіски автомобіля, що складається з двох А-подібних важелів (верхнього та нижнього), які забезпечують максимальну стабільність та керованість колеса.

Основні компоненти

• Верхній важіль: А-подібний елемент, кріпиться до кузова та верхньої частини поворотної цапфи.
• Нижній важіль: ширший А-подібний елемент, витримує основні навантаження від дороги.
• Поворотна цапфа (кулак): з'єднує обидва важелі та утримує маточину колеса.
• Амортизатор з пружиною: гасить коливання, проходить крізь простір між важелями.
• Кульові опори: рухомі шарніри, що з'єднують важелі з цапфою.

Переваги та недоліки

Переваги

• Ідеальний розвал: колесо завжди перпендикулярне до дороги при стисканні.
• Чудова керованість: мінімальні крени кузова у поворотах.
• Ефективне поглинання: краще розподіляє бокові навантаження.

Недоліки

• Висока вартість: складна конструкція та багато деталей.
• Велика вага: збільшує безпідресорну масу автомобіля.
• Займає багато місця: складно компонувати під капотом.

Де застосовується

• Спортивні авто та суперкари: завдяки бездоганній стійкості на високих швидкостях (наприклад, у Формулі-1).
• Преміальні седани: для досягнення балансу між плавністю ходу та керованістю.
• Повнорозмірні позашляховики: забезпечує високу міцність під час їзди по бездоріжжю.

Пневматична

Пневматична підвіска — це система регулювання кліренсу та жорсткості підвіски, де замість звичайних пружин використовуються балони зі стисненим повітрям.

Як це працює

• Компресор качає повітря.
• Ресивер зберігає запас повітря.
• Пневмоподушки замінюють пружини.
• Датчики контролюють висоту кузова.
• Блок управління регулює тиск автоматично.

Основні переваги

• Комфорт: висока плавність ходу.
• Кліренс: можливість піднімати/опускати авто.
• Стабільність: кузов не просідає від вантажу.
• Керованість: зменшення кренів у поворотах.

Головні недоліки

• Вартість: дорогі деталі та ремонт.
• Вразливість: боїться бруду, солі, морозу.
• Ресурс: пневмобалони зношуються від тертя.
• Складність: важко діагностувати поломки самостійно.

Гідравлічна

Гідравлічна підвіска — це система, яка регулює висоту кузова та жорсткість за допомогою тиску рідини. На відміну від звичайної підвіски з пружинами, тут роботу виконують гідроциліндри.

Як вона працює

• Гідроциліндри замінюють стандартні амортизатори та пружини.
• Насос качає спеціальну оливу під високим тиском.
• Гідроакумулятори (сфери з газом) пом'якшують удари від дороги.
• Датчики постійно вимірюють відстань від кузова до дороги.
• Блок управління змінює тиск для вирівнювання машини.

Головні переваги

• Ідеальний комфорт: система майже повністю поглинає нерівності.
• Регулювання кліренсу: кузов можна підняти для бездоріжжя або опустити для траси.
• Постійна висота: машина не просідає при повному завантаженні багажника.
• Керованість: мінімальні нахили кузова на різких поворотах.

Основні недоліки

• Висока ціна: обслуговування та компоненти коштують дуже дорого.
• Складність ремонту: мало майстерень вміють правильно її чинити.
• Вразливість: витік рідини може повністю знерухомити автомобіль.

Найвідоміший приклад

Найбільшого успіху у цій технології досягла компанія Citroën зі своєю легендарною системою Hydractive. Також схожі системи (часто гідропневматичні або комбіновані) використовують Mercedes-Benz (ABC system), Lexus та деякі суперкари для підйому передньої осі перед перешкодами.

Гвинтова підвіска (койловери)

Гвинтова підвіска (койловери, англ. Coilover) — це регульована автомобільна амортизаційна стійка в зборі з пружиною, яка дозволяє вручну змінювати висоту дорожнього просвіту (кліренсу), а у просунутих моделях — жорсткість та хід підвіски.

Цей елемент є ключовим інструментом для тюнінгу, автоспорту (дрифту, трек-днів) та покращення керованості автомобіля.

Конструкція та принцип роботи

Назва походить від англійського "coil spring over shock" (пружина навколо амортизатора).

• Різьба на корпусі: Головна особливість — наявність зовнішньої різьби на корпусі амортизатора.
• Регулювальні гайки: Обертанням спеціальних опорних шайб (гайок) вгору або вниз по різьбі змінюється ступінь стиснення пружини або положення корпусу, що безпосередньо трансформує висоту кузова.

Порівняння типів гвинтової підвіски

Характеристика

Регулювання кліренсу

Однорегульовані койловери (Type A)

• Опусканням/підняттям нижньої опорної тарілки пружини.

Повнорегульовані койловери (фултапи / Type B)

• Зміною довжини самої стійки (вкручуванням корпусу в нижній сапожок).

Вплив на пружину

Однорегульовані койловери (Type A)

• Зміна висоти змінює переднатяг пружини та хід амортизатора.

Повнорегульовані койловери (фултапи / Type B)

• Кліренс змінюється без зміни переднатягу пружини та ходу штока.

Жорсткість

Однорегульовані койловери (Type A)

• Фіксована (залежить від стиснення).

Повнорегульовані койловери (фултапи / Type B)

• Може регулюватися окремо (клапанами обгону оливи).

Ціна

Однорегульовані койловери (Type A)

• Бюджетніший варіант.

Повнорегульовані койловери (фултапи / Type B)

• Дорожчі, професійні системи.

Головні переваги

• Керованість: Зниження центру ваги зменшує крени кузова у поворотах і присідання під час розгону чи гальмування.
• Точне налаштування: Можливість виставити ідеальну висоту під конкретні диски, гуму або завдання (трек/місто).
• Розподіл ваги: На професійних стендах можна налаштувати вагу автомобіля по кожному колесу окремо (Corner Balancing).
• Спортивний вигляд: Естетичне заниження автомобіля (Stance культура).

Недоліки та нюанси

• Втрата комфорту: Підвіска стає значно жорсткішою, дрібні нерівності дороги відчуваються сильніше.
• Обслуговування: Різьба на стійках схильна до забруднення, корозії та закисання. Потребує регулярного чищення та змащення.
• Ресурс: Спортивні компоненти зазвичай мають менший термін служби в умовах поганих доріг порівняно зі стоковою підвіскою.
• Ціна установки: Після кожного регулювання висоти обов'язково потрібно робити процедуру розвалу-сходження.

Підвіски з штовхачем та тягою

Підвіски з штовхаючою штангою (Push-rod) та тяговою штангою (Pull-rod) — це високоефективні типи незалежних підвісок, де амортизатор і пружина винесені всередину кузова, а зусилля від колеса передається за допомогою спеціальної штанги та поворотного важеля (рокера).

Ці схеми найчастіше використовуються у гоночних автомобілях (наприклад, у Формулі-1) та суперкарах для покращення аеродинаміки та зниження безпідресорених мас.

Порівняльна таблиця: Push-rod проти Pull-rod

Характеристика

Принцип роботи

Підвіска з штовхачем (Push-rod)

• Колесо йде вгору /штанга стискає рокер

Підвіска з тягою (Pull-rod)

• Колесо йде вгору /штанга тягне рокер

Розташування вузлів

Підвіска з штовхачем (Push-rod)

• Амортизатори розташовані зверху носової частини

Підвіска з тягою (Pull-rod)

• Амортизатори розташовані знизу біля днища

Центр ваги

Підвіска з штовхачем (Push-rod)

• Трохи вищий

Підвіска з тягою (Pull-rod)

• Максимально низький

Аеродинаміка

Підвіска з штовхачем (Push-rod)

• Штанга створює повітряні збурення вище

Підвіска з тягою (Pull-rod)

• Чистіший потік повітря у верхній зоні

Обслуговування

Підвіска з штовхачем (Push-rod)

• Просте, швидкий доступ

Підвіска з тягою (Pull-rod)

• Складне, доступ знизу або через люки

Підвіска з штовхачем (Push-rod)

• Конструкція: Штанга кріпиться до нижнього важеля біля колеса і йде по діагоналі вгору до рокера у верхній частині кузова.
• Робота: При наїзді на нерівність колесо піднімається, штанга працює на стискання і штовхає коліно (рокер), яке стискає пружину.
• Переваги: Висока жорсткість конструкції на стискання, зручний доступ для механіків для налаштування жорсткості підвіски.

Підвіска з тягою (Pull-rod)

• Конструкція: Штанга кріпиться до верхнього важеля біля колеса і йде по діагоналі вниз до рокера, розташованого біля самої землі.
• Робота: При підйомі колеса штанга працює на розтягування і тягне за собою рокер, який активує горизонтально або вертикально встановлений амортизатор.
• Переваги: Оскільки важкі елементи (амортизатори) лежать на підлозі кокпіта, значно знижується центр ваги автомобіля. Сама штанга може бути тоншою, бо метал краще працює на розтягнення, ніж на злам при стисканні.

Висновок

Головна відмінність полягає у напрямку сили у штанзі (стискання у Push-rod проти розтягування у Pull-rod) та висоті розміщення амортизаторів, що безпосередньо впливає на аеродинаміку та центр ваги гоночного боліда.

Як влаштована ходова частина, провідного моста автомобіля ми розглянемо у наступній статті. Частина 3.