Гидропневматическая подвеска: устройство и особенности

Другие факторы, оказывающие воздействие на пневмоподвеску

К сожалению, низкие температуры – не единственная проблема пневматических подвесок. Не менее губителен для них и перегрев. Если верить статистике, передние подушки на дорогах пустынь Австралии, Северной Африки и других жарких регионов разрушаются значительно чаще задних независимо от модели машины. Слабым местом подвески является всё тот же сгиб.

Современные пневмоподвески обладают ещё одним слабым местом – «мозги» и датчики. Если долго ехать по глубокому снегу, передние датчики уровня кузова часто обмерзают. Электроника пневмоподвески регистрирует это как неисправность, переходя в защитный режим, и перестаёт реагировать на команды опустить или поднять кузов.

Эту проблему достаточно легко устранить. Необходимо просто очистить датчик от снега и льда и завести автомобиль.

Задняя пневмоподвеска Mercedes-Benz ML является весьма ремонтопригодной. Например, чтобы заменить подушки необходимо снять колесо, открутить пневматический шланг и снять пневмоэлемент с защёлок.

Если в зимнее время после езды по снегу регулятор высоты подвески перестал функционировать, то причиной скорее всего является обмёрзший датчик уровня кузова.

Основные элементы подвески Hydractive

Современная система Hydractive состоит из следующих основных элементов:

• Гидроэлектронный блок управления — гидротроник (1), регулирующий давление и количество жидкости в системе
• Передние (2) и задние (5) гидропневматические элементы, выполняющие функцию демпфирующих и упругих элементов подвески
• Передняя (3) и задняя (6) дополнительные гидропневматические сферы, регулирующие жесткость подвески
• Передний (4) и задний (7) датчики высоты положения кузова
• Встроенный интерфейс (8)
• Датчик положения рулевого колеса (9)
• Расширительный бачок с жидкостью (10)
• Педаль акселератора (11)
• Педаль тормоза (12)

Регулируемые амортизаторы: надежный выбор

Для надежной работы мерседесовской подвески “Active Body Control” требуется регулярное обслуживание на специализированном сервисе.

НЕКОТОРЫЕ автопроизводители вместо сложных регулируемых подвесок используют специальные амортизаторы, которые по команде электроники меняют свою жесткость в зависимости от дорожных условий и множества других параметров. Компьютер управляет специальным электромагнитным клапаном, который перекрывает подачу масла из одного резервуара амортизатора в другой, тем самым меняя его характеристики.

Например, по этому принципу работают системы “Four-C” (“Continuously Controlled Chassis Concept”), применявшаяся на автомобилях “Volvo S60R” и “S80”; EDC (“Electronic Damper Control”), известной по различным моделям компании BMW, а также PASM (“Porsche Active Suspension System”), которой оснащаются многие спорткары “Porsche”.

Надежность таких систем, как правило, не вызывает нареканий. Главное помнить, что в их основе лежит, по сути, обычный амортизатор, который, естественно, подвержен износу. Обычно через 100.000 км он требует замены, а стоимость одного регулируемого амортизатора может достигать 800-1.000 евро.

От проблемы преждевременного износа частично избавлены владельцы автомобилей с демпферами, заполненными специальной магнитореологической жидкостью (они используются такими автопроизводителями, как “Audi”, “Chevrolet”, “Cadillac”). В такой амортизатор залито специальное масло с магнитными частицами, а в поршень встроен электромагнит. При движении автомобиля электронный блок управления с различных датчиков постоянно получает информацию о работе подвески, скорости вращения колес, других параметрах – и в зависимости от выбранного водителем режима регулирует ток в электромагните. Вокруг него создается магнитное поле, под воздействием которого частицы в масле выстраиваются в определенном порядке, меняя вязкость жидкости и соответственно жесткость амортизатора.

Поскольку традиционных клапанов в таких амортизаторах нет, то и ломаться в них в принципе нечему. Остается лишь опасность утечки жидкости через изношенные уплотнения да сбои в работе электроники из-за потери контактов в окислившихся разъемах.

Отдельно стоит сказать о совсем экзотических вариантах регулируемых подвесок. Например, компания “Mercedes-Benz” устанавливает на некоторые свои модели (в частности S-класс) систему ABC (“Active Body Control”). Ее основной элемент – специальные стойки подвески, объединяющие пружину и амортизатор. Причем пружина находится в герметичном цилиндре, и ее сжатие (а соответственно и жесткость) регулируется поршнем, который перемещается за счет изменения давления жидкости, поступающей от гидравлического насоса и гидроаккумуляторов. Управляют работой этой системы электронные блоки, получающие сигналы от различных датчиков. ABC действует настолько быстро и эффективно, что машина с такой подвеской даже не нуждается в стабилизаторах поперечной устойчивости.

В принципе такая система достаточно неприхотлива. Но при ее эксплуатации есть определенные нюансы. Например, регулярная замена рабочей жидкости должна производиться по особой технологии, включающей в себя тщательную промывку системы. Если этим пренебречь, то со временем происходит поломка гидронасоса. Правда, в отличие от других регулируемых подвесок при поломке гидравлики “Mercedes-Benz” частично сохраняет работоспособность и может своим ходом добраться до сервиса.

Главный конкурент “Мерседеса” – компания BMW – также применяет на своих моделях (например 7-й серии) необычные, только ей одной присущие решения. Чего стоят, к примеру, активные стабилизаторы поперечной устойчивости “Dynamic Drive”. Они оснащены мощным гидромотором, который при прямолинейном движении не работает и не вмешивается в работу подвески. Но при повороте, который управляющая электроника распознает по сигналу датчиков поперечных ускорений, гидромотор включается. И чем круче поворачивает машина, тем сильнее гидравлика закручивает половинки стабилизатора, препятствуя крену кузова. Это устройство тоже достаточно надежно, но в случае поломки его замена обойдется владельцу в несколько тысяч евро.

Плюсы и минусы. Вопросы эксплуатации

К преимуществам гидропневматической подвески, несомненно, относится возможность ручного изменения высоты кузова. Это способствует преодолению препятствий, а также обеспечивает удобство парковки возле бордюра, погрузки-выгрузки и уборки автомобиля. Кроме этого, предусмотрено и автоматическое регулирование положения кузова.

Еще один плюс – комфорт во время поездки благодаря плавности хода. Многие автовладельцы отмечают, что они будто бы плывут по воде, а не едут по твердому асфальту.

Ну и конечно, нельзя забывать об адаптивности гидропневматической подвески – она подстраивается под самые разные дорожные покрытия и стили вождения.

Однако у этих подвесок есть и недостатки. Во-первых, система гидропневматической подвески сложна, а изготовление её обходится недешево. Дороговизна подвески увеличивает и цену автомобиля. Ремонт такой машины тоже влетит владельцу в копеечку.

Во-вторых, надежность гидропневматических подвесок по сравнению с обычными несколько ниже. Такие подвески довольно нежны, а потому не всегда хорошо выдерживают экстремальные нагрузки.

Основные элементы подвески автомобиля

Любая подвеска состоит из нескольких основных элементов:

Шины. Это первая ступень в системе сглаживания неровностей дорожного полотна. Имея определенную степень упругости, шина способна гасить небольшое количество колебаний, возникающих в процессе движения. 
При наличии нарушений в работе подвески шины колеса могут выступать в роли индикатора неисправности, так как срок службы шины в такой ситуации быстро сокращается и возникает неравномерный износ.

Основные упругие элементы. К упругим элементам подвески автомобиля относятся пружины, рессоры и торсионы. Назначение этих элементов заключается в обеспечении упругой связи кузова с поверхностью дороги.
Вся нагрузка автомобиля приходится именно на пружины, а за счет их упругости кузов держится на определенной высоте. В процессе эксплуатации и больших перегрузок металл упругих элементов изнашивается, из-за чего меняется их жесткость. Такие изменения негативно сказываются на работе подвески в целом. Изменяется угол положения колес, уменьшается дорожный просвет, снижается грузоподъемность. Проседание кузова в разгруженном состоянии – это главный сигнал о необходимости замены пружин.

Дополнительные упругие элементы. К дополнительным упругим элементам относятся буферы сжатия, их применение необходимо для гашения высокочастотных колебаний, а также вибраций, образующихся в процессе соприкосновения металлических элементов. 
Благодаря наличию таких упругих элементов, срок службы остальных компонентов подвески значительно увеличивается

Крайне важно следить за их исправным состоянием и вовремя производить замену изношенной детали.

Направляющие устройства. Главная задача направляющих устройств – обеспечение перемещения колеса в установленной плоскости. 
Благодаря системе рычагов в процессе движения по неровной поверхности колесо перемещается в вертикальном направлении, сохраняя при этом перпендикулярное положение относительно поверхности дороги

Любые нарушения в направляющих элементах приведут к быстрому и неравномерному износу шины колеса, а также других элементов подвески.

Демпфирующий элемент. Элементом демпфирующего устройства является амортизатор. 
Использование амортизаторов в системе подвески позволяет решить такие проблемы, как вибрация кузова при движении по неровной дороге, а также сглаживание вибраций на других элементах подвески автомобиля. Благодаря функции демпфирования обеспечивается постоянный контакт колеса с дорогой, автомобиль становится более устойчивым при движении.

Стабилизатор поперечной устойчивости. Во время выполнения поворота на скорости стабилизатор поперечной устойчивости препятствует крену кузова автомобиля. 
При совершении маневра поворота колеса одной стороны автомобиля начинают отрываться от дороги, что может повлечь переворачивание транспортного средства. В этот момент на стабилизаторе создается напряжение, которое стремится вернуть на место поднимающийся край автомобиля.

Элементы крепления отдельных деталей. К элементам крепления относятся шаровые шарниры, сайлентблоки и болтовые соединения, которые связывают между собой остальные элементы подвески автомобиля.

Hydractive

I поколение

С 1990 года подвеска Hydractive 1 серийно устанавливалась на ряд автомобилей Citroen, включая модели Xantia и XM. Особенностью первых двух поколений было совмещение гидравлических магистралей тормозной системы, усилителя рулевого управления и подвески в один общий контур.

Было предусмотрено два режима:

• Sport – режим жесткой подвески для динамичной езды
• Auto – режим автоматического изменения жесткости подвески на основе показаний датчиков, учитывающих текущие параметры движения (датчика положения педали газа, угла поворота рулевого колеса, давления в тормозной системе и других)

II поколение

Модернизация затронула режим Auto, который был изменен на Comfort. Движение в комфортном режиме предполагало автоматическое кратковременное увеличение жесткости подвески при прохождении поворотов и ускорении в целях сохранения лучшей управляемости и динамики автомобиля.

Вторым нововведением было добавление в гидравлический контур дополнительного резервуара с запорным клапаном, что позволило длительное время сохранять высокое давление в системе. Заданная высота кузова поддерживалась в течение нескольких недель без запуска двигателя. Начиная с 1994-го года подвеска Hydractive 2 устанавливалась на модели Xantia, с 1995-го – на XM.

III поколение

Система Hydractive 3 устанавливалась с 2001-го года на автомобили Citroen C5 и обладала следующими отличительными особенностями:

• Упрощена гидравлическая схема – тормозная система была выведена за пределы общего контура
• Отсутствие функции ручного выбора режима работы подвески
• Автоматическое уменьшение клиренса автомобиля на 15 мм от стандартного значения на скорости выше 110км/ч и увеличение дорожного просвета на 13 мм на скорости ниже 70 км/ч

Определение оптимальной высоты положения кузова при движении производится на основании показаний датчиков скорости и датчиков высоты положения передней и задней частей автомобиля.

Улучшенная версия Hydractive 3 с индексом «+», применявшаяся с 2005 года на дорогих комплектациях Citroen C5 и в качестве стандартного оснащения модели С6, имела следующие отличия от базовой:

• Водителю доступны два режима – Comfort (мягкая подвеска) и Dynamic (спортивный режим)
• Более совершенный алгоритм определения оптимального дорожного просвета, использующий в своей основе такие показатели, как: текущая скорость автомобиля, высота передней и задней части кузова, скорость вращения и угол поворота рулевого колеса, продольное и поперечное ускорение, скорость перемещения подвески, положение дроссельной заслонки.

Какие подвески бывают

В связи с особенностями конструкции подвески принято разделять на 3 вида: зависимая, независимая и полунезависимая подвеска

Зависимая подвеска

Подразумевает жесткое соединение противоположных колес, при котором перемещение одного колеса в поперечной плоскости влечет за собой перемещение другого. В состав моста автомобиля входит жесткая балка, заставляющая колеса двигаться параллельно. Изначально в качестве направляющих и упругих элементов использовались рессоры, но в современных автомобилях связующая колеса поперечина фиксируется двумя продольными рычагами и поперечной тягой.

Преимущества:

• невысокая стоимость
• легкость конструкции
• высокий центр поперечного крена
• постоянство развала и колеи

Другими словами, на ровной поверхности, не зависимо от раскачки, угол наклона колес относительно дороги не меняется, а машина имеет наилучшее сцепление с дорожным покрытием. На плохой дороге, к сожалению, это преимущество теряется, т. к. провал одного колеса влечет за собой провал и второго, в результате чего сцепление ухудшается.

Конструкция очень простая и надежная, потому широко используется для грузовых автомобилей и на задней оси легковых.

Полунезависимая

Включает в себя жесткую балку, которую торсионы удерживают на кузове. Эта конструкция делает подвеску относительно самостоятельной по отношению к кузову. Для примера можно изучить подвеску переднеприводного автомобиля ВАЗ.

Независимая подвеска

Предполагает автономную работу каждого колеса. Т.е. их перемещения не зависят друг от друга, что приводит к более плавному ходу. Независимая подвеска может быть как передней так и задней, и в свою очередь ее принято разделять на:

• Подвеска с качающимися полуосями — основным элементом конструкции выступают полуоси. При наезде на неровности колесо всегда сохранит перпендикулярное положение относительно полуоси.
• Подвеска с косыми рычагами — оси качания рычагов находятся под косым углом. Преимуществами такого вида прибора можно назвать уменьшение колебаний колесной базы и крена авто на поворотах.
• Подвеска на продольных рычагах — самый простой тип, среди независимых. Каждое колесо удерживается при помощи рычага, воспринимающего боковые и продольные усилия. Обычно рычаг крепится к кузову при помощи шарниров и обладает высокой устойчивостью. Недостаток такой подвески заключается в том, что на поворотах колеса наклоняются вместе с кузовом, создавая большой крен.
• С продольными и поперечными рычагами. Этот вид подвесок сложен в техническом плане и громоздок, поэтому слабо популярен (использовался на таких марках как Rover, Glas и т.д.).
• С двойными продольными и поперечными рычагами.
• Торсионно-рычажная подвеска — включает в свою конструкцию два продольных рычага и торсионную скручиваемую балку. Используется на задней оси переднеприводных автомобилей, в современном автомоделировании в основном на бюджетных китайских моделях. Преимуществом считается надежность и простота, а недостатком — излишняя жесткость, лишающая комфорта пассажиров заднего ряда.
• Подвеска МакФерсон — самая распространенная схема передней подвески современных автомобилей. Это обусловлено небольшой шириной, легкостью и простотой конструкции. Однако у такой подвески есть и существенный минус: высокое трение в амортизаторной стойке и, как следствие, снижение фильтрации дорожных шумов и неровностей.
• Гидропневматическая и пневматическая подвеска. Роль упругих элементов исполняют пневматические баллоны и гидропневматические элементы, объединенные в одно целое с системой гидроусилителя руля и гидравлической системой тормозов.
• Адаптивная подвеска отличается тем, что степень демпфирования амортизаторов изменяется в зависимости от качества дорожного полотна, параметров движения и запросов водителя. Результатом можно отметить повышенную маневренность и безопасность.

Все подвески имеют свои положительные характеристики и недостатки. Некоторые до сих пор широко используются, а какие-то давно не актуальны.

Устройство технологии

Работа подвески Hydractive 3

Сейчас развитие hydractive проходит по двум траекториям — это расширение возможностей и повышение стойкости к повреждениям. Технически же гидроподвеска включает в себя следующие элементы: стойки переднего моста, цилиндры гидропневматики для заднего моста, электрические регуляторы жесткости и электронный блок управления. Также в эту систему входит и гидроусилитель руля. Раньше в гидроподвеску также встраивалась и тормозная система. Но начиная с третьего поколения тормозной контур проложен отдельно.

Для лучшего понимания уделим внимание конкретно каждому элементу. Первым будет гидроэлектронный блок, он отвечает за подачу и дозировку рабочей жидкости и регулировку давления во всей системе

В состав блока входит электромотор, поршневой насос, и контролирующие клапаны, блок управления, предохранительный клапан и запирающий клапан. Запорный клапан служит для того, чтобы при выключенном двигателе кузов не опускался ближе к земле. Непосредственно система контроля — это блок управления и электромагнитный клапан.

Рядом с электронным блоком управления расположился бачок с рабочей жидкостью. В него заливается интересная по цвету оранжевая жидкость

Теперь обратим внимание на стойку передней подвески. Она, кроме своего основного назначения имеет в себе еще и гидропневматический демпфирующий элемент, и гидроцилиндр

Также есть еще и амортизационный клапан, суть которого заключается в гашении колебаний кузова. Гидропневматический упругий узел внешне выглядит как металлическая сфера, внутри которой есть деления из многослойной мембраны. С двух сторон мембраны имеются рабочие вещества. С одной стороны, газ азот, который выступает упругим элементом, а с другой стороны жидкость, которая передает давление внутри системы. Упругие элементы, в последнем поколении такой подвески, есть на каждом колесе. Смысл этого в том, что таким образом осуществляется более широкая настройка жесткости подвески.

Далее рассмотрим гидравлические цилиндры. Они служат для нагнетания жидкости в упругие элементы, чтобы та регулировала дорожный просвет, положение кузова машины. Сам цилиндр имеет внутри себя поршень, в который встроен шток соединенный со специальным рычагом. Все гидравлические цилиндры одинаковые по всей подвеске, то есть имеют идентичную конструкцию, но передние располагаются горизонтально, а задние вертикально. Теперь рассмотрим работу регулятора жесткости. Он имеет встроенный электромагнитный клапан, который собственно и регулирует жесткость, несколько амортизационных клапанов и золотник. На корпусе регулятора жесткости закреплена сфера. Регулятор есть как на передней оси, так и на задней. Регулятор при переводе его в мягкий режим связывает между собой все упругие элементы подвески, за счет чего повышается давление и объем газа в системе. Когда водитель переводит тумблер в жесткий или спортивный режим, то регулятор наоборот изолирует друг от друга дополнительные сферы и задние цилиндры.

Устройство подвески Hydractive 3

Система управления

К системе управления можно отнести электронный блок управления и его исполнительные механизмы. Работа блока основывается на показании датчиков. Сенсоры входа и селектор выбора режимов работы относят к входным устройствам. Сенсоры нужны для того, чтобы преобразовывать различные характеристики и сигналы. В гидроподвеске применяется много разных датчиков: датчик положения кузова относительно дороги и датчик поворота руля. Датчик высоты кузова информирует ЭБУ (электронный блок управления) о среднем положении кузова относительно земли. Как правило, для адекватной работы ЭБУ на машину ставят несколько таких сенсоров. Датчик, как в принципе понятно из названия, следит за углом и направлением поворота руля, передает сведения в ЭБУ, а тот, в свою очередь, анализирует их. ЭБУ предоставляет автоматический режим работы подвески, но есть и селектор, с помощью которого можно самостоятельно выбирать высоту кузова и жесткость подвески. В работе блока управления подвески принимает участие также и ЭБУ самого двигателя и АБС (антиблокирующая система) тормозов, вместе они осуществляют более широкие задачи. Вот собственно и все, принцип работы гидроподвески полностью описан.

https://youtube.com/watch?v=_pyrZGuUnMg

Зачем устанавливать пневматическую подвеску

Пневматическая подвеска обладает пятью основными преимуществами, о которым мы сейчас и поговорим.

Регулируемость

Пневматические подвески легко регулируются в зависимости от загруженности транспортного средства или личных предпочтений водителя. Изменение посадки автомобиля, которое ранее занимало недели кропотливого труда, может осуществляться всего за несколько минут.

Пневматическая подвеска, в свою очередь, обеспечивает очень точную регулировку, позволяющую добиться максимальной эффективности, при этом не требуется каких-либо сложных манипуляций для ее установки и регулировки.

Управляемость

Большинство пневматических баллонов имеют прогрессивную жесткость – чем сильнее они сжимаются, тем жестче они становятся. Данное свойство в сочетании с возможностью автономного регулирования дает потрясающие результаты. Процесс адаптации подвески к текущим условиям занимает всего несколько минут.

В наиболее сложных системах пневматическая подвеска оснащается противораскачивающей системой и баллонами, которые регулируются не только на сжатие, но и на растяжение.

Получение оптимальных характеристик

У каждого водителя свои требования к управляемости и клиренсу автомобиля. Пневматическая подвеска позволяет удовлетворить практически любые пожелания без внесения каких-либо конструктивных изменений. Возможность регулировки пневматической подвески позволяет добиться необходимого уровня комфорта или управляемости, либо найти золотую середину между этими двумя понятиями.

Вы можете добраться до гоночного трека в комфорте на мягкой подвеске, затем сделать подвеску жесткой для участия в гонках, а после этого снова ее смягчить и вернуться домой, наслаждаясь комфортной ездой.

Внешний вид автомобиля

Пневматическая подвеска позволяет занизить автомобиль, чтобы он выглядел «круто». Крайним случаем являются специально заниженные минигрузовики и лоурайдеры, однако на сегодняшний день они занимают очень малую долю рынка.

Гораздо чаще водители хотят занизить свой автомобиль или грузовик для красоты за разумную цену, но без каких-либо потерь маневренности и надежности транспортного средства. Большинство пневматических подвесок позволяют добиться нормального клиренса во время движения, отличающегося от заводского варианта подвески всего лишь на несколько дюймов.

Неважно, насколько занижен автомобиль на пневмоподвеске, клиренс всегда может быть увеличен для нормального передвижения транспортного средства по трассе, при въезде на АЗС или для заезда на прицеп

Загрузка транспортного средства

Изначально пневмоподвеска использовалась в коммерческих целях на 18-колесных фурах – данное техническое решение позволило перевозить тяжелые грузы без потери комфорта для водителя. Конечно, совсем не обязательно устанавливать пневмоподвеску, чтобы превратить свой автомобиль в хот-род, однако данная система может оказаться вполне практичной, например, на автоэвакуаторе, чтобы динамически изменять клиренс в зависимости от текущих дорожных условий.

По сути, уже сейчас некоторые внедорожники в определенных комплектациях оснащаются пневмоподвеской.

Пневматическая подвеска может устанавливаться как дополнение к рессорной подвеске, но большинство владельцев хот-родов предпочитают полный переход к более современной пневмосистеме. Для большинства популярных шасси существуют специальные крепежные комплекты, требующие минимальных сварочных работ для крепления кронштейнов.