О автомобильной подвеске…
Ты куда помчался вскачь…
Подвеска авто – это сложный комплекс инженерных решений. Часть деталей выполняет направляющую функцию (рычаги, тяги, стабилизаторы устойчивости), часть – минимизирует вибрации и шум (сайлентблоки), часть – обеспечивает крепление и вращение колес (шаровые опоры и т.п.). Первейшая задача амортизатора – гашение колебаний. Вес любой машины удерживается пружинами или рессорами, они же обеспечивают вместе с жесткими элементами подвески нужный клиренс (дорожный просвет). Но на кочках пружина не только сжимается под весом авто, но и стремится распрямиться. Резиновый мячик, упавший на пол, не останавливается от удара, он продолжает скакать, и порой довольно долго. Чтобы автомобиль не стал жертвой колебательной инерции, и нужны амортизаторы. Они гораздо точнее и быстрее, чем пружины, гасят раскачивание на кочках, обеспечивают непрерывный контакт колеса с дорогой – а значит, управляемость.
Грубо говоря, пружины (рессоры) работают с большими весами, они берут на себя основную нагрузку от падающей в яму машины; амортизаторы же сглаживают амплитуду падение-подъема, а также «съедают» мелкие вибрации и колебания колеса. Вместе с сайлентблоками (и шинами, конечно) амортизаторы позволяют автомобилю ехать комфортно и тихо; работа амортизаторов + геометрические параметры подвески обеспечивают машине устойчивость в поворотах даже на неровной дороге.
Примечание: гашение амортизатором «отдачи» пружины или рессоры важнее «помощи» при сжатии. Т.е. амортизатор в основном гасит свободные колебания подвески, но почти не увеличивает ее жесткость. Обычно сопротивление сжатию составляет у амортизаторов лишь 25-30% от силы гашения отдачи.
Одна труба — хорошо
Если описывать устройство амортизатора максимально схематично, то это аналог велосипедного насоса. У нас есть полузакрытый металлический цилиндр, внутри ходит поршень. Мы не можем резко протолкнуть или вывести обратно поршень, т.к. нам мешает сопротивление воздуха внутри цилиндра. Воздух амортизирует наше усилие! Однако, чтобы поршень все-таки двигался, у цилиндра есть перепускной клапан, который позволяет воздуху понемногу входить и выходить. Все просто. Только в автомобильных амортизаторах в качестве рабочего тела часто используется не только воздух (газ), но и специальное масло (жидкость). Ну а дальше начинаются сложные технические отличия одних конструкций амортизаторов от других.
Например, амортизатор может размещаться внутри пружины, а может быть отдельно от нее; так, в стойках схемы МакФерсона – самой массовой в мире (все ВАЗы и большинство переднеприводных авто бюджетного класса обладают такой передней подвеской), амортизатор помещен в саму стойку, а она уже прикрепляется к ступице колеса, а шток в верхней части – к кузову или раме авто.
Все автомобильные амортизаторы делятся на двухтрубные («поршень внутри поршня») и однотрубные; по типу рабочего тела – на масляные и газомасляные. Существуют еще так называемые газовые, но фактически это разновидность газомасляных амортизаторов. Наиболее массовые в автомобилестроении – двухтрубные гидравлические амортизаторы.
Если у вас автомобиль распространенной модели, не эксклюзив-премиум и не спорткар, то с высокой вероятностью штатно установлена именно «двухтрубная гидравлика» (либо газ + масло). Это большинство бюджетных моделей KYB, Sachs, Monroe, СААЗ и др. Работают такие амортизаторы по принципу перетекания жидкости из внутреннего резервуара во внешний (сжатие) и обратно (отбой), но не напрямую, а через систему клапанов. Параметры клапанов (размер отверстий, сопротивление подпорных пружин) и определяют силу сопротивления амортизатора – его жесткость или мягкость. В газогидравлических вариантах жидкость в контуре «поджата» небольшим объемом газа – он может чуть сжиматься, прежде чем начать давить на масло в полную силу.
Известный недостаток двухтрубного амортизатора – внутренний цилиндр получается изолированным от атмосферы, и от постоянного сжатия-расширения газомасляная смесь склонна нагреваться. Горячее масло и газ меняют свои упругие качества, что грозит ухудшением работы амортизатора. К тому же при интенсивной работе масло и газ начинают смешиваться, образуются кавитационные пузырьки (смесь пенится) – что также искажает параметры гашения колебаний.
Конечно, производители амортизаторов знают об этом, и применяют особые масла и виды газа, наименее подверженные нагреву и вспениванию. Игра стоит свеч – ведь двухтрубники проще по конструкции и экономически выгоднее. И все же для гоночных авто, где подвеска работает в экстремальных условиях, двухтрубные гидравлические амортизаторы подходят плохо.
Поэтому для дорогих и спортивных авто предпочтительнее однотрубные газомасляные амортизаторы (их немало в ассортименте таких известных брендов, как Bilstein, Koni, Tein и др.). Они надежнее (на них нередко дается пожизненная гарантия), не перегреваются, не столь капризны к условиям монтажа и т.п. Правда, требуют более сложных технологий и дорогих материалов при сборке.
Несмотря на то, что слово «однотрубный» предполагает всего один рабочий цилиндр, а не два, конструкция такого амортизатора обычно сложнее. Рабочий цилиндр «однотрубника» поделен на две части. Одна часть заполнена амортизаторной жидкостью, другая — газом под давлением. В масляной «ванне» двигается шток с поршнем, на котором расположены перепускные клапаны. В наиболее продвинутых моделях амортизаторов параметры клапанов можно настраивать вручную (например, перед гонкой, учитывая особенности трассы).
В однотрубных амортизаторах иногда газ закачивается под высоким давлением: это снимает вопрос о кавитации. Т.е. даже в раллийном режиме газ не вспенивает масло и не образует пузырьки — а значит, характеристики гашения колебаний остаются стабильными. Понятно, что высокое давление газа требует высокой точности исполнения амортизатора, герметичности цилиндра, устойчивости к деформациям — а значит, поднимает цену детали.
И еще один нюанс: большинство «спортивных», дорогих газовых однотрубников сделают ваш автомобиль заметно жестче на ходу. Что хорошо для бескомпромиссного ралли, то мучительно и раздражающе для повседневной езды по российскому асфальту. Так что покупка комплекта однотрубных амортизаторов должна быть осознанным выбором — знайте, на что идете =)
Из трубы А вытекало Б…
Итак, мы уже выяснили, что 99% обычных городских легковушек и кроссоверов комплектуются двухтрубными гидравлическими амортизаторами — простыми, легкими и дешевыми. Обратной стороной доступности становится вопрос ресурса.
Загляните в любой автофорум, где обсуждаются проблемы с подвеской. Каждое второе сообщение, особенно в холодных регионах — как наш Красноярск — содержит фразу «Потекли стойки, что делать?». Несколько чаще такие жалобы слышны от владельцев бюджетных «Тойот» со стойками типа Мак-Ферсон, чуть реже — от обладателей «Хонд» с многорычажной подвеской.
Причина — механический износ сальников уплотнения штока и резервуара (цилиндра). Зимой резинки дубеют, риск «травмы» повышается. Амортизационное масло постепенно вытекает через порванные сальники, как следствие — ухудшение способности гасить колебания. Бывает, что грязь и агрессивные реагенты с дорог разъедают уплотнения, пыльники, отбойники, попадают внутрь резервуара, засоряют систему клапанов. Крайний вариант поломки — механическая деформация штока и цилиндра амортизатора под чрезмерными нагрузками (иногда — вследствии неграмотной установки стойки на машину).
На автомобилях с простой схемой Мак-Ферсона сама стойка амортизатора является отчасти силовым элементом подвески, и изнашивается быстрее в сложных условиях эксплуатации. При многорычажной схеме (чаще встречается на дорогих моделях авто) стойка разгружена, работает только на сжатие-отбой, и потому служит дольше. Дольше, но не вечно, конечно же.
Езда на машине с «вытекшими» амортизаторами — опасный и непредсказуемый процесс. Машина может идти довольно мягко и точно по прямой, но в поворотах вдруг начать вилять задом, тормозить с клевками. На ямах появляется опасная раскачка, которая на хорошей скорости просто выкинет автомобиль с трассы в кювет.
Менять или ремонтировать
Второй вопрос, встающий перед владельцами авто с «убитыми» стойками — менять или ремонтировать? Сторонников и того, и другого метода предостаточно. Их доводы следующие:
- «лучше менять»: ставишь везде новые стойки, заводское качество и характеристики, отходят положенные 60-70 т.км (кто-то обещает и 100…). Душа спокойна, машина исправна.
- «лучше ремонтировать»: на каждой стойке сэкономишь до 50% стоимости, а результат примерно такой же.
Опытные мастера закачают масло и газ, технология отработана годами, и ты по-крайней мере точно знаешь, что стойка работоспособна. А если что-то застучит в первые пару недель — как правило, сервис обещает бесплатный ремонт.
Практика и отзывы показывают, что и новые стойки из магазина могут потечь через месяц-другой, заводской брак и подделки никто не отменял (тем более нет никакой гарантии на контрактную деталь), а хорошо прокачанные отремонтированные стойки могут спокойно отходить несколько лет.
Наша скромная рекомендация такая: если цена за новый амортизатор лежит в пределах 2-4 т.р., то действительно, для души спокойнее будет купить новый комплект. Особенно если у вас активный стиль езды, и вы планируете проездить на этой машине еще несколько лет. Но только берите все четыре — если купите два, а другая пара «амортов» выйдет из строя и быстро утянет за собой новые, будет обидно.
Если же стойки у вас довольно дорогие (или машину делаете на продажу), то восстановительный ремонт — неплохой, хотя и временный, вариант. Он, как минимум, позволит оттянуть серьезные траты по подвеске на год-полтора.
Есть также «необъяснимая» закономерность в практике эксплуатации стоек: как правило, родные заводские стойки (амортизаторы) на иномарках ходят в 1,5-2 раза дольше, чем вроде бы точно такие же новые, но купленные в России и установленные на машину в местном сервисе. Появляется мысль: либо в магазинах все-таки лежат не совсем «оригиналы», либо заводская технология монтажа стоек принципиально совершеннее.
Скатертью дорога
Когда-то все тряслись по проселкам на телегах; позже кареты стали подрессоривать; легковые автомобили дали нам пружины, независимую подвеску и газомасляные амортизаторы. Куда двигаться дальше? Как часто бывает, ближайшее будущее массовых автомобилей можно более-менее точно прогнозировать, глядя на тенденции в премиум-классе. Богатые могут позволить себе сложные и затратные решения, обозначим вкратце лишь некоторые из них.
Как бы ни были хороши, допустим, надежные однотрубные амортизаторы — они все равно обладают фиксированными характеристиками. Конечно, на ралли перед каждым этапом техники подкручивают регулировочные винты или меняют давление газа — но в обыденных условиях такая возня неприемлема. Нужна активная подвеска, которая приспосабливалась бы к рельефу и типу дороги прямо на ходу — либо по сигналам датчиков, либо по нажатию кнопки из салона.
Первые шаги в этом направлении сделал Citroen в 1954 году. Его знаменитый DS, любимая машина Де Голля, оснащался гидропневматической подвеской. Амортизаторы и пружины были заменены французами на гидpoцилиндры и сферы-гидpoaккумуляторы с газовым подпором. Водитель мог изменять давление жидкости, не выходя из-за руля, и делал подвеску мягче или жестче, а клиренс больше или меньше. Когда в Де Голля стреляли злоумышленники, шины президентского Citroen DS оказались пробиты, машина легла на брюхо. Но шофер успел «накачать» гидроцилиндры, «поднял» автомобиль и вывез Де Голля из зоны поражения. Нынешней люксовой пневматике такая «реклама» и не снилась… В 90-х годах Citroen внедрил уже весьма совершенную гидропневматическую Hydractive, где за параметрами подвески следила электроника. Начиная с 1994-го года подвеска Hydractive 2 устанавливалась на модели Xantia, с 1995-го — на Citroen XM. Система оттачивается и применяется французами до сих пор.
Устройство амортизаторов в подобных подвесках напоминает устройство однотрубных амортизаторов — с той разницей, что электромагнитные клапаны и система резервуаров регулируют пропорции между газовой подушкой (используется азот) в трубе и объемом несжимаемого масла (циркулирует между резервуарами через клапаны). Датчики фиксируют скорость движения авто, сканируют рельеф покрытия, определяют полезную нагрузку — и на основе этих данных компьютер командует открытием и закрытием перепускных клапанов.
Современные модификации подвески Hydractive (и аналоги у Volkswagen, Audi, Lexus) — довольно надежная штука: они перестали бояться морозов, дают широчайший диапазон функционала (от «диванно» мягкой подвески до «дубовой» спортивной, с возможностью регулировать клиренс на 5-15 см), жидкость в цилиндрах служит до 5 лет или 200 000 км пробега.
Еще более дорогой и совершенный вариант адаптивных амортизаторов — схема с применением магнитореологической жидкости. Уже из названия понятно, что в такой стойке в цилиндр залито масло с ферромагнитными свойствами, меняющее свою вязкость в зависимости от поданного напряжения. Ток идет по соленоиду, жидкость намагничивается и проходит сквозь перепускные каналы (клапаны) с большим сопротивлением. А значит, амортизатор делается более неуступчивым, жестким.
Говорят, что эффективность магнитореологических амортизаторов преувеличена, и традиционная адаптивная гидропневматика реагирует ничуть не медленнее. Однако такие бренды, как Ferrari, Porsche, Lamborghini все-таки предпочитают использовать именно «магнитные» подвески.
Кто-то любит жидкость, а вот Mercedes-Benz знаменит своим пристрастием к воздуху. Автор вспоминает, как был удивлен на тест-драйве 20-летнего S-класса, у которого замок багажника открывался из салона… через пневмопривод!
Вот и в подвеске Mercedes-Benz делает упор на пневмобаллоны. Стойки в некоторых немецких моделях лишены пружин — они не нужны, поскольку всю работу по демпфированию толчков от покрытия и удержанию веса машины берет на себя закачанный в баллон воздух. Каждая стойка оснащена отдельным комплектом насос + ресивер, и накачивается независимо. Плюс адаптивные амортизаторы Airmatic Dual Control, обеспечивающие комфорт хода и гашение вибраций.
При этом Mercedes-Benz вовсе не отказывается ни от пружин, ни от жидкости в амортизаторах. Современный S-класс оснащен «волшебной» системой Magic Body Control. Это комбинация гидропружинной подвески Active Body Control (немцы шлифуют ее с конца 1990-х) и компьютерного комплекса, при помощи десятков датчиков превентивно меняющего характеристики подвески в зависимости от дорожного профиля. И как ощущения, спросит читатель, ни разу не катавшийся на свежем S-классе? Ответим намеком: сидя в такой машине, можно позволить себе не беспокоиться о качестве асфальта под колесами. Судя по всему, «они» так и делают.
И в 21-м веке неугомонный Citroen продолжает попытки сделать массовые подвески комфортнее. Помимо своей уже классической Hydractive, французы попробовали систему Advanced Comfort (в качестве платформы взят эпатажный С4 Cactus). На этом кроссовере обычные стальные пружины, но необычные двухтрубные амортизаторы.
В цилиндрах смонтированы по два гидравлических стопора — один работает на сжатие, другой — на отбой. Стопоры (буферы) настроены так, что при малых ходах подвески вообще не задействуются; а вот на бездорожье гидравлический буфер гасит удар в конце хода штока, демпфируя мощные толчки и не допуская критической раскачки. Элегантно, как и все французское!
Бывает и такое
Продолжая идейную линию статьи, следовало бы рассказать об альтернативных решениях в подвеске, напрямую не связанных с амортизаторами. Но боясь утомить читателя, ограничимся лишь упоминанием:
- адаптивный гидравлический стабилизатор поперечной устойчивости (примеры: Range Rover Sport или Porsche Cayenne);
- задние рычаги изменяемой геометрии, с электронным контролем (система Hyundai AGCS);
- рессоры (да!) из композитных материалов (применены на современном Chevrolet Corvette, а также в свежем Volvo XC90).
И напоследок автор позволит себе футурологический прогноз: революция в мире амортизаторов случится тогда, когда бытовая сверхпроводимость станет реальностью. Тогда машины просто повиснут над дорогой, удерживаемые бесконтактными, не знающими износа электромагнитами. И в подвеске останется лишь одно слабое место: колесо.