Параметры автомобильной подвески обычно задаются на этапе конструирования. При этом разработчики вынуждены оставаться в рамках сложной системы компромиссов, поскольку одни и те же свойства не могут одинаково хорошо показывать себя в разных условиях. Возникает естественная потребность оперативно вмешиваться и изменять характеристики по ходу эксплуатации. Поэтому, а также по ряду других причин, на автомобилях стали применять пневматические подвески.
Что в машине называется пневмоподвеской
В основе пневматической подвески лежит свойство газов увеличивать своё давление при уменьшении объёма. Если заключить атмосферный воздух внутри эластичного пневмобаллона, то он начинает вести себя подобно обычной металлической пружине.
Нагнетая дополнительный воздух в этот объём или наоборот, стравливая его часть, можно получить эффект изменения жёсткости этой пружины. Что гораздо сложнее реализовать в случае более традиционных листовых или спиральных рессор, а также торсионов.
Отличия от классической подвески
Использование данного свойства пневмобаллона означает, что отличия от более традиционных видов подвесок ограничены только используемым упругим элементом. Всё прочее, то есть демпфирующие и направляющие элементы, остаётся без изменений, по крайней мере качественных.
Некоторые изменения в конструктиве всё же происходят. Хотя они настолько незначительны, что наборы пневмоподушек с компрессорами, ресиверами и системой воздушных магистралей, клапанов, датчиков и устройств управления могут изготавливаться, продаваться и устанавливаться на серийные автомобили в порядке тюнинга.
Читайте также: Общее устройство подвески Hydractive, принцип работы и цена ремонта
Ещё они могут предлагаться самими автомобильными фирмами в качестве опции на стандартно комплектуемые пружинами модели.
Более кардинально изменения сделаны в подвесках грузовиков. Некоторые полезные свойства пневмоподвесок настолько удачно вписываются в концепцию тяжёлой машины с большой разницей между массой в пустом и гружёном состояниях, что автомобили изначально разрабатываются под пневмоэлементы вместо массивных и крупногабаритных рессор с подрессорниками.
Разновидности
Принципиально различные исполнения пневматики отличаются количеством каналов управления жёсткостью:
- одноканальная система, когда пневмоэлементы установлены на одной оси и питаются от одной общей воздушной магистрали;
- двухканальная, задействованы обе оси, но нет разделения на правую и левую сторону;
- четырёхканальная, можно раздельно управлять подвеской каждого колеса.
В первом случае система упрощена и выполняет обычно только функцию компенсации загрузки задней оси, на которую приходится основная дополнительная масса у грузовых автомобилей. Естественно, таких осей может быть несколько, но поскольку они расположены рядом и фактически просто нужны для распределения общей массы гружёного автомобиля на несколько колёс, что связано с ограничениями на грузоподъёмность шин и нагрузочную способность дорожного покрытия. Но работают все подвески абсолютно параллельно, воздух поступает в баллоны под одним и тем же давлением.
Второй вариант более продвинут, управлять можно и положением передней оси относительно кузова. Машина позволяет более гибко регулировать угол продольного наклона кузова и изменять дорожный просвет, в том числе и под передней частью шасси.
Третий случай самый совершенный, система способна отслеживать неравномерность поперечного расположения груза в автомобиле, не допуская перекосов подвесок. Обычно всё происходит автоматически по командам от датчиков, следящих за ходом подвески каждого колеса.
Принцип работы
На самом деле пневмоподвесок множество, есть смысл рассмотреть наиболее популярный вариант, например, применённый на внедорожниках Toyota Land Cruiser.
Здесь чаще всего применяется двухканальная система регулирования, но работающая только на задней оси. То есть можно управлять высотой кузова в зоне размещения задних пассажиров и багажника раздельно слева и справа.
Передние колёса здесь стабильно загружены массивным двигателем и трансмиссией, особой необходимости в применении пневматики там нет. Ограничились установкой электроуправляемых амортизаторов, которые применяются именно с опциональной пневмоподвеской задних колёс.
Это интересно: Что такое шасси в автомобиле, назначение и принцип работы
Работать подвеска может под управлением автоматики, вмешательство водителя ограничивается ручной установкой переключателя на максимальный подъём кузова или предельно допустимое опускание.
В любом случае автоматика отслеживает скорость автомобиля и переводит подвеску в среднее положение из соображений безопасности и управляемости.
Функций у системы контроля несколько:
- сбор данных о скорости автомобиля, текущей высоте правой и левой стороны кузова, положении ручного переключателя;
- включение компрессора для добавления воздуха в пневмобаллоны и пополнения ресивера;
- перевод подвески из крайних положений в рабочее по двум предусмотренным пороговым значениям скорости;
- удержание давления перекрытием всех клапанов;
- включение особого режима увеличенной артикуляции заднего моста при определении нахождения на бездорожье, контролируется разница в показаниях датчиков правой и левой сторон, а также разница в скорости вращения колёс, то есть одно из них могло разгрузиться и потерять сцепление с дорогой;
- поперечное выравнивание кузова в том случае, когда давление в баллонах разное, а режим бездорожья отсутствует.
Для выполнения всех задач в системе имеется компрессор, использующий обычный забортный воздух, накопительный ресивер, набор клапанов и электронный блок управления подвеской.
Воздух может переходить при открытии соответствующих клапанов между всеми узлами управления и пневмобаллонами подвески, установленными над задней осью вместо обычных пружин.
Амортизаторы могут быть обычными гидравлическими или с электронным управлением, но к работе пневмосистемы они отношения не имеют, в отличие от пневмогидравлических подвесок, более сложных и совершенных.
Устройство
Большинство элементов системы размещено под днищем автомобиля в пределах его рамы. Все они связаны между собой воздушными трубопроводами и электрическими цепями.
Пневмоэлементы
Пневмоподушки представляют собой цилиндрические баллоны из прочной армированной резины. С одной стороны, они соединены с рамой, а с другой – с неразрезным задним мостом автомобиля.
В каждом баллоне имеется штуцер, к которому через клапан подключена воздушная магистраль. В зависимости от нагрузки и количества закачанного воздуха высота пневмоэлемента меняется, что влечёт за собой подъём или опускание кузова над дорогой.
Одновременно они служат упругим элементом подвески, то есть дополнительных пружин или рессор не предусмотрено.
Подушки могут быть соединены между собой при включении выравнивающего клапана.
Компрессор
Для нагнетания воздуха служит обычный компрессор поршневого или мембранного типа, снабжённый ресивером и фильтром. Включение и выключение компрессора осуществляется через электронное реле, расположенное в блоке управления.
Между компрессором и всей пневмосистемой ставится дополнительный осушитель, препятствующий накоплению влаги в баллонах и магистралях. Здесь же стоит атмосферный клапан сброса лишнего воздуха.
Ресивер
Ресивер выполняет роль аккумулятора сжатого воздуха, что позволяет уменьшить нагрузку на компрессор и более оперативно управлять ресурсами энергии в системе.
Так, например, при необходимости быстро сбросить давление в баллонах открывается клапан ресивера и воздух уходит именно в него, только часть может быть сброшена в атмосферу.
Точно так же происходит и частичное пополнение баллонов без лишних затрат моточасов компрессора.
Система управления
В управляющую систему входит отдельный электронный блок контроля пневмоподвески, набор электропневмоклапанов, ручной переключатель уровней кузова и датчики положения его правой и левой сторон.
Собираются также сигналы о скорости автомобиля и даже об открытии дверей кузова. Алгоритмы работы прошиты в памяти процессора электронного блок и достаточно сложны. Вплоть до наличия незадокументированных функций.
Система допускает сервисные регулировки, в основном сводящиеся к калибровке положения датчиков подвески по методике из инструкции. Можно использовать диагностический сканер или обычный мультиметр.
Датчики достаточно просты, это потенциометры с приводом от рычагов задней подвески, регулируемым по высоте.
Плюсы и минусы
Все достоинства системы определены возможностью её автоматической регулировки и применению газа в качестве упругой среды:
- можно оперативно изменять высоту кузова для обеспечения либо высокой проходимости, либо улучшенной управляемости при понижении центра тяжести автомобиля;
- при опускании кузова в крайнее положение облегчается загрузка багажника;
- пневмоэлементы работают лучше, чем металлические пружины, что повышает комфорт на неровностях, у газа практически отсутствует внутреннее трение;
- установленный клиренс автомобиля не зависит от его нагрузки;
- отсутствует эффект потери комфорта на ненагруженном автомобиле;
- можно вводить дополнительные режимы работы, например описанный выше способ увеличения артикуляции мостов.
Без недостатков тоже не обходится:
- пневмобаллоны имеют ограниченный ресурс из-за старения резины;
- стоимость баллонов гораздо выше, чем у обычных пружин;
- имеющиеся дополнительные устройства и узлы пневматики и электроники существенно повышают стоимость подвесок;
- из-за большого количества относительно деликатной пневматики снижается надёжность подвески, автомобиль может внезапно «упасть» на дорогу или перекосить кузов при отказе одного баллона;
- размещение элементов под днищем сильно сокращает их ресурс из-за коррозии.
Пневматические подвески однозначно оправданы на тяжёлых грузовых автомобилях. Во всех прочих случаях это полезная опция, за которую приходится доплачивать.
Поэтому и применяется она лишь на вполне определённом круге автомобилей, в основном на внедорожниках премиум-сегмента. Хотя приобрести и установить набор пневмоподвески могут владельцы и многих других машин.
