Стабилизатор поперечной устойчивости задней подвески

Стабилизатор поперечной устойчивости

Неотъемлемой частью разных типов независимой подвески автомобиля является стабилизатор поперечной устойчивости, который представляет собой упругий элемент, выполненный из пружинной стали. Стабилизатор выполняет важные функции, препятствуя крену автомобиля при поворотах, тем самым улучшая управляемость.

Когда автомобиль совершает поворот, центробежная сила его наклоняет. Таким образом, нагрузка на наружные стороны колес возрастает, но при этом нагрузка на внутренние стороны колес снижается. В результате отмечается значительный крен автомобиля, а также ощутимое раскачивание кузова. Водитель может потерять управление, и автомобиль просто напросто опрокинется. Чтобы избежать этого и уменьшить крен кузова при вхождении автомобиля в поворот, применяется такой упругий элемент, как стабилизатор поперечной устойчивости.

Стабилизатор поперечной устойчивости или СПУ представляет собой важную составную часть подвески автомобиля. Стабилизатор соединяет противоположные колеса при помощи упругого элемента, работающего на скручивание. На сегодняшний день СПУ обязательно входит в состав различных типов независимой подвески легковых машин.

Стабилизатор может быть установлен как на задней, так и на передней оси. Не применяется стабилизатор лишь в тех машинах, где роль задней подвески играет торсионная балка. В таком случае за выполнение основных функций СПУ отвечает непосредственно подвеска.

Конструкция СПУ

Конструктивно стабилизатор представляет собой своеобразную штангу П-образной формы с круглым сечением. Стабилизатор, как правило, производится из пружинной стали.

Что касается расположения стабилизатора поперечной устойчивости, то из названия понятно, что он находится поперек кузова. Крепится к кузову этот элемент резиновыми втулками и хомутами в двух местах. Втулки используются для того, чтобы стабилизатор мог вращаться. Сложная форма стабилизатора полностью соответствует положению всех узлов, которые располагаются под днищем кузова автомобиля.

Концы СПУ присоединяются к элементам подвески машины — рычагам или амортизационным стойкам, в зависимости от типа подвески. Существует два варианта соединения стабилизатора с подвеской. Первый вариант — непосредственное соединение, второй вариант, который применяется чаще, — соединение при помощи двух стоек.

Принцип работы СПУ

Принцип действия стабилизатора поперечной устойчивости состоит в том, что нагрузка перераспределяется среди упругих элементов подвески. При возникновении поперечных угловых колебаний один конец стабилизатора поднимается, а другой опускается. При этом середина СПУ закручивается. С той стороны, где происходит крен, стабилизатор приподнимает кузов, опуская его с другой стороны. Получается, что стабилизатор поперечной устойчивости подстраивается под крен кузова. Таким образом, СПУ выполняет функцию выравнивания автомобиля на дороге, уменьшая крен и улучшая сцепление транспортного средства с дорогой при вхождении в повороты.

Стоит заметить, что конструкция стабилизатора устроена таким образом, чтобы не препятствовать вертикальным или горизонтальным угловым колебаниям, которым подвергается подвеска автомобиля. Например, если происходят вертикальные колебания подвески, стабилизатор начинает поворачиваться во втулках, а правое и левое колесо осуществляют движение вместе.

На эффективность работы СПУ в первую очередь влияет его жесткость. Это свойство зависит от материала и формы СПУ, а также от геометрии его крепления. Жесткость стабилизатора отражается на его возможности переносить большую нагрузку с внешнего колеса, тем самым позволяя автомобилю беспрепятственно осуществлять крутые повороты.

В случае необходимости на разных осях могут быть установлены стабилизаторы поперечной устойчивости с разным уровнем жесткости. Таким образом, можно добиться оптимального баланса управляемости автомобилем.

Недостатки СПУ

Несмотря на большое количество достоинств, существуют очевидные недостатки СПУ. Так, из-за применения стабилизатора независимая подвеска теряет некоторые полезные свойства: уменьшается ход подвески, происходит передача удара с одного колеса на второе.

Стабилизатор поперечной устойчивости

Одним из способов уменьшения крена кузова и улучшение показателей управляемости автомобиля является применение упругих дополнительных элементов, называемых стабилизаторами поперечной устойчивости. Применяются они в подвесках легковых автомобилей и автобусах. Стабилизатор поперечной устойчивости (рис. 117) представляет собой упругое специальное устройство торсионного типа, которое устанавливается поперек автомобиля. Он состоит из П-образного стержня круглого сечения, изготовленного из пружинной стали и плечей (стоек). Стержень подвижно (во втулках) крепится на раме или кузове, а плечами шарнирно соединяется с мостом или рычагами подвески.

При боковых кренах и поперечных угловых колебаниях кузова концы (плечи) стержня стабилизатора перемещаются в разные стороны — один опускается, другой поднимается. Вследствие этого средняя часть стержня закручивается и частично изгибается, уменьшая тем самым крен и поперечное раскачивание кузова автомобиля. Создавая сопротивление крену и поперечным колебаниям кузова, стабилизатор в то же время не препятствует его вертикальным и продольным угловым колебаниям. При вертикальных перемещениях кузова прогибы подвесок одинаковы, перемещения плеч стабилизатора также одинаковы и скру-

Рис. 117. Стабилизатор поперечной устойчивости автомобиля ГАЗ-24 «Волга»: а — кинематическая схема; б — конструкция; 1 — штанга ; 2 — втулка; 3 и 5 — подушки; 4 — стойка чивания стержня не происходит: он только проворачивается в опорных втулках. В этом случае стабилизатор практически не влияет на характеристику подвески.

Зависимые подвески

Зависимая подвеска широко применяется в грузовых автомобилях, автобусах и легковых автомобилях (задняя подвеска). В большинстве случаев грузовые автомобили и автобусы имеют направляющее устройство, совмещенное с упругим элементом, в виде продольных полуэллиптических листовых рессор.

Передняя подвеска грузового автомобиля ГАЗ-53-12 (см. рис. 111) состоит из двух продольных полуэллиптических листовых рессор, расположенных под лонжеронами рамы вдоль автомобиля. Концы сдвоенного коренного листа рессоры закреплены с помощью резиновых опор в прикрепленных к лонжерону кронштейнах. Концы одного коренного листа отогнуты вверх, а другого — вниз, вследствие чего образуется упорная торцевая поверхность. Концы листов охвачены обоймами, увеличивающими площадь давления рессоры на резиновые опоры, что уменьшает их изнашивание.

Рессора собрана из стальных листов разной длины, которые стянуты вместе хомутами и прикреплены к переднему мосту двумя стремянками. С помощью этих же стремянок к верхней части рессоры крепятся резиновый буфер, смягчающий удары при максимальных прогибах рессоры. В переднюю подвеску входит также гидравлический телескопический амортизатор, который с помощью резинометаллических шарниров соединяет передний мост и кронштейн лонжерона рамы.

Задняя подвеска автомобиля ГАЗ-53-12 имеет две основные рессоры с дополнительными рессорами (подрессорниками), расположенными вдоль лонжеронов рамы в задней части автомобиля. Основная задняя рессора прикреплена к раме, так же как и передняя рессора, с помощью нижней и верхней резиновых опор. Передний конец рессоры упирается в дополнительный торцевой упор. Нагрузка на дополнительную рессору передается через кронштейны, закрепленные на лонжеронах. У ненагруженного автомобиля при небольшом прогибе задних рессор силы передаются только основными рессорами, а между кронштейнами дополнительной рессоры и ее концами остается зазор, уменьшающийся по мере увеличения нагрузки. При полной нагрузке в работу вступает дополнительная рессора, упругость которой может меняться, так как концы верхнего листа рессоры скользят по выпуклым опорам и длина рабочей части рессоры по мере ее прогиба уменьшается.

Боковое смещение листов основной рессоры предотвращают четыре хомута, а дополнительной — два хомута. Основная и дополнительная рессоры соединены с задним мостом с помощью накладки и стремянок.

Для повышения долговечности листы рессор подвергаются дробеструйной обработке. Большое трение между рессорными листами делает подвеску излишне жесткой, поэтому все листы передних и задних рессор смазываются графитовым смазочным материалом, уменьшающим трение и предохраняющим их от коррозии.

В некоторых автомобилях рессоры крепятся по-другому — на их передних концах с помощью болтов и стремянок закрепляются съемные ушки, которыми рессоры закреплены в кронштейнах пальцами. Задние рессоры могут свободно перемешаться между опорными сухарями и втулками в кронштейнах.

В задней зависимой подвеске ведущего моста легковых автомобилей (рис. 118 и 119) упругим элементом служат спиральные пружины, установленные в чашках на балке моста и через резиновые виброизолирующие прокладки на кузове. Ограничители хода сжатия установлены соосно пружинам. Имеется дополнительный резиновый буфер, предотвращающий жесткие удары передней части картера главной передачи о кузов при больших прогибах подвески в сочетании с поворотом моста, благодаря податливости резиновых втулок крепления штанг при интенсивном разгоне автомобиля.

Направляющим устройством являются две верхние, две нижние и поперечная штанги (тяги), установленные между мостом и кузовом и закрепленные в резинометаллических шарнирах. Продольные штанги, работая совместно, воспринимают продольные силы. Поперечная штанга уравнове-

Рис. 118. Задняя подвеска: 1 — распорная втулка; 2 — резиновая втулка; 3 — нижняя продольная штанга; 4 — нижняя изолирующая прокладка пружины; 5 — нижняя опорная чашка пружины; 6 — буфер хода сжатия; 7 — болт крепления верхней продольной штанги; 8 — кронштейн крепления верхней продольной штанги; 9 — пружина подвески; 10 — верхняя чашка пружины; 11 — верхняя изолирующая прокладка пружины; 12 — опорная чашка пружины; 13 — тяга рычага привода регулятора давления; 14 — резиновая втулка проушины амортизатора; 15 — поперечина пола кузова; 16 — дополнительный буфер хода сжатия; 17 — верхняя продольная штанга; 18 — кронштейн крепления поперечной штанги к кузову; 19 — кронштейн крепления продольной штанги к кузову; 20 — регулятор давления задних тормозных механизмов; 21 — рычаг привода регулятора давления; 22 — обойма опорной втулки рычага;

23 — опорная втулка рычага; 24 — поперечная штанга; 25 — амортизатор

Рис. 119. Установка задней подвески: 1 — лонжерон кузова; 2 — кронштейн поперечной

штанги; 3 — балка заднего моста

шивает только боковые силы. Верхние штанги короче нижних, причем длины штанг и их соотношение подобраны таким образом, чтобы обеспечить стабильную работу заднего карданного шарнира и шлицевого соединения карданного вала.

Верхние и нижние штанги наклонены относительно друг друга так, что их оси пересекаются перед осью колес, образуя мгновенный центр продольного качения подвески, что обеспечивает при торможении автомобиля «антиклевковый эффект». Амортизаторы установлены с наклоном во внутрь в поперечной и вертикальной плоскостях и оказывают некоторое сопротивление относительному перемещению моста и кузова под действием боковых сил.

Задняя подвеска трехосного автомобиля. В трехосных автомобилях для промежуточного и заднего расположенных близко ведущих мостов применяют балансирную подвеску (см. рис. 114), образованную качающимися реактивными штангами и рессорами. Средние части левой и правой рессор скреплены с башмаками рессор стремянками и накладками. Башмак вместе с рессорой может качаться на оси, запрессованной в кронштейне, который жестко связан с рамой. Концы рессор могут свободно скользить в опорах. Шесть реактивных штанг шарнирно связаны с реактивными рычагами, закрепленными на лонжеронах рамы и ведущих мостах.

Рессоры при такой подвеске воспринимают только силу тяжести автомобиля, тяговые усилия и усилия, возникающие при торможении, а реактивный и тормозной моменты передаются реактивными штангами.

Устройство и принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости задней и передней подвесок

Любому человеку, хоть раз сидевшему в автомобиле в момент прохождения им на высокой скорости поворотов, знакомо ощущение, что его какая-то сила пытается вытолкнуть из машины или, по крайней мере, прижать к ее внешней стороне. Да и она сама начинает крениться при движении по такому рельефу. Вот для уменьшения величины этой силы и предназначен стабилизатор поперечной устойчивости (Anti-Roll bars).

Зачем он нужен?

При прохождении поворотов на авто действует центростремительная сила, направленная от центра. Под ее действием машина начинает крениться, нагрузка на внешние колеса возрастает, а на внутренние уменьшается. Соответственно уменьшается сцепление колес с дорогой и ухудшается управляемость.

Особенно это актуально для машин с независимой подвеской. Вот именно для компенсации ухудшения:

• управляемости;
• сцепления колес с дорогой;
• условий для безопасного движения

в конструкцию автомобиля вводят такой элемент как Anti-Roll bars. У разных моделей и марок машин его конструкция может отличаться, в ней используются различные стойки, рычаг и втулки стабилизатора поперечной устойчивости.

Принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости и его реализация

Стабилизатор поперечной устойчивости – круглая металлическая штанга, которой придают порой довольно причудливую форму, через специальный рычаг и стойку (в зависимости от марки машины) соединяющая между собой элементы подвески авто. Принцип, положенный в основу его работы, можно лучше понять с помощью приведенного рисунка.

Рассмотрим, зачем нужен, а также как работает передний стабилизатор поперечной устойчивости. При движении авто в повороте возникающая центростремительная сила прижимает колесо, движущееся по внешнему радиусу, к дорожному покрытию, а внутреннее наоборот старается от него оторвать. Так как элементы подвески через рычаг между собой связывает стабилизатор поперечной устойчивости, выделенный красным цветом, а его середина закреплена неподвижно, то когда один его конец идет вниз, а другой вверх, он работает как торсион.

Часть усилия, возникающего на расположенном с внешней стороны колесе, передается на внутреннее, тем самым выравнивая нагрузку между ними.

Как работает Anti-Roll bars в разных условиях

При всей внешней привлекательности такого технического решения во многих случаях возникают сомнения о необходимости его использования. Лучше всего это можно понять на примере внедорожников. Как правило, у них задний мост имеет зависимую подвеску, в этом случае, стабилизатор поперечной устойчивости задней подвески становится не нужен, с его ролью прекрасно справляется сам задний мост.

Такой подход позволяет понять ограничение, связанное с использованием стабилизатора. Для независимой подвески характерной особенностью является то, что каждое колесо самостоятельно отрабатывает дорожный рельеф, при этом одно никак не влияет на работу другого. Если же мы поставим передний стабилизатор, то подвеска перестает быть полностью независимой, часть усилий с одного колеса начинает восприниматься другим.

Конструкция подобного элемента на различных автомобилях может быть выполнена по-разному, но характерной особенностью, описывающей его работу, является жесткость. Более жесткий стабилизатор поперечной устойчивости, особенно передний, лишает независимую подвеску присущих ей достоинств, а задний стабилизатор поперечной устойчивости влияет на стабильность положения машины при прохождении извилистой дороги и поворачиваемость.

Таким образом, возникает основное противоречие, характерное для классического стабилизатора – он улучшает поведение автомобиля при движении в поворотах, и при этом ухудшает характеристики независимой подвески, что сказывается на управляемости авто. Кроме того, поведение машины зависит от жесткости подобного элемента конструкции.

С другой стороны отмечено ухудшение проходимости внедорожников в условиях бездорожья, т.к. становится возможным вывешивание колеса из-за уменьшения ходов подвески. Поэтому возникает вопрос, зачем он нужен при движении в таких условиях, когда предназначен для работы только на высокой скорости в поворотах?

Варианты устранения противоречий

Самым кардинальным способом избавиться от подобных противоречий, является так называемая адаптивная подвеска, при которой стабилизатор становится не нужен. В этом случае используется принцип контроля положения кузова во время движения, позволяющий исключить его крены при выполнении различных маневров.

Другим подходом, не столь кардинальным, является применение гидроцилиндра вместо стойки стабилизатора поперечной устойчивости. При нормальных условиях, когда гидроцилиндр заперт, работа стабилизатора проходит в обычном режиме. В условиях езды по бездорожью, когда он не нужен, с панели приборов гидроцилиндр разблокируется, и стабилизатор отключается.

Возможна его работа в автоматическом режиме, но для этого используются датчик бокового ускорения, гидронасос и гидроцилиндры, блок управления. Гидроцилиндр также используется вместо стойки. Когда автомобиль движется прямолинейно, гидронасос выключен и стабилизатор работает как обычно. Если возникли боковые ускорения, включается насос и меняет давление в гидроцилиндрах . По условиям движения давление может быть разным, чем обеспечивается регулируемая жесткость стабилизатора.

Однако гидроцилиндр может крепиться не на рычаг и стойку, а непосредственно к кузову, как это реализуется в некоторых автомобилях корпорации Тойота. В зависимости от условий движения стабилизатор или заблокирован, или разблокирован.

Такой элемент конструкции автомобиля, как Anti-Roll bars, носит несколько двойственный характер. С одной стороны, он необходим при движении машины на высокой скорости в поворотах, с другой стороны – ухудшает характеристику независимой подвески, придавая ей особенности, присущие зависимой. Для того чтобы избежать подобного противоречия, приходится использовать специальные конструкторские решения.