В создании автомобиля нет мелочей. Определить, что здесь самое важное, не берется никто, но большинство специалистов считают подвеску автомобиля одним из самых сложных узлов автомобиля. Хотя на вид этого не скажешь. Подвеска состоит из ряда вроде бы автономных, давно хорошо знакомых автомобилистам узлов: пружин, рычагов, стабилизаторов поперечной устойчивости, амортизаторов…
Каждый хочет, чтобы его автомобиль обладал отличной управляемостью, а его подвеска была «плотной» и упругой, тихой и комфортной одновременно, такой, которую обычный водитель практически не в состоянии вывести из спокойного состояния, заставить раскачиваться или пугать кренами. Сложность заключается в том, что работа и характеристики всех элементов подвески должны быть наиточнейшим образом согласованы как между собой, гак и с характеристиками шин, работой электронных устройств помощи водителю (ABS…), которые начинают играть все большую роль, а возможности их адаптации и «обучения» пока ограниченны. Теория здесь помогает мало. Более-менее убедительных и работающих хотя бы на качественном уровне моделей, учитывающих все взаимосвязи в этой сложнейшей системе, пока не существует.
Требуемые характеристики получают путем многократных доработок и экспериментальных проверок полученных результатов как на стендах, так и на «живых» машинах. Разработчики любят говорить о том, сколько человеко-часов высококвалифицированного инженерного труда было затрачено на то, чтобы гармонизировать работу подвески. И, тем не менее, все эксперты считают, что в том, как подвеска справляется со своими функциями, велика роль амортизаторов или shock absorbers — «поглотителей ударов», как их называют по международной классификации автокомионентов.
Сегодня автомобильный амортизатор — это чуть ли не «расходник», на производстве и продажах которого прекрасно зарабатывают себе на жизнь не один производитель и продавец запасных частей. Амортизаторы обросли мифами. Мифы нужны торговле, но они часто ничего не имеют общего с технической стороной дела. Итак, попробуем разобраться, какова роль амортизатора в гармоничной, согласованной работе всех элементов автомобильной подвески.
Вопрос — для чего нужен амортизатор — никого не застанет врасплох. Но если отвечают, что это один из главнейших узлов, отвечающих за плавность хода, то это только одна половина ответа. Вторая же и «большая» половина, заключающаяся в том, что амортизатор отвечает за сцепление автомобиля с дорогой, часто остается в стороне. А зря. Еще неизвестно, что здесь важнее.
Если в двух словах и на пальцах, то когда колесо во время движения автомобиля попадает на неровность (яма, бугор…), пружина гасит толчок, не позволяя ему передаваться на кузов автомобиля. Только оставленная на произвол судьбы пружина, поглотив один удар, будет еще долго раскачиваться, и вместе с ней будет качаться и крениться машина. Амортизатор нужен, чтобы этого избежать. Кроме того, для нормальной работы ABS очень важно, чтобы колесо было всегда, даже в самой верхней точке траектории движения кузова, прижато к дороге с достаточно большим усилием. Электроника АБС не способна зафиксировать момент, когда колесо оторвалось от дороги и зависло в воздухе. По этой причине при активизации тормозной системы «подвешенное» колесо легко блокируется тормозом, а «обманутая» таким образом электроника мгновенно снижает тормозное усилие. В результате увеличивается тормозной путь и страдает курсовая устойчивость автомобиля.
Собственно, именно достаточное усилие прижатия колеса к дороге даже в сложных случаях обеспечивает ту самую идеальную управляемость, о которой мечтает каждый водитель, и исключает практически любые случаи «нелояльного» поведения автомобиля на дороге. Увеличенный тормозной путь и радиус поворота, аквапланирование, изменение курса из-за порыва бокового ветра — все это результат неправильной, недостаточной работы амортизаторов.
Решение первой задачи (комфорт) и второй (активная безопасность) могут прямо противоречить друг другу. Комфорт автомобиля, обладающего отличной устойчивостью и управляемостью, многих может разочаровать. Собственно, для того, чтобы найти разумный компромисс, устраивающий большинство автовладельцев, и проводится огромная работа но доводке подвески автомобиля.
В легковых автомобилях наибольшее распространение получили телескопические амортизаторы. По сути это гидравлический поршневой насос. Его цилиндр крепят к одному концу пружины подвески, а шток поршня — к другому. Растягиваясь и сжимаясь, пружина заставляет проходить поршень через жидкость, перекачивая ее с одной стороны на другую через маленькие калиброванные отверстия — жиклеры. Чтобы буквально продавить масло через жиклеры, нужно приложить достаточно большое усилие. Это усилие замедляет ход пружины, поскольку всегда направлено в сторону, противоположную движению штока поршня.
В реальной жизни конструкция амортизатора намного сложнее. Например, для правильной работы подвески усилие сжатия и растяжения амортизатора не должны быть одинаковы. Поэтому делают две группы жиклеров, одна работает на сжатие, другая на растяжение. Выбор осуществляют клапаны, открывающие только ту группу жиклеров, которая нужна.
Кроме того, объем масла, вытесняемый поршнем при ходе в одну и другую сторону, не может быть одинаков из-за того, что часть пространства с одной стороны занимает шток поршня. Для компенсации этой разницы, а также для нивелирования температурных расширений конструкции требуется некий запасной объем гидравлической жидкости. Этот компенсационный объем может быть размещен в разных местах.
Если компенсационный объем располагают в зазоре между корпусом рабочего цилиндра и второй трубой, то такой амортизатор называют гидравлическим двухтрубным (в быту просто «гидравлическим»). Эту конструкцию давно считают классической, и такие амортизаторы устанавливают на большинство легковых автомобилей.
Мифы с амортизаторами начинаются со слова «газ», хотя газ есть в любом амортизаторе. В том же классическом двухтрубном компенсационная полость, соединенная с рабочим цилиндром через «донный» клапан, заполнена гидравлической жидкостью только наполовину. Остальное — газ (воздух или азот). Для того чтобы этот газ при работе амортизатора не попал в рабочий цилиндр, приходится принимать дополнительные меры. В большинстве случаев требуется, чтобы расположение двухтрубных амортизаторов было близким к вертикали.
Это ограничение может быть снято, если расположить компенсационную полость как-то иначе, чем в двухтрубном амортизаторе. Например, в том же рабочем цилиндре можно отделить плавающим поршнем некоторую часть объема и заполнить ее сжатым под давлением газом. Этот газ, расширяясь и сжимаясь, будет компенсировать как объем, занимаемый штоком (штоки в таких амортизаторах делают очень тонкие), так и температурные расширения. Но поскольку газ находится в самом рабочем цилиндре, а не соединен с ним через дренажный клапан, то, во избежание схлопывания газовой полости под действием рабочих усилий, сжимать газ приходится до давления 25-30 и более атмосфер.
Т.е. внутри амортизатора появляется газовая пружина, которая выталкивает шток с усилием порядка 25 кг. Такая конструкция названа однотрубной (однотрубный газогидравлический амортизатор, если точнее, а в быту просто «газовый»). Однотрубный амортизатор имеет массу достоинств, он по заслугам оценен, скажем, спортсменами. Монтировать такой амортизатор можно в любом положении, перегреть его, а тем более заставить масло в нем закипеть практически невозможно из-за повышенного давления внутри корпуса.
Эта конструкция в свое время была очень сильно разрекламирована и преподносилась как панацея, способная избавить подвеску любого автомобиля от всех ее бед. В жизни панацеи не бывает. Но последствия рекламного давления остались, и многие водители продолжают считать, что «газовый амортизатор лучше гидравлического». Однотрубный газогидравлический амортизатор нашел свою нишу применения, где оказался очень полезен. Кроме спорта его охотно используют на больших тяжело нагруженных машинах, эксплуатируемых далеко не на самых идеальных дорогах. Но чем автомобиль меньше, тем вреднее 100-килограммовая добавка, которую добавляет сжатый газ к усилию пружин. Поэтому однотрубные газогидравлические амортизаторы на маленьких машинах практически не используются.
Одна из рекламных страшилок, которыми пользовались продавцы газовых амортизаторов лет десять назад, гласила, что из-за недостаточного теплоотвода двухтрубный гидравлический амортизатор можно перегреть до такого состояния, что масло закипит. Миллионам автовладельцев «вскипятить» масло в амортизаторе пока не удавалось, но теоретическая возможность образования кавитационных пузырьков на некоторых режимах в двухтрубных амортизаторах, которые заправлены маслом с низкой температурой кипения, действительно имелась. Устранить эту возможность можно двумя способами: заправить амортизатор жидкостью, не склонной к кавитации, или несколько увеличить давление в компенсационной камере.
На практике пошли как тем, так и другим путем. Гидравлическая жидкость всех «приличных» амортизаторов последних поколений кавитационных пузырьков при любых мыслимых условиях работы не образует. Кроме того, появился новый тип амортизаторов — двухтрубный газогидравлический низкого давления. Собственно, это классический двухтрубный, в компенсационную камеру которого закачан газ под небольшим (2-3 атм) давлением. Профессионалы называют такие амортизаторы «поддутыми», а для торговли они все равно «газовые». Считается, что эта конструкция решила все задачи современного массового автомобилестроения, устранив недостатки (реальные и мнимые) обычных гидравлических двухтрубных амортизаторов. Она позволила, не меняя кардинально технологию производства, выпускать компоненты, отвечающие современным требованиям, и успешно продавать их тем, кто ничего не хочет знать об амортизаторах без приставки «газовый».
На этом обзор конструкций амортизаторов заканчивать еще рано, поскольку для подвески типа Макферсон делают амортизаторы особого типа, которые играют роль направляющего элемента самой подвески (это называют «стойка»). Традиционно для подвесок Макферсон использовали гидравлические двухтрубные амортизаторы с измененной (усиленной) направляющей штока, а сам шток делают толще, чтобы он мог воспринимать изгибающие нагрузки. Газогидравлический амортизатор высокого давления в подвеске такого типа сначала использовать не удавалось. Но поскольку очень хотелось, то придумали симбиоз двухтрубного и газогидравлического. Для этого перевернули однотрубный амортизатор штоком вниз, а компенсационную камеру высокого давления разместили так, как в двухтрубном. Так родился двухтрубный амортизатор высокого давления, который применяют сейчас в подвесках типа Макферсон. А на спортивных амортизаторах компенсационную камеру размещают вообще в другом устройстве, соединив ее с рабочим цилиндром амортизатора гибкой трубкой высокого давления. Дорого и ненадежно. Но круто. Есть еще амортизаторы с регулируемой жесткостью — это своя история, которую лучше оставить на следующий раз.
Итак, двухтрубные («гидравлические», «поддутые» и высокого давления для Макферсон), однотрубные (с компенсационной камерой внутри рабочего цилиндра или вне его) — и это далеко не все типы только телескопических амортизаторов. И у каждого типа свои характеристики.
Главным параметром амортизатора считают его скоростную характеристику — зависимость усилия сжатия и отбоя от скорости перемещения поршня. Эта характеристика определяет динамическую жесткость амортизатора и может быть линейной, прогрессивной или регрессивной. Кроме того, амортизатор может по-разному реагировать на небольшие (вибрацию) и на «большие» ходы поршня. У каждого из перечисленных ранее типов амортизаторов эти важнейшие характеристики в принципе различны, более того, внутри каждого вида даже небольшие изменения размеров жиклеров, параметров клапанов или диаметров поршня дают очень значительные разбросы скоростной характеристики.
Нельзя забывать, что амортизатор изнашивается, и, как высоко нагруженный узел, при эксплуатации по плохим дорогам изнашивается быстро. В связи с этим у автовладельцев возникает сразу несколько вопросов:
До каких пределов допустим износ амортизатора?
Как определить эти пределы?
Как выбрать амортизатор для замены?
Весь предыдущий текст написан для того, чтобы к выбору амортизаторов всегда подходили грамотно, поскольку еще неизвестно, что хуже для автомобиля — изношенный амортизатор или амортизатор «не от той подвески», не соответствующий по характеристикам автомобилю.
Самое правильное — это поставить точно такой же амортизатор, как был, или его полный аналог. Стоит уважать огромный труд инженеров по подбору параметров подвески и амортизаторов, в частности, оптимизировавших подвеску каждого автомобиля под среднестатистического пользователя. И только если условия эксплуатации автомобиля действительно серьезно отличаются от «средних» или сам производитель сделал ошибку (редко, но бывает), не рассчитав темперамента будущих владельцев, например, можно подумать о «тюнинге» амортизаторов. Но делать это нужно осмысленно, с помощью или (по крайней мере) прислушиваясь к советам специалистов, которые действительно имеют опыт такого тюнинга.
При этом стоит убедиться, что специалист и заказчик тюнинга говорят на одном языке. Понятия «комфорт» и «управляемость» обычный автовладелец и «гонщик» могут понимать совершенно по-разному. И последнее. Опыт говорит, что самое трудное — «чуть-чуть» изменить какой-то один параметр подвески (например, немного улучшить управляемость), оставив остальные характеристики как есть. Обычно граница комфорта смещается очень резко.
Так когда же пора менять амортизатор? По мнению специалистов, допустимый предел износа — это 30% от номинальных характеристик амортизатора. (Вопрос о том, что считать номинальными характеристиками, поскольку каждая величина имеет свой допуск, пока оставим в стороне.) Некоторые эксперты считают эту цифру несколько завышенной. Так это или иначе, рассудит время. Абсолютно точно только одно — все тесты с амортизаторами, изношенными на 50% (результаты которых часто публикуют популярные журналы), показывают катастрофическое увеличение тормозного пути, серьезное уменьшение скорости успешного выполнения «лосиного теста» и других упражнений с автомобилем.
Как определить, что амортизатор изношен на 30 и более процентов? Для этого существуют СТО с соответствующим оборудованием. Поскольку речь идет о безопасности, то проверять состояние подвески на стенде нужно при каждом ТО. А если попроще? По старинке, покачав автомобиль за крыло, определить степень износа современных амортизаторов (тем более газовых амортизаторов) уже не удается. Но существует простой в применении и относительно дешевый (по отношению к вибростенду, например) прибор экспресс-диагностики амортизаторов. Точность замера у него ниже, но он способен отделить неисправный амортизатор от исправного за очень небольшую для автовладельца цену.
Вывод
К «системе» нужно подходить «системно». Изменение параметров только одного элемента системы в результате износа или непродуманного «тюнинга» может серьезно ухудшить безопасность автомобиля. А в вопросах безопасности стоит доверять только профессионалам.