Что влияет на плавность хода автомобиля
Что влияет на плавность хода автомобиля
Давайте приведу пример.
Допустим, Вы очень устали, много работали, ночь не спали и прочее. Вы хотите полежать, отдохнуть, а если получится, то и поспать.
Но вокруг Вас раздражители.
Так же и с автомобилем. Если у него плохая шумка, то Вы от перемещения на нем устанете, но не сильно. Тем более, что большинство автолюбителей все равно включают радио в машине, так что некоторый фоновый шум все равно присутствует. Бывают машины без кондиционеров, со слабыми печками, бывают и откровенно тесные автомобили.
Но главное причина усталости от дороги – тряска. И соответственно главное качество автомобиля – плавность хода.
Главным оно становится, если Вы ездите много, скажем от 50 км в день. Если поездки Ваши короткие, например 10-15 км в день, то плавность хода не так и важна.
От чего зависит плавность хода автомобиля?
В первую очередь она зависит от базы автомобиля, расстояния между его осями:
В США ездят много, живут часто загородом, и 50 км в день для них – запросто.
Если Вы хотите машину с хорошей плавностью хода, то придется покупать машину относительно большую и длинную. Короткие, небольшие автомобили конструктивно не могут быть мягкими и комфортными.
Во вторую очередь плавность хода зависит от конструкции подвески.
Можно сделать подвеску мягкую, хорошо отрабатывающую неровности и обеспечивающую хорошую плавность хода.
Но машина с такой подвеской будет крениться в поворотах, в ее рулевом управление будет чувствоваться некоторая «резиновость», рулиться такая машина четко не будет.
И соответственно, если сделать подвеску без кренов и с точным управлением, то такая машина будет жесткой, со слабой плавностью хода.
Есть подвески, которые обеспечивают и хорошую плавность хода, и хорошую управляемость. Но они конструктивно очень сложны – пневмобаллоны, регулируемая жесткость амортизаторов, множество рычагов в подвеске. Такую конструкцию используют только в дорогих машинах премиум-класса, и такая подвеска недолго служит – часто на российских дорогах ее приходится перебирать раз в 50 000 км.
И все равно в такой подвеске есть несколько режимов, среди которых водитель должен выбирать. Нужен ему комфорт – переводит подвеску в режим «Комфорт», нужна хорошая управляемость – переводит подвеску в режим «Спорт».
Т.е. все равно и управляемость, и плавность хода одновременно получить невозможно.
Если Вам нужна хорошая плавность хода, то придется покупать длинную машину в любом случае. А с подвеской есть варианты – либо покупать машину дорогую со сложной подвеской – тогда и плавность хода будет хорошей, и управляемость. Либо жертвовать управляемостью и получать мягкую и долговечную подвеску.
Если говорить о марках, то все премиальные марки (БМВ, Меседес, легковые Лексусы, Ауди, частично Фольцваген) имеют сложную подвеску, которая имеет и хорошую управляемость, и хорошую плавность хода.
Европейские непремиальные марки (Опель, Шкода, Французы, Итальянцы) имеют уклон в сторону управляемости, и соответственно плавность хода у них неважная.
Японские и американские марки, как правило, имеют хорошую плавность хода, но неважную управляемость.
Но это очень обобщенно, конечно есть исключения и в Европе, и в Азии.
Влияние различных факторов на плавность хода автомобиля.
На плавность хода автомобиля существенное влияние оказывают подвеска и её техническое состояние, шины, дорожные неровности и масса перевозимого груза.
1. Тип подвески колёс. Независимая подвеска колёс обеспечивает лучшую плавность хода, чем зависимая (рис. 49).
2. Упругое устройство подвески. В качестве упругого устройства в подвесках автомобилей используют листовые рессоры, пружины, торсионы, пневматические баллоны и пневмогидравлические цилиндры (рис. 50).
3. Неподрессоренные массы. При меньшем весе неподрессоренных масс обеспечивается лучшая плавность хода. При независимой подвеске вес неподрессоренных масс автомобиля меньше, чем при зависимой.
4. Гасящее устройство подвески. В качестве гасящего устройства подвески используют гидравлические телескопические амортизаторы низкого и высокого давления. Амортизаторы высокого давления (газонаполненные, рис. 51), обеспечивают лучшую плавность хода, чем амортизаторы низкого давления.
5. Пневматические шины. Более эластичные шины улучшают плавность хода автомобиля. С этой целью в них снижают давление воздуха и увеличивают ширину их профиля. На легковых автомобилях применяют шины низкого давления, низкопрофильные и сверхнизкопрофильные. Такие шины кроме плавности хода повышают устойчивость и безопасность движения автомобиля.
Устройство автомобилей
Теоретические предпосылки повышения плавности хода
Главное влияние на плавность хода и самочувствие человека в автомобиле оказывают два вида колебаний: поступательное вертикальное (подпрыгивание) и угловые продольные (галопирование). Другими колебаниями при расчетной оценке плавности хода автомобиля можно пренебречь для упрощения исследования данного явления, что позволит рассматривать колебания автомобиля, как плоской фигуры, имеющей форму боковой поверхности корпуса автомобиля в одной вертикальной плоскости, совпадающей со средней плоскостью автомобиля.
Колебания в вертикальной плоскости зависят от жесткости упругого элемента подвески и эластичности шин.
Так как упругий элемент подвески после наезда на препятствие продолжает совершать затухающие колебания, то для гашения этих колебаний в состав подвески вводят амортизаторы. Подбирая характеристику упругого элемента к конкретной модели автомобиля, добиваются искомой плавности хода в вертикальной плоскости.
Характеристикой упругого элемента подвески называется зависимость между нагрузкой Gг на упругий элемент и его деформацией f0 (прогибом, сжатием и т. п.).
Более сложное влияние на плавность хода оказывает галопирование.
Если возмущающая сила Р приложена не к центру упругости, а в другой точке, то возникает как линейное, так и угловое перемещение (рис. 2).
Из условия равновесия системы относительно центра тяжести:
где R1 и R2 – реакции опор;
х – расстояние от центра упругости до центра тяжести:
Заменив реакции на жесткость и деформации упругих элементов
получим следующее уравнение:
Заменив массу кузова mк тремя массами: m1 – приходящуюся на переднюю подвеску, m2 – приходящуюся на заднюю подвеску и m3 – находящуюся в центре тяжести, получим:
Момент инерции системы I относительно горизонтальной оси у должен быть равен моменту инерции подрессоренной массы относительно той же оси:
где ρк – радиус инерции подрессоренной массы автомобиля.
Момент Мц = 0, если масса m3 = 0 или плечо силы Рц равно нулю.
Из уравнения (1) следует, что масса m3 равна нулю, если ρк 2 / ( l1l2 ) = 1.
Если плечо х = 0, т. е. центр тяжести совпадает с центром упругости, то
Следовательно, жесткость подвески необходимо выбирать таким образом, чтобы она была обратно пропорциональна расстояниям центра тяжести от передней и задней осей. Тогда при одинаковых прогибах передней и задней подвесок кузов автомобиля будет перемещаться без галопирования.
Тем не менее, выполнение этого условия не устраняет полностью угловые колебания кузова автомобиля. Они возникают при неодновременном наезде колес переднего и заднего мостов на неровности дороги. Сдвиг по времени между двумя воздействиями зависит от базы автомобиля и скорости его движения.
Амплитуда угловых колебаний уменьшается, если упругие элементы передней подвески имеют меньшую частоту собственных колебаний, чем упругие элементы задней подвески.
Способы повышения плавности хода автомобиля
Так как наряду с упругим элементом подвески на плавность хода оказывают влияние упругие свойства шины, то целесообразно устанавливать на автомобиль шины меньшей жесткости.
На жесткость шины влияет ее конструкция, ширина профиля и давление воздуха в ней.
Использование независимых подвесок по сравнению с зависимыми также повышает плавность хода, так как в этом случае существенно уменьшается галопирование.
Другим важным условием обеспечения плавности хода автомобиля является оптимальная расстановка колес по длине кузова. Каждая неровность дороги передает на автомобиль не один, а серию импульсов, воздействующих последовательно на каждое колесо переднего и заднего моста. В зависимости от расстановки колес в одних и тех же дорожных условиях эти импульсы могут для одного автомобиля усиливать колебания, а для другого ослаблять.
Конструкция амортизаторов, их число и расположение оказывают влияние, как на плавность хода, так и на безопасность движения. Так, например, газонаполненные амортизаторы обладают большей жесткостью по сравнению с гидравлическими при движении по дорогам с большим количеством неровностей, в то же время при движении по дорогам хорошего качества с большими скоростями они обеспечивают лучший контакт колес с дорогой, а значит и устойчивость автомобиля.
Конструктивные факторы однозначно определяют плавность хода только при вполне определенных внешних условиях и режимах работы автомобиля, к которым относятся:
Плавность хода легковых автомобилей
Колебания автомобиля влияют практически на все основные эксплуатационные свойства машины: комфортабельность и плавность хода, устойчивость управляемость и даже расход топлива.
Колебания возрастают с увеличением скорости движения, повышением мощности двигателя, существенное влияние на колебания оказывает качество дороги.
Колебания и вибрации в автомобилях являются источником шума. Колебания, вибрации и шум оказывают вредное воздействие на водителя, пассажиров и окружающую среду.
Установлены нормы и стандарты, определяющие допустимые уровни колебаний, вибраций и шумов автомобилей. От этих показателей зависят качество и цена легкового автомобиля.
Испытания автомобилей на определение уровня колебаний, вибраций и шума проводятся в лабораториях и на специальных дорогах автополигонов.
Сделать легковой автомобиль, в котором отсутствуют колебания, вибрации и шум, невозможно, как невозможно построить вечный двигатель. Однако вполне возможно создать автомобиль с минимальными уровнями колебаний, вибраций и шума.
Колебания возникают прежде всего при взаимодействии колес с поверхностью дороги. В результате прогиба пневматических шин и деформации подвески колеса и кузов совершают сложные колебания. По колебаниям колес судят об устойчивости и управляемости автомобиля. Колебания кузова непосредственно определяют плавность хода.
Колебания вдоль продольной оси проявляются при торможении и разгоне, но не могут быть определяющими для плавности хода. Горизонтальные колебания вдоль поперечной оси кузова (боковые колебания) возможны лишь за счет боковой деформации шин. В результате использования подвески колес кузов совершает главным образом вертикальные, продольно-угловые и поперечно-угловые колебания. Перечисленные колебания и определяют плавность хода автомобиля.
Оценка плавности хода автомобиля. Что же такое плавность хода и почему ей уделяется особое внимание при проектировании, эксплуатации и сравнительной оценке различных легковых автомобилей? Конечно, плавность хода зависит не только от конструкции автомобиля и его подвески, но и от качества дорожного покрытия и скорости движения. Можно дать следующее определение: плавностью хода называется свойство автомобиля обеспечивать защиту водителя, пассажиров и перевозимого груза от колебаний и вибраций, толчков и ударов, возникающих в результате взаимодействия колес с дорогой.
Само понятие плавность хода возникло давно. Каретных дел мас;тера искусно делали подвеску экипажей с конной тягой, добиваясь высокой плавности хода. Подвеска старинных карет была весьма мягкой, имела длинные рессоры с большим прогибом и малой жесткостью. Любопытно, что по этим параметрам она превосходила подвески колес многих современных автомобилей. В начале своего пути автомобили имели далеко не рекордные скорости среди наземных транспортных средств. Например, в 1894 г. во время первых автомобильных гонок Париж Руан автомобили с двигателями Даймлера показали среднюю скорость 20,5 км/ч. Однако за первые 10. 15 лет существования автомобиля резко возросла его скорость, превысив 100 км/ч.
Первые мировые рекорды скорости принадлежали автомобилям с электромоторами (электромобили). В 1898 г. электромобиль Шарля Жанто (Франция) с двумя электромоторами (общая мощность.36 л.с.) установил первый в мире абсолютный рекорд скорости 63,149 км/ч, а в 1899 г. электромобиль Всегда недовольный бельгийца Камиля Женатци (мощность электромотора 40 л. с.) превзошел стокилометровый барьер 105, 876 км/ч. Однако электромобильные рекорды продержались недолго. В 1902 г. француз Анри Фурнье на автомобиле Мерс с бензиновым двигателем в 60 л.с. повысил абсолютный рекорд до 123,772 км/ч.
Прохождение автомобилями рубежа скорости 100 км/ч не обошлось без жертв. На гонках Париж Мадрид в 1903 г. из-за высокой скорости (более 100 км/ч), плохой дороги, пыли, низкой плавности хода произошли катастрофы, и французское правительство запретило продолжать гонки. Автомобили конной тягой были доставлены на железную дорогу.
В 1904 г. молодой Генри Форд на своем автомобиле Стрела достиг скорости 147 км/ч.
О комфортабельности и плавности хода первых рекордных автомобилей можно судить по машине Форда Стрела, у которой ведущие колеса жестко крепились к раме, а моторы не имели глушителей. Почему водитель не вылетел из своего сиденья, держась лишь за рукоятку управления, абсолютно неясно. Самое важное было скорость.
Скорость в 205,443 км/ч в 1906 г. была достигнута на гоночном автомобиле ракета американской фирмы Стенлей. Машина имела паровой двигатель мощностью 150 л.с. Это была «лебединая песня» паровых автомобилей. В 1937 г. на автомобиле «Ауто-Юнион», все колеса которого имели независимую подвеску, с мощностью двигателя до 640 л.с. установлен рекорд скорости 406,3 км/ч.
Какие же изобретения и усовершенствования в конструкции автомобиля позволили так быстро наращивать скорость? Основными из них были увеличение мощности двигателя, использование обтекаемых форм кузова, совершенствование рулевого управления и тормозов, и, конечно, важнейшую роль сыграли изобретение пневматической шины и применение независимой подвески колес автомобиля.
С такой подвеской в начале 20-х гг. начал выпускаться в Италии автомобиль «Лямбда». В СССР первым легковым автомобилем с независимой подвеской был знаменитый «ГАЗ М-20» («Победа»). Применение независимой подвески не только избавило машину от опасных колебаний управляемых колес (явление шимми), но и способствовало существенному улучшению плавности хода. В наши дни дальнейшее повышение плавности хода, устойчивости и управляемости легкового автомобиля немыслимо без применения управляемых (регулируемых) систем подвески.
Очевидно, что плавность хода нуждается в количественной оценке. Однако это не простая задача, при решении которой нельзя полагаться только на собственные впечатления. Впечатления водителя и пассажиров о плавности хода могут изменяться в зависимости от многих обстоятельств: их возраста, здоровья и др. Полагаться на субъективную оценку нельзя.
Давно известно, что наилучшей плавностью хода обладают автомобили с мягкой, подвеской. Снизить жесткость рессор (пружин) можно за счет увеличения их прогиба, а значит, и повышения хода колес относительно кузова. Сделать подвеску мягкой и длинноходной не всегда возможно. Препятствием для увеличения хода колес является не только необходимость в увеличении размеров колесных ниш кузова, но и трудности, связанные с размещением устройств трансмиссии, тормозов и рулевого управления.
Статическим называется прогиб рессор (или осадка пружин) при неподвижном автомобиле. По величине статического прогиба можно оценить жесткость подвески и плавность хода.
Наиболее простым и доступным показателем плавности хода является частота собственных колебаний кузова автомобиля. Опыт показывает, что если частота этих колебаний лежит в пределах 0,5. 1,0 Гц, то машина обладает высокой плавностью хода. (Интересно отметить, что указанные частоты совпадают е частотой толчков, которые испытывает человек при ходьбе со скоростью 2. 4 км/ч.)
Находясь в кузове легкового автомобиля, человек испытывает два основных вида сложных колебательных движений: сравнительно медленные колебания с большими амплитудами и быстрые колебания с малыми перемещениями. От колебаний с малыми перемещениями можно защититься с помощью сидений, резиновых опор, прокладок, виброизоляторов и других устройств. Для защиты от колебаний с низкими частотами и большими амплитудами служат упругие подвески колес.
Нормы вибронагруженности устанавливаются такими, чтобы на дорогах, для которых предназначен автомобиль, колебания водителя и пассажиров не вызывали у них неприятных ощущений и быстрой утомляемости, а колебания грузов и конструктивных элементов автомобиля не приводили к их повреждениям. Возникающие при движении автомобиля колебания, вызванные неровностями дороги, оказывают влияние не только на плавность хода, но и на ряд других эксплуатационных свойств. Так, при эксплуатации грузовых автомобилей на дорогах с неудовлетворительным состоянием поверхности средняя скорость движения уменьшается на 40. 50 %, межремонтный пробег — на 35. 40 %, расход топлива увеличивается на 50. 70 %, а себестоимость перевозок — на 50. 60 %. Автомобиль представляет собой колебательную систему, в которую входят инерционные, упругие и диссипативные элементы. К инерционным относятся массы кузова, мостов с колесами, людей и грузов. Различают массы подрессоренные (массы кузова, груза и пассажиров) и неподрессоренные (массы мостов и колес). Упругие и диссипативные элементы составляют основу виброзащитной системы автомобиля. В эту систему входят: подвеска, шины, сиденья водителя и пассажиров. К подвеске относятся все конструктивные элементы, соединяющие мосты или отдельные колеса с рамой или кузовом. Кроме упругих и диссипативных элементов в нее входят направляющие устройства, определяющие кинематические характеристики перемещения колес относительно рамы или кузова и обеспечивающие передачу между ними усилий и моментов. Воздействия неровностей дороги на колебательную систему автомобиля вызывают колебания масс и приводят к изменению их кинетической энергии. Упругие элементы предназначены для преобразования энергии толчков и ударов, создаваемых неровностями дороги, в потенциальную энергию упругих элементов. Назначение диссипативных элементов — гашение колебаний. Они обеспечивают рассеивание энергии, превращая механическую энергию колебаний в тепловую. Интенсивность гашения колебаний зависит от величины трения диссипативного элемента (гидравлического сопротивления амортизатора, внутреннего трения элементов шины и сидений).
[видос] Плавность хода.
Текст специально для офисных бездельников, которые не хотят палиться перед начальством в наушниках:
Как вы поняли, здесь пойдёт речь о том, что заставляет ваш позвоночник осыпаться в трусы.
Плавность хода оценивается частотой колебания кузова с грузом и пассажирами на подвеске.
Наиболее комфортная для человека частота колебаний – это естественная для на нас, которую мы испытываем при ходьбе, то есть примерно 1 герц.
Если выше, то жестко, а если ниже, то может укачивать.
Достижение этого параметра обеспечивается соответствием жесткости упругого элемента приходящейся на него массе кузова с грузом и пассажирами.
То есть, на тяжелом автомобиле пружины должны быть жестче чем на лёгком при равной плавности хода.
Но одно получается фактически неизменно: статический прогиб упругого элемента, и он должен быть равен примерно 25 сантиметров.
То есть, это разница между высотой пружины в свободном состоянии вне автомобиля и её высотой в подвеске, под массой кузова автомобиля с пассажирами и грузом.
При чём, в приведённом к колесу виде. В одних подвесках пружины работают напрямую, а в других через рычаг. Вот эту рычажность нужно учитывать.
К сожалению, по ряду объективных причин, на практике так получается очень редко, и в реальности на большинстве современных автомобилей жесткость подвески гораздо выше желаемой.
Во-первых, при низкой жесткости сложно добиться необходимой энергоёмкости. То есть, чтобы мягкую подвеску не пробивало при наезде на препятствия, необходимо делать большой ход сжатия.
Большой ход сжатия мешают сделать 2 вещи: ограничения по компоновке и ограничения по кинематике подвески.
Все рычаги подвески работают по радиусам и при большом ходе увеличиваются нежелательные взаимные перемещения элементов подвески.
Частично проблему энергоёмкости решают применением буферов сжатия.
В этом случае, при сильных ходах, после касания буферов, жесткость подвески складывается из жесткости пружины и жесткости резинового буфера.
Буферы также бывают сложной формы, которая обеспечивает многоступенчатую характеристику. В начале сжатия буфера он сжимается по всей длине, потом узкие части смыкаются, и жесткость увеличивается ещё сильнее.
Естественно, при достижении буфера ходом подвески, плавность хода выходит за рамки комфорта.
Чем меньше и легче легковой автомобиль, тем сложнее добиться на нём хорошей плавности хода.
Чем автомобиль легче – тем мягче требуется пружина для обеспечения комфортной частоты колебаний. А чем мягче пружина – тем сильнее высота посадки автомобиля на подвеске зависит от его загрузки, а вместе с этим и кинематика подвески. А 4-5 не менее жирных задниц в него по любому нужно посадить.
И чем меньше автомобиль – тем как правило короче рычаги подвески, меньше радиусы по которым они работают и тем меньше допустима разница уровня. Поэтому, как правило, чем меньше и легче автомобиль – тем сильнее приходится приносить комфорт в жертву грузоподъёмности и кинематике.
Ситуацию может спасти только пневматическая или гидропневматическая повдески. С такими подвесками высота посадки кузова на подвеске не зависит от загрузки. Преимущество колоссальное! Но, это дорого и хлопотно и применяется только на автомобилях бизнес и премиум класса.
Стабилизатор поперечной устойчивости предназначен для увеличения угловой жесткости подвески. Угловая жесткость подвески – это жесткость сопротивления подвески крену кузова под действием центробежной силы. Необходимо это для двух целей. Во-первых, для того, чтобы положение рычагов подвески при крене в поворотах не выходило за предельно допустимые с точки зрения кинематики. Во-вторых, для обеспечения заданного соотношения угловых жесткостей, что нужно для управляемости, о которой я расскажу в соответствующей серии.
К сожалению, применение стабилизатора имеет негативный эффект на плавность хода. Когда автомобиль наезжает на препятствие обоими колёсами оси, стабилизатор на плавность хода не влияет. Однако, при наезде на препятствие одним колесом, суммарная жесткость складывается из жесткости пружины и жесткости стабилизатора.
Также существует поверие, что на плавность хода влияют шины. Я могу сказать так. Если ваши шины положительно повлияли на плавность хода, значит они либо спущены, либо по какой-то другой причине слишком сильно склонны к деформации, что означает повышенное сопротивление движению, расход топлива, плохую динамику и скорее всего сильный увод. Жесткость нормальной шины настолько высока в сравнении с жесткостью подвески автомобиля, что её влияние на плавность хода ничтожна.
И усилие амортизаторов тоже оказывает весьма косвенное влияние на плавность хода, кроме ситуаций, когда они начинают подклинивать от перегрева или наоборот застывания масла в них на адском морозе.
Уже лет 70 автопром мира ведёт исследования по активным подвескам, но по сей день, не существует ни одной серийной модели с ПОЛНОЦЕННОЙ активной подвеской.
В теории идея проста как всё гениальное: датчик перед колесом сканирует профиль дороги, а подвеска колесом обкатывает все неровности. Как результат – идеально гладкое движение кузова.
Даже ЗиЛ членовоз с такой подвеской испытывали ещё в 70-ых годах прошлого века.
Всё это очень красиво выглядит на рекламных роликах компаний, ведущих разработки.
Но, в реальности есть ряд проблем, пока мешающих активной подвеске стать серийным решением.
1) Огромные энергозатраты на работу исполнительных механизмов подвески.
2) Адекватность показаний датчиков при движении по уплотняемым опорным поверхностям. То есть, грунт или снег.
3) Отработка нештатных ситуаций, например занос.
4) Плохая информативность для водителя. Не чувствуется ни скорость, ни сцепление с дорогой.
Поэтому, по настоящее время, существуют только такие серийные варианты подобной подвески, которые могут быть притянуты к понятию «активной» подвески разве что за уши.
Чем и занимается маркетинг их производителей. То есть, в очень урезанном варианте.
Хотя, даже в урезанном варианте эта технология может давать неплохую прибавку плавности хода.
Естественно, всё это очень дорогие накрутки к стоимости владения автомобилем. Применение разумно только для премиум класса.
Подводя итог по плавности хода, можно сказать, что для коротких поездок по ровному асфальту подходит и маленький жесткий автомобиль, то есть например, если вы живёте в городе и работаете в офисе.
А вот для длинных поездок по плохим дорогам лучше иметь мягкий, большой и тяжелый. Это например, если вы живёте в деревне в нескольких десятках километров от города, в который часто ездите по делам, но туда ведёт разбитая дорога.
Но вообще говоря, учитывая наш климат, при котором дороги превращаются в адский танкодром после первой зимней оттепели, применение маленьких жестких автомобилей евроазиатского образца в нашей стране не кажется мне хорошей идеей.