Двигатель, трансмиссия, сам принцип силового агрегата, различные электронные системы — на фоне буйства технологий и краха привычных инженерных стереотипов подвеска остается последним нетронутым редутом традиционной конструкторской мысли. По крайней мере, так кажется на первый взгляд. В реальности она также порой становится заложником современной политики автопроизводителей. Но речь не идет об экономии топлива и связанных с нею маркетинговых уловках. Не касается это и экологии. Выбирая тот или иной вариант подвески, решения отдельных узлов и даже материалы, компании обычно не пытаются доказать что-то покупателю, привлечь его либо сделать так, чтобы было не хуже, чем у других — всего лишь напрямую сокращают свои расходы. Стоит отметить, есть здесь приятные исключения, хотя и не частые и касающиеся в основном автомобилей недешевых. А вот желание заработать на обслуживании и ремонте — едва ли не общая тенденция.
Вы помните еще совсем недавние времена, когда автомобили выбирали не только по кузову, двигателю и трансмиссии? По тому, как машина рулится или, напротив, обеспечивает превосходную плавность хода. Марки и тем более конкретные модели, причем не из спортивно-ориентированных, можно было легко разделять по подвесочным приоритетам. А теперь… Вместе с пресловутым даунсайзингом моторов, наряду с повальным использованием общих узлов и агрегатов в автомобильный мир пришла «унификация настроек» подвески и усредненность ходовых качеств. Едет как BMW — фраза по нынешним меркам уже не актуальная, поскольку сами «баварцы», по крайней мере, из гражданских, во многом отошли от своих корней. Что говорить о марках «попроще». Или о моделях, которые изначально не предназначались для активной езды. Да что там, даже различные «спортивные» версии и те порой становятся предметом экономии на ходовой части. Впрочем, ради справедливости нужно сказать, что поиск оптимальных подвесочных конструкций идет еще и по пути получения максимального пространства в салоне-багажнике и отчасти зависит от компоновочных решений в моторном отсеке.
Кузнечные технологии
ДВС, коробка передач, электромотор, который, как мы знаем, появился ранее привычных агрегатов, работающих на бензине и солярке, — все это на рубеже 19-го и 20-го веков было для обывателя ново, непривычно. Но на подвеске инженерная мысль отдыхала. К чему что-то выдумывать, если первые самодвижущиеся экипажи по скорости мало отличались от конных, а потребитель знал и любил вальяжность дилижансов. В общем, мягкие и податливые во всех направлениях эллиптические рессоры в составе зависимых подвесок вполне устраивали и пользователей, и конструкторов. Ситуация начала меняться лишь с ростом скоростей. И все же не кардинально. Например, на рекордном бельгийском электромобиле La Jamais Contente 1899 года спереди мы видим некое подобие 3/4-эллиптических рессор, которые лишь чуть жестче «полного эллипса», однако почти столь же восприимчивы к воздействию продольных и поперечных сил.
Создается впечатление, что инженеры, сконцентрировавшись на разработке и модернизации силовых агрегатов, о подвеске попросту не думали. И то верно — эллиптические рессоры, доставшиеся первым автомобилям от конных экипажей, вполне отвечали техническим характеристикам «самобеглых колясок»
Электромобиль La Jamais Contente (слева), разогнавшийся почти до 106 км/ч, имел спереди нечто похожее на 3/4-эллиптические рессоры. Правда, верхняя четверть представляла собой цельную и толстую полоску стали. В то время как на других автомобилях (справа) это был полноценный пакет из нескольких листов
Впрочем, к концу первого десятилетия 20-го века на машинах уже появились привычные сейчас полуэллиптические рессоры. Менее податливые, чем предыдущие варианты, они к тому же определили разнообразие конструктивных схем. Например, их можно было размещать классически — продольно с прикрепленным в центре пакета мостом. Или крепить в двух точках на раме, а на один конец консольно подвешивать балку. Или вообще оставить от них половинки, получая таким образом четверть-эллиптические рессоры.
Рессора, в центре закрепленная на раме неподвижно, спереди с помощью серьги, а другим концом связанная с мостом, называется кантилеверной. Она не способна противостоять силам, возникающим в момент разгона и торможения. Поэтому у наиболее распространенного автомобиля с подобной схемой — ГАЗ-АА (ММ) — рессоры были дополнены трубой (с карданом внутри), игравшей роль продольной тяги. Из плюсов — возможность сделать раму короче, чем в случае с обычным креплением
К сдвоенным четверть-эллиптическим рессорам на ГАЗ-67, как и к кантилеверным, мост крепился консольно. Это позволило сделать машину почти без переднего свеса
В начале прошлого века производители экспериментировали и с поперечным расположением рессор. Одной из первых моделей, в которых использовали такое решение, стал Ford T — подкупала его компактность, простота, дешевизна. Но в минусах, даже несмотря на использование продольных тяг или А-образных рычагов, значилась чрезмерная податливость при торможениях и ускорениях, что очень негативно сказывалось на управляемости.
На нашем ГАЗ-АА, как на копии Ford-AA, спереди сохранилась поперечная рессора. Не лучший вариант даже с точки зрения надежности. Однако в условиях тогдашнего развития советской промышленности менять что-то не решились. Наверное, логично
Поперечная рессора использовалась и сзади. Например, на том же Ford T (на фото). Из-за корпуса главной передачи она имела довольно замысловатую форму. Тем не менее, в отличие от передней, ее наличие не сильно сказывалось на управляемости. На некоторых недорогих моделях подобную схему использовали вплоть до 90-х годов
Любопытное применение поперечная рессора получила на автомобилях совсем не утилитарных и далеких от массовости, характерной для модели T. В составе рычажной подвески ее использовали и как упругий элемент, и как… рычаг. Например, на пред- и послевоенных Skoda она располагалась снизу. А на купе BMW 328 — сверху. Были машины, где пакеты листов заменяли собой и нижние, и верхние рычаги. Для исключения их скручивания в продольном направлении они порой применялись и попарно. И тем не менее подвеска, в которой в качестве направляющих элементов использовались рессоры, даже при наличии традиционных рычагов не могла противостоять силам, возникающим при движении. Скорости же росли.
Схему, где рессоры играли роль верхних и нижних рычагов, отличала простота. Но применялась она преимущественно на технике, от которой не требовалась хорошая управляемость — на внедорожниках, тракторах. С центральным креплением рессор (на снимке) подвеска получалась фактически независимой. У легковых автомобилей поперечные рессоры крепили в двух местах, обеспечивая подвеске большую продольную жесткость
Бывали и такие варианты — четыре четверть-эллиптические рессоры на каждое переднее колесо. Конструкция тоже несложная и к тому же позволявшая без проблем организовать привод к передним колесам
В составе подвески на поперечных рычагах рессора могла располагаться либо снизу, как на Шкодах (слева), либо сверху. В последнем случае речь идет о купе BMW 328. Оно было сделано на базе седана модели 326, у которого в передней подвеске трудились две поперечные рессоры. Кстати, именно верхняя рессора вместо рычага лучше воспринимает нагрузки
Поиски
В общем, совмещение функций упругого (рессора) и направляющего (рычаг) элементов в одной детали было неоднозначным решением. Простым в исполнении, возможно, технологичным и дешевым, однако далеко не совершенным с точки зрения характеристик. Поэтому уже начиная с 10-20-х годов прошлого века и заканчивая едва ли не современностью, инженеры под разные условия искали оптимальные конструкции подвески. Какие только схемы не появлялись! Вспомним качающиеся полуоси у Pinzgauer и Tatra. Или поперечные рычаги, каждый из которых крепился к противоположному лонжерону у фордовской подвески Twin I-Beam. Либо задние продольные рычаги, которым отдавали предпочтение конструкторы нашего ЛуАЗа и Citroen. Спереди изредка (но массово — на VW Kafer) в качестве основного элемента использовались поперечные торсионы, расположенные друг над другом, заключенные в трубы и связанные с продольными рычагами.
Подвеска с качающимися полуосями встречается на грузовиках Tatra и вездеходах Pinzgaurer (на фото), которые были «генерированы» из армейского внедорожника Haflinger конца 50-х. Но даже с точки зрения приспособленности к бездорожью они не идеальны — невелики ходы колес
Качающиеся поперечные рычаги спереди — это, судя по всему, изобретение Ford. Называлась конструкция Twin I-Beam и в 60-х годах применялась на заднеприводных моделях
Позже Ford использовал похожую схему, названную Twin Traction Beam, и на переднем ведущем мосту, например, на модели Bronco. Сложно, тяжело, металлоемко, наверняка дорого. Тем не менее конструкция все еще популярна на прототипах, выступающих на американских бахах
Конструкция с двумя поперечными торсионами, усилия на которые передавались с помощью продольных рычагов, изобрел Фердинанд Порше. Такая же использовалась на Запорожцах, правда, в ней торсионам помогали пружины
Отдельно стоит упомянуть подвеску Де Дион — симбиоз зависимой и независимой схем. В ней подпружиненная балка, связанная с колесами, была разъединена с корпусом редуктора, который жестко прикреплялся к раме или кузову. По кинематике подобная конструкция достаточно продвинута, близка к независимым подвескам. Но распространения по ряду причин не получила.
Помимо неплохой кинематики, в сравнении с традиционной цельной балкой Де Дион сокращала неподрессоренные массы — редуктор (как и приводные валы) ведь не входил в состав подвески. И в то же время плохо переносила боковые нагрузки, требуя тягу Панара или механизм Уатта (на фото справа). Не прижилась же по другой причине — была дорога в производстве и занимала сравнительно много места
Все эти изыскания имели почти всегда единый результат — отказ от перечисленных схем либо применение их ограниченно, на узкоспециализированных, специфических автомобилях, для которых поведение на дороге было делом десятым. Объяснения просты — конструкции в той или иной степени обеспечивали машинам ущербную управляемость. Например, при качающихся полуосях и поперечных рычагах работа подвески вызывала изменение колеи. А ходы колес, связанных с продольными рычагами, меняли уже размер колесной базы. При этом кинематика этой подвески была такова, что в поворотах колеса наклонялись вместе с кузовом, создавая склонность к заносу. Особенно если подобная конструкция применялась спереди и сзади, чем грешили на некоторых Citroen.
В середине 30-х инженер и автогонщик Андре Дюбонне сконструировал оригинальную переднюю подвеску. Основой в ней была цельная балка, жестко прикрепленная к кузову. На концах ее вместо шкворней были сложные механизмы — цилиндры, наполненные маслом, внутри которых располагались пружины и амортизаторы. Рычагами они связывались с колесами. Подобно шкворням, поворачивалась вся эта конструкция, отчего руль был тяжелым. Имелся еще ряд недостатков — отсутствие регулировки развала, течи по сальникам рычагов. Подвеска Дюбонне устанавливалась на некоторые модели Chevrolet и Pontiac, на Opel Kadett и скопированные с него Москвичи
Оптимальный баланс
Сейчас трудно сказать, кто конкретно и когда придумал и внедрил двухрычажную схему. По упомянутым уже BMW и Skoda середины 30-х годов с поперечными рессорами, где они выполняли функции направляющих элементов, понятно, что над проблемой кинематики подвески при ее артикуляции инженеры думали давно. Так или иначе, а в тех же 30-х парные поперечные рычаги начали использовать, скажем, в GM и Mercedes. Чуть позже на вооружение их приняли и другие производители, среди отечественных ГАЗ — на Победе и 21-й Волге. Конструкция могла и может отличаться деталями. Например, первое время рычаги с поворотным кулаком связывал преимущественно шкворень, после его повсеместно заменили двумя шаровыми опорами. Были варианты по компоновке упругих элементов. Амортизатор и пружина размещались раздельно или один внутри другой. А сейчас едва ли не везде используется стойка, которая может быть пропущена через верхний рычаг либо находиться за его пределами. Наконец, нижний рычаг выполняется А-образным или прямым. Все это не столь важно по сравнению с базовыми характеристиками двухрычажки.
Двухрычажные подвески могут отличаться по компоновке рычагов, пружины и амортизатора. Сейчас используется стойка, расположенная внутри верхнего А-образного рычага (фото слева) либо вне его (в центре). Ранее пружина и амортизатор часто были разъединены, и рычаг мог проходить сбоку от них (справа)
Они близки к идеальным. При коротком верхнем и длинном нижнем рычагах подобная подвеска обеспечивает минимальные изменения колеи автомобиля. То есть при вертикальном движении колес они сохраняют свое положение практически неизменным. Восприимчивость к усилиям в продольном направлении (при ускорениях и торможениях) также ниже, хотя часто этому способствуют дополнительные диагональные рычаги (растяжки). В конце концов, большое количество шарниров обеспечивает лучшую по сравнению с другими схемами плавность хода. Не зря эту конструкцию до последнего времени использовали на моделях начиная с D-класса. Или даже на более компактных машинках. Вспомним, каким балансом управляемости и комфорта обладали Honda Civic и Integra выпуска до 2000 года! Увы, «двухрычажка» тоже не безгрешна. И если ресурс нагруженной нижней шаровой опоры еще можно списать на манеру вождения, то себестоимость всей системы для производителей оказалась решающим фактором. Конечно, были и другие трудности — например, организация подвода валов к колесам при переднем приводе, компоновка подвески при поперечном расположении силового агрегата. Но ведь на той же Honda и многих других автомобилях этот вопрос решали. Словом, экономия…
Уходя со сцены, параллельные рычаги продолжают оставаться безальтернативными в автоспорте. Потому что позволяют задавать любые параметры подвески и играть с компоновкой. Например, располагать упругие элементы горизонтально
Цена решает все
Спереди на смену «двухрычажке» пришел McPherson, или «качающаяся свеча». Хотя исторически правильнее будет сказать, что оба этих типа передних подвесок в какой-то момент развивались параллельно. Причем прообраз изобретения американца Эрла Макферсона, относящегося ко второй половине 40-х, можно найти в свечных подвесках, которые делали едва ли не с конца XIX века. В них поворотный кулак, подпираемый пружиной, вращался вокруг трубы, выполнявшей функции шкворня. То есть упругий элемент был совмещен с осью поворота колеса. А в подвеске Макферсона эта ось сходилась с амортизаторной стойкой. Правда, на этом совпадения заканчиваются.
Свечная подвеска, в которой подпружиненный поворотный кулак двигался по элементу передней рамки, игравшей роль шкворня, использовалась преимущественно на гоночных автомобилях. Поскольку кинематика была идеальной, а сама подвеска, лишенная рычага, очень жесткой
Единственный прямой или L-образный нижний рычаг. Стойка, упирающаяся не в него, а связанная с поворотным кулаком. Стабилизатор, на ряде подвесок играющий роль диагональной растяжки, или наличие таковой. McPherson отличает простота, вытекающая из нее технологичность, низкая себестоимость, компактность по ширине, меньшая по сравнению с двумя рычагами масса, значительный ресурс шаровой опоры. К сожалению, есть и ряд недостатков. Например, неважная «конструктивная» плавность хода. Изменение развала колес при артикуляции подвески (поворотный кулак при единственном рычаге ходит по дуге). Большие нагрузки на шток амортизатора и верхнюю опору. Велико воздействие на McPherson возмущающих сил, возникающих на переднеприводных автомобилях при интенсивном разгоне. Тем не менее начиная с 60-70-х годов «качающаяся свеча» активно вытесняла «двухрычажку». Например, отказались от таковой, за исключением флагманов и GT-моделей, в BMW и Mercedes. Пали последними редутами Mazda 6 и Honda Accord 2012-13 модельных годов, чьи предыдущие поколения, несмотря на передний привод и поперечное расположение агрегата, имели по паре рычагов. А паркетникам «двухрычажка», видимо, не полагается по статусу. Хотя кому как не им было бы логично иметь более надежную и ресурсную, чем McPherson, конструкцию, которая, к тому же, обеспечивала бы лучшую плавность хода. В общем, массово теперь двойные рычаги можно встретить разве что на E-классовых и более крупных моделях, на внедорожниках да на Audi — начиная с A4.
Первым автомобилем, примерившим спереди подвеску Макферсона, стал Ford Vedette, выпускавшийся во французском подразделении компании. Есть информация, что нечто подобное существовало и ранее, американец лишь воспользовался наработками предшественников. Кстати, сам создатель узла предполагал ее использование и сзади, что произошло чуть позже
Основной трудностью при массовом освоении McPherson было то, что шток амортизатора испытывал боковые и продольные нагрузки. А это требовало технологий и особой культуры производства. В итоге конструкция стала популярной только к 70-м годам
Дабы исключить влияние возмущающих сил, инженеры «играют» с плечом обкатки — расстоянием между осью поворота и центром пятна контакта колеса. Для этого между стойкой и поворотным кулаком устраивается переходная деталь, имеющая свои шаровые опоры. Так это сделано на Opel Insignia OPC, других «горячих» переднеприводниках, а до того осуществлялось на Тойотах — Corolla Levin/Sprinter Trueno и Celica/Curren. Вроде бы еще в 80-х тем же занимались в Audi и VW
Конструкция задней подвески также претерпевала изменения. Стоит, однако, сказать, что до середины-конца 80-х годов не редкостью на заднеприводных легковых автомобилях был цельный мост. На переднеприводных сзади также использовалась зависимая подвеска. Пока в 70-х в Audi не разработали полузависимую схему, представлявшую собой П-образную балочку, на концах которой висели колеса. Будучи подпружиненной, эта конструкция, скручиваясь, работает как торсион. И обеспечивает правому и левому колесам кое-какую свободу независимо друг от друга. Не идеал, который уже в наше время дорабатывали устройством эластичных связей между балкой и ступицей — ради обеспечения эффекта подруливания. Хотя еще раньше та же «опция» была предложена Mercedes в начале 80-х на D-классовой модели 190 — в рамках впервые появившейся многорычажной подвески. И с тех пор между этими системами паритет. Полузависимая подвеска — удел «бюджетников». Ее можно встретить в гольф-сегменте, но не массово (Toyota Corolla, «французы», Civic-хэтчбек). А до класса D она если и добиралась, то совсем уж эпизодически. Там и далее умами инженеров правят «многорычажки», сложные, дорогие, однако позволяющие до нюансов отточить ходовые качества.
Полузависимая подвеска стала для многих производителей настоящим подарком. По кинематике она явно лучше всего того, что использовалось сзади ранее, и при этом дешевле «многорычажки». А чтобы улучшить ее качества, были добавлены резиновые элементы (фото справа)
Конструкций и вариантов многорычажной задней подвески еще больше, чем всех других типов. Зачастую у разных моделей ее узлы значительно отличаются даже внешне. Изредка производители используют сзади McPherson (фото справа) — такая у Toyota Camry и Porsche Cayman
В духе времени
А что с надежностью, как за время эволюции инженерных решений изменилась она? Конечно, глупо сравнивать рессорные подвески с многорычажными. Тем более что в отношении ходовой части человеческий фактор имеет еще большее значение, чем касательно двигателя и трансмиссии. И все же некоторые выводы сделать можно.
Например, вспомнить, насколько долго сохраняли свои качества подвески Mercedes 190, E-class в кузове W124 и «тройка» BMW E36. Или как показательно невозмутимо ехал «сто сорокет», не исключено, переживший не одного хозяина. Да что там, Corolla, Corona, Camry начала 90-х, если к ним относились бережно, с целой «ходовкой» могли разменять третье десятилетие. Такие экземпляры попадаются до сих пор.
Теперь же мало кого удивляют стойки, которые начинают стучать задолго до 100 тыс. км. Едва ли не общая тенденция замена ступичных подшипников на 50-70 тыс. км. Или при том же пробеге — опорных чашек стоек в McPherson, которые производители почему-то не удосуживаются качественно защищать от грязи. Также общее место — переход на рычаги с несъемными шаровыми опорами, причем на моделях, далеких от «премиума». Да, для того же McPherson это, казалось бы, не критично — шаровая не нагружена и способна ходить долго. Однако опять же есть примеры, когда вместе с рычагами их нужно менять при пробегах в половину «сотки» или около того. Порой аналогичным образом подводят сайлент-блоки, тоже предлагаемые лишь вместе с рычагами. Да и сами они из-за стремления снизить неподрессоренные массы часто выполняются алюминиевыми, а это сказывается на ресурсе опор и «резинок».
Понятно, что рычаг, выполненный с шаровой опорой как единое целое, технологичнее и дешевле в производстве. А вот владельцу за эту экономию придется значительно переплачивать. Либо покупать «неоригинал» и запрессовывать его. Вариант, конечно, но чреватый как минимум потерей ресурса узла
Характерный пример иного рода — «двухрычажка» Audi. Ходит долго, за сотню, до конца сохраняя свои качества. Однако спереди имеет по четыре шаровых опоры на колесо, запрессованных в алюминий сдвоенных верхних и нижних рычагов. Какому-то по счету хозяину придется серьезно вложиться…
Передняя подвеска Audi — сложная четырехрычажная конструкция, работающая подобно «двухрычажке». Способна выхаживать за сотню, а если не пытаться ее планомерно убивать, то и под 200 тыс. км. Но всем желающим приобрести подержанную A4 или A6 стоит сделать диагностику ходовой и узнать стоимость запчастей
«Укрупнение» предлагаемых запчастей касается не только шаровых и рычагов. Не секрет — часто сейчас подшипники идут только вместе со ступицами и, что совсем удивительно, на некоторых моделях (например, Volvo) втулки — вместе со стабилизаторами. И это мы не говорим о различных пневмо- или гидросистемах, которые сами по себе источник проблем и денежных вложений. К сожалению, от этого никуда не деться. Поэтому о покупке того или иного б/у автомобиля стоит решать не после краткой поездки — по результатам всеобъемлющего осмотра где-то даже диагностики подвески. Что же ожидать дальше? На «народных» автомобилях, во всяком случае, конструктивно вряд ли что-то кардинально изменится. Хотя экономия «на металле», наверное, будет прогрессировать. А вот от премиума можно ожидать большей «электрификации» шасси и применения синтетических материалов. Примеры есть.
Поперечная рессора из композитного материала, использующаяся сзади, решение не сегодняшнее. Давно применяется на Chevrolet Corvette (слева) и некоторых других «американцах». Конструкция такой подвески проста и легка, ведь полоска пластика играет роль демпфирующего и направляющего элементов, а также выступает стабилизатором поперечной устойчивости. Аналогичную можно будет увидеть в новом Volvo XC90. Дальнейшее развитие «полимерной» темы — балочка задней полузависимой подвески и пружины. Встречаются на концепт-карах и даже серийно