Пневматическая подвеска – устройство, принцип работы

Пневматическая подвеска (обиходное название – пневмоподвеска) – вид подвески, обеспечивающий регулирование уровня кузова относительно дороги за счет применения пневматических упругих элементов. В настоящее время пневматическая подвеска устанавливается в качестве опции на некоторых моделях автомобилей бизнес-класса и больших внедорожниках (например, Volkswagen Touareg, Audi Q7).

По своей сути пневмоподвеска не является отдельным видом подвески автомобиля, т.к. реализована со многими конструкциями подвесок (МакФерсон, многорычажная подвеска и др.). В настоящее время пневмоподвеску используют на своих автомобилях многие автопроизводители: Audi, Bentley, BMW, Lexus, GM, Ford, Land Rover, Mercedes-Benz, SsangYong, Subaru, Volkswagen. Некоторые конструкции подвесок имеют собственные названия, например, Airmatic Dual Control от Mercedes-Benz.

Основными преимуществами пневматической подвески являются комфортабельность, геометрическая проходимость и безопасность автомобиля. Пневмоподвеска, как правило, применяется в комбинации с автоматически регулируемыми амортизаторами. Такая конструкция называется адаптивная пневмоподвеска.

Пневматическая подвеска включает пневматические упругие элементы на каждое колесо, модуль подачи воздуха, ресивер и систему управления.

Пневматический упругий элемент выполняет основную функцию подвески – поддержание определенного уровня кузова автомобиля. Это достигается путем изменения давления и соответствующего ему объема воздуха в упругих элементах.

Пневматический упругий элемент состоит из корпуса с направляющей, манжеты и поршня. Конструктивно пневматический упругий элемент может изготавливаться со встроенным амортизатором или устанавливаться отдельно. Упругий элемент, объединенный с амортизатором, имеет название пневматическая стойка (по аналогии с амортизаторной стойкой подвески МакФерсон).

Манжета пневматического упругого элемента изготавливается из прочного многослойного эластомера. В некоторых конструкциях упругих элементов применяется дополнительные пневмоаккумуляторы. Для поддержания давления при утечке воздуха в упругом элементе может устанавливаться клапан остаточного давления.

Модуль подачи воздуха служит для питания упругих элементов воздухом. Он включает электродвигатель, компрессор и осушитель воздуха. Конструктивно в модуль включен блок электромагнитных клапанов системы управления подвеской.

Ресивер представляет собой резервуар для воздуха и обеспечивает регулирование дорожного просвета при движении на небольшой скорости без включения компрессора, а также корректировку положения кузова на стоянке.

Конструкция и работа элементов адаптивной подвески рассмотрена в отдельной статье.

Модуль подачи воздуха и пневматические стойки образуют пневматическую систему подвески. Система может быть открытой или закрытой (замкнутой). Предпочтительной является замкнутая пневматическая система, обеспечивающая минимальные потери воздуха, а значит экономию энергии на его создание.

Создание и регулирование давления в пневматической системе подвески осуществляется с помощью электронной системы управления, которая включает входные датчики, блок управления и исполнительные устройства.

К входным устройствам относятся датчики уровня кузова, ускорения кузова, температуры компрессора, давления в системе, а также переключатель режимов работы.

С помощью переключателя на панели приборов осуществляется ручное регулирование уровня кузова. Датчики отслеживают параметры работы системы и преобразуют их в электрические сигналы.

Блок управления преобразует электрические сигналы входных датчиков в управляющие воздействия на исполнительные устройства. В своей работе блок управления взаимодействует с блоками системы управления двигателем, системы курсовой устойчивости.

В системе управления пневматической подвески используются следующие исполнительные устройства: клапаны пневматических упругих элементов (для создания давления), выпускной клапан (для сброса давления), переключающий клапан (для поддержания давления в ресивере), реле включения компрессора. Конструктивно все клапаны сосредоточены в блоке электромагнитных клапанов, расположенном в модуле подачи воздуха.

Принцип работы пневматической подвески

В пневматической подвеске реализовано, как правило, три алгоритма управления:

• автоматическое поддержание уровня кузова;
• принудительное изменение уровня кузова;
• автоматическое изменение уровня кузова в зависимости от скорости движения.

Автоматическое поддержание определенного уровня кузова в пневматической подвеске осуществляется независимо от степени загруженности автомобиля. Датчики уровня кузова постоянно измеряют расстояние от колес до кузова. Результаты измерений сравниваются с заданной величиной. При расхождении показаний электронный блок управления задействует необходимые исполнительные устройства: клапаны упругих элементов для подъема, выпускной клапан для опускания подвески.

Принудительное изменение высоты кузова обычно предусматривает три уровня: номинальный, повышенный и пониженный. Номинальный уровень используется для передвижения по обычным дорогам со скоростью до 100 км/ч. Пониженный уровень применяется для высокоскоростного движения. Повышенный уровень нужен для передвижения вне дорог и реализуется на скорости до 40 км/ч. Уровни кузова устанавливаются водителем с помощью переключателя. В конструкции пневмоподвески больших внедорожников предусмотрен дополнительный уровень для посадки пассажиров и погрузки багажа, который реализуется на неподвижном автомобиле.

Автоматическое изменение уровня кузова в зависимости от скорости обеспечивает устойчивость автомобиля в движении. При увеличении скорости программа управления подвеской переводит уровень кузова последовательно от повышенного к номинальному и далее, с ростом скорости, к пониженному. При снижении скорости система переводит положение кузова из пониженного в номинальное.

Применение амортизаторов с регулируемой степенью демпфирования значительно расширяет характеристики пневматической подвески, позволяя помимо высоты кузова изменять жесткость подвески в зависимости от условий движения.

Материалы: http://systemsauto.ru/pendant/air_suspension.html

Ходовая часть на пневматических элементах – далеко не новшество в мире автомобилестроения. Рассмотрим, что такое пневмоподвеска, ее принцип работы и устройство.

Ходовая часть с пневматическими элементами – вид подвески автомобиля, в которой реализована функция регулирования положения кузова относительно дороги за счет применения пневматических элементов.

Пневмоподвеска не является отдельным видом конструкции ходовой части автомобиля, поскольку реализуется совместно с другими типами подвесок (МакФерсон, многорычажная подвеска, неразрезная балка и т.д.).

Все штатные системы можно разделить на 2 вида:

• простая пневматическая подвеска, в которой пневматический элемент устанавливается вместо пружин;
• адаптивная подвеска. В ходовой части используются амортизаторы с изменяющейся жесткостью. Степень демпфирования изменяется в зависимости от дорожных условий либо пожеланий водителя. Ввиду своей стоимости, система используется только на авто премиум сегмента.

По способу реализации системы накачивания различают:

• одноконтурные – единая воздушная магистраль отвечает за все подушки (чаще всего их только 2 и установлены они на задней оси;
• двухконтурная – для каждой из подушек отведена отдельная магистраль;
• четырехконтурная – подушки на всех колесах имеют индивидуальные воздушные магистрали.

Достаточно вспомнить закон сообщающихся сосудов, чтобы понять, что система с индивидуальными магистралями является наилучшим решением. Иначе при возрастании давления на одну подушку воздух из нее перемещался бы в сочлененный баллон, что приводило бы к сильным кренам на поворотах.

Пневмоподвеска современного автомобиля состоит из следующих элементов:

• компрессор, использующийся для создания давления воздуха;
• ресивер, в котором хранится минимальный запас сжатого воздуха;
• модуль фильтрации и осушки. Для продления ресурса компрессора и исправной работы всех клапанов, датчиков, в систему подается только очищенный воздух. Поскольку в процессе сжатия температура воздуха повышается, на стенках металлического ресивера образуется конденсат, поэтому воздух перед подачей в системе осушивается;
• пневматический упругий элемент, на который возлагается основная роль в поддержании кузова;
• шланги, фитинги для герметичного соединения элементов системы;
• датчики уровня и ускорения кузова, использующиеся для автоматической корректировки положения кузова;
• датчик температуры компрессора;
• датчик давления воздуха в системе;
• блок управления, принимающий данные от датчиков и управляющий исполнительными устройствами;
• клапаны системы управления (для создания давления в пневматических упругих элементах, для сброса давления, для поддержания давления в ресивере). Конструктивно клапаны расположены в блоке электромагнитных клапанов;
• система управления на приборной панели.

Пневматические стойки и модуль подачи воздуха, включающий в себя ресивер, компрессор, блок фильтрации и осушки, формируют пневматическую систему ходовой части автомобиля. Система может быть открытой (воздух стравливается в атмосферу) либо закрытой. В замкнутом контуре воздух возвращается опять в магистраль, что уменьшает потери на последующее нагнетания давления.

Принцип работы

Как правило, пневматическая подвеска имеет 3 режима работы:

• изменение уровня кузова в зависимости от скорости движения;
• поддержание уровня кузова на заданном уровне;
• принудительное уменьшение/увеличение уровня дорожного просвета.

Основная роль во всей работе подвески отведена пневмоэлементам, которые состоят из корпуса с направляющей, манжеты и поршня. Манжеты изготавливаются из прочного эластомера. Конструктивно пневмоэлемент может быть выполнен совместно с амортизатором либо устанавливаться отдельно.

Особенности эксплуатации, преимущества и недостатки

Главный минус пневмоподвески – дороговизна изготовления. В остальном современные системы достаточно надежны. Владельцам пневмоподушек открытого типа можно настоятельно рекомендовать чаще подымать авто в наивысшее положение на мойке, чтобы тщательно вымывать песок и грязь из-под манжет. Также необходимо следить за тем, чтобы не перетирались шланги воздушных магистралей. Утечку воздуха необходимо как можно быстрее устранять, так как частые включения компрессора значительно уменьшают его срок службы.

В остальном возможность изменять жесткость подвески, клиренс автомобиля дает не только преимущество при перевозке грузов либо выезде на бездорожье, но и в целом делает автомобиль более универсальным.

Экскурс в историю

Вильям Хамфриз был человеком, запатентовавшим в 1901 создание пневмоподушки. Некоторое время спустя к идее вернулись военные. Пневмобаллоны, установленные на ось грузового авто, позволяли перевозить больший вес и при необходимости увеличивать клиренс, что давало такой технике преимущество на бездорожье.

В гражданское автомобилестроение пневмоподвеска приходит в 1930-е, когда выпускался Stout Scarab. Автомобиль был оснащен 4 пневмобаллонам фирмы Fairstone. Компрессор для накачки воздуха был соединен с двигателем приводным ремнем. Примечательно, что в авто была применена 4-х контурная система, которая и по сей день считается лучшим решением для пневмоподвески. Огромный вклад в развитие индустрии внесла компания Air Lift. Именно с этой фирмой связан приход пневмоэлементов в автоспорт, разумеется, если можно так назвать нелегальные гонки бутлегеров, позже трансформировавшиеся в Nascar.

Вплоть до начала 1960-х пневмоподушки размещались внутри пружин. Несмотря на провал первых систем с выносными пневпоэлементами, именно в этот период некоторые автомобили начинают комплектоваться пневмоподвеской уже с завода.

Гражданское автомобилестроение

Тот факт, что уже ни один гоночный автомобиль не обходился без пневмоподушек, попросту не мог оставаться незамеченным крупными автоконцернами. В 1957 году свет увидел Cadillac Eldorado Brougham, который оснащался еще довольно прогрессивной на тот момент 4-х контурной системой с датчиками на каждом элементе, что позволяло при необходимости увеличивать или уменьшать давление в каждой подушке. Примерно в этот же период пневмоподвеска была внедрена Buick, Ambassador.

Cadillac Eldorado Brougham

Пионером в развитии пневмосистем на территории континентальной Европы по праву считается Citroen, а точнее отдел инновационных разработок, возглавляемые тогда Полем Моге. В те времена считалось, что сделать комфортный и в то же время хорошо управляемый автомобиль на пневмоэлементах было невозможным. Но всем скептикам пришлось умолкнуть, когда свет увидел Citroen DC 19 с его инновационной гидропневматической системой. Давление в системе могло быть либо принудительно повышено, что делало подвеску жестче, а автомобиль более маневренным, либо понижено, что давало на те времена небывалый уровень комфорта. Несмотря на то, что внутри элементов был азот, а большую часть работы по обеспечению комфорта и жесткости подвески была возложена на гидравлику, такую систему можно причислить к ряду пневматических подвесок. Среди немецких производителей первой компанией, внедрившей пневмоподвеску, была Borgward. Именно их успешному примеру последовали специалисты с Mercedes.

Дороговизна конструкции, усложнение эксплуатации, увеличение стоимости ремонта не позволяют устанавливать такой тип подвески на все автомобили. Как и в прошлые времена, пневмоподвеска является прерогативой авто премиум сегмента.

Материалы: http://autolirika.ru/teoriya/chto-takoe-pnevmopodveska.html

Типы подвесок:

• Торсионная подвеска
• Пневматическая подвеска
• Зависимая подвеска
• Независимая подвеска
• Комбинированная подвеска

Пневматическая подвеска - это вид подвески, обладающий возможностью регулировать клиренс (дорожный просвет) автомобиля. Данный тип подвески имеет широкое распространение среди современных грузовых транспортных средств, а также легковых автомобилей бизнес-класса. На каждом из колёс автомобиля применяются пневмоупоры, которые играют роль упругих элементов в пневмоподвеске. Основывается пневма на уже существующих конструкциях подвесок, поэтому не являет собой отдельный тип автомобильной подвески. Зачастую пневмоэлементы монтируют на стойках McPherson, упругих балках либо многорычажных подвесках. Главной задачей в работе пневматической подвески является обеспечение повышенного уровня безопасности и комфортных условий во время вождения транспортного средства. К примеру, многие автомобили бизнес-класса оснащаются адаптивной подвеской, основанной на пневматических упругих элементах, имеющих возможность динамического регулирования жесткости подвески для достижения максимального комфорта водителя и пассажиров транспортного средства.

Пневматическая подвеска может быть частью штатной комплектации автомобиля либо самостоятельно установленным элементом. В основном, самостоятельная установка пневматической подвески даёт возможность регулировать в ручную лишь высоту кузова.

Распространены три основных типа пневматических подвесок - одноконтурные, двухконтурные и четырёхконтурные пневмоподвески. Одноконтурную систему устанавливают исключительно на одну ось транспортного средства, выбирая между передней и задней осями.

• Одноконтурный тип пневмоподвески чаще всего применяется в грузовых автомобилях и седельных тягачах. На грузовых автомобилях одноконтурная система позволяет регулировать жесткость задней оси, учитывая уровень нагрузки транспортного средства.
• Двухконтурные системы пневмоподвесок устанавливают не только на одну ось, а также одновременно и на обе. При установке двухконтурного типа пневмоподвески на одну ось, становится возможным осуществление независимого регулирования колёс автомобиля. Двухконтурная система пневматической подвески действует подобно одновременно установленным двум одноконтурным системам.
• Четырёхконтурные пневмоподвески достаточно сложны по своей структуре, зато имеют более богатый функционал, в отличие от одноконтурных и двухконтурных систем. Такая система позволяет регулировать пневмоподпор каждого колеса транспортного средства. Зачастую, в четырёхконтурных системах применяют специальный электронный блок управления, слаженно работающий вместе с датчиками и автоматически осуществляющий, при необходимости, регулировку уровня давления в пневмоэлементах. Не рекомендуется самостоятельная установка четырёхконтурных пневматических подвесок с типом автоматического управления, потому как сам процесс установки очень сложен и является финансово затратным.

Устройство пневмоподвески. Рассмотрим строение пнемвоподвески на примере четырёх контурной системы. Итак основные элементы :

• Датчик ускорения кузова, левые и правые задние и передние датчики положения кузова, датчик ускорения колеса. Электронные датчики дают возможность отслеживания некоторого ряда параметров, таких как наклон кузова автомобиля, положение кузова относительно дороги, ускорение транспортного средства.
• Компрессор пневматической подвески. Предназначение компрессора заключается в осуществлении подачи потоков сжатого воздуха прямиком в ресивер, а далее воздух распределяется по исполнительным механизмам системы. Без сжатого воздуха работа пневматической подвески невозможна, поэтому именно компрессор можно назвать основным элементом в конструкции самой подвески.
• Передняя и задняя стойки с пневматическими элементоми. Регулировка клиренса производится в автоматическом или ручном режиме. При изменении давления воздуха в пневматических элементах, меняется высота кузова автомобиля относительно дороги. Исполнение пневмоэлемента может выглядеть либо совмещенным с амортизатором, либо отдельным узлом. Именно при совмещении с амортизатором, упругий пневмоэлемент, в большинстве случаев, называют пневматической амортизаторной стойкой. Подобные стойки устанавливаются фактически на любые типы подвесок, простая конструкция пневмоэлемента состоит из корпуса, манжета и штока с поршнем.
• Ресивер. Воздушный ресивер осуществляет регулировку клиренса транспортного средства исключительно в малых пределах без участия компрессора. Благодаря воздушному ресиверу возможно достижение быстрой и стабильной работы адаптивных подвесок. Воздушные магистрали способствуют соединению всех элементов пневматической подвески в одну целостную пневмосистему.
• блок управления АБС
• Блок управления подвеской. Блок управления создан в целях корректной обработки сигналов, подаваемых датчиками. После принятия сигнала от датчиков, блок управления осуществляет ручную либо автоматическую регулировку подвески.

Принцип работы пневмоподвески достаточно прост. Водитель транспортного средства может без каких либо проблем самостоятельно изменять клиренс своего автомобиля, то есть увеличивать либо уменьшать показатели дорожного просвета. При наличии пневматических амортизаторных стоек в конструкции подвески, имеется дополнительная возможность регулировать её уровень жесткости. Естественно, автоматические режимы работы различных подвесок отличаются между собой, порой весьма существенно. При автоматическом режиме всегда задействованы адаптивные подвески, выполняющие работу по поддержке необходимого уровня дорожного просвета, а также определённой жесткости амортизаторов, зависящей от некоторого спектра внешних условий.

Адаптивная пневматическая подвеска работает по принципу использования параметров скорости, наклона, ускорения и прочих показателей. В целях достижения наилучших аэродинамических показателей транспортного средства, система способна подстраивать уровень дорожного просвета ориентируясь на показатели интенсивности ускорения, а также скорости движения автомобиля. Учитываются и углы наклонов кузова (крены) при вхождениях транспортного средства в повороты на повышенной скорости. Система предварительно анализирует показателя крена и, в случае необходимости, увеличивает подачу сжатого воздуха в целях увеличения жесткости амортизаторных стоек, на которые в данный момент производится повышенная нагрузка. Также адаптивная пневматическая подвеска позволяет внушительно снизить центр тяжести транспортного средства, всё в тех же целях достижения максимально улучшенных аэродинамических показателей и более комфортных условий для водителя благодаря лучшей управляемости автомобилем.

Основным преимуществом пневмоподвески многие автомобильные эксперты считают наличие высокой плавности хода транспортного средства, оборудованного пневматической подвеской. Также достоинством пневматической подвески считают использование сжатого воздуха в качестве упругого элемента, что способствует отсутствию раздражающих слух посторонних шумов. Однако, вышеперечисленные преимущества скорее касаются автомобилей бизнес-класса, потому как многое в работе подвески зависит и от непосредственного предназначения транспортного средства. К примеру, в грузовиках и полуприцепах пневматическая подвеска устроена таким образом, что наоборот может прибавлять жесткости.

Огромным преимуществом можно считать возможность автоматической регулировки дорожного просвета, причем во время движения, а также приятным дополнением станет и наличие в функционале регулирования жесткости отдельных стоек. Но не стоит забывать, что преимущество регулирования уровня жесткости стоек можно отнести скорее к заводскому исполнению адаптивной подвески. К сожалению, элементы пневмоподвески зачастую не пригодны к последующему ремонту либо обладают весьма низкой ремонтопригодностью. Отремонтировать пневматическую стойку невозможно, её можно лишь заменить в случае выхода из строя и подобную непригодность к ремонту эксперты относят к минусам пневмоподвески.

Структуру пневматической подвески постепенно могут повреждать дорожные реагенты, также негативно действует на ресурсы пневмоподвески состояние окружающей среды, особенно это касается температуры воздуха ниже нуля. Рекомендуется периодически производить чистку пневмоэлементов от пыли и грязи, разместив автомобиль на специализированном подъёмнике. В профессиональной деятельности пневматическую подвеску устанавливают в целях увеличения грузоподъёмности автомобиля без снижения уровня комфорта и безопасности водителя транспортного средства, будь это пикап, грузовик либо фургон.

Материалы: http://pnipokolesu.ru/podveska/37-pnevmaticheskaya-podveska-ustrojstvo-i-printsip-raboty-pnevmopodveski