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.
Что такое стабилизатор поперечной устойчивости
С самого названия уже понятно, что стабилизатор поперечной устойчивости служит для контроля устойчивости автомобиля в момент маневра или входа в поворот. Если не вдаваться в подробности строения, то такой механизм работает, как третья пружина на одну ось. Основная закономерность данной детали в том, что чем жестче, тем большая часть нагрузки переносится на внешнее колесо с внутреннего, в момент поворота (момент крена).
Внешний вид стабилизатора поперечной устойчивости, не зависимо от выбранной марки или модели будет приблизительно одинаковым. С виду это длинный круглый прут растянутой П-образной формы, изогнутый в соответствии со стойками или другими элементами подвески. По своему строению механизм вполне напоминает торсион, который так же работает на скручивание. По месту расположения механизм может быть установлен как на переднюю ось, так и на заднюю. Исключением стали автомобили, которые используют торсионную балку на задней подвеске, на них стабилизатор не ставят из-за строения конструкции.
Устройство
Типовая система стабилизации в большинстве случаев состоит из 4-х деталей:
- круглого, согнутого в форму П, стального стержня;
- двух тяг;
крепежных элементов (прорезиненных втулок, хомутов).
крепежных элементов (прорезиненных втулок, хомутов).Тяги производятся из стали, монтируются поперек кузова машины, являются главными элементами стабилизаторов. Чаще всего у тяг сложные формы, учитывающие особенности расположения под днищем других деталей.
Тягами (линками) называют детали, которыми стержни крепятся к стойкам системы амортизации (рычагам). Визуально это штоки 5-20 см, на концах которых имеются шарнирные соединения. Их предназначение — придать узлам подвижность. Шарниры защищают пыльники, которые одновременно используются для крепления к элементам подвески. При высоких нагрузках во время езды шарнирные элементы могут разрушиться. Их меняют через 20-30 тыс. километров.
На кузове стабилизаторы закрепляются при помощи 2-х шаровых опор. Сайлентблоки (прорезиненные втулки) позволяют балке скручиваться по типу торсиона, хомуты надежно закрепляют ее.
Стальная труба или стержень
Стальная труба или так же известная как стержень, считается самой главной деталью и часто его ж называют стабилизатором. С виду это упругая стальная распорка, поперечного расположения, выполненная из специальной пружинной стали. Форма самого стержня зависит от конструкции днища автомобиля и может меняться в зависимости от подвески.
Крепления
По форме, крепления так же зависят от марки и модели автомобиля, но в больше части это резиновые втулки и металлические хомуты. С помощью этих деталей стальной стержень крепится к кузову и подвеске автомобиля, сами ж втулки дают возможность механизму скручиваться, а концами жестко крепится к стойкам или рычагах подвески.
Тяга стабилизатора (стойка)
Тяга стабилизатора или так же называемая, как стойка – служит для соединения стержня с амортизаторной стойкой или рычагами. По внешнему виду стойка напоминает собой стержень, зачастую длиной от 5-ти до 20-ти сантиметров. На концах стойки расположены шарнирные соединения, развернутые в обратные стороны относительно друг друга и защищенные пыльниками. За счет шарниров обеспечивается подвижность механизма, а так же более надежное соединение.
Именно на такие тяги больше всего приходится нагрузка, поэтому со временем шарнирные соединения на тягах разрушаются и требуют замены. В зависимости от стиля езды и конструкции тяги, в среднем её хватает на 20-30 тысяч километров пробега. Затягивать с заменой не рекомендуют, так как может выйти из строя рулевое управление.
Какие бывают виды стабилизаторов
Разобравшись с тем, как из себя приблизительно выглядит стабилизатор поперечной устойчивости и его основные функции, рассмотрим разновидность механизмов, в чем разница между передним и задним стабилизатором, а так же от чего зависит жесткость.
Первое, на что стоит обратить внимание это место расположения, на передней или задней оси. В зависимости от оси, соответственно будет меняться форма стабилизатора, втулки для крепежа и жесткость. Еще один нюанс строения подвески в том, что на некоторых легковых автомобилях сзади стальная распорка не устанавливается, но вот на передней оси в обязательном порядке должна быть.
Одной из разновидностей, считается активный стабилизатор поперечной устойчивости. Основная отличительна характеристика активного механизма – возможность управления жесткостью в зависимости от дороги, а так же характера передвижения автомобиля (резкие маневры, частые повороты и прочее). Самая максимальная жесткость на кручение будет в момент входа в крутой поворот, среднюю жесткость можно наблюдать на грунтовой дороге или с плохим покрытием. Если же ехать по бездорожью, то система вовсе выключает активный стабилизатор во избежание его повреждения.
Жесткость в активном стабилизаторе поперечной устойчивости регулируется несколькими способами. Основной – за счет использования активного привода. Второй вариант за счет применения гидроцилиндров (вместо обычных стоек или же вместо втулок). Если же система построена на основе гидравлики, то за её жесткость отвечает гидравлический привод. Сама ж конструкция гидравлического привода во многом зависит от гидравлической системы, установленной на автомобиль.
Принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости и его реализация
Стабилизатор поперечной устойчивости – круглая металлическая штанга, которой придают порой довольно причудливую форму, через специальный рычаг и стойку (в зависимости от марки машины) соединяющая между собой элементы подвески авто. Принцип, положенный в основу его работы, можно лучше понять с помощью приведенного рисунка.
Рассмотрим, зачем нужен, а также как работает передний стабилизатор поперечной устойчивости. При движении авто в повороте возникающая центростремительная сила прижимает колесо, движущееся по внешнему радиусу, к дорожному покрытию, а внутреннее наоборот старается от него оторвать. Так как элементы подвески через рычаг между собой связывает стабилизатор поперечной устойчивости, выделенный красным цветом, а его середина закреплена неподвижно, то когда один его конец идет вниз, а другой вверх, он работает как торсион.
Часть усилия, возникающего на расположенном с внешней стороны колесе, передается на внутреннее, тем самым выравнивая нагрузку между ними.
Как работает Anti-Roll bars в разных условиях
При всей внешней привлекательности такого технического решения во многих случаях возникают сомнения о необходимости его использования. Лучше всего это можно понять на примере внедорожников. Как правило, у них задний мост имеет зависимую подвеску, в этом случае, стабилизатор поперечной устойчивости задней подвески становится не нужен, с его ролью прекрасно справляется сам задний мост.
Такой подход позволяет понять ограничение, связанное с использованием стабилизатора. Для независимой подвески характерной особенностью является то, что каждое колесо самостоятельно отрабатывает дорожный рельеф, при этом одно никак не влияет на работу другого. Если же мы поставим передний стабилизатор, то подвеска перестает быть полностью независимой, часть усилий с одного колеса начинает восприниматься другим.
Конструкция подобного элемента на различных автомобилях может быть выполнена по-разному, но характерной особенностью, описывающей его работу, является жесткость. Более жесткий стабилизатор поперечной устойчивости, особенно передний, лишает независимую подвеску присущих ей достоинств, а задний стабилизатор поперечной устойчивости влияет на стабильность положения машины при прохождении извилистой дороги и поворачиваемость.
Таким образом, возникает основное противоречие, характерное для классического стабилизатора – он улучшает поведение автомобиля при движении в поворотах, и при этом ухудшает характеристики независимой подвески, что сказывается на управляемости авто. Кроме того, поведение машины зависит от жесткости подобного элемента конструкции.
С другой стороны отмечено ухудшение проходимости внедорожников в условиях бездорожья, т.к. становится возможным вывешивание колеса из-за уменьшения ходов подвески. Поэтому возникает вопрос, зачем он нужен при движении в таких условиях, когда предназначен для работы только на высокой скорости в поворотах?
Варианты устранения противоречий
Самым кардинальным способом избавиться от подобных противоречий, является так называемая адаптивная подвеска, при которой стабилизатор становится не нужен. В этом случае используется принцип контроля положения кузова во время движения, позволяющий исключить его крены при выполнении различных маневров.
Другим подходом, не столь кардинальным, является применение гидроцилиндра вместо стойки стабилизатора поперечной устойчивости. При нормальных условиях, когда гидроцилиндр заперт, работа стабилизатора проходит в обычном режиме. В условиях езды по бездорожью, когда он не нужен, с панели приборов гидроцилиндр разблокируется, и стабилизатор отключается.
Возможна его работа в автоматическом режиме, но для этого используются датчик бокового ускорения, гидронасос и гидроцилиндры, блок управления. Гидроцилиндр также используется вместо стойки. Когда автомобиль движется прямолинейно, гидронасос выключен и стабилизатор работает как обычно. Если возникли боковые ускорения, включается насос и меняет давление в гидроцилиндрах . По условиям движения давление может быть разным, чем обеспечивается регулируемая жесткость стабилизатора.
Однако гидроцилиндр может крепиться не на рычаг и стойку, а непосредственно к кузову, как это реализуется в некоторых автомобилях корпорации Тойота. В зависимости от условий движения стабилизатор или заблокирован, или разблокирован.
Такой элемент конструкции автомобиля, как Anti-Roll bars, носит несколько двойственный характер. С одной стороны, он необходим при движении машины на высокой скорости в поворотах, с другой стороны – ухудшает характеристику независимой подвески, придавая ей особенности, присущие зависимой. Для того чтобы избежать подобного противоречия, приходится использовать специальные конструкторские решения.
Преимущества и недостатки стабилизатора
С описанных ситуаций и предназначения, стабилизатор поперечной устойчивости существенно влияет на управляемость, жесткость подвески, а так же в некоторой части на проходимость автомобиля. В случае отсутствия данной детали в подвески, автомобиль плохо держал бы перегрузки в момент маневра или входа в поворот, а управляемость сводилась практически к нулю.
Помимо положительных свойств, выделяют и негативные моменты. В особенности это касается внедорожников. Самая конструкция и методика крепления стабилизатора уменьшают ход подвески, что негативно сказывает на проходимости внедорожников по бездорожью. Колесо, которое не может опуститься ниже позволенного механизмом, попросту повисает в воздухе, что приводит к потере контакта с поверхностью дороги. Чаще всего в такой ситуации автомобиль может застрять и водителю придется искать выход.
Интересные факты о стабилизаторе
Все же прогресс не стоит на месте и есть несколько интересных историй использования стабилизатора поперечной устойчивости на автомобилях с повышенной проходимостью. Один из таких примеров – внедорожник Nissan Patrol. Для того, чтоб уменьшить случайность отрыва колеса от дорожного покрытия, инженеры установили отключаемый стабилизатор на заднюю ось. Хитростью послужили гидроцилиндры с возможностью отключения, заменившие привычные стойки. Основным условием было то, что водитель мог отключать такой механизм на скорости до 20 км/час. По сути, весь механизм мог работать только на минимальной скорости, при неспешном движении по снегу, грязи или прочему покрытию.
Не отстал и японский производитель Toyota, в частности моделях Land Cruiser 200 и Prado 150 инженеры так же установили гидроцилиндры, при этом система получила название KDSS. Автомобиль отлично ведет себя как на дороге, так и бездорожье. Основная суть такого механизма в том, что вместо одной из опор стабилизатора передней и задней оси устанавливается гидроцилиндр с электронным управлением. Электроника в свою очередь отслеживает положение кузова, разные нюансы передвижения и дорожное покрытие, после чего меняет характеристики заднего и переднего стабилизатора (жесткость, момент включения и выключения).