К началу 1960-х автомобилестроители стали понимать особое значение – с точки зрения держания дороги и управляемости – именно задней подвески. Выяснилось, что для задних колес лучше всего подходит схема с двойными поперечными рычагами (ДПР), которая уже показала себя на «формульных» болидах Cooper. Вслед за успешными гоночными конструкциями появились первые «гражданские» модели с ДПР сзади: 2-местное спорт-купе Jaguar E-type в 1961 году, а годом позже – классный седан Mk X той же марки.
И пошло-поехало; у подвески с ДПР самая совершенная кинематика. Если длина рычагов подобрана правильно (верхние короче), то при прогибе упругих элементов, при движении колес вверх-вниз их колея практически не меняется (рис. 1). То есть, пятно контакта резины не проскальзывает по ходовой поверхности поперек направления движения. Значит, сцепление покрышки с опорной поверхностью не нарушается [Между прочим, особенно значимо при движении по скользким дорогам (гололед и т.п.). Так что подвеска с ДПР в первую очередь нужна для российских условий эксплуатации…]; ключевое условие хорошего держания дороги.
В общем, при взгляде спереди (сзади) все путем – во всяком случае, так казалось поначалу. Однако по мере быстрого увеличения литража и мощности двигателей, роста скоростей движения замечательная подвеска стала обнаруживать не самые приятные свойства. В первую голову их испытывали на себе неопытные водители – причем как раз в критический момент, когда они неожиданно теряли уверенность в себе. Что называется, врасплох.
Неожиданный сюрприз
Скажем, заруливаете вы в вираж чуть быстрее, чем нужно. А он вдобавок со скрытым коварством: спираль закручивается все острее – такая конфигурация встречается совсем не редко. Интуитивная реакция водителя-«чайника»: сбросить «газ» – да еще и тормознуть (хотя тормозить в повороте – последнее дело). И тут автомобиль выказывает свой норов: в ответ на торможение он вдруг забрасывает «корму», начинает «ввинчиваться» в вираж – и переходит в неконтролируемое вращение. Так и до беды недалеко…
В плане (при взгляде сверху) видно, что корень зла здесь во вроде как продвинутой конструкции задней подвески с ДПР. Дело даже не в том, что рычаги двойные, а в том, что поперечные; простенькая подвеска с качающимися полуосями (Volkswagen «жук») при торможении в виражах ведет себя примерно так же. Сказывается эластокинематика подвески: шарниры «играют», опоры и рычаги деформируются. Посмотрите (рис. 2), что происходит с подвеской на поперечных рычагах при торможении: из-за эластокинематики их слегка отгибает назад.
И только-то: возникает так называемое отрицательное схождение задних колес. «Носочки врозь» – первая балетная позиция. Тогда как необходимо поддерживать легкое положительное схождение: «носочки внутрь». Какие-то 1,5-2° отрицательного схождения, и неопытному водителю грозят в вираже серьезные осложнения. Именно тогда, когда возникают мощные поперечные силы, которые кренят автомобиль и дополнительно нагружают внешние по отношению к повороту колеса.
Ведь что получается: на первый взгляд, задние колеса отклоняются от продольной оси симметрично. Внутреннее по отношению к повороту – внутрь, внешнее – наружу. Но нагружено-то в вираже сильнее внешнее колесо, поэтому именно оно и определяет поведение автомобиля. При торможении заднее наружное отклоняется слегка от поворота – и возникает эффект избыточной поворачиваемости. Столь опасный для «чайника», – причем в самую трудную для него минуту.
Повторюсь: не только при неосторожном нажатии на педаль тормоза. Иной раз достаточно, – испугавшись, – просто сбросить «газ», и тормозной момент двигателя вызовет то самое «ввинчивание». Скажем, едете вы за рулем чудного Corvette (с 1963 спорт-модель оснащается независимой задней подвеской с ДПР), под капотом которого урчит 5,7-литровая «восьмерка». При сбросе «газа» тормозного момента такого мотора вполне хватает, чтобы вызвать эффект избыточной поворачиваемости – даже на сухой ходовой поверхности. Не говоря уже о скользкой…
Weissach Axle
У гоночных подвесок эластокинематики практически нет: в высшей степени жесткая конструкция, никакой «игры». Взгляните, как устроена задняя подвеска с ДПР у непревзойденного когда-то Lotus 49 (рис. 3): малоэластичные шарниры, длинные продольные тяги, которые начисто исключают изменение схождения колес. Классика; однако для легковушек такой подход не годится. Во-первых, негде разместить столь длинные тяги: лишнего пространства у пассажирского автомобиля нет. А во-вторых, кому охота ездить на «табуретке»? Приходится мириться с податливостью подвески – и предусматривать компенсирующие средства. Схема с ДПР стала усложняться.
Первым автомобилем, в задней подвеске которого предусматривались особые контрмеры по отношению ко «ввинчиванию» на торможении, по-видимому, стал замечательный Porsche 928. У высокодинамичного GT (он появился в 1979 году) спереди монтировалась мощная 4,5-литровая «восьмерка», и конструкторы заранее предвидели особенности поведения 928-го в виражах. Чтобы исключить отрицательное схождение задних колес, к нижним поперечным рычагам присоединили направленные вперед короткие вспомогательные тяги (рис. 4); остроумное решение. Оно так и осталось в истории автомобилестроения под обозначением «мост Вайсзах» – по названию населенного пункта в ФРГ, где работали изобретательные инженеры Porsche KG.
Идея вот в чем: пусть поперечные рычаги на торможении отгибаются назад – ничего не попишешь. Но при деформации рычагов вспомогательные тяги (с хитрыми шарнирами) придают колесам… положительное схождение. «Носочки внутрь», – что и требовалось доказать! И 928-й отличался замечательным держанием дороги и управляемостью – безо всяких неожиданностей в виражах.
Маловато будет
«Мост Вайсзах» задал направление развития, а очередной шаг сделали у Mercedes: в 1982 году появился компактный седан 190 (модель W201). Его тут же окрестили «бэби»-Benz; хоть горшком назови… У 190-го независимая задняя подвеска с ДПР, причем впервые «многорычажная». То есть, все 5 рычагов (рис. 5), взаимодействие которых надежно компенсирует неприятные выверты эластокинематики.
Верхний и нижний рычаги у «бэби-Бенца» сдвоенные (уже 4) и образуют что-то вроде трапеций. В них-то и скрыт прикол: когда на торможении концы рычагов подаются назад, стороны трапеций доворачивают колеса «носочками внутрь». Примите поздравления! А 5-й рычаг — для полноты картины: он ориентирован косо вперед и независимо от торможения при боковом крене машины (опять же в вираже) подруливает в сторону легкой недостаточной поворачиваемости. Никаких сюрпризов; автомобиль всегда ведет себя вполне предсказуемо и послушно.
Теперь «многорычажные» подвески ставят сзади едва ли не на всех легковушках сколько-нибудь приличного класса. Обратите внимание: в основе здесь проверенная схема с ДПР со всеми ее достоинствами, – дополненная вспомогательными рычагами и тягами. Такую конфигурацию называют еще «пространственной», поскольку многочисленные рычаги задействованы в непростой 3-мерной игре (рис. 6). Так что 5 рычагов в задней подвеске вроде и многовато, – однако лишних нет. Задняя подвеска на двойных поперечных рычагах достигла совершенства.
