Плюсы и минусы пневматической подвески на автомобилях

Плюсы и минусы пневматической подвески на автомобилях

Что хорошего и что плохого есть в пневматической подвеске , и из чего на самом деле состоит ее экосистема? Давайте попробуем взглянуть на нее под другим углом.

Заводская система пневмоподвески, устанавливаемая на люксовые модели автомобилей престижных марок, дарит обладателям новых машин невероятный комфорт. Когда модель попадает на рынок б/у машин, «уставшая» подвеска становится головной болью очередного владельца. Траты на реанимацию постоянно падающего на брюхо железного коня оптимизма не внушают, а цена даже единственного пневмобаллона может ввести в затяжную депрессию самого стойкого автолюбителя.

Но есть особая каста приверженцев пневматической подвески, для которых увещевания знатоков о сложностях эксплуатации «пневмы» не более чем пустой звук. Они уверены, что нет ничего практичней и стильней, чем воздух в пневмоупорах. Так ли это? Давайте посмотрим, как работает подобный тип подвески и какие сюрпризы от нее можно ждать. Возможно, преимуществ гораздо больше, чем недостатков? И стоит ли ее ставить, если ваш автомобиль изначально был рассчитан на работу с классическими амортизаторами и пружинами?

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.

Типы пневматических подвесок

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.

Как работает

На автомобилях пневма регулирует высоту кузова транспортного средства относительно дорожного полотна. Важно понимать, что изменения клиренса и настройки жёсткости выполняются:

1. В ручном режиме.
2. Автоматически.

Можно добавить, что регулировка в положении «Автомат», может разниться. Автоматическая настройка возможна на адаптированных конструкциях. В данном случае, пневматическая подвеска, поддерживает выбранный клиренс, контролирует жёсткость амортизаторов в зависимости от качества дорожного полотна. Алгоритм работы включает в себя следующие параметры:

1. Скорость.
2. Наклон.
3. Ускорение и другое.

Контролируя вышеперечисленные параметры, система ППТС выбирает и настраивает наиболее приемлемые значения клиренса. Цель: выбор лучшей аэродинамической позиции автомобиля. При скоростном вхождении в поворот система оценивает крен транспортного средства. За счёт подачи сжатого воздуха можно увеличить показатели жёсткости нагружаемых амортизаторных стоек. ППТС снижает по максимуму центр тяжести машины, тем самым, улучшая управляемость и динамику авто.

Разновидности пневматической подвески

Пневматические подвески различаются по числу контуров:

• одноконтурная;
• двухконтурная;
• четырёхконтурная.

Одноконтурная пневматическая подвеска монтируется только на одну автомобильную ось, переднюю или заднюю. Такую систему чаще всего устанавливают на заднюю ось грузовых авто и седельных тягачей, чтобы в зависимости от степени загруженности автомобиля регулировать жёсткость задней колёсной оси.

Двухконтурная система обозначает, по сути, не одну, а две разновидности конструкции. Будучи смонтирована на обе оси, она, по сути, выполняет работу двух подвесок первого типа. А вот в случае, когда подвеска смонтирована на одну ось, по контуру на колесо, она будет регулировать положение каждого колеса на оси отдельно, независимо одно от другого.

Четырёхконтурная пневматическая подвеска, с одной стороны, самая сложная, и с другой – самая эффективная. На каждом колесе монтируется пневматическая подпора, которая регулирует его положение независимо от остальных. Давление в пневматических элементах в данном варианте конструкции, как правило, управляется единым электронным блоком.

Самостоятельная установка пневматической подвески не рекомендуется; безупречно работать будет только подвеска, установленная в заводских условиях. Особенно ярко это проявляется в случае четырехконтурной подвески. Некоторые автомобильные сервисы предлагают клиентам такую услугу, как установка пневматики, но стоить такая работа будет столько, что поневоле задумаешься, а не купить ли на эти деньги ещё один автомобиль, пусть даже и с классической подвеской.

Сразу развеем возможные заблуждения: это не самостоятельный вид подвески, а вариация по типу решения поставленной задачи. Пневматическая вполне успешно опирается на разные конструкции обычной: ее элементы монтируются на стойках Макферсон, могут надстраиваться на многорычажку, могут использовать упругую балку и т.д.

Основное отличие пневмоподвески – использование для своих целей сжатого воздуха. Соответственно, обязательным узлом, входящим в конструкцию, будет компрессор. Из-за того, что он отбирает дополнительное место под капотом, пневмо используется в основном на полуприцепах, грузовиках и внедорожниках. Оборудованные ею легковушки уже относятся к бизнес-классу, то есть по стоимости сразу же превосходят суммы, отводимые на машину большинством наших сограждан (что заставляет еще придирчивее сравнивать минусы с плюсами).

Принцип работы

• автоматическое изменение кузовного уровня соответственно скорости движения;
• автоматическое поддержание кузова на определенном уровне от дорожного полотна;
• принудительное изменение уровня кузова по отношению к дороге.

Подержание уровня кузова в автоматическом режиме достигается вне зависимости от загруженности транспортного средства. В данном процессе отыгрывают важную роль датчики, задача которых – измерение расстояния между колесами и кузовом автомобиля. Полученные данные сравниваются с заданной величиной. Если имеет место расхождение показаний, то к работе приступают клапаны упругих элементов и выпускной клапан, регулирующие подъем и опускание кузова авто.

Принудительное изменение высоты автомобильного кузова предусматривает несколько уровней, в числе которых:

• пониженный;
• повышенный;
• номинальный.

Если говорить о номинальном уровне, то он используется в процессе поездки по дорогам, со скоростью не более 100 км/час. Во время движения на высокой скорости применяется пониженный уровень. Повышенный уровень высоты кузова целесообразен при поездках по бездорожью, когда скорость не превышает 40 км/час, при этом рельеф нестабильный.

Водитель лично устанавливает уровень высоты кузова относительно дороги через специальный переключатель. В моделях внедорожников с большими габаритами предусмотрен значительный запас дорожного просвета, что связано с перевозимыми грузами, количеством пассажиров.

Автоматическое изменение уровня кузова в соответствии со скоростным режимом движения обеспечивает автомобилю улучшенную устойчивость на дороге. По мере ускорения транспортного средства, программа управления системой регулирует уровень расположения кузова по отношению к дорожному полотну, повышая при уменьшении или понижая при увеличении скорости.

Пневматические подвески, используемые автопроизводителями

Заводские пневмоподвески, устанавливаемые автопроизводителями, конструктивно сложнее и включают в себя электронный блок управления со следящими устройствами – датчиками:

• положения кузова (передние, задние, левые, правые);
• ускорения кузова;
• ускорения колес;

Благодаря следящим устройствам подвеска способна самостоятельно поддерживать положение кузова относительно дорожного полотна независимо от условий движения и загруженности машины. За счет сигналов, поступающих с датчиков, блок управления «улавливает» изменение положения кузова и выравнивает его – на одних баллонах стравливает воздух, на других наоборот – увеличивает давление.

Самыми совершенными в эксплуатационном плане являются адаптивные подвески – с регулируемыми амортизаторами. Такая подвеска работает в автоматическом режиме. При этом она не только поддерживает уровень кузова, а и самостоятельно регулирует дорожный просвет в зависимости от скоростного режима движения, чтобы обеспечить наилучшую управляемость.

При этом адаптивная подвеска не является отдельным узлом, она взаимосвязана с блоком управления двигателем, АБС и другими системами. Это позволяет установкой нужного режима полностью перенастроить поведение авто – установить жесткость подвески, чувствительность рулевого управления, функционирование тормозов, работу мотора и трансмиссии.

Устройство пневмоподвески

Простейшая пневматическая подвеска имеет в конструкции следующие основные элементы:

• упругие пневмоэлементы на каждое колесо;
• устройство подачи сжатого воздуха (компрессор);
• воздушный ресивер;
• воздушные магистрали;
• датчики и блок управления подвеской.

Упругие пневмоэлементы являются исполнительными механизмами подвески, в задачи которых входит регулировка и поддержание клиренса. Регулировка может осуществляться как в ручном, так и в автоматическом режиме. Изменение высоты кузова относительно дороги осуществляется за счет изменения давления воздуха в пневмоэлементах.

Пневмоэлемент может иметь разные исполнения – самостоятельный узел или совмещенный с амортизатором. Во втором случае упругий пневмоэлемент наиболее часто называется пневматической амортизаторной стойкой. Пневматические стойки могут быть установлены практически на любой тип подвески. Конструктивно пневмоэлемент состоит из корпуса, штока с поршнем и манжеты.

Компрессор предназначен для подачи сжатого воздуха в ресивер и далее в исполнительные механизмы. Стоит отметить, что компрессор является основным конструктивным элементом подвески, так как без сжатого воздуха работа пневмоподвески просто невозможна.

Воздушный ресивер предназначен для осуществления регулировок клиренса в малых пределах без участия компрессора. Также за счет ресивера достигается быстрая и адекватная работа адаптивных подвесок. Воздушные магистрали соединяют все элементы пневматической подвески в единую пневмосистему. Электронные датчики позволяют отслеживать такие параметры как положение кузова относительно дороги, наклон кузова, ускорение автомобиля и прочие параметры. Блок управления предназначен для обработки сигналов датчиков и осуществления автоматической или ручной регулировки подвески.

Преимущества и недостатки пневматической подвески

Пневмоподвеска имеет ряд важных преимуществ:

— Адаптивность, которая отражается в широком диапазоне настроек жесткости и клиренса, а также допустимых нагрузок на ось.
— Управляемость проявляется в возможности быстрой настройки давления в пневмобаллонах, что позволяет значительно уменьшить крен автомобиля при поворотах.
— Настраиваемость подвески под ситуацию на дороге согласно пожеланиям водителя.
— Индивидуальность пневмоподвески заключается в возможности моментального изменения клиренса без ущерба управляемости, комфорту и безопасности.
— Практичность состоит полном использовании грузоподъемности автомобиля, что особенно актуально для пикапов, фургонов и грузовиков.

Пневматическая подвеска имеет несколько недостатков, самым неприятным из которых является ее плохая ремонтопригодность. Например, пневматические стойки в случае выхода из строя приходится только менять, так как ремонту они не подлежат. Кроме этого, на долговечности пневмоподвески отрицательно отражаются дорожные реагенты и пониженные температуры.