Пневматическая подвеска — это тип подвески транспортного средства , работающий от электрического или приводимого в действие двигателем воздушного насоса или компрессора . Этот компрессор нагнетает воздух в гибкие сильфоны , обычно изготавливаемые из армированной текстилем резины. В отличие от гидропневматической подвески , которая предлагает много похожих функций, пневматическая подвеска использует не сжатую жидкость, а сжатый воздух. Давление воздуха надувает сильфоны и поднимает шасси от оси.
Пневматическая подвеска используется вместо обычных стальных пружин в тяжелых транспортных средствах, таких как автобусы и грузовики , а также в некоторых легковых автомобилях. Она широко используется на полуприцепах и поездах (в основном пассажирских поездах ).
Целью пневматической подвески является обеспечение плавного, постоянного качества езды , но в некоторых случаях используется для спортивной подвески. Современные системы с электронным управлением в автомобилях и легких грузовиках почти всегда имеют функцию самовыравнивания вместе с функциями подъема и опускания. Хотя традиционно их называют воздушными подушками или пневмобаллонами , правильным термином является пневматическая пружина (хотя эти термины также используются для описания только резинового элемента сильфона с его концевыми пластинами).
7 января 1901 года британский инженер Арчибальд Шарп запатентовал метод изготовления уплотнения, позволяющего использовать пневматический или гидравлический аппарат, описанный как «уплотнение вращающейся рукавицы» [1] , а 11 января 1901 года он подал заявку на патент на использование устройства для обеспечения воздушной подвески на велосипедах. [2] Последовали дальнейшие разработки с использованием этого уплотнения 1901 года. [3] [4] Компания Air Springs Ltd начала производство мотоцикла ASL в 1909 году. [5] Это было необычно, так как имело пневматическую подвеску спереди и сзади — задняя подвеска была необычной для любого вида мотоцикла в то время. Узлы подвески были похожи на обычные балочные вилки с заменой пружины на телескопический воздушный блок, который мог нагнетаться в соответствии с потребностями гонщика. Производство мотоциклов прекратилось в 1914 году.
22 января 1901 года американец Уильям У. Хамфрис запатентовал идею — «Пневматическую рессору для транспортных средств». [6] Конструкция состояла из левой и правой пневматической рессоры, продольно проложенной по всей длине транспортного средства. Каналы были вогнутыми для размещения двух длинных пневматических подушек. Каждая из них была закрыта с одного конца и снабжена воздушным клапаном с другого конца. [7]
С 1920 года француз Жорж Мессье поставлял пневматические подвески на рынок послепродажного обслуживания . [8] Его собственные автомобили Мессье 1922-1930 годов имели подвеску, «удерживающую автомобиль в воздухе на четырех газовых пузырьках». [9]
Во время Второй мировой войны США разработали пневматическую подвеску для тяжелых самолетов, чтобы сэкономить вес при компактной конструкции. Воздушные системы также использовались в тяжелых грузовиках и самолетах для достижения самовыравнивающейся подвески . Благодаря регулируемому давлению воздуха высота оси не зависела от нагрузки на транспортное средство. [10]
В 1946 году американец Уильям Бушнелл Стаут построил несерийный прототип Stout Scarab , который отличался многочисленными инновациями, включая независимую пневматическую подвеску всех четырех колес. [11]
В 1950 году компания Air Lift Company запатентовала резиновую пневматическую пружину, которая вставлялась в заводскую пружину автомобиля. Пневматическая пружина расширялась в пространствах в пружине, не давая заводской пружине полностью сжаться, а автомобилю — провисать. Пневматические пружины также широко использовались на гоночных автомобилях NASCAR в течение многих лет. [12]
В 1954 году француз Поль Мажес разработал работающую воздушно-масляную гидропневматическую подвеску , включив в себя преимущества более ранних концепций пневматической подвески, но с гидравлической жидкостью, а не воздухом под давлением. [13] Citroën заменил обычные стальные пружины на задней оси своей топовой модели Traction Avant 15 Hydraulique . [14] В 1955 году Citroën DS включил четырехколесную гидропневматическую подвеску. Она объединила очень мягкую, комфортную подвеску с контролируемыми движениями для четкого управления вместе с самовыравнивающейся подвеской . [15]
В 1956 году пневматическая подвеска была использована в экспериментальном поезде Aerotrain компании EMD .
В США General Motors использовала свой опыт Второй мировой войны в области пневматической подвески для грузовиков и самолетов. Она представила пневматическую подвеску в качестве стандартного оборудования на новом Cadillac Eldorado Brougham 1957 года . [16] Сборка «Air Dome» на каждом колесе включала датчики для компенсации неровностей дорожного покрытия и автоматического поддержания высоты автомобиля. [17] В 1958 и 1959 годах система продолжила использоваться на Eldorado Brougham и предлагалась в качестве дополнительной опции на других Cadillac. [18] [19]
В 1958 году Buick представил опциональную «воздушную подвеску» с четырьмя цилиндрами воздуха (вместо обычных пружин) для автоматического выравнивания, а также элемент управления «Bootstrap» на приборной панели, чтобы поднять автомобиль на 5,5 дюймов (139,7 миллиметров) для использования на крутых пандусах или изрезанных колеями загородных дорогах, а также для облегчения замены шин или очистки шин с белой боковой поверхностью . [20] В 1959 году Buick предложил опциональную систему «Air Ride» для всех моделей, которая сочетала стальные пружины «мягкой скорости» спереди с пневматическими пружинами сзади. [21]
Дополнительная система пневматической подвески была доступна на Rambler Ambassadors 1958 и 1959 годов , а также на всех моделях универсалов American Motors "Cross Country" . [22] [23] "Air-Coil Ride" использовала компрессор с приводом от двигателя , резервуар, подушки безопасности внутри пружин и систему регулировки дорожного просвета, но дополнительная система за 99 долларов не пользовалась популярностью среди покупателей, и American Motors (AMC) прекратила ее выпуск в 1960 году. [22] [24]
Только Cadillac продолжал предлагать пневматическую подвеску вплоть до 1960 модельного года, где она была стандартным оборудованием на Eldorado Seville , Biarritz и Brougham. [25]
В 1960 году Borgward P 100 стал первым немецким автомобилем с самовыравнивающейся пневматической подвеской. [26]
В 1962 году платформа Mercedes-Benz W112 оснащалась пневматической подвеской на моделях 300SE. [10] Система использовала главный клапан Bosch с двумя осевыми клапанами спереди и одним сзади. Они управляли конусообразной пневматической пружиной на каждой оси колеса. Система поддерживала постоянную высоту дорожного просвета, используя воздушный резервуар, который заполнялся одноцилиндровым воздушным компрессором, работающим от двигателя. В 1964 году Mercedes -Benz 600 использовал более крупные пневматические пружины, а система сжатого воздуха также питала сервопривод тормозов.
Компания Rolls-Royce установила на Rolls-Royce Silver Shadow 1965 года самовыравнивающуюся подвеску , систему, созданную по лицензии Citroën .
В 1975 году Mercedes-Benz 450SEL 6.9 оснастили гидропневматической подвеской , когда срок действия патентов на эту технологию истек. [10] Эта конструкция заменила дорогую, сложную и проблемную систему сжатого воздуха, которая использовалась на моделях 600 до 1984 года. [10]
Пневматическая подвеска не входила в стандартную комплектацию американских автомобилей в период с 1960 по 1983 год. В 1984 году Ford Motor Company внедрила новую конструкцию в качестве особенности на Lincoln Continental Mark VII .
В 1986 году Nissan установил на Cedric и Gloria модификацию стоек MacPherson с подушкой безопасности .
Dunlop Systems Coventry UK также были пионерами в области электронно-управляемой пневматической подвески (ECAS) для внедорожных транспортных средств — термин ECAS был успешно зарегистрирован как торговая марка. Впервые система была установлена на Land Rover Range Rover 1993 модельного года.
В 2005 году на автомобиле GM Hummer H2 появилась дополнительная задняя пневматическая подвеска с системой управления двойным компрессором от Dunlop для поддержки накачки шин при эксплуатации на бездорожье.
Марки автомобилей, которые использовали пневматическую подвеску в своих моделях, включают: Audi , Acura , [27] Bentley , BMW , Cadillac , Citroën , Ford , Genesis , Hummer , Hyundai , Jaguar , Jeep , Land Rover , Lamborghini , Lexus , Lincoln , Mercedes-Benz , Mercedes-Maybach , Porsche , Ram , Rivian , Rolls-Royce , SsanYong , Subaru , Tesla , Volkswagen , Volvo и другие.
Такие компании, как Jaguar и Porsche, внедрили системы на некоторых своих моделях, которые изменяют жесткость пружины и настройки амортизации подвески, среди прочих изменений, для их режимов спорт/трек. У Lincoln Mark VIII были настройки подвески, которые были связаны с системой памяти сидений, что означало, что автомобиль автоматически подстраивал подвеску под индивидуальных водителей.
Большинство конструкций пневматической подвески регулируются по высоте , что облегчает посадку в автомобиль, преодоление неровностей или преодоление неровностей. Поскольку автомобиль с меньшим дорожным просветом имеет другие аэродинамические характеристики, автопроизводители могут использовать технологию активной подвески для повышения эффективности или управляемости. Tesla , например, использует «активную пневматическую подвеску» на Model S и Model X, чтобы опустить или поднять автомобиль для улучшения аэродинамики и увеличения запаса хода. [28]
В 2014 году новый Mercedes S-Class Coupe представил обновление Magic Body Control, названное Active Curve Tilting. [29] Эта новая система позволяет автомобилю наклоняться на 2,5 градуса в повороте, подобно наклоняющемуся поезду . Наклон предназначен для противодействия эффекту центробежной силы на пассажиров и доступен только на моделях с задним приводом. [30] [31]
Воздушная подвеска стала популярной в культуре кастомных автомобилей: уличные тягачи , грузовики, автомобили и даже мотоциклы могут иметь воздушные рессоры. Они используются в этих приложениях для обеспечения регулируемой подвески, которая позволяет транспортным средствам сидеть очень низко, но при этом иметь возможность подниматься на уровень, достаточно высокий для маневрирования через препятствия и неровности на мощеных поверхностях. Эти системы обычно используют небольшие, электрические или работающие от двигателя воздушные компрессоры , которые иногда заполняют бортовой воздушный ресивер, который хранит сжатый воздух для использования в будущем без задержки. Важно, чтобы размер бака соответствовал задаче и мог быть рассчитан с использованием специальной формулы, включающей выход компрессора, стандартное атмосферное давление и сжатое давление. [32]
Промышленные газовые баллоны высокого давления (например, баллоны с азотом или углекислым газом , используемые для хранения защитных газов при сварке) иногда используются в более радикальных установках пневматической подвески. Любая из этих систем резервуаров может быть полностью регулируемой, имея возможность регулировать давление воздуха в каждом колесе индивидуально. Это позволяет пользователю наклонять автомобиль из стороны в сторону, вперед-назад, в некоторых случаях «ударить по трем колесам» (искажать автомобиль так, чтобы одно колесо приподнялось над землей) или даже «подпрыгивать» всем автомобилем в воздухе. При наличии резервуара давления поток воздуха или газа обычно контролируется пневматическими электромагнитными клапанами . Это позволяет пользователю вносить корректировки простым нажатием электрической кнопки или переключателя с мгновенным контактом.
Установка и конфигурация этих систем различаются для разных марок и моделей, но базовый принцип остается тем же. Металлическая пружина (спиральная или листовая) удаляется, а воздушная подушка, также называемая воздушной пружиной, вставляется или изготавливается для установки на место заводской пружины. Когда давление воздуха подается на воздушную подушку, подвеску можно отрегулировать либо вверх, либо вниз (поднять или опустить).
Для транспортных средств с рессорной подвеской, таких как пикапы, рессора иногда устраняется и заменяется многорычажной связью. Эти стержни обычно имеют конфигурацию продольных рычагов , а пневматическая рессора может быть расположена вертикально между соединительной планкой или корпусом оси и точкой на раме транспортного средства. В других случаях воздушная подушка расположена на противоположной стороне оси от основных соединительных планок на дополнительном консольном элементе. Если основные соединительные планки ориентированы параллельно продольной (ведущей) оси автомобиля, корпус оси может быть ограничен в поперечном направлении либо тягой Панара , либо связью Уатта . В некоторых случаях две соединительные планки могут быть объединены в треугольную форму, которая эффективно ограничивает ось транспортного средства в поперечном направлении.
Часто владельцы могут захотеть опустить свое транспортное средство до такой степени, что им придется отрезать части рамы для большего зазора. Затем к раме транспортного средства прикручивается или приваривается элемент усиления, обычно называемый C-образным пазом, чтобы сохранить структурную целостность. В частности, на пикапах этот процесс называется «выемкой», потому что часть (выемка) грузового отсека также может быть удалена вместе с колесными арками, чтобы обеспечить максимальный осевой зазор. [33] Для некоторых желательно иметь транспортное средство настолько низким, чтобы рама опиралась на землю, когда подушки безопасности полностью спущены. Владельцы обычно выбирают между тем, чтобы их автомобили «заправляли» свои колеса в арки, когда их пневматическая подвеска полностью опущена, или, в качестве альтернативы, они могут выбрать «подгонку», которая в сочетании с растянутыми шинами позволяет самой арке вписаться между шиной и ободом.
Воздушная подвеска также является распространенным улучшением подвески для тех, кто буксирует или перевозит тяжелые грузы на своем пикапе, внедорожнике, фургоне или автомобиле. Воздушные рессоры, также называемые «воздушными вспомогательными рессорами», устанавливаются на существующие компоненты подвески сзади или спереди автомобиля для увеличения грузоподъемности. Одним из преимуществ использования воздушной подвески в качестве улучшения поддержки груза является то, что воздушные рессоры можно спускать, когда они не буксируют или не перевозят, и, следовательно, сохраняется заводское качество езды. [34]
Электронно-управляемая пневматическая подвеска (ECAS) — название системы пневматической подвески, установленной на Range Rover Classic в 1993 году [35] и позднее на Range Rover P38A . Она была разработана в начале 1990-х годов компанией, ныне известной как Dunlop Systems and Components Ltd в Ковентри, Великобритания.
ECAS обеспечивает подвеску с переменной высотой для дорожных и внедорожных применений. Пять высот подвески, обычно предлагаемых ECAS, это (от самой низкой к самой высокой по высоте) «Loading», «Highway», «Standard», «Off-Road» и «Off-Road Extended». Высота регулируется автоматически на основе датчиков скорости и ходовой части, но ручной переключатель высоты дорожного просвета позволяет водителю управлять подвеской. Высоты «Loading» и «Off-Road» доступны только на скоростях, как правило, менее 35 миль в час (56 км/ч). Настройка «Highway» недоступна вручную; она устанавливается, когда транспортное средство движется со скоростью более 50 миль в час (80 км/ч) в течение более 30 секунд. В отличие от механической пружинной системы (где прогиб пропорционален нагрузке), высоту можно изменять независимо от нагрузки, изменяя давление в пневматических рессорах.
Пневморессоры были разработаны для обеспечения плавной езды с дополнительной возможностью поднимать кузов транспортного средства для бездорожья и опускать его для более скоростной езды по дороге. Механические пружины, для которых прогиб пропорционален нагрузке, не могут этого сделать; с ECAS высота в значительной степени не зависит от нагрузки. Разработчики ECAS также разработали LoadSafe, связанную систему для определения нагрузки и изменения нагрузки на транспортном средстве типа LCV, оснащенном пневморессорами.
Система включает в себя:
Многокамерная пневматическая подвеска — это подвеска, способная пошагово управлять характеристиками пружин пневматической подвески.
Многокамерная пневматическая подвеска, применяемая на Genesis G90, состоит из трех камер. Три камеры используются для плавной езды, а одна камера используется для динамичного ощущения вождения. Электромагнитный клапан, расположенный между каждой камерой, и отдельный электронный блок управления контролируют процесс управления. Кроме того, базовая минимальная высота дорожного просвета 148 мм делится на четыре этапа: высокий, нормальный, низкий и сверхнизкий в зависимости от режима вождения, скорости движения и условий вождения. в зависимости от режима вождения, скорости движения и условий вождения. И он информирует водителя о контроле гаража через экран информационно-развлекательной системы. Функции контроля лежачего полицейского, контроля горба, контроля уклона и управления высокоскоростным вождением активируются под управлением пневматической подвески.
Выход из строя подушки безопасности или пневмостойки обычно вызывается мокрой ржавчиной из-за старости или влаги в воздушной системе, которая повреждает ее изнутри. Детали пневматической подвески могут выйти из строя из-за высыхания резины. Проколы в подушке безопасности могут быть вызваны мусором на дороге . При индивидуальном применении неправильная установка может привести к тому, что подушки безопасности будут тереться о раму автомобиля или другие окружающие детали, повреждая его. Чрезмерное растяжение пневматической рессоры, которое недостаточно ограничено другими компонентами подвески, такими как амортизатор, также может привести к преждевременному выходу из строя пневматической рессоры из-за разрыва гибких слоев. Выход из строя пневматической рессоры также может привести к полной иммобилизации автомобиля, поскольку автомобиль будет тереться о землю или будет слишком высоко для движения. Однако большинство современных автомобильных систем преодолели многие из этих проблем. [ необходима цитата ]
Отказ воздухопровода — это отказ трубки, которая соединяет подушки безопасности или стойки с остальной частью воздушной системы, и обычно это одобренная DOT нейлоновая пневматическая тормозная магистраль. Обычно это происходит, когда воздухопроводы, которые должны быть проложены к подушкам безопасности через шасси транспортного средства, трутся об острый край элемента шасси или движущегося компонента подвески, в результате чего образуется отверстие. Этот режим отказа обычно занимает некоторое время после первоначальной установки системы, поскольку целостность участка воздухопровода нарушается до точки отказа из-за трения и вызванного им истирания материала. Отказ воздухопровода также может произойти, если кусок дорожного мусора ударяется о воздухопровод и прокалывает или рвет его, хотя это маловероятно при обычном использовании на дороге. [ требуется цитата ] Это происходит в суровых условиях бездорожья, но все равно нечасто, если он установлен правильно.
Выход из строя воздушных фитингов обычно происходит, когда они впервые устанавливаются или используются очень редко. Дешевые некачественные компоненты, как правило, очень ненадежны. Воздушные фитинги используются для соединения таких компонентов, как мешки, клапаны и соленоиды, с воздушной линией, которая передает воздух. Они ввинчиваются в компонент, и в большинстве случаев в фитинг вставляется вставная или вставная линия DOT.
Отказ компрессора в первую очередь происходит из-за утечки воздушных пружин или воздушных стоек. Компрессор сгорит, пытаясь поддерживать правильное давление воздуха в негерметичной воздушной системе. Перегорание компрессора также может быть вызвано попаданием влаги из воздушной системы на ее электронные части. Это гораздо более вероятно для компрессоров с низкими техническими характеристиками и недостаточным рабочим циклом, которые часто покупаются из-за низкой стоимости. Для избыточности в системе часто лучшим вариантом являются два компрессора. [36]
При отказе осушителя осушитель, который выполняет функцию удаления влаги из воздушной системы, в конечном итоге становится насыщенным и неспособным выполнять эту функцию. Это приводит к накоплению влаги в системе и может привести к повреждению пневматических пружин и/или сгоранию компрессора.
Компьютер ECAS может, используя предварительно запрограммированные критерии обнаружения неисправности, отключить систему в «режиме жесткой неисправности», который опускает транспортное средство до упоров подвески, оставляя его пригодным для эксплуатации с радикально сниженными эксплуатационными характеристиками до ремонта.
Многие энтузиасты используют диагностические устройства, такие как ноутбуки и карманные компьютеры, работающие на специально разработанном программном обеспечении, чтобы устранить ложные неисправности и избежать необходимости ремонта. Некоторые манипулируют датчиками, чтобы установить автомобиль на определенную высоту дорожного просвета в любое время, регулируя соотношение рычагов на устройствах измерения высоты или дополнительный ЭБУ, чтобы «обмануть» систему.
Утечки в системе, часто возникающие из-за износа главного уплотнения из-за чрезмерной нагрузки, могут привести к преждевременному выходу компрессора из строя.
Пневматические рессоры используются в автобусных подвесках из-за широкого спектра преимуществ по сравнению с механическими пружинами. По сравнению с механической пружиной, пневматическая подвеска может подстраиваться под различный вес транспортного средства, увеличивая давление в воздушной подушке, что позволяет поддерживать высоту транспортного средства на определенном значении. Стандартные автобусы также имеют систему, называемую паромным подъемником, которая поднимает транспортное средство и увеличивает его угол рампы . [37] Эта система помогает загружать и выгружать автобус на паромы и с них из-за их крутых пандусов и риска застревания, но также может использоваться на неровной поверхности или на крутых гребнях. Хотя паромный подъемник может быть установлен на некоторых автобусах, функция Kneel Down более распространена в автобусах общественного транспорта. Это помогает уменьшить высоту ступеньки для облегчения входа пассажиров. Функция Kneel Down также используется при использовании встроенных пандусов для инвалидных колясок. Благодаря ряду преимуществ пневматическая подвеска широко используется в коммерческих транспортных средствах с 1980 года. [38]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )