О пневмоподвеске научным языком
Причины создания и применение
Развитие конструкции легкового автомобиля привело к необходимости разработки и применения регулируемых подвесок. Можно назвать несколько основных причин, которые заставили инженеров использовать регулируемые подвески на легковых автомобилях.
Во-первых, это связано со значительными изменениями нагрузки на подвеску. Произошло снижение собственной массы автомобилей при повышении их грузоподъемности, особенно малолитражных, малогабаритных и компактных легковых автомобилей. Увеличение массы нагруженного автомобиля по сравнению с порожним достигает ста и более процентов.
Во-вторых, существенно повысились скорости движения легковых автомобилей. Появилась необходимость изменения положения кузова и «ужесточения» подвески для повышения устойчивости и управляемости. На дорогах с высококачественным покрытием максимальная скорость достигла отметки 150... 200 км/ч. (Возможно, это предел, так как дальнейшее возрастание скорости приведет к резкому снижению безопасности движения и значительному увеличению расхода топлива).
В-третьих, не утратила своего значения проблема повышения плавности хода и комфортабельности движения в различных дорожных условиях. Необходимость повышения плавности хода остро ощущается на отечественных автомобилях, эксплуатация которых происходит в весьма разнообразных дорожных и климатических условиях.
И наконец, в-четвертых, при использовании регулируемых подвесок стало возможным получить дополнительные преимущества и удобства по сравнению с обычной подвеской. Легко можно сохранять или принудительно изменять положение кузова и колес относительно дороги. Например, постоянный просвет улучшает работу фар, особенно при дальнем свете, регулирование обеспечивает возможность подъема кузова для преодоления препятствий, подъем и опускание колес для монтажа и демонтажа шин без домкрата.
Устройство и работа пневмоподвески
Основным элементом пневматической подвески является регулируемая пневморессора. Распространение пневморессор на автомобилях связано с их преимуществом по сравнению с другими упругими элементами: простотой регулирования основных показателей и изменения характеристик подвески. Регулирование пневматической подвески производится за счет подвода или отвода жидкости или газа в пневморессоры . В результате такого регулирования легко можно изменять положение кузова и колес, жесткость подвески и частоту собственных колебаний кузова. Грузоподъемность пневморессоры обеспечивается давлением сжатого воздуха (или газа), а жесткость — объемом, в котором этот воздух находится. Изменение грузоподъемности при загрузке или разгрузке автомобиля компенсируется повышением или понижением давления сжатого воздуха в пневморессоре. Пневморессоры изменяют жесткость в зависимости от частоты колебаний кузова и колес. С увеличением скорости движения происходит ужесточение подвески.
Конструкции регулируемых пневморессор весьма разнообразны, работы по их совершенствованию все время продолжаются, постоянно предлагаются новые схемы и конструктивные решения. Однако все виды регулируемых пневморессор можно разделить на два основных типа: телескопические поршневые рессоры и пневморессоры, выполненные на основе резино-кордных оболочек (РКО). И хотя мы и предлагаем к установке телескопические поршневые рессоры, объем установок и спрос так мал, что мы рассмотрим только РКО системы.
На корпусе гидравлического амортизатора закреплена РКО, выполненная в виде рукава, который при перемещении подвески обкатывается по корпусу. Конструкция рукава с кордным каркасом, наружным защитным и герметизирующим слоями резины напоминает устройство шины. Рабочий объем сжатого воздуха заключен между РКО и стаканом. К пневморессоре может быть подключен дополнительный объем. Подвод сжатого воздуха в пневморессору осуществляется через штуцер. Способ изменения давления сжатого воздуха (или газа) влияет на характеристику пневморессоры. При неподвижном поршне подвод жидкости увеличивает давление газа в результате уменьшения его объема, при этом его масса остается неизменной. Если подводить в пневморессору сжатый воздух, то давление возрастет из-за увеличения массы воздуха, а объем, который он занимает, останется прежним. В первом случае увеличивается частота собственных колебаний кузова и плавность хода автомобиля ухудшается, во втором — частота собственных колебаний кузова и плавность хода сохраняются.
Способность пневморессор с РКО сохранять автомобилю плавность хода независимо от того, нагруженный он или порожний, имеет большое значение. Такие пневморессоры используют на автобусах и грузовых автомобилях, грузоподъемность которых значительно изменяется. Поршневые пневморессоры применяют на легковых автомобилях, изменение грузоподъемности у которых невелико. Улучшить характеристику поршневой пневморессоры при изменении давления сжатого газа можно, подключая дополнительные пневматические упругие элементы.
Регулируемые пневморессоры позволяют увеличивать жесткость подвески при движении автомобиля с большой скоростью по хорошей дороге или с малой скоростью по бездорожью. Для изменения жесткости пневморессор используют дополнительный объем для сжатого воздуха или дополнительный пневматический упругий элемент.
Если к пневморессоре с РКО подсоединить дополнительный объем, то жесткость ее уменьшится, подвеска будет мягкой. При отключении дополнительного объема произойдет ужесточение подвески.
Более простым языком - отличие пневмоподвески от пружинной - это нелинейная зависимость величины сжатия и силы сопротивления. То есть, пневматическая подвеска значительно мягче при малых перемещениях (небольшие ямки и стыки в асфальте) и значительно жёстче при проезде лежачих полицейских, что даёт уверенность не удариться бампером после его проезда.
История создания пневмоподвесок
Первым легковым автомобилем массового производства на пневматической подвеске был знаменитый французский автомобиль «Ситроен ДС-19», серийный выпуск которого начался в 1955 г. На всех колесах машины были установлены регулируемые поршневые пневморессоры. Автомобили «Ситроен» с такими пневморессорами с успехом выпускаются и в настоящее время. Пневморессоры с РКО впервые появились на легковых автомобилях серийного производства в 1957 г. в США. Это была дорогостоящая машина «Кадиллак Эльдорадо». В пневматической подвеске автомобиля использовались РКО диафрагменного типа. Такие же РКО были установлены на серийном автомобиле «Мерседес-Бенц» 300 СЕ выпуска 1961 г. Он оказался одним из последних автомобилей с пневматической подвеской такого типа. Попытки применения РКО диафрагменного типа не получили распространения на легковых автомобилях.
В СССР в начале 50-х гг. велись интенсивные разработки пневматических подвесок для автобусов и грузовых автомобилей. На Всесоюзном совещании по проблемам пневмоподвески были представлены опытные образцы грузовых автомобилей и автобуса с пневморессорами на основе РКО. Позже началось серийное производство автобусов с пневмоподвескои на Львовском и Ликинском автобусных и троллейбусном имени Урицкого (ЗиУ) заводах. Опытный автомобиль «Москвич» с пневматической подвеской был изготовлен в конце 60-х гг. на Ижевском автозаводе.
Интерес к пневматическим подвескам с РКО для легковых автомобилей появился снова, когда выяснилась возможность применения РКО рукавного типа в сочетании с электронными системами управления. В настоящее время управляемые пневматические подвески применяют многие ведущие автомобилестроительные заводы Европы, США и Японии.
Цель постановки пневмоподвески
Принципиальный вопрос, который у Вас должен возникать - это для чего Вы хотите установить пневматику.
Можно поделить цели на три условные группы:
- Только поднимать а/м
- Опускать и поднимать а/м
- Изменение характеристик работы подвески и возможность их настраивания.
Разделение по типам автомобилей:
Легковые малолитражки
Обычно на этих автомобилях идёт борьба между комфортом и грузоподъёмностью. При малом собственном весе хотелось бы нагрузить на неё побольше, и этот вес зачастую составляет почти половину собственной массы. Конечно же подобрать пружину с таким диапазоном невозможно и можно получить лишь две крайности - или очень жёсткий незагруженный автомобиль или полное проседание, если в багажник положить чуть-чуть и пару человек на заднее сиденье. Выход - задняя пневмоподвеска. Она поможет выравнивать автомобиль при любой загрузке. Этим способом пользуются многие производители автомобилей. И если установить уровень пола - то вы и думать не будете о том, что у Вас стоит пневмоподвеска. Если Вы уверены, что Вы хотите получить в результате - то вперёд выбирайте тип пневмоподвески в зависимости от марки и выбирайте подготовку воздуха - ручную или автоматическую. Если у Вас пружина - отдельно от амортизатора - то Вам повезло и Вы сможете уложиться в 20-25т.р за комплект на одну ось без подготовки, если же амортизатор внутри пружины - 40-45т.р. Исключения составляют некоторые автомобили типа Вольво и Пежо, где сделаны специфичные подвески с применением эксклюзивных технологий и цена проектирования и изготовления подвески будет немного выше… Но! Хочется повторить - Мы можем сделать пневмоподвеску на ЛЮБОЙ автомобиль.
Внедорожники
Установка пневматики преимущественно для поднятия кузова при преодолении препятствий. Главный вопрос - надежность пневмоэлемента в грязи. Можно ли его пробить? Напомню - пневмоэлемент по структуре своей напоминает строение колеса, так что шансы пробить колесо или пневмоэлемент у Вас одинаковые. Если сомневаетесь - поставьте себе вставки в пружины или купите запасной пневмоэлемент...
Микроавтобусы
Увеличение грузоподъемности, снижение уровня боковых качения, сглаживание колебаний кузова на плохих дорогах. В большинстве случаев это только задняя ось, но иногда пневматизируется и передняя. Отдельной графой можно выделить Дома на колесах где пневматика на задней оси позволяет убирать проблемы с огромным задним свесом, а пневматизация передней - с одной стороны позволяет поднять а/м и заехать на обычно крутой подъем на пароме, а с другой стороны опустить а/м и вписаться в небольшие ворота, например, мойки или стоянки...
Типы пневмоподвесок
Только поднятие а/м - это самая простая и наиболее надёжная конструкция - при этом штатные упругие элементы (рессоры или пружины) не убираются, а Вы просто добавляете пневмоэлементы в помощь к ним.
Три варианта:
- Вставка в пружину
- Пневмоэлемент между рессорой и рамой (кузовом) в случае рессорной подвески
- Пневмоамортизатор
И если между первым и вторым выбора нет (зависит только от Вашей подвески), то пневмоамортизатор можно поставить в обоих случаях. Пару отрицательных моментов - это дорого и не всегда место крепление амортизатора к кузову или подвеске рассчитано на дополнительную нагрузку (в среднем пневмоамортизатор может поднять 400-500кг)
Если Вы хотите не только поднимать, но и опускать автомобиль, то тогда штатные упругие элементы придётся убрать.
"+" - Изменение характеристик, отсутствие пробоя возможность выравнивать при неравномерной загрузке
"-" - При поломке системы машина падает и может двигаться только в аварийном режиме. (Обычно система собирается так, что автомобиль может передвигаться и поворачивать, за исключением специальных случаев, когда собирается демокар под специальный заказ.)
В этом случае:
1. Пружинная подвеска с вынесенными амортизаторами - самая простая и надёжная конструкция.
2. Пружинная подвеска с внутренним амортизатором (мак Ферсон и аналоги) - пневмоэлемент надевается на амортизатор со специальными переходниками
3 . Рессорная подвеска:
А. Можно убрать несколько листов (облегчить рессору и добавить пневмоэлемент). Отрицательный момент - коренной лист может согнуться и редуктор будет гулять вверх-вниз.
Б. Установить систему реактивных тяг (бывает несколько видов)
4. Торсионная подвеска (передняя)
А. Можно ослабить торсион и поставить пневмоамортизатор - это самый простой и надёжный способ, изменение клиренса 6-8см
Б. Убрать торсион и поставить пневмоэлемент на верхний рычаг.
В. Установить Торшенбар на хвосты торсиона и крутить торсионы вместе с рычагом.
Если у Вас установлена полная пневматика, то Вы можете установить контроллер или дополнительные ресиверы, а также регулируемые амортизаторы и настроить подвеску так, как Вы того хотите. Но это дорогой путь и стоимость его может превысить стоимость самих пневмоэлементов.
Компоненты пневмоподвески
Система пневмоподвески состоит из двух частей:
1. Сами пневмоэлементы
2. Блок подготовки воздуха - система для наполнения пневмоэлементов воздухом и распределение давления по контурам .
Вы можете приобрести только пневмоэлементы и накачивать их насосом через ниппеля. Вы можете построить свой блок подготовки, используя компоненты, приведённые в нашем интернет-магазине.
Пневмоэлементы
Пневмоэлементы с брэкитами или пневмостойки подходят только на данный тип автомобиля.
Принципиально пневмоэлементы делятся на два типа:
Сильфоны (одинарные, двойные, тройные)
Рукава (конусные, прямые)
Обычно подушка устанавливается так, чтобы полностью использовался весь ход штатного амортизатора.
Блок подготовки воздуха
Это некие устройства, с помощью которых Вы можете подавать сжатый воздух в пневмоподвеску и следить за давлением в ней.
Одноконтурные - пневмоэлементы находящиеся в системе соединены между собой
Двухконтурные - пневмоэлементы разъединены в два контура. В случае, если пневматизирована только одна ось - то разделение идёт на правый и левый контур. Это даёт возможность получить более жёсткую подвеску или выравнивать автомобиль при неравномерной загрузке. В случае пневматизации двух осей - два контура - перед и задняя ось. (соединять перед и зад нельзя, так как обычно давление в этих контурах разное)
Четырёхконтурные - только при пневматизации всего автомобиля. Каждый пневмоэлемент имеет собственное давление. Улучшенные ходовые качества, возможность выравнивания автомобиля при неравномерной загрузке.
Возможность построения активной подвески с контроллером.
От простого к сложному.
- Можно ограничиться только ниппелем для накачки пневматики насосом или компрессором , но не нужно забывать, что некоторые системы работают на давлении больше 8 атм и Вам (или Вашему компрессору) будет тяжело поднять такое давление.
Если Вы в основном перемещаетесь по городу - то можно пользоваться услугами заправок.
Можно возить с собой баллон с сжатым воздухом - но где гарантия, что Вам хватит этого воздуха на Вашу поездку?
- Примитивная система подкачки - компрессор напрямую качает в пневмобаллоны, а стравливать давление Вы можете через пневмониппель. В комплект входит манометр для отображения давления в системе.
Это дешёвая, удобная и малогабаритная система. Она позволит Вам полностью насладиться пневмоподеской на Вашем автомобиле и не исключает возможности последующего апгрейда.
Количество контуров неограниченно.
- Системы с ресивером - это блок подготовки, который работает примерно так - Компрессор накачивает в ресивер сжатый воздух и в автоматическом режиме (только при заведенном двигателе) поддерживает в ресивере заданное давление. Вы с помощью пневмораспределителя (механических (пневмокнопок) или электромагнитного) распределяете давление в пневмоэлементах.
Различаться эти системы могут величиной ресивера (минимальный запас воздуха рассчитывается исходя из типа применённого пневмоэлемента и рабочего давления или исходя из правила - воздуха в ресивере должно хватать на подъём из минимального положения в рабочее). Объём применённого ресивера диктует тип компрессора, который нужно поставить. Они все различаются по производительности, макс давлению (10-14 Атм) и времени безостановочной работы. Чем больше ресивер - тем больше компрессор и значит дороже система.
Пневмораспределители также различаются по типу и проходному сечению и для выбора необходимого Вам Вы должны чётко сформулировать задачи, которые Вы ставите перед пневматикой.
Например, система с пневмораспределителями будет состоять из следующих пневмоэлементов:
1. Компрессор
2. Обратный клапан
3. Реле компрессора
4. Ресивер
5. Датчик автоматического поддержания давления в ресивере
6. Манометры и клавиши управления (пневмоклавиша, электроклавиша)
7. Блок пневмораспределителей
8. Трубки пневмолиний
Зимняя эксплуатация
Это одна из самых больших проблем в России. Пневмоэлементы имеют диапазон температур, который перекрывает Российские колебания. Но помимо пневмоэлементов любого типа и конструкции у Вас будет установлено множество другого оборудования. И главная проблема - это замерзания конденсата в системе, что приводит к неработоспособности датчиков и электроклапанов. Способы борьбы следующие: постараться максимально избавиться от влаги в системе, для чего устанавливаются влагоотделители (не всегда эффективный метод борьбы с наличием влаги в системе) и/или заливается в систему специальная жидкость-осушитель для пневматических систем. Более надёжным способом в борьбе против замерзания можно признать универсальные подогревательные элементы или готовые решения обогреваемых узлов. Ресиверные системы, управляющиеся с помощью электромагнитных клапанов, более подвержены замерзанию в отличии от безресиверных компоновок и комплектаций на механический пневмораспределителях (пневмоклавиши). Выбирая системы управления в нашем интернет-магазине, вы можете ознакомиться с вариантами компоновок.
Дополнительные опции пневмоподвесок
- Пневмосигнал . Имея сжатый воздух на борту, глупо не поставить себе хороший дудок и уподобиться большому грузовику, весело гоняя бодрых пешеходов по проезжей части! Необходим только блок подготовки с ресивером. Эту опцию можно заказать и без пневмоподвески.
- Подкачка колес. Выглядит в виде стандартного быстросъема и витого шланга с пистолетом. Можно качать колеса, матрасы, раздувать мангал и сдувать снег с автомобиля. Все, что Вы захотите, ведь у Вас есть сжатый воздух!
- Пневмотюнинг. Это скорее игрушки, хотя что плохого в открывании и закрывании багажника с кнопки брелка? Огромный плюс применения пневматики - если Вы хотите - можете закрыть тот же багажник руками, что обычно невозможно в случае заклинившей электрики...
Наши социальные каналы:
В современном автомобиле почти не осталось механических или электрических систем в чистом виде. Комплексное использование разных источников энергии и различных вариантов ее поглощения - вот формула автомобиля сегодня. Едва ли не самой показательной в этом плане будет пневматическая подвеска. Здесь переплелось все - пневматика, механика, электроника. Каждый элемент пневматической подвески работает на комфорт и управляемость, а как именно - узнаем прямо сейчас.
Общий вид пневматической подвески Mercedes ml350
Пневматическая подвеска в чистом виде существует только в теории. На практике так называют достаточно сложный комплекс механизмов и узлов разных типов. В этой подвеске пневматическим остается только сам упругий элемент, который заменяет классические пружины, рессоры или торсионы. Тем не менее это позволяет пневмоподвеске получить массу преимуществ перед другими конструкциями. Основное - плавность хода и возможность регулировки клиренса автомобиля.
Реализация пневмосистемы невозможна без заимствования элементов подвесок других типов: МакФерсон, многорычажной подвески (Multilink), адаптивной и гидропневматической. Пневмоподвеска имеет достаточно высокую стоимость, поэтому в основном она находит применение на автомобилях премиум-сегмента. Хотя несколько десятилетий назад предпринимались попытки использовать ее на массовых моделях, таких как Ситроен СХ.
Пневморессоры на трехосном тягаче
Пневматические подвески получили широкое распространение в большегрузном транспорте и в автобусах, поскольку грузоподъёмность, габариты и особенности применения такой техники позволяют в полной мере реализовать все преимущества пневматики. Легковые подвески данного типа сложны по конструкции и работают, как правило, с амортизаторами регулируемого типа под управлением электроники. Такие системы называют адаптивной подвеской.
Конструкция классической пневмоподвески
Схема пневматической подвески
За несколько десятков лет, в течение которых пневматическая подвеска устанавливалась на серийные автомобили, она успела доказать свою выносливость, работоспособность и, главное, практичность. Основные элементы пневматической подвески:
- пневматические упругие элементы
- компрессор
- ресивер
- датчики положения кузова
- система управления
Пневмоэлементы
Конструкция стоек пневмоподвески
Пневмобаллоны, пневматическая рессора, упругий элемент, называть их можно по-разному. Суть от этого не меняется. Задача пневмоэлемента состоит в том, чтобы эффективно воспринимать нагрузки от неровностей дороги и сохранять клиренс автомобиля на заданном уровне. Для этого ему необходимо поддерживать определённое давление воздуха и сохранять его в своём объеме. Конструктивно пневмобаллон может быть либо выполнен вместе с амортизатором, либо устанавливаться отдельно.
Если это комплексное решение, то амортизатор и пневмоподушка будут называться пневмостойкой. Она аналогична МакФерсону, только вместо пружины - резиновая камера, заполненная воздухом. Некоторые виды пневмоподушек имеют ограничительные клапаны давления, а некоторые — пневмоаккумуляторы, чтобы не так зависеть от давления, которое создаёт следующий элемент системы.
Компрессор
Его задача сводится к тому, чтобы обеспечивать все пневморессоры воздухом под заданным давлением. Это не просто компрессор, а цепь элементов, контролирующих подачу воздуха и общее давление в системе; кроме того, в конструкцию компрессора обязательно входит осушитель для предотвращения накапливания влаги в системе.
Ресивер
Пневмоподвеска Ауди А5
Ресивером называют резервуар, который служит для накопления сжатого воздуха и дальнейшего поддержания заданного давления в системе. Это необязательный элемент, однако его применение крайне желательно, тк позволяет не заставлять компрессор качать воздух постоянно. После понижения давления в ресивере до определенного предела электроника даст команду компрессору на включение.
Система управления
Электронная система управления следит за давлением в пневмобаллонах и распределяет его по каждому из них. Для этого в систему пневматической подвески интегрированы ограничительные и перепускные клапаны. Датчики контролируют работу пневмосистемы, положение кузова, скорость движения автомобиля, качество дорожного покрытия, угол поворота рулевого колеса и положение педали акселератора. На основе данных показателей система управления регулирует положения кузова автомобиля и степень демпфирования амортизаторов (в случае адаптивной подвески).
Принцип работы
Основная задача пневматической подвески - поддерживать заданный уровень высоты положения кузова над дорогой и эффективно поглощать все неровности. Системой можно управлять как в ручном, так в автоматическом режиме. И тут с каждым годом у производителя появляется все больше и больше возможностей. Данные, полученные от датчиков, передаются в систему управления, а она уже раздает команды исполнительным устройствам: подкачать и повысить давление либо стравить давление из переднего или заднего контура (или обоих сразу) и прижать кузов автомобиля к асфальту на минимально допустимое расстояние на высокой скорости. Каждая пневматическая подвеска имеет свои настройки и свое предназначение, которые зависят, в первую очередь, от типа автомобиля.
Применение пневматической подвески
Кнопки управления пневмоподвеской Мерседес
Самые простые пневматические системы (что,кстати, не значит дешёвые) могут быть установлены только на заднюю ось. Часто такие решения можно встретить на универсалах и больших кроссоверах. Система предполагает периодическую повышенную нагрузку на задний мост, поэтому регулирует клиренс и жёсткость подвески в зависимости от загрузки. В основном такие схемы работают в паре с многорычажкой Multilink, но могут использоваться и со стойками МакФерсон. Причём такая пневмоподвеска позволяет максимально «опустить» автомобиль, что очень упрощает погрузку и выгрузку.
Однако чаще всего пневматика устанавливается на все четыре колеса. Это даёт возможность более гибко управлять клиренсом. Такая схема используется не только на дорогих кроссоверах, но и на спортивных автомобилях, где каждый миллиметр дорожного просвета будет влиять на аэродинамику и, как следствие, на скорость и управляемость.
В последние годы конструкция пневматической подвески становится все более надежной, что позволяет устанавливать ее не только на дорогие автомобили премиум-сегмента. Применение пневматической подвески позволяет сделать управление автомобилем более динамичным, повысить плавность хода и уровень комфорта. Это достигается за счет возможности изменения положения кузова и степени демпфирования амортизаторов.
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.
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 включает пневматические упругие элементы на каждое колесо, модуль подачи воздуха, ресивер и систему управления.
Пневматический упругий элемент выполняет основную функцию подвески – поддержание определенного уровня кузова автомобиля. Это достигается путем изменения давления и соответствующего ему объема воздуха в упругих элементах.
Пневматический упругий элемент состоит из корпуса с направляющей, манжеты и поршня. Конструктивно пневматический упругий элемент может изготавливаться со встроенным амортизатором или устанавливаться отдельно. Упругий элемент, объединенный с амортизатором, имеет название пневматическая стойка (по аналогии с амортизаторной стойкой подвески МакФерсон).
Манжета пневматического упругого элемента изготавливается из прочного многослойного эластомера. В некоторых конструкциях упругих элементов применяется дополнительные пневмоаккумуляторы. Для поддержания давления при утечке воздуха в упругом элементе может устанавливаться клапан остаточного давления.
Модуль подачи воздуха служит для питания упругих элементов воздухом. Он включает электродвигатель, компрессор и осушитель воздуха. Конструктивно в модуль включен блок электромагнитных клапанов системы управления подвеской.
Ресивер представляет собой резервуар для воздуха и обеспечивает регулирование дорожного просвета при движении на небольшой скорости без включения компрессора, а также корректировку положения кузова на стоянке.
Конструкция и работа элементов адаптивной подвески рассмотрена в отдельной статье.
Модуль подачи воздуха и пневматические стойки образуют пневматическую систему подвески. Система может быть открытой или закрытой (замкнутой). Предпочтительной является замкнутая пневматическая система, обеспечивающая минимальные потери воздуха, а значит экономию энергии на его создание.
Создание и регулирование давления в пневматической системе подвески осуществляется с помощью электронной системы управления, которая включает входные датчики, блок управления и исполнительные устройства.
К входным устройствам относятся датчики уровня кузова, ускорения кузова , температуры компрессора, давления в системе, а также переключатель режимов работы.
С помощью переключателя на панели приборов осуществляется ручное регулирование уровня кузова. Датчики отслеживают параметры работы системы и преобразуют их в электрические сигналы.
Блок управления преобразует электрические сигналы входных датчиков в управляющие воздействия на исполнительные устройства. В своей работе блок управления взаимодействует с блоками системы управления двигателем , системы курсовой устойчивости .
В системе управления пневматической подвески используются следующие исполнительные устройства: клапаны пневматических упругих элементов (для создания давления ), выпускной клапан (для сброса давления ), переключающий клапан (для поддержания давления в ресивере ), реле включения компрессора. Конструктивно все клапаны сосредоточены в блоке электромагнитных клапанов, расположенном в модуле подачи воздуха.
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.
Инновации в технологиях означают, что системы больше не являются неуклюжими, медленными и неточными. Вместо этого они используют быструю точную технологию на основе современной электроники, которая контролирует всё: от высоты посадки до точного в пневмоподвеске, предлагая плавный управляемый привод. И, что самое главное - систему подвески автомобиля часто недооценивают. С точки зрения комфорта и безопасности подвеска Вашего автомобиля является неотъемлемой частью - также как и колёса машины. Амортизаторы и пружины поглощают ямы и неровности, по которым едет колесо.
Тем не менее, каждый раз, когда Вы добавляете или убавляете вес своего авто, ускоряете или замедляете его или поворачиваете руль налево или направо, это бросает вызов тому, на что амортизаторы и пружины Вашего автомобиля способны. Тем не менее, при всей нужности и актуальности подвески, пружины выглядят сегодня достаточно консервативным методом смягчения неровностей дороги, определяя единственный набор функций и отсутствие каких бы то ни было настроек и надстроек.
Как же работает пневмоподвеска?
Наглядная работа пневмоподвески в трёх режимах: полностью накачанная/нормально накачанная/не накачанная
Пневматическая подвеска - это замены пружины машины пневматическими рессорами. Пневматические рессоры - это просто жёсткие резиновые и пластиковые ёмкости (баллоны), накачанные до определённого давления и высоты, чтобы имитировать те же пружины. Но на этом сходство, в общем-то, и заканчивается. Если добавить к пневморессорам бортовой воздушный компрессор, датчики и электронные системы управления, то сегодняшние системы пневмоподвески смогут обеспечить огромный ряд преимуществ по сравнению с цельнометаллической подвеской - обычными пружинами, в том числе почти мгновенную настройку и способность к адаптации обработки неровностей в разных ситуациях и изменение возможности нагрузки.
Но главная особенность пневмоподвески заключается далеко не в её способности к расширению собственного функционала и настроек. Является ли система ручной или электронной, установлена ли она гаражным "Кулибиным" или увидела свет в большом концерне опытных технологий какого-либо популярного бренда, пневматическая подвеска может понижать и повышать автомобиль по высоте, увеличивая и уменьшая его клиренс . Особенно актуально использование пневмоподвески стало у молодых людей с целью эксплуатации её в автомобилях отечественного производства.
Пример пневмоподвески грузового автомобиля Mack
Из чего состоит пневмоподвеска?
Ранние версии систем пневмоподвески работали относительно просто - даже ещё проще, чем Вы представили: подушками просто заменяли пружины. Подушка накачивалась до требуемого давления или высоты с помощью внешнего компрессора через клапан на этой подушке. Изменения в технологиях и использования добавили несколько компонентов, которые усложнили работу пневмоподвески, добавив возможность контроля к системе. Сегодняшние системы пневмоподвески имеют почти одинаковый или аналогичный набор компонентов, которые всё же немного отличаются от производителя к производителю. Различия приходят в основном в управлении и простоте установки.
Материал самой пневморессоры мало изменился с течением времени. Подушка обычно состоит из резины и полиуретана, что обеспечивает структурную целостность, оптимальное удержание воздуха внутри, прочность истирания от дорожного мусора и песка и устойчивость к выгоранию от солнечных лучей, воздействия соли и химической коррозии.
Итак, ранее мы узнали об основном компоненте работы пневмоподвески - пневморессорах. Теперь пришло время узнать, что они бывают трёх основных форм:
Большинство систем воздушной подвески сегодня поставляются с компрессором на борту машины. Компрессор представляет собой небольшой электрический насос для подачи сжатого воздуха к пневморессорам через серию трубок. Компрессор обычно монтируется на раме автомобиля или в багажнике. Подавляющее большинство компрессоров снабжены осушителем воздуха . Дело в том, что, когда компрессор работает, закачивая атмосферный воздух в насос, сжимая его и перемещая в подушки, этот воздух часто нагружен большим количеством влаги, и влага эта может посеять хаос в замкнутой системе. Осушитель использует специальное вещество, которое способно поглотить столько влаги из воздуха, сколько для него возможно, прежде чем воздух направится в систему пневмоподвески.
Более простые компрессорные системы полагаются на сам компрессор, чтобы поддерживать, увеличивать или уменьшать давление в подушках. Более современные системы снабжены ещё и воздушным резервуаром для поддержания давления и обеспечения равномерного перехода давления между подушками . Компрессор может быть активирован вручную или автоматически, и контролироваться исключительно водителем либо автоматически через электронную систему, или путём сочетания того и другого.
Так выглядит типичный компрессор в пневмоподвеске
Конечно, это ещё не все компоненты системы пневматической подвески! Ниже детали, которые оказывают посильную помощь в ответственной работе пневмоподвески.
Пневмолинии проводят сжатый воздух в подушки. Линии похожи на обычные шланги и трубки высокого давления воздуха и направляются вдоль кузова (рамы) автомобиля. Хотя большинство линий имеют состав резина/полиуретан, они могут быть также заменены на стальные трубки, предлагая более прочную конструкцию.
Типичная установка пневмолиний в пневмоподвеске
Клапаны представляют собой шлюзы для выхода и входа воздуха в различные части системы. В современной пневмоподвеске клапаны играют важнейшую роль в изоляции и контроле над креном автомобиля , где воздух направляется неравномерно по всей системе (по четырём пневморессорам у четырёхколёсного автомобиля с четырёхконтурной пневмоподвеской (о таких типах подвески немного ниже)). Ранние системы пневматической подвески представляли собой двусторонние установки - по сути, это когда каждая пара левой и правой подушки были соединены одной линией и имели общее давление воздуха. Таким образом, когда автомобиль кренится, один воздушный мешок сжимается и тем самым толкает сжатый воздух через линию к другой воздушной подушке, которая расширяется. Это приводило к большим кренам кузова и придали плохую репутацию пневмоподвеске. На сегодняшний день системы используют ряд клапанов, которые контролируют эту тенденцию и предлагают значительное улучшение управляемости.
Соленоиды используются в системе с электронным управлением, чтобы заполнять и спускать каждый воздушный мешок. Поскольку система настраивается под различные условия, команды даются каждому соленоиду, чтобы открыть или закрыть клапан отдельной пневморессоры, изменяя количество воздуха в каждой из них.
Так выглядит установка с соленоидами
Электронные системы управляются через электронный блок управления . Контролирующее программное обеспечение может быть очень простым, почти как цифровая версия аналога включения/выключения управления, но всё же чаще ЭБУ становятся всё более сложным программным обеспечением, мониторя давление и, соответственно, дорожный просвет в реальном времени. Модули получают информацию с помощью различных входов, в том числе датчиков дорожного просвета , и переключают компрессор в различные режимы работы и в том числе выключая его по мере необходимости. Электронная часть системы работы пневмоподвески - это та часть, где произошло наибольшее число инноваций, и где изменения, скорее всего, будут расти в геометрической прогрессии в будущем. Эти системы в целом остаются отдельно от других модулей и систем связи на борту автомобиля.
Давайте взглянем, как все эти компоненты выглядят все вместе, каждый на своём месте в автомобиле:
Покупаемые наборы пневмоподвески
К сожалению, на сегодняшний день производство, установка и адаптация автомобиля под пневмоподвеску - это достаточно дорогое удовольствие, и потому комплектуются производителем пневматической подвеской, в основном, автомобили премиум-класса, а также грузовые автомобили, в том числе фуры. Но выход есть: можно приобрести комплект пневмоподвески практически на любую машину, хотя она и будет значительно примитивнее, чем заводская: так, она, скорее, будет выполнять роль изменяемого вручную клиренса при различных дорожных условиях, в то время как в премиум-автомобилях пневмоподвеска преследует целью комфортную езду по неровностям - может адаптироваться, к примеру, при поездке по грунту и глотать довольно большие ямы и неровности, а затем, при выезде на ровную асфальтовую дорогу, быстро адаптироваться под более спортивный стиль езды.
Сегодня существует множество различных производителей, продающих широкий спектр компонентов комплектов пневмоподвески, что может ввести в недоумение покупателя за счёт широкого спектра комбинаций количества и качества компонентов. В целом же, наборы воздушной подвески заменяют чаще всего только пружины, которые, в свою очередь, являются лишь частью более крупной системы подвески. Учитывая этот факт, многие компании предлагают ещё и ремкомплекты для пневмоподвесок, с помощью которых всё: от тяг до амортизаторов - заменяется на высококлассные компоненты.
Однако, в общем, самые основные комплекты поставляются с подушками безопасности для замены пружин машины наряду с компрессором и воздушными линиями. Большинство основных комплектов продаётся с двухконтурной системой, которая может привести к тяжёлым кренам кузова. Давайте поговорим о типах пневмоподвески, которые напрямую и наиболее сильно влияют на её конечную стоимость и, конечно же, комфорт. Продаваемые отдельно пневмоподвески бывают четырёх типов:
- Одноконтурная пневмоподвеска предназначена только для одной оси, и давление в обоих подушках этой оси будут одинаковыми, так как между компрессором и обеими подушками проходит только одна общая линия (контур)
- Двухконтурная пневмоподвеска на двух осях - это примерно как две одноконтурные воздушные подвески, каждая из которых устанавливается на одну из двух осей. В этом случае у водителя появляется возможность регулировать отдельно высоту передней и задней части автомобиля.
- Двухконтурная пневмоподвеска на одной оси регулирует по-отдельности давление в каждой подушке одной оси и, таким образом, может предотвратить сильные крены кузова.
- Четырёхконтурная пневмоподвеска - это наиболее функциональный, доработанный и дорогой тип. Он зачастую работает совместно и дружно с микрокомпьютером и датчиками давления, что позволяет чувствовать полный контроль над подвеской. Четырёхконтурные линии используют четыре направления в сочетании с передовым контроллером. Каждая пневмоподушка управляется отдельно, но они связаны друг с другом посредством электронного контроллера для динамического и статического управления.
Покупка комплекта пневмоподвески не должна быть случайной. Вам необходимо чётко понимать, что Вы хотите от системы. Владельцу Газели потребуется одна система в поисках лучшей грузоподъёмности и контроля при перевозке грузов. С другой стороны, автогонщик будет искать другой уровень производительности, чем водитель кузовных автомобилей.
Сколько стоит пневмоподвеска?
| Ориентировочная стоимость пневмоподвески (в рублях, без стоимости установки) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Стандартная* | Спортивная* | Комфортабельная* | ||||
| 2-хконтурная | 4-хконтурная | 2-хконтурная | 4-хконтурная | 2-хконтурная | 4-хконтурная | |
| Отечественные авто | 45000 | 55000 | 60000 | 70000 | 55000 | 65000 |
| A-B-класс | 55000 | 60000 | 65000 | 70000 | 60000 | 70000 |
| C-D-класс | 65000 | 75000 | 75000 | 80000 | 70000 | 80000 |
| E-F-класс | 85000 | 95000 | 95000 | 110000 | 90000 | 100000 |
| Внедорожники и | 65000 | 70000 | 70000 | 80000 | 80000 | 95000 |
Как поставить пневмоподвеску своими руками?
Всегда в комплекте с пневмоподвеской прилагается подробная пошаговая инструкция о том, как её установить своими силами, а также часто такой набор комплектуется специальным ремкомплектом.
RideTech, один из лидеров отрасли в производстве пневматической подвески и её компонентов, размещает фразу "Не открывайте" на их инструкции по установке. Это такой психологический пример, придуманный маркетологами компании по заказу руководства, которое, как они утверждают, уже не знает, как ещё объяснить клиенту, что читать инструкцию, а не пытаться установить пневмоподвеску самому, руководствуясь лишь своими соображениями - это единственный верный вариант. Самые большие проблемы людей, с которыми они сталкиваются при установке новой сложной системы, это то, что они никогда не читают инструкции. Компания чувствовал, что, может быть, люди на самом деле откроют руководство, если им указать не делать этого, по принципу сладкости запретного плода.
Установка даже сложных систем возможна, но люди должны читать инструкции и следовать им. В то же время часто установка пневмоподвески не потребует от Вас профессиональных знаний, как установить пневматическую подвеску.
По общим оценкам, установка на автомобили комплекта воздушной подвески потребует от 12 до 15 часов для компонентов непосредственно подвески, ещё 10 - для установки системы компрессора и ещё пять-шесть часов, если Вы добавляете систему выравнивания. Тем не менее, правильная установка пневмоподвески своими руками - это огромный шаг к экономии денег (стоимость установки составляет примерно 20-25% к цене комплекта пневмоподвески).
Пневматическая подвеска должна быть герметичной. Возникает много проблем при установке, если не принять соответствующие меры предосторожности, как правило, изложенные в инструкциях, чтобы обеспечить систему максимально герметичной. Та же компания RideTech посчитала, что от 90 до 95 процентов утечек можно было бы предотвратить, если установщики использовали бы уплотнительную ленту на всех соединениях, и изолировали линии от возможных точек износа и высокой температуры.
Грузовые автомобили уже давно ездят «по воздуху», теперь и ваш автомобиль может обладать такими способностями. Пневматическая подвеска уже давно используется в мире автомобильных грузоперевозок, но в последнее десятилетие или около того эта система перебралась в коммерческий мир. Мотоциклы, вездеходы, производительные автомобили и даже вполне обычные транспортные средства теперь используют пневмоподвеску. Как работает эта система? Давайте разбираться.
Современная система пневматической подвески постоянно обновляется. С точки зрения комфорта и безопасности, подвеска вашего автомобиля является неотъемлемой частью того, как этот автомобиль движется. Амортизаторы и пружины помогают поглощать и направлять мощность дороги, и при этом справляются с колебанием колес, тряской и отскоками.
Тем не менее, каждый раз, когда вы добавляете или уменьшаете вес автомобиля, ускоряете его или замедляете, поворачиваете вправо или влево, все эти действия бросают вызов способностям амортизаторов и пружин. и пружины «запрограммированы» только на фиксированный набор ситуаций.
Пневматическая подвеска замещает стандартные пружины на пневматические рессоры. Эти рессоры представляют собой простые жесткие резиновые и пластиковые подушки, накаченные до определенного давления и высоты, с целью имитации пружин. Но на этом все сходство заканчивается. С добавлением встроенного воздушного компрессора, датчиков и электронных систем управления, современные системы пневматической подвески обеспечивают несколько преимуществ по сравнению с цельнометаллическими, обычными пружинами, в том числе почти мгновенную настройку и способность к адаптации управляемости в разных ситуациях и при разных нагрузках.
Компоненты пневмоподвески необходимые для ее работы
Ранние версии систем пневматической подвески были относительно простыми и работали не хитро. Воздушные подушки заменяли традиционные пружины. Подушки накачивались до необходимого давления и высоты с помощью автономного насоса через клапаны в подушках. Изменения в технологиях и их использовании добавили в систему больше компонентов, она стала более контролируемой, но и более сложной.
Сегодняшние пневматические подвески состоят практически из стандартного набора компонентов, которые могут немного варьироваться в зависимости от производителя. В основном, различия заключаются в легкости установи и контролировании системы.
С течением времени материал, используемый для производства подушек, изменился. Это композитный материал из резины и полиуретана, что обеспечивает структурную целостность, герметичную конструкцию, прочность против истирания дорожным мусором и песком, а также устойчивость к соли и химической коррозии.
Подушки бывают трех основных форм:
1. Мешок с двойной спиралью. Этот мешок имеет форму песочных часов. Данная конструкция предоставляет больше боковой гибкости, чем другие конструкции.
2. Конические втулки. Данный вид подушек выполняет те же функции, что и все остальные, но предназначен для установки в ограниченном пространстве и предлагает большую регулируемость высоты езды.
3. Роликовые втулки. Они также выполняют специфические задачи. Различия между двумя последними подушками заключаются в высоте езды и управлении
Большинство современных систем пневматической подвески идут в комплекте со встроенным компрессором. Компрессор - это электрический насос, который подает воздух в подушки через воздушные линии. Обычно компрессор устанавливают на раме транспортного средства или в багажнике. Подавляющее большинство компрессоров идут в комплекте с осушителями. Компрессор работает с помощью воздуха, который он забирает из окружающей среды, а этот воздух очень часто бывает влажным, а влага может нанести непоправимый ущерб замкнутой системе. Осушитель использует специальное вещество, чтобы поглотить как можно больше влаги из воздуха, прежде чем он отправится в систему.
Простые компрессионные системы полагаются только на сам компрессор для того, чтобы поддерживать, увеличивать или уменьшать давление в подушках. В более продвинутых системах для таких целей используется специальный воздушный бак. Компрессоры могут быть активированы как механически, так и автоматически. Управление компрессором может осуществляться водителем, электроникой или комбинаций обоих.
Соленоиды, клапаны и линии
Конечно, пневмоподвеска состоит из большего количества частей, чем просто подушка. Давайте поговорим о тех компонентах, которые заставляют пневматическую подвеску работать.
Линии доставляют сжатый воздух в подушки. Данные линии абсолютно аналогичны общим линиям воздуха высокого давления и проходят вдоль всей рамы транспортного средства. Хотя большинство линий сделаны из композита резины и полиуретана, они могут быть легко заменены стальными, которые предлагают более опрятный внешний вид и более прочную конструкцию.
клапаны
Клапаны являются шлюзами для воздуха, через которые он попадает в различные части системы. В современной системе пневмоподвески клапаны играют решающую роль в изоляции и контролировании потоков воздуха, того, куда он направляется и как. Системы пневматической подвески ранних поколений были двунаправленными установками. По сути, каждая левая и правая подушки были связаны линией с общим воздухом. В то время, когда транспортное средство поворачивало, воздух одной из подушек выталкивался и переходил по линии в другую подушку, которая еще больше увеличивалась в размерах. Это приводило к серьезным кренам кузова и подрывало репутацию пневмоподвески. В современных системах используется ряд клапанов, которые контролируют потоки воздуха по линиям и благодаря которым автомобиль обладает улучшенной управляемостью.
соленоиды и клапаны
Соленоиды являются составляющей частью систем электронного управления, которые используются для заполнения и вентиляции подушек. Поскольку система подстраивается под различные условия вождения, она дает команду каждому соленоиду открыться или закрыться, изменяя при этом оббьем воздуха в каждой из подушек.
Все электронные системы управляются с помощью электронного модуля управления . Программное обеспечение может быть очень простым, практически цифровой версией переключателя вкл/выкл, или же это может быть более сложное программное обеспечение, которое обеспечивает мониторинг давления в подушках и высоту посадки автомобиля в режиме реального времени. Модуль получает всю необходимую информацию от различных датчиков, например, датчики дорожного просвета. Именно в электронной части системы пневмоподвески и происходят все инновации, и, скорее всего, такая тенденция сохранится и в будущем. Как правило, эти системы электронного управления остаются в стороне от бортовых модулей управления транспортного средства.
Системы пневматической подвески очень сложные, но если они установлены и настроены правильно, то только с их помощью можно достичь впечатляющего внешнего вида и отличной производительности.
