Гидроэластическая подвеска: принцип работы и особенности

Введение

Автомобильная подвеска Hydrolastic — это тип компактной автомобильной подвески, использовавшейся во многих автомобилях, произведенных British Motor Corporation (BMC) и её преемниками. Изобретенная британским инженером-резинотехником Алексом Моултоном, она впервые была применена в 1962 году в проекте BMC ADO16 под руководством конструктора Алекса Иссигониса, а затем выпущена как Morris 1100.

Описание

Система заменяет отдельные пружины и амортизаторы обычной подвески на заполненные жидкостью вытеснительные блоки, соединенные между передними и задними колесами с каждой стороны автомобиля. Каждый вытеснитель содержит резиновую пружину, а демпфирование достигается за счет прохождения вытесненной жидкости через резиновые клапаны. Вытесненная жидкость поступает в вытеснитель сопряженного колеса, обеспечивая тем самым динамическое взаимодействие между передними и задними колесами. Когда переднее колесо наезжает на неровность, жидкость перетекает в соответствующий задний вытеснитель, опуская заднее колесо и приподнимая заднюю часть, что минимизирует крен, вызванный неровностью. Естественно, обратный эффект происходит, когда неровность встречает заднее колесо. Этот эффект особенно заметен на небольших автомобилях, поскольку их короткая колесная база более подвержена кренам. Однако ключевое преимущество перед обычной подвеской заключается в том, что передне-задняя взаимосвязь позволяет автомобилю быть более жестким при крене, чем при клевке. Таким образом, можно спроектировать податливую подвеску, обеспечивающую комфортную езду, без ущерба в виде чрезмерного крена при поворотах. При крене перетекания жидкости из вытеснителей не происходит, и, следовательно, внутреннее давление в них возрастает. Единственная "податливость" подвески обусловлена присущей гибкостью резиновых пружин, которые по своей природе достаточно жесткие. При клевке, как описано выше, жидкость перетекает спереди назад, и давление в системе остается практически неизменным, что делает подвеску более податливой. Конструкция вытеснительных блоков и способ их крепления таковы, что при сжатии подвески (примерно сферический) вытеснитель деформируется, увеличивая площадь контакта с монтажными пластинами. Таким образом, давление в системе действует на большую площадь, создавая дополнительную силу. Это обеспечивает подвеске резко возрастающую характеристику даже при клевке, что способствует возвращению к равновесному положению. Без этой возрастающей характеристики эффективное сопротивление клевку было бы невозможным. Однако автомобили с гидроэластической подвеской склонны к приседанию при ускорении и клевку при торможении (а также к проседанию задней части при большой нагрузке). Это требует тщательного проектирования компонентов подвески для минимизации этих сил и максимизации возрастающей характеристики.

The system replaces the separate springs and dampers of a conventional suspension system with fluid filled displacer units which are interconnected between the front and rear wheels on each side of the vehicle. Each displacer unit contains a rubber spring, and damping is achieved by the displaced fluid passing through rubber valves. The displaced fluid passes to the displacer of the paired wheel, thus providing a dynamic interaction between front and rear wheels. When a front wheel encounters a bump, fluid is transferred to the corresponding rear displacer, then lowers the rear wheel, hence lifting the rear, minimising pitch associated with the bump. Naturally the reverse occurs when it is a rear wheel that encounters a bump. This effect is particularly good on small cars as their shorter wheelbases are more affected by pitching. However, the key improvement over conventional suspension is that the front/rear interconnection allows the vehicle to be stiffer in roll than in pitch. Hence it is possible to design a compliant suspension giving a comfortable ride without suffering a penalty in terms of excessive roll when cornering. In roll, there is no transference of fluid from the displacers, and hence its internal pressure rises. The only "give" in the suspension occurs because of the inherent flexibility of the rubber springs. These are naturally stiff. In pitch, as described above, fluid is displaced front to rear, and hence the pressure in the system stays effectively the same, and thus the suspension is much more compliant. The design of the displacer units, and the way in which they are mounted means that as the suspension is compressed, the (roughly spherical) displacer deforms, and hence presents a larger area to the mounting plates. The pressure in the system is thus acting over a larger area, and hence applying additional force. This gives the suspension a sharply rising rate even in pitch, so that there is a strong tendency to return to equilibrium. Without this rising rate there would be no effective pitch resistance at all. Cars with Hydrolastic suspension do, however, have a marked tendency to squat under acceleration, and to dive under braking (and for the rear end to sag under heavy loads). This requires clever design of the suspension components to minimise these forces, and to maximise the rising rate characteristic.

Влияния

Джон Преснелл в своей книге предполагает, что гидропневматическая подвеска Citroën DS послужила стимулом для Иссигониса и Моултона, которые в момент запуска DS сами работали над подвеской на основе резины и жидкости. Преснелл также утверждает, что сложность системы Citroën побудила Моултона разработать гораздо более простую конструкцию. В интервью журналу "CAR" в конце 1980-х годов доктор Моултон заявил, что он и Иссигонис еще в 1950-х годах изучали Citroën 2CV, в котором использовались взаимосвязанные продольные стальные пружины. Они особенно стремились устранить чрезмерную кренящуюся неустойчивость этой машины с помощью разрабатываемой ими системы.

Гидраги

Гидрага – это тип автомобильной подвески, используемый во многих автомобилях, произведенных British Leyland и его преемниками. Гидрагас, изобретенный британским автомобильным инженером Алексом Моултоном, является эволюцией предыдущей системы Hydrolastic. Производился по лицензии BTR AVS под маркой Dunlop на исторической площадке Holbrook Lane. Впервые он был представлен в 1973 году на Austin Allegro, а затем устанавливался на Princess в 1975 году и ее преемнике, Austin Ambassador 1982 года. Обе системы стремились решить компромисс между управляемостью и комфортом автомобильной подвески, связывая подвеску передней и задней осей. Hydragas стремился выполнять ту же функцию и обеспечивать те же преимущества, что и гидропневматическая система, разработанная Citroën, но без ее сопутствующей сложности. Основным элементом системы являются вытеснительные блоки – сферы, находящиеся под давлением и содержащие азотный газ. Они заменяют обычные стальные пружины в традиционной конструкции подвески. Давление газа в вытеснительных блоках создается путем предварительной накачки гидравлической жидкости, а затем соединения блока с соседним на другой оси. Это отличается от системы Citroën, в которой гидравлическая жидкость непрерывно находится под давлением, создаваемым насосом, приводимым в действие двигателем, и регулируется центральным резервуаром под давлением. Несмотря на ранние проблемы (версия Hydragas для Allegro оказалась серьезно несовершенной), она постепенно была доработана и стала эффективной и экономичной альтернативой стальным пружинам на более поздних моделях BL/Rover Group, таких как Austin Metro и MGF. Первоначально Metro оснащался независимыми блоками Hydragas, без продольной связи (трубопровод был удален из соображений экономии, вопреки совету Моултона). Хотя Metro хвалили за управляемость и значительное улучшение комфорта по сравнению с Mini, его критиковали за склонность к клевкам и раскачке на неровных дорогах – именно эти характеристики и предполагалось устранить межколесными связями. Модернизированный Rover Metro получил взаимосвязанную подвеску и был отмечен за высокое качество хода. Austin Maxi был единственным серийным автомобилем, оснащенным обеими системами. На Maxi устанавливались блоки Hydrolastic конструкции 1100 с регулятором и соединительной трубой. Однако в 1978 году производство баллонов Hydrolastic на Dunlop прекратилось, и BL модифицировал баллоны Hydragas от Princess для их установки. Это потребовало установки новой конструкции переднего подрамника с горизонтальной камерой большего диаметра. MGF стал последней платформой, использовавшей эту конструкцию. Система Hydragas была заменена на традиционную подвеску Rover, когда BTR AVS попытался значительно повысить цену блоков. После обслуживания рынка запасных частей в течение нескольких лет был найден покупатель, и производственная линия была продана.

Hydragas is a type of automotive suspension system used in many cars produced by British Leyland and its successor companies. Invented by British automotive engineer Alex Moulton, Hydragas is an evolution of the previous Hydrolastic system. Manufactured under licence by BTR AVS under the Dunlop brand at the historic Holbrook Lane site. It was first introduced in 1973 in the Austin Allegro and was later fitted to the 1975 Princess and its successor, the 1982 Austin Ambassador. Both systems attempt to address the ride handling compromise of car suspension by interconnecting the suspension of the front and rear of the car in some way. Hydragas attempted to perform the same function and advantages as the hydropneumatic system developed by Citroën, but without its attendant complexity. The heart of the system is the displacer units, which are pressurised spheres containing nitrogen gas. These replace the conventional steel springs of a regular suspension design. The means for pressurising the gas in the displacers is done by pre pressurising a hydraulic fluid, and then connecting the displacer to its neighbour on the other axle. This is unlike the Citroën system, which uses hydraulic fluid continuously pressurised by an engine driven pump and regulated by a central pressure vessel. Despite early problems (the Allegro version of Hydragas was found seriously wanting), it was gradually developed into an effective and efficient alternative to steel springs on later BL/Rover Group models such as the Austin Metro and MGF. The Metro originally featured independent Hydragas units, with no fore/aft interconnection (the pipework was deleted on cost grounds, against the advice of Moulton). While the Metro was praised for its handling, and offered a significant improvement in ride quality over the Mini, it was criticised for its tendency to pitch and bounce on uneven roads precisely the characteristics the interconnection was intended to remove. The revised Rover Metro had its suspension interconnected and went on to receive plaudits for the quality of its ride. The Austin Maxi was the only in production car to feature both systems. The Maxi featured 1100 designed Hydrolastic units with the regulator valve fitted with the interconnection pipe. However, in 1978 production of Hydrolastic bottles at Dunlop came to an end and BL modified the Princess Hydragas bottles to fit. This involved fitting a new front subframe design, with a larger diameter horizontal chamber in the subframe. MGF was the last vehicle platform to use this design. The Hydragas system was dropped in favour of conventional suspension by Rover when BTR AVS sought to increase the price of the units substantially. After servicing the spares market for some years a buyer was found and the production line was sold.

Велосипеды

В 1962 году Алекс Моултон основал компанию Moulton Bicycle для реализации своего инновационного проекта велосипедов с маленькими колесами. Чтобы обеспечить безопасную и комфортную езду на маленьких колесах с шинами высокого давления, Моултон оснащал свои велосипеды резиновыми амортизаторами, аналогичными тем, что использовались в оригинальном Mini. Велосипеды "Новой серии" Moulton оснащались системами задней подвески, продаваемыми под названием "Hydrolastic". По сути, это миниатюрные версии гидроэластичных элементов, используемых в автомобилях, оснащенных гидроэластической подвеской, представляющие собой резиновую коническую пружину с внутренней камерой, заполненной жидкостью, для обеспечения демпфирования.