Гидроподвеска автомобиля: почему так удобно?

Приветствую вас, уважаемые автолюбители! Сразу назову главную героиню нашей статьи — гидро подвеска автомобиля. Вопрос: в чём, по-вашему, «фишки» машин бизнес- и премиум-класса?

Наверняка, для кого-то это убранство и оснащение салона, кого-то больше прельщает качество материалов и сборки, но в любом случае многие из вас назовут комфорт, который авто высшей ценовой категории способны подарить их владельцам.

Комфорт выражается в том, как машина управляется и ведёт себя, а также тем, что автомобиль плавно едет, поглощая практически все неровности, которыми знамениты наши дороги.

Чему же должны быть благодарны счастливые владельцы этих автомобилей за свои удобства? Ответ: в обеспечении должной комфортабельности играет специальный тип подвески, героиня нашей статьи — гидропневмо подвеска автомобиля.

История комфорта

Гидравлическая подвеска или если говорить точнее – гидропневматическая подвеска, изобретение крайне интересное, можно даже сказать шедевральное. Современные образцы этой системы способны регулировать дорожный просвет автомобиля, адаптироваться под манеру езды водителя, имеют завидную плавность хода и качественно поглощают любые колебания кузова.И всё бы хорошо, но стоимость такой подвески позволяет устанавливать её исключительно на топовые модели и автомобили премиум-класса.

Хотя, на первый взгляд, кажется, что гидро подвеска является современным изобретением, её первые серийные экземпляры стали появляться на машинах ещё в 1956 году, а первопроходцами в этом были Citroen. Естественно, с годами технология только совершенствовалась и сегодня фирменная французская гидравлическая подвеска, именуемая Hydractive, выпускается уже в третьем поколении.

Подвеска Hydractive: сложно, но очень удобно

Ну что ж, заглянем внутрь творения инженеров Citroen, чтобы узнать его принцип работы и секреты. Устройство системы рассмотрим на примере подвески Hydractive третьего поколения. Итак, она состоит из таких основных элементов:

• стойки передней подвески;
• задние гидропневматические цилиндры;
• регуляторы жёсткости;
• гидроэлектронный блок;
• система управления.

За создание необходимого уровня давления специальной жидкости в системе отвечает гидроэлектронный блок. Для этого используется насос, блок управления и ряд клапанов, которые устанавливают дорожный просвет автомобиля и предотвращают самопроизвольное опускание кузова после того как мотор заглушён и питание отключено.

Передние стойки, а также задние гидропневматические цилиндры имеют схожую конструкцию, но отличаются расположением и углом наклона относительно кузова. Тут надо отметить тот факт, что, по сути, технология Hydractive как бы интегрирована в схему классических подвесок – спереди это может МакФерсон, а сзади, например, двухрычажка.

Упругие элементы используются, конечно же, свои. Так, передние стойки состоят из гидроцилиндра и гидропневматического упругого элемента, которые объединены амортизаторным клапаном.

Гидропневматический элемент стоит отдельного внимания. Это такая себе небольшая металлическая сфера, внутри которой мембраной разделены газ азот (он и является упругим веществом) и рабочая жидкость системы. Таких шаров в подвеске Hydractive третьего поколения шесть – по одному на каждое колесо и ещё по одному на ось.

Чем больше сфер – тем шире диапазон установки жёсткости подвески. Чтобы регулировать высоту автомобиля, необходимы гидроцилиндры. Для этого они снабжены поршнем, шток которого упирается в рычаг подвески.

Регуляторы жёсткости – детали, название которых говорит само за себя. Они установлены по одному на каждую ось и содержат по тому самому дополнительному упругому элементу-сфере. Когда нужна мягкая подвеска, при помощи клапанов все сферы в авто соединены вместе, чем достигается максимальная упругость, в режиме жёсткой езды – клапан изолирует упругие элементы друг от друга и подвеска становится более сбитой.

Ну и, конечно же, система управления всей этой сложной конструкции. Электроника совместно с датчиками отслеживает состояние автомобиля и принимает решение — сделать подвеску мягче или жёстче, поднять или опустить машину. Кстати, все эти операции могут осуществляться не только в автоматическом режиме, но и контролироваться водителем.

Как вы успели заметить, уважаемые читатели, гидропневматическая подвеска — достаточно сложная система, чем и обусловлена её цена и применение – в бюджетное авто вряд ли её кто-нибудь установит.

На этом заканчиваю данную статью, но уже готовлю к публикации следующую, не менее интересную.

Подписывайтесь на рассылку и не пропускайте свежие публикации!

Гидравлическая подвеска

Гидравлическая подвеска ⭐ – вид подвески, обеспечивающий регулирование уровня кузова относительно дороги за счет применения гидравлических упругих элементов.

В гидроподвеске вместо амортизаторов используются гидростойки или гидроподъемники с очень большим рабочим ходом. На верхний конец каждой стойки навинчиваются особые шары или гидросферы, которые выполняют роль пружин, их ещё называют «були». Устроены они предельно просто: полость внутри сферы разделена на две части упругой мембраной, с одной стороны сфера заполненна азотом (давление от 35 до 60 атмосфер), а с другой стороны мембрану подпирает специальное масло (LHM или LHM+ для DS, CX, GS, BX, XM, Xantia, для Citroen C5, C6 применяется LDS — оранжевого цвета) едко-зеленого цвета.

Как известно при нагрузке дорожный просвет у автомобиля уменьшается. Чтобы избежать этого могут применяться системы саморегулирования задней подвески. На рисунке приведена компоновка гидравлической подвески с автоматической регулировкой постоянства уровня кузова легкового автомобиля.

Рис. Компоновка подвески с автоматической регулировкой постоянства уровня кузова легкового автомобиля:
1 – двухступенчатый насос для обеспечения работы гидроусилителя рулевого управления и регулировки постоянства уровня кузова; 2 – блок управления; 3 – накопители (гидравлические аккумуляторы); 4 – регулятор тормозного усилия; 5 – бачок для рабочей жидкости

В автомобилях с саморегулированием задней подвески предусмотрен специальный бачок 5 с рабочей жидкостью, которая может подаваться в задние амортизаторы. Эта жидкость выполняет вспомогательную функцию для облегчения действия цилиндричес­ких пружин при перевозке тяжелых гру­зов. Жидкость подается в накопители 3 гидравлическим насосом 1. Система управляется специальным блоком 2, установленным на днище автомобиля. Блок связан с задним стабилиза­тором поперечной устойчивости и по положению стабилизатора определяет загрузку автомобиля.

Принцип работы системы показан на рисунке.

Рис. Принцип работы системы с гидравлической подвеской:
1 – насос; 2 – поршень приводного механизма; 3 – клапан; 4 – перепускной клапан; 5 – жиклер; 6 – правый кулачок; 7,10 – шарик; 8 – предохранительный клапан; 9 – левый кулачок; 11 – бачок; 12 – пружина; 13 – тяга; a – нейтральное положение кузова; b – верхнее положение кузова; c – нижнее положение кузова

При работающем двигателе, гидравлический насос подает жидкость к блоку управления. В зависимости от загрузки салона автомобиля вал, на котором установлены два кулачка 6 и 9, может поворачиваться. Поворот вала зависит от положения тяги 13, связанной в свою очередь с задним стабилизатором кузова.

Если автомобиль не нагружен, кулачок 9 поворачиваясь, воздействует на шарик 10 и тот открывает клапан 3. Жидкость при этом возвращается из амортизатора в бачок. В этом положении задняя подвеска поддерживается только цилин­дрическими пружинами.

Как только автомобиль загружается выше определенной нормы, в работу вступает кулачок 6, который толкает поршень приводного механизма 2 в верхнее положение с помощью шарика и перекрывает обратную магистраль. Жидкость из накопителей и насоса подается через перепускной клапан 4 в резервуары амортизаторов. Давление в резервуарах амортиза­тора заставляет амортизаторы слегка удлиниться, приподнимая заднюю часть автомобиля. Как только задняя часть ав­томобиля поднимется на нужную высоту, предохранительный клапан 8 вернет жидкость в накопитель или бачок.

При постоянном положении кузова в среднем положении амортизаторы, соединенные с клапаном 3, изолированы от жидкостной системы и происходит перекачка жидкости из бачка (накопителей) в насос и снова в бачок.

Таким образом, блок управ­ления уровнем поддерживает высоту зад­ней части автомобиля на одном уровне, независимо от груза.

Накопители оборудованы наполнен­ной газом камерой, которая отделена от жидкости резиновой диафрагмой. Эта камера позволяет амортизаторам функ­ционировать правильно, даже при на­полненных накопителях. При толчке амортизатор сжимается и жидкость вы­талкивается в накопитель, деформируя его диафрагму. Когда амортизатор удли­няется, жидкость под давлением диаф­рагмы возвращается из накопителя в амортизатор.

Высота дорожного просвета автомобиля изменяется путем переключения установленного в салоне автомобиля рычага управления. Рычаг посредством исполнительных штоков соединен с корректорами высоты подвески. На моделях ранних лет выпуска при выключении двигателя автомобиль опускается в нижнее положение. Более поздние модели оборудованы односторонним клапаном, изолирующим подвеску от главной гидравлической системы, что позволяет избежать подобного опускания кузова после останова двигателя.

Гидропневматическая подвеска

Совместно с системой саморегулирования применяется гидропневматическая подвеска, принципиальная схема которой показана на рисунке:

Рис. Принципиальная схема гидропневматической подвески:
1 – рычаг подвески; 2 – поршень гидроцилиндра; 3 – корпус гидроцилиндра; 4 – сфера; 5 – масло; 6 – сжатый азот

Главным составляющим подвески является упругий элемент, который состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 2, с длинной направляющей цилиндрической поверхностью. В верхней части цилиндра установлен сферический баллон 4, разделенный эластичной диафрагмой (мембраной) на две полости: верхняя заполнена сжатым азотом, нижняя жидкостью. Между цилиндром и баллоном расположен амортизационный клапан, через который пропускается жидкость при ходе отбоя и сжатия (на схеме не показан).

Функцию упругой пружины в пневмогидравлическом упругом элементе выполняет газ (азот), полость расположения кото­рого от полости, занятой жидкостью, разделяется эластичной мембраной. Увеличивая или уменьшая объем жид­кости, можно изменять положение поршня, связанного с направляющим рычагом подвески 1, и тем самым изме­нять дорожный просвет между кузо­вом и дорогой. Изменяя давление и объем газа в определенной пропорции, (подвеска Hydractive) можно при одной и той же нагрузке на колесе изменять упругую характерис­тику подвески, делая ее либо «мягкой» (комфортный режим), либо «жесткой» (спортивный режим). Гашение колебаний в таком упругом элементе осуществляет­ся амортизационным клапаном 8, при перетекании жидкости под воз­действием поршня из полости цилинд­ра в подмембранную полость баллона.

Рис. Схема работы подвески Hydractive:
1 – предохранительный клапан-распределитель; 2 – регулятор положения кузова; 3 – электромагнитный клапан; 4 – регулятор жесткости; 5 – гидроцилиндр подвески; 6 – основная сфера; 7 – дополнительная сфера; 8 – основной амортизационный клапан; 9 – дополнительный амортизационный клапан; 10 – золотник

Увеличение объема газа в пневмогидравлическом упругом элементе (для создания «мягкой» характеристики) до­стигается с помощью дополнительных сфер 7, включенных раз­дельно в систему передней и задней подвесок. Работа подвески в «комфортном» режиме обеспечивает при движении автомобиля высокий комфорт и удоб­ство управления; работа в «спортивном» режиме улучшает устойчивость авто­мобиля на поворотах и при торможе­нии, что повышает безопасность. В «комфортном» режиме электромагнитный клапан 3 и золотник 10 открывают соединительную магистраль между основными сферами 6, а также подключают к ним дополнительную сферу 7, что увеличивает плавность хода. В «спортивном» режиме золотник отключает третью сферу и размыкает соединительную магистраль, что увеличивает жесткость подвески примерно в три раза выше.

Для перевода подвески в «комфортный» или «спортивный» режим служит электромагнитный клапан 3 (регулятор жесткости), отключаю­щий или подключающий дополнитель­ный баллон к гидравлическому приво­ду системы подвески.

Дальнейшим совершенствованием подвески Hydractive явилось применение электронной системы управления по специальной программе. Она обеспечивает из­менение характеристики подвески в за­висимости от дорожной ситуации для лучшей управляемости и от изменения состояния дороги. Аналогично рас­смотренной выше системе, программа позво­ляет водителю выбрать «жесткий» или «автоматический» режим. В «жестком» режиме компьютер регулирует уровень демпфирования для обеспечения спор­тивной жесткой характеристики под­вески. В «автоматическом» режиме ре­гулируется уровень демпфирования для обеспечения комфортного движе­ния в нормальных условиях. При тор­можении, повороте или резком ускоре­нии система автоматически переклю­чается на «жесткий» режим. При вы­соких скоростях движения система пе­реключается на «жесткий» режим по сигналу контрольного модуля двигате­ля в зависимости от угла поворота дроссельной заслонки и давления во впускном коллекторе.

Управление электромагнитным клапаном, переключающим режимы работы подвески, осуществляется микропроцессором, который получает информацию от нескольких датчиков:

• положения кузова по высоте
• угла поворота рулевого колеса и его угловой скорости вращения
• положения педали акселератора
• давления в тормозной системе
• крена кузова
• скорости автомобиля

Данные памяти компьютера сравниваются с получаемой от датчиков информацией и микропроцессор выбирает соответствующий режим подвески. Включение соответствующего режима подвески происходит менее чем через 0,05 с.

Информацию о положении кузова в микропроцессор передает специальный датчик.

Рис. Датчик высоты положения кузова:
1 – контактный разъем; 2 – рычаг положения кузова

Датчики высоты кузова относятся к аналоговому типу. Они посылают информацию о средней высоте кузова и колебаниях подвески на электронные блоки управления подвеской и фар. Изменение высоты кузова вызывает изменение угла датчика высоты кузова, что влияет на выходное напряжение датчика.

Отрицательное значение угла датчика высоты кузова соответствует сжатию подвески. Положительное значение угла датчика высоты кузова соответствует отдаче подвески.

Аналогичные системы применяются для автомобилей Mersedes-Benz.

Блок управления получает входные сигналы от следующих устройств:

• датчика ускорений кузова
• датчика ускорений колеса
• датчика загрузки, давления в задних стойках
• датчика угла поворота колеса
• переключателя «комфорт/спорт»
• блока управления ABS о скорости движения автомобиля

На основании этих данных вычисляются качество дорожного покрытия, поперечное ускорение, загрузка, предпочтение водителя и производится управление клапанами регулировки жесткости.

Рис. Схема работы подвески ADS Mercedes-Benz:
1 – амортизационная стойка; 2, 3 электромагнитные клапана; 4 – сфера (энергоаккумулятор); 5,6 – калиброванные отверстия

Если оба клапана 2 и 3 закрыты, сечение канала по которому перетекает жидкость минимально, и амортизатор имеет максимальную жесткость. Открывая клапаны по отдельности или одновременно, можно увеличить сечение канала и, соответственно уменьшить жесткость амортизаторов. При отключении системы питание с контактов снимается, что устанавливает режим максимальной жесткости амортизаторов. Управление жесткостью амортизаторов производится раздельно для передней и задней оси.