Большие инновации в малых деталях

Говоря про инновации, мы привыкли мыслить масштабными категориями, незаслуженно упуская из виду важные усовершенствования отдельных узлов и компонентов. Мы постараемся устранить эту несправедливость, поведав читателям о новейших достижениях в производстве деталей подвески.

Аудиторный аспект

Проведите нехитрый эксперимент. Вбейте в поисковике «инновации в подвеске». На вас тотчас обрушится шквал информации об электронных чудесах, диковинных системах демпфирования и прочих высокотехнологичных изысках. Но там ничего не найдется про рычаги (сегодня рычажные подвески доминируют на рынке), про сайлент-блоки, шаровые соединения и прочие компоненты, без которых невозможно представить конструкцию ходовой части автомобиля.

Может быть, в этих компонентах просто нет инноваций? Отнюдь! Их там предостаточно! Больше того, появляются они с завидной регулярностью, создавая базу для революционных изменений привычной подвеске транспортного средства. Но для широкой публики такие изменения малопонятны, в отличие от нас – профессионалов.

Эволюция шара

Начнем погружение в тему с одного из самых консервативных решений – шаровых соединений. Как вы знаете, подобных узлов в подвеске много. Они используются и в шаровых опорах, во многом отвечающих за плавность хода автомобиля, и целом ряде отдельных компонентов: рычагов, тяг и т.д. Тенденции даунсайзинга не обошли стороной шаровые соединения, сделав их меньше и легче. При том что требования по нагрузкам, стойкости к вырыванию, ресурсоемкости в ряде случаев выросли. 

Меньший размер шара, соответственно, меньший размер шаровой опоры, меньше посадочный размер в рычаге и, как следствие, уменьшение веса всего узла – вполне понятная логическая цепочка. Для ее реализации применяются все более совершенные материалы и новые композитные технологии, активно внедряемые в производство за счет компьютерного моделирования.

И хотя внешне изменения соединений мы вряд ли увидим (за исключением разве что размеров), внутри модернизировано очень многое. Сегодня применяются все более и более технологичные синтетические смазки, новые материалы для изготовления шара и вкладышей (пластики и композиты), усовершенствованные противоизносные покрытия. Кроме того, используются частичная или полная оцинковка или фосфатирование.

Не так давно заявила о себе и передовая технология с седлом шаровой опоры, изготовленным из материалов на основе тефлона. Как отмечают эксперты, такие шарниры значительно превосходят металлические по параметрам ресурса, комфорта и надежности, поскольку обладают улучшенным движущим моментом.

Определенное эволюционное развитие прошли и пыльники как один из важнейших элементов детали, защищающий шаровое соединение от попадания влаги и загрязнений. Сначала выпускались простые беспосадочные пыльники, потом с посадкой на специальную манжету, затем буртик, в паз.

Кроме того, в современных качественных шаровых опорах шаровой палец, как правило, изготавливается холодной штамповкой для улучшения прочности и износостойкости.

Алюминий – главный метал

Изменения происходят и в конструкции рычагов – оптимизируются геометрия и состав материалов, из которых они производятся. Цели идентичны – снижение массы, увеличение срока службы и ресурса. Под эти цели прекрасно подходит алюминий.

Надо сказать, что в последнее время алюминий из авиационного, как его называли раньше, металла превращается в автомобильный. Сегодня не просто отдельные компоненты, а целые комплексные узлы и агрегаты изготавливаются из его сплавов. Все больше моделей автомобилей имеют алюминиевые подвески, а сравнительно новый Land Rover Discovery 5 на 85% сделан из алюминия. Стальными остались только подрамники спереди и сзади, каркас сидений и еще несколько элементов.

И нет ничего удивительного в такой популярности «летучего металла». Его исполнение обеспечивает серьезное облегчение детали, вплоть до 40–50%, а также оптимальную защиту от коррозии.

Например, вес алюминиевого поперечного рычага для BMW и MINI составляет 4,2 кг, что на 20% легче стального, при схожей жесткости. Данный факт не только оказывает благоприятное влияние на неподрессоренные массы транспортного средства, но и упрощает производственную логистику.

И за прочность переживать не стоит. Многочисленные испытания наглядно подтверждают – алюминиевые рычаги и тяги не уступают стальным аналогам.

Детали в 3D

Снизить вес позволяют и передовые производственные технологии. Сейчас активно заговорили о применении 3D-принтеров при изготовлении деталей подвески. Пока это очень дорогое удовольствие, позволить себе которое могут только богатые спортивные команды, но именно из спорта, как известно, берут начало очень многие серийные решения. 3D-печать в этом смысле вряд ли будет исключением, поскольку на ее стороне немало преимуществ, которые уже оценили многие производители автокомпонентов.

Еще в 2018 году на франкфуртской «Автомеханике» был представлен полностью функционирующий, способный нести достаточную нагрузку поперечный рычаг для автомобилей марки BMW, напечатанный на 3D-принтере. В процессе его создания была учтена оптимизация конфигурации, учитывающая возникающие во время эксплуатации автомобиля нагрузки, как, например, торможение до полной остановки и выбоины на дороге. Поэтому большее количество материала было добавлено в наиболее нагруженные зоны, на которые действуют максимальные внешние силы. В результате удалось достичь внушительного сокращения массы изделия, более чем на 40%, за счет экономии материала, обеспеченной более рациональным его распределением с одновременным улучшением стабильности и выносливости рычага.

По однозначному мнению экспертов, при традиционных способах литья или штамповки таким же образом гармонично и сбалансированно распределить материал по телу рычага не представляется возможным в принципе. Поэтому технологии 3D-печати (и не только деталей подвески) имеют в автомобилестроении большое будущее. В связи с этим основная задача в настоящее время заключается в их удешевлении, которое непременно повлечет за собой широкое распространение и доступность более эффективных автокомпонентов. 

Передовые разработки и ошибки

Однако далеко не все технологии, безусловно, подтверждают свои достоинства. Хороший пример: некоторое время назад рынок буквально заполонили пластиковые стойки стабилизатора. Им прогнозировали прекрасные перспективы, и многие специалисты вовсю расхваливали их свойства.

Но опыт эксплуатации оказался печальным – пластик быстро разрушался, не выдерживая возникающих при реальной эксплуатации нагрузок. Не помогли ни ребра жесткости, ни современные материалы, ни прочие конструкционные ухищрения.

Сейчас от таких стоек ответственные производители и разработчики практически полностью отказались, сместив акцент в сторону комбинированных, или, как их еще называют, интегрированных, стоек, состоящих из металлической трубки и пластикового корпуса шарового узла.

Кстати, на сегодняшний день это одна из самых передовых конвейерных технологий.

Гибкие рычаги

Если прогресс в материаловедении не остановится, то уже совсем скоро самые смелые фантазии автомобильных инженеров обретут реальное серийное воплощение. 

Речь идет о гибких рычагах подвески, способных исключить необходимость присутствия в схеме подвески классических упругих элементов (пружин, торсионов, рессор, а также стабилизаторов поперечной устойчивости и амортизаторов). Первый опытный образец ходовой, изготовленной с применением таких рычагов, уже был продемонстрирован широкой публике.

Эта абсолютно революционная технология в автопромышленности позволила спроектировать и собрать независимую подвеску, примерно на 40% сокращающую массу автомобиля. По уверению создателей, ее ресурс составляет не менее 620 тысяч миль (почти 1 миллион километров) и не вызывает никаких вопросов в отношении надежности.

Данной подвеской можно будет комплектовать и легковые, и коммерческие автомобили, к тому же она обеспечивает адаптивность режимов эксплуатации в самом широком диапазоне: от максимально жесткой до максимально мягкой.

Гибкие поперечные рычаги выполнены из композитных материалов, гарантируя не только надежную фиксацию колес, но и гашение всех возникающих в процессе движения колебаний, как в поперечном, так и в продольном направлении. Более того, уже ведутся работы над специальными пьезоволокнами для производства гибких рычагов. Эти пьезоволокна способны под действием напряжения изменять свои характеристики, значительно улучшая показатели демпфирования по сравнению с существующими сегодня наиболее технологичными подвесками.

Однако серийному внедрению подвески на гибких рычагах препятствует высокая стоимость производства. В буквальном смысле слова – ручного производства, поскольку сейчас, чтобы изготовить такую подвеску, необходимо тщательно вручную укладывать волокна особым образом с неукоснительным соблюдением регламентированного направления и толщины.