Навіть затяті бійці гаражних та інтернетних дискусійних баталій часто впадають у ступор під час запитань про стабілізатор поперечної стійкості. Чи так однозначна роль цього елемента в автомобілі? Наскільки великий ризик його поломки? Чи відбувається якийсь еволюційний розвиток або ця деталь «застигла в бурштині часу»?
Як працює і для чого потрібен стабілізатор?
Перші автомобілі, що використовують стабілізатор поперечної стійкості для зменшення кренів кузова в повороті, з’явилися ще в 20-х роках ХХ століття. Стабілізатор (далі для простоти і стислості — СПС) практично завжди, за рідкісними винятками, являє собою П-подібну балку, відформовану з товстого сталевого прута або ти, яка працює за принципом скручуваного торсіона (пружного елемента). На більшості машин він є як мінімум на передній осі, але нерідко зустрічається і другий — на задній. СПУ «напівтвердо» пов’язує один з одним праву і ліву частини підвіски автомобіля, будучи своїми кінцями прикріпленим (безпосередньо або через проміжні шарніри) до симетричних деталей — зазвичай до зовнішніх корпусів амортизаторних стійок на підвісці типу MacPherson або до нижніх важелів у двоважільних важелів (і знову ж таки у MacPherson). Незважаючи на форму у вигляді величезної умовної літери «П», з точки зору фізики стабілізатор — проста пружина.
СПУ дає змогу вкрай простою реалізацією з мінімумом витрат зменшити поперечне розгойдування кузова і поліпшити керованість під час маневрів, не роблячи пружини та амортизатори надмірно жорсткими на звичайній цивільній машині, що позбавило б комфорту водія і пасажирів під час прямолінійного руху. Для їзди по прямій стабілізатор не потрібен, і в роботі підвіски в цьому режимі він практично не бере участі — обидва кінці його коливаються синхронно, разом з колесами, і сила скручування не діє. Під час маневрування ж торсіон автоматично вмикається в роботу і починає скручуватися, збільшуючи жорсткість підвіски з навантаженої сторони (зовнішньої по відношенню до центру радіуса повороту), одночасно притискаючи до дорожнього покриття і тим самим частково вирівнюючи розвантажену сторону (внутрішню).
До речі, не можна не згадати, що існує низка машин, в яких СПУ відіграє важливішу роль, ніж просто зменшення кренів — там, де він виконує одночасно роль і стабілізатора, і поздовжніх розтяжок для стійок Макферсон. З вітчизняних моделей можна назвати, наприклад, Москвич-2141 та ІЖ-2126, та й на іномарках це застосовувалося — наприклад, на старих Mazda 70-80-х років і багато де ще. З одного боку, це рішення має більш технологічний вигляд, але з іншого, надійність від СПУ потрібна подвійна, бо під час зламу на ходу звичайного стабілізатора загалом нічого катастрофічного не відбувається, а під час зламу стабілізатора, що виконує, зокрема, і роль розтяжок, колесо різко йде назад, заклинюючи від тертя в ніші колісної арки…
Mazda RX-2 1972 року
Прибрати чи подвоїти?
Незважаючи на важливість і ефективність, стабілізатор поперечної стійкості — деталь все ж таки допоміжна. І за її відсутності автомобіль не втрачає можливості пересуватися і не стає фатально небезпечним — хоча, безумовно, в деяких ситуаціях контроль з боку водія знижується. І не можна не відзначити, що зрідка трапляються приклади цілком собі штатної відсутності цієї деталі — причому йдеться аж ніяк не тільки про першу половину ХХ століття, як можна подумати. Наприклад, стабілізатора не мали, не особливо страждаючи від його відсутності, тисячі ранніх Renault Logan у найпростіших і бюджетних комплектаціях — а це вже цілком собі середина 2000-х, на хвилиночку…
Типовий випадок автомобіля без стабілізатора — машина в стадії ремонту і очікування запчастин. Якщо СПС повністю вийшов з ладу (чому і як це трапляється, ми розповімо нижче) і потребує заміни на новий або «контрактний» (до чого ж я не люблю цей кривий термін по відношенню до будь-якого мотлоху з розборок), то автомобіль зовсім необов’язково ставити на прикол в очікуванні деталей. Для неспішної міської або навіть заміської їзди на дозволених швидкостях і без навмисних «шашок» тощо відсутність стабілізатора практично непомітна тому, хто сидить за кермом. Або, скажімо, якщо щось пішло не так під час заміни стійок-«кісточок» — наприклад, одну або обидві стійки вже знято, а куплені нові раптово виявилися не того типу: у цій ситуації можна не ставити назад старі «лінки», а спокійно поїхати до магазину з не функціонуючим СПС.
А бувають випадки, коли стабілізатор відключають (відкручуванням одного з кінців літери «П») або навіть знімають цілком навмисно за повної його справності. Наприклад, частенько цим грішать власники Ниви. Однак не варто огульно звинувачувати їх у «безграмотному колгоспному втручанні в сертифіковану конструкцію» — якщо людина розуміє, як працює стабілізатор, і чітко бачить різницю в реакціях автомобіля, то усвідомлена відмова від «стаба» не повинна завдати шкоди. Роблять це насамперед для збільшення незалежних один від одного вертикальних ходів підвіски переднього моста на бездоріжжі — нерідко саме пружність стабілізатора погіршує контакт із поверхнею одного з коліс. Попутним бонусом, який отримують від такого «антитюнінгу» власники Ниви, стає зниження вібрацій і шуму в салоні на дрібних нерівностях, які стабілізатор, через свою сутність, допомагає передавати на кузов у будь-якого автомобіля. Ну а мінуси — цілком передбачувані: збільшення кренів у поворотах і ефект деякого «запізнювання» реакції коліс на кермо. Щоправда, не можна сказати, що ці мінуси фатально змінюють поведінку автомобіля і роблять його прямо-таки небезпечним. Так, змінюють, але помірно. І оскільки Нива і так далеко не шедевр керованості, адекватний водій здатний компенсувати зміни в поведінці автомобіля контролем швидкісного режиму і маневрів.
Ну й інша крайність — посилення ефективності штатного стабілізатора. Специфічний захід з метою отримання деякого поліпшення керованості укупі з яскраво вираженими «антихребцевими» властивостями, який проводять усвідомлено в основному на дійсно спортивних снарядах, а не на повсякденних міських тачках. Хоча і з суто міськими це проробляють, але тут вже про усвідомленість не йдеться — як правило, такою мишачою метушнею займаються юні «стрітрейсери» на старій-добрій «класиці» від ВАЗа, для якої навіть серійно випускають комплекти встановлення другого рідного стабілізатора поверх уже наявного. Таке рішення дає змогу швидко подвоїти пружність торсіона, не застосовуючи болгарку, зварювання і зайві витрати. Щоправда, кінцевий сенс все одно залишається туманним…
Чому скрипить стабілізатор?
Справний стабілізатор під час роботи мовчазний, але рано чи пізно здатний породжувати два типи звуків — стуки і скрипи. Перші нас зараз не цікавлять, оскільки з ними все доволі просто, і виробляються вони виключно кульовими шарнірами стійок стабілізатора — так званими «кісточками» або «лінками». А ось скрип (часом надзвичайно гучний і неприємний) видає сам стабілізатор, провертаючись у втулках кріплення до підрамника або рами — вони ж іменуються «подушками». І ось робота цих подушок нерідко викликає непорозуміння у автовласників — зокрема і цілком рукатих, здатних самостійно ремонтувати свій автомобіль. Та й сервісмени часом туплять…
Головне, що треба знати — стрижень штанги стабілізатора за жодних обставин не повинен ковзати всередині подушки. Подушка — це не класичний шарнір, це сайлентблок. Тобто, поворот осі (в даному випадку — штанги) в цьому вузлі допускається лише на незначний кут і не за рахунок ковзання, а за рахунок пружного скручування масиву гуми!
Це вкрай важлива теза, яку багато хто ігнорує: у Мережі можна знайти безліч історій того, як люди всерйоз змащують (!) різними мастилами ці вузли під час заміни подушок або під час спроби усунути скрип без розбирання, закладають між штангою та подушкою, а також між подушкою та скобою консистентні змащення або намагаються внести туди рідкі змазки з аерозольних балонів чи шприців. Робити так категорично не можна! Ну або якщо вже робити, то щонайменше з повним розумінням того, що це — неправильно і робиться з метою суто тимчасово усунути скрип.
Коли мастило потрапляє в зону контакту подушки і штанги СПУ, сайлентблок зникає, і на його місці виникає звичайний шарнір, в якому сталь обертається в гумі, видаючи звуки і стрімко її зношуючи. У щілини від зносу потрапляє пісок і вода, і процес прискорюється. Результат — тимчасове припинення скрипу (поки калюжами не вимиє оливу), зношення втулки-подушки і швидке прискорення зношування штанги. Коли ж цей вузол працює правильно (саме в режимі сайлентблока), рух штанги відбувається тільки за рахунок пружного скручування гуми — і він абсолютно безшумний!
Повторимося ще раз. Причина скрипів — саме провертання штанги в подушці, чого бути за жодних обставин не повинно. А причин провороту може бути кілька:
- Невдалий підбір (на конвеєрі або самим автовласником) подушки або недотримані її розміри (брак) — отвір завеликий, а зовнішні габарити надто малі, щоб їх якісно обжала скоба. Або занадто еластична (чи навпаки, жорстка) гума. Лікування — пошук оптимальних подушок.
- Знос самої штанги в зоні встановлення подушок, коли її діаметр зменшується. Лікування (якщо не хочеться міняти СПУ цілком) — підбір позаштатних подушок з меншим діаметром отвору і аналогічним зовнішнім профілем. Або іншим профілем — але тоді і з заміною кріпильних скоб на відповідні.
- Відшарування фарби на штанзі стабілізатора в зоні втулок — у цій ситуації навіть за умови незношеної штанги і якісних втулок виникає проворот зі скрипами. Лікування — зняття подушок, ретельна зачистка стрижня штанги в зоні кріплення і зворотне складання (бажано з новими подушками).
- Необдумане використання деталей з поліуретану як альтернативних подушок. Нерідко поліуретан обирають із такою високою жорсткістю, що він виявляється в принципі нездатним працювати на нормальне скручування в режимі сайлентблока, і одразу починає діяти як ковзний шарнір з усіма наслідками, що випливають з цього.
Розширення можливостей системи СПУ
Зрозуміло, що характеристики стабілізатора поперечної стійкості класичної торсіонної конструкції — жорсткі, фіксовані. Пружність штанги, її форма і довжина ходів, що випливає з неї, закладені на заводі і, зрозуміло, є компромісними. Канонічний СПУ покращує керованість у поворотах помірно, щоб не породити дискомфорт під час їзди по прямій. Хоча на хорошому шосе на високій швидкості йому б добре бути жорсткішим, ніж типово стоковий, а на вибоїстій ґрунтовці непогано і зовсім тимчасово «зникнути». Зважаючи на це, практично у всіх найбільших світових автовиробників у різний час з’явилися фірмові технології стабілізаторів зі змінними характеристиками, керованими за допомогою механіки, гідравліки або електрики.
Найпростіша конструкція просунутого СПУ — з електромеханічним відключенням. Як, наприклад, на Nissan Patrol/Safari з покоління Y61. На цих позашляховиках у стабілізатора (причому тільки на задньому мосту — передній такою системою не володів) було два доступних водієві стани — активовано і деактивовано. Одна з «кісточок» стабілізатора була простою, як на більшості машин, з кульовими шарнірами. А ось друга — особливої телескопічної конструкції і з блокувальним механізмом усередині: впоперек стрижня «лінка» рухався штифт-фіксатор, входячи в паз на стрижні. Фіксатор приводився в рух тросом, у замкненому стані стійка була жорсткою, з’єднувалася з рамою, і стабілізатор працював. Коли водій перед бездоріжжям розмикав механізм, стійка звільнялася від штифта, і її телескопічна конструкція починала рухатися вільно — стабілізатор переставав діяти, даючи більше свободи підвісці. Керувалася система кнопкою з салону, яка подавала живлення на блок із моторчиком, що тягнув і штовхав тросик. Також був електронний модуль, який отримував сигнали від датчика швидкості — при перевищенні швидкості руху 20 км/год стабілізатор автоматично активувався незалежно від бажання водія. Серед плюсів рішення потрібно назвати відносну простоту (і навіть можливість після невеликого доопрацювання управлятися просто потяжкою троса вручну!), а серед мінусів — схильність до стукоту і від самого початку закладену низку невдалих рішень: крихкий редуктор приводу троса та незахищений
Система Nissan використовувала для з’єднання СПУ з кузовом просту телескопічну стійку, у якої здатність розсуватися/задвигатися могла блокуватися механічно. Подальшим розвитком ідеї стало розуміння того, що телескопічну стійку можна зробити гідравлічною, схожою на мініатюрний амортизатор. У цьому разі регулюванням тиску рідини можна не просто вмикати/вимикати СПУ, а й керувати ним у безперервному режимі, відстежуючи швидкість, бічний знос і кут повороту керма. Така система під назвою Active Cornering Enhancement з’явилася, наприклад, на Land Rover Discovery другого покоління (з 1998 року). Влаштована вона була надзвичайно складно — на передньому і задньому стабілізаторах замість однієї зі стійок монтувалися потужні гідроциліндри з підведеними до кожного двома гідромагістралями високого тиску для руху штока вперед і назад — аналогічні тим, що управляють рухом ковша або стріли на бульдозерах і підйомних кранах. Насос, що отримує обертання від двигуна, підтримував постійний високий тиск у системі, а клапанний комутаційний блок за сигналами від потужного електронного контролера безперервно (і дуже швидко!) змінював тиск у гідроциліндрах, забезпечуючи автоматичну безступінчасту зміну жорсткості обох поперечних стабілізаторів залежно від дорожніх умов. Інжиніринг рішення вражав, але все псувала загальна репутація LR у ті роки — надійність системи ACE була невелика, а відновлення несправної коштувало шалених грошей.
Комплекс Kinetic Dynamic Suspension System (KDSS) у Toyota, добре відомий за сімейством Land Cruiser, — це, якщо так можна висловитися, розумним чином спрощена система ACE від Land Rover. У KDSS так само є два стабілізатори (спереду і ззаду), і вони також з’єднані з рамою через гідроциліндри (по одному на стабілізатор), здатні змінювати свою довжину. Ось тільки з системи виключено гідронасос і гідробак під капотом, оскільки рідина переміщається між переднім і заднім циліндрами, як між сполученими посудинами, сама собою, без нагнітання тиску ззовні. Передній і задній циліндри з’єднані тками через клапанний блок, що дає змогу рідині перетікати з одного резервуара в інший із різною інтенсивністю. Коли клапани повністю відкриті, штоки в гідроциліндрах ходять вільно, і стабілізатори не працюють — це режим для бездоріжжя, що максимально звільняє артикуляцію підвіски. Коли клапани повністю закриті — режим найбільшої жорсткості СПС для швидкого руху по рівному шосе. Ну а проміжні адаптивні режими дають змогу відстежувати за допомогою електроніки безліч чинників і активно керувати клапанами, змінюючи жорсткість обох стабілізаторів у широких межах.
Toyota Kinetic Dynamic Suspension System (KDSS)
Власне і доволі цікаве рішення застосувала Audi, повністю пішовши від гідравліки. За принципом дії інгольштадтська система eAWS надзвичайно схожа на… шуруповерт! Стабілізатор поперечної стійкості кросоверів Audi має доволі традиційну П-подібну форму та абсолютно класичну кінематику роботи, але при цьому він розрізаний на дві Г-подібні половини, з’єднані між собою електродвигуном із планетарним редуктором — як у будь-якого шуруповерта. Уявіть, що одна половина розрізаної балки стабілізатора затиснута в патрон цього умовного «шуруповерта» без рукоятки, а друга — прикріплена до його корпусу. Якщо подати живлення на електродвигун, Г-подібні половини рухатимуться одна відносно одної точно так само, як рухаються в процесі роботи «роги» найпростішого ціликового стабілізатора. Але в системі eAWS електродвигун створює змінне зусилля, що відповідає за пружність торсіона СПУ, і що більшу потужність подає на мотор електронний блок від спеціальної допоміжної 48-вольтової батареї, то більш ефективно стабілізатор компенсує крени кузова. Подібне рішення виглядає, будемо відверті, вищим пілотажем автоінжинірингу — дуже нагадує відомий еволюційний епізод, коли складну, прецизійну і недешеву систему гідропідсилювача керма повсюдно витіснив електропідсилювач, який не потребує насосів, бачків, топроводів високого тиску, відповідальних ущільнювачів рульового механізму та інших особливостей комплексу ГУР! Єдина заочна пр
Питання до конвеєра
У нашій країні великим виробником стабілізаторів поперечної стійкості є компанія KAC з Кінешми. Завод робив СПС ще для Москвичів і задньопривідних Жигулів, сьогодні випускає їх для ВАЗа, УАЗа, Haval, PSA. А до санкцій завод був найбільшим постачальником концерну ZF/TRW в Європі і поставляв стабілізатори на всі автоскладальні конвеєри на території Молдові.
«Колеса» поспілкувалися з головним інженером заводу В’ячеславом Воркуновим .
К.: Штанга стабілізатора буває з цільного сталевого прутка або з порожнистої тки — в чому різниця? Чи можна вважати одне рішення застарілим, а інше — більш сучасним?
В’ячеслав Воркунов: Більшість автомобілів до 2010 року мали штангу з цільного прутка, потім поступово їх витіснили порожнисті штанги — спершу на передній осі, а потім і на задній. У плані ефективності та довговічності різниці немає. Стабілізатор з будь-якими потрібними характеристиками можна виготовити як з прутка, так і з ти. Вважається, що конструкція з ти — це сучасніший вид стабілізатора, оскільки питома вага самої штанги менша за аналогічне рішення з прутка в середньому на 25-35%. У тренді повсюдного полегшення автомобілів заради зниження витрати палива це актуально.
К.: Яка довговічність у кілометрах і/або роках СТП на середньостатистичному сучасному легковому автомобілі? Наскільки реальні випадки зламу штанги і чи можна їх якось прогнозувати? Чи має сенс у якийсь момент превентивно міняти стабілізатор, не чекаючи, поки він лопне?
В’ячеслав Воркунов: Під час проектування автомобіля штангу стабілізатора формально розраховують на весь термін служби експлуатації. Реальний термін служби стабілізатора залежить від активності їзди: що більше йде навантаження на СПС (більше крутих поворотів на високій швидкості, більше їзди ґрунтовками тощо), то менший ресурс. По суті, приводом до превентивної заміни може слугувати або явна деформація (скручування штанги з перекосом кузова), або сильний знос стабілізатора в зоні втулки-«подушки», де згодом утворюється виробіток поверхні, яка є концентратором напружень з ризиком подальшого зламу. Інцидентів із раптовим зламом СПС — не так багато, але з них 95% — «втома» штанги, близько 5% — ДТП, і менш як 1% — так званий «кришталевий злам», коли штанга потрапляє в резонанс або через швидку зміну температурних умов, зазвичай під час експлуатації взимку та під час початку руху. Наприклад, інтенсивний старт гребінчастою ґрунтовкою в сильний мороз. І навіть попереднє прогрівання двигуна до номінальної робочої температури тут марне — просто потрібно плавно починати рух, а не гнати «з місця в кар’єр».
Складальний стенд: складання на штангу подушок і стійок стабілізатора
К.: Зрозуміло, що ваше підприємство не випускає жодних складних систем стабілізаторів зі змінними характеристиками. Але хоча б у самих штангах з’явилися якісь новації за останні роки, крім переходу з прутка на ту?
В’ячеслав Воркунов: Зазначу, до речі, що навіть у найскладніших і найпросунутіших системах активного керування жорсткістю стабілізатора поперечної стійкості в «основі піраміди» з гідравліки та електроніки лежить все одно проста штанга-торсіон, від якої нікуди не дітися. Еволюційні зміни її зачіпають слабо навіть у найперших лідерів серед автовиробників. У нас же фактично єдине, що з’явилося з нового останніми роками, — це штанги стабілізатора з інтегрованими втулками (подушками), в молдавському автопромі вони були застосовані вперше на Lada Vesta. Привулканізовані до стрижня штанги подушки запобігають скрипам під час скручування стабілізатора на нерівностях дороги; збільшується термін експлуатації і самих подушок, і штанги загалом, адже між подушкою і штангою не потрапляє абразив і не «гризе» її. Єдиний мінус такого рішення — вартість під час заміни.
