Подвеска на двойных поперечных рычагах

Подвеска на двойных поперечных рычагах появилась еще в
далеком 1935 году и с тех пор считается идеалом независимой подвески. Их
«коньком» является обеспечение постоянного и полного контроля над колесом.
Двойные поперечные рычаги позволяют всегда поддерживать колесо строго
перпендикулярно поверхности дорожного полотна.

Колоссально полезное преимущество такой подвески в том, что проектировщик, путем выбора геометрии
рычагов, может четко задать все главные параметры подвески: высоту поперечного
и продольного центров крена, изменение развала колес при ходах отбоя и сжатия и
так далее. Что еще хорошо в этой подвеске — это то, что она, как правило,
монтируется непосредственно либо к раме автомобиля, либо к его кузову, создавая
таким образом единый агрегат, который в случае необходимости может быть целиком
и полностью снят с автомобиля для ремонта или вообще для замены.

Такой вид подвески может использовать и на передней, и на
задней оси авто. Подвеска на двойных поперечных рычагах используется на
большинстве спортивных автомобилей (Lamborghini, Ferrari, Aston Martin и т. д.) а также на различных седанах
бизнес-класса (Audi, Mercedes-Benz, BMW).

На задней оси автомобиля такая подвеска почти никогда не используется
и не использовалась. Главной причиной является то, что она занимает немало
места и если бы ее ставили сзади, то место для багажника приходилось бы
значительно сокращать. Кроме того, такая подвеска на задней оси приводила бы к
избыточному показателю управляемости и такой автомобиль был бы трудноуправляем.

Кстати, автомобили «Формулы-1» имеют такую подвеску на обоих осях для
улучшения управляемости, потому что с точки зрения кинематики она является
самым идеальным видом подвески для тех условий, с которыми сталкиваются участники «Формулы-1».

А
как устроена эта подвеска?

В комплект подвески на двойных поперечных рычагах входит
пружина, амортизатор и, соответственно, два поперечных рычага.

Рычаг

Рычаг
бывает двух форм: L-образной и U-образной. Каждая из них
имеет две точки крепления: одну к кузову автомобиля и одну к поворотному
кулаку. К кузову рычаг крепится при помощи неких сайлентблоков
(резино-металлических втулок). Их задача противостоять продольным нагрузкам на
тормозную систему при ускорении и торможении. К поворотному кулаку рычаги
крепятся при помощи шаровых шарниров или, как их чаще называют, шаровых опор.

Верхний
рычаг должен иметь положительный угол развала колеса при растяжении и
отрицательный при сжатии. Такой принцип придаст больше устойчивости при
прохождении поворотов, благодаря тому, что колесо будет всегда перпендикулярным
дорожному полотну, независимо от положения корпуса авто.

Амортизатор и пружина

В подвеске на двойных поперечных рычагах пружина и
амортизатор выполнены соосно. Это значит, что амортизатор своей верхней
частью крепится непосредственно к кузову автомобиля, а нижней — посредством
шарнира к нижнему поперечному рычагу.

Поворот колес происходит за счет вертикального стержня
(шкворня), вертикально вращающегося в подшипниках. Иными словами, шкворень
играет роль материальной оси поворота колес.

Заключение

Несмотря на все свои очевидные преимущества, подвеска,
устроенная на двойных поперечных рычагах, имеет ряд довольно весомых недостатков
по сравнению с другими видами подвесок. Среди них сложность конструкции, что
вызывает высокий уровень трудоемкости обслуживания. Кроме того, эта подвеска
имеет большие размеры, что исключает возможность ее установки в малогабаритных
автомобилях. Ее ближайшими конкурентами являются многорычажная подвеска и
подвеска МакФерсона.

Прогресс постепенно стирает разницу между различными конструктивными решениями. Достаточный уровень комфорта и безопасности водителю обеспечен в любом случае. Но характер автомобилей во многом все равно зависит именно от того, как реализованы те или иные узлы. Сегодня разговор пойдет о сравнении независимой многорычажной и полузависимой подвески, так называемой подвески со скручиваемой балкой, и об области применения различных технических решений.

Подвески автомобилей бывают зависимые и независимые. Но в отношении одной из самых массовых конструкций классификация начинает сбоить. Подвеска со скручиваемой балкой в спецификациях на любой автомобиль указывается как независимая, но ее второе название — полузависимая — подсказывает: что-­то тут не так. Порой встречается мнение, что это не настоящая независимая подвеска и что она априори уступает настоящим независимым по комфорту и управляемости. Попробуем разобраться, в чем дело.

К середине XX века практика автомобилестроения смогла сформулировать основные требования к эластокинематике подвесок не­управляемых колес. Во‑первых, требовалось минимальное изменение колеи при ходах сжатия и отбоя. Также при ходе подвески продольные углы установки подвески должны были оставаться неизменными или меняться по заданному конструктором правилу (обычно требовалось отрицательное схождение при любом ходе). И при ходе сжатия развал относительно уровня поверхности должен оставаться неизменным либо меняться в сторону отрицательного.

Самая распространенная на тот момент зависимая подвеска задних колес обеспечивала только постоянный нулевой угол развала, а углы схождения менялись по сложному правилу в зависимости от конструкции крепления моста. На неровностях и при движении по дорогам со сложным профилем она не давала оптимального пятна сцепления, вызывая перекосы оси с изменением колеи. И к тому же неподрессоренные массы при зависимой подвеске ведущих колес были слишком велики, а подвеска типа «Де Дион» при меньшей неподрессоренной массе занимала избыточный объем.

На Smart используется хитрая схема задней подвески типа «Де Дион». Только она смогла обеспечить необходимую устойчивость и комфорт при столь компактных габаритах

Независимые подвески обеспечивали намного лучшее использование внутреннего объема машин, но не все они выдавали оптимальное изменение геометрии подвески на ходу. Такие конструктивно простые варианты, как подвеска на продольных рычагах и подвеска с качающимся рычагом, оказались по эластокинематике даже хуже зависимой подвески. А очень распространенный в передних подвесках макферсон для задней подходит плохо.

У подвески на продольных рычагах угол развала при крене машины увеличивался, что ухудшало сцепление нагруженного колеса в повороте, а схождение оставалось практически неизменным, с минимальным положительным значением за счет податливости элементов подвески. Подвеска с качающимся поперечным рычагом, как на ЗАЗе, вообще оказалась откровенно опасной: развал не просто изменялся при ходе сжатия, он менялся в очень широких пределах в зависимости от нагрузки машины. И схождение у этого типа подвески также сильно менялось в процессе движения, причем не в оптимальную сторону.

Более конструктивно удачными оказались два варианта исполнения задней подвески. Наиболее совершенная по кинематике — подвеска на двойных поперечных рычагах. Подвеска на диагональных рычагах заметно ей уступала по характеристикам, но зато конструктивно была значительно проще и надежнее.

Подвеска с диагональным рычагом по конструкции максимально проста. Один рычаг установлен под углом 15–25 градусов к оси движения машины. За счет поворота оси рычага в двух плоскостях можно задать почти оптимальные параметры изменения геометрии подвески в небольшом диапазоне ходов сжатия. А если применять дополнительную реактивную тягу для изменения развала, то кинематика становится еще лучше. Так делали, например, на BMW 80‑х до E34 включительно. И при этом все максимально просто и технологично, всего два несущих сайлент­блока, цена и объем конструкции — минимальные.

Подвеска на двойных поперечных рычагах была более сложной и объемной. И к тому же — до массового внедрения надежных сайлент­блоков и шаровых шарниров — еще и не особенно надежной и требовательной в обслуживании. Но в спорте ее возможности сразу оценили по достоинству. Этот тип подвески позволяет задать кинематику движения колеса с большой точностью. Можно «запрограммировать» любое поведение подвески в зависимости от хода сжатия и направления приложения нагрузки за счет эластокинематики упругих элементов и геометрии рычагов.

Многорычажная подвеска — результат эволюции этих двух вариантов подвесок. Классическая многорычажная подвеска — это, например, задняя подвеска Mercedes в кузове W201, которая применялась компанией на протяжении почти 20 лет. Пять рычагов подвески задают сложную траекторию движения колеса, позволяя придать заднеприводной машине оптимальную управляемость.

Четыре рычага геометрически соответствуют двум сдвоенным рычагам подвески на двойных поперечных рычагах, а еще один помогает программировать эластокинематику. Другой очень распространенный вариант многорычажной подвески эволюционно восходит к подвеске на диагональном рычаге. Тут рычагов может быть меньше — всего три. Несущий диагональный рычаг дополнен двумя или более поперечными рычагами. Эта конструкция тоже позволяет задать сложную кинематику движения колеса в любых условиях. Оба варианта подвесок обеспечивают отличные возможности по настройке управляемости для машин.

Четырехрычажная подвеска

Пятирычажные подвески применяются в основном на заднеприводных машинах, требования к подвеске у которых выше, а трехрычажные — как правило, на переднеприводных. Но исключений хватает: так, на машинах BMW часто используют варианты, основанные на диагональном несущем рычаге именно с тремя рычагами. И вряд ли кто скажет, что у BMW в кузове E46 управляемость не отличная.

Подвеска со скручиваемой балкой появилась на машинах VW Golf в далеком 1974 году как вариант самой недорогой независимой подвески. Конструктивно это почти неразрезной мост, но даже лучше, потому что это единая деталь, которая мало того что обеспечивает независимые ходы подвески, но и сама по себе является стабилизатором поперечной устойчивости и направляющей конструкцией. Практически инженерный шедевр.

Основная особенность этого типа подвески в том, что тут сама балка, которая служит и торсионом, и рычагами, в сборе имеет высокую степень податливости. Другими словами, она гибкая. И в зависимости от расположения точек крепления, поперечной скручиваемой балки, жесткости продольных рычагов и положения опор пружин и амортизаторов можно задавать эластокинематику в широких пределах.

Балочная подвеска Ford Fiesta

Чистая кинематика подвески далеко не идеальна. При ходе сжатия большинство конструктивных вариантов подвески изменяют развал в сторону отрицательного, что неплохо, но схождение остается неизменным. На помощь приходит такая особенность, как податливость рычагов на кручение относительно точек крепления подвески и расположения их оси вращения. И получается, что по возможностям задать изменение углов установки колес этот тип подвески приближается к многорычажным. Вот только есть два существенных «но».

У многорычажных подвесок рычаги условно жесткие, эластичными являются только их сайлент­блоки. И кинематика подвески зависит в основном от взаимного расположения элементов. У подвески со скручиваемой балкой конструкция гибкая, что делает возможным задавать кинематику движения колес. Такая конструкция работоспособ­на в сравнительно небольшом диапазоне изменения нагрузки и перегрузок.

При увеличении массы кузова автомобиля или полезной нагрузки становится все сложнее обеспечить требуемую эластокинематику балки. Дополнительный негативный фактор — еще одна особенность конструкции: поперечная часть балки является одновременно и стабилизатором поперечной устойчивости, задающей коэффициент независимости подвески, и конструктивным элементом, определяющим поперечную жесткость конструкции. Иными словами, с ростом массы сложно оптимизировать разумное соотношение между угловой жесткостью балки и податливостью рычагов в поперечном направлении. Сохранить простоту подвески в таких условиях непросто. Пока единственным недорогим способом увеличить нагрузку или улучшить комфорт остается установка механизма Уатта, частично разгружающего рычаг от поперечных сил.

Для машин до С и даже D‑класса включительно получается неплохая альтернатива многорычажной подвеске, не сильно уступающая ей по кинематике, а значит, и управляемости, зато куда более простая и дешевая. Но с ростом массы автомобиля все более серьезными становятся компромиссы между комфортом и управляемостью. На данный момент граница применяемости и обоснованной востребованности у легковушек проходит где-­то на границе С‑класса.

В статье описана подвеска автомобиля на двойных поперечных рычагах. Представлены основные неисправности, отличия, а так же на каких автомобилях встречается. В конце статьи – видео-обзор подвески на двойных поперечных рычагах.

Содержание статьи:

• История появления
• Принцип работы и устройство
• Смеха строения подвески
• Плюсы и минусы
• Где устанавливается
• Цена
• Отзывы
• Видео

В предыдущей статье мы уже рассказывали о подвеске МакФерсон, теперь же рассмотрим подвеску автомобиля на двойных поперечных рычагах. Многие специалисты называют еще её классической и относят к классу независимых подвесок, а само наличие двух поперечных рычагов и послужило названием. На сегодня это один из самых совершенных механизмов среди независимого типа. Как правило, её устанавливают на спортивные автомобили и премиум-класс повышенной мощности.

Огромный плюс в том, что она жестко выполняет характеристики, заложенные инженерами автомобиля, а изменение габаритов колеи практически невозможное. Устройство подвески весьма сложное, хотя в случае надобности её можно снять полностью, заменив на новую, или же отремонтировать, не зависимо от автомобиля. Надежность такой подвески говорим сама за себя, так как все современные болиды «Формулы-1» укомплектованы именно подвеской на двойных поперечных рычагах.

История появления подвески на двойных поперечных рычагах

Впервые о подвеске на двойных поперечных рычагах, как разновидность независимой подвески заговорили в 1935 году и почти сразу же её начали ставить на дорогие автомобили. Можно сказать, что именно этот механизм лег в основу современной МакФерсон, но из-за цены и громоздких размеров, использовать её на бюджетных автомобилях попросту не было смысла. Изначально подвеска на двойных поперечных рычагах устанавливалась на переднюю и заднюю ось, но со временем только на переднюю ось. Причиной стала потеря управляемости автомобилем, из-за маневра колес на подвеске и сдвига всей задней оси в противоположную повороту сторону.

Данный тип подвески можно встретить во многих известных автомобилях, как тех времен, так и наших дней. Среди самых известных спорткаров можно назвать Ferarri, Lotus, TVR, Mercedes-Benz и BMW. Еще с самого начала эти компании стали использовать подобную технологию, тем самым повысив управляемость и надежность своих автомобилей. Как же говорили, одним из таких примеров стали болиды «Формулы-1», все без исключения используют подвеску на двойных поперечных рычагах.

Принцип работы и устройство подвески на поперечных рычагах

Учитывая марки автомобилей, на которых применяется подвеска на двойных поперечных рычагах, становится интересно само устройство подвески и принцип работы. Большинство автомобилей, на которых используется данный тип механизма, могут преодолевать большие перегрузки, а так же весьма комфортные в салоне. Основная задача – удержать автомобиль на дороге, и максимум держать управляемость.

Как уже понятно с названия, в основе такой подвески лежит два поперечных рычага, так же в набор входят сайлентблоки, пружины амортизаторов, сами амортизаторы, шаровые опоры и шарниры. В зависимости от производителя могут быть использованы и дополнительные детали, но классический вариант выглядит именно так. По типу скелета существует два типа рычагов – U-образные и L-образные, соответственно и по типу крепления они разные.

Независимо от типа рычага, каждый имеет по три точки крепления, две к кузову автомобиля и одну к поворотному кулаку. Если к кузову рычаги крепятся с помощью сайлентблоков, где движение осуществляется только в одной плоскости, то к поворотному кулаку осуществляется за счет шаровых шарниров (шаровые опоры). Верхний рычаг обычно меньший по габаритам, верхний больше, за счет чего колесо получает отрицательный угол развала при сжатии к центру автомобиля и положительный в случае растяжения от центра.

В результате автомобиль с такой подвеской получает больше устойчивости при прохождении крутых поворотов. Колесо всегда остается перпендикулярно дороге и не зависит от положения кузова машины. Что касается амортизатора и пружины, то они расположены соосно, но отличаются от МакФерсон. Верхняя часть амортизатора крепиться к кузовной части автомобиля, нижняя часть за счет шарнира к нижнему поперечному рычагу. Таким образом, амортизатор вполне отрабатывает поставленные перед ним задачи.

Теперь же рассмотрим принцип работы подвески на двойных поперечных рычагах. Первый вариант это езда по неровной дороге, многие говорят, что такая подвеска очень жесткая и вся вибрация и удары передаются на кузов автомобиля. На самом же деле все зависит от амортизаторов и жесткости пружин. Благодаря современным технологиям эту жесткость можно регулировать с помощью электроники, тем самым сделав подвеску жесткой или мягкой. Колесо, попав на неровность, передает всю силу удара на нижний и верхний рычаг, те в свою очередь на пружину стойки, а для смягчения удара в помощь приходит амортизатор.

Второй вариант, за который так ценят подвеску на двойных поперечных рычагах – это отличная отработка при перегрузках и резких поворотах. Верхний рычаг, как правило, меньше по размерам, нижний – больше. В результате колесо будет отлично держать вертикальное положение, если заходить в резкий поворот на большой скорости, рычаги не дают колесу крен, тем самым удерживая плоскость и хорошее сцепление с дорожным покрытием. Для быстрого разгона рычаги так же играют не малую роль, переключение между передачами не редко дает рывки кузова и перегрузки, а значит и дополнительное давление на колеса. В таком случае механизм не дает колесам разойтись в стороны, а на большой скорости хорошо держит управление автомобилем.

Учитывая характеристики и возможности подвески на двойных поперечных рычагах, можно понять, почему её так часто устанавливают на новые, современные автомобили, несмотря на столь не новую конструкцию. За все года существования механизм только улучшился и неоднократно показал отличные результаты в управлении автомобилем. Стоит еще раз напомнить, что в большинстве случаев такая подвеска устанавливается на переднюю ось машины, в очень редких случаях на заднюю ось.

Схема подвески на двух поперечных рычагах

1. Амортизатор;
2. Пружина амортизатора;
3. Верхний поперечный рычаг;
4. Вал привода колеса;
5. Рулевая тяга колеса;
6. Нижний поперечный рычаг;
7. Шаровая опора;
8. Болты крепления к кузову автомобиля.

Рассмотрим более подробно, за что отвечают основные детали:

Амортизатор – соединен шарниром в нижней части с нижним рычагом, верхняя часть жестко прикреплена к кузову автомобиля. Пружина амортизатора держится за счет верхней части амортизатора и специальной пружинной чашки снизу. За счет своей структуры амортизатор и пружина гасят колебания и смягчают силу удара, минимизировав передачу вибрации на кузов автомобиля. В некоторых случаях подвески (в зависимости от производителя) амортизатор и пружина могут устанавливаться отдельно друг от друга. Привычное соосное расположение позволяет сэкономить пространство для колес и частично уменьшить вес самого автомобиля.

Рулевая тяга – зачастую здесь нет каких-то технических особенностей. Основная задача поворот колес вертикально влево или вправо относительно центра оси. Весь крепеж основан на двух шаровых опорах, снизу и сверху.

Нижний поперечный рычаг, как правило, расположен в нижней части всей конструкции подвески. Крепится с помощью сайлентблоков и болтовых соединений. По разновидности могут встречаться L-образные или U-образные, при этом, несмотря на свою громоздкость, обеспечивают возможность установки привода на колеса автомобиля.

Верхний рычаг – выполнен в такой форме, что вверху, с помощью сайлентблоков он крепится к специальным кронштейнам кузова, а с обратной стороны крепится к поворотному кулаку. Хотя, как показывает практика, есть такие варианты исполнения рычага, когда такие кронштейны считаются частью балки. При разных формах, роль верхнего рычага не меняется, подпирает механизм и противодействует нижнему рычагу.

Плюсы и минусы двухрычажной подвески

Любой механизм имеет свои плюсы и минусы, в чем-то лучше, а чем-то хуже. Подвеска на двойных поперечных рычагах не стала исключением, и чтоб понять более подробно, рассмотрим в деталях.

Подвеска на двойных поперечных рычагах
Плюс	Минус
Хорошая управляемость	Изменению угла развала-схождения (при установке подвески на заднюю ось)
Возможность оперировать параметрами	Внушительные габариты деталей
Цельный демонтаж-монтаж механизма (узла)	Сложная конструкция
Устойчивость к продольному смещению автомобиля	Дорогая в обслуживании
Возможность выдерживать большие перегрузки	—
Большой срок службы деталей подвески	—

Некоторые специалисты могут еще выдвинуть свои позитивные и негативные мнения о подвеске на двойных поперечных рычагах. Любители быстрой езды одноголосно могут сказать, что для спортивных автомобилей это самый идеальный варианты подвески.

На какие автомобили устанавливается

Одно дело рассмотреть принцип работы и устройство подвески на двойных поперечных рычагах, но для лучшего примера наведем перечень самых популярных марок и моделей машин. Как уже говорили, подвеску можно встретить на спортивных или автомобилях премиум-класса. Современные инженеры и производители машин стараются отойти от такого класса подвески, дорабатывая и модифицируя её, но с другой стороны система на двойных поперечных рычагах остается классикой и основой для современных новинок.

Чаще всего подобную подвеску на двойных поперечных рычагах можно встретить на:

• Maserati GranTurismo;
• Maserati GranCabrio;
• Maybach Exelero;
• Alfa Romeo 8C Competizione/Spider;
• Arash AF-10;
• Dodge Viper;
• Audi R8 Coupe
• Opel Insignia;
• Jaguar E-Type;
• Aston Martin DB5;
• болиды «Формула-1»;
• Mercedes-Benz SLS AMG;
• Tesla Model S.

Список включает в себя как спортивные, так и премиальные автомобили, более старые и современные. За долгие годы существования, подвеска весьма неплохо себя зарекомендовала и несмотря на множество её доработок и модификаций, в основе лежит одинаковая система с определенным набором характеристик.

Цена деталей на подвеску с поперечными рычагами

Неоднократно упоминали, что обслуживание подвески на двойных поперечных рычагах не самое дешевое, поэтому выход из строя одной детали требует ревизии определенной или всей подвески колеса. Рассказывать о конкретной стоимости, конкретной детали смысла нет, так как каждый производитель устанавливает свою цену на комплектующие для подвески.

Как пример, рассмотрим стоимость запчастей подвески на Audi R8 Coupe:

Наименование	Цена от, руб.
Подшипник ступицы FAG	4918
Втулка стабилизатора	2150
Стойка амортизатора в сборе	40 060
Болт стяжной шестигранный	311,40
Верхний рычаг подвески	25 530
Сайлентблок	1430
Кронштейн	2500
Нижний рычаг подвески	28510

Видно, что даже небольшой список деталей подвески Audi R8 Coupe кусается по цене, и это учитывая только на одно колесо, соответственно на обе стороны автомобиля цена будет в два раза больше. Многие говорят, что позволив себе столь дорогой автомобиль, владелец зачастую не смотрит на стоимость деталей и запчастей, а старается вовремя его ремонтировать.

Несмотря на столь дорогое обслуживание и не самые новые разработки, подвеска на двойных поперечных рычагах остается востребованной среди премиальных и спортивных автомобилей. Огромный плюс это проверенная времен и разными ситуациями надежность этого механизма. По прогнозам специалистов, в ближайшие 5 лет данным подвид независимой подвески может только модернизироваться, но в остальном технология и характеристики будут классическими.

Отзывы о подвеске на двойных поперечных рычагах

Для тех, кто любит скорость и уверенное управление автомобилем, подвеска на двойных поперечных рычагах самое то. Несколько раз приходилось ездить на автомобилях с подобной системой, управляемость словами не передать. Машина просто мгновенно отзывается на поворот руля, а дорогу отлично держит даже на большой скорости.

Устройство такой подвески сложное, аналогично, как и ремонт. Огромный плюс в том, что настраивать развал-схождения практически не надо, так как механизмы вытягивают колесо вертикально. Минус это дорогое обслуживание, и от этого не избавится никак.

Комфорт подвески на поперечных рычагах отличный, особенно если амортизатор и пружина мягкие. Неровностей на дороге практически не ощущаешь, а машина словно плывет в воздухе. Выдержка к перегрузкам и управляемость на высоте, а вот последующий ремонт подвески «бьет» по карману владельца.

Видео-обзор подвески на двойных поперечных рычагах: