В проектировании каждой детали автомобиля сосредоточены высокие технологии и инженерная мысль – все доводится до совершенства. Амортизаторы не исключение. Казалось бы, вековая конструкция – шток и труба, наполненная жидкостью – что еще можно придумать и усовершенствовать? Но специалисты и тут нашли себе занятие на многие годы. Предлагаем углубиться в настоящее и будущее данных устройств, отвечающих как за комфорт, так и за безопасность пассажиров автомобиля.
Для затравки
Музыка в амортизаторах: в 1980-х годах специалистам из исследовательского отдела фирмы Bose – производителю акустических систем премиум-класса, устанавливаемых на дорогие автомобили, пришла в голову идея изменить принцип работы амортизатора. Вместо жидкости они решили заставить работать электричество. Поскольку амортизатор – это система, успокаивающая колебания, а акустическая головка (динамик) – это система, которая воспроизводит колебания, то, сменив «направление» работы, мы получим демпфирующую систему, то есть амортизатор! Основываясь на принципах линейного двигателя, Bose в 2004 г. представила общественности электрический амортизатор (разработки велись более 20 лет). Шток снабжен мощным магнитом, и воспринимая колебания от подвески автомобиля, перемещается не в цилиндре с жидкостью, а в поле создаваемом электрической катушкой – статоре. Каждому такому амортизатору нужен контроллер с мощным электрическим усилителем, т.к. при работе нужно ускорять и замедлять перемещение штока. В свою очередь, каждый контроллер будет подчиняться командам центрального компьютера, воспринимающего сигналы датчиков о положении кузова над дорогой.
Установив экспериментальные амортизаторы на реальный автомобиль Lexus LS 400, специалисты получили практически идеальное транспортное средство с точки зрения плавности движения. Кузов не раскачивается, нет кренов в поворотах, отсутствует при наборе скорости подъем передней части автомобиля, при торможении исчезли «кивки носом», толчки и удары со стороны дороги практически пропали! Электроамортизатор проглатывает все неровности дорожного полотна. Эврика? Да! Но не сейчас…
Тогда в 2004 г. разработчики Bose пообещали журналистам, что в течение нескольких лет новинка пойдет на конвейер. Планировалось, что амортизаторы Bose будут устанавливаться на автомобили премиум-класса ценой свыше $ 100 тыс. (цена в Европе). Но что-то не пошло… Сегодня, спустя 9 лет, о подобных технологиях не слышно. Все дело в том, что данные амортизаторы при всей своей инновационности имеют ряд проблем. Первая – вес. Амортизаторы Bose в два раза тяжелее классических амортизаторов. Учитывая то, что сейчас все автомобильные технологии направлены на снижение веса ради снижения расхода топлива и борются за каждый килограмм, то лишних 100 кг (вес амортизаторов Bose около 200 кг) веса даже для уникальных амортизаторов – дорогого стоит. Вторая проблема – электричество. Где его взять в нужном количестве? Сейчас разработчики предлагают использовать заряды аккумуляторов гибридных автомобилей или генерировать энергию самими амортизаторами, когда разгружается колесо, и ход штока – свободный. Наверное, данная проблема решаема. Но есть еще две проблемы. Так, при работе амортизаторы нагреваются. С теплом до сих пор борются производители классических амортизаторов, увеличивая или вынося наружу масляные камеры. А тут безжидкостная система. Специалисты Bose установили на амортизаторы радиаторы, но те с охлаждением полностью не справляются. Последняя проблема, связанная с безопасностью: автопроизводители предполагают, что из-за отсутствия кренов в поворотах, водители не смогут почувствовать грань сцепления колес с дорогой, что приведет к сносу автомобиля.
В общем, как видим, высокие технологии должны идти в ногу со временем, а не пытаться его опередить, как это произошло с амортизаторами Bose, похороненной до лучших времен…
Лучшие времена настали?
Судя по той гонке технологий, которую сегодня устроили производители амортизаторов, разрабатывая новые системы, управляющие работой амортизаторов, лучшие времена наступили. Сейчас борьба идет в нескольких направлениях – усовершенствовании уже имеющейся конструкции классических амортизаторов и проектировании и производстве новых «умных» систем, завязанных на электронику автомобиля. В классических устройствах вектор развития направлен на облегчение конструкции, долговечность амортизатора и точность настройки. В новых системах упор делается не только на стандартные усовершенствования, характерные для классических амортизаторов, но и на синхронизацию работы амортизаторов с другими системами автомобиля – электронными блоками управления.
Без лишнего веса
Конструктивное разнообразие амортизаторов представлено двумя основными группами – одно- и двухтрубными газогидравлическими или сугубо гидравлическими системами. Их устройство описывать не будем, предполагая, что наш читатель технически подкован. Уделим внимание некоторым компонентам амортизатора, над которыми особенно колдуют инженеры ведущих фирм-производителей.
Например, корпуса амортизаторов Monroe делают из более прочной стали, что позволило уменьшить толщину стенок на 0,5 мм. С целью снижения веса ведутся эксперименты с алюминиевыми сплавами. Также надежнее стали уплотнения штоков – в них вместо обычного нитрил-бутадиена теперь применяется нитрил-бутадиен гидрогенизированный с менее зависимыми от температуры свойствами.
Концерн ZF под торговой маркой Sachs предлагает помимо стали и алюминия, как основных материалов для изготовления корпуса амортизатора, еще и углепластик. Два года назад ZF заявил о том, что имеет технологию и готов изготавливать такие амортизаторы для серийного производства. Производители автомобилей пока думают, но это дело времени. Такие амортизаторы существенно облегчат подвеску без потери качества. Прогнозируемая область применения – автомобили малого класса и электроавтомобили – те, кому вес наиболее критичен. Также для уменьшения веса Sachs делает шток амортизатора полым. В совокупности «полый шток» и «алюминиевый корпус» уменьшают вес одного амортизатора на 1,25 кг по сравнению со стальными амортизаторами и стандартным штоком.
Мозги в клапан
Основной элемент амортизатора, над которым колдуют разработчики - клапан. Конструкция и комбинация частей клапана позволяют реализовать множество вариантов, чтобы в каждом конкретном случае обеспечить оптимальные характеристики работы амортизатора (дегрессивные, прогрессивные и линейные). Усилие амортизатора возрастает с ростом скорости движения поршня и наоборот. Клапаны и клапанные пластины изготавливаются из нержавеющей стали и сохраняют они свои характеристики в течении более чем 10 миллионов циклов.
Наличие амортизатора с линейной характеристикой не позволяет добиться желаемого комфорта при минимальной скорости движения автомобиля: он остается слишком мягким, но его усилие амортизации возрастает прямо пропорционально скорости движения. Это приводит к ухудшению потребительских характеристик автомобиля - его надо делать изначально более "жестким" и менее комфортным за счет того, что характеристика прямой амортизации устанавливается круче, чем того хотелось бы инженерам.
Если рассматривать амортизатор с дегрессивной характеристикой, то с ним ситуация вроде бы лучше, но недостаточно лучше для решения задачи: его усилие амортизации не зависит прямо пропорционально от скорости движения, однако при минимальной скорости он будет слишком жестким, то есть его минимальное усилие амортизации будет избыточным для данной скорости движения. При увеличении скорости, однако, он будет не "успевать" развивать необходимой усилие амортизации. Таким образом, компромисс состоит в поиске конструкции, которая сможет моментально стать жесткой при уходе колеса вверх или вниз и будет увеличивать усилие амортизации прямо пропорционально увеличению скорости.
В амортизаторах Koni с клапанами системы FSD заложена возможность автоматической гидравлико-механической регулировки. За контроль над вибрациями отвечают клапаны с набором пружинных шайб. Инновационная система клапанов не вступает в работу до тех пор, пока под колесами ровное покрытие, пока подвеска совершает не более одного колебания в секунду (1 Гц). Это режимы кренов в виражах, клевки при торможениях и разгонах. Но когда дорожное покрытие ухудшается и колесо колеблется с большей частотой (4 Гц, 7 Гц, 10 Гц), тогда клапан FSD автоматически снижает жесткость амортизатора, приоткрываясь при каждом ходе отбоя. Вследствие этого амортизаторы Koni FSD остаются жесткими на хорошей дороге и мягкими - на плохой. При движении автомобиля по ровной дороге давление жидкости в амортизаторе устоявшееся и при каких-то незначительных неровностях работает только верхний клапан, который обеспечивает высокую управляемость и устойчивость автомобиля. Как только неровности или их частота увеличиваются, например, при наезде на брущатку, давление внутри амортизатора повышается. Это провоцирует открывание нижнего клапана, вследствие чего подвеска автомобиля становится более "мягкой". Таким образом, достигается практически мгновенная реакция амортизатора на различные условия движения. По сути, серия FSD - это спортивные амортизаторы, но с высокой степенью комфорта. Сегодня ничего подобного нет ни у одного производителя. Это, можно сказать, миниреволюция в амортизаторах.
Система FSD была разработана по заказу владельца компании Lamborghini, который обратился на завод Koni с вопросом: "Можно ли сделать суперкар более комфортным без потери спортивных характеристик подвески?". Сегодны Koni FSD серийно устанавливаются на все модели Lamborghini. Также у компании контракт на поставку амортизаторов системы FSD на болиды Formula 1 McLaren Mercedes.
Концерн ZF в октябре 2012 года объявил о начале массового производства двухтрубных газогидравлических амортизаторов Sachs нового поколения с новой технологией управляющего клапана, т.н. клапана с предварительно нагруженными элементами. Амортизаторы начали производиться с весны 2012 года, и объявление об их серийном выходе совпало с появлением на рынке новой модели автомобиля бизнесс-класса, в которой они устанавливаются. На основании исследования различных типов рабочих жидкостей, применяемых в современных амортизаторах и существующих решений для управляющих клапанов был сделан вывод о возможностях улучшения таких потребительских характеристик амортизатора, как шумность и вибрация, и одновременно получить амортизатор, способный по-новому реагировать на вертикальные колебания кузова при минимальных скоростях прямолинейного движения. Амортизатор продолжает решение традиционного инженерного конфликта "мягкий-жесткий" и представляет собой современное решение сегодняшних требований в динамике, безопасности и комфорте пассажиров. Особенность нового клапана в новых амортизаторах от ZF состоит в установлении зависимости усилия амортизации от ускорения вертикального перемещения штока вверх или вниз, т.е от скорости перемещения в сжатие и на отбой. После долгих анализов инженеры пришли к выводу, что наилучшим решением является комбинация клапана с линейной характеристикой, распознающим направление перемещения штока (обеспечивается набором подпружиненных элементов, по-разному реагирующих на движение штока вверх или вниз). Тем самым, для водителя и пассажиров исключается появления шумов при проезде, например, "лежачего полицейского" или наезде на яму. Подпружиненные элементы клапана позволяют гармонично управлять процессом открывания-закрывания клапана и за счет этого добиваться максимально приемлемого процесса амортизации. Данная технология также оставляет очень много места инженерам для настроек амортизатора под требования и пожелания автопроизводителя - как для спортивного автомобиля, так и городского малыша.
Автомобили с покрышками Run Flat, рассчитанными на относительно надежную езду при проколе, еще до недавнего времени серьезно ограничивали комфорт при передвижении. Понятное, казалось бы, дело - не до комфорта здесь, доехать бы. Однако уже на актуальной версии BMW 3-й серии устанавливаются специальные газогидравлические амортизаторы Sachs с новым "линейным" клапаном, обеспечивающим различные характеристики при потере давления в шине: линейную в усилии отбоя и дегрессивную на усилии сжатия. Данное решение позволяет подвеске адаптироваться под потерю шиной давления и вызывает значительно меньший шум при езде, что отличает автомобиль премиум-класса сегодняшнего и завтрашнего дня от своих конкурентов.
На клапан производители амортизаторов возлагают и функцию снижения уровня вспенивания масла. Таким способом производители борются с ухудшением рабочих характеристик амортизатора и с акустическими проблемами, связанными с их работой.
Умные амортизаторы
Сейчас настала эра автоматически регулируемых амортизаторов. Эта тема не нова, но именно в ней будут сосредоточены умы конструкторов ближайшие годы. Каждый производитель разрабатывает свои системы, так или иначе завязанные на работу электроники автомобиля. Например, у Sachs за работу амортизаторов отвечает система CDC (Continuous Damping Control) - система переменной жесткости. Амортизаторы CDC оснащены электромагнитным клапаном (устанавливается внешне на амортизатор или внутри него с подключением через шток). В зависимости от положения клапана отверстие для подачи масла попеременно расширяется (мягкий ход) и сужается (жесткий ход). CDC получает информацию от различных датчиков, в том числе и от системы ABS. Обработка данных выполняется блоком управления. Каждые две сотые доли секунды он рассчитывает необходимые амортизационные усилия и передает эти данные в виде силы тока определенной величины на управляющий амортизационный клапан. При помощи него и производится автоматическая бесступенчатая адаптация амортизационных усилий к соответствующей дорожной ситуации и состоянию дорожного полотна. Таким образом настройка характеристик подвески происходит непрерывно в режиме реального времени.
Концерн GM совместно с производителем амортизаторов компанией Delphi разработали систему магнитной регулировки жесткости амортизаторов - MRC. В данной системе инженеры вмешались в структуру рабочей жидкости. Так, в масло были добавлены вещества, чувствительные к магнитному полю. В итоге получили магнито-реологическую жидкость. Эта жидкость работает, как в обычных амортизаторах, но под воздействием электромагнитного поля, генерируемого специальными катушками, она меняет свою вязкость с частотой 1000 раз в секунду. Посредством его изменения вязкость масла изменяется. При этом в таких амортизаторах отпала надобность в клапанах со сложной системой работы. И даже несмотря на свою дороговизну у нее есть ряд существенных преимуществ - упрощается конструкция амортизаторов/клапанов, исключается необходимость в стабилизаторах поперечной устойчивости и расширяется возможность контроля жесткости подвески.
Компания Koni держится особняком в сфере разработки амортизаторов. Так, при разработке амортизаторов постоянно идет поиск компромисса между управляемостью и комфортом. Пути решения этой задачи различные. Например, в дорогих автомобилях применяются электронные системы управления амортизатором. А Koni пошли по другому пути, что и продемонстрировано в амортизаторах серии FSD - безэлектронной системе регулировки жесткости со специальным двойным клапаном.
Амортизаторы будущего
KYB, являясь одним из крупнейших игроков рынка, запатентовала свой уникальный клапанный механизм уже более двух десятков лет назад. Амортизаторы этого производителя оснащены трехступенчатой клапанной системой, объединившей в себе все механические элементы гибкого контроля в единый саморегулируемый узел. Поэтому график работы любого амортизатора KYB нелинейный и напрямую зависит от дорожных условий, моментально реагируя изменением силы демпфирования для обеспечения максимального комфорта пассажиров и контроля управляемости автомобилем.
Производит KYB и различные специальные типы амортизаторов с электронными системами управления. Но, несмотря на множество сугубо новаторских решений, классические гидравлические амортизаторы остаются в фокусе внимания, и производитель продолжает их совершенствовать. На сегодня ассортимент KYB для рынка послепродажного обслуживания состоит из нескольких линеек.
4 научно-исследовательских центра и собственный испытательный полигон позволяют регулярно внедрять новые технологии в массовое производство с целью обеспечить максимальную надежность и долговечность продукции KYB.
Сейчас KYB задает курс на «зеленые» технологии и активно работает над созданием и внедрением в эксплуатацию амортизаторов, безвредных для окружающей среды - Green Technological Dampers (GTD). В настоящее время существует три типа таких амортизаторов: с биодеградируемой жидкостью (Biodegradable Fluid Damper - BFD), альтернативный гидравлический амортизатор (Alternative Fluid Damper - AFD) и безмасляный амортизатор (Oil Free Damper - OFD). Как понятно из названия систем, ключевой акцент сделан на жидкостях. А в последнем случае и на полном отсутствии масла. Конечно, такой тип амортизатора не новинка - другие производители тоже предлагают газовые амортизаторы. Но остальные два типа можно рассмотреть подробней.
Например, в амортизаторах BFD с биодеградируемой жидкостью используется масло, поддающееся биохимическому распаду. Оно распадается на микроорганизмы на более чем 80%. В качестве первого шага компания KYB установила предсерийный экземпляр амортизатора с биодеградируемой жидкостью на автомобиль, который принимал участие в ралли Париж-Дакар в декабре 2008 г. Посредством участия в гонках компания KYB хотела протестировать текущее состояние технологии и готовность использовать ее для массового производства.
Другой тип - AFD альтернативный гидравлический амортизатор. В нем вместо масла применяется водорастворимая жидкостью в качестве воздействующей жидкости, объем используемого масла по сравнению с его объемом в традиционной продукции значительно сократился. Водорастворимые жидкости имеют отличную способность к биохимическому распаду и устойчивы в условиях изменения температуры.
Кто, с чем, куда?
Амортизаторы с системой CDC от Sachs сегодня можно найти не только в Ferrari и Maseratti. Теперь они широко представлены в автомобилях высшего класса - в лимузинах и внедорожниках с характеристиками лимузинов: VW Phaeton, Audi A8, VW Touareg, Porsche Cayenne - это лишь некоторые из них. Кроме того, эти системы продолжают свое победное шествие и в классе компактных автомобилей. В настоящее время они доступны для «заряженного» Opel Astra, опционально для VW Passat, а в будущем - и для автомобилей малого класса, в которых они будут устанавливаться только на заднюю ось. Это позволит не усложнять конструкцию задней подвески в погоне за ожиданиями комфорта и управляемости, но адаптировать ее простую балочную конструкцию под требования сегодняшнего дня. Многие изготовители наверняка последуют этому примеру.
Амортизаторы от Delphi с системой MRC применяются на Cadillac Seville и Chevrolet Corvette.
Клапаны системы FSD, чья лицензия принадлежит Koni, устанавливают, например, в амортизаторы Magneti Marelli для Fiat 500 tributo to Ferrari, на «заряженные» версии Alfa Romeo Mito.
Тенденции
По заверениям производителей, будущее амортизаторов за «электронными» технологиями и решениями «внутри» амортизатора. И чем дальше, тем доля электроники будет только расти. Мировая тенденция наглядно демонстрирует популярность небольших городских автомобилей. Производители стремятся создавать «маленькие» автомобили, которые по комфорту не уступали бы своим крупным собратьям. Мало того, рынок заставляет создавать экономичные автомобили, а эта составляющая также зависит и от настроек подвески, которые не в последнюю очередь определяются амортизаторами.
Подготовил Иван Терентьев, журнал autoExpert №11-12 2012.
Система подвески Suspension Bose, так и не увидевшея конвейер.
Для затравки
Музыка в амортизаторах: в 1980-х годах специалистам из исследовательского отдела фирмы Bose – производителю акустических систем премиум-класса, устанавливаемых на дорогие автомобили, пришла в голову идея изменить принцип работы амортизатора. Вместо жидкости они решили заставить работать электричество. Поскольку амортизатор – это система, успокаивающая колебания, а акустическая головка (динамик) – это система, которая воспроизводит колебания, то, сменив «направление» работы, мы получим демпфирующую систему, то есть амортизатор! Основываясь на принципах линейного двигателя, Bose в 2004 г. представила общественности электрический амортизатор (разработки велись более 20 лет). Шток снабжен мощным магнитом, и воспринимая колебания от подвески автомобиля, перемещается не в цилиндре с жидкостью, а в поле создаваемом электрической катушкой – статоре. Каждому такому амортизатору нужен контроллер с мощным электрическим усилителем, т.к. при работе нужно ускорять и замедлять перемещение штока. В свою очередь, каждый контроллер будет подчиняться командам центрального компьютера, воспринимающего сигналы датчиков о положении кузова над дорогой.
Установив экспериментальные амортизаторы на реальный автомобиль Lexus LS 400, специалисты получили практически идеальное транспортное средство с точки зрения плавности движения. Кузов не раскачивается, нет кренов в поворотах, отсутствует при наборе скорости подъем передней части автомобиля, при торможении исчезли «кивки носом», толчки и удары со стороны дороги практически пропали! Электроамортизатор проглатывает все неровности дорожного полотна. Эврика? Да! Но не сейчас…
Сравните разницу в поведении автомобиля в повороте. Автомобиль слева имеет стандартную заводскую подвеску. На автомобиле справа установлена подвеска Bose.
Тогда в 2004 г. разработчики Bose пообещали журналистам, что в течение нескольких лет новинка пойдет на конвейер. Планировалось, что амортизаторы Bose будут устанавливаться на автомобили премиум-класса ценой свыше $ 100 тыс. (цена в Европе). Но что-то не пошло… Сегодня, спустя 9 лет, о подобных технологиях не слышно. Все дело в том, что данные амортизаторы при всей своей инновационности имеют ряд проблем. Первая – вес. Амортизаторы Bose в два раза тяжелее классических амортизаторов. Учитывая то, что сейчас все автомобильные технологии направлены на снижение веса ради снижения расхода топлива и борются за каждый килограмм, то лишних 100 кг (вес амортизаторов Bose около 200 кг) веса даже для уникальных амортизаторов – дорогого стоит. Вторая проблема – электричество. Где его взять в нужном количестве? Сейчас разработчики предлагают использовать заряды аккумуляторов гибридных автомобилей или генерировать энергию самими амортизаторами, когда разгружается колесо, и ход штока – свободный. Наверное, данная проблема решаема. Но есть еще две проблемы. Так, при работе амортизаторы нагреваются. С теплом до сих пор борются производители классических амортизаторов, увеличивая или вынося наружу масляные камеры. А тут безжидкостная система. Специалисты Bose установили на амортизаторы радиаторы, но те с охлаждением полностью не справляются. Последняя проблема, связанная с безопасностью: автопроизводители предполагают, что из-за отсутствия кренов в поворотах, водители не смогут почувствовать грань сцепления колес с дорогой, что приведет к сносу автомобиля.
В общем, как видим, высокие технологии должны идти в ногу со временем, а не пытаться его опередить, как это произошло с амортизаторами Bose, похороненной до лучших времен…
Лучшие времена настали?
Судя по той гонке технологий, которую сегодня устроили производители амортизаторов, разрабатывая новые системы, управляющие работой амортизаторов, лучшие времена наступили. Сейчас борьба идет в нескольких направлениях – усовершенствовании уже имеющейся конструкции классических амортизаторов и проектировании и производстве новых «умных» систем, завязанных на электронику автомобиля. В классических устройствах вектор развития направлен на облегчение конструкции, долговечность амортизатора и точность настройки. В новых системах упор делается не только на стандартные усовершенствования, характерные для классических амортизаторов, но и на синхронизацию работы амортизаторов с другими системами автомобиля – электронными блоками управления.
Без лишнего веса
Конструктивное разнообразие амортизаторов представлено двумя основными группами – одно- и двухтрубными газогидравлическими или сугубо гидравлическими системами. Их устройство описывать не будем, предполагая, что наш читатель технически подкован. Уделим внимание некоторым компонентам амортизатора, над которыми особенно колдуют инженеры ведущих фирм-производителей.
Углепластиковая стойка Sachs, объединенная в один модуль с поворотным кулаком и ступицей.
Например, корпуса амортизаторов Monroe делают из более прочной стали, что позволило уменьшить толщину стенок на 0,5 мм. С целью снижения веса ведутся эксперименты с алюминиевыми сплавами. Также надежнее стали уплотнения штоков – в них вместо обычного нитрил-бутадиена теперь применяется нитрил-бутадиен гидрогенизированный с менее зависимыми от температуры свойствами.
Концерн ZF под торговой маркой Sachs предлагает помимо стали и алюминия, как основных материалов для изготовления корпуса амортизатора, еще и углепластик. Два года назад ZF заявил о том, что имеет технологию и готов изготавливать такие амортизаторы для серийного производства. Производители автомобилей пока думают, но это дело времени. Такие амортизаторы существенно облегчат подвеску без потери качества. Прогнозируемая область применения – автомобили малого класса и электроавтомобили – те, кому вес наиболее критичен. Также для уменьшения веса Sachs делает шток амортизатора полым. В совокупности «полый шток» и «алюминиевый корпус» уменьшают вес одного амортизатора на 1,25 кг по сравнению со стальными амортизаторами и стандартным штоком.
Мозги в клапан
Основной элемент амортизатора, над которым колдуют разработчики - клапан. Конструкция и комбинация частей клапана позволяют реализовать множество вариантов, чтобы в каждом конкретном случае обеспечить оптимальные характеристики работы амортизатора (дегрессивные, прогрессивные и линейные). Усилие амортизатора возрастает с ростом скорости движения поршня и наоборот. Клапаны и клапанные пластины изготавливаются из нержавеющей стали и сохраняют они свои характеристики в течении более чем 10 миллионов циклов.
Пружинные шайбы клапана с системой FSD производят контроль над вибрациями, что обеспечивает точную механику плюс выверенную гидравлику. Чем интенсивнее вибрация колес на неровностях, тем сильнее открывается клапан, снижая усилие хода отбоя и "смягчая" подвеску.
Наличие амортизатора с линейной характеристикой не позволяет добиться желаемого комфорта при минимальной скорости движения автомобиля: он остается слишком мягким, но его усилие амортизации возрастает прямо пропорционально скорости движения. Это приводит к ухудшению потребительских характеристик автомобиля - его надо делать изначально более "жестким" и менее комфортным за счет того, что характеристика прямой амортизации устанавливается круче, чем того хотелось бы инженерам.
Если рассматривать амортизатор с дегрессивной характеристикой, то с ним ситуация вроде бы лучше, но недостаточно лучше для решения задачи: его усилие амортизации не зависит прямо пропорционально от скорости движения, однако при минимальной скорости он будет слишком жестким, то есть его минимальное усилие амортизации будет избыточным для данной скорости движения. При увеличении скорости, однако, он будет не "успевать" развивать необходимой усилие амортизации. Таким образом, компромисс состоит в поиске конструкции, которая сможет моментально стать жесткой при уходе колеса вверх или вниз и будет увеличивать усилие амортизации прямо пропорционально увеличению скорости.
Амортизатор Koni с системой FSD
В амортизаторах Koni с клапанами системы FSD заложена возможность автоматической гидравлико-механической регулировки. За контроль над вибрациями отвечают клапаны с набором пружинных шайб. Инновационная система клапанов не вступает в работу до тех пор, пока под колесами ровное покрытие, пока подвеска совершает не более одного колебания в секунду (1 Гц). Это режимы кренов в виражах, клевки при торможениях и разгонах. Но когда дорожное покрытие ухудшается и колесо колеблется с большей частотой (4 Гц, 7 Гц, 10 Гц), тогда клапан FSD автоматически снижает жесткость амортизатора, приоткрываясь при каждом ходе отбоя. Вследствие этого амортизаторы Koni FSD остаются жесткими на хорошей дороге и мягкими - на плохой. При движении автомобиля по ровной дороге давление жидкости в амортизаторе устоявшееся и при каких-то незначительных неровностях работает только верхний клапан, который обеспечивает высокую управляемость и устойчивость автомобиля. Как только неровности или их частота увеличиваются, например, при наезде на брущатку, давление внутри амортизатора повышается. Это провоцирует открывание нижнего клапана, вследствие чего подвеска автомобиля становится более "мягкой". Таким образом, достигается практически мгновенная реакция амортизатора на различные условия движения. По сути, серия FSD - это спортивные амортизаторы, но с высокой степенью комфорта. Сегодня ничего подобного нет ни у одного производителя. Это, можно сказать, миниреволюция в амортизаторах.
Система FSD была разработана по заказу владельца компании Lamborghini, который обратился на завод Koni с вопросом: "Можно ли сделать суперкар более комфортным без потери спортивных характеристик подвески?". Сегодны Koni FSD серийно устанавливаются на все модели Lamborghini. Также у компании контракт на поставку амортизаторов системы FSD на болиды Formula 1 McLaren Mercedes.
Двухтрубные газогидравлические амортизаторы Sachs нового поколения с новой технологией управляющего клапана - клапана с предварительно нагруженными элементами.
Концерн ZF в октябре 2012 года объявил о начале массового производства двухтрубных газогидравлических амортизаторов Sachs нового поколения с новой технологией управляющего клапана, т.н. клапана с предварительно нагруженными элементами. Амортизаторы начали производиться с весны 2012 года, и объявление об их серийном выходе совпало с появлением на рынке новой модели автомобиля бизнесс-класса, в которой они устанавливаются. На основании исследования различных типов рабочих жидкостей, применяемых в современных амортизаторах и существующих решений для управляющих клапанов был сделан вывод о возможностях улучшения таких потребительских характеристик амортизатора, как шумность и вибрация, и одновременно получить амортизатор, способный по-новому реагировать на вертикальные колебания кузова при минимальных скоростях прямолинейного движения. Амортизатор продолжает решение традиционного инженерного конфликта "мягкий-жесткий" и представляет собой современное решение сегодняшних требований в динамике, безопасности и комфорте пассажиров. Особенность нового клапана в новых амортизаторах от ZF состоит в установлении зависимости усилия амортизации от ускорения вертикального перемещения штока вверх или вниз, т.е от скорости перемещения в сжатие и на отбой. После долгих анализов инженеры пришли к выводу, что наилучшим решением является комбинация клапана с линейной характеристикой, распознающим направление перемещения штока (обеспечивается набором подпружиненных элементов, по-разному реагирующих на движение штока вверх или вниз). Тем самым, для водителя и пассажиров исключается появления шумов при проезде, например, "лежачего полицейского" или наезде на яму. Подпружиненные элементы клапана позволяют гармонично управлять процессом открывания-закрывания клапана и за счет этого добиваться максимально приемлемого процесса амортизации. Данная технология также оставляет очень много места инженерам для настроек амортизатора под требования и пожелания автопроизводителя - как для спортивного автомобиля, так и городского малыша.
Автомобили с покрышками Run Flat, рассчитанными на относительно надежную езду при проколе, еще до недавнего времени серьезно ограничивали комфорт при передвижении. Понятное, казалось бы, дело - не до комфорта здесь, доехать бы. Однако уже на актуальной версии BMW 3-й серии устанавливаются специальные газогидравлические амортизаторы Sachs с новым "линейным" клапаном, обеспечивающим различные характеристики при потере давления в шине: линейную в усилии отбоя и дегрессивную на усилии сжатия. Данное решение позволяет подвеске адаптироваться под потерю шиной давления и вызывает значительно меньший шум при езде, что отличает автомобиль премиум-класса сегодняшнего и завтрашнего дня от своих конкурентов.
На клапан производители амортизаторов возлагают и функцию снижения уровня вспенивания масла. Таким способом производители борются с ухудшением рабочих характеристик амортизатора и с акустическими проблемами, связанными с их работой.
Амортизатор Sachs с системой CDC, оснащенный электромагнитным клапаном.
Умные амортизаторы
Сейчас настала эра автоматически регулируемых амортизаторов. Эта тема не нова, но именно в ней будут сосредоточены умы конструкторов ближайшие годы. Каждый производитель разрабатывает свои системы, так или иначе завязанные на работу электроники автомобиля. Например, у Sachs за работу амортизаторов отвечает система CDC (Continuous Damping Control) - система переменной жесткости. Амортизаторы CDC оснащены электромагнитным клапаном (устанавливается внешне на амортизатор или внутри него с подключением через шток). В зависимости от положения клапана отверстие для подачи масла попеременно расширяется (мягкий ход) и сужается (жесткий ход). CDC получает информацию от различных датчиков, в том числе и от системы ABS. Обработка данных выполняется блоком управления. Каждые две сотые доли секунды он рассчитывает необходимые амортизационные усилия и передает эти данные в виде силы тока определенной величины на управляющий амортизационный клапан. При помощи него и производится автоматическая бесступенчатая адаптация амортизационных усилий к соответствующей дорожной ситуации и состоянию дорожного полотна. Таким образом настройка характеристик подвески происходит непрерывно в режиме реального времени.
Концерн GM совместно с производителем амортизаторов компанией Delphi разработали систему магнитной регулировки жесткости амортизаторов - MRC. В данной системе инженеры вмешались в структуру рабочей жидкости. Так, в масло были добавлены вещества, чувствительные к магнитному полю. В итоге получили магнито-реологическую жидкость. Эта жидкость работает, как в обычных амортизаторах, но под воздействием электромагнитного поля, генерируемого специальными катушками, она меняет свою вязкость с частотой 1000 раз в секунду. Посредством его изменения вязкость масла изменяется. При этом в таких амортизаторах отпала надобность в клапанах со сложной системой работы. И даже несмотря на свою дороговизну у нее есть ряд существенных преимуществ - упрощается конструкция амортизаторов/клапанов, исключается необходимость в стабилизаторах поперечной устойчивости и расширяется возможность контроля жесткости подвески.
Компания Koni держится особняком в сфере разработки амортизаторов. Так, при разработке амортизаторов постоянно идет поиск компромисса между управляемостью и комфортом. Пути решения этой задачи различные. Например, в дорогих автомобилях применяются электронные системы управления амортизатором. А Koni пошли по другому пути, что и продемонстрировано в амортизаторах серии FSD - безэлектронной системе регулировки жесткости со специальным двойным клапаном.
Амортизаторы будущего
KYB, являясь одним из крупнейших игроков рынка, запатентовала свой уникальный клапанный механизм уже более двух десятков лет назад. Амортизаторы этого производителя оснащены трехступенчатой клапанной системой, объединившей в себе все механические элементы гибкого контроля в единый саморегулируемый узел. Поэтому график работы любого амортизатора KYB нелинейный и напрямую зависит от дорожных условий, моментально реагируя изменением силы демпфирования для обеспечения максимального комфорта пассажиров и контроля управляемости автомобилем.
KYB амортизаторы серии AGX: жёсткость устанавливается водителем в зависимости от стиля вождения.
Производит KYB и различные специальные типы амортизаторов с электронными системами управления. Но, несмотря на множество сугубо новаторских решений, классические гидравлические амортизаторы остаются в фокусе внимания, и производитель продолжает их совершенствовать. На сегодня ассортимент KYB для рынка послепродажного обслуживания состоит из нескольких линеек.
4 научно-исследовательских центра и собственный испытательный полигон позволяют регулярно внедрять новые технологии в массовое производство с целью обеспечить максимальную надежность и долговечность продукции KYB.
Сейчас KYB задает курс на «зеленые» технологии и активно работает над созданием и внедрением в эксплуатацию амортизаторов, безвредных для окружающей среды - Green Technological Dampers (GTD). В настоящее время существует три типа таких амортизаторов: с биодеградируемой жидкостью (Biodegradable Fluid Damper - BFD), альтернативный гидравлический амортизатор (Alternative Fluid Damper - AFD) и безмасляный амортизатор (Oil Free Damper - OFD). Как понятно из названия систем, ключевой акцент сделан на жидкостях. А в последнем случае и на полном отсутствии масла. Конечно, такой тип амортизатора не новинка - другие производители тоже предлагают газовые амортизаторы. Но остальные два типа можно рассмотреть подробней.
Например, в амортизаторах BFD с биодеградируемой жидкостью используется масло, поддающееся биохимическому распаду. Оно распадается на микроорганизмы на более чем 80%. В качестве первого шага компания KYB установила предсерийный экземпляр амортизатора с биодеградируемой жидкостью на автомобиль, который принимал участие в ралли Париж-Дакар в декабре 2008 г. Посредством участия в гонках компания KYB хотела протестировать текущее состояние технологии и готовность использовать ее для массового производства.
Другой тип - AFD альтернативный гидравлический амортизатор. В нем вместо масла применяется водорастворимая жидкостью в качестве воздействующей жидкости, объем используемого масла по сравнению с его объемом в традиционной продукции значительно сократился. Водорастворимые жидкости имеют отличную способность к биохимическому распаду и устойчивы в условиях изменения температуры.
«Зеленые» технологии от KYB: Безмасляный амортизатор (слева) и амортизатор с биодеградируемой жидкостью (справа).
Кто, с чем, куда?
Амортизаторы с системой CDC от Sachs сегодня можно найти не только в Ferrari и Maseratti. Теперь они широко представлены в автомобилях высшего класса - в лимузинах и внедорожниках с характеристиками лимузинов: VW Phaeton, Audi A8, VW Touareg, Porsche Cayenne - это лишь некоторые из них. Кроме того, эти системы продолжают свое победное шествие и в классе компактных автомобилей. В настоящее время они доступны для «заряженного» Opel Astra, опционально для VW Passat, а в будущем - и для автомобилей малого класса, в которых они будут устанавливаться только на заднюю ось. Это позволит не усложнять конструкцию задней подвески в погоне за ожиданиями комфорта и управляемости, но адаптировать ее простую балочную конструкцию под требования сегодняшнего дня. Многие изготовители наверняка последуют этому примеру.
Амортизаторы от Delphi с системой MRC применяются на Cadillac Seville и Chevrolet Corvette.
Клапаны системы FSD, чья лицензия принадлежит Koni, устанавливают, например, в амортизаторы Magneti Marelli для Fiat 500 tributo to Ferrari, на «заряженные» версии Alfa Romeo Mito.
Тенденции
По заверениям производителей, будущее амортизаторов за «электронными» технологиями и решениями «внутри» амортизатора. И чем дальше, тем доля электроники будет только расти. Мировая тенденция наглядно демонстрирует популярность небольших городских автомобилей. Производители стремятся создавать «маленькие» автомобили, которые по комфорту не уступали бы своим крупным собратьям. Мало того, рынок заставляет создавать экономичные автомобили, а эта составляющая также зависит и от настроек подвески, которые не в последнюю очередь определяются амортизаторами.
Лидеры рынка Украины
Сегодня в мировом производстве амортизаторов - три безусловных лидера: KYB, концерн ZF (марки Sachs и Boge) и Tenneco Automotive (Monroe). В Украине львиную долю рынка контролируют KYB и ZF.
KYB ежегодно производит более 75 млн. амортизаторов и поставляет свою продукцию на конвейеры Toyota, GM, Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Infiniti, Chrysler, Subaru и Lexus. Несмотря на японское происхождение, амортизаторы KYB являются оригинальными также и для многих европейских автомобилей, таких как Renault, Peugeot, Citroen, BMW, Mercedes-Benz, VW group и многих других. Ассортимент у этого производителя на сегодня самый широкий и покрытие составляет 99% современного автопарка. Отличительная особенность KYB - амортизаторы и для конвейера, и для вторичного рынка выпускаются на одних и тех же линиях по одним и тем же критериям качества.
Концерн ZF уже более ста лет производит амортизаторы не только на конвейеры практически всех крупных автопроизводителей по всему миру, но и для вторичного рынка автозапчастей. Годовое производство амортизаторов Sachs cоставляет около 57 млн. штук. Являясь ведущим производителем амортизаторов в мире, концерн стремится максимально быстро реагировать на появление новых моделей автомобилей, поэтому ассортимент продукции всегда стремится в полному покрытию современного автопарка. Различия в качестве продукции на конвейер и в aftermarket отсутствуют.
Сегодня в мировом производстве амортизаторов - три безусловных лидера: KYB, концерн ZF (марки Sachs и Boge) и Tenneco Automotive (Monroe). В Украине львиную долю рынка контролируют KYB и ZF.
KYB ежегодно производит более 75 млн. амортизаторов и поставляет свою продукцию на конвейеры Toyota, GM, Honda, Mazda, Mitsubishi, Nissan, Infiniti, Chrysler, Subaru и Lexus. Несмотря на японское происхождение, амортизаторы KYB являются оригинальными также и для многих европейских автомобилей, таких как Renault, Peugeot, Citroen, BMW, Mercedes-Benz, VW group и многих других. Ассортимент у этого производителя на сегодня самый широкий и покрытие составляет 99% современного автопарка. Отличительная особенность KYB - амортизаторы и для конвейера, и для вторичного рынка выпускаются на одних и тех же линиях по одним и тем же критериям качества.
Концерн ZF уже более ста лет производит амортизаторы не только на конвейеры практически всех крупных автопроизводителей по всему миру, но и для вторичного рынка автозапчастей. Годовое производство амортизаторов Sachs cоставляет около 57 млн. штук. Являясь ведущим производителем амортизаторов в мире, концерн стремится максимально быстро реагировать на появление новых моделей автомобилей, поэтому ассортимент продукции всегда стремится в полному покрытию современного автопарка. Различия в качестве продукции на конвейер и в aftermarket отсутствуют.
Подготовил Иван Терентьев, журнал autoExpert №11-12 2012.
