Подвеска по весу автомобиля

Не зависнуть
Начнем с подвески независимой. В отличие от сплошных мостов, которые достались автомобилям непосредственно от телег, это относительно новое (не старше 100 лет) техническое решение.

Понятно, что если бы зависимая подвеска идеально выполняла свои функции, то изобретать столь замысловатую конструкцию было бы ни к чему. А значит, независимая подвеска имеет некие преимущества. Какие же?

Во-первых, у независимой подвески меньше неподрессоренные массы. Кстати, «подрессоренные массы» не расположены «под рессорами». На самом деле, это суммарная масса деталей и элементов конструкции, которая воздействует на дорогу через упругие элементы. Соответственно, то, что воздействует на дорогу непосредственно, является «неподрессоренными массами».

Кроме того, независимая подвеска позволяет отчасти компенсировать крены кузова в поворотах, сохраняя максимально возможное пятно контакта. Простейшее решение – разная длина рычагов (верхний короче). Но современные технологии пришли к сложным многорычажным конструкциям, которые могут поддерживать заданный угол развала колес во всем диапазоне работы подвески, что обеспечивает управляемость на любой дороге. А если добавить к этому изменяемую в реальном времени упругость элементов и мгновенно регулируемое усилие отбоя амортизаторов, что достигается компьютерным управлением? В общем, тут фантазия разработчиков ограничивается только кошельком покупателя.
Так что в области управляемости на высоких скоростях независимая подвеска определенно лучше зависимой.

Мосты и рессоры
При всей привлекательности независимой подвески, определенных недостатков она все-таки не лишена. И недостатки эти лежат именно в нашей, джиперской, плоскости. Один из главных – малая артикуляция (ход переднего колеса вверх относительно заднего, при котором наступает полная разгрузка заднего колеса).

«Проницаемость» независимой подвески оставляет желать лучшего, и это третий существенный недостаток. Проницаемость – это способность пропускать сквозь себя мягкий грунт, т.е. песок, ил, снег, грязь и т.д. Проходимость автомобиля в этих условиях определяется не только дорожным просветом, но и расстоянием между подвеской и рамой. Труба цельного моста спокойно режет мягкий грунт, имея относительно небольшую площадь лобового сопротивления и пропуская грунт над собой, а вот рычаги-пружины-тяги независимой подвески моментально забиваются грязью, превращаясь в монолитный якорь. Помимо этого стандартные машины с независимой подвеской имеют более низкую «посадку» над дорогой, чем внедорожники на цельных мостах.

Т.е. расстояние от земли до рамы (кузова) у них меньше, а это ухудшает обычную проходимость (т.к. машина легче повисает на брюхе при движении, например, в глубоком снегу или заболоченном грунте) и геометрическую (углы въезда, съезда, продольной проходимости)
Еще один фактор, важный для серьезного бездорожья – критичность повреждений. Гнутый мост позволяет худо-бедно двигаться своим ходом. Сильно гнутый мост можно отключить (или снять кардан) и все равно доползти. Поломать шкворень можно (хотя и тяжело), но поломать его до невозможности движения практически нереально. А вот вырванная шаровая или разлетевшийся ШРУС – это дальний пеший поход за трактором. (ШРУСЫ вообще больное место внедорожников с независимой подвеской – их пыльники очень не любят контакта с грунтом).

Для тех, кто ездит по бездорожью часто, немаловажно и то, что зависимая подвеска легко поддается внедорожному тюнингу – т.н. лифтовке.

1. Независимая подвеска. Чем выше скорость и лучше дорога, тем привлекательнее независимая подвеска.
Достоинства
Хорошая управляемость
Обратная связь руления
Малые крены
Отличная настройка параметров
В большинстве случаев высокий уровень комфорта при движении (но бывают неудачные модели)
Недостатки
Короткоходность
Уязвимость деталей
Сложность и дороговизна в эксплуатации
Большое количество деталей
Тонкость настройки, легко нарушаемая в тяжелых условиях
Сложность или отсутствие серьезных возможностей для внедорожного тюнинга

Отличное решение для скоростных асфальтовых машин. Приемлемое для кроссоверов. Слабо подходит внедорожникам, которым нужно ездить по реальному бездорожью.

2. Зависимая подвеска. Чем ниже скорость и хуже дорога, тем меньше вас волнует управляемость, и тем больше хочется чего-то помассивней.
Достоинства
Прочность
Простота конструкции
Большая артикуляция
Устойчивость к повреждениям
Дешевизна в эксплуатации
Проходимость
Возможность и в большинстве случаев простота осуществления высокоэффективного внедорожного тюнинга

Недостатки
Большие неподрессоренные массы
Плохая управляемость
Низкие информативность и острота рулевого управления
Не всегда хорошая курсовая устойчивость
Не всегда хороший уровень комфорта во время движения

Зависимая подвеска – отличное решение для внедорожника. Но при этом придется смириться с его неуклюжестью в городе и невысокой безопасной скоростью по трассе.
Впрочем, первый же серьезный выезд заставит забыть об этих мелких неудобствах. К сожалению, таких автомобилей становится все меньше и меньше…

3. Комбинированная подвеска. Независимая спереди, мост сзади. Относительно приемлемый компромисс для тех, кто ездит в основном по асфальту, но не чужд и толики внедорожных радостей.
Достоинства
Сочетание приличной управляемости, курсовой устойчивости, информативности рулевого управления и приемлемой проходимости машины
Относительно невысокая цена решения и дальнейшего обслуживания
Универсальность
Большой выбор машин
Недостатки
Ни рыба, ни мясо. И управляемость не идеальна, и проходимость не блещет.
Отличное решение в широком диапазоне: от паркетников до почти серьезных внедорожников. Устраивает 90% пользователей, кроме тех самых пресловутых могучих, грязных и небритых джиперов, которым всё мосты на рессорах подавай.

Павел Иевлев
Фото Александра Евдокимова, Макса Сергеева и компаний-производителей
4x4_life

Источник

Перевод статьи о подвеске автомобиля. Часть 2

Вид сбоку

В терминах теории подвески мы имеем:

Конструкция: рычажная система второго класса
Рычаги: рассматриваем нижний рычаг
Точка приложения усилия: точка крепления колеса
Нагрузка: нижняя точка крепления амортизатора
Точка опоры: точка крепления рычага. В нашем случае это место крепления нижнего рычага.
Рычаг приложения нагрузки = d1 = расстояние от точки крепления колеса до точки крепления рычага
Рычаг приложения усилия = d2 = расстояние от точки крепления колеса до точки крепления рычага

видно, что d1 = d2, DR = d1/d2 = 1

т.е. можно говорить о том, что в данном случае передаточное соотношение равно 1. Эта ситуация показана на картинке слева.
Угол установки alpha, как мы уже упоминали: это угол установки амортизатора относительно вертикали

ACF = cos(alpha). Если alpha = 20°, то

IR = DR * ACF
= 1 * ACF
= Cos(20°)
= 0.94
Это означает, что на каждый мм хода колеса амортизатор сместится на 0.94 мм
WR = k * (0.94)^2
= 0.88(k)
При этом эффективная жесткость пружины(жесткость, измеренная в точке крепления колеса) составит 88% от собственной жесткости пружины.

Для выполнения вычислений с использованием калькулятора BV Calculator необходимо в качестве исходных параметров задать значения: d1, d2, и alpha. Т.к. значение d1 = d2, то вводить можно любые значения, т.к. они все равно равны.

Вид спереди или сзади

Составные компоненты угла alpha Таким образом наклон линии составляет 0.775 и соответственно значение IR составляет 0.775. Другими словами, на каждый сантиметр перемещения колеса амортизатор совершит ход 0.775 см. Расчет значения CSW Последней вещью, с которой мы должны разобраться, перед использованием BV Calculator является масса подрессоренной части автомобиля, приходящейся на одно колесо. Существует несколько способов определения этого. Самый простой способ измерения, если конечно у Вас есть соответствующие весы, поместить их под одно из колес и произвести измерение. При этом необходимо, чтобы остальные три колеса находились на этом же уровне, что и колесо, над которым производится измерение. Затем, используя домкрат начните подъем автомобиля за раму то того момента, пока вес подрессоренной массы автомобиля не закончит влиять на показание весов. Запишите эти показания. Теперь вычтите из общей массы, приходящейся на одно колесо массу не подрессоренной части автомобиля. Таким образом Вы получите подрессоренную массу автомобиля, приходящуюся на одно колесо. Если у Вас нет нужных весов, то Вы можете проявив смекалку и знания рычагов использовать обычные весы для измерения веса человека. Необходимо только собрать конструкцию изображенную ниже: по сути мы имеем перевернутую рычажную систему второго класса. Т.е. механический выигрыш(или передаточное соотношение) = рычаг приложения усилия / рычаг приложения нагрузки. В этом случае рычаг приложения усилия это y, а рычаг приложения нагрузки x+y. Таким образом на весах будет отражаться вес, приходящийся на одно колесо, умноженный на передаточное соотношение: y/y+x. Длинны рычагов x и y необходимо подобрать таким образом, чтобы измеряемое значение веса не вышло за пределы диапазона весов. Для примера: если x = 3м. и y = 1м., то весы будут показывать 1/4 измеряемой массы. Рычаг (на рисунке beam) должен быть достаточно прочным и жестким. Если рассматривать CSW как усилие, которое прикладывается к пружине, то используя IR мы можем выполнить вычисления, позволяющие нам узнать значение CSW. Для этого необходимо измерить перемещение пружины под действием CSW и зная жесткость пружины можно вычислить вес, действующий на пружину, т.е. вес действующий на пружину = перемещение пружины * жесткость пружины. Эффективное усилие пружины(усилие, измеряемое на колесе) есть собственное усилие пружины, умноженное на установочный коэффициент. Т.е. можно легко переходить от одной к другой величине. Значение CSW можно узнать следующим образом. Положим у Вас уже есть установленная пружина. Вам необходимо измерить высоту пружины под нагрузкой и умножить это значение на собственную жесткость пружины и на установочный фактор. Если собственная жесткость пружины не известна, то ее можно вычислить, используя формулу,которая была представлена ранее в разделе, посвященном пружинам. (т.е. k = 11,250,000 * (Dw)^4 / 8 * Na * (Dm)^3). Причины, по которым собственная жесткость пружины отличается от жесткости пружины, измеренной на колесе, очевидны. Но это можно доказать и математически. Ранее мы отметили, что Fw = Fs * IR А усилие, развиваемое пружиной есть произведение жесткости пружины на ее ход Fs = k * Ds Подставив одно в другое, мы получим: Fw = k * Ds * IR; Т.е. вес подрессоренной части автомобиля, приходящийся на одно колесо есть собственная жесткость пружины, помноженная на перемещение пружины и на установочный фактор. Т.е. если мы имеем одну пружину на одно колесо, то для того, чтобы узнать CSW нам достаточно знать изменение высоты пружины под нагрузкой автомобиля, установочный фактор и жесткость пружины. Если у Вас установлено две пружины, то в не зависимости от того по какой пружине Вы будите выполнять измерения: первой, второй, либо какой то усредненной пружины, Вы все равно получите одинаковые значения CSW, т.к. все эти пружины подвергаются действию одной и той же нагрузки и имеют одинаковый установочный фактор. Частотные характеристики подвески Что такое частотная характеристика подвески? Традиционно подвеску в off-road всегда старались сделать выше. Побольше колеса, побольше просвет и т.д. Все так, пока скорости не большие, но при увеличении скоростей некоторые факторы становятся все более важными. Итак, частотная характеристика подвески (Fn). Расчет собственной частоты Собственная резонансная частота простого случая расcчитывается следующим образом: Fn = (sqrt(k/m)) / 2pi ,где Fn = частота Hz k = жесткость упругого элемента в интересующем нас направлении m = масса груза, кг 2pi = коэффициент, для перевода угловой частоты (рад/сек) в линейную: Гц, pi = 3,14

Массой груза оперировать не совсем верно, правильнее использовать понятие вес, т.е. та сила, с которой масса давит на то, что по ней. Как известно, вес это масса, помноженная на ускорение свободного падения. статья американская,поэтому ускорение свободного падения выражено в дюймах на квадрат секунды, отсюда можно записать:

Fn = sqrt ((386.088*k) / W ) / 2pi

(от переводчика: статью эту я перевожу пока еду в метро, позвольте сильно не углубляться в математические выводы, Вы и сами можете их проделать при желании, ничего сложного в этом нет)
Видно, что Fn зависит только от соотношения k / w, т.е. от коэффициента жесткости пружины, деленного на вес. Таким образом, если мы увеличим жесткость пружины или уменьшим вес, то собственная частота вырастет. И конечно же можно запросто получить две системы с одинаковой собственной частотой, но при этом у них будут разные жесткости пружин или разные массы.
Для того, чтобы пользоваться этой формулой нам необходимо учесть, что в ней рассматривается вариант, при котором пружина установлена вертикально и вес действует на нее также строго вертикально. В жизни, как мы знаем, все совсем не так и для того, чтобы использовать эту формулу в реальной ситуации, нам поможет наш установочный фактор.

Взаимосвязь Fn и SH
Как мы уже знаем, что вес подрессоренной части автомобиля, приходящийся на одно колесо находится в прямой взаимосвязи с собственной жесткостью пружины и установочным фактором. А собственная жесткость пружины влияет на высоту пружины при той же самой массе автомобиля.
Принимая во внимание:
IR = ST / WT
, можно записать:
WT = ST / IR
Т.е. другими словами ход колеса зависит от хода амортизатора(не будем рассматривать различного рода демпферы, т.н. bumpstop и т.д.) и эта взаимосвязь определяется установочным фактором.
Также не возможно спорить с тем, что начальное положение амортизатора задается жесткостью пружины и массой автомобиля, приходящейся на одно колесо. Правда, надо еще учесть тот факт, что не всегда ход пружины соответствует ходу амортизатора, т.к. производители просто могут подобрать амортизатор из числа выпускаемых. Т.е. вот пример: представьте, что мы установили на автомобиль пружины на 10см короче штатных, в этом случае можно говорить о незадействованной в работе подвески части амортизатора.
К чему все это? К тому, что при заданной жесткости пружины, мы не можем изменить собственную частоту подвески, не изменив CSW (вес подрессоренной части, приходящейся на одно колесо) или не изменив жесткость пружины.
Вопросы, связанные с настройкой положения, преднатяга и т.д. пружины на амортизаторе мы разберем чуть позже.
Запомните, что жесткость пружины влияет на Fn и SH, а высота пружины влияет только на SH. Это довольно важный вывод, т.к. при неправильном понимании сути невозможно создать подвеску с необходимой высотой и собственной резонансной частотой.

Основные знания для выбора жесткости пружины.

В зависимости от того, что является целью, необходимо совершать различные действия:

В этом случае эффективную жесткость пружины мы расчитываем как функцию от целевой собственной частоты подвески:

Wheel Rate = (Suspension Frequency / 3.128)^2 * Corner Sprung Weight
WR=(Fn / 3.128)^2 * CSW

(прим.: что за 3.128 не помню и лень искать уже, не забудте перевести в метры если что. )

В этом случае расчет эффективной жесткости пружины расчитывают как функцию от целевой высоты подвески:

Wheel Rate = Corner Sprung Weight / (Wheel Travel * Suspension Height %)

В данном случае SH это то, насколько подвеска сложилась под весом автомобиля в процентном соотношении.

В любом случае так мы узнаем предварительное значение жесткости пружины, чтобы в дальнейшем получить целевую эффективную жесткость пружины в соответствии с формулой:

Wheel Rate = Spring Rate * (IR)^2 or WR = k(IR)^2

Источник