Форд фиеста передняя подвеска схема
Добавил пользователь Alex Обновлено: 20.09.2024
Всякий водитель, ездивший на автомобиле Ford Fiesta первого поколения (Mk1), обращал внимание на практически полное отсутствие кренов этой машины (особенно при загрузке 1-2 человека) даже в очень напряженных поворотах. А ведь у Фиесты в подвесках вообще нет стабилизатора поперечной устойчивости — детали, ставшей в современных машинах настолько распространенной, что многие уже и не понимают, как можно бороться с кренами кузова без использования стабилизатора.
Это заблуждение столь распространено, что многие и не задумываются — почему в независимых подвесках практически любого "формульного" спортивного болида (и не только F1, а и более "приземленных" серий типа Formula Ford или Formula Renault) нет никаких стабилизаторов. Для многих открытие этого факта стало настоящим шоком. Попробуем же разобраться — в чем тут дело.
Прежде всего подумаем — а чем же плох стабилизатор поперечной устойчивости. Ведь крены он уменьшает вполне успешно — так почему же конструкторы спортивных подвесок его не используют?
Рассмотрим простую ситуацию: автомобиль с независимой подвеской едет по дороге, и неожиданно наезжает правым колесом на кирпич. Предположим, что автомобиль едет достаточно быстро, и за время наезда кузов (ввиду большой массы и, соответственно, инерции) не успевает совершить сколько-нибудь существенного вертикального перемещения. Для простоты (чтобы не рассчитывать поправки на сжатие шины) будем считать шину несжимаемой — для современных низкопрофильных шин это практически так и есть. При этом допущении правое колесо благодаря подвеске совершит ход вверх, равный толщине кирпича — причем никакой стабилизатор этому помешать не сможет.
Для полностью независимой подвески без стабилизатора удар, передаваемый на кузов машины, в этом случае будет определяться лишь жесткостью пружины правой подвески и незначительным усилием хода амортизатора вверх, а левая подвеска останется неподвижной.
Совсем иное дело, если у нас имеется стабилизатор поперечной устойчивости. Ход правой подвески (на ту самую толщину кирпича) закручивает стабилизатор, и он передает дополнительное усилие на левый рычаг, пружину и амортизатор, вызывая их сжатие. Даже если жесткость стабилизатора всего лишь равна жесткости левой пружины (а во многих подвесках она намного выше — иначе стабилизатор не будет эффективен против кренов) — это означает, что левая подвеска будет также пробита, правда, лишь на половину толщины кирпича. Однако и такой ход левой подвески будет означать усиление удара, передаваемого на кузов, в полтора раза по сравнению с ситуацией без стабилизатора.
Казалось бы — ситуацию можно парировать, пропорционально ослабив пружины подвески. Но это лишь кажется — дело в том, что при одновременном нагружении правой и левой подвесок стабилизатор не работает, и подвески оказываются слишком ослабленными. То есть — машина плохо переносит поперечные волны асфальта (а тем более "лежачих полицейских") и оказывается склонна к глубоким "кивкам" при торможении. А если ослабить стабилизатор — он станет неэффективен против кренов кузова.
Причем эта ситуация для независимой подвески со стабилизатором принципиально неустранима — она либо менее комфортна, чем чистая независимая подвеска без стабилизатора, либо при той же комфортности хуже парирует продольную раскачку и "клевки" кузова. И чем жестче стабилизатор — тем эти неустранимые проблемы значительнее.
В качестве дополнительных минусов выступают:
Ухудшение проходимости (частичное диагональное вывешивание) из-за разгрузки идущих вниз колес на неровностях за счет закрутки стабилизатора идущим вверх колесом противоположного борта. Именно поэтому все настоящие джипы столь склонны к кренам в поворотах, а их стабилизаторы поперечной устойчивости, если даже они имеются, очень слабы.
Неоптимальность настроек амортизаторов для ситуаций симметричной и несимметричной нагрузки подвесок — опять же из-за переменного влияния жесткости стабилизатора при неизменных неподрессоренных массах.
БЕЗ СТАБИЛИЗАТОРА И БЕЗ КРЕНОВ
А ведь крены в повороте можно устранить и без использования стабилизатора поперечной устойчивости. Это, в конце концов, чисто геометрическая задача — надо лишь сделать подвеску такой геометрии, чтобы при известной свободе вертикального перемещения колес треугольник, образованный точками контакта колес с дорогой и центром масс машины, имел бы строго постоянные размеры либо, если это невозможно, как можно меньше изменял бы эти размеры и сохранял неизменную высоту своей вершины (с тем, чтобы вектор центробежной силы, исходя из центра масс, проходил через эту вершину).
Это задача трудная — но вполне разрешимая не только в случае сложной многорычажной подвески с неравноплечими рычагами (как у F1), но и даже для компактной подвески McPherson. Что как раз блестяще доказали инженеры Ford, проектируя в 1975 году автомобиль Фиеста.
Рис.1 Схема работы независимой подвески McPherson с наклонными рычагами.
Посмотрим на рис.1 — на нем изображена схема геометрии подвески Фиесты Mk1. Точки А — это оси качания нижних V-образных рычагов подвески, точки Е — шаровые шарниры этих рычагов, точки С — верхние опоры стоек МакФерсон. Поскольку размер А-С задан конструктивно кузовом машины, а нижний рычаг А-Е жесткий — треугольник А-С-Е может изменять свой размер только по стороне С-Е за счет изменения высоты амортизатора (стойки МакФерсон).
Это — как у всех машин с подвеской МакФерсон. А вот что у Фиесты не как у всех: если провести прямую из точки контакта колеса с дорогой В через ось качания нижнего рычага подвески А — она пройдет через точку фронтальной проекции центра масс машины ЦТ (точка D).
Это более-менее очевидно на рис.1. Менее очевиден факт, что размер А-В почти постоянен при ходах подвески. Однако это в целом кажется неважным, поскольку очевидно, что при ходах колеса вверх-вниз прямая В-А-D будет изменять свой наклон относительно горизонтали, что, как кажется, приведет к искажению размера треугольника В-В-D и его смещению из центра масс машины ЦТ.
Чтобы понять гениальность конструкторского фокуса, рассмотрим гипотетический крен машины, поворачивающей налево. Она могла бы наклониться наружу поворота — при этом правое колесо сместилось бы вверх (размер E-C уменьшился), а левое колесо сместилось бы вниз (размер Е-С увеличился) на одинаковую величину. Что в этом случае произошло бы с точкой пересечения двух прямых B-A — то есть точкой D?
Она, несомненно, сместилась бы в сторону от центра масс машины ЦТ. Но куда? В сторону, противоположную действующей центробежной силе — но при этом осталась бы в первом приближении на неизменной высоте. То есть вектор центробежной силы по-прежнему будет проходить через точку D — несмотря на гипотетическое срабатывание подвесок! Другими словами — с точки зрения вектора центробежной силы, исходящей из центра масс машины, ничего не изменилось, треугольник не изменил свою высоту, а это значит, что крена кузова просто не может возникнуть — нет плеча, на котором бы центробежная сила совершила работу, ведь вектор проходит точно через вершину треугольника. То есть — внешнее колесо в повороте нагружается, внутреннее — разгружается, на обоих колесах появляются боковые усилия, но просадки подвесок не происходит. Крена — нет.
Трудно понять? Тогда представьте себе, что нижние рычаги подвесок начинались бы в точке D и заканчивались бы шаровым шарниром в точке B. Колеса на ухабах будут перемещаться? Будут. А крены будут? Нет — потому что треугольник B-B-D получается жестким, и нет плеча, на котором бы центробежная сила вызвала кренящий момент.
Блестящая идея! И она блестяще работает на практике. Садитесь за руль Фиесты Mk1 и убедитесь в этом сами.
Но почему же такая схема не используется повсеместно? Ведь она предлагает сочетание минимальных кренов с наилучшими реакциями подвесок на неровности дороги и оптимальную проходимость благодаря полной развязке колес друг от друга?
К сожалению, эта схема имеет и определенные врожденные недостатки.
Недостаток номер 1 — для того, чтобы прямая В-А-D попала в центр масс ЦТ, у машин с типичными утилитарными компоновками (то есть с высоким центром тяжести, вызванным рядными вертикальными моторами и высокими кузовами) надо либо ставить колеса ненормально большого диаметра (опуская точку В), либо поднимать оси качания нижнего рычага А (что приводит к наклонным нижним рычагам из-за компоновочных трудностей с подъемом точки Е, особенно на переднеприводных машинах). Конструкторы Фиесты поставили наклонные рычаги — которые, естественно, вызывают изменение колеи машины при симметричных ходах подвески. Это изменение колеи составляет несколько сантиметров и очень хорошо заметно — когда Фиеста на полном ходу ловит поперечную волну асфальта, даже шины с высоким профилем протестующе взвизгивают. Впрочем, если используются сравнительно "пухлые" (высокопрофильные) шины, это почти не влияет на их долговечность — но вот для низкопрофильных спортивных шин ситуация гораздо хуже.
Кроме того, наклонные нижние рычаги вызывают некоторую реакцию на руле при проезде неровностей (боковое усилие на плече кастера) — однако для легкой машины типа Фиесты с нейтральными колесами (развал и схождение нулевые) и малым кастером этот эффект хотя и заметен, но не доставляет неудобств.
Справедливости ради надо сказать, что недостаток N1 не является абсолютно неустранимым — машины с очень низкими и тяжелыми оппозитными силовыми агрегатами (например, Subaru Impreza или Porshe-911) вполне могут иметь горизонтальные нижние рычаги, и при этом попадать точкой D в центр масс — просто ввиду того, что этот центр у них расположен очень низко. Что у них и сделано.
Одновременно конструкторы реализуют и второй путь — увеличение диаметра колес. Уже не редкость машины B-класса (то есть класса Фиесты) с 15-дюймовыми колесами — а ведь когда-то даже на Волге ГАЗ-24 стояли 13-дюймовые колеса…
Недостаток номер 2 — изменение настройки подвески при изменении загрузки машины. Это вызывается как изменением высоты центра масс машины, так и симметричной просадкой правой и левой подвесок — при которой точка D смещается вниз. Соответственно, как только точки D и ЦТ расходятся по высоте — крены начинают стремительно нарастать, и на Фиесте это очень хорошо заметно.
Этот недостаток принципиален и не может быть устранен ничем, кроме активной адаптивной подвески. Именно из-за этого недостатка Subaru все-таки ставит стабилизаторы поперечной устойчивости.
Недостаток номер 3 — изменение настройки подвески при изменении диаметра колес. Применительно к Фиесте Мк1 — колеса 13' с резиной 80% высоты дают нейтральную настройку по крену для загрузки 2 человека спереди, а штатные 12' колеса дают слегка положительную настройку даже для одного человека.
Также из внимательного рассмотрения геометрии на рис.1 можно увидеть несколько интересных моментов фиестовской передней подвески. Например, ее колеса имеют переменный развал — при средней загрузке он нейтральный, однако при просадке подвески развал становится положительным (расстояние между колесами сверху меньше, чем снизу), а при выходе подвески развал становится отрицательным. Это — чисто спортивный прием, который призван до некоторой степени компенсировать деформацию покрышки из-за боковой нагрузки в повороте. Разумеется, он начинает действовать тогда, когда появляются крены кузова — то есть, на практике, при значительной загрузке автомобиля.
Кроме того, при повороте руля колеса Фиесты наклоняются внутрь поворота на несколько градусов — это еще одно чисто гоночное решение для компенсации деформации шины от боковой центробежной силы. Это механизм работает всегда — вне зависимости от нагрузки.
К тому же, наклонные нижние рычаги вызывают при просадке подвески движение колеса наружу. Это вызывает на ухабах формальное расширение динамического коридора — однако одновременно дает очень интересные ощущения поведения машины, она как бы сама стремится уйти от неровности, оставить ухаб за бортом. Это одна из тех черт поведения, которые вместе создают поразительный образ услужливой и умной машины, которая "сама едет правильно". Нечто подобное демонстрируют только машины Toyota — но они ведут себя спокойнее и скучнее (хотя, спору нет — еще предсказуемее и безопаснее), в то время как Фиеста Mk1 гораздо более заводная, веселенькая машинка, которая и сама может слегка подсыпать перчика (но именно слегка, не напрягая водителя и не переступая грань тупого постоянного непослушания), и водителя провоцируя ехать резче, активнее. Если опять пытаться сравнивать с японцами — это некоторый гибрид из тойотовской услужливости, хондовской спортивной остроты и некоторой специфической американской "неправильности" реакций машины — причем именно эта неправильность является завершающим штрихом в образе, позволяя Фиесте не казаться копией с японки, а иметь собственный, уникальный характер.
Причем это связано именно с настройками шасси — потому что даже с 53-сильным мотором характер у машины точно такой же. Отдельный вопрос, что с таким мотором сильно не похулиганишь — но для некоторых водителей это благо. Я лично, после того как поставил на Фиесту 96-сильный мотор, несколько месяцев вообще не мог спокойно ездить — не поверите, но даже Subaru Impreza WRX заводит не так сильно. Импреза, правда, и в управлении построже — таких ляпов, какие прощает Фиеста, она не простит. Видимо, это как раз и останавливало.
Но вернемся к подвеске. Отмеченное мной ранее изменение колеи при ходах подвески требует специфической конструкции рулевого механизма для компенсации сдвига колеса. Фордовские конструкторы выбрали наиболее логичное решение — они сделали рулевые тяги такой же длинны, как нижние рычаги подвески, и придали им такой же наклон. В результате получается типичный параллелограмм — и проблема неизменного угла поворота колеса вне зависимости от изменения колеи оказывается решена столь просто и элегантно, что большинство конструкторов, пытавшихся копировать "Фиесту", даже не осознали ее наличия.
В общем, надо осознать следующее: в чистом виде компенсированная по крену подвеска очень чувствительна к изменениям развесовки машины, и требует точного согласования геометрических размеров своих составляющих — что не всегда возможно по компоновочным соображениям. Поэтому она идеальна для специальных спортивных машин, приемлима для легких машин со спортивным характером в ограниченном диапазоне нагрузок, и совершенно не подходит для больших утилитарных машин типа семейных универсалов.
Впрочем, возможность иметь на дешевом серийном компактном хэтчбеке одновременно формульный мотор (CVH 1600 — омологированный мотор Формулы Форд 80-х годов) и формульную свободную подвеску дорогого стоит — спасибо команде Ли Якокки, давшей нам в далеком 1975-м году такую возможность.
Рис. 13.3. Элементы передней подвески автомобиля Fiesta: 1 – амортизаторная стойка McPherson; 2 – стабилизатор поперечной устойчивости; 3 – поворотный кулак со ступицей в сборе; 4 – подрамник; 5 – L-образные поперечные рычаги
Рис. 13.4. Схождение передних колес
Углы установки колес в значительной мере влияют на устойчивость автомобиля, износ шин и расход топлива (
Рис. 13.5. Углы установки передних колес: A - угол продольного наклона оси поворота; В - развал; С - угол поперечного наклона оси поворота колеса
Схождение -разность расстояний между бортовыми закраинами ободов, замеренных сзади и впереди колес на уровне их центров. Положительное схождение означает, что колеса впереди расположены ближе друг к другу, чем сзади (на уровне их центров). Схождение оказывает влияние на прямолинейность движения автомобиля и его управляемость. Благодаря схождению передние колеса вращаются параллельно. При повороте автомобиля из-за расположения рулевых тяг в виде трапеции колесо, расположенное на внутреннем радиусе поворота, поворачивается на больший угол, чем колесо, находящееся на внешнем радиусе поворота. Это вызвано тем, что при повороте внутренние колеса должны двигаться по кругу меньшего радиуса, чем наружные. Это автоматически поддерживает усилия в повороте и траекторию движения автомобиля. Кроме того, схождение препятствует вибрации колес и износу шин.
Развал - это угол между плоскостью вращения и вертикалью колеса. Он может быть положительным, как в автомобиле Fiesta, если колеса наклонены наружу, или отрицательным, если колеса наклонены внутрь. Правильно установленный угол развала уменьшает воздействие ударов от неровностей покрытия на рулевое управление, уменьшает поворотные усилия и влияет на равномерность износа шин передних колес. Если угол развала одного колеса положительный, а другого - отрицательный, то автомобиль будет уводить в сторону при движении по прямой.
Поперечный угол наклона оси поворота колеса - это угол между осью наклона поворотного кулака и вертикалью, проведенной через точку крепления колеса в продольной плоскости автомобиля. Расстояние от средней линии через колесо (среднюю точку соприкосновения шины с поверхностью) составляет радиус поворота. Для уменьшения воздействия отрицательных сил в рулевом управлении радиус поворота должен быть как можно меньше. За счет углов развала и поперечного наклона оси поворота точки касания колес с дорогой располагаются ближе к оси поворотного кулака. Этим поддерживается так называемое плечо обкатки. Чем меньше плечо обкатки, тем легче управление автомобилем. Это приводит к тому, что при вывернутых колесах автомобиль немного приподнимается. При отпускании руля колеса самопроизвольно возвращаются в среднее положение (восстанавливающий момент). Кроме того, удары от неровностей покрытия меньше передаются на рулевое управление.
Угол продольного наклона оси поворота - это угол между осью наклона поворотного кулака и вертикалью, проведенной через точку крепления колеса в плоскости, перпендикулярной продольной оси автомобиля. Ось, относительно которой поворачивается колесо, размещается в пространстве так, что ее нижняя часть наклонена вперед. Такой угол продольного наклона называется положительным. При положительном значении угла обеспечивается лучшая устойчивость и стабилизация управляемых колес при прямолинейном движении.
Видео про "Передняя подвеска" для Ford Fiesta
Обслуживание передней подвески Форд Фиеста 5 поколения 2006г. Замена передних стоек, пружин и опор на ford fiesta 6
Рисунок. 13.3. Детали передней подвески автомобиля Fiesta: 1 – амортизаторная стойка Mcpherson; 2 – стабилизатор поперечной стабильности; 3 – поворотный кулак со ступицей в сборе; 4 – подрамник; 5 – L-образные поперечные рычаги
Форд Фиеста Fiesta устройство передней подвески
Технический Словарь
Углы установки передних колес
Рисунок. 13.4. Схождение передних колес
Углы установки колес в большой мере влияют на стойкость автомобиля, изнашивание шин и расход топлива (рис. 13.4, 13.5).
Рисунок. 13.5. Углы установки передних колес: A — угол продольного крена оси поворота; В — развал; С — угол поперечного крена оси поворота колеса
Схождение —разность расстояний меж бортовыми закраинами ободов, замеренных сзади и впереди колес на уровне их центров. Положительное схождение означает, что колеса впереди размещены ближе друг к другу, чем сзади (на уровне их центров). Схождение оказывает дейcтвие на прямолинейность пеpедвижения автомобиля и его управляемость. Благодаря схождению передние колеса вращаются параллельно. При повороте автомобиля из-за расположения рулевых тяг в виде трапеции колесо, расположенное на внутреннем радиусе поворота, прокручивается на больший угол, чем колесо, находящееся на внешнем радиусе поворота. Это вызвано тем, что при повороте внутренние колеса обязаны передвигаться по кругу меньшего радиуса, чем внешние. Это автоматически поддерживает усилия в повороте и траекторию пеpедвижения автомобиля. Помимо того, схождение препятствует вибрации колес и износу шин.
Развал — это угол меж плоскостью вращения и вертикалью колеса. Он может быть положительным, как в автомобиле Fiesta, если колеса наклонены наружу, или отрицательным, если колеса наклонены внутрь. Правильно размещенный угол развала уменьшает воздействие ударов от неровностей покрытия на рулевое управление, уменьшает поворотные усилия и влияет на правильность изнашивания шин передних колес. Если угол развала одного колеса положительный, а другого — отрицательный, то транспортное средство будет уводить в сторону при движении по ровный.
Поперечный угол крена оси поворота колеса — это угол меж осью крена поворотного кулака и вертикалью, проведенной через точку фиксации колеса в продольной поверхности автомобиля. Промежуток от средней линии через колесо (среднюю точку соприкосновения шины с поверхностью) составляет радиус поворота. Для снижения воздействия отрицательных сил в рулевом управлении радиус поворота обязан быть как можно меньше. За счет углов развала и поперечного крена оси поворота точки касания колес с дорогой располагаются ближе к оси поворотного кулака. Этим определяется так называемое плечо обкатки. Чем меньше плечо обкатки, тем получше управление автомобилем. Это приводит к тому, что при вывернутых колесах транспортное средство немного приподнимается. При отпускании руля колеса самопроизвольно возвращаются в среднее расположение (восстанавливающий момент). Помимо того, удары от неровностей покрытия меньше передаются на рулевое управление.
Угол продольного крена оси поворота — это угол меж осью крена поворотного кулака и вертикалью, проведенной через точку фиксации колеса в плоскости, перпендикулярной продольной оси автомобиля. Ось, относительно которой прокручивается колесо, размещается в пространстве так, что ее нижняя часть наклонена вперед. Такой угол продольного крена называется положительным. При положительном значении угла гарантируется наилучшая стойкость и стабилизация управляемых колес при прямолинейном движении.
Форд Фиеста Fiesta устройство передней подвески
Геометрия передней подвески
Правильные углы установки передних колес — решающий причина надежного и корректного поведения автомобиля на ровной плоскости и в поворотах. Даже маленький удар о бордюр может нарушить геометрию подвески передних колес. Изношенные шаровые шарниры и резиновые опоры или некомпетентный ремонт также отрицательно влияют на поведение автомобиля. Оптический контроль ходовой секции является неотъемлемой частью технического обслуживания автомастерских и сервисных центров, в которых есть особенный измерительный стенд. Конечно, во время пеpедвижения вы можете сами вычислить нарушенную геометрию передних колес. Для измерения углов установки колес в процессе пеpедвижения заранее убедитесь, что на обоих передних колесах размещены шины одинакового типа, глубина их протектора одинакова, а давление в шинах нормальное. Если все дaнные условия выполнены, обращайте внимание на следующее.
Задняя подвеска
Комбинированная балка с поперечными рычагами.
Рисунок. 13.6. Комбинированная балка задней подвески с поперечными рычагами: 1 – шарнир задней балки, регулирующий колею колес
Читайте также: