Подвески автомобиля

После войны автомобильная торсионная подвеска применялась в основном на европейских автомобилях (в том числе легковых) таких, как Ситроен, Рено и Фольсваген. Со временем производители легковых автомобилей отказались от использования торсионных подвесок на пассажирских легковых машинах по причине сложности изготовления торсионов. В наши дни торсионная подвеска в основном используется на грузовых автомобилях и внедорожниках у таких производителей, как Форд, Додж, Дженерал Моторс и Мицубиси Паджеро.
3.4 Гидропневматические и пневматические подвески
3.4.1 Пневматическая подвеска
Пневматическая подвеска (обиходное название – пневмоподвеска) – вид подвески, обеспечивающий регулирование уровня кузова относительно дороги за счет применения пневматических упругих элементов. В настоящее время пневматическая подвеска устанавливается в качестве опции на некоторых моделях автомобилей бизнес-класса и больших внедорожниках (например, Volkswagen Touareg, Audi Q7).
По своей сути пневмоподвеска не является отдельным видом подвески автомобиля, т.к. реализована со многими конструкциями подвесок (МакФерсон, многорычажная подвеска и др.). В настоящее время пневмоподвеску используют на своих автомобилях многие автопроизводители: Audi, Bentley, BMW, Lexus, GM, Ford, Land Rover, Mercedes-Benz, SsangYong, Subaru, Volkswagen. Некоторые конструкции подвесок имеют собственные названия, например, Airmatic Dual Control от Mercedes-Benz [5].
Основными преимуществами пневматической подвески являются комфортабельность, геометрическая проходимость и безопасность автомобиля. Пневмоподвеска, как правило, применяется в комбинации с автоматически регулируемыми амортизаторами. Такая конструкция называется адаптивная пневмоподвеска.
Пневматическая подвеска имеет следующее общее устройство (рис.26).
В пневматической подвеске положение каждого отдельного колеса определяется не с помощью пружин, а посредством сжатого воздуха, необходимое количество которого быстро подводится или отводится через электромагнитные клапаны к имеющим особую конструкцию амортизаторам.

1 – блок управления подвеской; 2 – блок управления двигателем; 3, 6 – задняя стойка с пневмоэлементом; 4 – правый задний датчик положения кузова; 5 – компрессор пневмоподвески; 7 – датчик ускорения кузова; 8, 13 – датчик ускорения колеса; 9 – левый задний датчик положения кузова; 10 – ресивер; 11 – левый передний датчик положения кузова; 12, 16 – передняя стойка с пневмоэлементом; 14 – правый передний датчик положения кузова; 15 – блок управления АБС

Рисунок 26 Принципиальная схема пневматической подвески

Принцип работы пневматической подвески

В пневматической подвеске реализовано, как правило, три алгоритма управления:
автоматическое поддержание уровня кузова;
принудительное изменение уровня кузова;
автоматическое изменение уровня кузова в зависимости от скорости движения.
Автоматическое поддержание определенного уровня кузова в пневматической подвеске осуществляется независимо от степени загруженности автомобиля. Датчики уровня кузова постоянно измеряют расстояние от колес до кузова. Результаты измерений сравниваются с заданной величиной. При расхождении показаний электронный блок управления задействует необходимые исполнительные устройства: клапаны упругих элементов для подъема, выпускной клапан для опускания подвески.
Принудительное изменение высоты кузова обычно предусматривает три уровня: номинальный, повышенный и пониженный. Номинальный уровень используется для передвижения по обычным дорогам со скоростью до 100 км/ч. Пониженный уровень применяется для высокоскоростного движения. Повышенный уровень нужен для передвижения вне дорог и реализуется на скорости до 40 км/ч. Уровни кузова устанавливаются водителем с помощью переключателя. В конструкции пневмоподвески больших внедорожников предусмотрен дополнительный уровень для посадки пассажиров и погрузки багажа, который реализуется на неподвижном автомобиле.
Автоматическое изменение уровня кузова в зависимости от скорости обеспечивает устойчивость автомобиля в движении. При увеличении скорости программа управления подвеской переводит уровень кузова последовательно от повышенного к номинальному и далее, с ростом скорости, к пониженному. При снижении скорости система переводит положение кузова из пониженного в номинальное.
Применение амортизаторов с регулируемой степенью демпфирования значительно расширяет характеристики пневматической подвески, позволяя помимо высоты кузова изменять жесткость подвески в зависимости от условий движения.
3.4.2 Гидропневматическая подвеска
Гидропневматическая подвеска – вид подвески, в котором используются гидропневматические упругие элементы. Гидропневматические упругие элементы (так же, как и пружины) передают силы только в вертикальном направлении, однако имеют следующие преимущества: компактность, очень мягкое подрессоривание и возможность регулирования уровня [2]. Принципиальная схема показана на рис. 27

11 – рычаг подвески; 2 – поршень гидроцилиндра; 3 – корпус гидроцилиндра; 4 – сфера;
5 – масло; 6 – сжатый азот
Рисунок 27 Принципиальная схема гидропневматической подвески

Главным составляющим подвески является упругий элемент, который состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 2, с длинной направляющей цилиндрической поверхностью. В верхней части цилиндра установлен сферический баллон 4, разделенный эластичной диафрагмой (мембраной) на две полости: верхняя заполнена сжатым азотом, нижняя жидкостью. Между цилиндром и баллоном расположен амортизационный клапан, через который пропускается жидкость при ходе отбоя и сжатия (на схеме не показан).
Функцию упругой пружины в пневмогидравлическом упругом элементе выполняет газ (азот), полость расположения которого от полости, занятой жидкостью, разделяется эластичной мембраной. Увеличивая или уменьшая объем жидкости, можно изменять положение поршня, связанного с направляющим рычагом подвески 1, и тем самым изменять дорожный просвет между кузовом и дорогой. Изменяя давление и объем газа в определенной пропорции, (подвеска Hydractive) можно при одной и той же нагрузке на колесе изменять упругую характеристику подвески, делая ее либо «мягкой» (комфортный режим), либо «жесткой» (спортивный режим). Гашение колебаний в таком упругом элементе осуществляется амортизационным клапаном 8, при перетекании жидкости под воздействием поршня из полости цилиндра в подмембранную полость баллона.
В конструкции гидропневматической подвески предусмотрено принудительное (ручное) изменение дорожного просвета, что в конкретных условиях обеспечивает преодоление препятствий, а также удобство погрузки (выгрузки) и уборки автомобиля. В расширенной версии подвески Hydractive 3+ вручную можно изменять и жесткость подвески.
4. Активная подвеска
Постоянные совершенствования и внедрение новых технологий позволили автопроизводителям создать подвеску совершенно нового уровня, которая была названа адаптивной или активной. Под термином «активная» понимается подвеска, параметры которой могут изменяться при эксплуатации. Электронная система управления в составе активной подвески позволяет изменять параметры автоматически [8]. Конструкции активной подвески можно условно разделить по элементам подвески, параметры которой изменяются (табл.1)
Таблица 1
Варианты изменений параметров элементов подвески
Элемент подвески Изменяемый параметр Амортизатор степень демпфирования; жесткость подвески Упругий элемент жесткость подвески; высота кузова Стабилизатор поперечной устойчивости жесткость стабилизатора Рычаги длина рычага; схождение колес
В ряде конструкций активной подвески используется воздействие на несколько элементов.
Наиболее широко в конструкции активной подвески используются амортизаторы с регулируемой степенью демпфирования. Данный вид активной подвески имеет собственное устоявшееся название – адаптивная подвеска. Такую подвеску еще называют полуактивной подвеской, т.к. в ее конструкции не используются дополнительные приводы.
При регулировании демпфирующей способности амортизатора реализуется два подхода: использование электромагнитных клапанов в амортизаторной стойке и применение специальной магнитно-реологической жидкости для наполнения амортизатора. Электроника позволяет регулировать степень демпфирования индивидуально для каждого амортизатора, чем достигаются различные характеристики жесткости подвески (высокая степень демпфирования - жесткая подвеска, низкая степень демпфирования - мягкая подвеска). Известными конструкциями адаптивной подвески являются:
Adaptive Chassis Control, DCC (Volkswagen);
Adaptive Damping System, ADS (Mersedes-Benz);
Adaptive Variable Suspension, AVS (Toyota);
Continuous Damping Control, CDS (Opel);
Electronic Damper Control, EDC (BMW).
Активная подвеска с регулируемыми упругими элементами более универсальна, т.к. позволяет поддерживать определенную высоту кузова и жесткость подвески. С другой стороны такая подвеска имеет более сложную конструкцию (используется отдельный привод для регулирования упругих элементов), поэтому и стоимость ее намного выше. В качестве упругого элемента в активной подвеске используются традиционные пружины, а также пневматические и гидропневматические упругие элементы.
В подвеске Active Body Control, ABC от Mercedes-Benz жесткость пружины изменяется с помощью гидравлического привода, который обеспечивает нагнетание масла в амортизаторную стойку под высоким давлением. На пружину, установленную соосно с амортизатором, воздействует гидравлическая жидкость гидроцилиндра.
Отдельную группу составляют конструкции активной подвески, в которых изменяется жесткость стабилизатора поперечной устойчивости. При прямолинейном движении стабилизатор поперечной устойчивости выключается, за счет чего увеличиваются ходы подвески, лучше обрабатываются неровности и тем самым достигается высокая плавность и комфортность передвижения. При повороте или резком изменении направления движения жесткость стабилизаторов увеличивается пропорционально воздействующим силам, и предотвращаются крены кузова. Известными конструкциями активной стабилизации подвески являются:
Dynamic Drive от BMW;
Kinetic Dynamic Suspension System, KDSS от Toyota.
Одну из наиболее интересных конструкций активной подвески предлагает на своих автомобилях компания Hyundai. Система активного управления геометрией подвески (Active Geometry Control Suspension, AGCS) позволяет изменять длину рычагов подвески, за счет чего изменяется схождение задних колес. Для изменения длины рычага используется электрический привод. При прямолинейном движении и маневрировании на небольшой скорости система устанавливает минимальное схождение. Поворот на высокой скорости, активное перестроение из ряда в ряд сопровождается увеличением схождения задних колес. Автомобиль получает дополнительную устойчивость и лучшую управляемость. Система AGCS взаимодействует с системой курсовой устойчивости.


Заключение
Все конструкции имеют свои особенности, определяющие их уникальные плюсы и минусы (табл.2).
Таблица 2
Сравнительные характеристики подвесок автомобилей
Вид подвески Тип подвески Упругий элемент Направляющий элемент Гасящий элемент Управляемость автомобиля Устойчивость автомобиля Сложность конструкции Надежность Стоимость На поперечной рессоре завис. рессора рессоры амортиз Н Н Н Н Н На продольных рессорах завис. рессора рессоры амортиз С С Н Н Н На пружинах завис. пружины тяги амортиз С С Н Н С С направляющими рычагами завис. рычаг пружины амортиз Н Н С С С С дышлом завис. дышло дышло амортиз Н С С С С Подвеска типа «Де Дион» завис. рычаг пружины амортиз С С В С В С качающимися полуосями независ. полуось полуось амортиз С С С Н С Однорычажная на продольных рычагах независ. рычаг пружины амортиз Н Н С С Н На косых рычагах независ. рычаг пружины амортиз Н Н Н С На двойных продольных рычагах независ. рычаг пружины амортиз С С В С С На двойных поперечных рычагах независ. рычаг пружины амортиз С С С С Н Подвеска МакФерсон (McPherson) независ. рычаг. стойка пружины амортиз В В В С В Многорычажная независ. рычаг пружины амортиз В В В В В Торсионная подвеска независ. торсион пружины амортиз С С Н С С Пневматическая независ. пневмобаллон пружины амортиз В В С В В Гидропневматическая независ. пневмобаллон пружины амортиз В В В С В Активная (адаптивная) независ. пневмобаллон пружины амортиз В В В В В
Н – низкая, С – средняя, В – высокая.

Если говорить об универсальности, балансе характеристик, то в этом случае однозначными лидерами оказываются двухрычажные и многорычажные подвески. Немного им уступают конструкции на косых рычагах и МакФерсон – их кинематика менее совершенна (особенно у Макферсона), но они просты и не требовательны к месту. Далее можно расположить полузависимую подвеску, которая при всей своей простоте и дешевизне все же обеспечивает приемлемую кинематику. Ну, а замыкают список подвески на продольных рычагах и зависимые – уж слишком специфичны должны быть условия, оправдывающие их применение.
Таким образом, рассмотрены основные типы подвесок, используемые в современных автомобилях, проведен анализ их характеристик. Цель работы достигнута.
Список литературы
Автомобили: Конструкция, конструирование и расчет. Системы управления и ходовая часть: Учеб. пособие для вузов/ А. И. Гришкевич, Д. М. Ломако, В. П. Автушко и др.; Под ред. А. И. Гришкевича. – Мн.: Выш. шк., 1987. – 200 с: ил.
Кузнецов В.А, Дьяков И.Ф. Конструирование и расчет автомобиля. Подвеска автомобиля: Учебное пособие. Кузнецов В.А, Дьяков И.Ф. – Ульяновск: УлГТУ, 2003. – 64 c.
Осепчугов В. В., Фрумкин А. К. Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета: Учебник для студентов вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство», – М.: Машиностроение, 1989. – 304 с.
Пехальский А.П. Устройство автомобилей: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / А. П. Пехальский, И. А. Пехальский. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 528 с.
Раймпель Й Шасси автомобиля: Конструкции подвесок /Пер. с нем. В. П. Агапова. – М.: Машиностроение, 1989. – 328 с.
Ротенберг Р. В. Подвеска автомобиля. Изд. 3-е, переработ, и доп. – М., Машиностроение, 1972, – 392 с.
Хаммилл, Дэс Подвеска и тормоза, Как построить и модифицировать спортивный автомобиль. / Перевод с английского. – М.: Легион-Автодата, 2005. – 96 с.
Яковлев В.Ф. Учебник по устройству легкового автомобиля: – М.: ООО «ИДТР», 2012. – 112 с,
Thomas D. Gillespie Fundamentals of Vehicle Dynamics – Society of Automotive Engineers, Inc., 1992. – 519 p













40