Машины кузов не мягкий

Тонкий кузов — проблема современных автомобилей?

От старшего поколения мы довольно часто слышим слова: «А вот раньше было лучше». И касаться это может чего угодно – от качества мороженого Эскимо до депутатов народного совета. Иногда это раздражает, так как многие из нас просто не знают: а как же на самом деле было раньше? До сих пор во многих домах встречаются предметы «старины», которые продолжают успешно служить. Взять те же холодильники или магнитофоны, или же, не дай Бог, патефон, исправно читающий раритетные виниловые пластинки. Из чего только все это делали, что срок службы некоторых экземпляров исчисляется десятилетиями? Но это все бытовая мелочевка, а как же автомобили? Встречали на улице раритетную Победу или Москвич прошлого столетия выпуска? Кажется, это просто вечные машины. Вполне реально, что такое предположение близко к действительности: если не «убивать» авто неаккуратной ездой по проселочным дорогам и авариями, то прослужит она не одно десятилетие. И при этом внешний вид будет иметь вполне презентабельный. В чем же дело? Давайте разберемся, почему же кузов современной машины портится так быстро.

Продиктован ли «мягкий» кузов авто только желанием сэкономить?

Вспоминая историю автомобилестроения, можно утверждать, что вторая половина прошлого века – это период создания надежных, добротных и долговечных автомобилей. В то время делали машины не жалея железа и краски. Минимум электроники, максимум механики. Кузов не сгибался под давлением нежной женской руки и краска не отлетала от ярких солнечных лучей или упавшего яблока. Вечный кузов не нуждался в особом уходе, а мастера кузовного ремонта не имели такой популярности, как сегодня из-за ненадобности. Современные же машины претерпели существенные трансформации. Каждая модель авто постоянно совершенствуется, меняется дизайн, строение, мощность и прочие параметры. В угоду потребительскому спросу производители добавляют мощность, шумоизоляцию, увеличивают параметры безопасности, максимально «фаршируют» различными электронными системами управления и прочими «фишками». Конечно же, это все удорожает стоимость машины. За счет чего же удешевлять? Правильно, экономят на кузове. Тоньше металл, меньше антикоррозийного покрытия, поменьше краски и лака – вуа-ля! Цена на порядок снизилась. Но в итоге конечный потребитель имеет крутую «тачку» с корпусом из жести как у консервной банки. Именно так рассуждает большинство граждан, плохо учивших в школе физику, да и экономику тоже.

Несмотря на достижения технического прогресса, развитие автомобилестроения и в целом развитие техники, кузов современного автомобиля стал намного быстрее портиться. Жестянщики автомастерских имеют багаж историй про тончайшие кузовные панели, декоративную обработку Мовилем и ржавчину, которая неумолимо съедает укромные уголка даже нового авто. Также можно себе представить, сколько потребуется времени для ремонта тонкого кузова, который даже в незначительных ДТП сминается в хлам. Конечно, это все объясняется требованиями безопасности и экономичности, но кому от этого легче? Автомобили по-прежнему стоят недешево, а ремонт и обслуживание обходятся в копеечку. Надежный и крепкий металл старых машин меньше поддавался коррозии, легче ремонтировался и в целом служил верой и правдой очень долго. Уже в те времена производители стали понимать, что такая стратегия – ошибочная, ресурсоемкая и тормозящая научно-технический прогресс. Мало кто будет покупать новое авто, если старая машина еще очень даже ничего. Поэтому срок эксплуатации перестал быть приоритетом. Им жертвуют ради снижения веса автомобиля, снижения себестоимости, сокращения жизненного цикла изделия, и в конечном итоге, все это работает во благо ускорения научно-технического прогресса.

Почему у новых машин такой не прочный кузов?

Было бы категорически неверно утверждать, что современные машины во всем проигрывают устаревшим моделям. Справедливости ради, отметим, что тонкий металл кузова продиктован отнюдь не только желанием производителя сэкономить, как многие думают. Есть масса других объективных причин (не очевидных многим обывателям) для этого. Для начала вспомним, что железо отнюдь не лёгкий материал.

Преимущества облегченного кузова автомобиля:

1. Безопасность — никто не отменял фундаментальных законов физики, и чем выше масса тела, тем больше его инерция, а значит и сила, действующая на авто в момент столкновения. Соответственно, более лёгкий автомобиль, проще «переживёт» аварию и это доказано на практике многочисленными краш-тестами. Более того, в «мягком» кузове автомобиля заложена концепция управляемой деформации, т.е. при столкновении сминаться он будет не как придётся, а по самой безопасной для пассажиров траектории. Статистика давно показала, что несмотря на возросшие скорости, выживаемость в авто последних марок куда выше, хотя кузов у них действительно тоньше.
2. Экономичность — опять же вспоминаем законы физики. Чем больше масса машины, тем больше энергии (топлива) нужно затратить на её движение. Выходит экономит на более лёгком кузове не только производитель, но и сам автовладелец. Так что, затраты на кузовной ремонт с лихвой компенсируются экономией на топливе.
3. Легкость в управлении и маневренность — и опять вездесущие физические законы. На этот раз вмешивается сила энергии. Тяжелая машина труднее набирает скорость и тормозит, крайне неудачно вписывается в повороты на возросших современных скоростях или при гололеде, для перестраивания по ходу движения требует большего мастерства от водителя. А вот грамотность и ответственность некоторых участников дорожного движения сейчас крайне мала. И вот представьте: «летит» тяжелый «танк на колесах», управляемый вчера получившей права выпускницей школы, который может снести все на своем пути — Вам понравился бы такой вариант?
4. Аэродинамика — использование новых технологий изготовления кузова позволят добиваться самых сложных аэродинамических профилей, самых причудливых форм, не достижимых традиционными методами обработки толстого листа металла. Лучшая аэродинамика дает снижение расхода топлива, большие скорости, отличную управляемость.

А нужен ли объективно слишком долговечный кузов?

Да, к сожалению, кузов современного автомобиля стал уязвимым местом для вмятин и коррозии. И к еще большему сожалению, тонкий корпус перестал быть отличительной чертой дешевых китайских машинок. Теперь даже вполне уважаемые европейские и американские автоконцерны не могут похвастаться высоким качеством кузова, ремонт или восстановление которого требуется уже через пару лет даже аккуратной эксплуатации. Поэтому не стоит рассчитывать на то, что будет «как раньше». Но, в новых машинах есть масса преимуществ, которые с лихвой компенсируют их недостатки. Безопасность автомобилей стала намного выше, также как и маневренность, аэродинамика, функциональность, легкость в управлении, снизился вес и расход топлива. И, согласитесь, эти плюсы оправдывают необходимость лишний раз заглянуть к жестянщику. К тому-же производители активно работают над проблемой уязвимости тонкого кузова, активно внедряя новые материалы, включая алюминий и полимерные композиты.

Итак, взвесив все за и против, мы можем прийти к объективному выводу. Законы физики неумолимы для всех. Тяжелый кузов из толстого металла становится препятствием для улучшения эксплуатационных характеристик автомобиля. Таже, кузов с излишним запасом прочности, ведёт к перерасходу ресурсов, а авто морально, функционально и эстетически устареет гораздо раньше, чем израсходует свой ресурс долговечности.

Источник статьи: http://auto-tech.center/blog/car-body-strength

Мягкость и жесткость подвески – что важнее для комфорта?

Специалисты-подвесочники могут рассказать множество интересных примеров из практики, а мне придется ограничиться лишь кратким рассказом о том, почему жестче не всегда цепче, а мягче не всегда комфортнее. Работа подвесок машины вовсе не так проста, как кажется на первый взгляд. Они выполняют множество функций, которые не вполне очевидны. Я постараюсь кратко упомянуть об основных.

А вообще, о работе подвесок написано много книг, и большинство из них очень толстые. Я попробую лишь «по верхам» обозначить основные моменты, чтобы уложиться в формат познавательной статьи.

Почему без подвески не обойтись

Даже очень ровные дороги на самом деле имеют изгиб по многим направлениям, да и сама Земля мало похожа на бесконечную плоскость. И чтобы все четыре колеса касались поверхности, они должны иметь возможность перемещения вверх и вниз. При этом крайне желательно, чтобы беговая поверхность колеса прилегала к покрытию всей своей шириной при любом положении подвески. Так что машины, у которых подвески жесткие и короткоходные, практически обречены на плохое сцепление колес с дорогой, ведь всегда одно из колес будет разгружено.

Почему подвеска должна иметь ход сжатия

Для контакта всех колес с дорогой вовсе не обязательно, чтобы подвеска могла сжиматься, достаточно того, что колеса смогут двигаться только вниз. Но при движении машины в поворотах возникают боковые силы, которые стремятся наклонить авто. Если при этом одна сторона машины сможет приподниматься, а другая не сможет опуститься, центр тяжести авто сильно сместится в сторону загруженного колеса, что в свою очередь вызовет много негативных последствий.

В первую очередь еще большую разгрузку внутреннего по отношению поворота колеса и увеличение момента крена из-за перемещения центра тяжести вверх относительно центра крена подвески (о нем ниже). И, разумеется, если у колес нет хода сжатия, то даже маленькая неровность под одним из колес должна вызывать перемещение кузова, перемещение всех остальных колес вниз со всеми связанными затратами энергии на подъем и снижением сцепления колес. Что, мягко говоря, не слишком комфортно. А еще разрушительно для кузова и деталей подвески. В общем, подвеска должна быть сбалансированной, иметь ход сжатия и ход отбоя для нормальной работы.

Почему машина кренится в поворотах

Раз уж мы определились с тем, что подвеска у машины должна быть и имеет возможность перемещения вверх-вниз, то чисто геометрически образуется некая точка, центр, вокруг которой поворачивается кузов машины при крене. Эта точка называется центром крена машины.

А сумма сил инерции, воздействующих на машину в повороте, как раз приложены к ее центру масс. Если бы он совпадал с центром крена, то в повороте никакого крена бы не было, но он обычно расположен гораздо выше, и в результате образуется кренящий машину момент. И чем выше расположен центр крена, чем ниже центр тяжести, тем он меньше. На специальных гоночных конструкциях вроде машин Формулы 1 центр тяжести помещают ниже центра крена, и тогда машина может крениться в противоположную сторону, как катер на воде.

Собственно, расположение центра крена зависит от конструкции подвески. И автомобильные инженеры неплохо научились его «поднимать» повыше, изменяя конструкцию рычагов, что в теории могло бы избавить от кренов не только низкие спортивные авто, но и достаточно высокие. Проблема в том, что подвеска, сконструированная для обеспечения «неестественно задранного» центра крена, успешно борется с наклонами кузова, но при этом плохо справляется с основной задачей — демпфированием неровностей.

Почему подвеска должна быть мягкой

Достаточно очевидно, что чем мягче подвеска, тем меньше изменение положения кузова при наезде на неровность и при крене меньше распределяется нагрузка между различными колесами. А значит, и сцепление колес с дорогой при этом не ухудшается и не расходуется энергия на перемещения центра масс машины вверх-вниз. Что же, мы нашли идеальную формулу? Но, к сожалению, не все так просто.

Во-первых у подвесок ограничены ходы сжатия, и они должны быть согласованы с изменением нагрузки на ось при загрузке машины пассажирами и багажом, и с нагрузкой, возникающей при прохождении поворотов и неровностей. Слишком мягкая подвеска при повороте сожмется так сильно, что колеса с другой стороны оторвутся от земли. Так что подвеска должна не допустить исчерпания хода сжатия с одной стороны и вывешивания колеса с другой.

Получается, что слишком мягкой подвеске быть тоже плохо… Оптимальным вариантом является сравнительно небольшой диапазон «мягкости», после чего подвески становятся жесткими, но настроить такую конструкцию тем сложнее, чем выше разница между жесткой и мягкой ее частью.

При любом перераспределении нагрузки между колесами происходит ухудшение общего сцепления колес с дорогой. Дело в том, что догрузка одних колес не компенсирует все потери при разгрузке других. А в случае вывешивания разгруженных колес увеличение сцепления на догруженной стороне не компенсирует и половины потерь.

Помимо общего ухудшения сцепления, это еще и приводит к ухудшению управляемости. Борются с этим неприятным фактором, изменяя наклон плоскости качения колеса относительно дороги — так называемый развал. В результате конструктивных мероприятий, направленных на программирование изменения развала при крене машины удается компенсировать изменение сцепления колес при поперечных нагрузках в разумном диапазоне и тем самым сделать управление машиной проще.

Почему же приходится делать подвески жестче на спортивных машинах?

На управляемости машины крайне негативно сказываются любые изменения углов установки подвески при кренах машины и задержки в откликах на управляющие воздействия из-за смещения центра тяжести. А значит, приходится делать подвески жестче, чтобы в повороте крены уменьшались.

Крайним выходом является мощный стабилизатор поперечной устойчивости — торсион, который препятствует перемещению колеса одной оси относительно другого. Но это не самый лучший способ. Да, он улучшает ситуацию с изменением углов установки колес в повороте, но зато разгружает внутреннее, по отношению к повороту, колесо, и перегружает наружное. Немного лучше просто сделать подвеску жестче. Это больше сказывается на комфорте, но зато не так разгружает внутреннее колесо.

Немалое значение амортизаторов

Помимо упругих элементов, в подвеске машины присутствуют и газовые или жидкостные амортизаторы — элементы, ответственные за гашение колебаний подвески и вывода энергии, которую машина тратит на перемещения центра масс. С их помощью можно подправить все реакции подвески на сжатие и отбой, ведь амортизатор может обеспечить в динамике куда большую жесткость, чем пружина. При этом его жесткость, в отличие от пружин, будет очень разной в зависимости от хода подвески и скорости ее перемещения.

Разумеется, совсем мягкий амортизатор не сможет выполнять свою основную задачу — гашение колебаний, машина попросту будет раскачиваться после прохождения неровности. А установка очень жесткого будет создавать эффект, схожий с установкой очень жесткой пружины, которая не хочет сжиматься и тем самым увеличивает нагрузку на колесо и разгружает все остальные. Но тонкая настройка поможет уменьшить крены в поворотах и помочь пружинам, уменьшить клевки кузова при разгоне и торможении и при этом не мешать колесам проезжать мелкие неровности. И разумеется, не допускать «пробоя» подвесок при проезде жестких неровностей. В общем, воздействие на поведение машины они оказывают не меньшее, чем жесткость пружин.

Немного о комфорте и частотах колебаний

Понятно, что у машины без подвески комфорт был бы нулевой, ведь все мелкие неровности от дороги передавались бы прямо на ездоков. Бр-р. Но если подвеску сделать очень мягкой, то ситуация станет ненамного лучше — постоянная раскачка тоже крайне плохо сказывается на людях. Оказывается, человек плохо переносит колебания как с небольшой амплитудой и большой частотой от жесткой подвески, так и с большой амплитудой и с малой частотой от мягкой.

Для создания комфортных условий для пассажиров необходимо согласовать жесткость пружин, амортизаторов и покрышек так, чтобы на самых ходовых для этой машины покрытиях частоты колебаний пассажиров и уровень ускорений оставались в комфортных пределах.

Частота и амплитуда колебаний подвески важны еще и в другом аспекте — собственные частоты резонанса системы машина-подвеска-дорога не должны совпадать с возможными частотами управляющих воздействий и возмущений от дороги. Так что задача конструкторов заключается еще и в том, чтобы обойти опасные режимы как можно дальше, ведь в случае резонанса можно и машину перевернуть, и потерять управление, и просто поломать подвески.

Итак, какой должна быть подвеска?

Как это ни парадоксально, но чем мягче подвеска, тем лучше сцепление колес с дорогой. Но при этом она не должна допускать сильных кренов и изменения пятна контакта колес с дорогой. Чем хуже дороги, тем более мягкой должна быть подвеска для получения хорошего сцепления. Чем ниже коэффициент сцепления колес, тем мягче должна быть подвеска. Казалось бы, проблему может решить установка стабилизатора поперечной устойчивости, но нет, у него тоже есть свои негативные черты, он делает подвеску более «зависимой» и уменьшает ход подвески.

Так что настройка подвески остается делом для настоящих мастеров и всегда требует много времени на натурные испытания. Множество факторов затейливо переплетаются и, изменив один параметр, можно ухудшить и управляемость, и плавность хода. И не всегда жесткая подвеска делает машину быстрее, а мягкая — комфортнее. На управляемости сказывается и изменение жесткости передней и задней подвесок относительно друг друга и даже малейшее изменение характеристик жесткости амортизаторов. Надеюсь, эта статья поможет более тщательно относиться к выбору комплектующих для подвесок и предотвратит необдуманные эксперименты.

Источник статьи: http://www.kolesa.ru/article/mjagkost-i-zhestkost-podveski-chto-vazhnee-dlja-komforta-2015-03-05