Для чего нужна пневмоподвеска
Для чего нужна пневмоподвеска в автомобиле
Несмотря на достаточно большое количество разновидностей типов подвесок, в большинстве современных автомобилей используется только те их подкатегории, у которых главный демпфирующим элементом выступают либо мощные пружины, либо амортизаторы гидравлического типа с телескопическим механизмом. Пневматические устройства ещё не получили достаточного распространение. Их преимущественная сфера использования – коммерческий транспорт или легковые автомобили, относящаяся к премиальному классу. Неудивительно, что многие автомобилисты попросту не знакомы с этой разновидностью подвесок. Наша задача — дать читателю представление о том, что это такое, как работает, какими преимуществами и недостатками обладает.
Предназначение пневмоподвески в автомобиле.
Что такое пневмоподвеска
Наиболее употребительное определение пневматической подвески — это устройство, в котором пространственное положение кузова относительно поверхности дороги регулируется посредством заполненных воздухом баллонов. Таким образом, демпфирование производится с помощью сжатого воздуха. Вы можете спросить, а зачем нужна пневмоподвеска? Ответ будет приблизительно следующий: с помощью этого устройства можно менять клиренс автомобиля. Грубо говоря, ваш седан можно одним нажатием кнопки превратить в паркетник, что автоматически увеличит его проходимость. При движении по автотрассе клиренс можно сделать минимальным, уменьшая коэффициент лобового сопротивления автомобиля. А если вам требуется свернуть в сторону, на грунтовую дорогу, увеличенный клиренс позволит без усилий проезжать проблемные участки со сложным рельефом. Впрочем, пневмоподвеска характеризуется и способностью изменять жесткость, что может пригодиться при проезде автотрасс с неодинаковым профилем. А теперь рассмотрим, как выглядит пневмоподвеска.
Конструкция типовой пневматической подвески
Несмотря на большое разнообразие конструктивных решений, стандартная пневмоподвеска состоит из относительно небольшого количества компонентов:
Рассмотрим, как устроена пневмоподвеска на примере всех вышеперечисленных конструктивных элементов.
Пневмоподушки — это более официальное наименование упоминавшихся ранее пневматических баллонов. Эти упругие элементы устанавливается по отдельности на каждое колесо. Главная их задача заключается в удержании кузова автомобиля на заданной высоте от поверхности дороги.
Пневматические баллоны, как правило, изготавливаются из полой многослойной резины повышенной плотности, которая в рабочем состоянии заполняется атмосферным воздухом под определенным давлением. Их характерная внешность — подобие многосекционных таблеток. Впрочем, нередко можно встретить и пневмобаллоны, устанавливаемые на стойки амортизаторов. Другими словами, в этом случае они являются альтернативой обычным витым пружинам.
Компрессор – необходимая компонента любой пневматической системы. Именно он создает давление, требуемое для нормального функционирования пневматических упругих элементов. Компрессор, являющийся составной частью пневмоподвески, состоит из следующих частей:
Задача последних — обеспечение маршрутизации сжатого газа. В зависимости от конструктивных особенностей пневмоподвески (в частности, количества клапанов) упругие элементы заполняются сжатым воздухом либо попарно, либо в отдельности.
Ресивер — элемент подвески, который позволяет изменять клиренс автотранспортного средства. Он занимает промежуточное положение между компрессором и упругими элементами. Конструктивно это металлический баллон емкостью до 10 литров, из которого воздух через электромагнитные клапаны под давлением следует непосредственно в упругие элементы. Благодаря наличию ресивера регулировка клиренса осуществляется без использования компрессора, то есть за счёт имеющегося в данном резервуаре сжатого воздуха.
Система управления пневмоподвеской представляет собой комплекс датчиков, определяющих текущие характеристики автомобиля и отсылающих эти данные в электронной блок управления. Количество и состав датчиков может быть разным, но их типовая комбинация выглядит следующим образом:
ЭБУ принимает сигналы от датчиков в режиме реального времени, обрабатывает их и выдает соответствующие команды исполнительным устройствам. В подавляющем большинстве случаев блок управления пневмоподвеской тесно взаимодействует с системой курсовой устойчивости. В числе дополнительных устройств, поддерживающих функционирование пневматической подвески, можно назвать клапаны, отвечающие за формирование необходимого давления в системе, поддержание его на заданном уровне и сброс в случае необходимости. Мы разобрались, из чего состоит пневмоподвеска, и переходим к рассмотрению того, каков принцип её функционирования.
Принцип работы классической пневмоподвески
Поскольку задача пневмоподвески — изменение положения кузова авто транспортного средства по отношению к полотну дороги в зависимости от текущих условий передвижения машины, рассмотрим, каким образом это достигается. В принципе здесь нет ничего сложного — увеличивая давление в системе, мы тем самым увеличиваем и клиренс. Но при этом приходится жертвовать жесткостью. Уменьшение давления приводит к противоположному эффекту — машина проседает, центр тяжести смещается вниз, но зато уменьшается и жесткость подвески. Она становится мягче, а передвижение на автомобиле — комфортнее. Отметим, что в большинстве случаев корректировка клиренса — это дискретный процесс, состоящий из трех режимов:
Нормальный режим характерен для движения автотранспортного средства по ровной дороге со скоростью, лежащий в пределах 50-100 км/час. Если текущая обстановка требует движения с меньшей скоростью и по неровным дорогам, имеет смысл задействовать повышенный клиренс. По вполне понятным причинам все эти манипуляции производится в ручном режиме, нажатием на соответствующую кнопку. Однако существует ситуации, когда используется автоматическая корректировка положения кузова авто. Это — прохождение поворотов. Если в ресивере в такие моменты имеется достаточное количество сжатого воздуха, снижение боковых кренов машины будет произведено без участия водителя. После завершения манёвра лишнее количество воздуха удаляется через клапаны.
Разновидности пневмоподвесок
Пневмоподвеску нельзя назвать самостоятельным элементом ходовой части автомобиля, поскольку в большинстве случаев она функционирует одновременно с другими разновидностями демпфирующих устройств (подвеска типа McPherson, неразрезная балка, так называемая многорычажная подвеска). В общем случае все подобные системы, устанавливаемые штатно, можно условно разделить на две категории:
Поскольку пневмоподвески – дорогостоящий элемент конструкции ходовой части, они устанавливаются либо на легковые авто премиум класса, либо на коммерческий транспорт, так как здесь их присутствие – жизненная необходимость. В зависимости от метода реализации пневмоподвесок различают следующие их разновидности:
Одноконтурные системы чаще всего устанавливаются на мощные седельные тягачи или грузовики с повышенной грузоподъёмностью, которые комплектуются одноосевой (передней или задней) пневмоподвеской. Такой тип предназначен для регулирования степени жёсткости всей оси, обычно задней, поскольку именно на неё приходится основная часть нагрузки.
Двухконтурные системы устанавливаются на одну или обе оси. При одноосевой комплектации достигается индивидуальная регулировка левого или правого колеса. Во втором случае есть возможность изменять жёсткость задней/передней оси, что равноценно использованию двух одноконтурных подвесок.
Четырёхконтурные системы достаточно сложны в реализации, но зато они обеспечивают возможность индивидуальной настройки всех четырёх колёс. Это действительно высокоэффективная подвеска, поскольку степень увеличения/уменьшения клиренса определяется бортовым компьютером в зависимости от информации, поступающей с датчиков. Особенно заметно использование четырёхконтурных пневматических подвесок при прохождении поворотов, которые в данном случае практически не ощущаются из-за компенсации кренов.
Плюсы и минусы современных пневмоподвесок
Поскольку пневматические подвески устанавливаются на ограниченное количество моделей иномарок, для многих автовладельцев было бы интересным узнать, какими достоинствами обладают автомобили, оснащённые этими системами. И их достаточно много:
Учитывая столь обширный перечень достоинств, кажется странным, что пневмоподвески до сих пор не получили массового распространения. Этот прискорбный факт становится понятным, если знать основные минусы пневматических демпфирующих систем:
Проведя сравнительный анализ обеих списков, можно прийти к выводу, что пневмоподвеска – прерогатива только небольшого числа автомобилей, чьи владельцы готовы жертвовать значительными суммами ради достижения максимального комфорта. В условиях российского бездорожья это было бы полезным для многих водителей, но высокая стоимость и суровые зимы – очевидный ограничивающий фактор на пути массового распространения подвески пневматического типа.
На каких автомобилях наличествует штатная пневмоподвеска
Отметим, что сегмент премиальных моделей автомобилей не так уж мал, учитывая, что в развитых странах средний класс, хоть и нечасто, вполне может рассчитывать на приобретение достаточно дорогого и элитного авто. И если оно оснащено пневмоподвеской – ощутить все прелести комфортного передвижения вне зависимости от состояния дорожного полотна. Но если в ваши планы входит приобретение модели, в комплектацию которой входит подвеска именно этого типа, то возникает вопрос, на каких автомобилях пневмоподвеска лучше? Поэтому было бы интересно изучить результаты рейтинга марок и моделей со штатной пневмоподвеской. И такой список есть. Его составители руководствовались как результатами специальных тестов, так и анкетированием пользователей со стандартным перечнем вопросов, касающихся эксплуатационных характеристик конкретных авто.
Топ-3 таких автомобилей выглядит следующим образом:
Отметим, что все эти авто комплектуются элементами подвески от одних и тех же производителей, поэтому их ранжирование производилось преимущественно на основании оценки возможностей настроек. С очки зрения эффективности и особенно надёжности к пневмоподвеске, применяемой на этих моделях, претензий нет. При практическом отсутствии серьёзных недостатков таковым можно считать только работу нагнетательного клапана. В некоторых случаях, возникающих очень редко, он самопроизвольно выпускает воздух из ресивера, что в итоге сказывается на комфортности поездки, создавая дополнительную нагрузку на компрессорную установку.
Продолжают список марок авто со штатной пневмоподвеской модели, владельцы которых чаще обращались в автосервис с претензиями, относящимися именно к данному конструктивному элементу ходовой. Все эти авто характеризуются своим перечнем уязвимостей, приводящим к необходимости выполнения ремонтных работ:
Отметим, что любой агрегат или узел автомобиля – не вечен, так что опасаться выхода из строя дорогостоящей компоненты не стоит. А если учесть, что надёжность пневматических демпфирующих элементов с каждым годом растёт, их перспективы выглядят не столь уж мрачно.
Зачем нужна пневматическая подвеска?
В автомобилях с пневматической подвеской – по отзывам автовладельцев – лучше плавность хода и больше удовольствия от езды.
Почему я должен хотеть пневматическую подвеску?
Автолюбители желают получить «заряженные» автомобили, способные одинаково хорошо покорять гоночные треки и бездорожье, при этом быть шикарными, словно Кадиллак. Приведённые ниже ответы поясняют, как добиться низкой посадки автомобиля без ухудшения качества езды, используя новейшие системы подвески.
Что такое «качество езды»?
«Качество езды» означает разные вещи для разных водителей. Тот, кто привык ездить на новом Lexus или Mercedes будет иметь совершенно иные представление о «качестве», чем парень, эксплуатирующий 10-летний пикап. Мы определяем хорошее качество езды как способность максимально нивелировать для водителя и пассажиров толчки и удары от дорожных неровностей.
Когда транспортное средство попадает в выбоину или ударяется колесом о выступ, автомобиль должен пройти эти препятствия с возможно меньшим колебанием кузова. В основном каждый желает добиться плавной езды. Это простое объяснение, но воплотить его на самом деле очень сложно!
Как я могу получить хорошее качество езды?
Чтобы понять, как добиться хорошего качества езды, нужно представлять работу подвески автомобиля. Когда колесо, к примеру, попадает на кочку, оно должно подняться вверх. В идеальном случае подвеска автомобиля должна «проглотить» это препятствие без передачи колебания на кузов.
Однако в реальности кузов, естественно, получит некоторое колебание, переданное через пружины и рычаги подвески. Величина этих «паразитных колебаний» зависит от нескольких факторов.
Пружина – спиральная, рессора, торсион или воздушный баллон – удерживает кузов автомобиля на заданном уровне. А также определяет быстроту сжатия подвески. Как правило, пружины характеризуются двумя параметрами: жёсткость и грузоподъёмность.
Грузоподъемность – это максимальный суммарный вес, который способна выдержать подвеска автомобиля при сохранении высоты кузова на допустимом уровне. Жёсткость пружины определяется усилием, необходимым для её сжатие на 1 мм.
К примеру, если пружина имеет жёсткость 1,38 (Н/мм 2 ), она выдержит вес почти 14 кг при сжатии всего на 1 мм. Чем выше жесткость пружины, тем большая сила нужна для изменения её высоты. Большинство известных производителей указывает грузоподъёмность своих пружин, а не их жёсткость. Вот почему вы можете встретить характеристики пружин «325 кг», «450 кг», «640 кг» и т.д.
Допустимая нагрузка обычных пружин не изменяется при эксплуатации, если не меняется длина пружины, её диаметр и толщина прутка. Однако для пневмобаллонов грузоподъёмность оценивается в атм. (единицах давления), поскольку изменение внутреннего давления воздуха значительно влияет и на грузоподъёмности, и на их жесткость.
Об амортизаторах
Амортизаторы подвески определяют скорость гашения колебаний. Хороший амортизатор должен соответствовать весу транспортного средства, типу подвески и виду применяемых пружин. Рессорные подвески, пружинные и воздушные имеют очень разную упругость и требуют индивидуальной клапанной группы амортизаторов.
Слишком «мягкий» амортизатор не сможет противостоять сильным ударам в подвеске. Слишком жёсткий будет плохо гасить малые колебания.
Поскольку имеется значительный разброс массы автомобилей, типов подвески и предпочтений клиентов к характеру езды, амортизаторы прошли долгий путь совершенствования, прежде чем «научились» соответствовать требованиям.
О шинах и сайлентблоках
Шины и сайлентблоки подвески также влияет на качество езды. Большинство оригинальных комплектующих (OEM-поставки) подвески используют большие мягкие резиновые втулки и высокие шины, чтобы улучшить качество езды и снизить уровень шума.
Некоторые уличные рейсеры предпочитают полиуретановые втулки и низкие боковины шин. При этом особенно трудно получить достойное качество езды.
Нет, правда – как я могу получить хорошее качество езды?
Теперь у вас есть достаточно технической информации, чтобы занять ум на некоторое время. А мы будем говорить о реальных конструкциях. Типичный автомобиль с конвейера имеет высокие боковины шины, большие резиновые втулки подвески, мягкие пружины и амортизаторы с «плавной» характеристикой работы клапанов.
Некоторые из «топовых» автомобилей имеют электронно-регулируемые стойки подвески для оптимизации плавности хода и управляемости в широком диапазоне дорожных условий. Сотни часов и миллионы долларов тратятся производителями для оптимизации подвески каждого автомобиля. Если в такой подвеске изменить всего пару деталей, эти исследования оказываются недействительными.
Когда дело касается создания вашей стрит-рейсинговой машины, главный приоритет должен заключаться в использовании доступных компонентов. В то время как шины и втулки можно подбирать для любого автомобиля, не каждый потратит время и деньги для кропотливого подбора пружин и амортизаторов, чтобы улучшить качество езды.
Однако именно в этой области пневмоподвеска позволяет творить чудеса. Пневмобаллоны могут быть легко подстроены под характеристики автомобиля простым изменением давления воздуха. Причём прямо во время езды. Аналогичным образом регулируемый амортизатор может быть настроен под индивидуальные требования владельца.
В теории тонкая настройка пружинной подвески поможет обеспечить такие же хорошие ездовые качества, как для автомобиля с пневмоподвеской. Но это требует кропотливого тестирования различных пружин и амортизаторов, как описывалось выше.
Причём все эти настройки придётся искать заново, если заметно изменилась нагрузка автомобиля (к примеру, с полным и пустым топливным баком, с водителем или пассажирами, с грузом или порожняком, а также на разных дорожных покрытиях). С пневматической подвеской и регулируемыми амортизаторами такую настройку можно произвести в реальном времени.
Ошибки в регулировке
Как при любой регулировке, настройку подвески можно провести некорректно. Среди распространённых ошибок – слишком низкое давление воздуха или слишком «мягкий» амортизатор. Это приведёт к быстрому износу пневмобаллонов при ударах в подвеске. Признаки чрезмерно низкого давления воздуха – раскачка подвески и пробой до ограничителя отбоя на неровностях. Повышая давление воздуха или выбирая более жёсткие стойки, можно значительно улучшить качество езды.
Лучший способ начала настройки пневмоподвески – повысить давление в пневмобаллонах до подъёма кузова на стандартную высоту. Любой компетентный производитель пневмоподвески может раскрыть эту информацию. Желаемое для вас качество езды должно достигаться в пределах плюс-минус 13 мм от этого уровня независимо от давления воздуха. После достижения этого можно начинать «играть» с регулировкой амортизаторов.
Какое давление воздуха мне следует выбирать?
Различные автомобили требуют разной величины давления. Накачайте пневмобаллоны для достижения нормальной высоты кузова своего автомобиля. Следует помнить, что вес транспортного средства – это лишь один фактор в определении необходимого давления воздуха.
Гораздо важнее влияние геометрии подвески. Отношение точки приложения силы к центру кривизны и расположению пневмобаллонов будет основным фактором в определении давления воздуха. Если вы строите пневмоподвеску с нуля, это лишь часть факторов, которые необходимо учесть.
Нельзя игнорировать величину дорожного просвета, расстояние до мостов трансмиссии и желаемую проходимость автомобиля. Если вы приобрели готовую систему от именитого производителя, эти вопросы наверняка уже решены.
Я хочу построить собственную подвеску с нуля
Без проблем! Создание хорошей пневмоподвески не отличается от разработки традиционной конструкции. Даже ещё проще. В пружинной, рессорной или торсионной подвеске у вас должна быть «прикидка», каким в итоге окажется дорожный просвет (как и качество езды).
Каждый человек имеет собственную любимую комбинацию – использовать пружины Малибу с одним срезанным витком или рессору S10 с отделённой пластиной. Все это будет как-то работать. Но давайте посмотрим, почему конструкция работает и как улучшить её работу.
Допустим, ваш приятель строит 48-й Форд с передним подрамником от Camaro и задними рессорами S10. Он будет ехать здорово! Вы хотите сделать себе так же. Только у вас кабриолет с большим двигателем. В итоге он будет «сидеть» слишком низко и ехать отвратительно. Теперь вам придётся искать какие-нибудь другие пружины и рессоры для автомобиля.
С пневмоподвеской вопрос решается простым увеличением давления воздуха для компенсации повышенного веса в передней части машины и меньшего – сзади. Дополнительное преимущество: как только вы разместите сзади трёх друзей, достаточно будет докачать небольшую порцию воздуха, чтобы компенсировать «просадку» и восстановить качество езды.
Мне нужны конкретные данные
Есть несколько вещей, которые обязательно следует учитывать при создании собственной подвески (в том числе пневматической):
Перечисленные факторы требуют значительных конструктивных поисков, ведь их необходимо соблюсти все. Достоинством пневмоподвески является возможность изменять высоту кузова путем накачки/стравливания воздуха из пневмобаллонов в любом диапазоне скоростей для всесторонней оценки конструкции подвески. Грамотная доводка обычной подвески гораздо сложнее.
Что можно сказать о компрессоре?
После того как вы правильно спроектировали и смонтировали пневмоподвеску, вам понадобится источник сжатого воздуха и возможность управлять им. В теории можно использовать внешнюю пневмомагистраль или даже бутылку сжатого газа, чтобы надуть подвеску. Тем не менее, наиболее эффективным методом является использование бортового компрессора с ресивером и регулировочным клапаном.
С компрессорной системой вы можете модернизировать, настраивать подвеску, экономить или как угодно экспериментировать без опасного компромисса. Настойка качества езды требует очень малых приращений давления воздуха.
Достичь этого сложно, поскольку пневмобаллоны имеют сравнительно небольшой внутренний объём. Кроме того, когда вы дополнительно нагружаете автомобиль топливом, багажом или пассажирами, придётся снова идти за воздушным шлангом.
Вы можете быстро оценить, насколько удобна бортовая компрессорная система. Любая пневмоподвеска действительно нуждается в компрессоре и системе управления им. Пределов конструктивного воплощения компрессорной системы нет.
Основные критерии: время накачки подвески и удобство эксплуатации. Чем быстрее вы хотите заставить работать систему, тем более мощный компрессор и вместительный ресивер вам понадобятся.
Типичные рейсинговые машины, для которых не критична скорость подъёма кузова, используют единственный компрессор с 2-литровым ресивером и двумя переключателями управления. Если же вы хотите, чтобы автомобиль поднимался за две секунды, потребуются пара компрессоров с номинальным давлением в 10 атм., два ресивера объёмом 12 литров каждый и 4-магистральная система управления. Очевидно, такое оборудование будет дороже.
Зачем нужна 4-уровневая система управления?
Есть несколько причин для индивидуального контроля пневмобаллонов. Одна из самых веских – исключить перетечку воздуха на поворотах. В двухуровневой системе баллоны с одной стороны кузова связаны между собой. Когда, например, вы поворачиваете налево, центробежная сила будет отклонять кузов вправо – и дополнительно нагружать баллоны правой стороны. Под этой нагрузкой воздух будет утекать в левые баллоны, усугубляя крен кузова.
Еще одной проблемой является выравнивание автомобиля. Если вес распределён равномерно, пружины нагружены одинаково, и кузов занимает строго горизонтальное положение («держит уровень»). В реальной ситуации вес водителя, топливного бака и неравномерное сопротивление пружин приводят к значительному отклонению кузова от горизонтали.
В этом случае можно добавить давление воздуха в пневмоопоры одной стороны (или с угла), чтобы выровнять автомобиль. Такие сложности характерны для тяжёлых автомобилей с полиуретановыми втулками и без стабилизаторов. Пятнадцать секунд на подъём кузова – это не так уж и много. Но если вы сидите в автомобиле с пальцем на выключателе, этот период может показаться вечностью.
4-уровневая система управления будет поднимать кузов быстрее, поскольку оперирует большим количеством воздуха. Электромагнитные клапаны RidePro также обеспечивают более простое подключение и возможность установки цифрового датчика.
Как и в любом конструировании, создание пневмоподвески требует серьезного планирования и предусмотрительности. Не бойтесь задавать вопросы! Опросите несколько источников. Довольно быстро вы получите достоверную информацию. Когда вы найдете энтузиаста, который расскажет вам много ценного, не теряйте с ним связь. Нельзя предугадать заранее, как скоро вам потребуется больше сведений.