Введение
Автомобильная независимая подвеска с двойным поперечным рычагом – это независимая конструкция подвески для автомобилей, использующая два (иногда параллельных) рычага трапециевидной формы для крепления колеса. Каждый рычаг имеет две точки крепления к шасси и один шарнир к поворотному кулаку. Амортизатор и пружина крепятся к рычагам для контроля вертикального перемещения. Конструкции с двойным поперечным рычагом позволяют инженеру точно контролировать движение колеса на протяжении всего хода подвески, регулируя такие параметры, как угол развала, угол продольного наклона, схождение, высоту центра крена, вылет, боковое скольжение (механический износ) и многое другое.
A double wishbone suspension is an independent suspension design for automobiles using two (occasionally parallel) wishbone shaped arms to locate the wheel. Each wishbone or arm has two mounting points to the chassis and one joint at the knuckle. The shock absorber and coil spring mount to the wishbones to control vertical movement. Double wishbone designs allow the engineer to carefully control the motion of the wheel throughout suspension travel, controlling such parameters as camber angle, caster angle, toe pattern, roll center height, scrub radius, scuff (mechanical abrasion), and more.
Реализация
Подвеску с двойным поперечным рычагом также можно называть "двойными А-образными рычагами", хотя сами рычаги могут иметь форму буквы А или L. Одиночный поперечный рычаг или А-образный рычаг также может использоваться в различных других типах подвески, таких как варианты конструкции типа McPherson. Верхний рычаг обычно короче, чтобы обеспечить отрицательный развал при работе подвески (сжатии), и такая компоновка часто называется подвеской "SLA" или "короткий-длинный рычаг". Когда автомобиль входит в поворот, крен кузова приводит к увеличению положительного развала на слабонагруженном внутреннем колесе, в то время как сильнонагруженное внешнее колесо получает отрицательный развал. Между наружными концами рычагов расположен поворотный кулак. В старых конструкциях поворотный кулак содержит цапфу для горизонтального радиального перемещения и резиновые или шаровые втулки для вертикального шарнирного движения. В новых конструкциях шаровые соединения на каждом конце обеспечивают все виды перемещений. К центру поворотного кулака крепится ступичный подшипник, а в старых конструкциях – шкворель, к которой крепятся подшипники колеса. Для противодействия продольным нагрузкам, таким как ускорение и торможение, рычагам требуются две втулки или шаровые соединения в точке крепления к кузову. На конце поворотного кулака обычно используются одинарные шаровые соединения, в этом случае нагрузки от рулевого управления передаются через рулевой тягу, а рычаги имеют форму буквы А или L. L-образный рычаг обычно предпочтительнее для легковых автомобилей, поскольку он позволяет лучше настроить баланс между управляемостью и комфортом. Втулка, расположенная в линии с колесом, может быть относительно жесткой для эффективного восприятия боковых нагрузок в поворотах, в то время как сочленение вне этой линии может быть более мягким, чтобы позволить колесу сжиматься при продольных ударных нагрузках. Для задней подвески на обоих концах рычага может использоваться пара шаровых соединений, придавая им форму буквы H в плане. Альтернативно, карданный вал фиксированной длины может выполнять функцию поперечного рычага, при условии, что форма другого рычага обеспечивает управление ступицей. Эта схема успешно применяется в подвеске Jaguar IRS. В проекции сверху подвеска представляет собой четырехрычажную конструкцию, и легко рассчитать увеличение развала (см. угол развала) и другие параметры для заданного расположения втулок или шаровых соединений. Различные втулки или шаровые соединения не обязательно должны располагаться на горизонтальных осях, параллельных центральной линии автомобиля. Если они установлены под углом, можно настроить геометрию, предотвращающую клевок и приседание. Во многих гоночных автомобилях пружины и амортизаторы перемещаются внутрь кузова. Подвеска использует коромысло для передачи усилий от конца подвески, расположенного на поворотном кулаке, на внутреннюю пружину и амортизатор. Это называется "толкателем", если ход подвески при сжатии "толкает" шток (и, следовательно, шток должен быть соединен с нижней частью ступицы и наклонен вверх). При подъеме колеса толкатель сжимает внутреннюю пружину через поворотную систему. Обратная схема, "тяга", будет тянуть шток при сжатии, и шток должен быть прикреплен к верхней части ступицы, наклонен вниз. Размещение пружины и амортизатора внутри увеличивает общую массу подвески, но уменьшает массу, не подверженную воздействию подвески, а также позволяет конструктору сделать подвеску более аэродинамичной.
Короткие подвески с длинными руками
Краткая подвеска с длинными рычагами (SLA) также известна как подвеска с двойными поперечными рычагами неравной длины. Верхний рычаг обычно имеет форму буквы А и короче нижнего рычага, который может быть выполнен в виде рычага А или рычага L, или иногда в виде пары продольных рычагов (растяжения/сжатия). В последнем случае подвеску можно назвать многорычажной или подвеской с двумя шаровыми опорами. Четырехрычажный механизм, образованный рычагами разной длины, вызывает изменение развала колеса при крене автомобиля, что помогает сохранять пятно контакта шины с дорогой плоским, увеличивая максимальную устойчивость автомобиля в поворотах. Это также снижает износ внешней кромки шины. Подвески SLA могут быть классифицированы как с коротким поворотным кулаком, в котором верхняя шаровая опора на поворотном кулаке расположена внутри колеса, или с длинным поворотным кулаком, в котором поворотный кулак охватывает шину, а верхняя шаровая опора находится над шиной.
Недостатки
Краткие шпиндели SLA обычно требуют более жёстких сайлентблоков в кузове, поскольку тормозные и боковые силы на них выше. Кроме того, из-за сложности размещения верхнего шарового соединения и тормозного механизма внутри колеса, у них, как правило, ухудшена геометрия поворотного кулака. Длинные шпиндели SLA обычно имеют лучшую геометрию поворотного кулака, но близость шпинделя к шине ограничивает возможность установки шин увеличенного размера или противоскользящих цепей. Расположение верхнего шарового соединения может влиять на дизайн кузовных панелей над ним. При настройке характеристики изменения развала при ходе подвески (bump steer) для SLA требуется осторожность, так как легко получить избыточные или криволинейные характеристики.
История
Подвеска с двойным поперечным рычагом была представлена в 1930-х годах. Французский автопроизводитель Citroën начал использовать её в своих моделях Rosalie и Traction Avant 1934 года выпуска. Компания Packard Motor Car Company из Детройта, штат Мичиган, применяла её в Packard One Twenty с 1935 года[1] и рекламировала как элемент безопасности. В то время стойка Макферсона ещё находилась в сфере авиационных технологий и была разработана на основе механизмов шасси самолётов. Позже, в 1951 году, компания Ford решила использовать стойку Макферсона на серийных автомобилях небольшого класса – английских Ford Consul и Ford Zephyr. [2] Таким образом, подвеска с двойным поперечным рычагом была применена на ранних этапах развития автомобилестроения, и между стойкой Макферсона и подвеской с двойным поперечным рычагом нет родственной связи. Подвески с двойным поперечным рычагом традиционно считаются обладающими превосходными динамическими характеристиками и грузоподъёмностью, поэтому они часто встречаются на спортивных и гоночных автомобилях на протяжении всей истории автомобилестроения. Примеры автомобилей с подвеской с двойным поперечным рычагом включают Aston Martin DB7, Mazda MX-5 и модели Honda Accord третьего – восьмого поколений. Подвеска с короткими верхними и длинными нижними рычагами, разновидность подвески с двойным поперечным рычагом, широко распространена в передних подвесках автомобилей среднего и большого класса, таких как Peugeot 407, Citroën C5 и первые два поколения Mazda6/Atenza.
Преимущества
Двойная поперечная рычажная подвеска предоставляет инженеру больше возможностей для проектирования, чем некоторые другие типы. Довольно легко рассчитать влияние перемещения каждого сочленения, поэтому кинематику подвески можно легко настроить и оптимизировать движение колеса. Также легко определить нагрузки, воздействующие на различные компоненты, что позволяет разрабатывать более оптимизированные и легкие детали. Она также обеспечивает возрастание отрицательного угла установки колес на протяжении всего хода сжатия, в отличие от подвески типа МакФерсон, которая обеспечивает отрицательный угол установки колес только в начале хода сжатия, а затем переходит к положительному углу при большом ходе сжатия.
Недостатки
Двойные поперечные рычаги сложнее в конструкции, предъявляют более жесткие требования к компоновке и, следовательно, часто обходятся дороже, чем другие системы, такие как подвеска типа Макферсон. Из-за большего количества компонентов в конструкции подвески, обслуживание занимает значительно больше времени, а вес выше, чем у аналогичной конструкции Макферсон. Однако, в отличие от более дорогой и сложной многорычажной подвески, она предлагает меньшую свободу в выборе конструктивных решений.