Автолюбителю

Легковые автомобили

Учебное пособие для средней школы

4.7. Регулируемые пневматические подвески

Причины создания и применение. Развитие конструкции легкового автомобиля привело к необходимости разработки и применения регулируемых подвесок. Можно назвать несколько основных причин, которые заставили инженеров использовать регулируемые подвески на легковых автомобилях.

Во-первых, это связано со значительными изменениями нагрузки на подвеску. Произошло снижение собственной массы автомобилей при повышении их грузоподъемности, особенно малолитражных, малогабаритных и компактных легковых автомобилей. Увеличение массы нагруженного автомобиля по сравнению с порожним достигает ста и более процентов.

Во-вторых, существенно повысились скорости движения легковых автомобилей. Появилась необходимость изменения положения кузова и «ужесточения» подвески для повышения устойчивости и управляемости. На дорогах с высококачественным покрытием максимальная скорость достигла отметки 150... 200 км/ч. (Возможно, это предел, так как дальнейшее возрастание скорости приведет к резкому снижению безопасности движения и значительному увеличению расхода топлива).

В-третьих, не утратила своего значения проблема повышения плавности хода и комфортабельности движения в различных дорожных условиях. Необходимость повышения плавности хода остро ощущается на отечественных автомобилях, эксплуатация которых происходит в весьма разнообразных дорожных и климатических условиях.

И наконец, в-четвертых, при использовании регулируемых подвесок стало возможным получить дополнительные преимущества и удобства по сравнению с обычной подвеской. Легко можно сохранять или принудительно изменять положение кузова и колес относительно дороги. Например, постоянный просвет улучшает работу фар, особенно при дальнем свете, регулирование обеспечивает возможность подъема кузова для преодоления препятствий, подъем и опускание колес для монтажа и демонтажа шин без домкрата.

Устройство и работа. Основным элементом пневматической подвески является регулируемая пневморессора. Распространение пневморессор на автомобилях связано с их преимуществом по сравнению с другими упругими элементами: простотой регулирования основных показателей и изменения характеристик подвески. Регулирование пневматической подвески производится за счет подвода или отвода жидкости или газа в пневморессоры. В результате такого регулирования легко можно изменять положение кузова и колес, жесткость подвески и частоту собственных колебаний кузова. Грузоподъемность пневморессоры обеспечивается давлением сжатого воздуха (или газа), а жесткость — объемом, в котором этот воздух находится. Изменение грузоподъемности при загрузке или разгрузке автомобиля компенсируется повышением или понижением давления сжатого воздуха в пневморес-соре. Пневморессоры изменяют жесткость в зависимости от частоты колебаний кузова и колес. С увеличением скорости движения происходит ужесточение.подвески.

Конструкции регулируемых пневморессор весьма разнообразны, работы по их совершенствованию все время продолжаются, постоянно предлагаются новые схемы и конструктивные решения. Однако все виды регулируемых пневморессор можно разделить на два основных типа (рис. 4.21): телескопические поршневые рессоры и пневморессоры, выполненные на основе резино-кордных оболочек (РКО).

Основными частями поршневой рессоры (рис. 4.21, а) являются поршень /, рабочий цилиндр 2, стальная сфера 3, разделенная гибкой резиновой диафрагмой 4. Рабочее тело — газ (как правило, азот) находится в стальной сфере 3. Заправка сжатого газа в рессору производится через клапан 5. Регулирование пневморессоры осуществляется за счет подвода жидкости 7 в цилиндр с поршнем. На выходе из рабочего цилиндра в сферу жидкость проходит через дроссель 6 — устройство, выполняющее роль гидравлического амортизатора. Таким образом, упругий элемент объединен в одной конструкции с гасящим устройством.

На рисунке 4.21, б изображена схема регулируемой пневморессоры с РКО. На корпусе гидравлического амортизатора 11 закреплена РКО 12, выполненная в виде рукава, который при перемещении подвески обкатывается по корпусу 11. Конструкция рукава с кордным каркасом 9, наружным защитным 8 и герметизирующим 10 слоями резины напоминает устройство шины. Рабочий объем сжатого воздуха заключен между РКО и стаканом 13. К пневморессоре может быть подключен дополнительный объем 15. Подвод сжатого воздуха в пневморессору осуществляется через штуцер 14. Способ изменения давления сжатого воздуха (или газа) влияет на характеристику пневморессоры. При неподвижном поршне подвод жидкости (рис. 4.21, а) увеличивает давление газа в результате уменьшения его объема, при этом его масса остается неизменной. Если подводить в пневморессору сжатый воздух (рис. 4.21, б), то давление возрастет из-за увеличения массы воздуха, а объем, который он занимает, останется прежним. В первом случае увеличивается частота собственных колебаний кузова и плавность хода автомобиля ухудшается, во втором — частота собственных колебаний кузова и плавность хода сохраняются.

Способность пневморессор с РКО сохранять автомобилю плавность хода независимо от того, нагруженный он или порожний, имеет большое значение. Такие пневморессоры используют на автобусах и грузовых автомобилях, грузоподъемность которых значительно изменяется. Поршневые пневморессоры применяют на легковых автомобилях, изменение грузоподъемности у которых невелико. Улучшить характеристику поршневой пневморессоры при изменении давления сжатого газа можно, подключая дополнительные пневматические упругие элементы.

Регулируемые пневморессоры позволяют увеличивать жесткость подвески при движении автомобиля с большой скоростью по хорошей дороге или с малой скоростью по бездорожью. Для изменения жесткости пневморессор используют дополнительный объем для сжатого воздуха (рис. 4.21, б) или дополнительный пневматический упругий элемент (рис. 4.22).

Если к пневморессоре с РКО подсоединить дополнительный объем 15 (см. рис. 4.21, б), то жесткость ее уменьшится, подвеска будет мягкой. При отключении   дополнительного   объема   произойдет  ужесточение   подвески.

На рисунке 4.22 показана схема с тремя упругими элементами, применяемая на машинах «Ситроен» (Франция). Основные упругие элементы 1 и 3 установлены в направляющих устройствах подвески колес. Дополнительный упругий элемент 2 соединен трубопроводами с основными. Все три элемента имеют одинаковые давления и объемы сжатого газа и не отличаются друг от друга по конструкции.

Во время управления подвеской с помощью клапанов 4 можно включать и выключать из работы дополнительный упругий элемент 2. При его включении существенно снижается жесткость подвески, при отключении она возрастает. Кроме регулирования положения кузова и колес, подвеска имеет еще два режима работы: «мягкий» с дополнительным элементом и «жесткий» без него.

На рисунке 4.23 показана конструкция поршневой пневморессоры. Сжатый газ (азот) заключен в металлической сфере, состоящей из двух частей — верхней 5 и нижней 8. Нагрузка на газ передается жидкостью через разделительную диафрагму 7. При работе рессоры жидкость, вытесняемая поршнем 3, проходит через встроенный амортизатор 9. С колесом автомобиля связан шток /, который передает усилия на поршень через упорную пяту 11. Между цилиндром 10 и поршнем 3 установлены уплотнения 12. Снизу пневморессора изолирована от окружающей среды кожухом 13 с устройством для слива жидкости 2. Подвод жидкости при регулировании рессоры производится через отверстие 4. Заправка рессоры сжатым газом осуществляется с помощью заправочного клапана 6.

На рисунке 4.24 изображена схема регулируемой пневматической подвески. Регулирование положения кузова осуществляется с помощью регулятора, привод 3 которого соединен с направляющим устройством подвески. В поршневой рессоре газ 4 и жидкость 5 разделены диафрагмой. Регулятор имеет каналы подвода / и слив 2 жидкости. В рессоре 6 размещен амортизатор. При увеличении нагрузки кузов опускается, и регулятор подает жидкость в цилиндр пневморессоры, восстанавливая положение кузова. При снижении загрузки автомобиля регулятор для сохранения положения кузова обеспечивает слив жидкости из пневморессоры.

Первым легковым автомобилем массового производства на пневматической подвеске был знаменитый французский автомобиль «Ситроен ДС-19», серийный выпуск которого начался в 1955 г. На всех колесах машины были установлены регулируемые поршневые пневморес-соры. Автомобили «Ситроен» с такими пневморессорами с успехом выпускаются и в настоящее время. Пневморессоры с РКО впервые появились на легковых автомобилях серийного производства в 1957 г. в США. Это была дорогостоящая машина «Кадиллак Эльдорадо». В пневматической подвеске автомобиля использовались РКО диафрагменного типа. Такие же РКО были установлены на серийном автомобиле «Мерседес-Бенц» 300 СЕ выпуска 1961 г. Он оказался одним из последних автомобилей с пневматической подвеской такого типа. Попытки применения РКО диафрагменного типа не получили распространения на легковых автомобилях.

В СССР в начале 50-х гг. велись интенсивные разработки пневматических подвесок для автобусов и грузовых автомобилей. На Всесоюзном совещании по проблемам пневмоподвески были представлены опытные образцы грузовых автомобилей и автобуса.с пневморессорами на основе РКО. Позже началось серийное производство автобусов с пневмоподвескои на Львовском и Ликинском автобусных и троллейбусном имени Урицкого (ЗиУ) заводах. Опытный автомобиль «Москвич» с пневматической подвеской был изготовлен в конце 60-х гг. на Ижевском автозаводе.

Интерес к пневматическим подвескам с РКО для легковых автомобилей появился снова, когда выяснилась возможность применения РКО рукавного типа в сочетании с электронными системами управления. В настоящее время управляемые пневматические подвески применяют многие ведущие автомобилестроительные заводы Европы, США и Японии.

1. Рама

2. Передняя ось

3. Задняя ось

4. Подвеска автомобиля

5. Амортизаторы

6. Колеса

7. Автомобильные шины