1.1.2 Передняя подвеска Макферсон
Подвеска МакФерсон (MacPherson) — универсальная и может применяться как на передней, так и на задней оси. Примечательно, что за рубежном подвеска, установленная спереди носит название МакФерсон, а сзади – Чепмен, хотя конструктивно они идентичны.
В основе подвески МакФерсон лежит двухрычажная независимая подвеска.
Широкое распространение подвеска МакФерсон получила благодаря очень простому устройству с небольшим количеством составных частей.
В нижней части ступица колеса прикреплена подвижным соединением к кузову посредством поперечного нижнего рычага. К ступице также крепиться вертикально расположенная амортизационная стойка (хотя и не строго вертикально, а под определенным углом). В верхней части эта стойка упирается в кузов и крепиться к нему посредством опоры.
Рисунок 1.6 - Элементы подвески МакФерсон
Амортизационная стойка является главным элементом подвески МакФерсона, поскольку в ее задачу входит гашение колебательных движение и максимально возможное снижение их передачи на кузов. Состоит она из корпуса, посредством которого она крепиться к ступице, пружины и амортизатора. Классической является схема стойки, в которой амортизатор с корпусом располагаются внутри пружины, хотя есть и конструкции с вынесенной пружиной.
Работает подвеска МакФерсона так: при наезде на неровность, колесо вертикально смещается относительно кузова и это обеспечивает стойка (за счет сжатия пружины) и рычаг, крепящийся подвижными соединениями к ступице и несущей части.
Пружина воспринимает усилие, но она не способна его быстро загасить, и здесь в работу вступает амортизатор, который и поглощает всю энергию.
Во время наезда на неровность также возникает усилие, которое старается сместить само колесо в продольном направлении. С таким негативным действием «борются» два рычага, установленных под углом или же один А-образный, у которого две вершины крепятся к кузову и только одна – к ступице.
После преодоления неровности, пружина принимает исходное положение, из-за чего колесо, относительно кузова, выравнивается.
При преодолении неровностей оба колеса смещаются независимо друг от друга. Но при этом подвеска не способна полностью поглотить все усилия и часть их все же передается на кузов. При этом возникает вероятность раскачивания несущей части, если оба колеса движутся по неровности.
Чтобы этого не произошло и используется стабилизатор поперечной устойчивости, соединяющий две независимые подвески одной оси. Он представляет собой обычный торсион и за счет возникновения сил, противодействующих скручиванию, он способен погасить колебательные движения кузова.
Пружинная направляющая стойка является дальнейшим развитием подвески на двойных поперечных рычагах. Верхний рычаг здесь заменен точкой крепления на брызговике крыла кузова, где поддерживаются стержень стойки и пружина подвески. В этот момент силы воспринимаются во всех направлениях, что, в свою очередь, вызывает изгибающую нагрузку на шток.
Рисунок 1.6 - Подвеска на направляющих пружинных стойках
Основным преимуществом направляющей пружинного рычага является то, что все детали с упругой работой и направляющими функциями могут быть объединены в одну сборочную единицу (рис. 1.6). Подразумеваются следующие части: чашка для поддержки нижнего конца пружины, буфер сжатия или дополнительный упругий элемент, буфер отбоя, собственно демпфирующая часть и опора ступичного подшипника.
Другие преимущества, связанные с подвесами на рейке:
значительный диапазон хода подвески;
наилучшая возможность создания передней зоны смятия;
меньше усилий в точках крепления к телу за счет большого расстояния между ними;
небольшое расстояние между точкой крепления амортизатора к нижнему рычагу и точкой контакта колеса с дорогой;
упразднение трех точек привязки.
Следующие неизбежные недостатки, связанные с принятыми конструктивными мерами в передних подвесках, уже явно не проявляются:
повышенная чувствительность передней подвески к разбалансировке и биению шин;
восприятие усилий и колебаний брызговиками, т.е. передней частью корпуса;
сложная изоляция от дорожного шума;
иногда небольшой зазор между шиной и демпфирующей частью;
меньшая возможность достаточного сопротивления продольному крену при торможении;
невыгодно длинные рулевые тяги с верхним расположением реечного рулевого механизма;
неблагоприятные кинематические характеристики;
трение между стержнем и его направляющей, ухудшающее упругое действие.
В связи с преимуществами, которыми обладает подвеска Макферсон, а также в связи с тем, что она отвечает необходимым условиям и требованиям эксплуатации проектируемого автомобиля категории M1, мы выбираем подвеску Макферсон.
Стойка Макферсон имеет основные преимущества для использования в автомобилях бюджетного и среднего класса, где важна, в первую очередь, невысокая стоимость производства, поэтому для проектируемой конструкции переднеприводной легковой машины выбираем этот тип подвески. Амортизатор с регулируемым демпфированием также будет выбран для проектируемой конструкции подвески.
Современные конструкции адаптивных амортизаторов различаются также способом управления амортизаторами.
Самые простые системы предполагают ручной выбор демпфирования водителем. Следующее поколение систем управления амортизаторами имеет как ручное, так и автоматическое переключение в зависимости от скорости движения или показаний датчиков ускорения, прикрепленных к кузову автомобиля (обычно крыльям). И, наконец, самые последние блоки управления используют в качестве входных данных электронный блок управления электронной системой стабилизации, что делает процесс управления амортизатором, зависимым от многих факторов [4].
Предлагаемая конструкция амортизатора представляет собой обычный двухтрубный амортизатор с конструктивными отличиями, которые позволяют изменять коэффициент демпфирования амортизаторов в зависимости от дорожной ситуации (при использовании автоматизированной системы управления) или выбранного стиля вождения.