Активная подвеска современного автомобиля

Активные подвески

Поддержание постоянства уровня кузова обеспечивают не только пневматические, но и гидропневматические подвески. В течение многих лет фирма Citroёn оборудовала свои автомобили гидропневматической подвеской для обеспечения постоянного уровня пола кузова и изменения дорожного просвета по желанию водителя. Сейчас многие фирмы занимаются разработкой активной подвески. В идеале активная подвеска обеспечивает с одной стороны возможность перемещения колес по траекториям, копирующим дорожные неровности, а с другой — сохраняет уровень пола кузова. Проблема состоит в том, что для работы такой подвески необходимо заранее оценивать наличие и величину неровностей перед автомобилем, потому что любая механическая система характеризуется запаздыванием своего срабатывания. Существующие на сегодняшний день экспериментальные системы обеспечивают постоянную оценку нагрузки, приходящейся на каждое колесо, и при ее увеличении (например, когда колесо наезжает на препятствие) гидравлический цилиндр приподнимает колесо, а при уменьшении нагрузки опускает. Гидравлические системы, используемые в таких подвесках, требуют большой мощности привода (около 10 кВт) и не могут быть рекомендованы для широкого применения, по крайней мере в настоящее время. Кроме того, прецизионные гидравлические узлы стоят дорого, а при выходе их из строя подвеска полностью теряет работоспособность.

Гидропневматическая подвеска Hydroactive автомобиля Citroёn C5 может изменять степень жесткости и коэффициент демпфирования в соответствии с условиями движения:
1 — интегрированный узел гидротроник;
2 — стойки передней подвески;
3 — передний регулятор жесткости;
4 — передний электронный датчик положения;
5 — задние гидропневматические цилиндры;
6 — задний регулятор жесткости;
7 — задний электронный датчик положения;
8 — блок управления;
9 — датчик положения рулевого колеса;
10 — резервуар для жидкости гидросистемы;
11 — педали «газа» и тормоза

Фирма Citroёn при создании системы Hydractive пошла по другому пути, внеся изменения в свою гидропневматическую подвеску.
Подвеска была дополнена двумя гидропневматическими упругими элементами, включенными в контуры управления передней и задней подвесок, системой клапанов, управляемых микропроцессором, который может изменять как жесткость упругих элементов, так и амортизирующие свойства (путем изменения проходных сечений клапанов).
Фирма Citroёn разработала также систему Activa, в которой используются два гидравлических цилиндра, расположенных по диагонали в противоположных «углах» автомобиля между кузовом и подвеской. Система высокого давления ограничивает крен кузова до 0,5°, что для водителя вообще неощутимо. Запас в 0,5° достаточен для предотвращения рыскания автомобиля, обеспечивая, практически вертикальное положение кузова, когда автомобиль движется на повороте. Это гарантирует вертикальное положение колес и хорошую устойчивость.

В 1999 г. компания Mercedes создала систему АВС (Active Body Control — активный контроль положения кузова). Основными элементами подвески в этой системе являются специальные амортизаторные стойки, в которых пружина находится в цилиндре, и на пружину может воздействовать поршень, перемещаемый давлением жидкости от гидравлического насоса и двух гидроаккумуляторов. Гидравлическая система работает параллельно с пружиной и обычным амортизатором, поэтому при выходе из строя этой системы сохраняется возможность движения автомобиля. Система АВС не устраняет полностью колебаний кузова, но ограничивает их частоту. Потребление дополнительной энергии ограничено до 3 кВт. Управление подвеской осуществляется с помощью двух микропроцессоров, получающих сигналы от 13 датчиков. Такая подвеска позволяет отказаться от стабилизаторов поперечной устойчивости, а изменение жесткости упругих элементов дает возможность значительно ограничивать крен кузова, что положительно влияет на устойчивость и управляемость автомобиля.

Виды и типы подвесок автомобилей

Подвеска, наряду с двигателем и кузовом, – это одна из важнейших составляющих автомобиля. Именно к ней приковано внимание множества конструкторов и инженеров. Типы подвесок автомобилей бывают разными, что зависит от вида авто (легковое или грузовик), привода (передний, задний, полный), сегмента, который занимает модель, и, конечно же, цены на машину.

Существует множество типов подвесок. Некоторые использовались ранее, другие применяются и сейчас, так что необходимо рассмотреть те типы, которые получили наибольшее распространение в современном автомобилестроении:

1. Подвеска McPherson;
2. Двухрычажная подвеска;
3. Многорычажная подвеска;
4. Адаптивная подвеска;
5. Подвеска типа «Де Дион»;
6. Задняя зависимая схема подвески;
7. Полузависимая задняя подвеска;
8. Подвески пикапов и внедорожников;
9. Подвески грузовиков.

Подвеска типа McPherson

Данный тип подвески был разработан еще в 1960 году инженером Эрлом Макферсоном, в честь которого и получила свое название. Она имеет несколько основных частей:

1. Стабилизатор поперечной устойчивости;
2. Рычаг;
3. Блок (состоит из телескопического амортизатора и пружинного элемента).

Телескопический амортизатор называют еще «качающаяся свеча», потому как к кузову он крепится посредством шарнира и может качаться, когда колесо двигается вниз и вверх. Если интересно, можете почитать, как проверить амортизаторы.

Данный тип подвески имеет свои недостатки (значительное изменение угла развала колес), но он чрезвычайно популярен благодаря демократичной цене, невысокой сложности и надежности.

Двухрычажная подвеска

Это одна из самых совершенных схем. Она представляет собой подвеску с 2-мя рычагами разной длины (длинный нижний и короткий верхний), что гарантирует автомобилю прекрасную поперечную устойчивость на дороге и минимальный износ покрышек (поперечные перемещения всего колеса незначительны).

Это значит, что каждое отдельное колесо воспринимает ямы и бугры независимо от остальных, что позволяет сохранять максимально вертикальное отношение к дорожному покрытию и оптимальное сцепление покрышки с поверхностью дороги.

Многорычажная подвеска

Данный тип подвески немного похож на двухрычажную схему, но он гораздо сложнее и совершеннее. Неудивительно, что к ней перекочевали и все достоинства предыдущего вида. Это набор из рычагов, сайлент-блоков и шарниров, которые крепятся на специальный подрамник. Большое количество шаровых опор и «сайлентов» обеспечивают не только завидную плавность хода, но и отлично гасят удары в случае резкого наезда на какое-либо препятствие, а еще они уменьшают уровень шума в салоне от колес.

При такой схеме достигается наилучшее сцепление покрышки с дорогой (любой тип покрытия), отточенная управляемость и плавность хода.

• малые неподрессоренные массы;
• оптимальная поворачиваемость колес;
• независимость каждого отдельного колеса от остальных;
• отдельные поперечные и продольные регулировки;
• хороший потенциал при условии полного привода.

Однако у многорычажной подвески есть один существенный недостаток – высокая стоимость. Хотя в последнее время наметился перелом: если раньше данный тип подвески применяли только на представительских авто, то сейчас ею оснащают даже машины гольф-класса.

Адаптивная подвеска

Такая подвеска в корне отличается от остальных типов. Строго говоря, создание адаптивной схемы не было настоящей революцией, так как за основу была принята гидропневматическая подвеска, реализованная на автомобилях Citroen и Mercedes-Benz.

Но в те времена она была довольно примитивной, тяжелой и занимала слишком много места. На сегодняшний день от всех этих недостатков конструкторы смогли избавиться. Единственный минус подобного подхода заключается в его сложности.

Что касается достоинств, то их масса:

• адаптация под конкретного водителя;
• минимальные крены кузова и волновая раскачка на высоких скоростях;
• высокая безопасность;
• отличная устойчивость на прямой;
• принудительно изменяемое демпфирование;
• адаптация под любое дорожное покрытие в автоматическом режиме.

Различные концерны используют свои схемы такой подвески, но общие черты у них одинаковы. Это потому, что любая адаптивная конструкция имеет в своем составе следующие компоненты:

1. Стабилизаторы поперечной устойчивости с возможностью регулировки;
2. Активные стойки амортизаторов;
3. Блок управления ходовой частью;
4. Электронные датчики (неровной дороги, клиренса и других параметров).

Блок управления анализирует ситуацию на основе данных, полученных от датчиков, и посылает команды на стабилизатор и амортизаторы (зависит от дорожных условий). Все это происходит практически моментально. Кроме этого, варианты работы подвески можно настраивать и самому.

Подвеска типа «Де Дион»

Этот тип, равно как и подвеска McPherson, был назван в честь изобретателя. Им стал француз Альберт Де Дион. Цель данного типа подвески – максимально снизить нагрузку на задний мост автомобиля, путем отделения картера главной передачи. Если раньше он крепился к самой балке моста, то в данном случае картер держится непосредственно на кузове.

Это позволяет передавать крутящий момент посредством полуосей, закрепленных на ШРУСах, и сделать подвеску как независимой, так и зависимой.

Но от главных недостатков всех зависимых вариантов подвески, типу «Де Дион» избавиться не удалось. К примеру, затормозить без «клевков» практически невозможно, а при резком старте машина просто «приседает» на задние колеса.

Несмотря на попытки ликвидации этих недостатков путем установки дополнительных элементов (направляющих), несбалансированное поведение авто остается главной проблемой.

Задняя зависимая подвеска

Данный тип – характерная черта «классики» Жигулей. Особенностью сей конструкции являются цилиндрические винтовые пружины, играющие роль упругих элементов. По сути, балка заднего моста не только «висит» на этих 2-х пружинах, но и фиксируется к кузову посредством 4-х продольных рычагов. Дополняет этот набор реактивная поперечная штанга, которая обязана гасить крены кузова и улучшать показатели управляемости.

Комфорт и плавность хода оставляют желать лучшего, по причине большого веса самого заднего моста и неподрессоренных масс. Это особенно актуально в тех случаях, когда задний мост оказывается ведущим, так как к балке крепят редуктор, картер главной передачи и другие компоненты.

Полузависимая задняя подвеска

Данная схема получила широкое распространение и используется в конструкции большинства современных полноприводных машин. Она представляет из себя два продольных рычага, которые в центре крепятся к поперечине. У такого типа подвески много преимуществ:

• Небольшие размеры;
• Малый вес;
• Простота в обслуживании и ремонте;
• Наилучшая кинематика колес;
• Значительное уменьшение неподрессоренных масс.

Минус этой конструкции только один – невозможность применения на заднеприводных автомобилях.

Подвески пикапов и внедорожников

В различных моделях джипов конструкторы идут разными путями. Это зависит от веса и назначения внедорожника. Возможны три варианта используемых подвесок:

1. Зависимая задняя и независимая передняя схемы;
2. Полностью зависимая подвеска;
3. Полностью независимая подвеска.

Как правило, задняя ось оснащается либо рессорной, либо пружинной подвеской, которые сочетаются с жесткими неразрезными мостами. Рессоры идут в ход при создании пикапов или тяжелых джипов, так как они надежны, неприхотливы и в состоянии выдержать нешуточную нагрузку. Кроме того, такая схема довольно дешева, что стало причиной оснащения рессорами некоторых бюджетных авто. Подробная информация о достоинствах и недостатках рессорной подвески.

Пружинная схема отличается мягкостью и длинноходностью. Она более ориентирована на комфорт и ставится на легкие джипы. Относительно сложности конструкции – она лишь немного сложнее рессорной.

Что касается передней оси, то здесь, в большинстве случаев, используются торсионные или зависимые пружинные схемы. Встречается, конечно, и оснащение джипов жесткими неразрезными мостами, но такое решение в наши дни наблюдается довольно редко.

Подвески грузовиков

Как правило, в грузовиках применяется зависимая конструкция подвески с поперечными или продольными рессорами, а также амортизаторами гидравлического типа. Благодаря своей простоте такая подвеска до настоящего времени широко используется в производстве.

Кроме того, данный вариант является и наиболее простым. Это значит, что продольные рессоры фиксируются в кронштейнах кузова, а к ним подвешивается мост. Что касается амортизаторов, то они крепятся прямиком к балке заднего моста. При такой конструкции главная роль отводится рессорам, которые не только выдерживают мост, но и связывают кузов и колесо, а также выступают в качестве направляющих элементов.

Однако такая простота является определяющей лишь в производстве, тогда как водителю приходится бороться с плохой управляемостью автомобиля на высоких скоростях. Дело в том, что рессоры далеко не идеальны в роли направляющих элементов. Следовательно, сцепление колес с дорогой значительно ухудшается.

Подводя итог отметим, что рассмотренные типы подвесок автомобилей не являются исчерпывающим списком, но в наши дни они наиболее популярны, как в отечественном, так и в мировом автомобилестроении.

Активная подвеска современного автомобиля

Белорусский автосервис

г. Липецк ул. Фадеева 9 +7 905 688 68 78

Активная подвеска – что это такое? Как устроена? Описание

Подвеска является одним из тех узлов в автомобилях, который появился раньше всех – то есть кузов, тормоза, мотор и сама подвеска. Например, двери для автомобилей не сразу появились, потом во время эволюции они стали герметичнее, со стёклами, далее появились ручные стеклоподъёмники, а сейчас без электростеклоподъёмников нормальную машину представить нельзя! То же самое можно говорить о других некогда не совсем «важных» атрибутов и аксессуаров. Конечно, сейчас от той конструкции подвески почти не остался и следа, по крайней мере, в мире легковых авто, разве что грузовики и суперпрофессиональные джипы оснащаются подобными механизмами, так как никто для тяжёлых условий ничего не придумал. Перед легковушками же стоят другие задачи – обеспечить водителю и пассажирам одновременно комфортную, безопасную, а порой и спортивную езду.

Подвеска современных автомобилей является симбиозом одновременно бескомпромиссности и компромиссом между управляемостью, комфортной ездой и устойчивостью. Поэтому, тут уже без последних супер-достижений в мире подвесок со сложными механизмами и автоматическими помощниками не обойтись. Об этом поподробнее. Благодаря жесткой подвеске крены сводятся минимум, следовательно, улучшается управляемость и устойчивость автомобиля. Мягкая же подвеска, наоборот, обеспечивает великолепную, «лимузинную» плавность хода, однако автомобиль при перестроениях и маневрировании начинает раскачиваться, ухудшается управляемость и устойчивость. И поэтому многие автопроизводители в течение существования всей автомобильной истории разрабатывают самые неожиданные и разнообразные конструкции и системы активной подвески и применяют их на своих автомобилях. В итоге спорткар может нажатием кнопки получить почти «джипарский» дорожный просвет, и, наоборот, у внедорожника, выезжавшего на трассу уменьшается примерно до уровня спортседана или даже неплохого купе! Плюс по необходимости (вручную), или автоматически получаем нужные спортивные или комфортные настройки. Но обо всём поподробнее.

Термином «активная» означает подвеска, обладающая параметрами, которые могут изменяться под конкретные дорожные условия при его эксплуатации. Электронная составляющая в составе активной подвески даёт нам возможность управлять, изменять свойства не только автоматически, но и вручную. Механизмы активной подвески принято условно разделить по его элементам, свойства каждого изменяются следующим образом:

Если элементом подвески является Амортизатор, то его Изменяемый параметр, это степень демпфирования, то есть жёсткость подвески;
Если в качестве элемента подвески выбран Упругий элемент, то его Изменяемый параметр, это степень жёсткости подвески (демпфирования) и высота кузова автомобиля;
Если элементом подвески являются Стабилизаторы поперечной устойчивости, то их Изменяемым параметром будет жёсткость стабилизатора;
Если элементом подвески является Рычаги, то их Изменяемый параметр: длина рычагов и схождение колес;

Во множестве систем современных конструкций своих активных подвесок всё чаще производители применяют более одного вида воздействия на несколько элементов, а то и все!

Со временем в конструкциях своих активных подвесок производители решили давать предпочтение амортизаторам с регулируемой степенью жёсткости. Этот вид активной подвески со временем получил своё другое известное, название – адаптивная подвеска, уже устоявшееся. Есть ещё название – полуактивная подвеска, так как в ее конструкции не применяются дополнительные приводы.

Чтобы регулировать жёсткость, или демпфирующую способность амортизатора, автопроизводители применяют два подхода – первый, применение электромагнитных клапанов в амортизаторных стойках и второй способ – применение специальных амортизаторов, наполненных магнитно-реологической жидкостью. Электроника регулирует степень демпфирования для каждого амортизатора индивидуально, чем и достигается более совершенная работа, благодаря различным характеристикам жёсткости подвески. Здесь поподробнее – программа автоматики с высокой степенью демпфирования отвечает за жесткую, спортивную подвеску, низкая степень – за мягкую подвеску, и соответственно настройка между ними это просто подвеска с обычными настройками. Наиболее распространёнными конструкциями адаптивной подвески на данный момент являются:

* система Electronic Damper Control, сокр. EDC от фирмы BMW, которая идёт в «группешнике» с активной подвеской Adaptive Drive. Всё больше и больше моделей BMW оснащаются такой системой;

* Mercedes-Benz со своим детищем Adaptive Damping System, сокр. ADS, которое выпускается в составе известной пневмоподвески Airmatic Dual Control, как и в случае BMW, количество моделей, обладающими данной подвеской, растёт;

* Адаптивный механизм Continuous Damping Control, CDS от фирмы Opel – эту систему можно встретить как на Опелях, так и на их американских и австралийских двойниках, например таких, как Бьюик или Воксхолл;

* Адаптивную и умную систему AVS, то есть Adaptive Variable Suspension – , предлагает своим покупателям компания Toyota;

* и наконец, Volkswagen со своей не менее известной системой подвески Adaptive Chassis Control, DCC;

Вид активной подвески с регулируемыми упругими «ингредиентами» более универсальна, ибо позволяет постоянно поддерживать заданную высоту кузова и необходимую жесткость подвески. Правда, такая продвинутая подвеска обладает более сложной конструкцией, так как используется дополнительный привод для контролирования и регулировки упругих элементов, следовательно, и её себестоимость намного выше. В активной подвеске в качестве упругих ингредиентов автопроизводители применяют несколько видов устройств – традиционные пружины, пневматические элементы и гидропневматические упругие.

Рассмотрим работу на примере мерседесовского детище. В активно-адаптивной подвеске Active Body Control, сокр. ABC, от Мерседес-Бенц жёсткость пружины может меняться с помощью гидравлического привода. Он под высоким давлением поддерживает нагнетание масла в амортизаторную стойку и его уровень в системе. А пружины, установленные соосно с амортизаторами, активируются гидравлической жидкостью гидроцилиндра. В итоге при комфортной езде система нам предоставляет мягкую подвеску, но стоит «зажечь» рулём, как подвеска становиться цельной и собранной «натурой», и повороты проходим быстро и практически без кренов!

Умная электронная система не только осуществляет управление гидроцилиндрами амортизаторных стоек, но и всеми системами, что ей дано контролировать (в зависимости от версии и «продвинутости» системы). Она включает в себе блок управления и различные исполнительные механизмы – электромагнитные клапанов и минимум тринадцать различных датчиков, например, таких как положения кузова, давления, ускорения в продольном, поперечном и вертикальном направлении. Системе АВС практически полностью удаётся исключать крены кузова при самых различных условиях скоростного движения – поворотах, ускорениях, торможениях, а также контролировать положение кузова по высоте, то есть автомобиль начинает понижаться на одиннадцать мм, после того, как машина набирает скорость более чем 60-75 км/ч – дело в модели.

Пневматическая подвески имеет основу, который составляет пневматический упругий элемент. Он и есть тот важный элемент, который позволяет регулировать высоту автомобиля по отношению к поверхности дороги. В пневматических упругих элементах давление создаётся посредством пневматического привода, который имеет в своей основе электродвигатель и компрессор. А за изменение жесткости подвески отвечают амортизаторы с регулируемой степенью демпфирования, или же выражаясь простым языком – регулируемой жёсткостью. Это и есть подход, который реализован в широко известной Airmatic Dual Control – мерседесовской пневмоподвеске, в которой нашла своё применение продвинутая адаптивная система Adaptive Damping System.

Далее, гидропневматические упругие ингредиенты, что и есть один из важнейших элементов в таких подвесках, производители используют в гидропневматической подвеске, позволяющая изменять не только её жёсткость, но и высоту кузова. Делает система это не только следя за условиями движения, и в зависимости от этого давая команды, автоматически, но и в зависимости желаний водителя. Для этого можно оставить всё как есть, то есть доверится автоматике, а порой можно с помощью селектора самому выбрать нужный режим. Работу подвески происходит посредством гидравлического привода высокого давления. Гидросистема управляется электромагнитными клапанами. Одним их современнейших конструкций из мира гидропневматических подвесок является известная система Hydractive, устанавливаемая на модели Citroёn, которая уже насчитывает третье поколение и даже есть вариант 3+, то есть с расширенными и доработанными способностями.

Есть особая, отдельная группа среди версий активной подвески, в которых помимо всего вышеперечисленного изменяется также и жёсткость стабилизатора. Рассмотрим поподробнее – когда машина мчится в прямолинейном направлении – когда прямая или очень пологие изгибы, тогда стабилизатор поперечной устойчивости выключается полностью или частично. За счёт этого ходы подвески увеличиваются, неровности обрабатываются лучше, а это даёт высокую плавность и большую комфортность передвижения. При прохождении поворотов или внезапном изменении направления движения машины жёсткость стабилизаторов по команде электроник увеличивается пропорционально воздействующим на автомобиль силам, передающиеся на его подвеску, тем самым почти исключаются, или полностью предотвращаются крены кузова. Аналогичными системами активной стабилизации подвески можно считать Dynamic Drive от кампании BMW и тойотовскую систему Kinetic Dynamic Suspension System, сокр. от KDSS.

Есть ещё одна система из наиболее интересных механизмов в мире активных подвесок – это детище компании Hyundai. Данный механизм активного контроля и управления геометрией подвески по-корейски, то есть Active Geometry Control Suspension, сокр. от AGCS, даёт возможность изменять помимо всего. даже длину рычагов подвески! Как следствие изменяется сход-схождение или развал- схождение задних колёс. Это даёт колоссальные возможности – для спортивной, азартной езде короткие рычаги и своя настройка развала колёс А для преодоления пересеченной местности длинные рычаги и иной развал! А всех этих манипуляций, контроля и изменения длины рычага применяется электропривод. Рассмотрим одну из программ – при прямолинейном движении по шоссе и маневрировании на маленьких скоростях система следит и устанавливает минимальное схождение. При поворотах же на высокой скорости, активных перестроениях из ряда в ряд происходит с увеличённым схождением задних колес. В таком случае автомобиль с подобной системой получает дополнительную «порцию» устойчивости и наилучшую управляемость. Механизм AGCS активно взаимодействует со штатной системой курсовой устойчивости.