Адаптивная подвеска автомобиля — что нужно знать? Принцесса на горошине: подвеска Что собой представляет адаптивная подвеска

Со дня появления первого автомобиля инженеры ни на секунду не останавливаются в попытке создания идеального авто. При этом одной из главных задач, которая стояла перед великими умами, была разработка безопасной и универсальной подвески, способной подстраиваться под дорожные условия. И старания были вознаграждены. В 1954 году удалось выпустить первую машину, оборудованную гидропневматической (адаптивной) подвеской.

Назначение

Для чего нужна гидропневматическая подвеска? Инженеры создали адаптивный механизм, способный подстраиваться под покрытие и стиль вождения. Главные комплектующие устройства - гидропневматические узлы, отличающиеся повышенной упругостью. В роли элементов выступает рабочая жидкость и газ, находящиеся под давлением в предназначенных для них емкостях.

Адаптивная подвеска делает движения автомобиля плавными и при необходимости меняет положение кузова по отношению к дорожному покрытию. Гидропневматическая подвеска часто «смешивается» с другими видами подвесок. Яркий пример - автомобиль французской компании Ситроен C5. В нем сосуществуют две подвески - адаптивная и классическая МакФерсон (спереди) и многорычажный тип подвески сзади.

История

Как уже упоминалось, первое авто с адаптивной подвеской удалось создать в 1954 году, и уже через год новинка появилась на автосалоне Парижа. Конструкция узла произвела фурор среди знатоков автомобильного мира. Для тех времен машина с гидропневматической подвеской казалась чудом. Вне зависимости от числа пассажиров или заполнения багажника, авто сохраняло первоначальный клиренс и показывало плавность перемещения. Появилась возможность вывешивать колеса без применения домкрата.

Внимания заслуживала и функция, дающая возможность регулировать клиренс автомобиля. Для Франции с ее проселочными дорогами такая опция была весьма полезна. Адаптивная подвеска повысила уровень безопасности даже при движении по сильным ухабам.

Появление нового устройства стало началом пути. Инженеры компании Ситроен не остановились, и в 1989 году создали адаптивную подвеску Hydractive 1, которая применяется и сегодня. Преимущество новой конструкции - наличие электронной «начинки», позволяющей контролировать дорожную обстановку и адаптироваться под нее.

Прошло четыре года и машины марки были оборудованы обновленной подвеской Hydractive 2. Еще через семь лет (в 2000 году) мир увидел адаптивную подвеску Hydractive 3. Новая конструкция отличалась уникальными характеристиками и была разделена с тормозной системой (во второй «части» тормоза и подвеска взаимодействовали друг с другом).

Гидропневматическая подвеска устанавливается не только на машины Ситроен. Новую технологию перехватили и такие бренды, как Роллс-Ройс, Бентли, Мерседес и другие. В последние 5-10 лет этот список пополнился рядом других моделей.

Устройство

Адаптивная подвеска состоит из группы узлов, каждый из которых несет свою функциональную нагрузку:

1. Гидроэлектронный блок (второе название узла - гидротроник). Задача устройства - подать требуемый объем рабочего состава и гарантировать необходимое давление. В данном узле объединены следующие элементы:

• электрический мотор;
• ЭБУ («мозги» адаптивной подвески);
• аксиально-поршневая помпа;
• электромагнитные клапаны, регулирующие клиренс автомобиля;
• защитный клапан;
• запорный клапан. Задача - защита кузова от снижения клиренса в нерабочем положении.

ЭБУ и ЭМ клапаны - узлы системы управления гидропневматической подвески.

2. Емкость для рабочей смеси расположена над гидроэлектронным узлом. В автомобилях с адаптивной подвеской Гидрактив 3 примеряется жидкость LDS, имеющая ярко оранжевый цвет. До этого использовалась зеленая жидкость LHM.

3. Стойка передней подвески - устройство, в котором объединены гидравлический цилиндр и гидропневматический упругий узел. Элементы конструкции соединены через клапан амортизации, который эффективно гасит колебания кузовной части.

4. Упругий узел, работающий на гидропневматическом принципе, представляет собой металлическую шарообразную конструкцию. Внутри расположена эластичная мембрана, над которой находится азот (сжатый газ). Под перегородкой содержится специальный состав, передающий давление системе. При этом газ, как наполнитель, играет роль упругого элемента.

В адаптивных подвесках серии Hydractive 3+ смонтировано по одному упругому узлу на колесо и по дополнительно шарообразной конструкции на каждую из осей. Использование упомянутых элементов - возможность расширить уровни регулирования жесткости подвески. При этом срок жизни специальных сфер - 200 тысяч километров пробега и более.

Гидравлические цилиндры - группа узлов, гарантирующих наполнение жидкостью упругих элементов, а также изменение высоты кузова по отношению к дороге. Главное устройство гидравлического цилиндра - поршень. Шток последнего объединяется со «своим» рычагом подвески. Гидравлические цилиндры, расположенные спереди и сзади, имеют идентичную конструкцию. Разница только в том, что задний узел расположен под небольшим углом к поверхности дороги.

Регулятор жесткости - узел, с помощью которого корректируется жесткость подвески. В его состав входят:

• ЭМ клапан для непосредственной регулировки;
• дополнительные клапана амортизаторов;
• золотник.

Регулятор жесткости монтируется на обеих подвесках. При этом возможно два режима:

1. «мягкий» режим. В данном случае регулятор объединяет гидропневматические узлы таким образом, чтобы обеспечить оптимальное давление газа. При этом сам ЭМ остается без напряжения;
2. жесткий режим активируется, когда на узел подается напряжение. При этом задние цилиндры, стойки и вспомогательные сферы изолированы друг от друга.

Система управления адаптивной подвеской состоит из следующих узлов:

1. входные устройства. Сюда включается два механизма - переключатель режимов и группа входных датчиков. Последние преобразовывают снимаемые характеристики в электричество. Один из главных датчиков системы контролирует положение кузовной части (относительно поверхности) и угловой датчик руля.

   В автомобилях марки Ситроен смонтировано 2-4 датчика позиции кузова. Что касается второго входного устройства (углового датчика руля), то он предает данные о скорости проворачивания и направлении рулевого колеса.

   Специальный переключатель дает возможность регулировать жесткость и высоту кузова вручную;

2. ЭБУ - «мозги» системы, которые собирают сигналы от входных узлов, проводят их обработку и с учетом заданного алгоритма направляют команды на исполняющие органы. В своей работе ЭБУ находится во взаимодействие с ABS и системой управления силового узла;
3. исполнительные узлы - устройства, которые выполняют команды от ЭБУ. К ним относятся ЭМ клапаны жесткости и регулировки высоты, электромотор помпы гидросистемы, корректор фар.

Электромотор управляется блоком управления, меняет скорость вращения, производительность помпы и давление в системе. Адаптивная подвеска особенна наличием четырех ЭМ клапанов, регулирующих высоту. Первая пара поднимает переднюю подвеску, а вторая пара - заднюю.

Принцип действия

Элементы конструкции взаимодействуют по следующему алгоритму:

• Гидропневматические цилиндры нагоняют жидкость к упругим элементам. Гидроблок держит под контролем давление и объем жидкости. При появлении колебаний жидкость проходит через клапан, что и гасит колебание.
• Мягкий режим подразумевает объединение элементов друг с другом и создание максимального объема газа. На данном этапе происходит компенсация кренов и поддержание необходимого давления.
• При необходимости включения жесткого режима к системе подается напряжение. После этого дополнительные сферы и стойки передней подвески разделяются между собой. В момент поворота жесткость меняется для каждого конкретно взятого узла. В процессе прямолинейного движения жесткость меняется.

Альтернативные варианты

Гидропневматическая система из серии Hydractive - не единственная разработка. Компания Мерседес представила рынку похожую по принципу конструкцию - Active Body Control. Принцип действия почти идентичен. Гидроцилиндры поджимают пружины, происходит изменение давления, задается нужная позиция и жесткость.

Адаптивная подвеска была разработана и компанией Фольксваген. Ее название - aDaptive Chassis Control. Узел обеспечивает управление настройками через датчики и корректирует жесткость шасси.

Преимущества и недостатки

Гидропневматическая подвеска - не воплощение идеала. Она добавляет комфорта и удобства, но в ней имеют место и недостатки.

Преимущества:

• возможность корректировки клиренса вручную повышает проходимость автомобиля, упрощает процесс парковки, выгрузки и погрузки, а также уборки транспортного средства;
• наличие в некоторых систематической регулировки делает эксплуатацию удобнее;
• повышение комфортабельности поездки, обеспечиваемой за счет плавности хода. Если верить отзывам, то машина как будто плывет по воде, а не движется по твердому покрытию;
• подстройка под стиль вождения и покрытие на дороге.

Минусы адаптивных подвесок:

• сложность конструкции, что сулит затратами на ремонт и удорожанием автомобиля при покупке;
• надежность адаптивной подвески меньше, чем у классических конструкций.
• Такой тип подвесок отличается «нежностью», поэтому требует правильной эксплуатации.

Итоги

Гидропневматическая (адаптивная) подвеска - прорыв в сфере автомобилестроения. С ее появлением удалось решить массу проблем с управляемостью, клиренсом и подстройкой под стиль вождения. Главной проблемой остается цена, из-за которой "бюджетные" производители все еще отдают предпочтение доступным подвескам.

Подвеска есть в любой без исключения машине. Это может быть простейшее устройство на основе рессор и пружин или продвинутая адаптивная подвеска построенная на гидравлических или пневматических элементах. Все они выполняют одну и ту же функцию – обеспечивают комфорт, управляемость и безопасность в поведении автомобиля на дороге.

Активной подвеска называется из-за ее возможности изменять свои характеристики под разные условия движения. Достигается это применением следующих компонентов:

• специальных демпфирующих элементов;
• регулируемого стабилизатора поперечной устойчивости;
• системы датчиков, отслеживающих ускорение, угол крена, дорожный просвет;
• электронного блока управления, анализирующего полученные данные.
  
  В основе амортизирующего элемента может быть использован пневмоэлемент или специальный гидравлический амортизатор, способный менять свою жесткость. Оба варианта получили широкое распространение на различных типах автомобилей.

Адаптивная подвеска (другое наименование полуактивная подвеска ) – разновидность активной подвески, в которой степень демпфирования амортизаторов изменяется в зависимости от состояния дорожного покрытия, параметров движения и запросов водителя. Под степенью демпфирования понимается быстрота затухания колебаний, которая зависит от сопротивления амортизаторов и величины подрессоренных масс. В современных конструкциях адаптивной подвески используется два способа регулирования степени демпфирования амортизаторов:

• с помощью электромагнитных клапанов;
• с помощью магнитно-реологической жидкости.

При регулировании с помощью электромагнитного регулировочного клапана изменяется его проходное сечение в зависимости от величины воздействующего тока. Чем больше ток, тем меньше проходное сечение клапана и соответственно выше степень демпфирования амортизатора (жесткая подвеска).

С другой стороны, чем меньше ток, тем больше проходное сечение клапана, ниже степень демпфирования (мягкая подвеска). Регулировочный клапан устанавливается на каждый амортизатор и может располагаться внутри или снаружи амортизатора.

Амортизаторы с электромагнитными регулировочными клапанами используются в конструкции следующих адаптивных подвесок:

Магнитно-реологическая жидкость включает металлические частицы, которые при воздействии магнитного поля выстраиваются вдоль его линий. В амортизаторе, заполненном магнитно-реологической жидкостью, отсутствуют традиционные клапаны. Вместо них в поршне имеются каналы, через которые свободно проходит жидкость. В поршень также встроены электромагнитные катушки. При подаче на катушки напряжения частицы магнитно-реологической жидкости выстраиваются по линиям магнитного поля и создают сопротивление движению жидкости по каналам, чем достигается увеличение степени демпфирования (жесткости подвески).

Магнитно-реологическая жидкость используется в конструкции адаптивной подвески значительно реже:

• MagneRide от General Motors (автомобили Cadillac, Chevrolet);
• Magnetic Ride от Audi.

Регулирование степени демпфирования амортизаторов обеспечивает электронная система управления, которая включает входные устройства, блок управления и исполнительные устройства.

В работе системы управления адаптивной подвески используются следующие входные устройства: датчики дорожного просвета и ускорения кузова , переключатель режимов работы.

С помощью переключателя режимов работы производится настройка степени демпфирования адаптивной подвески. Датчик дорожного просвета фиксирует величину хода подвески на сжатие и на отбой. Датчик ускорения кузова определяет ускорение кузова автомобиля в вертикальной плоскости. Количество и номенклатура датчиков различается в зависимости от конструкции адаптивной подвески. Например, в подвеске DCC от Volkswagen устанавливается два датчика дорожного просвета и два датчика ускорения кузова впереди автомобиля и по одному - сзади.

Сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления, где в соответствии с заложенной программой происходит их обработка и формирование управляющих сигналов на исполнительные устройства – регулировочные электромагнитные клапаны или электромагнитные катушки. В работе блок управления адаптивной подвески взаимодействует с различными системами автомобиля: усилителем рулевого управления , системой управления двигателем , автоматической коробкой передач и другими.

В конструкции адаптивной подвески обычно предусмотрено три режима работы: нормальный, спортивный и комфортный.

Режимы выбираются водителем в зависимости от потребности. В каждом режиме осуществляется автоматическое регулирование степени демпфирования амортизаторов в пределах установленной параметрической характеристики.

Показания датчиков ускорения кузова характеризуют качество дорожного покрытия. Чем больше неровностей на дороге, тем активнее раскачивается кузов автомобиля. В соответствии с этим система управления настраивает степень демпфирования амортизаторов.

Датчики дорожного просвета отслеживают текущую ситуацию при движении автомобиля: торможение, ускорение, поворот. При торможении передняя часть автомобиля опускается ниже задней, при ускорении – наоборот. Для обеспечения горизонтального положения кузова регулируемая степень демпфирования передних и задних амортизаторов будет различаться. При повороте автомобиля вследствие инерционной силы одна из сторон всегда оказывается выше другой. В данном случае система управления адаптивной подвески раздельно регулирует правые и левые амортизаторы, чем достигается устойчивость при повороте.

Таким образом, на основании сигналов датчиков блок управления формирует управляющие сигналы для каждого амортизатора в отдельности, что позволяет обеспечить максимальную комфортность и безопасность для каждого из выбранных режимов.

На чтение 4 мин.

Активная подвеска на легких автомобилях. Из чего она состоит и как работает. Стоит ли установить такую подвеску на свой автомобиль.

Подвеска является одной из основных частей автомобиля. Качественная и правильно отрегулированная, она прибавит комфорта в поездках, сделает автомобиль более послушным в управлении, уменьшит вредные для остальных частей машины вибрации и толчки. Существует много различных типов подвесок, среди которых явно выделяется адаптивная подвеска либо как её называют — активная.

Что собой представляет адаптивная подвеска?

Активной она названа потому, что амортизаторы способы подстраиваться под нужный темп езды в любой ситуации, или даже на ровной дороге. Она представляет собой систему различных датчиков и активных элементов, отвечает за смягчение ударов от неровностей дороги и движения кузова автомобиля относительно колёс (торможение и разгон), выполняет общую функцию подрессоривания автомобиля. Производители комплектуют свои подвески разными датчиками:

• Высоты дорожного просвета;
• Искажения дорожного полотна;
• Скорости автомобиля;
• Напряжения в электронных модулях;
• Степени демпфирования и другие.

Адаптивная подвеска может иметь гидравлический или пневматический принцип работы. Гидравлический тип более распространён на медленных и больших автомобилях, поскольку режим его работы относится к умеренному и такая система не в состоянии за доли секунды выставить нужную жёсткость.

Другое дело — гидравлика. Здесь уже присутствуют поршни, цилиндры, жидкость, система клапанов и прочего, что позволяет ей выдержать большие нагрузки, занимать меньше места, а также стать более производительной.

Типы активной подвески

Адаптивная подвеска, в зависимости от способа регулирования, степени демпфирования делится на подвеску с системой электромагнитных клапанов и с магнитно-реологической жидкостью внутри. Оба варианта применяются по сей день, но более распространён именно первый. Это обусловлено некоторыми причинами:

1. Дешевизна;
2. Более проста при обслуживании;
3. Простая настройка;
4. Требуется менее пристальный уход.

Принцип работы заключается в следующем. Разнообразные датчики воспринимают всю необходимую информацию, после чего передают данные в электронный блок управления. Там информация обрабатывается, из чего компьютером делается вывод об определении нужной жёсткости амортизаторов в данной ситуации. Во время подачи большого тока на электромагнитные клапаны, диаметр из проходимого сечения уменьшается, что, в свою очередь, повышает жёсткость подвески.

Подвеска со специальной жидкостью работает несколько иначе. Информацию, собранную датчиками, обрабатывает электронный блок управления, затем принимается решение для отдачи команды подачи напряжения, вот только уже не напрямую в электромагнитные клапаны, а в электромагнитное реле, встраиваемое в поршень. В результате образуется магнитное поле, которое буквально управляет магнитно-реологической жидкостью. Эта жидкость содержит в себе металлические частицы, которые под воздействием магнитных сил выстраиваются вдоль поля, соответственно — консистенция становится вязкая, а давление выше — уровень степени демпфирования возрастёт.

Подавляющее множество автомобильных компаний все чаще используют в своих конструкциях активную подвеску, причём каждый старается назвать разновидность стандартной технологии по-разному.

Комфорт

Несомненно, комфорт, полученный во время езды с адаптивной подвеской более высок в сравнении с другими типами подвесок. С такой системой вы будете полностью контролировать автомобиль даже в самых непредсказуемых ситуациях, к примеру, на сильном гололёде или бездорожье.

Мелкие или даже средние выбоины станут просто незаметными, а на поворотах крен кузова снизится до минимума, что обеспечит практически полностью горизонтальное положение авто даже при быстром повороте.

При всём этом даже не придётся следить за уровнем её регулировки и настройки, поскольку, блок управления сам решает, какую жёсткость применить для того или иного амортизатора.

Регулировка

Регулировка подвески может проходить несколькими способами как в ручном, так и автоматическом режиме. Обычно на панели управления автомобиля имеются соответствующие центры управления, которые позволяют выбрать несколько режимов езды, к примеру: спорт, город, бездорожье и так далее, в этом случае БУ сделает все сам, без вмешательства пользователя. Иногда возможно создание новых, и редактирование уже существующих режимов. Есть возможность отрегулировать подвеску механическим путём.

Тема: адаптивная подвеска

Пример: Toyota Land Cruiser Prado

Для современного внедорожника активная подвеска — не престижная опция, а насущная необходимость. Если соблюсти терминологическую точность, то большинство современных подвесок со словом Active в названии следует относить к полуактивным. Работа активной системы не основывается на энергии взаимодействия колес с дорогой. К примеру, гидравлическая активная подвеска, предложенная Колином Чепменом, основателем Lotus, регулировала высоту каждого колеса с помощью гидроцилиндров и индивидуальных высокоскоростных насосов. Отслеживая малейшие изменения положения кузова с помощью датчиков, машина заблаговременно поднимала или выставляла «лапы». Подвеска была испытана на автомобиле Lotus Excel 1985 года, но в серию не пошла из-за чрезвычайной сложности и энергетической прожорливости.

Более элегантное решение было опробовано на вездеходе HMMWV. Электромагнитная подвеска ECASS представляет собой четыре соленоида, каждый из которых толкает колесо вниз или же позволяет ему подняться вверх. Прелесть ECASS заключается в рекуперации энергии: при «сжатии» соленоид работает как генератор, запасая энергию в аккумуляторной батарее. Несмотря на успех эксперимента, ECASS так и останется концептуальной разработкой — для серийного производства технология слишком сложна.

Полуактивная подвеска строится по традиционной схеме. Упругими элементами выступают рессоры, пружины, торсионы или пневмоцилиндры. Электроника управляет характеристиками амортизаторов, за доли секунды делая их более мягкими или жесткими. Компьютер поочередно открывает или закрывает клапаны в гидравлической системе. Чем меньше отверстия, через которые проходит жидкость внутри амортизатора, тем сильнее он демпфирует колебания подвески.

Гидравлический оркестр

Внедорожник Toyota LC Prado оснащается регулируемой адаптивной подвеской AVS (Adaptive Variable Suspension), позволяющей водителю выбрать режим работы: мягкий Comfort, средний Normal или жесткий Sport. В каждом из трех диапазонов компьютер постоянно меняет характеристики каждого амортизатора. Система реагирует на приказы электроники за 2,5 мс. Это значит, что на скорости 60 км/ч характеристики подвески полностью меняются через каждые 25 см пути. Подвеска работает в тесном взаимодействии с системой стабилизации курсовой устойчивости. Их общие датчики сообщают компьютеру о развитии скольжения или стремлении кузова перевернуться.

Большим внедорожникам адаптивная подвеска жизненно необходима. На серьезном бездорожье джипу нужны большие ходы подвесок, а значит, мягкие пружины. Чтобы не спасовать на скоростной трассе, высокому автомобилю, напротив, необходимы жесткие настройки.

На задней оси LC Prado установлены пневмоцилиндры, позволяющие водителю выбирать высоту автомобиля. На неровной дороге автомобиль можно приподнять на 4 см над задней осью, увеличив дорожный просвет (режим Hi). Чтобы облегчить посадку или погрузку, машину можно опустить на 3 см (режим Lo). Режим Hi предназначен для движения на малых скоростях, при достижении 30 км/ч автомобиль автоматически перейдет в Normal.

Однако регулировка клиренса — не главная задача пневмоцилиндров. Во‑первых, газ, находящийся внутри них, имеет более ярко выраженную прогрессивную характеристику, нежели стальная пружина, и на небольших ходах подвеска работает намного мягче.

Во-вторых, пневмоцилиндры автоматически компенсируют загрузку автомобиля, всегда поддерживая одинаковый дорожный просвет.

Инженеры Toyota отказались и от традиционного компромисса в области настройки стабилизаторов поперечной устойчивости, применив систему кинетической стабилизации подвески KDDS. Каждый стабилизатор LC Prado соединен с рамой посредством гидроцилиндра. Цилиндры соединены в единый гидравлический контур. Пока жидкость свободно циркулирует внутри контура, стабилизаторы практически не работают. В таком режиме подвеска демонстрирует максимальный ход, необходимый на бездорожье. В скоростных поворотах клапаны перекрывают гидравлический контур, жестко связывая стабилизаторы с кузовом и препятствуя крену. На прямой гидроаккумулятор, включенный в контур, помогает подвеске скрадывать мелкие неровности дороги.