Многокамерная пневмоподвеска: шаг в будущее или ненужное баловство автопроизводителей?
Пневматическая подвеска в легковом автомобиле давно уже не экзотика, и уж тем более не редкость на грузовом транспорте — ее применяют уже более 50 лет. Но тем не менее еще не все вершины покорены. Новые технологии дают возможность применить в автомобилях идеи, которые ждали внедрения с 70-х годов прошлого века.
В самом начале XX столетия американец Уильям У. Хамфрис запатентовал одну из первых весьма примитивных реализаций пневматической подвески для телег и машин.
Пневматические подвески получили некоторое распространение в межвоенный период на крупном дорожном и железнодорожном транспорте, но для легковых машин оставались слишком сложными и тяжелыми.
Как это часто бывало в истории техники, Вторая мировая война сильно повлияла на развитие технологии. Пневматические пружины массово использовали в тяжелой авиации для шасси и пытались применить для тяжелых гусеничных машин. Наработки этого периода дали плоды сразу после окончания войны. Уже в 1946 году Уильям Башнелл представил свой прототип новой версии минивэна Stout Scarab с пневмоподвеской и пластиковым кузовом.
Первый легковой прототип на пневмоподвеске — минивэн Stout Scarab 1946 года
А уже в 1955-му гидропневматическая подвеска применялась на серийном Citroen DS. Очень важно отметить тот факт, что конструкция гидропневматики обеспечивала раздельное регулирование жесткости и уровня подвески, а также подтверждала высочайшую комфортность пневматических пружин для легкового автомобиля.
Первый серийный легковой автомобиль с пневмоподвеской — Citroen DS 1955 года
В 1957 году пневмоподвеска «в чистом виде» была применена корпорацией GM на Cadillac Eldorado Brougham, а как опция стала доступна и для других машин этой марки. В Европе пневмоподвеска классической конструкции на серийной машине впервые появилась у забытой нынче, но популярной в прошлом премиальной марки Borgward, на модели P100, в 1960 году. А в 1962-м эстафету подхватил Mercedes на машинах в кузове W112. Дальше перечислять бесполезно, но пневматика нашла свое место и в грузовом автотранспорте, и в автобусах, где пригодилась ее адаптивность по нагрузке. В легковых автомобилях она чаще всего применяется на автомобилях премиум-класса и внедорожниках — для повышения комфорта и управления клиренсом.
Обширная практическая база и теория к этому моменту позволяли однозначно утверждать, что пневматические пружины обеспечивают намного более высокий уровень комфорта, чем любые варианты обычных неактивных подвесок. За счет работы дросселирующей системы пневмобаллон гасит часть колебаний, выступая, таким образом, амортизатором. К тому же типичная упругая характеристика пневмопружины сильно отличается от простой механической системы: так, на частотных характеристиках подвески с пневматикой почти не сказывается рост неподресоренных масс, а высокочастотные вибрации через пневматику не передаются вовсе. К тому же возможна обратная связь и жесткий контроль уровня кузова, что улучшает работу подвески и возможность изменения клиренса. Более сложные системы с несколькими пневмопружинами переменной упругости и системы с регулируемым диаметром дросселя между пневмосистемой и баллоном в машинах применить не удавалось, но на железнодорожном транспорте их испытывали и применяли.
Новый этап в истории «пневматики» начался с внедрением в автомобили электронных систем контроля шасси. Появление электрорегулируемых стоек TEMS совместно с пневмопружинами на Toyota в 1986-м и ECAS — полноценной системы автоматической регулировки пневматики шасси — на Range Rover в 1993 году продемонстрировало дополнительные возможности таких систем.
Неудивительно, что в 1998-м на флагманском Mercedes W220 эти возможности регулировки объединили, и на серийной машине впервые появилась полностью адаптивная подвеска AIRMATIC, регулирующая как работу амортизаторов, так и уровень кузова, и жесткость каждого пневмобаллона индивидуально, в зависимости от дорожной обстановки.
Следующим шагом на пути улучшения характеристик пневматической подвески стала возможность «развязать» ранее связанные параметры упругости и высоты подвески. Для этого потребовалось внедрить двух- и трехкамерные пневмобаллоны, имеющие один объем, для изменения высоты подвески, и еще несколько — для изменения упругости и частотных характеристик. В 2016 году первые серийные машины с этой системой под названием Air Body Control представил Mercedes, но сейчас применением подобных систем могут похвастаться уже машины почти всех премиальных европейских марок.
В чем преимущество такой подвески? Опыт применения многоуровневой амортизации на железнодорожном транспорте и грузовых автомобилях убедительно доказал, что это позволяет сохранить комфорт подвески при ограничении ее хода, улучшить виброакустические характеристики и уменьшить металлоемкость.
В легковом автомобиле невозможно внедрить громоздкий направляющий аппарат для многоуровневого рессорного подвешивания. Реализованные на гоночных машинах составные пружины и пружины с большим переменным шагом имеют лучшие характеристики, но требуемых параметров по комфорту с ними достичь невозможно.
Многокамерный пневмобаллон и амортизатор с изменяемыми характеристиками вполне успешно решают эту задачу, используя сравнительно простой направляющий аппарат обычной подвески.
Электронно-управляемый амортизатор сам по себе уже позволяет сильно менять характеристики подвески, а в сочетании с возможностями упругого элемента возможности системы многократно возрастают. Линейная характеристика такой подвески настраивается в очень широком диапазоне.
Более тонкая подстройка частотных характеристик подвески расширяет возможности настройки управляемости и комфорта. А достигается это всего лишь небольшим усложнением конструкции. Лишняя камера и ее арматура внедряются почти безболезненно, заметно усложняется блок управления (он же — блок клапанов), а число каналов регулирования системы увеличивается соразмерно числу камер. Зато кратно возрастает сложность настройки системы. Впрочем, настолько же в теории увеличиваются и возможности. Неудивительно, что если «простая» пневмоподвеска уже применяется на машинах от D-класса включительно и вовсю устанавливается энтузиастами вообще на любые транспортные средства, то многокамерные подвески пока принадлежность топовых исполнений самых дорогих авто.
Каков итог?
К сожалению, большие возможности не всегда означают высокие характеристики. Повышение возможностей настройки подвески у многокамерных пневмостоек на практике сдерживается не самыми удачными настройками систем для обычного ежедневного применения. И пусть такие машины лучше проходят трассу «Нюрбургринг», многие уважаемые автомобильные издания отмечают, что с обычными пружинными подвесками или с обычной пневматикой машины имеют более цельный характер и лучше настроены, при этом не всегда отличаются худшим комфортом. Возможно, именно по этой причине как минимум компания BMW отказывается от применения новейшей технологии и заявляет, что многокамерные пневмостойки ей не нужны, а на новой 5 Series производитель полностью отказался от применения пневмоподвески. Впрочем, со временем все может измениться.
Пневморессора: основа пневматической подвески
Во многих современных транспортных средствах применяется пневматическая подвеска с регулируемыми параметрами. Основу подвески составляет пневморессора — все об этих элементах, их типах, конструктивных особенностях и функционировании, а также о верном выборе и замене данных деталей читайте в статье.
Что такое пневморессора?
Пневморессора (пневматическая рессора, пневмоподушка, пневмобаллон) — упругий элемент пневматической подвески транспортных средств; пневматический баллон с возможностью изменения объема и жесткости, располагающийся между колесной осью и рамой/кузовом автомобиля.
Подвеска колесных транспортных средств построена на элементах трех основных типов — упругих, направляющих и демпфирующих. В различных типах подвесок в качестве упругого элемента могут выступать пружины и рессоры, в качестве направляющего — разного рода рычаги (а в рессорной подвеске — те же рессоры), в качестве демпфирующего — амортизаторы. В современных пневматических подвесках грузовых и легковых автомобилей также присутствуют эти детали, однако роль упругих элементов в них выполняют специальные воздушные баллоны — пневморессоры.
На пневморессору возлагается несколько функций:
Передача моментов от дорожного покрытия на раму/кузов автомобиля;
Изменение жесткости подвески в соответствии с нагрузкой и текущими дорожными условиями;
Распределение и выравнивание нагрузки на колесные оси и отдельные колеса автомобиля при неравномерной загрузке;
Обеспечение устойчивости транспортного средства при движении по уклонам, неровностям дороги и выполнении поворотов;
Повышение комфортабельности транспортного средства при движении по дорогам с различным покрытием.
То есть, пневморессора играет в системе подвешивания колес ту же роль, что и обычная рессора или пружина, но при этом позволяет изменять жесткость подвески и регулировать ее характеристики в зависимости от дорожных условий, загрузки и т.д. От состояния и качества работы данного узла зависит функционирование всей подвески, неисправный пневмобаллон должен как можно скорее подвергаться замене. Но прежде, чем приобретать новую пневматическую рессору, следует разобраться в существующих типах этих деталей, их конструкции и принципе работы.
Типы, конструкция и принцип работы пневморессор
В настоящее время используется три типа пневматических рессор:
Баллонные;
Диафрагменные;
Смешанного типа (комбинированные).
Пневморессоры различных типов имеют свои конструктивные особенности и отличаются принципом работы.
Баллонные пневматические рессоры
Это наиболее простые по конструкции устройства, которые находят самое широкое применение на различных транспортных средствах. Конструктивно такая пневморессора состоит из резинового баллона (многослойной резинокордной оболочки, по конструкции аналогичной резиновым шлангам, покрышкам и т.д.), зажатого между верхней и нижней стальными опорами. В одной опоре (как правило — в верхней) располагаются патрубки для подачи и стравливания воздуха.
По конструкции баллона данные устройства делятся на несколько типов:
В бочкообразных пневморессорах баллон выполнен в виде цилиндра с прямыми или закругленными (в виде половины тора) стенками, это самый простой вариант. В сильфонных устройствах баллон разделен на две, три или большее число секций, между которыми располагаются опоясывающие кольца. В гофрированных рессорах баллон имеет гофрирование по всей длине иди только на ее части, на нем также могут присутствовать опоясывающие кольца и вспомогательные элементы.
Работает пневморессора баллонного типа просто: при подаче сжатого воздуха в баллоне повышается давление, и он несколько вытягивается в длину, что обеспечивает подъем транспортного средства или, при высокой загрузке, удерживание уровня рамы/кузова на заданном уровне. Одновременно с этим повышается и жесткость подвески. При стравливании воздуха из баллона давление снижается, под воздействием нагрузки баллон сжимается — это приводит к снижению уровня рамы/кузова и понижению жесткости подвески.
Часто пневматические рессоры такого типа называются просто пневмобаллонами. Эти детали могут использоваться как в виде самостоятельных упругих деталей подвески, так и в составе с дополнительными элементами — пружинами (витые пружины большого диаметра располагаются снаружи баллона), гидравлическими амортизаторами (такие стойки применяются на легковых автомобилях, внедорожниках и прочей относительно легкой технике), и т.д.
Диафрагменные пневматические рессоры
Пнеморессора рукавного (диафрагменного) типа
Разрез диафрагменной пневморессоры рукавного типа
Сегодня существует две основных разновидности этого типа пневморессор:
Диафрагменные;
Диафрагменные рукавного типа.
Диафрагменная пневматическая рессора состоит из нижнего корпуса-основания и верхней опоры, между которыми располагается резинокордная диафрагма. Размеры деталей подобраны таким образом, что часть верхней опоры с диафрагмой может входить внутрь корпуса-основания, на чем и основана работа данного типа пневморессор. При подаче сжатого воздуха в корпус верхняя опора выдавливается и приподнимает всю раму/кузов транспортного средства. При этом жесткость подвески возрастает, а при движении по неровностям дорожного покрытия верхняя опора совершает колебания в вертикальной плоскости, частично демпфируя удары и вибрацию.
Диафрагменная пневморессора рукавного типа имеет аналогичную конструкцию, однако в ней диафрагма заменена резиновым рукавом увеличенной длины и диаметра, внутри которого располагается корпус-основание. Такая конструкция может значительно изменять свою длину, что позволяет в широких пределах менять высоту и жесткость подвески. Пневморессоры данной конструкции нашли самое широкое применение в подвесках грузовых автомобилей, обычно они используются в качестве самостоятельных деталей без дополнительных элементов.
Комбинированные пневматические рессоры
В таких деталях объединены компоненты диафрагменных и баллонных пневморессор. Обычно баллон располагается в нижней части, диафрагма — в верхней, такое решение обеспечивает хорошее демпфирование и позволяет в широких пределах регулировать характеристики подвески. Пневморессоры данного типа находят ограниченное применение на автомобилях, чаще их можно встретить на железнодорожном транспорте и в различных специальных машинах.
Место пневматических рессор в подвеске транспортного средства
Пневматическая подвеска строится на основе пневморессор, располагающихся на каждой оси со стороны колес — там же, где устанавливаются обычные продольные рессоры и стойки. При этом в зависимости от типа транспортного средства и действующих нагрузок на одной оси может располагаться различное количество пневматических рессор того или иного вида.
В легковых автомобилях редко используются отдельные пневморессоры — чаще всего это стойки, в которых объединены гидравлические амортизаторы с обычными, сильфонными или гофрированными пневмобаллонами. На одной оси располагается по две таких стойки, они заменяют собой обычные стойки с пружинами.
В грузовых автомобилях чаще применяются одиночные пневморессоры рукавного и сильфонного типов. При этом на одной оси может устанавливаться две или четыре пневматических рессоры. В последнем случае в качестве основных упругих элементов используются рукавные рессоры, обеспечивающие изменение высоты и жесткости подвески, а в качестве вспомогательных — сильфонные, которые выполняют роль демпферов и служат для изменения жесткости подвески в определенных пределах.
Пневматические рессоры входят в состав общей пневмоподвески. Сжатый воздух в данные детали подается по трубопроводам от ресиверов (воздушных баллонов) через краны и клапаны, управление пневморессорами и всей подвеской осуществляется из кабины/салона автомобиля с помощью специальных кнопок и переключателей.
Как правильно выбрать, заменить и обслуживать пневморессоры
Пневматические рессоры всех типов в процессе эксплуатации транспортного средства подвергаются значительным нагрузкам, что приводит к их интенсивному износу и зачастую оборачивается поломками. Наиболее часто приходится сталкиваться с повреждениями резинокордных оболочек, в результате которых баллон теряет герметичность. Поломки пневморесор проявляются креном транспортного средства при стоянке с выключенным двигателем и невозможностью в полной мере регулировать жесткость подвески. Неисправную деталь необходимо проверить и заменить.
На замену используется рессора того же типа, что была установлена ранее — новая и старая детали должны иметь одинаковые установочные размеры и рабочие характеристики. В большинстве автомобилей придется покупать сразу две пневморессоры, так как рекомендуется менять обе детали на одной оси, даже если вторая вполне исправна. Замена выполняется в соответствии с инструкцией к транспортному средству, обычно эта работа не требует значительного вмешательства в подвеску и может быть проведена довольно быстро. При последующей эксплуатации автомобиля пневморессоры необходимо регулярно осматривать, промывать и проверять их герметичность. При выполнении необходимого технического обслуживания пневморессоры будут надежно работать, обеспечивая качественное функционирование всей подвески.
Пневматическая подвеска: как это работает?
Пневматическая подвеска автомобиля – это разновидность подвески, при помощи которой имеется возможность регулировки клиренса (высоты кузова относительно дорожного полотна). В настоящее время пневмоподвеска довольно широко применяется на грузовиках и полуприцепах. Легковые автомобили также оборудуются пневмоподвеской, однако это касается в большей степени машин бизнес-класса. В пневматической подвеске в качестве упругих элементов применяются пневмоупоры на каждом колесе.
Стоит отметить, что пневматическая подвеска не является отдельным видом подвески автомобиля. Пневмоподвеска может основываться на конструкциях уже имеющихся подвесок. Пневмоэлементы могут быть смонтированы на стойках МакФерсон, многорычажной подвеске, упругой балке и прочих. Основным предназначением пневмоподвески является обеспечение более высокого уровня безопасности и комфорта при вождении. Стоит отметить, что адаптивная подвеска многих автомобилей бизнес-класса основана именно на пневматических упругих элементах с динамически изменяющейся жесткостью.
Разновидности пневматических подвесок
Можно выделить три основных типа пневмоподвески: одно-, двух- и четырехконтурная. Также следует отметить, что пневмоподвеска может входить в комплектацию автомобиля, а может устанавливаться и самостоятельно. При самостоятельной установке наиболее часто пневмоподвеска позволяет лишь изменять высоту кузова в ручном режиме.
Одноконтурная система устанавливается только на одну ось автомобиля. Это может быть как передняя, так и задняя ось. В штатном исполнении одноконтурной системой наиболее часто комплектуются грузовые автомобили и седельные тягачи. В данном случае имеется возможность регулировки жесткости задней оси в зависимости от загрузки автомобиля.
Двухконтурная система пневмоподвески может быть установлена как на одну ось, так и на две. В случае с установкой на одну ось, осуществляется независимое регулирование колес. Если двухконтурная система осуществляет управление двумя осями, то это аналогично двум одноконтурным системам.
Четырехконтурная система является наиболее сложной, но и наиболее функциональной. В такой системе осуществляется регулировка пневмоподпора каждого колеса. В четырехконтурных система, как правило, применяется электронный блок управления, который в совокупности с датчиками осуществляет автоматическую регулировку давления в пневмоэлементах.
Устройство пневмоподвески
Простейшая пневматическая подвеска имеет в конструкции следующие основные элементы:
Пневматическая подвеска, что это?
упругие пневмоэлементы на каждое колесо;
устройство подачи сжатого воздуха (компрессор);
воздушный ресивер;
воздушные магистрали;
датчики и блок управления подвеской.
Упругие пневмоэлементы являются исполнительными механизмами подвески, в задачи которых входит регулировка и поддержание клиренса. Регулировка может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Изменение высоты кузова относительно дороги осуществляется за счет изменения давления воздуха в пневмоэлементах.
Пневмоэлемент может иметь разные исполнения – самостоятельный узел или совмещенный с амортизатором. Во втором случае упругий пневмоэлемент наиболее часто называется пневматической амортизаторной стойкой. Пневматические стойки могут быть установлены практически на любой тип подвески. Конструктивно пневмоэлемент состоит из корпуса, штока с поршнем и манжеты.
Компрессор предназначен для подачи сжатого воздуха в ресивер и далее в исполнительные механизмы. Стоит отметить, что компрессор является основным конструктивным элементом подвески, так как без сжатого воздуха работа пневмоподвески просто невозможна.
Воздушный ресивер предназначен для осуществления регулировок клиренса в малых пределах без участия компрессора. Также за счет ресивера достигается быстрая и адекватная работа адаптивных подвесок.
Воздушные магистрали соединяют все элементы пневматической подвески в единую пневмосистему.
Электронные датчики позволяют отслеживать такие параметры как положение кузова относительно дороги, наклон кузова, ускорение автомобиля и прочие параметры. Блок управления предназначен для обработки сигналов датчиков и осуществления автоматической или ручной регулировки подвески.
Принцип работы пневмоподвески
Пневмоподвеска позволяет регулировать высоту кузова в ручном и автоматическом режиме.
В ручном режиме водитель имеет возможность самостоятельно увеличивать или уменьшать дорожный просвет автомобиля. А если в конструкции подвески имеются пневматические амортизаторные стойки, то в этом случае также имеется возможность регулировки жесткости подвески.
Автоматический режим работы разных подвесок может существенно отличаться. Стоит отметить, что в автоматическом режиме работают именно адаптивные подвески, в обязанности которых входит поддержание определенного клиренса и жесткости амортизаторов в зависимости от различных условий. Наиболее часто в алгоритме работы адаптивной пневмоподвески используются такие параметры как скорость, ускорение, наклон и прочие.
В зависимости от скорости движения, интенсивности ускорения, система подстраивает значение клиренса для наилучшей аэродинамики автомобиля. При прохождении поворотов на большой скорости оцениваются крены машины, и за счет сжатого воздуха увеличивается жесткость нагружаемых амортизаторных стоек. Адаптивная пневмоподвеска позволяет максимально снижать центр тяжести автомобиля, за счет чего достигается лучшая управляемость и аэродинамика.
Плюсы и минусы
Плюсы:
Основным достоинством пневматической подвески является высокая плавность хода автомобиля и отсутствие каких-либо шумов, так как в качестве упругого элемента используется сжатый воздух. Однако в зависимости от предназначения автомобиля, пневмоподвеска может быть и, напротив, – жесткой. К достоинствам также можно отнести автоматическое регулирование клиренса и жесткости отдельных стоек в движении. Однако это относится лишь к заводским исполнениям адаптивных подвесок. Самостоятельная установка четырехконтурной пневмоподвески с автоматическим управлением очень сложна и затратна, поэтому такая практика не применяется.
Минусы:
К недостаткам можно отнести очень плохую ремонтопригодность элементов пневмоподвески. Так, например, пневматические стойки абсолютно неремонтопригодны и при выходе из строя подлежат только замене. Также стоит отметить, что на ресурс пневмоподвески весьма негативно влияют отрицательные температуры и дорожные реагенты.
Пневматическая подвеска, что это?
Пневматическая подвеска, что это? 
Загрузка...
