Подвески

Сегодня характеристики подвески можно менять, не вставая с водительского кресла, а самые продвинутые автомобили следят за дорогой в автоматическом режиме и сами менют высоту и жесткость. Однако придумано все это даже не вчера...

Идеальный транспорт должен быть одинаково комфортным как для единственного водителя в салоне, так и при полной загрузке. Кроме того, от него хочется и послушания на гладком асфальте, и комфорта при езде по неровной поверхности. А в конце пути, чтобы дать возможность водителю и пассажирам без труда выйти из внедорожника с большими колесами, нужно предельно опустить кузов. Узнаете свои мысли по пути на дачу? Тогда продолжаем. Только давайте вспомним, что у подвески есть упругие элементы — пружины, торсионы, рессоры или пневмобаллоны – и успокоители колебаний – амортизаторы, не несущие веса машины, но устраняющие раскачку кузова и прыжки колес.


АМОРТИЗАТОРНАЯ ГИДРА
Первое, что пришло на ум конструкторам более полувека назад, это накачать в амортизатор масло под давлением и, отказавшись от пружин, получить регулируемый по клиренсу автомобиль. Функция упругого элемента при этом отводилась воздуху, сжатому в специальных резервуарах при каждой стойке. Так было, например, на Citroen 15TA времен войны и последовавшем за ним DS. Оба щеголяли гидропневматическими стойками, почти не менявшими жесткость, но позволявшими машине то «вставать на цыпочки», то стелиться брюхом по асфальту. Спустя многие десятилетия похожие решения появились в задней подвеске Mercedes S-класса и ранних представительских Audi A8. Все эти системы, хотя и работали, прослыли ненадежными. А причина была одной и той же – ошибочное мнение, что и регулировать высоту, и справляться с неровностями должен один и тот же амортизатор. В дальнейшем конструкторы учли ошибки ранних схем и навсегда отделили функции упругого элемента от гасителя колебаний. Правда, в виде исключения система все же нашла развитие на Citroen C5.

Отдельной ветвью стали саморегулирующиеся амортизаторы типа Koni FSD, которые работают мягче при увеличении количества неровностей на дороге. Однако в силу конструкции на разнородных поверхностях они не всегда вели себя адекватно.


ВЫШЕ – НИЖЕ
В те же 50-е Cadillac, а впоследствии и многие другие марки стали заменять пружины подвески на очень простой и отлично работающий пневмобаллон. Воздух, накачанный в него нехитрым компрессором, позволял опускать и поднимать машину над землей или сохранять неизменным клиренс груженого авто. Попутно пневмобаллоны выявили полезное для грузовых перевозок качество – становится более упругими под возросшей нагрузкой. Это оказалось как нельзя кстати: благодаря новым технологиям снизилась собственная масса машин, они стали прочнее, смогли перевозить больше груза и пассажиров, для которых был потребен и новый уровень комфорта.

Пневмоопора хорошо сочеталась с любым амортизатором, не боялась небольших утечек воздуха и при копеечной стоимости легко заменялась. Ее эволюцию легко проследить на примерах от простейших «надувных баллонов», которые сегодня выпускаются тюнинговыми фирмами буквально для любого авто, до продвинутых заводских стоек того же Audi Q7 или Mercedes-Benz M-класса.

Бочкообразные пневмокамеры изменяют свою высоту благодаря раздуванию вверх. Поэтому при желании получить больший ход подвески их складывают стопкой по 2–3 штуки. Контроль высоты у подушек для тюнинга косвенный – по давлению в них. Совершенно по-иному реализован большой ход у штатных пневмоопор Volkswagen Touareg. Здесь более тонкий «чулок» резиновой камеры закатывается сам на себя, позволяя, во-первых, обходиться меньшими давлениями, и, во-вторых, занимать меньше места.


Однако тонкие камеры оказались менее прочными для внешних воздействий – случайных сучков, дорожных камешков – и потребовали внешней защиты в виде гофрированных пыльников. Зато чувствительные пневмоопоры позволили весьма быстро и очень точно регулировать высоту дорожного просвета, в чем им помогают электронные датчики обратной связи в виде простого потенциометра и тяги к подвижной части каждой стойки.

Подобная легковая и кроссоверная пневматика унаследовала от примитивных подушек и свой главный принцип: чем сильнее накачано, тем жестче. Применительно к среднеразмерным внедорожникам это свойство повлекло очевидный дискомфорт: подняв  на грунте кузов в крайнее положение, мы лишаемся плавности хода. Частично этот эффект смогли скрасить амортизаторы – их тоже научили по-разному сопротивляться разным нагрузкам.


ЖЕСТЧЕ – МЯГЧЕ
Первые регулируемые амортизаторы появились в авто- и мотоспорте не менее 50 лет назад, а вскоре они прижились и на серийных машинах. Устройство было простым – дополнительный электроклапан внутри или снаружи амортизаторной стойки имел пропускную способность, отличную от главного клапана в поршне. Рабочее масло амортизатора, испытывая то или иное сопротивление перекачиванию, делало подвеску дубовее или комфортнее. Такие стойки и по сей день выпускают многие фирмы. Они конструктивно отличаются местом подвода электричества к клапану – через верхний шток или к корпусу в нижней части. Жесткость меняется ступенчато – в диапазоне от двух до девяти позиций.

Появление компактных и производительных микропроцессоров позволило уже в конце ХХ века впервые задуматься о непрерывном мониторинге качества дорожного покрытия и соответствующей мгновенной перенастройке амортизаторов. Появились системы, способные парировать удары неровностей, а также препятствовать нежелательным кренам и кивкам. Вместе с ними в наш обиход вошел термин «активная подвеска».


Такого рода амортизатор – Monroe Kinetic, например, устанавливали на Lexus GX470. Он отлично справлялся с компенсацией кренов тяжелого внедорожника, «подпирая» внешнюю сторону машины. Его электроклапан  был способен всего за 10 мс изменить характеристики от одного предела до другого. Несколько лет назад Bilstein подготовил спортивную серию PSS9 с девятиступенчатой электронной регулировкой жесткости. Поклонники Toyota должны помнить амортизаторы Kayaba с электромеханической регулировкой клапана, тремя ручными режимами – спорт, норма, комфорт – и автоматической регулировкой по сигналу пьезодатчиков.

Похожие системы применяют и сегодня, но, как говорил Генри Форд, «вполне надежным может считаться лишь тот узел, которого в автомобиле нет». Электроклапаны, пьезодатчики – все это рано или поздно ломалось. А кроме того, спортивные технологии, даже с учетом массовости производства, остались ощутимо дорогими. Да и время срабатывания системы оказалось великовато для реальной борьбы с дорожными явлениями.


РАВНЯЙСЬ! СМИРНО!
И выход был найден. Принцип изменения жесткости стойки регулированием потока жидкости остался неизменным, но подход к проблеме изменился в принципе. Никто больше не менял сечения клапанов:  Компания Delfi изменила свойства самой рабочей жидкости, которая теперь получила название магнитно-реологической.

Обычное масло наполнили мельчайшими (от 3 до 10 микрон) магнитными частицами. Специальное покрытие на их поверхности препятствует слипанию в единый комок. Частиц довольно много – до трети объема. На месте бывшего клапана в поршне ряд отверстий и электромагнит, подключенный через провода в штоке. Электромагнит выстраивает частицы в большей или меньшей степени «по струнке», увеличивая или уменьшая вязкость жидкости. Нет привычного клапана, нет шума от его работы, поскольку довольно большие отверстия поршня не вызывают турбулентности масла.

Регулирование пропускной способности осуществляется лишь током в катушке, мощность которой 20 Вт – как у одной лампы стоп-сигнала. Быстродействие системы увеличилось в десять раз, до 1 мс. Усилие меняется плавно, позволяя учитывать помимо скорости движения авто и качества покрытия еще и нагрев амортизатора, снижающий вязкость. Одна из последних доработок Magnetic Ride – вторая электромагнитная катушка в поршне для еще большего быстродействия.

Дебют подвески Magnetic Ride случился в 2002 году на Cadillac STS, за которым последовали некоторые модели, включая Acura MDX, Cadillac Escalade и, конечно же, автомобили семейства Range Rover. По утверждению инженеров Delphi, проблемы абразивного износа и перегрева полностью решены – объявленный ресурс магнетика превышает 300 000 км.


КТО КОГО?
Регулирует степень жесткости амортизатора традиционно ECU, в память которого теоретически можно загнать любую программу. За последние годы именно адаптация программ активных подвесок «научила» их тому, ради чего они были задуманы. На европейских и американских шоссе они и раньше хорошо справлялись с кренами, помогали избежать раскачки тяжелых машин и добавляли комфорта.

Российские дороги, изобилующие неожиданными неровностями, требуют совершенно иных алгоритмов, которые можно учесть, лишь набрав опыт реальной эксплуатации подобных высокотехнологичных систем. Однако уже сейчас правильно работающий Magnetic Ride способен комфортно «отработать» «лежачего полицейского» задними колесами, получив информацию о его профиле от передних. Дополнив систему пневматическими «ногами», мы получаем полный арсенал борьбы с продуктом отечественных дорожников.