Підвіска спортивного автомобіля
Починаючи розповідь про підвіску спортивного автомобіля, особливу увагу слід приділити амортизаторам.
У всіх на слуху такі фірми як Reiger, Ohlins, Proflex, EXE-TC, KW, TEIN, KONI, AST та інші. Частина виробників спеціалізується на ралі, частина на кільці. Хтось робить підвіски для тюнінгу. Є менш відомі виробники як з простими, так і з дуже складними і дорогими продуктами.
У всіх гідних виробників найскладнішим елементом підвіски є амортизатор, саме він дозволяє швидко їхати, або ні.
У чому завдання амортизатора? У здатності гасити коливання кузова автомобіля під час руху різними покриттями. Якщо амортизатор не справляється - машина занадто розгойдується. Якщо амортизатор занадто жорсткий - машина підстрибує. Але це дуже просто. Насправді амортизатор повинен по-різному працювати в різних умовах, забезпечуючи сталість контакту колеса з дорогою і не передаючи зайві коливання на кузов.
У звичайних автомобілях зараз широко використовуються двотрубні газомасляні амортизатори. Вони компактні, прості у виготовленні та служать досить довго. З мінусів можна відзначити, що газ змішаний з маслом, при активній роботі йде нагрівання і з'являються бульбашки. Усе це погіршує стабільність роботи.
Спортивний амортизатор, по-перше, має дозволяти швидко їхати. По-друге, він має бути надійним. Тому "розмір не має значення". Спортивний амортизатор більше.
Якщо хтось бував на гонці «Південний Урал», той знає, наскільки це покриття вимогливе. Нам вдавалося кілька років там вигравати та займати призові місця, в тому числі завдяки правильносконструйованої та налаштованої підвіски.
Розміри та варіанти виконання.
У спортивному амортизаторі набагато більший обсяг олії, тому він громіздкіший і має виносну камеру, резервуар. Наявність виносного резервуара дозволяє збільшити хід амортизатора, т.к. газ та розділовий поршень не знаходяться на осі руху штока амортизатора. Іноді виносний резервуар виконаний на гідравлічному шлангу. У цьому випадку резервуар кріпиться десь у підкапотному просторі або у багажнику автомобіля. Деякі амортизатори виконані з резервуаром жорстко закріпленим до корпусу в нижній частині (рюкзачного типу). Все залежить від конструкції та компонування. У будь-якому випадку суть одна. Більший об'єм олії всередині – більша стійкість до тривалих навантажень з різною амплітудою і, як наслідок, менший нагрів. Велика стійкість, в даному випадку – відсутність ефекту спінювання олії та втрати робочих характеристик. Перегони можуть бути і в пустелі, де температура на вулиці плюс 40-50 градусів.
Також у виносному резервуарі є відсік для закачування інертного газу (зазвичай азоту), який має низький коефіцієнт розширення при нагріванні, що забезпечує практично однакову характеристику газового підпору у всьому діапазоні роботи.
Часто спортивна підвіска виконана "перевернутою", а саме шток амортизатора "захований" усередині стійки, тобто стійкий до стійки. знаходиться унизу. З явних плюсів:
- на шток немає згинальних навантажень,
- На шток немає зовнішнього механічного впливу, т.к. не летять каміння, пил, волога.
Тобто, коли ви дивитеся через витки пружини і бачите поліровану трубу великого діаметру – це лише корпус амортизатора, який по тефлонових напрямних ковзає у корпусі стійки.
Алгоритмироботи амортизаторів
Робота амортизатора звичайного автомобіля здійснюється практично за лінійними залежностями, а саме, чим вище коливання в підвісці, тим вищий опір переміщенню поршня. Але будь-який цивільний амортизатор має обмеження роботи гідравліки, і при швидкостях переміщення поршня близько 2 м/c амортизатор «пробиває», гідравліка не справляється.
Спортивний амортизатор розрахований на більші навантаження. До того ж є принципова різниця в базовому алгоритмі роботи амортизаторів на слизьких (жвір, ґрунт, сніг) та твердих (асфальт, особливо кільцевий) покриттях.
Ураліавтомобіль постійноковзаєі завдання підвіски – забезпечитимаксимально можливий контактвсіх коліс з поверхнею дороги в ковзанні.
Укільціавтомобіль рухається без явних ковзань,на межі зчепленняшини з полотном, і в цих умовах важливомаксимально навантажити опорне колесо, переміщуючи на нього вагу.
У цивільному автомобілі завдання зробити їзду гранично комфортною, максимально зменшивши коливання кузова.
На малюнку нижче схематично показані алгоритми роботи підвіски (пружина та амортизатор) на цивільному, ралійному та кільцевому автомобілі. Ескіз графіка створений виключно для наочної ілюстрації різних процесів, це результати вимірів на стенді конкретних амортизаторів.
Тут хочу зупинитися докладніше і розібрати роботу кожного типу підвіски в різних умовах різних характеристик.
Стиск– здатність підвіски стискатися при зовнішньому впливі на колесо. Зверніть увагу, наскільки абсолютні величини опору стиску для кільцевого автомобіля більше, ніж для ралійного, при швидкості штока до 1 м/c. Це важливорозуміння аналізу нижче.
Діапазон 1(див. малюнок) –«Low speed»або низька швидкість переміщення штока поршня. Нехай це буде швидкість від 0 до 0,25 м/c. На практиці це рух рівною дорогою або вхід у поворот.
Кільцевий автомобіль має бути пропорційно жорстким у цьому режимі. Вся енергія повинна йти в розгін чи підтримку швидкості, а не губитися на «відпрацювання» розгойдування. Якщо на вході в поворот підвіска м'яка на стиск, вибереться весь хід амортизатора (який досить короткий) і машину «зірве».
Ралійний автомобіль тут повинен бути набагато м'якшим за кільцеве, і опір на стиск має бути невеликим для забезпечення максимальної плями контакту коліс з дорогою і постійного плавного перерозподілу ваги. Якщо на вході в поворот підвіска сильно чинитиме опір приходу ваги на колесо, то автомобіль «зірве», а не «завантажить».
Діапазон 2а - "Medium Speed", швидкість переміщення штока поршня від 0,25 до 1 м/c.
Для кільцевого автомобіля завдання – зменшити опір стиску, тому що. будь-яка нерівність може почати його підкидати та розбалансувати. Конструктивно зусилля зменшити практично неможливо (тільки складною системою клапанів з електронним керуванням), тому опір стиску намагаються зберегти хоча б на постійному рівні.
На нерівній дорозі опір стиску для ралійного автомобіля зростає пропорційно до самих нерівностей, але графік поки не різкий.
Діапазон 2b - "Medium Speed", швидкість переміщення штока поршня від 1 до 1,5 м/c.
Хвилі, підкиди та поребрики – вороги кільцевого автомобіля. Характеристику у цьому діапазоні намагаються також зберегти рівною.
У ралі купини та хвилі на траєкторії це норма. Опір стиску (зусилля)демпфування) збільшується досить сильно та пропорційно. Чим більше купина або підкидання, тим краще підвіска повинна чинити опір переміщенню колеса в арку.
Діапазон 3 - "High Speed", швидкість переміщення штока поршня від 1,5 м/c і вище.
Малоактуально для кільця, хіба що у разі несподіваного наїзду на високий поребрик.
А ось тут починається те, за що всі люблять ралі: польоти та трампліни! На деяких спецділянках автомобіль проводить у повітрі не менше часу, ніж на землі. Зусилля на шток поршня при приземленні дуже велике, відповідно швидкість руху різко зростає - як видно на малюнку - крива стиску має різке зростання. Під час приземлення підвіску не повинно «пробити», ралійний автомобіль повинен «прилипати» до дороги. Цей ефект досягається за рахунок правильної характеристики стиснення.
Відбій- здатність підвіски виштовхувати колесо при втраті плями контакту. Це може бути як відрив колеса під час стрибка, так і наїзд на яму. Відбій також починає працювати, коли колесо спочатку на купині пішло в арку. Його теж потрібно виштовхнути, повернувши на землю та забезпечивши контакт.
Загалом, налаштування відбою це завжди компроміс, тема неоднозначна. Якщо опір відбою налаштовано занадто м'яко, виникає розгойдування автомобіля, т.к. колесо надто енергійно виштовхується. Якщо опір відбою занадто великий, колесо «підвисає» і не повертається на землю. А далі може виникнути ефект «збору» підвіски, коли опір відбою значно перевищує динамічну характеристику пружини та підвіска перестає відпрацьовувати.
У кільці опір відбою масштабно завжди вище, т.к. використовуються жорсткіші пружини.
Діапазон 1 - "Low Speed",швидкість переміщення штока поршня від 0 до 0,25 м/c.
ПриЗа відносно рівною дорогою (кільце) завдання відбою «заспокоїти» колесо за наявності жорсткої пружини, тому величина опору відбою дуже висока при практично нульовій швидкості ходу штока. Тобто, пружина завжди прагне виштовхнути колесо, гідравліка утримує, компенсуючи жорсткість.
У ралі характеристика схожа, але діапазон зрушений пропорційно до м'якості пружини.
Діапазон 2 - "Medium Speed", швидкість переміщення штока поршня від 0,25 до 1,5 м/c.
Ідеологія базово однакова. При русі по нерівностях, хвиль і купин пружина прагне виштовхнути колесо і безпружинну масу для повернення в пляму контакту, опір відбою не повинен заважати їй це зробити, тому за графіком характеристика практично не зростає. Хіба що в ралі опір збільшується в абсолютному значенні при великих нерівностях.
У діапазоні швидких швидкостей тенденція така сама.
Як все просто теоретично і як складно часом налаштувати автомобіль!
Але це ще не все. Крім трьох характеристик (відбій, повільний стиск, швидкий стиск), які ми можемо самостійно регулювати в досить широкому діапазоні, підбираючи налаштування під ту чи іншу трасу та погодні умови, у просунутих спортивних амортизаторів бувають ще дві системи з регулюваннями: швидкий відбій (fast rebound) ) та гідробуфер (стиснення).
На кресленні видно, що з нормальному режимі роботи амортизатора (рух дорогою) працює калібрований канал. Саме він визначає роботу амортизатора на відбій. Повертаючи регулювання на штоку зверху між тестовими заїздами, можна змінювати прохідний перетин, переміщуючи конус вгору або вниз. Тим самим підбирається найкращий постійно прохідний переріз, що гарантує найкращу роботу підвіски по відбою наконкретну дорогу в даних умовах.
Якщо ж автомобіль стрибає, і особливо якщо стрибок високий, але короткий за часом, то за час польоту колесо не встигає повністю вийти з арки (не вибрано весь хід відбою) і приземлення виходить дуже жорстким, тому що саме на таку відстань стискатиметься підвіска при приземленні.
Але є ноу-хау. При різкому переміщенні штока поршня відкривається канал більшого перерізу, вся рідина моментально отримує свободу руху з однієї порожнини в іншу і колеса як би «випадають» самі під силою тяжіння (робота системи малюнку зусилля демпфування показана чорними лініями).
Машина без проблем продовжує прискорення, оскільки повний хід стиснення амортизатора дає можливість відпрацювати приземлення.
Варто хоч раз спробувати проїхати з такою підвіскою, відчуття зсередини неймовірні. Здається, ти зовсім не стрибаєш, а коли тобі показують фото, ти не віриш своїм очам – ти летиш і досить високо.