Соотношение масс в автомобиле и эволюция рычагов подвески: от стали и чугуна к алюминию

Как известно, общая масса автомобиля делится на две принципиально разные части — массу подрессоренную и неподрессоренную. Соотношение меду ними играет огромную роль с точки зрения характеристик автомобиля: управляемости, динамики, комфорта. Автомобильные инженеры всегда старались уменьшить неподрессоренную массу. Зачем и как? Расскажем!

Соотношение масс

Подрессоренная масса автомобиля — масса всех компонентов, находящихся над упругим элементом подвески (пружиной, рессорой, торсионом), то есть масса кузова, силовой установки и т. д. Неподрессосренная масса — это то остальное, что находится, скажем так, между дорогой и упругим элементом: само колесо, ступица, тормозные механизмы, мост (при его наличии), рычаги, а также часть стабилизатора поперечной устойчивости и часть колесного привода.

Для интересующихся поясним, почему рычаг считается неподрессоренным целиком, а стабилизатор или приводы только частично. Всё, что при наезде колеса на неровность движется вверх, задает импульс, передаваемый на кузов. Строго говоря, задача упругого элемента — гасить этот импульс. Рычаг на всем своем протяжении (кроме участка на оси вращения) при движении колеса вместе с ним двигается вверх-вниз, своей массой влияя на общий импульс, стремящийся «подкинуть» кузов. У стабилизатора же в вертикальном движении задействована только рычажная часть, а ось неподвижна в вертикальной плоскости. Точно так же и наружный ШРУС движется вместе с колесом (поэтому наружный ШРУС стараются сделать более легким), а вот внутренний ШРУС остается на месте (поэтому в нем можно применять более массивную конструкцию с трипоидом). Те части привода и стабилизатора, что движутся вверх-вниз вместе со ступицей и колесом, считаются частью неподрессоренной массы автомобиля.
Как соотношение частей влияет на комфорт в движении? Вся суть может быть кратко описана одной картинкой:

Многие водители не раз отмечали, что загруженный автомобиль движется по неровностям более плавно — груз и пассажиры изменяют соотношение масс.

О подвеске в неподрессоренной массе

В рамках одного поста не будем останавливаться на массе колеса, тормозных механизмов и прочего: в целом ясно, что чем меньше масса, тем лучше для комфорта. Однако о деталях можно говорить бесконечно. Остановимся на элементах подвески.

В эпоху неразрезных мостов с комфортом было сложно. Массивный мост вместе с колесами по массе мог посоперничать с пустым кузовом. Это стало одной из причин перехода на независимую подвеску, которая, при прочих равных, однозначно «мягче». Кроме того, независимая подвеска снижает общую массу автомобиля, что хорошо для динамики и топливной эффективности.

Однако и в самой независимой подвеске есть что облегчить, чтобы дополнительно снизить неподрессоренную массу. В первую очередь это рычаги. Конструкторы до сих пор пытаются найти оптимальное решение — снизить массу, сохранив при этом жесткость и прочность рычагов. Одним из приемов снижения массы является выбор материала рычага.

Сталь и чугун

Железо – дешевый и простой в обработке металл, который можно превратить в два распространенных материала: чугун и сталь. Чугун обладает значительной прочностью, минимально подвержен упругой деформации, детали из него можно изготавливать методом простого литья. Чугун как в прошлом (чугунные рычаги были, например, еще на «Победе»), так и в настоящем часто выбирают в качестве материала для изготовления рычагов подвески. Они получаются прочными и жесткими – и это отлично для управляемости. Однако при всех плюсах чугунные рычаги хрупкие и плохо переживают ударную нагрузку. Кроме того, они тяжелые. Чугунные рычаги часто применяют на автомобилях, где управляемость важнее комфорта. Такие рычаги, например, устанавливались на Subaru Impreza и Forester. Качественные чугунные рычаги для Subaru – полный аналог оригинальных японских чугунных рычагов – доступны в ассортименте FEBEST.

Превратив железо в пластичную сталь, можно сделать штампованный рычаг подвески. Здесь инженерам приходится идти на тысячу компромиссов! Уменьшив толщину стали, можно снизить массу детали, но тогда уменьшится прочность. Чтобы сохранить прочность, необходимо создать штампованную деталь сложной формы с ребрами жесткости, но тогда возрастет стоимость запчасти. Кроме того, более тонкая сталь может пострадать из-за коррозии: если для чугунных рычагов ржавчина не представляет большой проблемы, то сквозная коррозия современных штампованных рычагов из тонкой стали — вполне обыденное дело. Необходимо учитывать защиту от коррозии — окраску или другое специальное покрытие. Такая защита предусмотрена и для стальных рычагов FEBEST.

Стальной рычаг обладает и другими преимуществами. Благодаря упругости стали рычаг частично сглаживает удары от неровностей, но что более важно, упругая сталь позволяет много раз без ущерба перепрессовывать в рычаги сайлентблоки или шаровые опоры, что снижает цену ремонта подвески. Важно лишь соблюдать правильную технологию и не греть рычаги докрасна.

Алюминий

И все же даже самый ажурный стальной рычаг довольно тяжел и негативно влияет на соотношение масс. В поисках более легкого материала производители обратились к алюминию – «крылатый металл» сначала появился в автоспорте, а сегодня завоевывает все больше места в «гражданских» автомобилях.

При равной прочности деталь из алюминия будет значительно легче любой железной. Благодаря современным легирующим добавкам и достаточно простому процессу литья производителям удается массово создавать прочные, изящные и легкие алюминиевые рычаги подвески. Защита от коррозии не требуется — на воздухе алюминий покрывается прочной оксидной пленкой. И несмотря на то, что в кислой среде алюминий все-таки корродирует, ресурс рычагов из этого металла неизмеримо больше, чем у стальных. Таким образом, плюсов у алюминия много — он снижает неподрессоренную массу, не нуждается в дополнительной защите, обладает хорошей прочность и жесткостью.
Минусов до недавнего времени было два, но довольно весомых — цена и ремонтопригодность.

Новый взгляд от FEBEST

Оба эти минуса в последние годы в значительной степени нивелированы усилиями производителей запчастей для рынка послепродажного обслуживания автомобилей. Таких, как компания FEBEST.
Прежде всего наши инженеры разработали уникальную технологию увеличения ремонтопригодности алюминиевых рычагов. Речь идет об особых сайлентблоках, пригодных для замены в оригинальном рычаге. Подробности мы рассказывали в отдельном посте о продлении жизни оригинальных алюминиевых рычагов.
Также важно отметить, что алюминий становится все более доступным материалом и технологии его обработки и литья также становятся более массовыми. Это позволяет использовать алюминиевые рычаги не только в премиальных авто, но и в машинах более доступных сегментов. Кстати, буквально в августе каталог FEBEST пополнился сразу 80 новыми моделями алюминиевых рычагов подвески в сборе.

Новинки в основном предназначены для автомобилей европейских брендов, среди которых применение алюминиевых рычагов подвески распространено больше всего. Новые алюминиевые рычаги для Audi, BMW, Mercedes, Land Rover, Opel и Tesla позволяют быстро и экономно заменить вышедшие из строя оригинальные детали. Все новинки уже представлены в электронном каталоге FEBEST.

Все больше производителей осваивает технологию изготовления качественных алюминиевых рычагов. А значит именно этот материал будет (по крайней мере в ближайшее время) доминировать в автомобильной подвеске. Значительное снижение как общей, так и неподрессоренной массы положительно сказывается на комфорте, управляемости, динамике автомобиля, при этом улучшается топливная или электрическая эффективность машины.