Самовыравнивающаяся подвеска автомобиля: принцип работы и история развития.
Self-levelling suspension
Самовыравнивающаяся подвеска авто: поддержание постоянной высоты, улучшение аэродинамики, торможения и безопасности при любой загрузке. Оптимизация работы автомобиля.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Самовыравнивающаяся подвеска — это автомобильная система, поддерживающая постоянную высоту дорожного просвета транспортного средства над дорогой, независимо от загрузки.
Self levelling refers to an automobile suspension system that maintains a constant ride height of the vehicle above the road, regardless of load.
Цель
На многие системы автомобиля негативно влияет изменение его положения, вызванное изменением нагрузки, особенно при тяжелой загрузке заднего сиденья или багажника. Это изменение положения влияет на аэродинамические свойства, настройку фар, эффективность торможения, бамперы, работу амортизаторов подвески и безопасность автомобиля при столкновении. Большая часть тормозной силы приходится на передние колеса, поэтому торможение эффективнее, когда большая часть веса приходится на них. При загруженном заднем конце торможение становится менее эффективным, так как вес сосредоточен сзади и вся работа ложится на задние тормоза. При резком торможении в такой ситуации передние тормоза легче заблокировать из-за недостаточной перераспределения веса вперед. Самовыравнивающаяся подвеска поднимает заднюю часть автомобиля, чтобы более равномерно распределить вес, перенося его на переднюю ось и позволяя тормозам работать эффективнее. В конструкции подвески существует внутренний компромисс: мягкие пружины обеспечивают комфорт, но автомобиль сильно реагирует на нагрузку, а жесткие пружины снижают чувствительность к нагрузке, но ухудшают комфорт. Многие производители осознают этот компромисс и ищут различные решения для одновременного достижения комфорта и высокой грузоподъемности.
Many vehicle systems on a conventional vehicle are negatively affected by the change in attitude coming from changes in load specifically a heavy load in the rear seat or luggage compartment. This change in attitude affects aerodynamic properties, headlight aim, braking, bumpers, shock absorption from the suspension and the vehicle's performance in a collision. Most of the braking power is on the front wheels of a vehicle, which means you will have more effective braking when more weight is over the front wheels. When the rear end has a heavy load, the braking is not as effective. The weight is concentrated on the rear end of the vehicle, and the rear brakes need to do all of the work. When braking quickly in this situation, the front brakes will be easier to lock up because of the lack of weight transfer to the front of the vehicle. Self levelling suspension lifts the rear end of the vehicle up to spread out the weight more evenly. This puts the weight back onto the front end of the vehicle, which lets the brakes do their job more effectively. There is an inherent conflict in suspension design if the springs are soft, the car will be comfortable but dramatically affected by load. If the springs are hard, the car will be uncomfortable, but less affected by load. Numerous manufacturers realize this conflict and have pursued different avenues to achieve both comfort and load capacity simultaneously.
История
Во Франции в 1954 году Citroën представила первую самовыравнивающуюся заднюю подвеску на серийном автомобиле, а затем в 1955 году впервые применила систему самовыравнивания всех четырех колес, используя свою гидропневматическую систему. Эти автомобили поддерживают постоянную высоту над дорогой при работающем двигателе. Регулирующие клапаны, соединенные с поперечными стабилизаторами через тяги, открывались для добавления или слива жидкости из подвески, а при достижении заданной высоты клапан автоматически закрывался благодаря своей конструкции. В более поздних моделях использовались электронные датчики высоты и двигатели, позволяющие регулировать высоту даже при выключенном двигателе. Эта система обеспечивала необычайно мягкий ход. С тех пор миллионы относительно недорогих автомобилей Citroën оснащаются самовыравнивающейся подвеской как ненавязчивой, но неотъемлемой конструктивной особенностью. На приборной панели Citroën (впоследствии на центральной консоли или передней панели) имеется рычаг выбора положения, позволяющий водителю выбирать высоту кузова: высокую, среднюю, нормальную или низкую. Предельные положения используются для обслуживания, например, при замене колес или ремонте гидравлической системы. До 1995 года, когда была добавлена функция "антипроседание", при выключенном двигателе подвеска медленно теряла давление, пока автомобиль не опускался на упоры. При повторном запуске двигателя автомобиль возвращался к предварительно выбранной высоте. Функция "антипроседание" включала два обратных клапана и дополнительный аккумулятор, благодаря чему при потере гидравлического давления клапаны закрывались, удерживая оставшуюся жидкость в системе и сохраняя нормальную высоту автомобиля при парковке. В Соединенных Штатах Уильям Д. Эллисон разработал торсионную подвеску, применявшуюся на моделях Packard 1955 и 1956 годов. Это была взаимосвязанная подвеска с торсионными балками, проходящими вдоль каждой стороны рамы и соединяющими переднее и заднее колеса (на одной стороне). Поскольку на эту систему сильно влияет нагрузка, была добавлена дополнительная электронная система выравнивания, использующая датчик уровня и один двигатель для загрузки/разгрузки пары вспомогательных балок, регулирующих положение автомобиля, но не общую высоту дорожного просвета. Эта ранняя попытка стала важным шагом на пути к самовыравниванию, хотя при полной нагрузке весь автомобиль опускался равномерно, а не поддерживал заданную высоту. В 1957 году Cadillac представила Eldorado Brougham, конкурента Rolls Royce Silver Cloud, оснащенную новой пневматической подвеской с функцией самовыравнивания. В 1966 году Rolls Royce лицензировала гидропневматическую систему Citroën для установки на заднюю ось Silver Shadow. Первоначально системой выравнивания контролировались и передняя, и задняя часть автомобиля, но в 1969 году передняя система была удалена, поскольку задняя выполняла почти всю работу. Rolls Royce достигла высокого уровня комфорта благодаря такой конструкции. Land Rover разработала другую систему для Range Rover в начале 1970-х годов. Range Rover должен был быть таким же комфортным на дороге, как обычный седан, и при этом обладать проходимостью традиционного Land Rover. Это подчеркнуло противоречие в конструкции подвески, поскольку Range Rover использовал пружины с большим ходом по всей окружности. Если пружины были мягкими для обеспечения комфорта, они слишком сильно сжимались под большой нагрузкой, ограничивая ход осей при движении по бездорожью и ухудшая управляемость. Land Rover разработала самовыравнивающуюся заднюю подвеску с использованием самоподкачивающегося гидравлического амортизатора "Boge Hydromat". По конструкции аналогичный гидравлическому амортизатору, амортизатор использовал движение подвески при преодолении неровностей для подкачки себя до заданной высоты. Он был достаточно мощным, чтобы восстановить до 85% нормальной высоты дорожного просвета при полной нагрузке на заднюю ось, и имел преимущество в том, что не требовал внешнего источника питания или специальной гидравлической системы в автомобиле. Та же система была применена к Land Rover в 1980-х годах, когда эти автомобили перешли на пружинную подвеску Range Rover. В 1990-х годах Land Rover, стремясь к тому же сочетанию комфорта на дороге и проходимости, разработала пневматическую подвеску, которая была одновременно самовыравнивающейся и регулируемой по высоте. Первоначально она использовалась в сочетании с зависимой подвеской, но теперь применяется и с полностью независимой подвеской на поперечных рычагах. BMW, Ford, GMC, Jaguar, Mercedes Benz, Scania AB, Subaru и Volvo разрабатывали многочисленные решения этой проблемы, включая пневматическую подвеску и механические устройства задней оси.
In France in 1954, Citroën introduced the first self levelling rear suspension on a production car, and then in 1955 pioneered self levelling of all four wheels, using its hydropneumatic system. These cars maintain an exact height over the road when the engine is on height control valves attached to the roll bars via linkages would open to add or drain fluid from the suspension, and when the desired height was reached the valve would automatically close due to its design. Later models would use electronic height sensors and motors so adjustment could be achieved with the engine off. This system allowed the suspension to achieve an unusually soft ride quality. Since then, millions of fairly inexpensive Citroën cars have been equipped with self levelling as an unobtrusive, but integral design feature. The Citroën's dashboard (later console or fascia mounted controls) includes a position lever which allows the driver to select whether the car would sit with the body in high, intermediate, normal or low positions, the extremes used for maintenance such as changing wheels or hydraulic system work. Up until 1995 when they added "antisink" to the range when the engine was turned off, the suspension slowly lost pressure until the car rested on the bump stops. When the engine was restarted it rose back to its pre selected height. The addition of anti sink added 2 non return valves and an extra accumulator so that when hydraulic pressure was lost the valves would close and keep the remaining fluid in the system, and leaving the car resting at a normal height when parked. In the United States, William D. Allison developed Torsion Level Suspension used on 1955 1956 model Packards. This was an interconnected suspension, with torsion bars that ran along each side of the frame, connecting the front wheel to the rear (on the same side). Because this system is so affected by load, a supplemental, electronic leveling system was added, which uses a level sensor and a single motor to load/unload a pair of auxiliary bars to adjust vehicle attitude, but not overall ride height. This early attempt was an important step on the road to self leveling, even if a full load would cause the whole car to lower evenly, rather than maintain height. In 1957, Cadillac introduced the Eldorado Brougham, a Rolls Royce Silver Cloud competitor, featuring a new Air suspension with a self leveling feature. In 1966, Rolls Royce licensed Citroën's hydropneumatic system to fit to the rear axle of the Silver Shadow. At first, both the front and rear of the car were controlled by the levelling system; the front levelling was removed in 1969 as it had been determined that the rear levelling did almost all the work. Rolls Royce achieved a high degree of ride quality with this arrangement. Land Rover developed a different system for the Range Rover in the early 1970s. The Range Rover was intended to be as comfortable on the road as a normal saloon car yet as capable of heavy off road use as a traditional Land Rover. This highlighted the contradiction in suspension design as the Range Rover used all round long travel coil springs. If these were kept soft to maintain comfort they would compress too much under a heavy payload, restricting axle travel when off road and compromising handling. Land Rover developed a self levelling rear suspension using the "Boge Hydromat" self energising hydraulic strut. Of similar construction to a hydraulic shock absorber the strut used the motion of the suspension travelling over bumps to pump itself back up to a pre set height. It was sufficiently powerful to regain up to 85% of normal ride height with a full load over the rear axle, and had the advantage of requiring no external power source or a dedicated hydraulic system in the vehicle. The same system was applied to the Land Rover in the 1980s when these vehicles adopted the Range Rover's coil spring suspension. In the 1990s Land Rover, in pursuit of the same blend of on and off road ability, developed an air suspension system that was both self levelling and height adjustable. Originally this was in conjunction with live axles but it is now used with fully independent suspension using wishbones. BMW, Ford, GMC, Jaguar, Mercedes Benz, Scania AB, Subaru and Volvo have each pursued numerous avenues to address this issue, including air suspension and rear axle mechanical devices.