NIVOMAT
Система автоматического поддержания уровня кузова
Разработчик: Sachs
Обратив в фирменном каталоге внимание на опцию «система автоматического поддержания уровня кузова», иной покупатель Volvo, Alfa Romeo или Jaguar скажет: ну да, конечно, все эти пневматики-гидравлики, насосы-шланги. Слышали-слышали — только лишние детали и головная боль. А другой подумает: полезная штука, но ничего себе опция — это ж полмашины переделать надо! Нет, ничего переделывать не надо. По внешнему виду устройства семейства Nivomat ничем не отличаются от обычных амортизаторов и стоек и устанавливаются вместо них. И в эксплуатации трудностей не больше, чем с обычными амортизаторами. Но под скромной внешностью скрывается настоящая гидропневматическая подвеска высокого давления с автоматическим регулированием уровня кузова, причем все компоненты — «в одном флаконе».
ЗАЧЕМ ВСЕ ЭТО НУЖНО
Обычные механические подвески (пружинные, рессорные) имеют одно несомненное достоинство — дешевизну. А теперь поговорим о недостатках.
Начнем с того, что при изменении загрузки автомобиля меняется уровень кузова: нагрузили — опустился, разгрузили — поднялся. Причем не всегда равномерно: по дороге от любого рынка нетрудно встретить какую-нибудь «Волгу»-универсал, почти чиркающую «юбкой» по асфальту и разыскивающую фарами пролетающие самолеты в небе.
Однако дело не только в уровне кузова. Нетрудно заметить, что при обычной подвеске груженый автомобиль покачивается на пружинах медленнее, плавнее, чем порожний. Говоря техническим языком — меняется частота собственных колебаний подрессоренной массы.
Чем это плохо? Дело в том, что наш мозг, да и все внутренние органы «рассчитаны» природой на определенные частоты колебаний, соответствующие ходьбе и бегу. Если же нас раскачивать с «неподходящей» частотой, то нас либо укачивает, либо мы начинаем жаловаться на тряску. Проектируя подвеску, конструктор должен обеспечить наибольший комфорт для водителя и пассажиров. Но как его обеспечить, если при изменении нагрузки все меняется? В результате при выборе упругих элементов (пружин, рессор) и амортизаторов приходится идти на компромисс — «ни нашим, ни вашим, но в целом приемлемо».
Иное дело — пневматические и гидропневматические подвески: они гибки по возможностям регулирования, а уж обеспечить постоянный уровень кузова для них — «плевое дело». Но они дороги и сложны, и подразумевают полноценную гидро- или пневмосистему: насосы, шланги, клапаны... Множество элементов, разбросанных по всему шасси. «Позволить себе» подобное могут лишь достаточно дорогие автомобили (исключение — Citroen, но об этом отдельный разговор).
И вдруг Nivomat, который в качестве опции встречается в европейском втором среднем классе «D» (Volvo V40, Alfa Romeo Sportwagon). Если же вы вдруг захотите улучшить уже приобретенный Volkswagen Golf, то в каталогах найдется вариант и для него! Что переделывать? Ничего — только поменять пружины и амортизаторы. Чудо? Никаких чудес. Надувательство? Никоим образом!
НЕОБЫЧНЫЙ ВЗЛЯД НА АМОРТИЗАТОР
Тот, кто однажды держал в руках газонаполненные амортизаторы, знает, что когда они не находятся под нагрузкой, их шток стремится выдвинуться. Почему?
Вспомним, как работает амортизатор.
При ходе сжатия шток с поршнем вдвигается внутрь амортизатора, а жидкость, проходя сквозь отверстия в поршне, перетекает в надпоршневое пространство. Но поскольку сам шток занимает часть внутреннего объема, то часть жидкости остается как бы лишней — она перетекает в специальную компенсационную полость, а в газонаполненном амортизаторе еще и сжимает газ, «отбирая» у него необходимый объем.
Даже в полностью «растянутом» газонаполненном амортизаторе газ в компенсационной полости (а соответственно, и жидкость) находится под приличным давлением — до 20-30 атмосфер. Это давление, умноженное на площадь сечения штока, как раз и определяет выталкивающую силу, действующую на шток. Естественно, при «сжатии» амортизатора давление газа возрастает— возрастет и выталкивающая сила. То есть газонаполненный амортизатор, помимо основной функции (гашения колебаний), действует и как дополнительный упругий элемент, «помогающий» пружине или рессоре.
В обычном газонаполненном амортизаторе выталкивающая сила на штоке относительно невелика — 150-200 Н (15-20 кгс), но и этого достаточно, чтобы приподнять кузов незагруженного легкового автомобиля дополнительно на 10-20 мм. Теперь представим себе, что мы подняли давление газа до 100-150 атмосфер. Понятно, что усилие на штоке возрастет многократно и будет уже сравнимо с усилием, которое развивает основной упругий элемент — пружина или рессора. Если же мы каким-то образом будем менять давление газа, то усилие, развиваемое «дополнительным упругим элементом», будет меняться.
Вот на этом и основано действие системы Nivomat.
НИКАКИХ ЧУДЕС
Собственно, и по устройству Nivomat на первый взгляд напоминает двухтрубный газонаполненный амортизатор. В заполненном жидкостью цилиндре движется шток с поршнем (6), имеющим обычные для амортизатора калиброванные отверстия и клапаны. Рабочая полость (4) цилиндра соединена с компенсационной полостью (5), в которую при ходе сжатия перетекает жидкость, вытесняемая штоком. А дальше начинаются отличия, превращающие «простой» амортизатор в регулируемую гидропневматическую рессору.
Начнем с того, что газ (10) в компенсационной полости находится под давлением 100-150 атм и отделен от жидкости эластичной диафрагмой (8). Есть еще одна полость (3) — резервуар, в котором содержится жидкость при низком давлении. И самое главное — это встроенный насос, который состоит из жестко закрепленного в корпусе плунжера (2), гильзы (12), являющейся частью штока, и двух клапанов (11 и 14). Внутри плунжера выполнено осевое сверление, соединяющее заборную трубку (1) с впускным клапаном насоса (11), а снаружи нарезан профилированный винтовой канал (9).
Поскольку, наверное, пока еще не все понятно, перейдем от устройства к функционированию. А разобраться во всем нам помогут нагрузочные характеристики упругих элементов — графики, показывающие изменение усилия в зависимости отхода подвески.
КАК РАБОТАЕТ NIVOMAT
Итак, вместо стандартной пружины (график 2) на автомобиль устанавливают более мягкую (граф. 4), способную Воспринять примерно половину обычной нагрузки на колесо. Вместо амортизатора — Nivomat, который благодаря высокому внутреннему давлению «возьмет на себя» еще половину. Еще один элемент — достаточно длинноходный дополнительный буфер пробоя подвески, имеющий прогрессивную характеристику (граф. 5).
Когда автомобиль незагружен, его кузов удерживается в статическом положении суммарным усилием от пружины и элемента Nivomat (граф. 3).
Теперь загрузим автомобиль. Кузов проседает, при полной нагрузке подвеска, возможно, даже «сядет» на : буфер (точка А на графике). Но при этом шток вдвинется внутрь «амортизатора», и гильза (12) перекроет перепускное отверстие (7) и канал (9).
А теперь — в путь. На неровностях дороги кузов начнет колебаться вверх-вниз, соответственно шток будет совершать возвратно-поступательное движение в цилиндре. Но это значит, что гильза (12) будет также двигаться относительно плунжера (2), то есть начнет работать встроенный насос! И при каждом колебании кузова этот насос будет подкачивать жидкость (следим внимательно!) из резервуара (3) через трубку (1), осевое сверление в плунжере, впускной клапан (11), нагнетательный клапан (14), зазор (13) между гильзой (12) и штоком —в рабочую полость цилиндра.
Увеличение количества жидкости в рабочей (и компенсационной!) полостях приводит к увеличению давления в газовой полости, а значит — к увеличению выталкивающей силы на штоке. А в результате — к постепенному повышению уровня кузова автомобиля. И так будет продолжаться до тех пор, пока верхний конец винтового канала (9) не появится над краем гильзы (12). Теперь уже жидкость будет «гоняться по кругу» между полостью насоса и рабочей полостью цилиндра, и уровень кузова стабилизируется.
Справедливости ради отметим, что этот уровень будет несколько отличаться от номинального: чем хуже дорога, тем больше «всплывает» корпус автомобиля. Но это расхождение небольшое и может не приниматься во внимание.
Сколько на все это требуется времени? В среднем — 1-2 минуты от начала движения автомобиля.
Что же мы будем иметь через две минуты? Характеристика подвески станет более «жесткой» (граф. 1), что и нужно при увеличении массы машины (при этом большую часть нагрузки несет уже не пружина, a Nivomat). А уровень кузова вернется практически к первоначальному (точка В на графике). Подвеска сама приспособилась к новой нагрузке!
Подождите, скажет внимательный читатель, но ведь вы еще что-то говорили о собственной частоте? Так что там с тряской — укачиванием?
А ничего. Характеристики устанавливаемых элементов подобраны так, что стремление пружины к снижению, собственной частоты при увеличении подрессоренной массы (серая кривая на маленьком графике справа) компенсируется противоположным свойством гидропневматической рессоры, которой по сути и является Nivomat.
В результате собственная частота с увеличением нагрузки практически не меняется (розовая кривая). Но вернемся к нашему автомобилю. Он остановился, и мы его разгрузили. Кузов сразу же приподнимется, а Nivomat, соответственно, растянется. Перепускное отверстие (7) на плунжере выйдет из-под гильзы, и через него жидкость из рабочей полости потечет через осевое сверление обратно в резервуар (3). Этот процесс будет идти до тех пор, пока кузов не осядет до положенного ему уровня и отверстие (7) снова не спрячется под гильзой (12). Подвеска опять встает на исходные позиции. Браво, Nivomat!
К ВОПРОСУ О БЕСПЛАТНЫХ ПИРОЖНЫХ
Их в технике не бывает. И этот случай — не исключение. Давление в системе Nivomat велико (в динамике — до 350 атм), а извне жидкость не подводится, то есть малейшие протечки быстро приведут к выходу из строя. Так что требования к изготовлению Nivomat куда более жесткие, чем даже для гидропневматических подвесок, Характерно: производитель указывает, что при производстве Nivomat. лимитируется даже содержание пыли в воздухе производственных помещений.
Высокий технологический уровень определяет и стоимость. Хотя Nivomat обходится много дешевле, чем регулируемая пневмо- или гидропневматическая подвеска, все же система ориентирована прежде всего на легковые автомобили, начиная со средних классов, а также минивэны. Согласитесь, для самых дешевых автомобилей лишние 500-700 долларов (стоимость комплекта для задней подвески, не считая установки) — это все же дорогое удовольствие.
|
