Обзор зависимых и независимых подвесок (Теория зависимостей)

1. Настоящий джипер должен быть могуч, грязен и небрит.
2. Настоящий джип должен быть на рессорах и мостах.

Эти две максимы настолько прижились в джиперском сообществе, что даже появление в трофи-рейдах хрупких барышень-пилотов и независимая подвеска Hummer H1 не могут поколебать устойчивые стереотипы. Но оставим в стороне вопрос о том, как влияет на проходимость небритость водителя, и разберемся в вопросе попроще – чем так хороша (или плоха?) зависимая или независимая подвеска?

Большинство автомобилей – плод некоего технического компромисса. Прежде всего, это связано с относительной универсальностью выполняемых ими задач. Речь идет, конечно, об автомобилях «общего назначения», предназначенных для передвижения и перевозки грузов, а не о специальных монофункциональных снарядах, которые, с одной стороны, представлены болидами «Формулы», а с другой – трофи-рейдовыми «котлетами» класса ТР-3. Со специальными машинами все просто – они заточены под конкретные условия (асфальтовый трек или болото). А вот если машина должна ехать и по асфальту, и по бездорожью, то тут без компромиссов не обойтись. Уж слишком разные требования предъявляются к ним одновременно. Особенно это касается серийных внедорожников, владельцы которых хотят сразу и проходимости, и комфорта.

Зависимая подвеска представляет собой неразрезной мост на рессорах или пружинах. От перемещений мост удерживается продольными и поперечными тягами.

Независимая подвеска построена по схеме, когда колеса одной оси не связаны жестко между собой. Каждое колесо отдельно крепится к подрамнику внедорожника с помощью одного, двух или даже нескольких рычагов, число которых может доходить до пяти. В большинстве случаев в качестве упругих элементов в таких подвесках используется амортизатор и пружина, но нередко бывает, что на передних независимых подвесках вместо пружин применяются торсионы.

Не зависнуть

Начнем с подвески независимой. В отличие от сплошных мостов, которые достались автомобилям непосредственно от телег, это относительно новое (не старше 100 лет) техническое решение.

Неависимая передняя подвеска Ford Expedition 2007

Понятно, что если бы зависимая подвеска идеально выполняла свои функции, то изобретать столь  замысловатую конструкцию было бы ни к чему. А значит, независимая подвеска имеет некие преимущества. Какие же?

Во-первых, у независимой подвески меньше неподрессоренные массы. Кстати, «подрессоренные массы» не расположены «под рессорами». На самом деле, это суммарная масса деталей и элементов конструкции, которая воздействует на дорогу через упругие элементы. Соответственно, то, что воздействует на дорогу непосредственно, является «неподрессоренными массами».

Независимая задняя подвеска Ford Escape

Что к ним относить, определяется техническими стандартами. Например, согласно стандарту DIN к неподрессоренным массам автомобиля относятся колеса, рычаги, амортизаторы и пружины (рессоры), торсионы уже «подрессорены», а стабилизаторы можно рассматривать и так и сяк, т.к. половина их массы подрессорена, а другая половина нет.

Очевидно, что во многом такое деление условно, однако важность вопроса от этого не снимается. Ведь чем меньше неподрессоренная масса относительно подрессоренной (вес подвески против веса кузова), тем меньше ее влияние на управляемость.

Проще говоря, тяжелая подвеска обладает большой кинематической инерцией, поэтому при увеличении скорости она хуже отрабатывает неровности дороги. Взлетевшее на кочке колесо не успевает под воздействием упругого элемента опуститься обратно на дорогу, как встречает новую кочку.

В общем, большие неподрессоренные массы негативно влияют на управляемость.

У внедорожника с зависимой подвеской при наезде на возвышение колесо идет вверх вместе с балкой моста, сохраняя запас клиренса.

На внедорожнике с независимой подвеской при наезде на возвышение (камень, кочка и т.д.) колесо отдельно уходит вверх и под подрамником или рычагом подвески просвет уменьшается. На фото также наглядно видно, как въезд левым передним колесом на рампу уменьшил дорожный просвет не только спереди: автомобиль одновременно «присел» и на правое заднее колесо.

Во-вторых, независимая подвеска обладает гораздо большей свободой настройки кинематики колеса. Прежде всего, это позволяет играть с его вертикальным наклоном. Если в зависимой подвеске при наезде одного из колес оси на препятствие, второе наклоняется, уменьшая тем самым пятно контакта, а значит и сцепление с дорогой, то в независимой второе колесо сохраняет перпендикулярность по отношению к поверхности.

В независимой второе колесо сохраняет перпендикулярность по отношению к поверхности.

Более того, конструкция независимой подвески позволяет динамически регулировать наклон колеса в повороте, причем, в зависимости от крутизны поворота. Например, для борьбы с недостаточной поворачиваемостью передние колеса наклоняются в вертикальной плоскости внутрь поворота. Причем угол их наклона увеличивается по мере увеличения угла поворота руля (подвески на двойных поперечных рычагах).

Конструкция независимой подвески позволяет динамически регулировать наклон колеса в повороте.

Кроме того, независимая подвеска позволяет отчасти компенсировать крены кузова в поворотах, сохраняя максимально возможное пятно контакта. Простейшее решение – разная длина рычагов (верхний короче). Но современные технологии пришли к сложным многорычажным конструкциям, которые могут поддерживать заданный угол развала колес во всем диапазоне работы подвески, что обеспечивает управляемость на любой дороге. А если добавить к этому изменяемую в реальном времени упругость элементов и мгновенно регулируемое усилие отбоя амортизаторов, что достигается компьютерным управлением?

В общем, тут фантазия разработчиков ограничивается только кошельком покупателя.

Так что в области управляемости на высоких скоростях независимая подвеска определенно лучше зависимой.

Мосты и рессоры

При всей привлекательности независимой подвески, определенных недостатков она все-таки не лишена. И недостатки эти лежат именно в нашей, джиперской, плоскости. Один из главных – малая артикуляция (ход переднего колеса вверх относительно заднего, при котором наступает полная разгрузка заднего колеса).

Малая артикуляция, - ход переднего колеса вверх относительно заднего, при котором наступает полная разгрузка заднего колеса.

Следует учитывать, что контакт колес с землей важен не только для хорошего их сцепления с грунтом, что и обеспечивает возможность движения машины, но и для устойчивости автомобиля. Теоретически это кажется абсурдным, ведь независимые подвески колес должны давать им большую свободу перемещения относительно кузова, однако на практике этому мешают два фактора.

Первый – чисто конструктивный. Ходы колес ограничиваются длиной рычагов и допустимыми углами их наклона относительно положения покоя. Понятно, что чем короче рычаг, тем меньший ход вверх-вниз будет у колеса, и длину рычага невозможно увеличить, оставаясь в пределах кузова.

Конечно, если ширина колеи некритична и колеса не обязательно должны оставаться в габаритах кузова, то возможности резко возрастают. Это легко доказать на примере специализированных вездеходов с вынесенными далеко в стороны на длинных рычагах колесами («Лопасня» и прочие болотоходы). Однако на дорогу такое не выпустишь.

Бич внедорожника с зависимой подвеской – массивный картер редуктора моста, который заметно съедает дорожный просвет и в колее начинает пахать землю не хуже плуга. Чтобы снизить этот эффект, редуктор часто смещают вбок от осевой линии автомобиля. Зато неразрезной мост при движении по снегу или глубокому сыпучему грунту, словно нож, режет мягкую почву и пускает все это поверх себя. Рычаги же независимой подвески, словно лопаты, нагребают землю или снег перед собой.

В силу своей конструктивной геометрии, независимая подвеска зачастую обеспечивает не меньший, а иногда даже больший дорожный просвет по центру днища внедорожника, чем подвеска зависимая. Особенно это преимущество в клиренсе актуально при движении по колее. Там, где машина с зависимой     подвеской уже скребет землю редуктором моста, внедорожник с независимой подвеской может проехать, не «замкнувшись» на грунт.

Еще один фактор, ограничивающий артикуляцию независимых подвесок, – предельные углы излома ШРУСов. Это тоже конструктивное ограничение, которое преодолеть можно либо за счет удлинения рычагов, либо за счет значительного усложнения системы привода. В общем, сложно, дорого и не особо нужно.

Предельные углы излома ШРУСов - конструктивное ограничение.

Второй недостаток независимой подвески – низкая ось поперечного крена. Тут надо разобраться в терминологии. Существуют так называемые «центры поперечного крена», которые представляют собой виртуальные точки, находящиеся в вертикальной плоскости, проведенной через центры колес; при крене автомобиля эта точка остается неподвижной.

Есть также «ось поперечного крена» – воображаемая линия, соединяющая передний и задний центры поперечного крена. В общем, это ось, вокруг которой вращается кузов при крене. У независимой подвески эта ось находится на уровне дороги или даже ниже, что связано с необходимостью сохранения постоянной ширины колеи при кренах.

Однако низко расположенная ось крена, особенно на высоком внедорожнике, порождает большое плечо крена, а значит и значительные углы наклона кузова. Чтобы с этим бороться, приходится искусственно увеличивать угловую жесткость подвески, зажимая ее стабилизатором. Применение стабилизатора повышает ось поперечного крена, поднимая ее к центру тяжести, и в то же время препятствует артикуляции подвески.

Чтобы наглядно увидеть разницу в артикуляции независимых и зависимых подвесок, достаточно загнать автомобили на эстакаду. Стоящий ниже Mitsubishi Pajero с независимой подвеской спереди и сзади уже оторвал от земли правое переднее колесо и вот-вот вывесит левое заднее. «Мостовой» Land Rover Defender, напротив, уже близок к опрокидыванию, но за счет огромных ходов подвесок все три его колеса по-прежнему сохраняют контакт с грунтом. Кстати, у полностью груженого внедорожника на сильнопересеченной местности момент начала вывешивания разгруженных колес немного отодвигается за счет того, что под весом пассажиров и багажа ход подвески на сжатие используется полнее, вплоть до упора в ограничитель хода. Веса же пустого автомобиля часто не хватает, чтобы полностью «продавить» подвеску наехавшего на возвышение колеса, и разгрузившееся противоположное колесо вывешивается раньше.

«Непрочность» независимой подвески является непростой проблемой. Скажем, «ниваводы» гораздо чаще гнут об камни тонкий задний мост, чем кованые рычаги передней подвески, но при этом часто происходит и обрыв оси рычага, шаровой опоры или пыльника шруса. На большинстве современных внедорожников с независимой передней и задней подвесками их конструкция довольно сложна, углы установки колес имеют много точек регулировки, и сама регулировка точна.

Если ездить по действительно тяжелому бездорожью, а не по грязьке, то можно эти регулировки сбить. Вроде бы ничего страшного – заехал на стенд, там все отрегулировали и «всех делов». Но во-первых, такая работа уже недешева, а во-вторых, ее не всегда удается произвести из-за закисших болтов. Для того чтобы их заменить, нужно менять сайлентблок, в котором они закисли.

Эта операция не из дешевых, поскольку требует разборки части или всей подвески, в зависимости от того сколько болтов закисло. И еще хорошо, если конструкцией предусмотрена замена только сайлентблоков, а не замена всего рычага вместе с ними. А бывает еще, что и шаровая опора меняется тоже только вместе с рычагом. В момент оплаты такого ремонта не покидает мысль о том, что за эту сумму можно купить более-менее живой «уазик», и его долбить, долбить, долбить, а потом выкинуть, вот как сейчас эти самые рычаги и сайлентблоки.

Способность пропускать сквозь себя мягкий грунт, (песок, ил, снег, грязь и т.д.) независимой подвески оставляет желать лучшего.

«Проницаемость» независимой подвески оставляет желать лучшего, и это третий существенный недостаток. Проницаемость – это способность пропускать сквозь себя мягкий грунт, т.е. песок, ил, снег, грязь и т.д. Проходимость автомобиля в этих условиях определяется не только дорожным просветом, но и расстоянием между подвеской и рамой.

Труба цельного моста спокойно режет мягкий грунт, имея относительно небольшую площадь лобового сопротивления и пропуская грунт над собой, а вот рычаги-пружины-тяги независимой подвески моментально забиваются грязью, превращаясь в монолитный якорь. Помимо этого стандартные машины с независимой подвеской имеют более низкую «посадку» над дорогой, чем внедорожники на цельных мостах.

Т.е. расстояние от земли до рамы (кузова) у них меньше, а это ухудшает обычную проходимость (т.к. машина легче повисает на брюхе при движении, например, в глубоком снегу или заболоченном грунте) и геометрическую (углы въезда, съезда, продольной проходимости)

Еще один фактор, важный для серьезного бездорожья – критичность повреждений. Гнутый мост позволяет худо-бедно двигаться своим ходом. Сильно гнутый мост можно отключить (или снять кардан) и все равно доползти. Поломать шкворень можно (хотя и тяжело), но поломать его до невозможности движения практически нереально. А вот вырванная шаровая или разлетевшийся ШРУС – это дальний пеший поход за трактором. (ШРУСЫ вообще больное место внедорожников с независимой подвеской – их пыльники очень не любят контакта с грунтом).

Для тех, кто ездит по бездорожью часто, немаловажно и то, что зависимая подвеска легко поддается внедорожному тюнингу – т.н. лифтовке.

Зависимая подвеска легко поддается внедорожному тюнингу – т.н. лифтовке

Проще всего это делается на пружинных машинах: поставил более длинные и более жесткие пружины с амортизаторами и убил сразу кучу зайцев – и машина от земли приподнялась (а значит геометрическая проходимость лучше стала), и места в колесных арках прибавилось (значит колеса можно больше поставить, а это еще проходимость увеличит), и подвеска стала более энергоемкой (теперь ее на кочке не пробьешь, и в повороте сильно не кренит), и вес дополнительного оборудования (всяких бамперов, лебедок и пр.) компенсирован возросшей жесткостью пружины, а еще и вся подвеска новая стоит.

С независимой подвеской все сложнее. Упругие элементы заменить на более жесткие можно, это немного приподнимет машину и компенсирует вес дополнительного оборудования. Но колеса большие не поставишь – рычаги-то остались на том же месте относительно кузова, где и были, места в арках больше не стало.

На американском рынке для ряда машин предлагают комплекты для лифтовки независимой подвески.

На американском рынке для ряда машин предлагают комплекты для лифтовки независимой подвески со сложным подрамником, опускающим вниз относительно кузова всю подвеску – вот это эффективная штука! Но это дорогие комплекты даже в Америке, а машины, для которых они подходят, у нас не очень распространены.

И последний по порядку, но не последний по важности фактор – зависимая подвеска попросту, при прочих равных, дешевле в производстве и в эксплуатации. Малое количество деталей, их «кондовость», большой ресурс и простота ремонта существенно экономят бюджет владельца.

Малое количество деталей, их «кондовость», большой ресурс и простота ремонта существенно экономят бюджет владельца.

Особое место занимают машины с комбинированной подвеской – независимой спереди и зависимой сзади. Это сегодня очень распространенный вариант в конструкции «гражданских» внедорожников. Отчасти он позволяет собрать преимущества обоих типов подвесок. Управляемость машины при такой конструкции выше, поскольку на нее влияет преимущественно передняя подвеска, но при этом сохраняется простота, прочность и дешевизна задней.

Угловая жесткость независимой подвески (с учетом непременного стабилизатора) больше угловой жесткости зависимой, что положительно сказывается на поворачиваемости. Кроме того, рессорная колея (расстояние между упругими элементами подвески) у независимой передней подвески больше, что тоже влияет на управляемость в повороте. В общем, комбинированная подвеска – компромисс, но компромисс, в целом, удачный.

Машины с комбинированной подвеской – независимой спереди и зависимой сзади, - сегодня очень распространенный вариант в конструкции «гражданских» внедорожников.

Выводы

1. Независимая подвеска.
Чем выше скорость и лучше дорога, тем привлекательнее независимая подвеска.
Достоинства
Хорошая управляемость
Обратная связь руления
Малые крены
Отличная настройка параметров
В большинстве случаев высокий уровень комфорта при движении (но бывают неудачные модели)
Недостатки
Короткоходность
Уязвимость деталей
Сложность и дороговизна в эксплуатации
Большое количество деталей
Тонкость настройки, легко нарушаемая в тяжелых условиях
Сложность или отсутствие серьезных возможностей для внедорожного тюнинга

Отличное решение для скоростных асфальтовых машин. Приемлемое для кроссоверов. Слабо подходит внедорожникам, которым нужно ездить по реальному бездорожью.

2. Зависимая подвеска.
Чем ниже скорость и хуже дорога, тем меньше вас волнует управляемость, и тем больше хочется чего-то помассивней.
Достоинства
Прочность
Простота конструкции
Большая артикуляция
Устойчивость к повреждениям
Дешевизна в эксплуатации
Проходимость
Возможность и в большинстве случаев простота осуществления высокоэффективного внедорожного тюнинга
Недостатки
Большие неподрессоренные массы
Плохая управляемость
Низкие информативность и острота рулевого управления
Не всегда хорошая курсовая устойчивость
Не всегда хороший уровень комфорта во время движения

Зависимая подвеска – отличное решение для внедорожника. Но при этом придется смириться с его неуклюжестью в городе и невысокой безопасной скоростью по трассе. Впрочем, первый же серьезный выезд заставит забыть об этих мелких неудобствах. К сожалению, таких автомобилей становится все меньше и меньше…

3. Комбинированная подвеска.
Независимая спереди, мост сзади. Относительно приемлемый компромисс для тех, кто ездит в основном по асфальту, но не чужд и толики внедорожных радостей.
Достоинства
Сочетание приличной управляемости, курсовой устойчивости, информативности рулевого управления и приемлемой проходимости машины
Относительно невысокая цена решения и дальнейшего обслуживания
Универсальность
Большой выбор машин
Недостатки
Ни рыба, ни мясо. И управляемость не идеальна, и проходимость не блещет.
Отличное решение в широком диапазоне: от паркетников до почти серьезных внедорожников. Устраивает 90% пользователей, кроме тех самых пресловутых могучих, грязных и небритых джиперов, которым всё мосты на рессорах подавай.

Фото Александра Евдокимова, Макса Сергеева и компаний-производителей