Что такое неподрессоренные массы автомобиля
Матчасть 17. Подрессоренные и неподрессоренные массы
Доброе утро, любители пошевелить извилинами, и те кто просто случайно попал сюда)
по просьбам трудящихся мы сегодня «покурим» пятничную тему, которая проста и ненавязчива)
Для простого обывателя выдам сразу простое определение: все что на подвеске, то подрессоренное, что не болтается на подвеске, то не подрессоренное.
то есть в момент езды, подрессоренная скачет, а не подрессоренная повторяет все неровности, для тех кто не понял о чем я, пойдем в картинку
просто, наглядно без заморочек
Соотношение неподрессоренных и подрессоренных масс в автомобиле составляет в среднем 1:15
К неподрессоренным массам относятся: колеса, шины, ступицы колес, тормозные барабаны или диски, рессоры, рычаги подвески, амортизаторы и пружины.(согласно стандарту DIN торсионные валы — уже подрессоренная масса)
Вес стабилизатор поперечной устойчивости 50/50 то есть половина засчитывается туда, половина туда(чуть позже вы поймете зачем)
Числовое значение неподрессоренных и подрессоренных масс необходимо для расчёта характеристик колебаний автомобиля, которые определяют плавность его хода и, соответственно, комфортабельность.
В общем случае, чем больше неподрессоренная масса — тем хуже плавность хода, и напротив — чем она меньше, тем ход автомобиля плавней. Точнее говоря, всё зависит от соотношения подрессоренной и неподрессоренной масс.
При наезде колеса на дорожную неровность оно поднимается и передает усилие на кузов, действуя через упругий элемент. Воздействие этого перемещения колеса на перемещение кузова зависит от того, насколько кузов тяжелее колеса и всего, что соединено с ним, — другими словами, от соотношения подрессоренных и неподрессоренных масс. Чем меньше величина неподрессоренных масс, тем меньшее воздействие на плавность хода оказывает движение по неровной дороге. Это явилось основной причиной перехода к независимым подвескам, которые не имеют тяжелой балки, соединяющей колеса, и в которых только само колесо и все, что связано с ним, является неподрессоренным.
Большая величина отношения подрессоренных и неподрессоренных масс оказывает влияние не только на плавность хода, но и на способность автомобиля держать дорогу. Чем тяжелее кузов относительно колеса, тем быстрее колесо возвращается на место постоянного контакта, после того как оторвется от дороги при наезде на неровность. Поэтому конструкторы современных автомобилей стремятся максимально снизить величину неподрессоренных масс.
Допустим есть некий автомобиль массой 1300 кг и мощностью 100 л.с.
Стандартное колесо которого имеет массу 16 кг.
Если мы поставим на него колеса массой 11 кг при неизменном диаметре — насколько изменится динамика авто?
Есть следующие мнения на этот счет:
1. Снятие с каждого колеса 1 кг равноценно снятию с кузова 20 кг.;
2. Снятие с одного колеса 1 кг равноценно прибавке в 1 л.с.
3. Снятие с одного колеса 1 кг равноценно снятию с кузова 1 кг. (т.е. эффекта никакого).
Причина в том, что колесо, кроме того, что движется поступательно с машиной, еще и вращается. И кроме массы имеет момент инерции, то есть к инерции поступательного движения добавляется инерция вращения. Кроме этого все еще зависит от того, за счет чего снижена масса колеса. Если уменьшилась масса частей, близких к оси вращения — эффект меньше, если ближе к ободу — эффект больше.
Таким образом, если при замене дисков вы снижаете вес каждого диска на четыре килограмма (что в сумме дает 16 килограммов), то ваша машина будет ехать также плавно, как если бы в нее сели четыре пассажира, но при этом нисколько не потеряет в своих разгонных характеристиках.(если нагрузить в машину 10 кг, то она будет ехать плавнее, а если 450 то еще плавнее)
Разница между подрессоренной и неподрессоренной массой в автомобилях: плюсы и минусы
Подрессоренная и неподрессоренная масса: что лучше, а что хуже?
Большая часть веса вашего автомобиля приходится на подрессоренную массу, минимальная часть массы – это так называемая неподрессоренная масса, то есть совокупный вес тех элементов конструкции, которые находятся под амортизирующими устройствами, большая часть которых приходится на шины и диски, а также на суппорты, тормозные диски и некоторые другие элементы. Разница в этих типах масс чрезвычайно важна, и одна из них, как правило, должна быть как можно ниже.
Смотрите также: Самые полезные технологии в современных автомобилях
Разница между соотношением массы, которая является подрессоренной, и массы, которая не амортизируется, в 99.9% случаев напрямую влияет на то, как машина едет. Таким образом, разумеется, очень важно понимать, как эта механика автомобиля может повлиять на его поведение на дороге. Но для начала определимся с терминами. Почему мы используем термин «масса», а не «вес»?
Чем «масса» отличается от «веса»
Все дело в том, что любой автомобиль обладает фиксированной массой, то есть заданным количеством материала, содержащегося в объемах его внешних границ (измеряется в килограммах). Масса – величина постоянная. Все объекты вроде автомобилей также имеют вес. Но вес, напротив, – величина не постоянная, а переменная согласно внешним факторам, таким, к примеру, как изменение силы тяжести. То есть сила, с которой тело действует на горизонтальную опору (измеряется в ньютонах).
Легкосплавные колеса являются ключом к уменьшению неподрессоренной массы
Определение подрессоренной и неподрессоренной массы одинаково просто. Подрессоренная масса – это масса, «подвешенная» амортизационной подвеской автомобиля. Это все, что движется снизу-вверх и обратно, когда автомобиль налетает на очередную кочку на дороге. В список включены: кузов, шасси, двигатель, коробка передач, сиденья, пассажиры и все остальное, что есть вокруг них.
Здесь нам нужно рассмотреть две основных стороны вопроса:
1. Почему неподрессоренная масса всегда теоретически лучше?
2. Преимущества наличия большой подпружиненной массы по сравнению с малым ее показателем.
McLaren производит действительно легкие легкосплавные диски
Для начала назовите большой, роскошный автомобиль на больших колесах, который достигает максимального комфорта, не используя вес в своих интересах. Вы не сможете такого назвать, потому что он не существует. Единственное, что объединяет всех «мастеров» качества езды, – это высокая подрессоренная масса. Все самые комфортабельные автомобили, от гибридов Lexus RX и Land Rover Discovery до Mercedes S-Class и Bentley Continental , тяжелые.
Запас тонны-другой, приходящейся на подрессоренную массу, помогает эффективнее сглаживать неровности на дороге. На пружины приходится повышенная нагрузка из-за высокого веса, который находится над ними, поэтому работа подвески и ее усиленных в связи с этим элементов происходит плавнее, купируя мощные удары от неровностей, что называется, в зародыше, прежде чем их энергия успеет передаться на кузов.
Поскольку все прилагаемые к автомобилю физические силы имеют равное ему противодействие, на дороге с одинаковыми неровностями более тяжелый автомобиль будет меньше страдать от отдачи, чем более легкая машина. Конечно, существует некоторая свобода действий в настройке подвески, чтобы преодолеть определенный дефицит комфорта в нетяжелых автомобилях, но его недостаточно, чтобы автомобиль весом в 1 тонну и его пассажиры чувствовали себя так же «гладко» и «расслабленно» на дороге, как в двухтонном транспортном средстве.
С другой стороны, малый вес дает легковому автомобилю свои преимущества. Как минимум он становится более эффективным, более отзывчивым, чувствует себя более «живым» в поворотах, и, между прочим, остановится он быстрее, что очень немаловажно даже среди других преимуществ. В создании автомобиля важно определить приоритеты факторов, которые имеют значение больше всего, и адаптировать окончательный вес автомобиля в соответствии с ними.
Легкосплавные диски Porsche – обычное дело
Что касается неподрессоренной массы, то лучше, чтоб ее было поменьше. Чем меньше этот показатель, тем меньшие нагрузки должны будут отрабатывать амортизаторы и пружины. Тем самым это означает, что колеса смогут быстрее реагировать на изменяемые дорожные условия, подвеска сможет поддерживать качественный контакт шин с дорогой в течение большего времени, а уровни нагрузки могут быть усредненно постоянными, что, в свою очередь, обеспечивает сцепление и безопасное удержание автомобилем дорожного полотна. Бонус в том, что комфорт для пассажиров и экономия топлива также могут быть улучшены.
«Aftermarket»-колеса могут улучшить управляемость за счет снижения неподрессоренной массы
Колеса здесь – главный враг. Большинство стандартных легкосплавных OEM колес – это чертовски тяжелые штуковины, тем более что норма по ширине современных дисков теперь, похоже, ходит около 17-18-дюймовой отметки. Некоторые производители используют последние разработки в производственных процессах для создания более легких изделий, но и они не всегда получаются настолько легкими, насколько того хотелось бы.
Как избежать увеличения неподрессоренных масс?
Снизить вес за счет элементов подвески или замены тормозных суппортов представляется для среднестатистического автовладельца маловероятным, но повлиять на неподрессоренную массу все же можно. В этом помогут так называемые «Aftermarket» колесные диски, или тюнинг.
Колеса, купленные от известных производителей дисков, будут весить меньше, но по прочности ничуть не уступят заводским.
Без бюджетных ограничений, с которыми сталкиваются обычные автопроизводители, поставщики колес могут создать более совершенные металлические смеси, которые весят меньше, или создавать колесные диски, которые сокращают массу другими способами. В любом случае более легкое колесо такого же размера улучшит управляемость вашего автомобиля без каких-либо изменений. Вот почему об этом стоит подумать. И вот почему чем меньше масса под днищем машины, тем лучше и безопаснее!
Что такое неподрессоренная масса, и на что она влияет
Неподрессоренная масса – один из терминов, часто используемых в тест-драйвах и материалах о доработке автомобилей. Обычно он упоминается в контексте замены дисков на более легкие, но само понятие неподрессоренной массы заметно шире. Разбираемся, что это такое, и на что влияет этот параметр.
Понять, что такое неподрессоренная масса, несложно: это масса, не поддерживаемая «рессорами» — ну или другими несущими элементами подвески. То есть, все, что несет на себе подвеска – это подрессоренная масса: в нее входят кузов, рама, силовой агрегат и прочие элементы «верхней части» автомобиля. Все же, что находится «ниже амортизаторов и пружин» – это неподрессоренная масса, причем сами несущие элементы подвески тоже добавляют к неподрессоренной массе часть веса.
В число составляющих неподрессоренной массы входят диски, шины, тормозные механизмы, ступичные подшипники и сами ступицы, приводные валы, полуоси, ШРУС, балки и мосты подвески, а также сами пружины и амортизаторы – и рессоры, конечно. К слову, в английском языке термин «неподрессоренная масса» звучит как « unsprung mass » – то есть, «неподпружиненная масса», что несколько проще для понимания.
Чтобы полноценно ответить на этот общий вопрос, стоит понимать, что неподрессоренная масса – это не монолитный груз, подвешенный снизу на автомобиль, а сочетание разных деталей и элементов конструкции, выполняющих разные функции. Однако в целом она влияет на следующие характеристики автомобиля:
устойчивость и стабильность автомобиля;
расход топлива и динамические характеристики.
Начнем с простого: неподрессоренная масса как таковая влияет на плавность хода. Объяснить это просто: при наезде на дорожную неровность колесо и другие элементы неподрессоренной массы поднимаются вверх, передавая определенное усилие. Оно частично гасится элементами подвески, а частично передается на кузов – и от соотношения массы кузова и неподрессоренной массы зависит то, насколько ощутимым будет передающееся усилие. Условно говоря, если стукнуть два мяча друг о друга, сильнее сдвинется тот, что будет легче. Аналогичная ситуация и здесь: чем меньше будет неподрессоренная масса относительно подрессоренной, тем меньше будет ощущаться усилие, передаваемое ей на кузов. Ну а изменять это соотношение можно только за счет уменьшения неподрессоренной массы, поскольку увеличивать ради этого массу самого автомобиля никто не станет – работа идет как раз над обратным.
Пример неоптимального соотношения неподрессоренной и подрессоренной масс можно отследить на примере пикапов. У них грузовой отсек рассчитан на перевозку сравнительно больших грузов, и когда кузов пуст, неподрессоренная масса оказывает заметно большее влияние, чем могло быть в идеальных условиях: в результате автомобиль «козлит», подпрыгивает на неровностях и не обеспечивает большого комфорта. Когда же кузов загружен, подрессоренная масса вырастает, и ее соотношение с неподрессоренной становится больше – а значит, улучшается комфорт и плавность хода.
Эти показатели напрямую проистекают из предыдущего объяснения о воздействии неподрессоренной массы на подрессоренную и их взаимного отношения. Все просто: в момент наезда на препятствие неподрессоренная масса движется вверх, и колесо разгружается, а то и вовсе отрывается от дороги. Чем выше при этом неподрессоренная масса относительно подрессоренной, тем дольше колесо будет находиться в таком «подвешенном» состоянии, и наоборот – чем тяжелее автомобиль относительно неподрессоренных масс, тем он быстрее «прижимает» их обратно к дороге.
Продолжая пример с пикапами, можно провести аналогичную параллель. Пустой пикап, двигаясь по неровной дороге, будет больше подпрыгивать на неровностях, и в повороте эти вертикальные колебания будут заметно влиять на устойчивость автомобиля: корму будет переставлять, сносить или уводить в сторону. Если же заполнить кузов грузом, вертикальные колебания кузова снизятся, и автомобиль будет увереннее вести себя в повороте, заметно меньше разгружая колеса на неровностях: это значит, что вырастут показатели устойчивости, стабильности и, в какой-то мере, управляемости.
На эти показатели более всего влияет не вся неподрессоренная масса как таковая, а прежде всего элементы, преобразовывающие крутящий момент в движение – шины, диски и приводные валы, которые в случае с зависимой подвеской также считаются частично неподрессоренной массой. Здесь действует простой принцип: более тяжелое колесо или вал труднее раскрутить и обеспечить ему постоянное вращение. Поэтому как приводные валы, так и колеса стараются сделать легкими, сохранив показатели прочности и надежности.
В случае с валами это можно иллюстрировать появлением карбоновых карданных валов, ну а колеса как один из самых легкозаменяемых элементов конструкции – буквально бесконечное поле для тюнинга и улучшения. Здесь и легкосплавные и кованые диски, и диски из карбона, и более энергоэффективные шины с меньшей массой и сниженным сопротивлением качению.
Взаимосвязь колес с расходом топлива и динамическими характеристиками очевидна: чем легче колесо, тем проще и быстрее его будет раскрутить – соответственно, на это потребуется меньше затрат энергии и меньше времени, что означает меньший расход и лучшую динамику автомобиля.
Обобщая и подытоживая все вышесказанное, можно сделать главный вывод: усилия инженеров направлены на максимальное уменьшение неподрессоренной массы. Увеличение отношения подрессоренной и неподрессоренной массы нельзя осуществить за счет увеличения подрессоренной массы, а это значит, что единственный способ реализовать желаемое отношение – уменьшить неподрессоренную. Именно поэтому в современных автомобилях мы видим алюминиевые подвески, кованые диски, независимые подвески, исключающие из неподрессоренной массы балки, мосты и карданы, и другие технические решения, направленные на ее снижение.
Вред не подрессоренных масс и о значении веса для дисков.
Мы знаем, что чем легче авто, тем лучше. И бензина меньше уходит, и вообще жизнь становится радостнее и беззаботнее. Но мало кто знает, что масса массе рознь. Есть масса подрессоренная — это всё, что «лежит» на подвеске и воспринимается ею. Неподрессоренная же — это сами колёса с шинами, ступицы и тормозные барабаны с дисками и суппортами. Надо сказать, что мировые стандарты в определении подрессоренных-неподрессоренных масс не всегда сходятся. В частности, согласно немецкому стандарту DIN, к неподрессоренным массам относятся ещё и элементы подвески: рычаги, рессоры и пружины с амортизаторами. Что, в общем-то, логично. А вот торсионные валы — это уже подрессоренные. Но самое интересное, что стабилизатор поперечной устойчивости вышел совершенным маргиналом — половина его массы подрессоренная, а другая нет. Поэтому для каждой конкретной модели выявить соотношение масс можно лишь на специальных стендах, прибегнув к сложным расчетом. Зачем это нужно?
Дело в том, что самое важное — это соотношение подрессоренной и неподрессоренной масс. От него, к примеру, зависит плавность хода. Чем больше неподрессоренная масса, тем хуже плавность хода. Именно поэтому старые машины на тяжеленных колёсах и шкворневых подвесках этой самой плавностью не отличаются. Знакомая, наверное, многим картина: как только багажник оказался хорошо загружен — плавность хода увеличивается. Это именно за счёт изменения соотношения подрессоренных и неподрессоренных масс.
Наверное, не нужно быть Эйнштейном, чтобы понимать действие инерционных сил на автомобиль. Именно им мы обязаны всевозможными заносами и сносами. Но важно не только это. Чем больше неподрессоренная масса, тем сильнее на детали действуют инерционные силы. Допустим, вы двигаетесь на немолодом внедорожнике с зависимым задним мостом, при котором массивный редуктор, полуоси и ступицы с немаленькими колёсами. При проезде волнистого участка дороги будет очевидно, что задняя ось постоянно уплывает. Всё потому что задний мост под действием инерционных сил просто не всегда будет успевать возвращаться вниз. От этого сцепление будет ухудшаться, и ось начнёт «гулять». Эти же инерционные силы мешают эффективно тормозить тяжелыми колёсами. Да и разгоняться с такими труднее. Потому-то незаменимые на суровом бездорожье внедорожники старой закалки с тяжёлыми зависимыми подвесками на скоростных трассах явно проигрывают новым на рычагах и ступицах из лёгких сплавов.
Выходит, что, изменив соотношение масс, можно увеличить плавность хода. И тут есть два пути. Можно увеличить подрессоренную, к примеру, ездить с балластом в багажнике, потеряв в расходе топлива и динамике. А можно уменьшить неподрессоренную. И это куда интереснее. Вот тут-то нам могут помочь кованые диски, вес каждого из которых может отличаться больше чем на 10 килограммов по сравнению с литьём. Кроме того, что они куда прочнее обычных стальных или литых. А ещё основная их масса сосредоточена ближе к ступице, что снижает момент инерции. Проще говоря, инерционные силы, действующие на раскрученное кованое колесо, куда меньше мешают ему двигаться поступательно, то есть в том направлении, куда нам хочется. Выходит, что просматривая объявления о продаже автомобилей, не стоит скептически относится к «переобутому» в кованые колёса лоту. Против физики не попрёшь. Лучше с ней дружить.
ВЕС ДИСКОВ ИМЕЕТ ЗНАЧЕНИЕ
Тот факт, что большая масса автомобиля замедляет его ускорение и удлиняет тормозной путь, ни у кого сомнений не вызывает. В то же время, вопрос массы колёсных дисков и резины не так уж часто «всплывает» при обсуждении этой проблемы.
Между тем эта масса имеет весьма большое значение: во-первых, эти детали входят в состав неподрессоренной массы автомобиля, а во-вторых от неё зависит такой важный показатель, как инерция вращения.
Неподрессоренная масса состоит из суммы масс резины, колёсных дисков, тормозных механизмов, некоторых частей подвески – в общем, всего того, что двигается вертикально относительно кузова автомобиля синхронно с колёсами. Неподрессоренная масса типичного автомобиля составляет около 15% его полной массы. Если не учитывать влияние упругих свойств авторезины, вся эта масса двигается вверх и вниз в зависимости от неровностей дороги.
Соотношение подрессоренной и неподрессоренной массы автомобиля является чрезвычайно важным показателем, так как сила, с которой неподрессоренные компоненты подталкивают автомобиль снизу вверх на неровностях дороги, должна выравниваться подрессоренной массой, которая принимает на себя эти толчки. В момент, когда колесо наезжает на бугор, на него начинает действовать сила, подбрасывающая колесо вверх со скоростью, которая зависит от упругости покрышки, размера бугра и скорости автомобиля. При этом, чем больше неподрессоренная масса, тем большую кинетическую энергию должна поглотить подвеска – если мы не хотим, чтобы так же была подброшена вверх подрессоренная масса, т.е. кузов со всем, что в нём находится. Таким образом, чем меньше неподрессоренная масса, тем мягче будет ход автомобиля. Если соотношение масс неблагоприятное, колеса не будут с достаточной силой прижиматься к поверхности дороги на неровностях – то есть пострадает не только мягкость хода, но и «хватка» автомобиля за дорогу.
Инерция – свойство объекта сопротивляться изменениям. Соответственно, инерция автомобиля – основная сила, которая преодолевается в процессе ускорения. В последующем, уже при движении, инерцию будет необходимо преодолевать уже для торможения. Если обратиться к точной формулировке из физики, то «инерция есть свойство материи оставаться в покое либо в состоянии равномерного поступательного движения до тех пор, пока к ней не будет приложена внешняя сила». Причём же тут колёса – кроме, конечно, того факта, что их масса является составной частью общей массы автомобиля? В отличие от большинства других деталей автомобиля, колёса раскручиваются, когда вы нажимаете на газ – тем самым вы придаёте им энергию для вращения. Чем колёса тяжелее, тем больше энергии и времени требуется на то, чтобы изменить скорость их вращения. Это ещё не всё – вместе с колёсными дисками и покрышками вращаются также тормозные диски и карданный вал, причём с той же скоростью. Ещё быстрее порой раскручиваются детали трансмиссии и консольная часть вала у заднеприводных и полноприводных автомобилей. Далее, коленвал, демпфер колебаний, маховик и муфты – все раскручиваются до оборотов двигателя, а это весьма высокий показатель. На низких передачах всем этим многочисленным деталям приходится раскручиваться на большую скорость за малые промежутки времени – а это значит, что сопротивление силы их инерции становится очень значительным.
Итак, каковы же последствия вышеизложенных проблем на практике? Для примера возьмём последнюю модель Honda Civic с колёсными дисками и резиной из специального набора для апгрейда. Стандартно автомобиль комплектуется резиной 185/65 производства Dunlop и стальными 14-дюймовыми дисками.
Каждое колесо при этом весило 15,5 кг. Их сменили на покрышки Nitto 205/40 и 17-дюймовые диски, при этом вес каждого колеса увеличился до 19,5 кг. Этих четырёх килограммов (26%) лишнего веса на каждое колесо хватило для того, чтобы мощность автомобиля по замерам на динамометрическом стенде снизилась на целых 5%. Это говорит о том, что увеличение массы вращающихся деталей даже на килограмм уже вполне существенно: в данном случае каждый килограмм, добавленный к каждому колесу Honda Civic, «съел» более 1% мощности, измеренной на колёсах.
Увеличение размеров дисков и колёс.
Предположим, вы ездите на 15-дюймовых дисках и резине 205/65. Это вполне заурядная конфигурация: в Австралии, к примеру, это стандартная комплектация полицейских машин. Диск весит около 9,5 кг, а типичная покрышка 205/65 – немногим менее 10 кг. Таким образом, у нас есть 4 колеса по 19,5 кг каждое.
Допустим, вы решили сохранить резину, но сменили диски на легкосплавные, 15-дюймовые. Допустим, они буду весить 8 кг, таким образом, каждое колесо станет весить 18 кг, сбросив полтора килограмма, или примерно 8%.
Вы какое-то время ездите вполне довольным, а затем решаете сменить покрышки на 16-дюймовые 225/50. Ваш выбор падает, скажем, на диски ROH Reflex весом 8 кг и резину Yokohama S1-Z, которая тянет на 10,7 кг. Таким образом, каждое колесо стало весить 18,7кг – в итоге по сравнению с оригинальным набором вы выиграли всего 0,7 кг на колесо, хотя и приобрели очень хорошие покрышки.
Продолжим наши выкладки. Допустим, вы решили ещё раз сменить и диски, и резину, «запав» на 17-дюймовые ROH Z5 по 8,5 кг каждый, и Yokohama A520 формата 235/45, по 11,9 кг каждая. Таким образом, вы довели вес каждого колеса до 22 кг – белее, чем на 20% тяжелее изначального. Такая прибавка вполне реально будет стоить вам замедленного разгона автомобиля.
Вероятно, покупая в следующий раз диски и покрышки, вы будете куда внимательнее относиться к их весу.