А ведь когда-то, еще на заре автомобилизма тогдашние «самобеглые коляски» перемещались в пространстве вообще без амортизаторов. Считалось, что трения между листами рессор вполне достаточно для того, чтобы гасить колебания кузова. Объяснялось подобное тем, что максимальная скорость тогдашних маломощных машин редко превышала 60 км/ч. На практике же, с учетом состояния тогдашних дорог, мало кто рисковал разогнаться даже до 40 км/ч.

Первые амортизаторы появились сначала на дорогих автомобилях высшего класса и тогдашних суперкарах, способных разогнаться до «безумных», по меркам последнего предвоенного 1913 года, 130 км/ч. Затем они стали обязательным атрибутом автобусов и грузовиков, перевозивших ценный и особенно опасный груз (например, боеприпасы). А с начала 30-х годов амортизаторы ставились практически на все легковые автомобили и большинство грузовиков. Перепробовав множество конструкций, среди которых были фрикционные, рычажные и даже резиновые амортизаторы, к концу 50-х автомобильные конструкторы окончательно остановились на телескопических гидравлических амортизаторах, которые с успехом применяют и до сих пор.

 

Какие бывают амортизаторы?

Амортизаторы можно разделить на три группы. Первая — «обычные». Сюда входят гидравлические (масляные), газо-масляные и газовые. Вторая — амортизаторы переменной жесткости. И, наконец, третья группа — это амортизаторы с компенсацией нагрузки.

 

Обычный гидравлический амортизатор устраняет колебания кузова при движении за счет перемещения рабочей жидкости поршнем амортизатора через специальные клапаны. Различают ход сжатия, когда шток с поршнем «входит» в цилиндр, и ход отдачи при обратном движении поршня. При этом в двухтрубных амортизаторах присутствует особая компенсационная емкость с воздухом (расположенная между трубами амортизатора), куда перетекает жидкость при работе. Отсюда и главный недостаток — аэрация, т. е. смешивание воздуха с маслом, что сразу же снижает производительность амортизатора. Решение проблемы — закачать вместо смеси кислорода с азотом чистый азот, что резко улучшает характеристики. Такие амортизаторы называются газо-масляными.

Устройство двухтрубного масляного амортизатора
Устройство двухтрубного масляного амортизатора:
1) верхняя проушина;
2) нижняя проушина; 3) сальники штока;
4) защитный кожух; 5) шток поршня;
6) компенсационная емкость с воздухом;
7) поршень с клапанами; 8) рабочий цилиндр;
9) рабочая полость; 10) корпус;
11) донный клапан

Более радикальное решение проблемы — это газовые однотрубные амортизаторы, которые, кроме всего прочего, еще и намного проще по устройству. Их особенность — клапаны, установленные прямо на поршне, и компенсационная камера, заполненная газом под давлением, отделенная вторым поршнем без штока. Такие амортизаторы имеют более стабильные характеристики, а автомобиль, оснащенный ими, лучше управляется, прежде всего за счет жесткости подвески.

Два варианта газовых амортизаторов:
Два варианта газовых амортизаторов:
слева — с диском-отражателем 7;
справа — с дополнительным поршнем 6;
1) газ под давлением; 2) прокладка;
3) щток; 4) поршень с клапанами;
5) рабочий цилиндр

Амортизаторы переменной жесткости, как следует из названия, позволяют сделать подвеску мягче или жестче. Различают модели с ручной регулировкой и автоматические со встроенными электромагнитными клапанами переменного сечения, через которые протекает жидкость. Первые появились еще в начале 30-х годов прошлого века на автомобилях Buick и Cadillac, вторые массово пошли в серию 80-х годах. Причем пионерами здесь были японцы из фирмы Kayaba, которые оснастили своими амортизаторами AAS автомобили Mazda 626 (1983 год) и Nissan 300ZX с системой ECVSA (1984 год). Европейцы же впервые применили электронно-управляемые амортизаторы EDC в 1987 году на BMW 7-й серии. В 2000-х годах появилась система CES от фирмы Tenneco (амортизаторы Monroe) и CDC (Continuous Damping Control) фирмы ZF Sachs AG (подробнее о системе читайте ниже, в разделе «Электронный оркестр»). Аналогичные технологии продвигают и другие фирмы.

 

А вот фирма Bilstein с осени 2012 года предлагает систему Bilstein B16 iRC с возможностью настройки амортизаторов через iPhone. При помощи бесплатного приложения водители смогут регулировать большинство параметров. Причем это можно будет делать прямо во время езды. С 2013 года комплекты подвески B16 iRC устанавливаются на VW Golf серии V, VI, VII, Audi A3, BMW 3-й или 5-й серии. Основные режимы для большинства пользователей Sport +, Auto и Comfort +, причем настройка для каждого клиента производится индивидуально. Можно выбирать величину крена автомобиля при продольном и поперечном ускорениях, время срабатывания в тех или иных условиях и т. д. Амортизаторы имеют обратную связь, показывая различные параметры в виде графика на экране iPhone. В случае чего можно, прямо как Windows на компьютере, откатить настройки обратно к заводским параметрам.

Новейшие амортизаторы BilsteinB16 iRC, параметры которыхможно настраивать через iPhone
Новейшие амортизаторы Bilstein B16 iRC,
параметры которых можно настраивать через iPhone

Несколько другое направление — это применение жидкости, способной изменять вязкость в электромагнитном поле (так называемая магнитно-реологическая жидкость). Магнитно-реологическая (МР) жидкость, используемая в демпферах, представляет собой суспензию намагниченных железных частиц в синтетической углеродной оболочке. Когда ток катушки выключен, жидкость МР не намагничивается, частицы железа рассеиваются в жидкости, и жидкость ведет себя, как обычно масло в обычном амортизаторе. Понятно, что чем выше вязкость жидкости, протекающей между кольцевыми электромагнитами, тем жестче подвеска, и наоборот.

 

Вязкость может меняться с умопомрачительной скоростью — 1000 раз в секунду. Впервые такие амортизаторы модели Delphi Magnetic Ride Control Shock были применены в 2002 году на автомобиле Cadillac STS. В настоящий момент данную технологию активно продвигают европейские производители. В частности, подобные амортизаторы можно встретить на немецких Audi и итальянских Ferrari.

 

Последняя группа — амортизаторы с компенсацией нагрузки, самая немногочисленная. А все потому, что подобные амортизаторы, автоматически выравнивающие заднюю часть автомобиля, нужны в основном тем, кто буксирует массивные прицепы. Ставят их только сзади, и в зависимости от конструкции их можно поделить на три разновидности.

 

Во-первых, это амортизаторы с механической пружиной, обычно выполненной из полиуретана.

 

Во-вторых, с дополнительной пневмоподушкой, воздух в которую подается небольшим электрическим компрессором. Первыми такие амортизаторы выпустила фирма Fichtel & Sachs. Система называлась Niveaulift . Из современных моделей стоит упомянуть Monroe Ride Leveller.

Амортизаторы Fichtel & Sachs Niveaulift убирают крен при буксировке тяжелых прицепов
Амортизаторы Fichtel & Sachs Niveaulift убирают крен при буксировке тяжелых прицепов

В-третьих, самовыравнивающие амортизаторы Boge Nivomat с гидропневматической «пружиной». Они оснащены встроенными прямо в корпус амортизатора компактным насосом, гидроаккумулятором и т. д. Насос приводится прямо штоком амортизатора. Подобные комбинированные «насос-амортизаторы» Boge модели Hydromat впервые были применены еще в конце 60-х годов прошлого века на автомобилях Mercedes-Benz 109-й серии.

Расположение амортизаторов Niveaulift на заднем мосту автомобиля
Расположение амортизаторов Niveaulift на заднем мосту автомобиля
Устройство амортизатораNiveaulift
Устройство амортизатора Niveaulift:
1) защитный кожух;
2) патрубок подвода воздуха от компрессора;
3) резиновая манжета;
4) обычный масляный амортизатор

 

Амортизаторы и АБС

Как показали сравнительные испытания, проведенные немецким Союзом работников технадзора (TUV), езда даже на наполовину изношенных амортизаторах может быть опасной. В качестве подопытного кролика был взят VW «Жук» 2000 года выпуска с двигателем рабочим объемом 2,0 литра, оснащенный АБС и системой стабилизации ESP. В первый раз автомобиль был оснащен амортизаторами с 50 %-м износом, во второй — новыми амортизаторами. 

 

Первая фаза испытаний — это объезд препятствия при экстренном торможении на скорости 80 км/ч. С изношенными амортизаторами тормозной путь увеличился на 6 метров! Кроме того, существенно ухудшилась управляемость. Что вполне объяснимо и понятно. Во-первых, изношенные амортизаторы сами по себе удлиняют тормозной путь. А во-вторых, они не дают нормально работать АБС и другим электронным помощникам. Это получается потому, что электронные системы рассчитаны на постоянный контакт колеса с дорогой. При этом они используют прерывистое торможение. При неисправных амортизаторах колеса периодически теряют контакт с дорогой, АБС тормозит колесо в воздухе. Естественно, что тормозной путь дополнительно увеличивается.

 

Вторая фаза испытаний — имитация двух последовательных выездов из ряда (маневр «змейка» между дорожными конусами) на неровной дороге. Автомобиль с изношенными амортизаторами потерял управляемость и сбил несколько конусов, разогнавшись до 62 км/ч. С новыми амортизаторами скорость повысилась до 64 км/ч. Кроме того, было установлено, что изношенные амортизаторы резко снижают эффективность работы ESP, внося опасные погрешности в работу датчиков, что может привести к аварии.

 

Электронный оркестр

Если уж амортизаторы так сильно влияют на работу АБС, то почему бы их не заставить работать вместе с АБС? Именно так рассуждали немецкие инженеры, проектирующие «интерактивную динамическую систему движения» — Interaktive Dynamishe System (IDS+). Система включает в себя, во-первых, всевозможные электронные помощники водителя: систему стабилизации ESP+ с интегрированной регулировкой силы тяги TC+, АБС с контролем торможения на повороте CBC (Cornering Brake Control). Во-вторых, в нее входит рулевое управление с электрогидравлическим усилителем. И третье, самое главное, — собственно амортизаторы с электронным управлением CDC.

 

В результате работы системы радикально улучшается управляемость, сокращается тормозной путь, и, что самое приятно, все это не в ущерб комфорту. Все за счет соединения в единую систему всех электронных компонентов, играющих теперь в одной команде. Если, например, проходя на высокой скорости поворот, автомобиль оказывается на грани срабатывания ESP, компьютер управления ходовой сначала регулирует жесткость амортизаторов индивидуально для каждого колеса. И тем самым улучшает устойчивость автомобиля. И после этого, в случае необходимости, начинает работать ESP, подтормаживающее соответствующие колеса. Что же касается сокращения тормозного пути, то это становится возможным благодаря согласованной работе ABS / ESP с амортизаторами. Теперь их жесткость оптимально соответствует каждой конкретной ситуации. 

 

Система CDC включает в себя собственно четыре амортизатора и шесть датчиков ускорения, сигналы от которых передаются электронному контролеру. При этом два датчика, размещенных непосредственно на амортизаторах, измеряют ускорение колес. Иными словами, они определяют наличие-отсутствие ухабов, ям и прочих отверстий в асфальте, требующих повышенной мягкости подвески. А три других сенсора занимаются измерением ускорения кузова. Шестой сигнал на компьютер поступает от датчика поворота переднего колеса, который передает свои данные системе ESP. Кроме того, компьютер CDC для лучшего гашения поперечных колебаний и регулировки жесткости амортизатора берет во внимание входные сигналы ABS / ESP. Например, величину рыскания, поперечное ускорение и угол поворота передних колес. А еще CDC умеет убирать «клевки» носом или кормой, которые возникают при резком нажатии на педали газа-тормоза. Обмен сигналами происходит через высокоскоростную шину CAN.

 

Сами по себе амортизаторы CDC ZF Sachs предлагаются в двух исполнениях: с внутренним и с наружным электромагнитным клапаном. Первый, установлен прямо в поршне и с компьютером соединяется жгутом проводов, пропущенных прямо через полый шток поршня. Во втором варианте, который применяется в Opel Astra, провода подходят к наружному клапану по деталям подвески. Обмотка клапана требует ток 1,8 А (для первой версии) или 1,6 А (для второй), что в пересчете на мощность, отбираемую у двигателя составляет всего лишь 15 Вт.

Амортизаторы ZF Sachs с электронным управлением жесткости системы CDC
Амортизаторы ZF Sachs с электронным управлением жесткости системы CDC

И в первом и во втором случаях регулировка осуществляется путем изменения силы тока модулятора. Блок управления каждые 2 миллисекунды определяет требуемый ток для активации клапана, регулирующего жесткость амортизатора. Для расчета величины тока берутся данные с пяти датчиков ускорения, с шины CAN, а также соответствующие данные с памяти компьютера.

Ходовая часть IDS Opel Astra, разработанная совместно с ZF Sachs
Ходовая часть IDS Opel Astra, разработанная совместно с ZF Sachs:
1. Датчики ускорения кузова. Они следят за вертикальными перемещениями кузова.
2. Переключатель на спортивный режим.
3. Электронный контролер давления в шинах.
4. Блок управления CDC. Рассчитывает в реальном времени необходимую жесткость (мягкость) амортизаторов и направляет соответствующие сигналы на управляющие клапаны CDC.
5. Датчики ускорения колес — измеряют вертикальные перемещения колес.
6. Управляющие клапаны CDC. Они регулируют жесткость амортизаторов.
7. Блок управления ESP. Он управляет всеми функциями ESP+.
8. Блок EHPS — регулирует электрогидравлический усилитель руля.
9. Датчик рыскания и ускорения. Измеряет перемещение автомобиля относительно вертикальной оси и поперечное ускорение.
10. Датчик поворота передних колес и шина CAN

Поэтому в случае какой-либо технической неполадки (к примеру, падение напряжение) система управления клапаном амортизатора отключается полностью. В результате последний начинает работать только в самом жестком (считай спортивном) режиме. На незначительные ошибки блок управления реагирует сужением диапазона «мягко-жестко», с явным смещением в пользу второго. При этом на панели приборов загорается соответствующая сигнальная лампа, извещающая водителя о неисправности.

Амортизатор автомобиля Dodge Dart (2014 год) с простой ручнойрегулировкой «мягко-жестко» (дополнительное оборудование)
Амортизатор автомобиля Dodge Dart (2014 год)
с простой ручной регулировкой «мягко-жестко» (дополнительное оборудование)

По схожему принципу работает и система контроля демпфирования и управления подвеской в реальном времени Bi-Statede Carbonот BWI Group.