Жидковоздушные рессоры: Гидропневматика
Стремясь отгородить свой организм от вредного воздействия дорожных неровностей, человечество придумало снабжать средства передвижения подвеской. Правильнее, наверное, говорить — подвеской не колес, а кузова (хотя что к чему подвешивается — вопрос философский). Сначала изобрели листовую рессорную, затем пружинную и торсионную подвески. Вообще-то «изобрели» — громко сказано. Ведь понятно, что первая конструкция ведет свою родословную от первобытного лука, другие упомянутые варианты тоже не стали откровением и известны очень давно. При всей своей простоте они имеют ограниченные возможности и линейные характеристики, что не всегда хорошо. Однако существует еще один тип подвески, менее распространенный, а до недавнего времени и вовсе экзотический для нашей страны. Его возможности практически безграничны, а характеристики могут меняться в широких пределах.
Первым идея использования упругих свойств газа посетила Джона Данлопа, обувшего велосипед своего сына в самодельные пневматические покрышки. Дальнейший ход конструкторской мысли затормозился на несколько десятилетий. То ли свежих идей не возникало, то ли технологии не позволяли... Хотя, если быть справедливым, в истории можно отыскать достаточно давние случаи установки пневмобаллонов на автомобили, но они единичны, и поэтому ими можно пренебречь.
Подвеска для Фантомаса
Настоящим откровением можно назвать гидропневматическую подвеску фирмы Citroen. Она была разработана для футуристического автомобиля Citroen DS19, который стал известен и в России благодаря знаменитым фильмам про Фантомаса. Вот уже полвека она главенствует на автомобилях знаменитой французской марки, особо не изменяясь. Идея проста и изящна. В основе конструкции — гидроаккумуляторы, иначе называемые гидросферами. Они имеют шарообразную форму и разделены изнутри на две секции. В одну из них под большим давлением закачан азот, другая заполнена жидкостью и «дружит» с газом через гибкую мембрану.
Исполнительный элемент подвески — телескопические поршневые пневморессоры. Функционально они аналогичны привычным стойкам, но не имеют снаружи пружин. Каждая пневморессора состоит из цилиндрического корпуса, на который опирается кузов автомобиля, и поршня, связанного с рычагом подвески посредством штока. К верхнему торцу пневморессоры приворачивается гидросфера.
Автомобиль своей массой вгоняет шток с поршнем в корпус стойки, но этому противится находящаяся внутри жидкость, которая, как известно, несжимаема. Зато сжимаем газ, закачанный в гидросферу, он-то и исполняет функции пружины.
Пневмогидравлическая подвеска значительно «умнее» своих традиционных собратьев и позволяет добиться высокого комфорта. Даже в простейшем исполнении, всего лишь связав между собой гидравлические полости стоек, мы получим интересный эффект. При наезде одного из колес на препятствие жидкость, вытесненная из корпуса соответствующей пневморессоры, приведет в движение поршни остальных стоек, и весь кузов плавно поднимется, сохраняя горизонтальное положение.
Характеристики подвески можно варьировать прямо на ходу. Изменяя давление жидкости в системе, мы имеем возможность выбирать величину дорожного просвета, уменьшая ее на высоких скоростях и увеличивая на бездорожье, а также менять упругость стоек. Проделывать это можно как в режиме ручного, так и автоматического управления. Для создания нужного давления в гидросистему включены электропомпа и корректоры регулировки высоты передка и задка кузова, представляющие собой регуляторы давления. В ранних, простейших системах корректоры, механически завязанные на рычаги подвески, отслеживали положение кузова относительно дороги и меняли клиренс в зависимости, например, от загрузки багажника. Ныне эти функции возложены на электронику, управляющую системой электроклапанов, корректоров и так далее. «Мозги» самостоятельно регулируют крены кузова, меняют упругость стоек и клиренс согласно условиям движения.
Сложность пневмогидравлических подвесок не отражается на их надежности. К примеру, подвеска автомобилей марки Citroen ходит без ремонта несколько сотен тысяч километров в самых сложных условиях. Нужно лишь не забывать о периодической смене гидросфер и жидкости. В общем, в эксплуатации такая подвеска приносит некоторые дополнительные хлопоты. Да и в производстве пневмогидравлика сложна — требуется прецизионное качество деталей гидравлической системы, чтобы не допустить нарушения ее герметичности. Поэтому такая подвеска стала своего рода фамильной чертой автомобилей Citroen. Другие фирмы, экспериментировавшие с гидропневматикой, в итоге от нее отказались.
Без гидравлики
Существует еще один тип пневмоподвесок, в нем используются армированные резиновые мешки — пневмобаллоны. Впервые в серийном производстве их применила американская автомобильная промышленность еще в конце 50-х. Не без гордости за отечественный автопром можно вспомнить некоторые автобусы производства ЛиАЗ и ЛАЗ, а также экспериментальную модификацию грузового ЗиЛ-131, на которых были установлены подобные системы.
Конструкция до смешного проста: между мостом и рамой, в помощь листовой рессоре, помещается надувной резиновый мешок, сообщающийся через систему жиклеров и клапанов с воздушным резервуаром. В последнем при помощи компрессора поддерживается высокое давление. При наезде на препятствие мост идет вверх, сжимая пневмобаллон. Давлением воздуха открывается клапан, и содержимое пневмобаллона свободно перетекает в воздушный резервуар через перепускные отверстия, демпфируя усилие, передаваемое кузову. При ходе отдачи газ проделывает обратный путь, но уже через калиброванные отверстия, задерживая перемещение моста вниз.
В систему пневмоподвески включены регуляторы положения кузова. Регулятор содержит систему клапанов, управляемых рычагом, механически связанным с колесной осью. Он автоматически отслеживает величину дорожного просвета и, добавляя воздух в пневмобаллоны или, наоборот, стравливая его, поддерживает постоянную высоту резиновых мешков. Таким образом удается корректировать расстояние между кузовом и дорогой в зависимости от загрузки. Некоторые автобусы, снабженные пневмобаллонами, умеют даже приседать, принимая пассажиров.
Пневмоподвеска в чистом виде, без гидравлических элементов, сейчас, можно сказать, в моде. Многие ведущие производители, например Volkswagen, Toyota, Rolls Royce и Audi, ставят ее на свои машины, особенно дорогие и комфортабельные. С ее помощью также можно изменять дорожный просвет и прочие характеристики. Оправдано ли усложнение конструкции (а значит, и увеличение цены) этими дополнительными возможностями — решать потребителю. В конце концов, чаще всего пневмоподвеска предлагается в качестве одной из опций, и покупатель машины может ограничиться традиционными амортизаторами.