С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Устройство пневматической подвески автомобиля

Устройство пневматической подвески автомобиля


Характеристика гидропневматического элемента подвески Устройство пневматической подвески автомобиля

Устройство пневматической подвески автомобиля. Пневматические упругие элементы подвески

В пневматических упругих элементах подвески автомобиля в качестве рабочего тела применяется какой-либо газ, чаще всего воздух. Преимуществом такой подвески является прогрессивность характеристики и обеспечение автоматического регулирования положения кузова автомобиля по высоте. Первые опыты по использованию сжатого воздуха, заключенного в цилиндре, уплотненном рабочим поршнем, не удались. Устройство не имело необходимой герметичности, поршень требовал периодической смазки. В настоящее время применяются исключительно пневмобаллоны в виде мехов или диафрагменные устройства.

В воздушных упругих элементах подвески в качестве рабочего тела используется воздух. Если объем воздуха уменьшится вдвое, то соответственно вдвое увеличится и его давление. Это справедливо во всех случаях, если процесс происходит изотермически, т. е. если температура в начале и в конце процесса сжатия воздуха остается постоянной. Однако в действительности газы при сжатии нагреваются, поэтому давление воздуха растет не линейно, а более интенсивно. Если же помимо всего прочего объем, в котором сжимается воздух, хорошо теплоизолирован, т. е. процесс сжатия близок к адиабатическому, увеличение давления происходит максимально интенсивно. Если же теплоизоляция недостаточна, часть тепла сжимаемого газа рассеивается в окружающее пространство, сжатие происходит по политропе. Этот случай наиболее характерен для реальной эксплуатации автомобилей. Расчетные формулы для определения давления и температуры воздуха в процессе сжатия даны в приложении.

Сжатый воздух чаще всего заключают в резиновые камеры различной формы. На рис. 1 изображено несколько типов таких камер: а — круглый пневмобаллон с двумя гофрами, т. е. гофрированный упругий элемент сильфонного типа; б — пневмобаллон прямоугольного сечения; такая форма очень удобна для размещения на шасси автомобиля; в — диафрагменный упругий элемент; г — комбинированный пневмобаллоно-диафрагменный упругий элемент.

Рис. 1. Несколько типов пневматических элементов подвески автомобиля

а — пневмобаллонный круглый: б — пневмобаллонный овальный; в — диафрагменный; г — комбинированный.

Широко применяются пневмобаллоны с двумя гофрами. Характеристики таких устройств приведены на рис. 2. Для каждой кривой указаны рабочие давления пневмобаллона в среднем (ненагруженном) положении; кривые построены для пневмобаллонов с определенным количеством заключенного в них воздуха либо для пневмобаллонов, имеющих вспомогательный резервуар со сжатым воздухом объемом 5 л (штрихпунктирная линия) или 10 л (штриховая линия). Рабочее давление воздуха в пневмобаллоне обычно равно около 0,6 МПа.

Рис. 2. Характеристика пневмобаллонного элемента подвески

Комбинируя формы кожуха и центрального штока, можно получить необходимые характеристики устройства, что является преимуществом диафрагменных упругих элементов. По мере прилегания диафрагмы к внутренней поверхности кожуха площадь ее рабочей поверхности увеличивается, в результате чего к концу рабочего хода жесткость пружины резко увеличивается. Пример диафрагменного упругого элемента показан на рис. 3.

Рис. 3. Диафрагменный упругий элемент автомобиля Кадиллак

Диафрагменные упругие элементы имеют полость для запаса сжатого воздуха. Характеристика упругого элемента подвески автомобиля Кадиллак (изображенного на предыдущем рисунке) приведена на рис. 4.

Рис. 4. Характеристика упругого элемента

В центральном положении подвеска имеет минимальную жесткость; ближе к концу рабочего хода ее жесткость резко возрастает.

Иногда пневматический упругий элемент оснащают системой автоматического регулирования положения кузова автомобиля по высоте. По мере нагружения автомобиля и опускания его относительно исходного, среднего положения в упругий элемент подвески через три регулировочных клапана поступает воздух из ресивера. При разгрузке автомобиля воздух из упругого элемента частично выпускается в атмосферу. Количество воздуха в ресивер постоянно поддерживается компрессором, работающим от двигателя. Для обеспечения необходимой высоты кузова автомобиля достаточно трех регулировочных клапанов: один устанавливают на переднем, два других — на заднем мосту. При установке четырех клапанов возможен случай, когда весь вес автомобиля будет восприниматься только двумя упругими элементами, диагонально расположенными относительно друг друга, а два других останутся ненагруженными.

Схема замкнутого соединения пневматических упругих элементов показана на рис. 5.

Рис. 5. Замкнутая схема соединения пневматических элементов подвески

1 — регулятор давления (10,5 кгс/см²); 2 — выпуск; 3 — подвод; 4 — передний клапан установки положения кузова по высоте; 5 — предохранительный клапан низкого давления; 6 — обратный клапан низкого давления; 7 — фильтр; 8 — компрессор; 9 — обратный клапан высокого давления; 10 — правый задний клапан установки высоты кузова; 11 — баллон сжатого воздуха высокого давления; 12 — баллон сжатого воздуха низкого давления; 13 — обратный клапан низкого давления; 14 — вентиль для подъема автомобиля.

В систему входят два ресивера сжатого воздуха — высокого и низкого давления. Таким образом, система регулирования воздуха автономна и попадание в нее из окружающего воздуха влаги, которая зимой является причиной замерзания вентилей, исключено.

Пневматический упругий элемент не гасит возникающие в подвеске колебания, в связи с чем в подвеску автомобиля приходится включать амортизатор, как правило, телескопический.

Если оба упругих элемента подвески одного моста подсоединены к общему регулировочному клапану, то при прохождении автомобилем поворота воздух свободно перетекает из одного упругого элемента в другой и ничто не препятствует крену автомобиля. Этот нежелательный, а иногда опасный крен можно устранить, установив в воздушной магистрали упругих элементов Р четыре обратных клапана. В этом случае воздух свободно поступает в упругие элементы, но перетекать из одного в другой уже не может. Для того чтобы регулировочный клапан при разгоне и торможении двигателя не срабатывал слишком быстро, его дополнительно оснащают дросселем, который замедляет открытие клапана от 0,5 до 20 с. Время замедления должно быть больше половины периода собственных колебаний автомобиля, чтобы предотвратить галопирование машины. Необходимо предусмотреть и то, чтобы при поднятии колеса, например для замены шины, регулировочный клапан не выпустил воздух из ресивера.

Объем воздушной полости пневматических упругих элементов при регулировании положения кузова по высоте остается постоянным, изменяется только давление, а значит и количество воздуха в нем. В этом случае частота собственных колебаний подвески также остается постоянной. Пневматическую подвескучасто применяют на автобусах (рис. 6); все большее применение она находит и в легковых и грузовых автомобилях.

Рис. 6. Задняя пневматическая подвеска автобуса SM11

Гидропневматическая подвеска автомобиля. Гидропневматические упругие элементы подвески

Продолжение. Первая часть на этой странице>>>

В гидропневматической подвеске в качестве упругого элемента также используется воздух или другой газ. В этом случае газ заключен в резиновом баллоне и его количество остается постоянным. Положение кузова автомобиля по высоте регулируется изменением количества жидкости, которая передает силу давления газов на рабочий поршень гидроцилиндра. Схема гидропневматического упругого элемента приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема гидропневматического элемента подвески

Элемент состоит из плунжера 1, вставленного в металлический цилиндр, и резервуара 2 с жидкостью, в котором находится резиновая камера 3 со сжатым воздухом.

Для обеспечения эффективной работы подвески производят расчет количества воздуха, его давления и других параметров так же, как и в предыдущем случае. Так как площадь рабочего плунжера постоянна, то характеристика гидропневматического упругого элемента также постоянна и определяется свойствами используемого газа. На рис. 8 приведена характеристика гидропневматического упругого элемента подвески для изотермического процесса (показатель политропы х=1) и для политропного процесса (показатель политропы х=1,35).

Рис. 8. Характеристика гидропневматического элемента подвески при изотермическом (х=1) и политропном сжатии (х=1,35)

Процесс, протекающий в упругом элементе подвески при регулировании положения кузова по высоте с достаточной степенью точности, можно считать изотермическим, так как при загрузке автомобиля газ в упругом элементе подвески сжимается и нагревается. Однако через некоторое время его температура сравнивается с температурой окружающего воздуха. При быстрых изменениях объема газа во время работы подвески процесс протекает по политропе.

В гидропневматических упругих элементах подвески давление газа гораздо выше, чем в пневматических, и достигает 6-10 МПа (60-100 кг/см²). Поэтому такие упругие элементы имеют гораздо меньшие размеры. Плунжерная пара, даже тщательно уплотненная, не может исключить утечек газа, а обеспечить герметичность гидроцилиндра уже не представляет никаких трудностей. Достоинством гидропневматической подвески является то, что масло, находящееся между плунжером и воздушной камерой, осуществляет эффективное гашение вибраций и колебаний кузова автомобиля непосредственно в самом упругом элементе подвески, так что отпадает необходимость в дополнительном гасителе колебаний.

Гидропневматические упругие элементы подвески часто изготовляют с кожухами в виде полусфер, между которыми установлена упругая диафрагма. В верхней части такого элемента подвески находится сжатый воздух, в нижней — масло. Поскольку на диафрагму с обеих сторон действует приблизительно одинаковое давление, она служит только для разделения двух сред, и возникающие в ней механические нагрузки невелики. Если допустить соприкосновение воздуха с маслом, то воздух начнет растворяться в масле, вспенивая его, и эффективность (упругость) подвески ухудшится. Необходимое количество газа закачивается в камеру при изготовлении подвески и лишь иногда приходится его контролировать. На рис. 9 показаны положения диафрагмы при различном нагружении автомобиля: 4 для разгруженного, 3 для частично нагруженного и 2 для полностью нагруженного автомобиля, а также положение 1 при вывешивании моста на упоры.

Рис. 9. Положения диафрагмы при разных нагрузках автомобиля

В случае полной разгрузки упругого элемента подвески, например при ее демонтаже, желательно ограничить деформацию мембраны каким-либо упором в виде пластины с небольшими отверстиями для перетекания масла из одной полости в другую, чтобы она не прорвалась под действием высокого давления газов.

На рис. 10 приведена гидропневматическая подвеска автомобиля Ситроен GS.

Рис. 10. Автомобиль Ситроен GS с гидропневматической подвеской и регулировкой положения кузова по высоте

1 — жидкость; 2 — газ; 3 — цилиндр; 4 — поршень; 5 — резиновая камера; 6 — рычаг.

Схема гидропневматической подвески автомобиля Ситроен GS дана на рис. 11.

Рис. 11. Схема гидропневматической подвески автомобиля Ситроен GS

Хорошо видны пневматические элементы подвески 9 и 10 сзади и 4 и 6 спереди. Рычажок 13 служит для ручного изменения клиренса автомобиля при переезде через высокие препятствия или для выезда из низкого гаража. Масло под давлением поступает в амортизатор через регулировочные клапаны 8, 12 из масляного аккумулятора 7, постоянно дополняемого насосом 3, приводимым от двигателя. Регулировочные клапаны управляются с помощью специальных торсионов 5 и 11. Масло из резервуара 2 поступает к клапану 1 масляного аккумулятора 7. На автомобиле установлены два регулировочных клапана — на переднем и заднем мостах.

В связи с тем, что в процессе работы гидропневматического элемента подвески количество газов в нем не изменяется, а изменяется лишь его объем, частота собственных колебаний подвески автомобиля в зависимости от нагрузки будет постоянна. В отличие от нерегулируемых упругих элементов с линейной характеристикой жесткость гидропневматической подвески при полной загрузке автомобиля выше, чем у незагруженного автомобиля.

Диафрагменная гидропневматическая подвеска, например, Гидрагаз, устанавливаемая на автомобиле Остин-Аллегро, отличается от других вариантов подобных подвесок тем, что в них, как и в пневматических подвесках, давление жидкости передается на автомобильное колесо не с помощью плунжера, а через диафрагму. Необходимые характеристики гидропневматических элементов подвески достигаются приданием специальной формы корпусу и стержню, огибаемым диафрагмой. Это устраняет недостаток обычных гидропневматических подвесок, который заключается в том, что с ростом нагрузки частота собственных колебаний подвески увеличивается. Большая площадь мембраны позволяет снизить рабочее давление жидкости; это способствует более благоприятному режиму нагружения мембраны.

Устройство упругого элемента подвески Гидрагаз показано на рис. 12.

Рис. 12. Элемент подвески Гидрагаз в разрезе

Интересно конструктивно решен резиновый клапан 1 гасителя колебаний, который работает надежно, бесшумно и долговечно. Рабочий газ (азот) заключен в верхней части корпуса амортизатора 2 и отделен от жидкости диафрагмой. Жидкость в верхней части камеры 3 передает давление от верхней диафрагмы на нижнюю, опирающуюся на фигурный палец С, соединенный с неподрессоренной частью моста автомобиля. Патрубок 4 служит для соединения нескольких упругих элементов подвески в единую гидросистему. Упомянутый выше клапан 1 гасителя колебаний, показанный в правой части рисунка в разобранном виде, состоит из нескольких частей. Тарелка 5 клапана для сжатия упругого элемента опирается на резиновую вставку 6, закрывающую выступами 7 два противоположных круглых отверстия 8 и длинные овальные отверстия 9 в перегородке между обеими половинами камеры 3. Разгрузка подвески происходит с помощью резиновой нижней вставки 10, ориентированной под углом 90° относительно верхней вставки 6 и открывающей клапан при перемещении пальца С вниз. Вставка 10 опирается на чашку 11.

Оба клапана работают в одном направлении и имеют прогрессивную характеристику. При повышении давления жидкости в упругом элементе подвески оно через отверстия передается вставке, которая приподнимается и пропускает жидкость из нижней камеры в верхнюю. Увеличенное количество жидкости в верхней камере 3 через диафрагму сжимает азот в газовой камере 2; жесткость подвески увеличивается. При разгрузке колеса отверстия клапана закрываются, и жидкость перетекает обратно в нижнюю камеру через другой, разгрузочный клапан, работающий точно по такому же принципу, но в обратном направлении. Маленькие круглые отверстия работают при низких давлениях; представляя малое сопротивление для перетекающей жидкости, они увеличивают чувствительность подвески к малым неровностям дороги.

При езде по очень неровной дороге начинают работать большие овальные отверстия, причем их проходное сечение прогрессивно изменяется при большем или меньшем отклонении резиновой вставки в зависимости от величины перепада давления в обеих камерах.

Упругий элемент такого типа не регулирует высоту кузова автомобиля, но зато отпадает необходимость в насосе с приводом от двигателя, в резервуаре с жидкостью под давлением, в системе трубопроводов и регулировочных клапанов. Такая подвеска дешевле, надежнее и долговечнее.

Самоустанавливающиеся гидропневматические подвески конструктивно более просты; для них не нужны резервуар масла под давлением, насос, приводимый от двигателя автомобиля, и трубопроводы. Каждый амортизатор с упругим элементом оснащен собственным насосом, приводимым за счет перемещений моста; насосы нагнетают масло, необходимое для поддержания постоянства положения кузова автомобиля по высоте, и одновременно выполняют функции регулировочного клапана. Такой амортизатор может быть установлен на автомобиль как самостоятельное устройство или в сочетании с другим каким-нибудь нерегулируемым упругим элементом подвески, например, цилиндрической пружиной.

На рис. 13 показаны шесть основных узлов гидропневматической подвески.

Рис. 13. Шесть основных узлов гидропневматической подвески

Упругий элемент 1 имеет регулировочный клапан 2, установленный в магистрали гидравлического аккумулятора 3 давления, обслуживаемого насосом 4. Кроме того, в гидросистему подвески входит бачок 5 для запаса масла. Гаситель колебаний 6 может быть самостоятельным узлом или встроенным непосредственно в упругий элемент подвески. Все перечисленные узлы в том или ином виде входят в состав любой самоустанавливающейся подвески.

Рис. 14. Амортизатор автомобиля Татра 603

1 — цилиндр; 2 — плунжер; 3, 4 — сальники высокого давления; 5 — сальник низкого давления; 6 — перепускное отверстие под вставкой; 7, 8 — цилиндрические резиновые диафрагмы; 9 — наружный поршень; 10 — отверстия во вставке 7; 11 — клапан гасителя колебаний; 15 — емкость с запасом масла; 18 — плунжер регулировочного насоса; 19, 20 — регулировочные каналы; 21 — впускной клапан; 22 — выпускной клапан; 23 — пробка дли закачивания газа; 24 — пробка для залива масла; 25 — резиновый упор.

Самоустанавливающаяся подвеска (рис. 14) имеет регулировочный насос, плунжер 18 которого перемещается при работе подвески и перекачивает масло из резервуара 15 по каналу 19 внутрь цилиндра регулировочного насоса. При нагружении автомобиля плунжер 18 перемещается вверх, внутрь цилиндра, и перекрывает выходное отверстие 19. При этом в процессе возвратно-поступательных перемещений плунжера масло всасывается через впускной клапан 21 и выпускной 22 в полость рабочего цилиндра над поршнем 2. Перекачивание масла продолжается до тех пор, пока поршень 2, механически связанный с плунжером 18, не выйдет из цилиндра и не поднимет кузов автомобиля до исходного среднего положения. При этом плунжер 18 открывает отверстие 19 в стенке цилиндра, в результате чего регулировочный насос прекращает работать и подъем автомобиля прекращается.

При разгрузке автомобиля плунжеры 18 и 2 перемещаются вниз до уровня, при котором открывается отверстие 20, и масло под давлением из полости над плунжером 2 будет выходить через цилиндр регулировочного насоса и канал 19 обратно в бачок запасного масла 15 до тех пор, пока плунжер 18 не перекроет сливное отверстие 20. При этом кузов автомобиля опустится до среднего положения. В диапазоне хода плунжеров между отверстиями 19 и 20 роль упругого элемента выполняет нерегулируемая пружина.

Плавное подрессоривание автомобиля обеспечивается сжатым воздухом, заключенным между юбкой 9 и цилиндрической диафрагмой 8. Масло из рабочего гидроцилиндра поступает под эту диафрагму через отверстия 6 в верхней части цилиндра 1 и отверстия 10 в стакане 7. Гашение колебаний кузова обеспечивается с помощью клапанов 11, регулирующих поступление масла в пространство под плунжером 2. Плунжер внизу уплотнен сальниками высокого давления 3 и 4, а пространство под сальниками соединено каналом 13 с масляным бачком 15 для слива масла (другой сальник низкого давления 5 плунжера и является уплотнением для низкого давления масла в сливном масляном бачке).

Резиновый упор 25 обеспечивает колебания плунжера и работу насоса и в случае полного вытекания масла из рабочего цилиндра после длительной стоянки автомобиля.

http://avtomotoklyb.ru/ustroistvo-pnevmaticheskoi-podveski-uprugie-elementy-2.html

Устройство автомобилей



Подвеской автотранспортного средства называют элементы шасси, соединяющие несущую систему с мостами или колесами. Ее основное назначение – обеспечение плавности хода транспортного средства. Кроме этого, подвеска должна обеспечивать постоянный контакт колес автомобиля с дорогой для предотвращения потери управляемости.

В общем случае в состав подвески входят упругие элементы, гасители колебаний, направляющие и стабилизирующие устройства, при этом основную роль в обеспечении плавности хода транспортного средства играют упругие элементы, к которым относятся рессоры, пружины, торсионные валы, специальные резиновые демпферы, а также пневматические рессоры, представляющие собой сосуд (цилиндр или баллон) изменяемого объема, внутри которого находится сжатый воздух (или другой газ).

В этой статье пойдет речь об упругих элементах, выполненных в виде пневматических цилиндров или баллонов различных конструкций. Подвеску, использующую такие упругие элементы, называют пневматической.

***

История изобретения пневматической подвески

Изобретение пневмоподвески не отличалось особой замысловатостью, поэтому, как только появилась нужда в повышении плавности хода автомобилей, многие инженеры еще на заре автомобилестроения предлагали использовать в качестве упругого рабочего тела сжатый воздух. Однако сложность реализации идеи оттянула ее практическое использование почти на полвека.

Первым серийным автомобилем, оборудованным пневматической подвеской, является французский Citroen DS-19, производство которого было начато в 1955 году. Упругие элементы подвески этого автомобиля представляли собой телескопические поршневые пневморессоры, оборудованные регуляторами давления. Эстафету у французов перехватили американцы - в 1957 году появился Cadillac Eldorado, а чуть позже - в 1961 году пневматическими упругими элементами оснастили подвеску автомобиля Mercedes-Benz 300 CE. В отличие от Citroen, Cadillac и Mercedes-Benz использовали в качестве упругих элементов не пневмоцилиндры, а пневмобаллоны (пневмоподушки), изготовленные из резинокорда.

Среди отечественных автотранспортных средств первыми пневматическую подвеску использовали конструкторы Ликинского автобусного завода – начиная с 1967 года здесь был налажен выпуск городских автобусов ЛиАЗ-677, оборудованных пневмобаллонами в качестве упругих элементов. Следует отметить, что на этих автобусах в дополнение к пневматическим упругим элементам использовались и классические полуэллиптические рессоры облегченной конструкции – они позволяли поддерживать кузов автобуса над мостами в случае выхода пневморессор из строя (или при отсутствии воздуха в пневмосети), а также выполняли функции направляющих элементов.

В настоящее время пневматическую подвеску чаще можно увидеть на грузовых автомобилях повышенной грузоподъемности, прицепах и полуприцепах, а также на городских и пригородных автобусах. Кроме этого такой тип подвески встречается на внедорожниках и некоторых моделях автомобилей верхней ценовой планки. На недорогих легковых автомобилях массового использования она используется редко.

***

Преимущества и недостатки пневматической подвески

По сравнению с другими типами подвесок пневматическая имеет ряд существенных преимуществ. Наряду с простотой конструкции и уменьшением веса упругих элементов (по сравнению, например, с рессорами), пневматическая подвеска обладает свойством изменять свою жесткость, при этом изменение упругих параметров несложно выполнять в автоматическом режиме – либо с помощью специальных пневмомеханических следящих устройств, либо посредством электроники. Это позволяет не только стабилизировать кузов автомобиля в требуемой плоскости по отношению к поверхности дороги (например, при поворотах или на участках со сложным рельефом), но и изменять при необходимости дорожный просвет, т. е. клиренс.

Изменение дорожного просвета (вручную или в автоматическом режиме) может быть использовано для увеличения проходимости автомобиля, или для поддержания постоянного клиренса вне зависимости от загруженности транспортного средства. К достоинствам следует отнести и высокую плавность хода автомобилей, оборудованных пневматической подвеской.

К недостаткам пневматических подвесок можно отнести технологическую сложность изготовления резинотканевых и резинокордных баллонов, используемых в пневмоподвесках грузовых автомобилей, прицепов и автобусов, что приводит к удорожанию конструкции при посредственной долговечности, особенно на плохих дорогах. Такие же недостатки присущи в некоторой степени и пневматическим цилиндрам, которые тоже находят применение в некоторых конструкциях автомобильных пневмоподвесок.

Следует учитывать, что пневматическая подвеса включает не только упругие элементы, а является сложным системным устройством, поэтому ее стоимость достаточно высокая. В состав пневмооборудования подвески входят компрессор, ресиверы (емкости для сжатого воздуха), различные регуляторы давления, электронные управляющие устройства и т. п. По этой причине использование пневмоподвески в грузовых автомобилях и автобусах с пневмоприводом тормозов менее затратно, поскольку эти транспортные средства изначально оборудованы пневматическими приводами, использующими сжатый воздух.

Еще один недостаток заключается в том, что пневморессоры в виде баллонов или цилиндров нуждаются в направляющих устройствах, в отличие, например, от рессоры обыкновенной, которая сама надежно фиксирует мост и колеса относительно кузова, исключая их относительное продольное или поперечное смещение. Пневматическая рессора, как и пружина, нуждается в направляющих устройствах в виде специальных растяжек, рычагов или тяг, иначе при торможении, разгоне или маневрировании кузов будет смещаться относительно колес.

***



Все используемые на современных автомобилях пневматические подвески можно разделить на три основных типа: одно-, двух- и четырехконтурные.

Одноконтурная пневматическая подвеска используется на грузовых автомобилях и некоторых моделях автобусов. Чаще всего она используется на одной из осей (чаще на задней), позволяя регулировать клиренс и жесткость подвески в зависимости от загрузки автомобиля или автобуса.

В отличие от одноконтурной, двухконтурная подвеска может устанавливаться как на одну ось, так и на две. В таком типе пневмоподвесок используется два независимых контура - либо «персональный» контур на каждое из колес (при одноосном варианте), либо по отдельном контуру на каждую ось (при двухосном варианте).

Четырехконтурная пневматическая подвеска имеет независимую регулировку давления для пневморессор каждого из колес автомобиля. В четырехконтурных системах, как правило, присутствует электронный блок управления, который с помощью системы датчиков регулирует давление в пневмоэлементах и следит за положением кузова.

Кроме количества независимых контуров пневматические подвески различают по типу используемых упругих пневмоэлементов - резинокордовые и цилиндрические (телескопические). В настоящее время резиновые упругие элементы используются более широко.

Конструктивно пневматические подвески разных производителей могут сильно отличаться компоновкой, используемой схемой стабилизации и гашения колебаний и т. п.

На пневматические подвески современных автомобилей возлагаются три основные функции:

  • принудительное (обычно - ручное) изменение дорожного просвета при необходимости повышения проходимости или увеличения грузоподъемности;
  • поддержание кузова автомобиля на постоянном уровне (в автоматическом режиме);
  • автоматическое изменение уровня кузова автомобиля в зависимости от его скорости и совершаемого маневра, что позволяет существенно повышать устойчивость автомобиля при движении на высоких скоростях. Такая опция возможна лишь при использовании программно-компьютерного управления, и особенно полезна для скоростных легковых автомобилей.

***

Современные пневматические подвески

В настоящее время управляемые пневматические подвески для своих автомобилей используют многие ведущие производители США, Европы и Японии. Среди них такие знаменитые бренды, как Audi, BMW, Volkswagen, Land Rover, Mercedes-Benz, Ford, Lexus, Subaru и др. В США даже зародилась концепция на превращение легковых автомобилей в так называемые «лоурайдеры» — «танцующие» автомобили или буквально лежащие «на брюхе» за счет использования пневматических и гидравлических подвесок. Конечно же, такие «капризы» автомобилистов должны подкрепляться хорошими дорогами.

***

Независимая подвеска легковых автомобилей


Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты

О всех видах автомобильных подвесок

Те детали, механизмы и узлы, которые соединяют колеса с корпусом автомашины, называются подвеской. Надо ли говорить, что за долгое время развития и совершенствования автомобиля было изобретено и применено на практике большое количество различных способов соединения колес с корпусом. Все эти виды подвесок автомобилей различаются по виду связи между колесами, по используемому амортизирующему элементу и т.д. У каждой из них свои достоинства и недостатки, их лучше знать, чтобы полностью реализовать возможности своего авто.

О роли подвески при движении

Кроме уже обозначенной задачи по соединению колес с рамой автомобиля, подвеска решает еще и дополнительные задачи. Одна из них – снижение динамических нагрузок на кузов машины. Вибрация, тряска, удары – наверняка всем знакомы эти неприятные ощущения, возникающие при движении по кочкам или неровной дороге. Их устранение или, по крайней мере, минимизация воздействия – одна из задач, для решения которой предназначена подвеска.

Немаловажную роль играет подвеска и в режиме движения машины. От нее во многом зависит скорость и управляемость. Если она «мягкая», т.е. обеспечивает для колеса постоянный контакт с дорогой, то это позволяет осуществить лучшее торможение и разгон, но излишняя мягкость приводит к сильным кренам в поворотах и ухудшению устойчивости автомобиля. «Жесткая» подвеска, не дающая колесам гулять из стороны в сторону, создает хороший контакт с дорогой и не позволяет машине крениться в поворотах, давая возможность прохождения поворотов с повышенной скоростью.

Все вышесказанное не охватывает всех аспектов работы подвески. Некоторые ее виды имеют преимущества в отдельных режимах движения, то в других случаях это может уже считаться недостатком. Так, подвеска, наилучшим образом работающая на бездорожье и обеспечивающая отличную проходимость, не может позволить автомобилю двигаться с высокой скоростью по хорошему покрытию.

Что входит в подвеску

Несмотря на многообразие подвесок, в их конструкции используют схожие по назначению узлы и детали. Некоторые из них кратко представлены ниже:

  • обеспечивающие упругость. К ним относятся рессоры, пружины и торсионы;
  • направляющие, определяющие перемещение колес, их связь с автомобилем и передачу боковых сил и моментов. В качестве таких деталей выступают рычаги: сдвоенные, поперечной и продольной устойчивости;
  • гасящие, противодействующие элементам упругости и устраняющие их колебания. Для этого используют амортизаторы;
  • элементы стабилизации, служащие для распределения боковой нагрузки в поворотах и уменьшения крена автомобиля. С подобными задачами справляются штанги с элементами крепления к кузову.

Основные типы подвесок автомобиля

Здесь сразу необходимо отметить, что существующие типы подвесок, используемые на самых разных транспортных средствах, можно классифицировать по нескольким признакам, но для современных легковых автомобилей общепринятым является разделение на зависимые и независимые.

Зависимая подвеска

Она подразумевает жесткую связь между колесами. Исторически это был первый созданный тип подвески. По сути дела, она недалеко ушла от конструкции телег, когда два колеса соединялись между собой осью. Как выглядит такая подвеска, понятно из рисунка В данном случае видно, что положение одного колеса сказывается на другом. Так, при наезде правого колеса на препятствие, изменяется положение левого, оно наклоняется влево, при этом колесо располагается под углом к поверхности, что несколько уменьшает пятно сцепления с дорогой. Такой тип подвески был характерен для автомобилей на заре их становления. Сейчас, если используется, то обычно в качестве заднего моста и на машинах повышенной проходимости.

Такая подвеска обычно бывает рессорная или пружинная. В первой из упомянутых как упругий элемент используется рессора, которая крепится к балке моста, а своими концами к раме или корпусу автомобиля. Другим типом зависимой подвески является пружинная, в которой упругим элементом служит пружина. Как выглядят рессорная (1) и пружинная (2) подвески, хорошо видно на приведенных рисунках. Несмотря на то, что зависимая подвеска изобретена давно и считается устаревшей, она применяется до сих пор, в первую очередь на грузовых машинах и, как уже упоминалось, на внедорожниках. Ее несомненным достоинством является простота конструкции и надежность, особенно это актуально для джипов. Что пружинная, что рессорная подвески для любых автомобилей обеспечивают:

  1. постоянный клиренс, а это в условиях бездорожья является огромным плюсом и служит дополнительным фактором повышения проходимости;
  2. постоянную ширину колеи;
  3. большую артикуляцию. Под артикуляцией понимается ход переднего колеса относительно заднего, при котором заднее колесо полностью теряет контакт с дорогой (см. фото ниже). Чем позже это происходит, т.е. чем это расстояние (артикуляция) больше, тем это лучше при движении по плохой дороге;
  4. надежность, устойчивость к повреждениям;
  5. дешевизну эксплуатации;
  6. возможность проведения эффективного внедорожного тюнинга.

Из приведенных достоинств зависимой подвески, рессорная она или пружинная, следует однозначный вывод, что она прекрасно работает на бездорожье. Однако общая картина становится не такой благостной, когда бездорожье кончается, и автомобиль начинает двигаться по асфальту. В этом случае те виды недостатков, которые были безразличны на плохой дороге, становятся очевидными:

  • не самая лучшая управляемость из-за значительных подрессоренных масс при высоких скоростях движения;
  • плохая курсовая устойчивость;
  • недостаточный комфорт для легковых автомобилей.

Независимая подвеска

Это совсем другой вариант подвески, ничего общего не имеющий с уже рассмотренной зависимой. При такой конструкции между колесами нет жесткой связи. Как схематично это выглядит, можно понять из приведенного ниже рисунка Фактически, такая подвеска означает, что колесо (каждое) крепится к кузову автомобиля отдельно и при колебании одного колеса эти изменения не передаются на другое, благодаря чему крен кузова уменьшается и повышается устойчивость. Вариантов, как такое сделать, существует множество, но все их можно разделить на основные типы: рычажные и свечные. К последним относятся подвески МакФерсона, к первым:

  1. двухрычажные;
  2. поперечнорычажные;
  3. косорычажные;
  4. продольнорычажные.

Наиболее распространены подвеска МакФерсона и поперечнорычажная. Причиной этого являются те преимущества, которые они обеспечивают для легковых автомобилей:

  • хорошая управляемость;
  • хорошая обратная связь при рулении;
  • высокий уровень комфорта;
  • малые крены;
  • высокая скорость движения.

Комбинированная подвеска

Она представляет собой комбинацию двух уже описанных подвесок. Спереди ставится независимая подвеска автомобиля, сзади мост (зависимая). Является в какой-то мере компромиссом, позволяя достаточно комфортно передвигаться по асфальту, но в то же время без особых трудностей преодолевать незначительное бездорожье.

Такая комбинация хорошо подходит для кроссоверов и паркетников, обеспечивая возможность свободно двигаться по городу и заезжать в лес на пикник или проехать немного по проселочным дорогам. По своим возможностям получается нечто среднее, но для большинства обеспечивающие приемлемые условия движения.

Другие типы подвесок

Описанными выше типами подвесок далеко не исчерпывается их многообразие. Есть еще и другие, которых следует обязательно коснуться.

Торсионная

Торсионная подвеска основана на работе специального элемента – торсиона, представляющего собой металлический вал, работающий на скручивание при возникновении нагрузки. Как это происходит, должно быть понятно из приведенного рисунка. Один конец вала жестко закреплен на основании, на другой его конец прикладывается момент силы. Под действием этого момента вал скручивается. Если один конец торсиона прикрепить к колесу, а противоположный жестко к кузову автомобиля, то между ними будет образована упругая связь. Конструктивно торсионная подвеска может быть выполнена:

  1. на двойных поперечных рычагах;
  2. на продольных рычагах;
  3. как торсионная балка (с продольными рычагами).

Если два первых исполнения можно отнести к независимой подвеске, у которой торсион используется как упругий элемент, то торсионную балку считают полузависимой, т.к. у нее перемещение одного колеса отражается на положении другого. Приведенные рисунки позволяют лучше понять, как работают описанные разные виды подвески (на 1 – на продольных рычагах, на 2 – торсионная балка).

Торсионная подвеска достаточно широко и давно применяется в конструкции легковых автомобилей. Чаще всего она используется в роли задней подвески переднеприводных автомашин. Основное ее достоинство – долговечность, компактность и легкость регулирования в составе транспортного средства.

Активная

Это уже можно считать непременной принадлежностью современного автомобиля. В попытках найти возможный компромисс между устойчивостью, управляемостью и комфортом появилось подобное техническое решение. Вся проблема в том, что, как уже отмечалось выше, жесткая подвеска при высокой скорости обеспечивает минимальные крены, что дает хорошую управляемость и устойчивость, но недостаточный комфорт. Мягкая дает плавный ход, но приводит к раскачиванию автомобиля и, как следствие, к ухудшению управляемости и устойчивости. Для преодоления этих противоречий и создается активная подвеска.

В данном случае термин «активная» подразумевает возможность изменения параметров подвески при ее эксплуатации. Каждый разработчик автомашины идет своим путем, но уже существуют различные виды подвески, использующие:

  1. амортизаторы с изменяемой степенью демпфирования;
  2. регулируемые упругие элементы.

Независимо от конкретной реализации идеи, активная подвеска легковых автомобилей, подразумевает изменение характеристик подвески непосредственно во время движения.

Пневматическая

Пневматическая подвеска позволяет изменять высоту автомашины относительно дороги, т.е. меняется клиренс. Это используется на внедорожниках, автомобилях бизнес-класса, а также на грузовиках и полуприцепах. Устройство пневмоподвески предполагает применение пневмоупоров на каждом колесе. Сама по себе пневматическая подвеска не является каким-то отдельным видом, а служит своеобразным дополнением обычной. Она может входить в комплектацию машины, а может устанавливаться дополнительно. Устройство пневмоподвески в самом простейшем виде состоит из таких элементов, как:

  • пневматическая стойка;
  • компрессор;
  • датчики и блок управления;
  • воздушные магистрали.

Управление такой системой может выполняться как в автоматическом, так и в ручном режиме. В последнем случае водитель сам задает необходимый дорожный просвет, а в автоматическом режиме по сигналам от датчиков в зависимости от скорости блок управления меняет клиренс автомобиля. За всю историю развития автомобиля было разработано множество способов соединения колеса и кузова, однако лучший способ так и не найден до сих пор. Эти работы продолжаются, и их итогом являются новые варианты подвески, однако найти одну, подходящую для всех возможных режимов движения автомобиля пока не удается.

Пневматическая подвеска с регулированием величины дорожного просвета

Пневматическая подвеска автомобиля

Принцип работы и устройство пневматической подвески современного автомобиля.

 

 Пневматическая подвеска автомобиля с регулированием дорожного просвета

 Устройство и принцип работы пневматической подвески современного автомобиля с регулированием величины дорожного просвета рассмотрим на примере автомобиля AUDI A6.

 Регулирование дорожного просвета при использовании пневматической подвески не связано с дополнительными техническими  приспособлениями. По этой причине регулирование интегрировано в общую систему настроек.

 Достоинства при регулировании дорожного просвета:

-не зависит от нагрузки статический ход сжатия упругого элемента подвески (пневмобаллона). Он всегда остается одинаковым. Благодаря этому уменьшены размеры колесных ниш, что очень благоприятно сказывается на общем использовании объема кузова;

— сохраняется  полный ход сжатия и отбоя упругого элемента при любых нагрузках автомобиля;

-кузов авто приобретает более мягкое подрессоривание. Это повышает уровень комфорта во время движения;

-сохраняется полный дорожный просвет при любых нагрузках автомобиля;

— при загрузке углы установки колес не изменяются;

— не увеличивается коэффициент аэродинамического сопротивления. Внешний вид автомобиля не ухудшается;

-из-за небольших углов наклона пальцев, происходит меньший износ шаровых опор;

-возможна более высокая нагрузка.

 Положение кузова автомобиля остается неизменным и поддерживается регулировкой давления в пневмобалонах.

Рис. 1. Положение кузова автомобиля

 Благодаря регулированию давления статический ход сжатия всегда остается одинаковым. При конструировании колесных ниш, его не стоит принимать в расчет.

 Еще одной особенностью пневматической подвески с регулировкой величины дорожного просвета является и то, что частота собственных колебаний кузова автомобиля всегда остается почти постоянной даже при изменении общей массы автомобиля.

 Конструкция пневматического упругого элемента

 В качестве упругих элементов на легковых автомобилях применяются пневмобалоны рукавного типа. Не смотря на то, что данная конструкция имеет малые габариты, она обеспечивает большую деформацию упругого элемента.

Рис. 2. Пневмобаллон, выполненный соосно с амортизатором.

 Рукавный элемент состоит из высококачественного эластомера и корда из полиамидной нити. Он легко раскатывается и имеет минимальное трение в этом упругом элементе. Температурный диапазон, который обеспечивает требуемые характеристики, находится в пределах от -36° до +92°.

 В рукавном элементе крепление манжеты между поршнем и верхней крышкой корпуса осуществляется зажимными кольцами из металла. Эти кольца запрессовываются  в производственных условиях.

Рис.3. Разнесенное расположение пневмобалона и амортизатора.

 Рукавный элемент, во время работы, раскатывается по поршню. Пневмобаллоны устанавливаются как отдельно от амортизаторов, так и вместе с ними. Это зависит от кинематической схемы подвески оси автомобиля.

 Амортизатор с пневматическим регулированием демпфирования

 Для поддержания постоянной величины степени  демпфирования при изменении силы нагрузки от неполной до полной, в пневмоподвеске автомобиля с регулировкой дорожного просвета установлены амортизаторы имеющие бесступенчатую характеристику, которая изменяется в зависимости от нагрузки.

 Благодаря данной подвеске, вместе с постоянной частоты собственных колебаний кузова, удалось достичь характеристики колебаний кузова, которая почти не зависит от нагрузки. Благодаря этим свойствам, повышен комфорт при движении автомобиля с частичной нагрузкой. В то же время при полной загрузке отлично гасятся колебания кузова.

 Рассмотрим амортизатор PDC(  Pneumatic Damping Control, что означает пневматическая регулировка демпфирования).

Рис. 4. Соосная установка пневмобаллона и амортизатора PDC

 Усилие демпфирования здесь изменяется и зависит от давления, находящегося в пневмобаллоне. Изменение демпфирования происходит при помощи встроенного в амортизатор клапана PDC, который соединен трубопроводом с пневматическим упругим элементом. Давление в пневмобаллоне изменяет сопротивление клапана PDC.

 Для сглаживания скачков давления во время сжатия и отбоя в пневматическом упругом элементе, в клапане PDC встроен дроссель, который размещен во входном воздушном канале.

Рис. 5. Установленные раздельно пневмобаллон и амортизатор PDC

 Принцип действия данной системы заключается в том, что клапан PDC изменяет между двумя рабочими камерами 1 и 2 гидравлическое сопротивление.  При помощи отверстий  камера 1 соединяется с клапаном PDC. Когда в упругом элементе низкое давление( автомобиль имеет небольшую нагрузку), клапан PDC имеет небольшое гидравлическое сопротивление. Из-за этого часть масла направлено в обход демпфирующего клапана. Благодаря этому, уменьшено усилие демпфирования.

 От управляющего давления в определенной зависимости находится гидравлическое сопротивление клапана PDC.

Рис. 6. Устройство клапана PDC

 Усилие демпфирования на прямую зависит от гидравлического сопротивления соответствующего клапана демпфирования ( процесс сжатия и отбоя), а также клапана PDC.

 Если понравилась Вам статья, добавьте ее в соц. сети. Заранее благодарим Вас!

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости