Подвеска для внедорожника

Автор Toman, 08 июля 2022, 12:53

« назад - далее »

Toman

Существует традиционная холиварная тема, касающаяся внедорожников (а также естественным образом затрагивающая и грузовые автомобили повышенной проходимости, и колёсные вездеходы): какая подвеска лучше - зависимая или независимая. Каковая тема распадается на две составляющие: какая подвеска лучше непосредственно на бездорожье, и какая лучше "вообще", учитывая все дороги, по которым приходится ездить (а у большинства пользователей количественно преобладают всё же дороги с твёрдым покрытием и грейдеры). Ну и отдельно вопрос цены и обслуживания.

Традиционной для автомобилей повышенной проходимости была зависимая подвеска на жёстких мостах для всех осей. Она сравнительно проста и малодетальна, сравнительно легко может быть выполнена прочной. И обеспечивает постоянство дорожного просвета под мостами при любой работе рессорного подвешивания.

Но сейчас она в значительной степени вышла из моды, и большинство легковых внедорожников выпускаются с независимой (на двух поперечных рычагах) подвеской передней оси. Правда, на задней оси у того же большинства внедорожников сохраняется зависимая подвеска в виде того же жёсткого моста. И это вызывает у многих баттхёрт - в особенности у любителей постройки т.н. "подготовленных внедорожников" (нужных либо для путешествий с участками серьёзного бездорожья, либо для поездок в повседневной жизни и работе в подобных дорожных условиях (в нашей стране такова ситуация, например, на Камчатке) ). И среди этой категории причина недовольства независимой подвеской достаточно очевидна: постройка "подготовленного внедорожника" подразумевает, в первую очередь, установку колёс увеличенного диаметра и лифт подвески/кузова (как минимум чтобы эти колёса вместить). А вот лифт подвески в случае зависимой подвески (жёстких мостов) осуществляется гораздо проще и с меньшим ущербом для правильности её работы, чем для независимой.

Но всё же это отдельная специфическая тема - переделка стандартных автомобилей. И отдельная тема - что сами стандартные модели внедорожников становятся всё хуже и хуже приспособлены собственно к бездорожью (а значит, требуют всё больше и больше переделок и доработок для того, чтобы, грубо говоря, просто съездить из деревни в магазин в город или из города в деревню к себе на дачу).

Допустим, что некто собирается не переделывать какой-то автомобиль, а проектировать новую модель с нуля, изначально под такой размер колёс, который считает нужным, и с настолько крепкими деталями подвески, как считает нужным, так что вопрос переделки отпадает.

Почему вообще на легковых внедорожниках стали отказываться от зависимой подвески передней оси, и почему от неё не спешат отказываться для задней оси? Тут есть две основные причины.

Первая - это поведение машины на высоких скоростях (шоссе, грейдеры). Независимая подвеска при правильной реализации обеспечивает лучший контакт колёс с дорогой при движении по неровностям, а также, как принято считать, более чёткое руление (поскольку мост зависимой подвески неизбежно имеет некоторые поперечные смещения при работе подвески, а также требует длинных рулевых тяг, имеющих меньшую жёсткость).

Вторая причина - компоновочная. В автомобиле традиционной переднемоторной компоновки двигатель с коробкой передач находятся как раз над передней осью. И в случае зависимой подвески его приходится поднимать над мостом с учётом работы подвески: чем больше ход подвески (а внедорожнику желательно бы иметь достаточно большой ход), тем выше приходится задирать мотор, тем выше становится сам автомобиль (ведь и водителю нужно нормально видеть дорогу поверх капота) и все расположенные в нём пассажиры и грузы, тем выше поднимается центр тяжести - а это проблема не только в случае резких манёвров или выхода из заноса на шоссе, но и собственно на бездорожье, где встречаются стрёмные косогоры. Также отчасти высота автомобиля становится проблемой в случае низких ворот, потолков и т.п. в гаражах и парковках, рассчитанных на легковые автомобили. Хотя для обзора на дороге высокий автомобиль, конечно, хорош.

Обе причины действовали и для обычных легковых автомобилей - так что там ещё в первой половине XX века сложилась "классическая" заднеприводная компоновка с жёстким ведущим мостом сзади и независимой подвеской на двух поперечных рычагах спереди. Каковая и применялась, в частности, на большинстве знакомых нам советских заднеприводных легковых автомобилей. На заднем приводе зависимая подвеска сзади логично оправдывается простотой: к жёсткому мосту требуется только одна сравнительно простая карданная передача, в то время как при независимой нужны были бы дополнительно две передачи с четырьмя ШРУСами. (В то время как жёсткий передний мост полноприводного автомобиля всё равно требует двух ШРУСов, причём в условиях жёсткого моста там появляется дополнительная проблема точной центровки этого ШРУСа).

Ну а теперь вот практически эта же классическая легковая схема более чем полувековой давности стала доминирующей среди внедорожников (в то время как среди самих обычных легковушек давно уже не доминирует). В советском автопроме эта схема была применена на "Ниве" ещё в 1970-х (наряду с постоянным полным приводом, который в западном автопроме получил большое распространение только сравнительно недавно).

Toman

Однако есть мнение, что такое сочетание - независимая подвеска спереди и зависимая сзади - в некоторых ситуациях более коварно и опасно, чем традиционная для олдскульных внедорожников зависимая спереди и сзади. Потому что на неровной дороге передняя независимая подвеска даёт водителю ощущение, что всё в порядке, и можно продолжать ехать с какой-то скоростью или даже прибавить - в то время как задняя ось всё больше прыгает и всё меньше находится в контакте с дорогой, что может закончиться внезапным и совершенно неожиданным для водителя заносом задней оси.

Сторонники такой точки зрения считают, что если уж спереди независимая подвеска, то и сзади нужно делать тоже независимую.

В инете встречается утверждение, что подвеску на двух поперечных рычагах перестали использовать в легковых автомобилях из-за того, что она, дескать, создаёт избыточную поворачиваемость (из-за чего автомобиль, например, не может ехать прямо без постоянных сложных воздействий водителя, и постоянно пытается вылететь с дороги). Однако если рассматривать в качестве альтернативы жёсткий мост (а среди внедорожников, грузовых и специальных автомобилей повышенной проходимости основная альтернатива именно такова), то именно у внедорожников он создаёт едва ли не ещё бо́льшую избыточную поворачиваемость, что проявляется, например, на УАЗах. Помимо того, что при рессорной подвеске сами рессоры являются единственным элементом, передающим боковые усилия (а значит, боковой относ задней части автомобиля будет явно больше, чем при независимой подвеске или чем при наличии поперечных реактивных тяг, применяемых при пружинной подвеске), есть ещё такая проблема, что сам мост несколько поворачивается в горизонтальной плоскости при кренах автомобиля и тем самым нежелательно "подруливает". И если на чисто шоссейных легковых и грузовых "пузотёрках" эта проблема изящно решается размещением передних точек закрепления рессор (или, соответствено, продольных реактивных тяг при пружинной подвеске) ниже уровня оси колёс, что работает в желательную сторону недостаточной поворачиваемости за счёт кренов кузова, то на автомобилях повышенной проходимости применить такой трюк проблематично, т.к. такие низкие точки крепления уменьшат дорожный просвет, особенно при кренах и диагональной артикуляции подвески, причём цепляться за грунт это будет гораздо сильнее, чем корпус главной передачи моста, обычно определяющий дорожный просвет при классической зависимой подвеске внедорожника - и потому обычно приходится эти точки размещать выше оси колёс, что делает подруливание задней при кренах вредным.

Унифицированная для передних и задних осей подвеска на двух поперечных рычагах достаточно популярна на тяжёлой и специальной технике, в т.ч. военной - колёсных БМП, БТРах, бронеавтомобилях, просто грузовиках военного назначения. В том числе такая унификация позволяет делать задние оси управляемыми, что бывает полезно для техники, которой необходимо маневрировать в тесных местах, как, например, городским мусоровозам.
( https://www.youtube.com/watch?v=2J5cxOhxQ2Q )

Впрочем, в частном случае, когда задние оси неповоротные, для них существует ещё альтернатива в виде подвески на продольных рычагах - что за счёт её компактности в случае неповоротных колёс позволяет существенно увеличить объём (ширину) задней части кузова на уровне расположения подвески и колёс (например, десантного отделения, как сделано на некоторых представителях колёсной бронетехники со среднемоторной компоновкой).

Toman

Во, попалось видео о таком вот чеченском самодельном внедорожнике полностью на независимой подвеске (поперечной двухрычажной, как обычно):

( https://www.youtube.com/watch?v=vO2LeYIVPg0 )

Toman

...Но вот когда я размышляю на тему внедорожника с индивидуальным чисто электрическим приводом колёс, а тем более, при количестве осей более двух (я бы предпочёл четырёхосный вариант), полностью независимая подвеска представляется явно более привлекательной даже из соображений общей простоты конструкции. Ведь в таком случае схема с жёсткими мостами требует всё равно карданной или какой-то иной (цепной/ременной?) передачи отдельно для каждого колеса, в случае применения карданной передачи - углового редуктора опять же для каждого колеса, и расположение электродвигателей и карданных валов довольно проблематично. При независимой же подвеске электродвигатели могут располагаться соосно (приблизительно) колёсам, не требуя угловых редукторов, с использованием только плоских редукторов (скорее всего, как минимум две ступени - одна-две на подрессоренной части автомобиля при электродвигателе, и одна в колёсном редукторе), при этом некоторый угол в ШРУСах обеспечивает при прочих равных некоторый выигрыш в дорожном просвете (при нейтральном положении подвески) по сравнению с жёсткими мостами.

Awwal

Мне одному кажется, что электродвигатель + внедорожник - не самая рациональная связка?.. :???

Toman

Цитата: Awwal от 11 июля 2022, 20:48Мне одному кажется, что электродвигатель + внедорожник - не самая рациональная связка?.. :???
А в чём проблема? Ну, кроме просто дороговизны и веса? А так, при нынешних гибридо-электромобильных тенденциях никаких других разумных и эксплуатационно более удобных для пользователя альтернатив не просматривается. Совсем внедорожные мотоциклы для хард-эндуро (разумеется, только для довольно коротких отрезков) уже довольно уверенно переходят на аккумуляторную электротягу - в т.ч. из соображений эксплуатационных удобств в тех условиях, когда батареи хватает на заезд/тренировку/покатушку.
Кстати, что касается веса - то тяжёлые, зато сравнительно низко (предельно низко, насколько позволяет заданный по ТЗ дорожный просвет) расположенные тяговые двигатели в целом понижают центр масс, что весьма актуально и желательно на бездорожье в определённых обстоятельствах. А сам по себе несколько возросший абсолютный вес должен с лихвой компенсироваться увеличением вдвое числа колёс (по сравнению с обычным двухосным автомобилем).

Toman

...В общих чертах, данный четырёхосный внедорожник я себе представляю приблизительно в габаритах и очертаниях микроавтобуса/фургона VW T5 (в короткобазной версии): длина 5,0 м (чуть длиннее, чем короткобазный VW T5), ширина по кузову (внизу) 1,9 м, высота 2,0 м, колея 1,6 м, ширина крыши около 1,3 м. Кстати, сами эти габариты почти точно равны и габаритам УАЗ Пикап - хотя он и не является микроавтобусом или фургоном.
Штатные (точнее, условные расчётные) колёса - допустим, размером 9 на 30 дюймов. Дорожный просвет по подвеске и силовому днищу/защите днища (без учёта прогиба шин) должен быть 300 мм по краям (у самых колёс) и 350 мм посередине машины. Полный ход подвески должен быть как минимум 250-300 мм (ещё больше просто вряд ли вообще получится скомпоновать), из которых статический прогиб около 40%.

Toman

Прикидка кинематики двухрычажной подвески и габаритов кузова вышеупомянутого микроавтобуса...
bus_suspension.png
К сожалению, специфика именно внедорожных двухрычажек такова, что то, что обычно упоминается как преимущество двухрычажных подвесок (с точки зрения в основном шоссейно-гоночных и приближенных к ним гражданских пузотёрок) - правильное изменение наклона колеса при кренах для наилучшего сцепления с дорогой в поворотах - здесь практически невозможно выполнить, и при (небольшом) сжатии подвески развал колёс, наоборот, несколько увеличивается, а при разжатии - уменьшается, уходя в отрицательный. Ибо в первую очередь всё же должно быть выполнено требование приблизительного постоянства ширины колеи при симметричной работе подвески (чтобы машину не начинало кидать в стороны при прямолинейном движении по неровной дороге и т.п.), а нейтральное положение для внедорожного автомобиля подразумевает положение нижних рычагов несколько вниз от горизонтали (у чисто шоссейных автомобилей оно обычно близко к горизонтали). Впрочем, и о самих поворотах близко к пределу сцепления шин на чистом (даже мокром, в т.ч.) асфальте речи быть не может изначально из-за слишком высокого для этого центра масс машины.

Немножко лучше (хотя всё равно не идеальна с "шоссейной" точки зрения) ситуация, если в качестве нейтрального положения рассматривать показанное справа зелёным положение половины хода сжатия. Наверное, если выполнить подвеску регулируемой, это положение можно было бы использовать в качестве штатного для хороших асфальтовых дорог - заодно и сам автомобиль при этом будет на 10 см ниже.

Toman

#8
...Вот попробовал нарисовать сам внедорожник - чтоб было приблизительно понятно, о какого рода машине речь, и как оно вообще могло бы выглядеть внешне. Двери и окна на виде сбоку, конечно, пока не нарисованы, т.к. для этого надо тщательно рассчитывать положение кресел в салоне.
suv_gen.png

Быстрый ответ

Обратите внимание: данное сообщение не будет отображаться, пока модератор не одобрит его.

Имя:
Имейл:
ALT+S — отправить
ALT+P — предварительный просмотр