Торсионная подвеска:
Для начала определимся, что такое автомобильная подвеска. Автомобильная подвеска — это устройство, которое обеспечивает упругое сцепление колес автомобиля с несущей системой, а также регулирует положение кузова во время движения и уменьшает нагрузки на колеса. Современное автомобилестроение предлагает различные типы автомобильных подвесок: пневматические, пружинные, рессорные, торсионные и т.д.

Торсионная подвеска — это металлические торсионные валы, работающие на кручение, один конец которой крепится к шасси, а другой крепится к специальному перпендикулярно стоящему рычагу, связанному с осью. Торсионная подвеска изготавливается из термически обработанной стали, которая позволяет выдерживать значительные нагрузки при кручении. Основной принцип действия торсионной подвески — это работа на изгиб.

Торсионная балка может располагаться продольно и поперечно. Продольное расположение торсионной подвески в основном используется на больших и тяжелых грузовых автомобилях. На легковых автомобилях, как правило, используются поперечное расположение торсионных подвесок, обычно на заднем приводе. В обоих случаях торсионная подвеска обеспечивает плавность хода, регулирует крен при повороте, обеспечивает оптимальную величину затухания колебаний колес и кузова, уменьшает колебания управляемых колес.

На некоторых автомобилях торсионная подвеска используется для автоматического выравнивания с использованием мотора, который стягивает балки для придания дополнительной жесткости, в зависимости от скорости и состояния дорожного покрытия. Подвеска с регулируемой высотой может использоваться при замене колес, когда транспортное средство приподымается при помощи трех колес, а четвертое поднимается без помощи домкрата.

Основное преимущество торсионных подвесок — это долговечность, легкость в регулировании высоты и компактность по ширине транспортного средства. Она занимает значительно меньше пространства, нежели пружинные подвески. Торсионная подвеска очень легка в эксплуатации и техническом обслуживании. Если торсионная подвеска разболталась, то отрегулировать положения можно с помощью обычного гаечного ключа. Достаточно забраться под низ автомобиля и подтянуть нужные болты. Однако главное не переусердствовать, чтобы избежать излишней жесткости хода при движении. Регулировать торсионные подвески намного легче, чем регулировать пружинные подвески. Производители автомобилей меняют торсионную балку для регулирования положения движения в зависимости от веса двигателя.

Прототипом современной торсионной автомобильной подвески можно назвать устройство, которое использовалось в Фольсваген “Битл” в 30-х годах прошлого столетия. Это устройство было модернизировано чехословацким профессором Ледвинка до той конструкции, которую мы сегодня знаем, и установлена на Татре в середине 30-х годов. А в 1938 Фердинанд Порше скопировал дизайн торсионной подвески Ледвинки и внедрил ее в массовое производство KDF-Wagen.

Торсионная подвеска широко применялась на военной технике во время Второй мировой войны. После войны автомобильная торсионная подвеска применялась в основном на европейских автомобилях (в том числе легковых) таких, как Ситроен, Рено и Фольсваген. Со временем производители легковых автомобилей отказались от использования торсионных подвесок на пассажирских легковых машинах по причине сложности изготовления торсионов. В наши дни торсионная подвеска в основном используется на грузовых автомобилях и внедорожниках у таких производителей, как Форд, Додж, Дженерал Моторс и Мицубиси Паджеро

Плюсы

1 нет карданного вала и, соответственно, отпадает необходимость в туннеле, что увеличивает полезную площадь салона (однако на практике тоннель всё же делают для обеспечения жёсткости кузова и размещения различных механизмов управления, а на современных автомобилях данное преимущество вообще потеряло актуальность благодаря моде на напольный рычаг коробки передач и развитые центральные консоли);
2 меньшее количество узлов привода положительно сказывается на его надежности и уменьшает потери энергии при передаче от двигателя к колесам (тем не менее, в большинстве трансмиссий переднеприводных автомобилей технически не может быть реализована «прямая» передача, при которой шестерни не задействованы в передаче крутящего момента);
3 лучше управляемость автомобиля в сложных дорожных условиях;

Минусы

1 при прибавлении газа при определенных условиях на руль передаются реактивные усилия. Из рук он, конечно, не вырывается, но может дергаться достаточно сильно;
2 при резком разгоне с места из-за разгрузки ведущей оси возможна пробуксовка передних колес. Тяга двигателя при этом реализуется намного менее эффективно, чем у автомобиля с задним или полным приводом;
3 сочетание рулевых колес и ведущих неизбежно ведет к усложнению конструкции, что затрудняет её ремонт и, как правило, уменьшает надежность.углы поворота передних колёс ограничены шарнирами равных угловых скоростей.

Особенности переднего привода
При добавлении газа в повороте может возникнуть снос передней (ведущей) оси. Для восстановления сцепления с дорогой необходимо отпустить педаль газа или нажать на педаль сцепления, чтобы догрузить переднюю ось, или попытаться уменьшить угол поворота передних колес.

Нужно отметить, что бороться со сносом очень сложно. Старайтесь входить в поворот на разумной скорости и аккуратнее работать газом, особенно на мощных переднеприводных автомобилях.В случае возникновения заноса на переднеприводном автомобиле следует повернуть руль в сторону заноса и утопить педаль газа.

Названы причины, по которым выходят из строя амортизаторы. В самом амортизаторе сломаться могут только две вещи – выйти из строя клапаны и нарушиться герметичность сальника штока. Если поломка первого рода встречается достаточно редко, то вторая является основной и имеет множество причин для происхождения.
Надежно работающий сальник амортизатора представляет собой достаточно нетривиальную конструкторскую задачу. Действительно, его шток проходит через масляную ванну изнутри наружу, повторяя это циклическое движение сотни тысяч раз, часто со значительными ускорениями, нагреваясь (и расширяясь), вместе с нагревающимся при работе маслом. Еще сложнее ситуация у однотрубных систем, ведь там все усугубляет давление газа, которое равномерно распространяется и на масло, по определению стараясь вытолкнуть его наружу.
После решения конструкторской задачи на первое место выходит качество изготовления и качество материалов. Не менее важны и показатели стабильности производства и тех допусков, посадок и отклонений, которые закладываются в каждый амортизатор. Все это и входит в определение такого емкого слова, как «культура производства». Именно поэтому одни амортизаторы служат дольше, чем автомобиль, а другие нужно проверять каждые 20 тысяч километров. Но и в цене разница может доходить до 10 раз.
Во время работы на автомобиле шток амортизатора «собирает» взвешенную в воздухе пыль и иные механически (абразивно) и химически агрессивные вещества типа соляного раствора, которым поливают зимой наши дороги. Они просачиваются в небольших количествах даже через исправный защитный кожух (пыльник). Другое дело, когда этот кожух поврежден или даже частично разрушен. Пыль и грязь, попадая на шток, как наждаком срезают поверхность сальника, и масло начинает просачиваться наружу. Полированная поверхность штока рассчитана на многолетнюю эксплуатацию. Появляющаяся на ней ржавчина свидетельствует либо о сверхагрессивной среде, либо о проблемах с подбором материала и соблюдением качества производства его изготовителем.
Раковинки ржавчины вызывают интенсивный износ сальника, но самое обидное, когда шток поврежден еще при установке горе-мастером, использовавшим в работе пассатижи, струбцины или иные металлические захваты. Царапины на полированной поверхности очень скоро приведут к разрушению сальника.
Для избежания же неравномерного износа поверхности штока затягивать амортизатор до упора нужно только когда автомобиль стоит на колесах с нормальной нагрузкой. Простая регулярная проверка целости и сохранности пыльника и правильная первоначальная установка амортизатора смогут значительно продлить его жизнь.
Труднее избежать неблагоприятных режимов работы, изнашивающих внутренние клапаны. К таким относятся предельно высокие и низкие температуры и длительная езда на невысокой скорости с большими амплитудами перемещения штока. Зиму, лето и дачные участки с «бетонками» не отменишь, но вот буфер отбоя нужно также проверять регулярно. Он размягчается от попадающего на него масла, и при его разрушении подвеску может «пробить».

Пневматическая подвеска автомобиля – это разновидность подвески, при помощи которой имеется возможность регулировки клиренса (высоты кузова относительно дорожного полотна). В настоящее время пневмоподвеска довольно широко применяется на грузовиках и полуприцепах. Легковые автомобили также оборудуются пневмоподвеской, однако это касается в большей степени машин бизнес-класса. В пневматической подвеске в качестве упругих элементов применяются пневмоупоры на каждом колесе. Стоит отметить, что пневматическая подвеска не является отдельным видом подвески автомобиля. Пневмоподвеска может основываться на конструкциях уже имеющихся подвесок. Пневмоэлементы могут быть смонтированы на стойках МакФерсон, многорычажной подвеске, упругой балке и прочих. Основным предназначением пневмоподвески является обеспечение более высокого уровня безопасности и комфорта при вождении. Стоит отметить, что адаптивная подвеска многих автомобилей бизнес-класса основана именно на пневматических упругих элементах с динамически изменяющейся жесткостью.

Разновидности пневматических подвесок

Можно выделить три основных типа пневмоподвески: одно-, двух- и четырехконтурная. Также следует отметить, что пневмоподвеска может входить в комплектацию автомобиля, а может устанавливаться и самостоятельно. При самостоятельной установке наиболее часто пневмоподвеска позволяет лишь изменять высоту кузова в ручном режиме.

1 Одноконтурная система устанавливается только на одну ось автомобиля. Это может быть как передняя, так и задняя ось. В штатном исполнении одноконтурной системой наиболее часто комплектуются грузовые автомобили и седельные тягачи. В данном случае имеется возможность регулировки жесткости задней оси в зависимости от загрузки автомобиля.

2 Двухконтурная система пневмоподвески может быть установлена как на одну ось, так и на две. В случае с установкой на одну ось, осуществляется независимое регулирование колес. Если двухконтурная система осуществляет управление двумя осями, то это аналогично двум одноконтурным системам.

3 Четырехконтурная система является наиболее сложной, но и наиболее функциональной. В такой системе осуществляется регулировка пневмоподпора каждого колеса. В четырехконтурных система, как правило, применяется электронный блок управления, который в совокупности с датчиками осуществляет автоматическую регулировку давления в пневмоэлементах.

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.

Принцип работы пневмоподвески

Пневмоподвеска позволяет регулировать высоту кузова в ручном и автоматическом режиме. В ручном режиме водитель имеет возможность самостоятельно увеличивать или уменьшать дорожный просвет автомобиля. А если в конструкции подвески имеются пневматические амортизаторные стойки, то в этом случае также имеется возможность регулировки жесткости подвески.

Автоматический режим работы разных подвесок может существенно отличаться. Стоит отметить, что в автоматическом режиме работают именно адаптивные подвески, в обязанности которых входит поддержание определенного клиренса и жесткости амортизаторов в зависимости от различных условий. Наиболее часто в алгоритме работы адаптивной пневмоподвески используются такие параметры как скорость, ускорение, наклон и прочие.

В зависимости от скорости движения, интенсивности ускорения, система подстраивает значение клиренса для наилучшей аэродинамики автомобиля. При прохождении поворотов на большой скорости оцениваются крены машины, и за счет сжатого воздуха увеличивается жесткость нагружаемых амортизаторных стоек. Адаптивная пневмоподвеска позволяет максимально снижать центр тяжести автомобиля, за счет чего достигается лучшая управляемость и аэродинамика.

Пневмоподвеска: плюсы и минусы

Как и любая другая система, пневмоподвеска имеет свои достоинства и недостатки. Основным достоинством пневматической подвески является высокая плавность хода автомобиля и отсутствие каких-либо шумов, так как в качестве упругого элемента используется сжатый воздух. Однако в зависимости от предназначения автомобиля, пневмоподвеска может быть и, напротив, – жесткой.

К достоинствам также можно отнести автоматическое регулирование клиренса и жесткости отдельных стоек в движении. Однако это относится лишь к заводским исполнениям адаптивных подвесок. Самостоятельная установка четырехконтурной пневмоподвески с автоматическим управлением очень сложна и затратна, поэтому такая практика не применяется.

К недостаткам можно отнести очень плохую ремонтопригодность элементов пневмоподвески. Так, например, пневматические стойки абсолютно неремонтопригодны и при выходе из строя подлежат только замене. Также стоит отметить, что на ресурс пневмоподвески весьма негативно влияют отрицательные температуры и дорожные реагенты.

Все амортизаторы принято делить на "гидравлические", "газовые" и "поддутые" ( c газом низкого давления). Деление это условно потому, что во всех трех случаях "центральный" узел - клапан остается принципиально неизменным и во всех трех случаях в качестве компенсационного элемента используется газ. Центральный клапан перемещается в центральном цилиндре и отличия начинаются дальше. Гидравлические амортизаторы и поддутые имеют еще и внешний цилиндр, куда перетекает масло через систему нижнего клапана. Газовый амортизатор внешнего цилиндра не имеет и вся его конструкция упакована в одном.

Таким образом, амортизаторы логичнее делить на двухтрубные и однотрубные. При работе любых амортизаторов, по определению, выделяется большое количество тепла, поэтому от применяемого в них масла требуется не только коррозионная, но и термическая стойкость - способность выдерживать температуры до 160 градусов не меняя структуры и свойств. Одновременно с этим актуальна задача отвода тепла. Двухтрубные гидравлические амортизаторы отводят тепло хуже чем однотрубные высокого давления, ведь у первых "генератор тепла" - центральный цилиндр закрыт сверху еще одним соосным цилиндром, наполненным маслом и компенсационным газом. Зачем нужен компенсационный объем газа? Жидкость, как известно, не сжимается. Вернее, сжимается, но очень незначительно. Поэтому, если бы не было компенсационного объема, поршень внутри цилиндра при резком перемещении (типа удар) натыкался на "каменную стену" масла, которое в силу своей большой инерции еще не начало течь через калиброванные отверстия клапанов. Именно компенсационный объем газа сжимается первым и принимает на себя удар и лишь потом масло начинает проходить через калиброванные отверстия клапанов центрального штока. К тому же при работе масло нагревается, часто до значительных температур. Увеличение его объема при этом необходимо компенсировать и делает это небольшая порция газа.

Гидравлические амортизаторы демпфируют мягче потому, что у них две системы клапанов, в отличие от однотрубных газовых, у которых только одна, расположенная на штоке, плюс газ у них под более низким давлением. Вместе с этим, они максимально инертны, медленно реагируют на перемещения колеса, особенно при низкочастотных колебаниях небольшой амплитуды. Чем выше давление газа, подпирающего масло, тем выше "быстрота реакции" амортизатора. В амортизаторах высокого давления и масло и газ расположены последовательно в одном цилиндре и разделены плавающим клапаном. Газ (обычно это азот) находится под давлением около 25 атмосфер. Таким образом, клапан штока находится все время в "поджатом", "подпружиненном" состоянии и гораздо быстрее реагирует на выбоины и ухабы дороги. Гидравлические двухтрубные амортизаторы имеют еще несколько особенностей, становящихся недостатками при определенных режимах эксплуатации автомобиля. При резком перемещении поршня на обратной стороне клапана создается разряжение и могут образоваться кавитационные пузырьки. Это резко изменяет характеристики демпфирования. При часто повторяющихся резких перемещениях, например, при прохождении раллийной трассы, амортизатор просто "вскипает" - кавитационные пузырьки и газ компенсационного объема смешиваются с маслом в подобие эмульсии, при этом демпфирование практически исчезнет.

Газонаполненные амортизаторы высокого давления появились, в основном, как ответ на необходимость решения этой проблемы. Подпружиненное масло практически не вспенивается, а отделение компенсационного объема плавающим поршнем снимает вопрос о возможном смешивании газа с маслом. Именно поэтому амортизаторы высокого давления можно переворачивать "вниз головой", например в стойках Макферсона, а гидравлические - нет. Двухтрубные амортизаторы тяжелее однотрубных. Установка первых на автомобиле ведет к увеличению неподрессоренной массы подвески и, как следствие, увеличению ее инертности. При частых перемещениях вверх-вниз на характерных участках дороги (типа раллийная трасса), инерция заставляет подвеску как бы "задумываться" поочередно то в верхней, то в нижней точки и пропускать очередное летящее на нее препятствие или яму. В этом заключается еще одна причина всеобщей любви спортсменов к однотрубным газонаполненным амортизаторам.