Основное назначение подвески
Многие считают, что основное назначение подвеск - обеспечивать комфортабельное движение по неровным дорогам. Это несовсем так. Вернее, совсем не так... В Статье о доработке тормозных систем мы уже упоминали, что на динамические (замедление тоже динамика) параметры автомобиля сильно влияют характеристики не только соответствующих механизмов, но и невидимых снаружи узлов, соединяющих колеса с кузовом. На самом деле характеристиками подвески в значительной степени определяются буквально все составляющие понятия `динамичный автомобиль`: это и разгон, и торможение, и управляемость.
Честно говоря, обещанный в прошлом номере материал о настройке ходовой части я начинал с тяжелым сердцем. С одной стороны, проблемы подбора ее характеристик настолько сложны и запутаны, что автомобиле-строительные фирмы, в полной мере владеющие тонкой подвесочной инженерией, можно пересчитать по пальцам одной руки. А с другой - пригодных для всех условий движения настроек просто не существует! И дело не только в принципиальных технических ограничениях. Беда в том, что здесь есть много и субъективных факторов (от чего один водитель будет в восторге, другой посчитает совершенно неприемлемым). К счастью, самая главная закономерность - физика происходящих с автомобилем процессов - абсолютно объективна. С нее и начнем.
Итак, на действительно быстром автомобиле подвеска служит не только для эффективного поглощения дорожных неровностей, но и играет серьезную роль в обеспечении соответствующей динамики и управляемости. А раз так, то ее основное назначение - обеспечивать плотный и постоянный контакт колес с дорогой. В принципе, все параметры подвески, позволяющие его достичь, можно разделить на три большие группы. Во-первых, это демпфирование, то есть способность подвески противостоять колебаниям колес после проезда через неровности. Во-вторых, кинематика, которая обеспечивает оптимальное положение колеса относительно дороги. В-третьих, сочетание вертикальных и угловых жесткостей всей системы, позволяющее правильно распределить нагрузку между колесами во всех режимах движения.
С демпфированием все более или менее очевидно - эти функции в подвеске выполняет амортизатор. Главное его назначение - борьба с резким распрямлением пружины после проезда через неровности. Это неприятное явление может привести к неоднократному отскоку колеса от поверхности дороги, шать ему выполнять свои функции - обеспечивать устойчивость и управляемость автомобиля. Принцип работы амортизатора таков, что создаваемые им усилия зависят от скорости перемещения его штока. Они тем больше, чем быстрее перемещается колесо относительно кузова. Какие здесь возможны нюансы?
Ясно, что чем жестче пружина и тяжелее у автомобиля неподрессоренные массы (колеса, ступицы и те же тормозные диски со скобами), тем эффективнее должен быть амортизатор, особенно на ходе отбоя. Тонкость в том, что `амортики`, создающие одинаковые максимальные усилия и на первый взгляд обладающие равной `жесткостью`, совершенно по-разному работают на медленных ходах подвески. А все потому, что их характеристика (зависимость `усилие/скорость штока`) имеет разную форму. В одном случае она может быть дегрессивной, резко нарастающей с самого начала и пологой в конце, на больших скоростях перемещения штока (так называемая полная диаграмма). Другие амортизаторы имеют прогрессивную характеристику: с ростом скорости штока усилие нарастает сначала медленно, затем все резче и резче (здесь диаграмма будет походить на параболу). Так что, выбирая замену штатным узлам, следует интересоваться не престижностью марки, а в первую очередь, параметрами ее изделий.
Что следует предпочесть? Здесь все будет зависетьот стиля езды, который вы исповедуете. Прогрессивные амортизаторы хороши тем, что позволяют автомобилю `не замечать` мелкие неровности и неплохо работают на крупных. В то же время не исключена раскачка на длинных дорожных волнах. Дегрессивные сообщают ему иной характер: машина становится `плотной`, подробно повторяет профиль дороги, а главное, становится гораздо отзывчивей даже на самые минимальные движения рулем. Отчего возникает такой эффект, мы поймем чуть позже, когда начнем разговор об угловых жесткостях.
В принципе, дегрессивные амортизаторы имеют более сложную конструкцию и стоят дороже - `полная` диаграмма достигается усложнением клапанной системы. Еще круче системы, где усилия сжатия и отбоя можно регулировать, а также газонаполненные. Преимущества последних всем известны. Во-первых, это стабильность работы на высоких скоростях - `поджатая` газом жидкость не вспенивается и хорошо охлаждается черезоднотрубный корпус. Во-вторых, при равных с обыкновенным `амортиком` внешних габаритах газонаполненный имеет большую площадь поршня, что делает его более эффективным, а диаграмму - более `полной`. Но есть и недостатки. Газовый подпор выполняет роль дополнительной пружины подвески, и автомобиль воспринимается как более жесткий. Впрочем, это свойство тюнингеры часто используют себе во благо: уменьшая дорожный просвет, можно не покупать новые короткие пружины. Достаточно просто отрезать один-два витка от стандартных, а недостающую энергоемкость подвески `добрать` газовой стойкой.
Куда сложнее обстоят дела с другим важным параметром - кинематикой. Казалось бы, не все ли равно, по какой траектории движется колесо во время хода подвески - параллельно самому себе или слегка отклоняясь в пространстве? Оказывается, нет.
Обратите внимание на `Мерседесы`: огромные хода мягких подвесок, ощутимые крены от действующих на машину боковых сил, и при этом - вполне достойный `держак` в поворотах и устойчивость придвижении по дуге даже на высоких скоростях. А все потому, что кинематика мерседесовских подвесок - это продукт почти столетнего инженерного поиска.
Вы, наверное, замечали, как эти автомобили наклоняют вбок передние колеса при повороте руля на максимальные углы? Так `работает` большой кастер, то есть продольный угол наклона оси поворота управляемых колес. Он обеспечивает рост возвращающего усилия на руле при увеличении скорости, а значит, и устойчивость: при случайном отклонении от траектории (вызванном, к примеру, неровностью на дороге или порывом ветра) колеса стремятся повернуться по ходу движения и вернуть автомобиль на путь истинный. Кастер выполняет еще одну положительную роль - повернутое колесо оказывается чуть отклоненным от вертикальной плоскости. Что это дает? Дело в том, что шина из-за своей податливости подламывается в повороте от действия боковых сил. При этом искажается форма пятна контакта с дорогой, сцепление резко падает. Естественно, уменьшается и максимальная скорость, с которой можно промчаться по заданному радиусу.
А чуть наклонив плоскость вращения шины (подобно тому, как это делают мотоциклисты, создавая крен в повороте), можно восстановить статус-кво.
Такого эффекта добиваются не только кастером. `Умение` создавать отрицательный угол развала на внешних по отношению к центру поворота колесах и положительный на внутренних, является обязательным качеством для любой хорошей подвески.К сожалению, отечественным автомобилям с кинематикой подвесок повезло чуть меньше, чем `Мерседесам`, - возникающие в поворотах углы там отнюдь не помогают шинам направлять автомобиль по заданной водителем траектории. Исправить недостаток можно лишь работой сразу по нескольким направлениям. `Правильный` кастер можно установить, заменив стандартные опоры стоек на тюнинговые регулируемые. Правда, при этом вырастет усилие на руле, так что если задуманы `экстремальные` настройки, есть смысл потратиться на гидроусилитель.
А самый радикальный способ ослабить влияние плохой кинематики на управляемость - резкое увеличение жесткости и уменьшение хода подвески. Действительно, если углы установки колес при сжатии и отбое изменяются неоптимально, то пусть хотя бы делают это в меньших диапазонах. Добиваются этого традиционным способом - установкой более коротких и жестких пружин и специальноподобранных амортизаторов. После этой операции заодно уменьшается клиренс, а значит, и перераспределение нагрузок на колеса при разгоне, торможении и в поворотах. Это еще один шаг на пути к улучшению управляемости.
При доработке подвески методом `ужесточения` важно помнить, что жесткими должны быть не только пружины. `Сопливые`, податливые сайлент-блоки, позволяющие колесам произвольно перемещаться во всех направлениях, тоже до добра не доводят. Их обычно заменяют на более `несгибаемые`, или вовсе выбрасывают, устанавливая жесткие стальные сферические шарниры типа ШС.
Нередко недостатком жесткости страдает и направляющий аппарат. Например, обязательная процедура при тюнинге передней подвески вазовских переднеприводных машин - замена стандартной растяжки на жесткую прямую. Это особенно актуально при замене стандартных шин на более низкопрофильные, которые лучше цепляются за асфальт и создают большие боковые силы. Кстати, растяжки иногда устанавливают и в заднюю подвеску этих машин. Таким образом усиливают связь центральной балки с рычагами. После этой доработки подвеска приобретает функции модной на зарубежных автомобилях эластокинематической `многорычажки`: нагруженное при движении по дуге внешнее колесо слегка поворочивается в сторону, противоположную повороту. Корму автомобиля слегка заносит, и ВАЗик избавляется от свойственной для него недостаточной поворачивоемости. Конечно, после столь сложных изменений в подвеске заново выставляют новые, подобранные в результате кропотливой экспериментальной работы начальные углы установки колес.
Кастер, естественно, увеличивают, а задние колеса, как правило, ставят `домиком`, придавая им отрицательный угол развала-это улучшает устойчивость в поворотах.
Ну и на „сладкое“ рассмотрим третий вопрос — об угловых жесткостях подвесок. Во-первых, что это такое? Ответ прост: способность автомобиля противостоять угловым колебаниям — по крену и с носа на корму. Почему это важно для управляемости? Представьте себе момент входа в поворот. Водитель поворачивает руль, на машину начинает действовать приложенная в центре ее масс центробежная сила, искривляющая траекторию движения. Естественно, она вызовет крен и увеличение нагрузки на внешние колеса. Но на какое именно: переднее или заднее? Тут уместно привести вот какой пример. Представьте себе, что вы повесили тяжелый груз одновременно на прочный стальной трос и такой же длины резинку, закрепив их концы в одних и тех же местах. Допустим, прочности подвеса недостаточно, но что порвется быстрее?
Правильно, трос: меньшая жесткость резинки не позволит ей воспринимать сколько-нибудь значительную часть тяжести.Такая же ситуация и с подвесками: львиную долю дополнительной нагрузки будет воспринимать то колесо,подвеска которого имеет большую угловую жесткость в поперечном направлении.
Для устойчивости и управляемости автомобиля это имеет очень большое значение. Ведь способность колеса воспринимать боковую силу сильно зависит от приложенной к нему вертикальной нагрузки - чем сильнее оно прижимается к дороге подвеской, тем большую боковую силу развивает. Но представим себе, что поворот предельный, проходится на максимально высокой скорости.Где тонко, там и рвется, - сцепление с дорогой потеряет в первую очередь именно то колесо, на которое приходится максимальная вертикальная, а значит, и боковая нагрузки. Если оно находится на передней оси, то возникнет снос - автомобиль просто поедет прямо. А если на задней, то, наоборот, станет разворачиваться слишком интенсивно - занос здесь неизбежен.
Таким образом, `заневоливая`, подвеску стабилизаторами поперечной устойчивости, нужно позаботиться о правильном соотношении их жесткостей. Если задний окажется чересчур мощным, то автомобиль станет `острым как шило` - выдержать точную траекторию в повороте будет непросто.
Немногим лучше обратная ситуация: без меры усиленный передний `стабильник` напрочь отбивает у машины охоту куда-либо поворачивать. Кстати, примерно такую же роль сыграет и пересортица с пружинами и амортизаторами. Например, если заднюю подвеску вы уже доработали, а переднюю нет, то результаты езды на недоделанном автомобиле могут быть плачевными, ведь при увеличении `обычной` жесткости подвески обязательно растет и угловая . Но допустим, подвеска уже доработана. В меру жесткая, цепкая, плотная..
Стабилизаторы тоже подобраны как надо - автомобиль имеет строгую нейтральную поворачиваемость или радует приятной остротой, легким `избытком` в пределе. Что дальше? Вас можно поздравить: дальше можно заняться самой `вкусной` частью работы надходовой - тщательным выбором шин.
А после, когда все сомнения в способностях автомобиля нормально тормозить и поворачивать окончательно рассеятся, можно будет призадуматься над модификацией трансмиссии и двигателя. Но об этом мы поговорим позже.