Энергоемкая подвеска что это
Машины с энергоемкой подвеской: рейтинг
Детали и узлы демпфирующего устройства испытывают повышенную нагрузку при эксплуатации машины в российских условиях. Подвижность соединений, вибрация и частые удары способствуют быстрому износу конструкции. Поэтому автомобиль с надежной подвеской ездит не один год без дорогого обслуживания и ремонта. Наибольшей популярностью в России пользуются недорогие автомобили с энергоемкими подвесками из ТОП-рейтинга.
Жесткость демпфирующего устройства машины влияет на ходовые качества. Автомобили с энергоемкой подвеской обеспечивают плавный ход и комфортные условия вождения. Мягкую упругую конструкцию обычно имеют внедорожники и кроссоверы.
В чем преимущества энергоемких подвесок в автомобилях
Демпфирующее устройство предназначено для гашения толчков и вибрации со стороны поверхности дороги. Конструкция включает детали и узлы с упругими свойствами, защищающие кузов от ударов.
Подвеска заднеприводного авто
Список преимуществ энергоемкой подвески автомобиля:
Недостаток демпфирующей конструкции мягкого типа – в сниженной управляемости при высокой скорости и на поворотах. В автомобилях с энергоемкой подвеской возможен также крен кузова машины при неравномерной нагрузке. Износ деталей со временем ухудшает упругие свойства, увеличивает жесткость конструкции. Снижается комфорт вождения из-за тряски и вибрации в салоне авто.
Как определить энергоемкость подвески
На ровных городских пркрытиях упругое устройство машины не испытывает больших нагрузок. Но на плохой дороге тряска увеличивается, и жесткая демпфирующая конструкция хуже защищает кузов от ударов, чем энергоемкая подвеска. Поэтому в ТОП-рейтинге внедорожников и кроссоверов обычно мягкий демпфер.
Подвеска Мерседес GLK 350
Основные признаки энергоемкости упругого устройства:
Подвеска автомобиля определяет комфорт и безопасность вождения на любом типе дорожного покрытия. Энергоемкость упругого устройства зависит от способности хорошо поглощать силу внешнего удара. Основной элемент подвески, гасящий колебания – амортизатор с пружиной. Этот автомобильный узел мягко воспринимает и преобразует большую часть энергии удара при наезде на неровность дороги.
Рейтинг лучших моделей авто с энергоемкими подвесками
Детали и узлы демпфирующего устройства испытывают повышенную нагрузку при эксплуатации машины в российских условиях. Подвижность соединений, вибрация и частые удары способствуют быстрому износу конструкции. Поэтому автомобиль с надежной подвеской ездит не один год без дорогого обслуживания и ремонта. Наибольшей популярностью в России пользуются недорогие автомобили с энергоемкими подвесками из ТОП-рейтинга.
Kia Sorento Tuning Offroad
Список критериев, по которым выбирают саму машину:
Кроссоверы
Рейтинг лучших на рынке моделей с энергоемкой подвеской:
Кроссоверы – экономичные машины, которые чаще обеспечивает хорошую управляемость, чем проходимость.
Внедорожники
Рейтинг лучших моделей с энергоемкой подвеской:
При выборе внедорожника также обращают внимание на комфорт и стильный внешний вид авто.
Что такое на самом деле энергоемкая подвеска
Описывая те или иные процессы, происходящие в автомобиле, как правило, используются не только красивые обороты речи, но и, порой, не очень понятные простому обывателю словосочетания. Например, энергоемкость подвески. Что это такое и на что влияет, простыми словами объясняет портал «АвтоВзгляд».
Подвеска — это связующий элемент между колесами автомобиля и его несущей частью. От типа и настройки подвески зависит то, как будет вести себя машина на асфальте, на проселке и бездорожье. Конструкция подвески определяет, будет ли он одинаково комфортен на хороших и плохих дорогах или же эти характеристики будут разниться в зависимости от типа дорожного покрытия. В конце концов, от подвески зависит, насколько автомобиль точен в управлении и азартен в езде. В общем, как вы поняли, это весьма важный, сложный и дорогостоящий элемент любого транспортного средства, требующий внимания и должного ухода.
Типов подвесок достаточно много: торсионная, пружинная, рессорная, двухрычажная, многорычажная, зависимая… Однако в современных легковых автомобилях чаще всего используют три типа: независимую «Макферсон», независимую на двойных поперечных рычагах (в том числе и многорычажки) и, конечно же, полузависимую со скручивающейся балкой. Впрочем, конструктив самих подвесок, чтобы понять, что такое энергоемкость, нам сейчас не интересен. А вот пружины и амортизаторы, которые непосредственно отвечают за комфорт пассажиров, — наши пациенты.
Начнем с того, что пружины и амортизатор — парный элемент. То есть один без другого не работает от слова совсем, и подбираются они с учетом характеристик обоих. Пружины, например, помимо того, что смягчают толчки и удары, определяют и дорожный просвет автомобиля, и то, насколько быстро с целью не потерять управление, после отскока, скажем, при попадании на выпуклую неровность, колесо будет возвращаться на дорожное полотно. Чем мягче пружина, тем она лучше поглощает энергию удара. Однако этот процесс сопровождается постоянными колебаниями, которые сами по себе не затухают, потому как дороги не идеально ровные. А если мы говорим о проселке, то на одних пружинах тут и вовсе далеко не уедешь. И тут на помощь приходят амортизаторы.
Роль амортизаторов стабилизировать колебание пружины, или по-другому, погасить их. Ко всему прочему, амортизаторы «скругляют» толчки и удары подвижных элементов шасси — подвески, колес. В общем, снова про комфорт.
Так вот энергоемкость подвески — это и есть способность пружин и амортизаторов поглощать и рассеивать энергию удара. Чем динамическая энергоемкость этих элементов выше, тем комфортабельней ведет себя автомобиль на неровностях.
Как правило, подвеска внедорожников наиболее энергоемкая. Ведь ей нужно отрабатывать более мощные удары на бездорожье и оставаться крепкой. Подвеске же автомобиля, проживающего свою жизнь в городе, такой запас энергоемкости попросту не нужен. Именно поэтому легковушки, кажущиеся исключительно комфортными на асфальте, начинают издавать страшные звуки при проезде ходом лежачих полицейских, корней, неровного асфальта и ухабов, встречающихся на проселке.
Что такое на самом деле энергоемкая подвеска
Подвеска — это связующий элемент между колесами автомобиля и его несущей частью. От типа и настройки подвески зависит то, как будет вести себя машина на асфальте, на проселке и бездорожье. Конструкция подвески определяет, будет ли он одинаково комфортен на хороших и плохих дорогах или же эти характеристики будут разниться в зависимости от типа дорожного покрытия. В конце концов, от подвески зависит, насколько автомобиль точен в управлении и азартен в езде. В общем, как вы поняли, это весьма важный, сложный и дорогостоящий элемент любого транспортного средства, требующий внимания и должного ухода.
Типов подвесок достаточно много: торсионная, пружинная, рессорная, двухрычажная, многорычажная, зависимая… Однако в современных легковых автомобилях чаще всего используют три типа: независимую «Макферсон», независимую на двойных поперечных рычагах (в том числе и многорычажки) и, конечно же, полузависимую со скручивающейся балкой. Впрочем, конструктив самих подвесок, чтобы понять, что такое энергоемкость, нам сейчас не интересен. А вот пружины и амортизаторы, которые непосредственно отвечают за комфорт пассажиров, — наши пациенты.
Начнем с того, что пружины и амортизатор — парный элемент. То есть один без другого не работает от слова совсем, и подбираются они с учетом характеристик обоих. Пружины, например, помимо того, что смягчают толчки и удары, определяют и дорожный просвет автомобиля, и то, насколько быстро с целью не потерять управление, после отскока, скажем, при попадании на выпуклую неровность, колесо будет возвращаться на дорожное полотно. Чем мягче пружина, тем она лучше поглощает энергию удара. Однако этот процесс сопровождается постоянными колебаниями, которые сами по себе не затухают, потому как дороги не идеально ровные. А если мы говорим о проселке, то на одних пружинах тут и вовсе далеко не уедешь. И тут на помощь приходят амортизаторы.
Роль амортизаторов стабилизировать колебание пружины, или по-другому, погасить их. Ко всему прочему, амортизаторы «скругляют» толчки и удары подвижных элементов шасси — подвески, колес. В общем, снова про комфорт.
Так вот энергоемкость подвески — это и есть способность пружин и амортизаторов поглощать и рассеивать энергию удара. Чем динамическая энергоемкость этих элементов выше, тем комфортабельней ведет себя автомобиль на неровностях.
Как правило, подвеска внедорожников наиболее энергоемкая. Ведь ей нужно отрабатывать более мощные удары на бездорожье и оставаться крепкой. Подвеске же автомобиля, проживающего свою жизнь в городе, такой запас энергоемкости попросту не нужен. Именно поэтому легковушки, кажущиеся исключительно комфортными на асфальте, начинают издавать страшные звуки при проезде ходом лежачих полицейских, корней, неровного асфальта и ухабов, встречающихся на проселке.
Элементы подвески глазами механика
Честно признаться, написать этот текст я собирался достаточно долго.
Просто есть и остаются «за» и «против». С одной стороны, абсолютное большинство автолюбителей — пользователей драйва, имеют очень примитивное представление о работе подвески автомобиля (без обид). С другой стороны, любая инициатива наказуема, и попытка объяснить что-то с позиции здравого смысла обязательного вызовет бурление со стороны диванных экспертов и капитанов «плавали — знаем».
Поэтому давайте договоримся на берегу: каждый при своем мнении, хорошо? Я совершенно не считаю себя гуру автомобильных подвесок, у меня есть только довольно скромный опыт моих собственных автомобилей, и свою позицию я не навязываю никому. Но у меня есть определенное образование, позволяющее иметь обоснованное мнение по данному вопросу.
По научной специальности я механик, не «механик-автослесарь», а исследователь в области данного раздела физики. Для меня понятия «жесткость», «прочность», «упругость» — это очень конкретные, четко определенные вещи. В пользовательской среде на этот счет масса милых заблуждений, как сутевых, так и терминологических. Есть специальная литература, в которой все это, я уверен, можно прочитать. Сам я не читал, хотя конкретные книги в свободном доступе есть — но я и не собираюсь подвеску проектировать с нуля. Уверен, что занимаюсь изобретением велосипеда, но иногда такой путь нагляднее и понятнее.
Я только хочу внести смысловую ясность в вопрос, занимающий многих автовладельцев: пружины и амортизаторы. Но сначала договоримся о терминах:
Геометрический ход подвески — кинематически возможное перемещение колеса от крайней нижней до крайней верхней точки. Определяется конструкцией рычагов, наличием отбойников и ограничителей. Чем ровнее предполагаемое покрытие дороги — тем меньше ход подвески нужен.
Энергоемкость подвески — способность подвески поглощать и рассеивать энергию удара (быстрого сжатия).
«Жесткая подвеска» — подвеска, которая не поглощает удары полностью, а передает их на кузов.
«Мягкая подвеска» — подвеска, которая практически полностью поглощает удары.
Пробой подвески — следствие недостаточной энергоемкости, когда энергия удара не поглощается подвеской, а подвеска достигает геометрического предела хода.
На самом деле, закон Гука несколько сложнее, но представим, что мы живем в идеальном мире. В этом идеальном мире пружина сопротивляется сжатию и растяжению одинаково, жесткость ее постоянна (то есть зависимость линейна), а все деформации упругие (то есть после снятия нагрузки пружина возвращается к исходной длине, независимо от количества циклов нагрузки-разгрузки). На графике это можно представить так.
Еще одно важное обстоятельство: любое изменение длины происходит МГНОВЕННО при изменении усилия.
Именно так ведет себя идеально-упругий элемент механической модели — элемент Гука. Реальная автомобильная пружина имеет несколько важных отличий.
Во-первых, она является пружиной сжатия. В свободном состоянии имеет некоторую длину, при установке на автомобиль сжимается под его весом, далее при работе подвески постоянно сжата. Растягивающих усилий не воспринимает в силу конструкции узлов крепления: пружина и спереди (на стойке) и сзади (между лонжероном/стаканом и рычагом) установлена враспор. Соответственно, диапазон работы пружины ограничивается.
Во-вторых, линейных материалов не существует, а автомобильные пружины специально делаются нелинейными за счет переменного шага витков. Коэффициент жесткости k — назовем его так — при этом перестает быть постоянной величиной. Это означает, что график принимает изогнутый вид.
Теперь перейдем к другому графику: зависимости жесткости от изменения длины.
Этот сложнее, давайте рассмотрим его подробно. В свободном состоянии пружина имеет некоторую жесткость. Если начать пружину растягивать (нас это мало интересует, но тем не менее), то ее жесткость начнет возрастать, пока не произойдет разрыв. Жесткость упадет до нуля, а дальнейшее удлинение будет происходить без сопротивления. На графике этот кусок непропорционально короткий, на самом деле зона растяжения по длине равна зоне сжатия — спасибо за дополнение IRomanoff.
Если пружину установить на автомобиль, то она под его весом сожмется на некоторую величину, лежащую внутри зоны нормального рабочего хода. Продолжая сжимать пружину, мы постепенно заведем ее в зону возникновения пластических (неупругих) деформаций. Если в этот момент пружину разгрузить, то ее исходная длина восстановится не полностью, а только частично. Длительная работа в таком режиме (на перегруженных машинах, например) приводит к накоплению остаточных деформаций и известному явлению просадки пружин.
Возможный рабочий ход заканчивается в точке геометрического предела сжатия, когда подвеска упирается в отбойник и не дает больше сжимать пружину. Если продолжать сжимать пружину (уже вне подвески либо без отбойников), то мы достигнем механического предела сжатия. При этом либо витки упрутся друг в друга, либо витки лопнут.
Таким образом, любая пружина характеризуется двумя параметрами: величиной нормального рабочего хода и средней жесткостью в течение рабочего хода.
Аналогичную диаграмму удобно было бы использовать для графического представления характеристик пружин. Ограничимся только зоной нормального рабочего хода. Например:
По-моему, вполне наглядно.
Теперь представим себе, что никакого амортизатора у нас нет, а в подвеске только пружина. Как скажется на работе подвески изменение ее параметров?
Если рабочий ход пружины будет больше геометрического хода подвески — ничего страшного не произойдет. Фактически, это и есть условие длительной надежной эксплуатации пружины. Другой вопрос, что большой рабочий ход подразумевает большое количество витков, а их не всегда есть возможность разместить при максимальном сжатии. Именно поэтому для особо тесных случаев пружины делают с переменным диаметром навивки.
Если рабочий ход пружины будет меньше геометрического хода подвески — пружина быстро продавится, так как часто будет выходить в неупругую зону. Именно поэтому НЕЛЬЗЯ пилить витки пружин! Каждый виток дает свой вклад в общий ход, пропорционально их числу. Скажем, если Вы уберете один виток из пяти, то ход пружины снизится на 20%, а общая жесткость на 20% вырастет. Но на те же 20% приблизится предел упругой работы, и при нагрузках она будет чаще уходить в зону неупругих дефораций.
Если жесткость пружины будет ниже, чем требует вес автомобиля или скорость прохождения неровностей, то она быстро просядет.
Если жесткость пружины будет выше, чем требует вес автомобиля, то подвеска будет ощущаться как жесткая, так как изменения усилия в пружине не будут вызывать существенных изменений длины. Такая пружина работает практически как жесткий стержень.
Еще пара слов об автобафферах. Они частично выключают из работы один из витков пружины. При этом рабочий ход пружины пропорционально сокращается, а жесткость сохраняется почти без изменений. Со стороны пользователя это воспринимается как более собранное поведение подвески, хотя достигнуто оно только путем снижения энергоемкости.
Если бы в подвеске стояли только упругие элементы, то при прохождении неровностей машина совершала бы больше одного качания, что в свою очередь чревато потерей контакта колеса с дорогой. Поэтому в подвеске обязательно присутствует вязкий элемент — амортизатор. Его задача — поглощать энергию колебаний, как вследствие работы подвески, так и инерционных сил, действующих на кузов.
Вязкостью в механике называется параметр, связывающий скорость сжатия с усилием:
Проще говоря, идеально вязкий элемент (элемент Ньютона) не оказывает никакого сопротивления сжатию, если скорость сжатия бесконечно мала, и наоборот, при бесконечно быстром сжатии оказывает бесконечно большое сопротивление.
Как это работает в реальном амортизаторе, знают, наверное, все: внутри цилиндра ходит поршень с отверстием. Цилиндр с обеих сторон поршня заполнен маслом. При движении поршня масло должно перетекать с одной стороны на другую. Если масло густое, а отверстие маленькое — этот процесс требует времени, общая вязкость амортизатора будет большой. И наоборот, соответственно. Картинок в википедии полно.
Здесь и далее я буду пользоваться термином «вязкость амортизатора», хотя всем привычнее «жесткость». Жесткость легко спутать с пружиной, кроме того, в случае амортизатора, это не совсем корректно.
Что все это значит для конечного пользователя? Вязкий амортизатор при быстром сжатии-растяжении превращается в жесткую палку, невязкий амортизатор практически не оказывает сопротивления сжатию-растяжению.
Помимо вязкости, у амортизаторов есть еще один параметр — ход, максимально возможное перемещение поршня. В отличие от пружин, жесткость и рабочий ход которых являются независимыми параметрами, у амортизаторов они связаны. То есть, чем больше ход при сжатии, тем больше сопротивление.
Поясню на примере. У вас установлен невязкий амортизатор с большим ходом. Вы проезжаете неровность на асфальте, высотой в 1 сантиметр, с постоянной скоростью 60 км/ч. Для амортизатора это ерундовое сжатие, он будет сжиматься практически без сопротивления — то есть для данного препятствия его вязкость близка к нулю.
А теперь вы проезжаете бугор в 10 сантиметров с той же скоростью. Получается, что колесо и подвеска должны получить за то же самое время в 10 раз большее перемещение, соответственно и скорость сжатия возрастает в 10 раз, и сопротивление амортизатора становится в 10 раз больше.
Рабочий ход НИКОГДА не должен быть меньше геометрического хода подвески. Представим себе, что мы сняли пружину и оставили только амортизатор. В этом случае шток амортизатора через поршень упрется в его дно, и весь вес автомобиля будет приложен к штоку. В общем-то, это не так страшно, однако во избежание повреждения клапанов на рычагах ставят ограничители хода сжатия.
А теперь поднимем машину. Подвеска идет вниз, преодолевая сопротивление сайлентблоков. Через некоторое время колесо и рычаги повиснут на амортизаторе. Вот это уже куда опаснее, так как сейчас на разрыв работает крепление штока к поршню. Если оно не выдержит — амортизатор порвется и просто перестанет работать. Веса колеса для этого недостаточно, но если добавить еще усилие от пружины, то проблем не избежать.
Попробуем представить графически параметры амортизаторов.
Самый вязкий амортизатор нужен автомобилю, который в принципе с неровностями не сталкивается, для которого принципиальна стабильность кузова — для гоночного автомобиля. На мельчайших неровностях такой амортизатор создаст ощущение стиральной доски. При прохождении даже мелких неровностей на скорости — колесо будет отрываться от земли. Зато никакого раскачивания и кренов в поворотах.
Самый мягкий амортизатор нужен самому легкому автомобилю с максимальным ходом подвески — ему нужно, что подвеска успевала отрабатывать неровности рельефа, при этом даже небольшое сопротивление для его веса будет заметно.
Чем тяжелее автомобиль — тем более вязкий амортизатор ему нужен.
Я намеренно не хочу лезть в достижения прогресса в этой области. Одно- и двухкамерные, масляные и газомасляные, с переменной вязкостью и все прочее оставим производителям. Основной принцип работы у них один.
Два вышеупомянутых элемента в подвеске соединены параллельно — то есть к ним прикладывается равное усилие от веса автомобиля и реакции покрытия, а уже они делят его между собой. Задача пружины — воспринимать усилие. Задача амортизатора — регулировать скорость деформирования. В механике такое соединение известно под названием вязко-упругой модели Кельвина-Фойгта.
Данная модель описывается дифференциальным уравнением, которое в обозначениях школьной физики выглядит так:
Данная модель имеет зависимость от скорости нагружения, поэтому рассмотрим два крайних случая. При бесконечно медленном нагружении, вязкий элемент не оказывает никакого сопротивления, вся нагрузка воспринимается упругим элементом. При бесконечно быстром нагружении вязкий элемент становится бесконечно жестким, упругий элемент в работу не включается вовсе. Однако через некоторое время нагрузка постепенно перераспределяется на упругий элемент, а вязкий из работы выключается. Вот и все.
Из этого уравнения следует еще одна важная диаграмма.
Из-за наличия вязкости деформирование становится нелинейным — при приложении усилия сжатие начинается не сразу, а при снятии усилия — не сразу начинается обратный ход. Петля, которая получается, называется петлей гистерезиса. Чем больше ее площадь, тем больше энергии поглотит подвеска, тем меньше перейдет на кузов вследствие удара.
Анализ этой диаграммы показывает, что в целях повышения энергоемкости нужно увеличивать площадь гистерезиса. Очевидно, что для этого либо следует увеличить кривизну (увеличив вязкость), либо увеличить ход. Проблема в том, что увеличивая вязкость вы, наоборот, уменьшаете ход при прочих равных (той же скорости прохождения препятствия). Поэтому для повышения энергоемкости нужно выбирать амортизатор с умеренной вязкостью, но большим ходом.
Как эта связка работает в машине? Вы поставили новую подвеску, опустили машину на колеса. Через несколько мгновений пружина приняла на себя полностью ее вес.
При проезде ям подвеска должна увеличить длину. Если вязкость амортизатора низкая, то пружина за счет упругости легко это сделает. Если вязкость большая, то он сработает как растянутый жесткий стержень и не даст колесу достичь покрытия. При этом машина движется вперед, колесо летит над дорогой.
Еще один важный момент: комфортность передвижения. Комфортной будет подвеска, которая проглатывает все неровности и не передает их на кузов, однако такая подвеска плохо сопротивляется раскачиванию и наклону кузова при прохождении поворотов. Особенно это заметно в случае высоких и тяжелых автомобилей.
Частично эту проблему решает использование амортизаторов с переменной жесткостью в различных направлениях, это позволяет и сохранить мягкость при первом цикле, и быстро погасить колебания при последующих.
У подвески две задачи: проглатывать неровности и сохранять управляемость. К сожалению, как это часто бывает, способы их решения противоположны. Энергоемкая, комфортная подвеска, будет валкой на дороге. Жесткая подвеска с хорошей управляемостью будет долбить в позвоночник. Попробую коротко резюмировать весь текст.
Для плохих дорог необходима энергоемкая подвеска. Энергоемкость повышается в первую очередь за счет величины рабочего хода пружины, чем больше ход, тем комфортнее подвеска.
Чем меньше вязкость амортизатора, тем проще подвеске постоянно сохранять контакт колеса с дорогой. При этом увеличивается склонность машины к раскачиванию вследствие инерционных сил.
Вязкие амортизаторы предотвращают раскачивание вследствие инерционных сил, однако ухудшают условия контакта колеса с НЕРОВНОЙ дорогой, так как не дают подвеске отрабатывать неровности.
На идеально ровных покрытиях вязкие амортизаторы, наоборот, обеспечивают плотный контакт колеса с дорогой за счет большей жесткости подвески в целом.
Один и тот же амортизатор для тяжелого автомобиля будет менее жестким, а для легкого более жестким.
Рекомендации по подбору элементов
Рабочий ход пружины не должен быть меньше геометрического хода подвески.
Рабочий ход амортизатора ни в коем случае не должен быть меньше рабочего хода пружины.
Жесткость пружины должна быть подобрана исходя из веса автомобиля и нагрузок на подвеску от дорожного покрытия так, чтобы максимально полно использовался ее рабочий ход.
Вязкость амортизатора должна быть подобрана исходя из веса автомобиля и рабочего хода пружины так, чтобы во всем диапазоне ускорений подвески пружина успевала сжиматься.
А самый главный вывод такой:
Пружина и амортизатор — это подобранная ПАРА элементов, изменение параметров одного из них приведет к дестабилизации работы подвески, и от балды этого делать нельзя.
Очень жаль, что производители автозапчастей, в особенности тюнинга, не снабжают свою продукцию конкретными графиками и числовыми показателями, а ограничиваются только маркетинговыми фразами и описанием инновационных технологий.
Надеюсь, что данный материал кому-нибудь пригодится и поможет на базовом уровне понять закономерности работы автомобильной подвески.
При копировании прошу ссылаться на меня — все написанное это хоть и примитивное, но самостоятельное исследование.
UPDATE: как я и предполагал, не прошло нескольких часов, как набежала толпа специалистов, которые принялись кричать, что, мол, примитив, школьная истина, пацаны на районе давно ушли вперед. На здоровье.
Я закрываю комментарии, потому что выслушивать колкости за собственный добровольный труд мне не интересно.