Стабилизатор поперечной устойчивости, принцип работы.
Продолжаем познавательную страничку.
Сегодня расскажу об устройстве, которое выполняет наверное одну из самых главных функция для обеспечения безопасности дорожного движения. Это стабилизатор поперечной устойчивости (СПУ).
Давайте разберемся, что это за устройство.
Стабилизатор — это металлическая балка с изогнутыми концами, крепящаяся к обоим (в основном к передним) колесам через втулки на корпус автомобиля, в которых может свободно вращаться. Ставится он обычно на независимой подвеске. Если сзади мост или балка, то функцию стабилизатора выполняет балка (на переднем приводе) и поперечная штанга на заднем.
Функции стабилизатора поперечной устойчивости:
Само название говорит о том, что механизм стабилизирует автомобиль на дороге.
Давайте разберемся, как это происходит:
Входя в поворот, по законам физики, наше тело смещается от оси поворота, т.е. пытается вылететь с поворота. Тоже самое происходит с автомобилем. Во время поворота внешние колеса, по отношению к повороту, пытаются выскользнуть, а внутренние приподнимаются и теряют сцепление с дорогой. При сжатии внешнего колеса подвеска его сжимается, и через изогнутый конец балки стабилизатор прокручивается. На другом конце балки другая изогнутая часть стабилизатора прокручивается вниз, пытаясь прижать поднимающееся колесо к земле. Таким образом, при вхождении в поворот стабилизатор перекидывает нагрузку с одной стороны автомобиля на другую, при этом пытается держать корпус вашего железного коня параллельно к дороге.
Где нужен стабилизатор?
Стабилизатор поперечной устойчивости необходим при езде на высоких скоростях. Он помогает автомобилю максимально быстро, не теряя скорости, пройти поворот, предотвращая его от опрокидывания.
Недостатки стабилизатора ПУ.
Обычно, если где-то выигрываем в чем- то, то найдется место, в котором проигрываем. СПУ не исключение. Дело в том, что сам стабилизатор уменьшает ход подвески автомобиля, и на бездорожье колеса в трудно проходимых местах просто напросто могут потерять сцепление с дорогой. Поэтому внедорожники имеют либо электронное отключение стабилизатора, либо он легко снимается. На электронных системах стабилизатор включается после 20 км/ч. Это нужно, если забыли его включить.
У внедорожного автомобиля с высоко расположенным центром тяжести стабилизатор должен быть достаточно жестким, чтобы противостоять чрезмерным наклонам его кузова при движении с большими скоростями на поворотах. При движении вне дорог напротив более пригодны стабилизаторы малой жесткости, допускающие большие перекосы оси автомобиля относительно кузова, благодаря чему улучшается передача тяговых усилий колесами и повышается плавность хода автомобиля. При отключенном стабилизаторе разность хода колес одной оси автомобиля может быть увеличена на 60 мм.
Основными компонентами системы отключаемых стабилизаторов являются:
— гидравлический блок
— блок управления стабилизаторами
— стабилизаторы с соединительными устройствами
Главным элементом отключаемого стабилизатора является гидравлическая кулачковая муфта, которая позволяет соединять и разъединять плечи стабилизатора. Она расположена в средней части стабилизатора.
Что будет если поставить более толстый или жесткий стабилизатор?
Многие скажут: так давайте выкинем свои стандартные стабилизаторы поперечной устойчивости и поставим толстый спортивный СПУ. Дело в том, что система рассчитана на каждый автомобиль индивидуально. Если поставить более жесткий, независимая подвеска станет зависимой, как допустим мост на заднеприводной классике, при наезде на кочку одним колесом будет ощущаться и другим, а это не есть комфорт. Для улучшения управляемости на скорости лучше поставить жесткие пружины и короткоходные амортизаторы, но придется пожертвовать комфортом!
Стабилизатор поперечной устойчивости: зачем нужен, как устроен и на каких машинах его нет
Стабилизатор поперечной устойчивости — это важная часть автомобильной подвески, которая помогает уменьшить крен кузова автомобиля во время быстрых поворотов или на неровностях. Это изогнутый металлический прут — по сути торсионная пружина, которая соединяет между собой колеса на одной оси с помощью коротких рычагов — стоек стабилизатора.
Стабилизатор поперечной устойчивости с втулками и хомутами крепления к кузову и стойки стабилизатора Meyle. Источник: Meyle
Стабилизатор увеличивает поперечную жесткость подвески и ее сопротивление крену в поворотах вне зависимости от жёсткости пружины в вертикальном направлении. Патент на стабилизатор поперечной устойчивости в 1919 году получил канадский инженер Стивен Коулман.
Основная задача стабилизатора поперечной устойчивости — заставить разгруженную сторону транспортного средства опускаться или подниматься на одинаковую высоту с нагруженной для уменьшения бокового наклона автомобиля на поворотах.
В том числе благодаря стабилизатору поперечной устойчивости автомобиль имеет умеренный крен даже в экстремальных режимах движения. Источник: Drive2, dinerooo
На быстрой дуге из-за динамического распределения массы кузов автомобиля прижимается к внешним колёсам, создавая крен, а стабилизатор поперечной устойчивости создаёт усилие, которое как бы поджимает колёса с противоположной стороны. В результате автомобиль целиком прижимается к полотну в быстром повороте, потому что все колеса оказываются ближе к кузову.
Как устроен стабилизатор поперечной устойчивости
Стабилизатор поперечной устойчивости — это торсионная пружина, а если проще — изогнутая металлическая штанга, которая сопротивляется кренам кузова. Обычно ее изготавливают из цилиндрического стального стержня, который в двух точках соединяется с корпусом, а концы крепятся к элементам подвески с каждой стороны через гибкий шарнир — стойку стабилизатора.
Износ втулок стабилизатора — одна из частых причин неисправностей подвески. Их изготавливают из резины, которая может быстро терять свои свойства из-за времени или агрессивной среды вроде реагентов. Источник: Meyle
Если левое и правое колеса движутся синхронно, стабилизатор полностью прокручивается внутри втулок в точках крепления к кузову. А в случае, когда они перемещаются относительно друг друга, то есть нагружается только одно колесо, стержень подвергается скручиванию. Концевая тяга стабилизатора поперечной устойчивости, в свою очередь, соединяется с местом рядом с колесом или осью, позволяя передавать силы от сильно нагруженной оси на противоположную сторону.
Таким образом, прикладываемая к нагруженному колесу сила сначала передаётся на стойку стабилизатора, затем на сам стабилизатор, далее — через вторую стойку на противоположное колесо. Благодаря своей жёсткости стабилизатор сопротивляется скручиванию, а она в свою очередь зависит от толщины стабилизатора и длины плеч рычага — то есть длины изогнутых «хвостов» с обеих сторон штанги. Чем короче этот рычаг, тем жестче стабилизатор и тем сильнее кузов сопротивляется крену.
На что ещё влияет работа стабилизатора
Однако крену противодействует не только стабилизатор поперечной устойчивости, но и пружины подвески. Но тут есть важный момент — в случае установки слишком жёстких пружин автомобиль потеряет в плавности хода, а благодаря стабилизатору инженерам удаётся найти компромисс между управляемостью и комфортом.
Спортивные автомобили, как правило, имеют очень жесткие стабилизаторы поперечной устойчивости, поэтому нередко «приподнимают» переднее внутреннее колесо — при этом они сохраняют максимальное сцепление на внешнем. Источник: Drive2, Andi777
Интересный момент: если менять жесткость стабилизаторов поперечной устойчивости, можно влиять на поворачиваемость автомобиля. Поведение, связанное с недостаточной или избыточной поворачиваемостью, можно устранить, изменив пропорцию общей жесткости по крену, создаваемой передней и задней осями.
Например, увеличение жесткости передней оси увеличит долю общей передачи нагрузки, на которую реагирует передняя ось, и уменьшит долю, которую реагирует задняя ось. Иными словами, передние колёса станут «держаться» за дорогу крепче, чем задние, а значит автомобиль будет меньше плужить в повороте.
Всегда ли нужны стабилизаторы
Без стабилизатора артикуляция подвески с каждой стороны существенно вырастает — это ухудшает стабильность автомобиля на высокой скорости, однако повышает проходимость на бездорожье. По этой причине многие внедорожники обходятся без стабилизаторов — например, его нет в задней подвеске нового Mercedes-Benz G500. А вот у его «старшего брата» G63 есть: там стабильность приоритетнее внедорожных возможностей.
Вместо стабилизатора поперечной устойчивости у младших Mercedes-Benz G-класса стоит тяга Панара. Она препятствует перемещениям оси в зависимой подвеске колёс в поперечном направлении. Источник: Mercedes-Benz
Может ли стабилизатор выйти из строя
Можно подумать, что металлический изогнутый прут может служить вечно. Отчасти это так, и намного чаще выходят из строя стойки стабилизатора, которые имеют подвижные части и резиновые элементы. Сам стабилизатор тоже может поломаться, но, как правило, не буквально. Он может стираться в точках крепления к кузову: в этих местах он становится тоньше. появится общий дискомфорт при управлении автомобилем, а также стуки при проезде неровностей.
Например, в некоторых моделях автомобилей концерна Volkswagen из-за старения возможен излом регулировочных шайб на стабилизаторе, а втулки стабилизатора могут лишиться своей боковой устойчивости.
Типичный пример изношенного временем стабилизатора поперечной устойчивости. Источник: Drive2, пользователь Energosila
Почему бы не поставить максимально толстые стабилизаторы?
Следует помнить, что применение стабилизатора поперечной устойчивости имеет некоторые побочные эффекты. По сути, из-за него даже независимая подвеска в некоторой степени становится зависимой. Поэтому при сотрясении одного колеса на крупном ухабе энергия удара передаётся на противоположное колесо через стабилизатор. Если же дорога сплошь состоит из выбоин и бугров, машина может начать сильно раскачиваться из стороны в сторону, и чем жестче стабилизатор, тем более тряской и некомфортной станет машина.
Производители запасных частей не зря едят свой хлеб и всегда находят идеальный баланс управляемости и плавности хода. В ассортименте Meyle можно найти стабилизаторы поперечной устойчивости, которые подойдут именно на ваш автомобиль и смогут гарантировать идеальное поведение автомобиля в любых условиях. А искушенные энтузиасты, которые точно знают свои потребности, найдут в каталогах Meyle детали для тюнинга своих автомобилей.
Для упрощенной замены деталей стандартным инструментом стойки стабилизатора Meyle крепятся шайбой на 16 мм. Источник: Meyle
Особо выносливые запасные части Meyle носят маркировку HD — такие детали предназначены для эксплуатации в странах с низким качеством дорог и суровым климатом. Источник: Meyle
Для большего удобства при ремонте MEYLE предлагает ремонтный комплект MEYLE HD, включающий стабилизатор в сборе и стойки стабилизатора, — для максимального упрощения процесса монтажа. Идеально подобранные компоненты позволяют выполнить быструю и простую замену неисправных деталей. Для дополнительного удобства монтажа стабилизатор поставляется в готовом для установки виде, укомплектован опорами и в большинстве случаев крепежными деталями.
За счет доводки отдельных параметров удалось добиться значительного увеличения срока службы деталей. Например, применение увеличенной и более прочной шаровой головки диаметром 22 мм позволило уменьшить удельное поверхностное давление при одинаковых уровнях нагрузки, что, в свою очередь, сводит к минимуму износ детали. Полагаясь на передовые технологии разработки MEYLE, профессиональные сервисные компании могут уверенно предлагать расширенную четырехлетнюю гарантию, которая распространяется не только на ремонтные комплекты MEYLE HD, но и на все продукты из ассортимента MEYLE HD.
Устройство и принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости
Стабилизатор поперечной устойчивости – один из обязательных элементов подвески в современных автомобилях. Неприметная на первый взгляд деталь уменьшает крен кузова при поворотах и препятствует опрокидыванию автомобиля. Именно от этого компонента зависит устойчивость, управляемость и маневренность автомобиля, а также безопасность водителя и пассажиров.
Принцип работы
Основное назначение стабилизатора поперечной устойчивости – перераспределять нагрузку между упругими элементами подвески. Как известно, в поворотах автомобиль кренится, и именно в этот момент включается в работу стабилизатор поперечной устойчивости: стойки смещаются в противоположные стороны (одна стойка поднимается, а другая – опускается), при этом средняя часть (стержень) начинает закручиваться.
В результате на той стороне, где автомобиль «завалился» на бок, стабилизатор приподнимает кузов, а на противоположной – опускает. Чем больше машина наклоняется, тем сильнее сопротивление этого элемента подвески. В итоге автомобиль выравнивается по отношению к плоскости дорожного полотна, снижается крен и улучшается сцепление с дорогой.
Элементы стабилизатора поперечной устойчивости
Стабилизатор поперечной устойчивости состоит из трех компонентов:
Рассмотрим данные элементы подробнее.
Стержень
Стержень – это упругая поперечная распорка, изготовленная из пружинной стали. Располагается поперек кузова автомобиля. Стержень – основной элемент стабилизатора поперечной устойчивости. В большинстве случаев стальной прут имеет сложную форму, так как под днищем кузова машины имеется много других деталей, расположение которых нужно учитывать.
Стойки стабилизатора
Стойка стабилизатора поперечной устойчивости (тяга) – это элемент, соединяющий концы стального стержня с рычагом или амортизаторной стойкой подвески. Внешне стойка стабилизатора представляет собой шток, длина которого варьируется от 5 до 20 сантиметров. На обоих ее концах расположены шарнирные соединения, защищенные пыльниками, с помощью которых она крепится к другим компонентам подвески. Шарниры обеспечивают подвижность соединения.
В процессе движения на тяги приходится существенная нагрузка, из-за которой шарнирные соединения разрушаются. В результате, тяги очень часто выходят из строя, и менять их приходится раз в 20-30 тысяч километров.
Крепления
Крепления стабилизатора поперечной устойчивости представляют собой резиновые втулки и хомуты. Обычно он крепится к кузову автомобиля в двух местах. Главная задача хомутов – надежно закрепить стержень. Резиновые втулки нужны для того, чтобы балка могла вращаться.
Виды стабилизаторов
В зависимости от места установки различают передний и задний стабилизаторы поперечной устойчивости. В некоторых легковых машинах задняя поперечная стальная распорка не устанавливается. Передний же стабилизатор на современных автомобилях устанавливается всегда.
Различают также активный стабилизатор поперечной устойчивости. Данный элемент подвески является управляемым, так как он изменяет свою жесткость в зависимости от типа дорожного покрытия и характера движения. Максимальная жесткость обеспечивается в крутых поворотах, средняя – на грунтовой дороге. В условиях бездорожья эта часть подвески обычно отключается.
Жесткость стабилизатора изменяется несколькими способами:
В гидравлической системе за жесткость стабилизатора отвечает гидравлический привод. Конструкция привода может различаться в зависимости от установленной на автомобиль гидравлической системы.
Недостатки стабилизатора
Основные минусы стабилизатора – это уменьшение хода подвески и ухудшение проходимости внедорожников. При поездках по бездорожью есть риск “вывешивания” колеса и потери контакта с опорной поверхностью.
Автопроизводители предлагают решить эту проблему двумя способами: отказаться от стабилизатора в пользу адаптивной подвески, либо использовать активный стабилизатор поперечной устойчивости, изменяющий жесткость в зависимости от типа дорожного покрытия.
Во-первых, они контролируют поперечный крен шасси так, чтобы прирост развала колес не был избыточным. Во-вторых, стабилизаторы являются удобным способом сбалансировать крен шасси между осями автомобиля, для достижения наилучшего баланса управления. Обе этих цели могут быть достигнуты с помощью пружин, но реальный контроль крена шасси с помощью пружин потребует установки слишком жестких пружин, что нарушит контроль автомобиля в ухабистых условиях.
Если не вдаваться в технические подробности, стабилизатор работает как третья пружина, помогающая сохранить устойчивость в повороте. Стабилизаторы поперечной устойчивости препятствуют крену шасси и таким образом переносят нагрузку с внутренних колес на внешние колеса. Чем жестче стабилизатор поперечной устойчивости, тем большая часть нагрузки переносится с внутреннего колеса на внешнее колесо. Однако, поскольку внешнее колесо не может преобразовать всю дополнительную нагрузку в дополнительное сцепление, суммарное сцепление обоих колес в действительности снижается. Это изменяет баланс автомобиля в сторону другой оси.
Установка стабилизатора поперечной устойчивости, или увеличение его жесткости, снижает боковое сцепление на этом конце автомобиля и увеличивает боковое сцепление на другом конце автомобиля.
Имейте в виду, что нельзя изменить общее сцепление автомобиля, но оно может быть сбалансировано путем распределения нагрузки на колеса. Стабилизаторы поперечной устойчивости являются очень полезным инструментом для изменения баланса автомобиля.
Жесткость шасси играет очень важную роль в эффективности стабилизаторов поперечной устойчивости. Жесткое шасси делает автомобиль более чутким к изменениям в стабилизаторах поперечной устойчивости.
Стабилизаторы поперечной устойчивости лучше всего использовать только на ровных трассах с высоким сцеплением. Если вы хотите использовать стабилизатор поперечной устойчивости на ухабистой трассе, попытайтесь использовать самый тонкий стабилизатор.
Передний стабилизатор поперечной устойчивости
Передний стабилизатор поперечной устойчивости влияет на величину наклона передней части автомобиля в повороте. Когда автомобиль входит в поворот, центробежная сила принуждает автомобиль наклониться и перенести вес на внешнюю сторону поворота. Очень мягкий передний стабилизатор поперечной устойчивости увеличивает нагрузку на внешнее переднее колесо, и уменьшает нагрузку на внутреннее переднее колесо (полезно отметить, что жесткий стабилизатор будет стремиться поднять внутреннее переднее колесо, таким образом, снижая нагрузку на это колесо). В то же время, жесткий передний стабилизатор поперечной устойчивости увеличивает нагрузку на внутреннее заднее колесо, и уменьшает нагрузку на внешнее заднее колесо. В этой ситуации, баланс сцепления между передней и задней осями сдвигается назад, и вы получаете автомобиль с меньшей поворачиваемостью, но большей чувствительностью управления.
Не запутайтесь между поворачиваемостью и чувствительность управления. Автомобиль с мягким передним стабилизатором поперечной устойчивости может иметь хорошую поворачиваемость, но наклон шасси и перенос веса с этим мягким стабилизатором займет больше времени, что создаст задержку в управлении и, следовательно, снизит чувствительность управления. Жесткий передний стабилизатор поперечной устойчивости создаст очень быстрый перенос веса и, таким образом, очень чувствительное управление, но с низкой величиной управления. Другими словами, величина управления относится к крутизне поворота, а чувствительность относиться к скорости или быстроте реакции на поворот.
Передний стабилизатор поперечной устойчивости влияет главным образом на поворачиваемость при входе в поворот.
Жесткость стабилизатора. Свойства
Более мягкий передний стабилизатор
Больше крен шасси.
Увеличивает переднее сцепление.
Снижает заднее сцепление.
Больше поворачиваемость при входе в поворот.
Меньше чувствительность управления.
Более жесткий передний стабилизатор
Меньше крен шасси.
Снижает переднее сцепление.
Увеличивает заднее сцепление.
Меньше поворачиваемость при входе в поворот.
Больше чувствительность управления.
[править] Задний стабилизатор поперечной устойчивости
Задний стабилизатор поперечной устойчивости влияет на величину наклона задней части автомобиля в повороте. Когда автомобиль входит в поворот, центробежная сила принуждает автомобиль наклониться и перенести вес на внешнюю сторону поворота. Очень жесткий задний стабилизатор поперечной устойчивости увеличивает нагрузку на внешнее заднее колесо, и уменьшает нагрузку на внутреннее заднее колесо (полезно отметить, что жесткий стабилизатор будет стремиться поднять внутреннее заднее колесо, таким образом, снижая нагрузку на это колесо). В то же время, жесткий задний стабилизатор поперечной устойчивости увеличивает нагрузку на внутреннее переднее колесо, и уменьшает нагрузку на внешнее переднее колесо. В этой ситуации, баланс сцепления между передней и задней осями сдвигается вперед, и вы получаете автомобиль с меньшим задним сцеплением, но большей чувствительностью управления (смотрите «Передний стабилизатор поперечной устойчивости» для объяснения чувствительности управления). С мягким задним стабилизатором поперечной устойчивости происходит противоположное: относительно к жесткости стабилизатора, теперь меньшая нагрузка на внешнее заднее колесо и большая нагрузка на внутреннее заднее колесо. Внутреннее переднее колесо также меньше загружено, и внешнее переднее загружено больше. Теперь, баланс сцепления смещается назад, создавая большее заднее сцепление в поворотах, но меньшую чувствительность управления.
____________________________
Задний стабилизатор поперечной устойчивости влияет главным образом на поворачиваемость при ускорении и стабильность в середине поворота и на выходе из поворота.
Если хотите сделать дрифт-кар то задний стабилизатор — самое первое дело. Но молоопытному водителю при такой доработке даже близко к машине нельзя будет подходить.
Стабилизатор поперечной устойчивости в первую очередь влияет на поворачиваемость. Если в повороте (без газа) первыми начинают скользить передние колеса — поворачиваемость называется недостаточной, если задние — поворачиваемость избыточная; если сползают примерно одинаково и перед и зад — поворачивемость нейтральная. Для «гражданского» водителя автомобиль должен иметь нейтральную или немного недостаточную поворачиваемость, такое поведение прощает некоторые ошибки неопытных водителей — сброс газа в повороте, резкие рывки рулем. Автомобиль с избыточной поворачиваемостью вытащить из заноса сможет не каждый водитель! Особенно зимой! На большинстве легковых автомобилей (не на всех) стабилизатор стоит спереди и его жесткость подбирается таким образом, чтобы придать автомобилю «гражданский характер». Тестируется несложно — лосиный тест и змейка. Машина должна проходить без глубоких заносов и без вылетания с траектории. Производители тратят на это некоторое количество денег и времени, чтобы мы с вами получили Безопасный Продукт.
На Субару Импреза, к примеру, есть задний стабилизатор, но машина «в стоке» имеет недостаточную поворачиваемость; и есть тюнинговые комплекты, которые придают немного избыточную или нейтральную поворачиваемость. Их очень любят гонщики и дрифтеры, они позволяют «ставить машину» в повороте. Тут каждый солит по вкусу. Надо ли говорить, что такая машина на дороге общего пользования таит в себе сюрприз?
Большой минус : при выезде на бездор сплошные минусы, так как способствует уменьшению хода подвески, что на пересеченной местности не есть гуд. Что касается недолговечности и разбалансировки кузова