Введение
Простой тип независимой подвески
Колесная ось качающегося типа – это простой тип независимой (задней) подвески, разработанный и запатентованный Эдмундом Рэмплером в 1903 году. Это было революционным изобретением в автомобильной подвеске, позволяющее ведущим (двигательным) колесам независимо следовать по неровностям дороги, что обеспечивает лучший контакт колес автомобиля с дорогой и улучшенное сцепление. Кроме того, уменьшенная неподрессоренная масса каждого колеса означает, что их движения оказывают меньшее влияние на автомобиль в целом. Первым применением в автомобилестроении стал Rumpler Tropfenwagen, за которым последовали Mercedes 130H/150H/170H, Standard Superior, Volkswagen Beetle и его модификации, Chevrolet Corvair, а также склонный к опрокидыванию джип M151 и другие. В некоторых более поздних конструкциях задней подвески качающегося типа используются карданные валы, соединяющие полуоси с дифференциалом, который крепится к шасси. В конструкции качающейся оси отсутствуют карданные валы на колесах – колеса всегда остаются перпендикулярными полуосям; поэтому она не подходит для передних колес автомобиля, которым необходимо рулевое управление. Тем не менее, упрощенный вариант, в котором дифференциал оставался жестко закрепленным на одной из полуосей, опционально предлагался для передней оси Jeep Wagoneer 1963 года при его выходе на рынок. В подвесках качающегося типа обычно использовались листовые рессоры и амортизаторы, хотя в более поздних моделях Mercedes-Benz применялись витые пружины. Она также использовалась в ранних самолетах (1910 года и ранее), таких как Sopwith и Fokker, как правило, с резиновыми амортизаторами и без демпфирования.
Недостатки
По сравнению с конструкциями с балкой, наблюдается значительное изменение развала-схождения отдельных колес, поскольку радиус шарнирного полуоси меньше половины радиуса всей оси в сборе. "Подъём" при разгрузке подвески (или отбое) вызывает положительное изменение развала с обеих сторон, что (в крайних случаях) может привести к опрокидыванию автомобиля. Изменение развала-схождения под воздействием сил в повороте может привести к потере сцепления задних колес, вызывая занос – динамически нестабильное состояние, которое может привести к вращению автомобиля. Это особенно серьезная проблема при использовании поворотной оси в конструкции с задним расположением двигателя, из-за больших боковых перегрузок на задние колеса, создаваемых массой двигателя. Изменения развала-схождения при торможении могут усилить эффект срыва задней оси при резком прекращении торможения.
Безопасность
Ральф Надер в своей книге 1965 года «Небезопасно на любой скорости» подробно описал аварии и судебные иски, связанные с недостатками конструкции качающейся оси моделей Chevrolet Corvair первого поколения 1960–1963 годов выпуска. Надер выявил инженера Chevrolet, который боролся с руководством после того, как оно исключило передний стабилизатор поперечной устойчивости из-за соображений экономии. Модели 1964 года были оснащены передним стабилизатором поперечной устойчивости в стандартной комплектации, а также задней поперечной листовой рессорой, что повысило устойчивость при экстренных маневрах. Corvair второго поколения (1965–1969) использовали полноценную независимую заднюю подвеску (IRS). Конструкторы Hillman Imp учли проблемы, возникшие у Corvair, после того как потерпели аварию на относительно небольшой скорости, и разработали свой автомобиль с задним расположением двигателя с полузависимой задней подвеской. Для достижения правильного баланса управляемости они фактически использовали геометрию качающейся оси спереди, при этом оси поворота рулевого управления крепились к внешним концам одинарных качающихся рычагов. Это приводило к избыточной поворачиваемости и неравномерному износу шин, поэтому были внесены изменения для уменьшения положительного развала передних колес путем снижения точек крепления качающихся рычагов. Также были доступны комплекты для дооснащения, а недорогой альтернативой было использование конической шайбы для изменения наклона кронштейна поворотного кулака относительно рычага.
Замена
В конце 1960-х годов в широком применении колебательные оси были вытеснены осями типа "де Дион", хотя зависимые оси оставались наиболее распространенными. За последние годы большинство задних подвесок было заменено более современными независимыми подвесками, и оба типа – колебательные и "де Дион" – сегодня практически не используются. Исключением является чешский производитель грузовиков Tatra, который с 1923 года (модель Tatra 11) использует колебательные оси на центральной несущей трубе вместо более распространенных сплошных осей. Утверждается, что эта система обеспечивает большую жесткость и лучшую проходимость на дорогах низкого качества и бездорожье. Там же, присущая ей пониженная устойчивость на дорогах компенсируется повышенной устойчивостью на пересеченной местности, что позволяет, при прочих равных, развивать более высокую скорость движения по бездорожью. Это особенно заметно на длинных транспортных средствах с 6 и более колесами, где скручивание шасси на бездорожье может быть серьезной проблемой.
Двойной I-beam
Еще одно применение концепции качающейся оси – передняя подвеска Ford "Twin I Beam" для грузовиков. Эта система использует сплошные оси и может передавать мощность в полноприводных версиях, где она называется "Twin Traction Beam". Это независимая система подвески, поскольку каждое колесо перемещается вверх и вниз, не влияя на положение другого. Хотя каждое колесо по-прежнему движется по дуге, как в стандартной подвеске с качающейся осью, нижние рычаги управления эффективно удлиняются за счет крепления точки поворота оси к нижней части противополочной лонжерона рамы (то есть левый нижний рычаг управления поворачивается на правом лонжероне рамы и наоборот). Заниженная точка поворота и увеличенная длина рычага уменьшают изменение развала, и эффект значительно менее опасен, чем у задних колес, где точка поворота находится примерно на том же лонжероне рамы. Подвеска Twin I Beam включает в себя дополнительный продольный рычаг с каждой стороны для регулировки угла продольного наклона (кастера). Несмотря на уменьшение изменения развала в подвеске Twin I Beam, система подвески с А-образными рычагами ограничивает движение колеса параллелограммом, что еще больше минимизирует изменения развала на протяжении всего хода подвески. В 1956 году в гоночных автомобилях серии 1 Lotus Eleven использовалась передняя подвеска с качающейся осью, разработанная на базе седана Ford E93.