Упругие элементы подвески. Держать удар!

Мы уже говорили о подвесках, точнее, об их направляющем аппарате и об амортизаторах. Не меньшую (а в сравнении с демпфирующими компонентами, возможно, даже большую) работу за все время существования автомобиля проводили инженеры для того, чтобы получить оптимальный упругий элемент. То, что должно воспринимать вертикальные силы, возникающие при проезде колесами неровностей; гасить толчки и удары; снижать величину колебаний салона, обеспечивая сидящим внутри комфорт. Ведутся подобные работы и в наше время. Причем по двум направлениям. С одной стороны, речь о подборе наилучших характеристик. С другой — выбор идет по компоновочным соображениям. А что делать обычному автовладельцу, когда рессоры, пружины или тем более пневмоподушки его машины растеряли свои качества?

Железом единым

Что было первым упругим элементом? Несомненно, рессоры. Когда были изобретены? Само собой, не в эпоху развития автомобиля — ему достались по наследству. От кого, о том история темная, во всяком случае, не светлее соответствующей эпохи средневековья. Именно с упоминанием на этот период в интернете всплывает имя некого Виллара де Оннекура, который в середине XIII века якобы изобрел рессоры. Впрочем, считается, что нечто подобное было в поздней Римской империи и в государствах древнего Китая. И все-таки первые ссылки на полноценный эллиптический элемент относятся к XVIII-XIX векам.

Рессоры были всем хороши, выполняя фактически сразу три функции. Играли роль направляющего аппарата, то есть рычагов подвески. Собственно, упругих элементов и вдобавок демпфирующих — гася возникающие колебания трением листов друг о друга и переводя, таким образом, кинетическую энергию в тепловую.

Иной раз производители первых автомобилей по поводу подвески не напрягались. Думается, что на некоторых конных экипажах ее тоже не было. А по части общего комфорта первые транспортные средства с ДВС явно недотягивали до лучших представителей вида «гужевых». Вот, к примеру, Peugeot 90-х годов XIX века. Слева модель Type 2 начала того десятилетия. Рессоры есть лишь сзади. У Type 5 1894 года (в центре) спереди их также нет. Но на той же модели 1895-го или 1896-го рама уже выполнена таким образом, чтобы на ней могли размещаться передние точки крепления передних пакетов

Как известно, рессоры могли и располагаться по-разному, и иметь различную конструкцию.

Одна поперечная рессора на пару колес — это экономия металла и на листах, и на раме, к тому же позволяющая максимально растянуть колесную базу без роста длины всего кузова. Минус лишь один, зато весомый — при таком расположении рессоры лишаются одного из своих качеств. Перестают играть роль тяг-рычагов

За 3-4 десятилетия активного использования рессоры постоянно менялись. Сначала были эллиптическими, как у Buick Model C Touring 1905 года (слева). Могли быть кантилеверными — подобно тем, что использовались на нашей «полуторке» (в центре). А справа представлен, похоже, весь ассортимент возможных видов рессор и их расположения

В какой-то момент рессоры остались уделом лишь мостовых внедорожников, пикапов и… Chevrolet Corvette с рядом других «американцев». На последних они применялись по компоновочным соображениям — ради снижения общей высоты задней подвески.

На Corvette 60–80-х годов рессоры были стальными (слева). В наше время купе получило композитную однолистовую рессору, выполняющую еще и функцию стабилизатора поперечной устойчивости (в центре). Справа задняя подвеска нового Volvo XC90, где используется аналогичный узел

От рессор массово отказались, исходя из тех же принципов, что применяли на Corvette — из компоновочных. Просто они уже не вписывались в совершенные в сравнении с зависимыми схемы подвесок — двух- и многорычажную, McPherson. Правда, пружины появились гораздо раньше, чем эти распространенные теперь конструкции.

Brush Runabout 1910–13 гг. (слева), судя по всему, был первым автомобилем, на котором спереди и сзади использовали пружины. В центре Ford T Open Express 1921-22 гг., справа Ford T Fordor Sedan 1923–24 гг. На этих автомобилях пружины применялись спереди, причем вместе с поперечной рессорой

Что же дали пружины? Экономию пространства и массы, ресурс побольше, а также возможность реализации переменной характеристики. Конкретно — жесткости. Делается это с помощью прутка переменного сечения и (или) благодаря не цилиндрической — бочкообразной форме пружины. Когда амплитуда сжатия небольшая, работают витки «помягче», назовем их так. А при больших ходах подвески в работу вступает та часть пружины, которая обеспечивает энергоемкость.

Параллельно с пружинами конструкторы трудились над другим упругим элементом — торсионами. Они представляют собой круглый или прямоугольный (набранный из пластин) пруток, с одной стороны закрепленный в силовой конструкции, с другой — в рычаге или другом направляющем элементе. Гашение вертикальных сил происходит скручиванием торсионов.

Есть основания полагать, что Leyland Eight 1920–23 гг. — кстати, первый британский автомобиль с рядной «восьмеркой» (объемом 6,9 и 7,3 л., мощностью 115 и 146 л. с.) — раньше других примерил на себя торсионы. Они были поперечными и работали вместе с полуэллиптическими рессорами

На каком-то этапе торсионы казались оптимальным выбором. Они обеспечивали хорошую плавность хода; занимали, в отличие от рессор и пружин, мало места по вертикали; могли нести большую нагрузку. Все эти обстоятельства в первую очередь оценили конструкторы гусеничной бронетехники — еще до начала Второй мировой. И продолжают оценивать до сих пор! Нельзя сказать, что к тому же не пришли автомобильные инженеры. Несколько десятков лет торсионы в той или иной степени пользовались популярностью у компаний в разных странах — в Америке, Германии, Франции, Италии, Японии, СССР.

Слева — танковая подвеска на поперечных торсионах и продольных рычагах. В центре конструкция Фердинанда Порше — по сути, тот же танковый узел, где по вертикали добавлен еще один торсион (заключенный в трубу и набранный из пластин). Впоследствии использовался на «Запорожцах». Справа — продольные торсионы в составе подвески с качающимися полуосями. Использовалась, например, на автомобилях малоизвестной сейчас французской марки Mathis

Продольные торсионы вместе с двумя поперечными рычагами применялись как минимум с 30-х годов, в частности на Citroen (слева). В центре — продольные рычаги и поперечные торсионы, которым отдавали предпочтение в Renault, начиная с 60-х годов. Бюджетный Renault 4 с такой подвеской в некоторых странах сняли с конвейера только в 90-х. Ее особенностью была разная колесная база справа и слева. Подвеску на фото справа имели некоторые японские внедорожники, например, Nissan Terrano

В 1955-56 годах Packard (на фото модель Caribbean Convertible Coupe) экспериментировал с продольными торсионами, являвшимися упругими элементами передней и задней подвесок. С помощью электродвигателей водитель прямо на ходу мог «закручивать» торсионы, меняя таким образом высоту кузова над дорогой

При всех означенных плюсах у торсионов имеются недостатки — с учетом силовой конструкции кузова оптимально сочетаться могут далеко не со всеми типами подвесок. Кроме того, они дороги, поскольку торсион — не просто качественная сталь определенной марки и термическая закалка с отпуском. Еще и механическая обработка деформацией прутков, повышающая рабочую нагрузку и ресурс. Вроде бы при производстве пружин тоже существует то и другое, во всяком случае, не просто штамповка, как, скажем, рычагов подвески. Однако так конструктивно, технологически и экономически сложилось, что пружины во всех отношениях оптимальнее и дешевле. И все же до наших дней торсионы дошли — в виде стабилизатора поперечной устойчивости. Прутка, работающего при разнонаправленных ходах правой и левой частей подвески и призванного снижать крены кузова. Кроме того, в облике П-образной балки — полузависимой подвески.

В полузависимой подвеске прутка-торсиона как такового нет. Да и упругие элементы — пружины. Вся суть в том, что П-образная балка обычно с U-образным сечением работает, то есть закручивается подобно торсиону, определяя некоторую свободу правому и левому колесам

Гидропневмо альтернатива

Пневмобаллоны в качестве упругих элементов, до сих пор считаются чем-то дорогим и на современных автомобилях обычно предлагаются в виде опций, известны еще с середины XIX века. Устанавливались на малом подвижном ж/д составе вроде конок. Якобы в начале XX столетия применялись уже на грузовых автомобилях. Правда, подтверждения тому найти не удалось. А если поразмыслить теоретически, то рельсы и обычная дорога далеко не одно и то же. Там, где есть удары в колеса, там существует и нагрузка на упругий элемент, в данном случае на ткань или резину баллона. При том что материалы тех лет, в частности, армирующие, не могли обеспечить достаточной надежности и ресурса. Хотя наверняка работы в этом направлении велись.

Похоже, американский Stout Scarab, разрабатывавшийся в 1932–35 гг., был одним из тех несерийных дебютантов, что имели вместо пружин пневмобаллоны

Первое упоминание о пневмоподвеске как о серийном продукте, правда, с приставкой «гидро», относится к 1955 году. Тогда появился Citroen Traction Avant.

Как многие уникальные автомобили, Traction Avant отличался сразу несколькими интересными моментами. Так, выпускался он с 1934 по 1957 гг. с перерывом на войну. Был одним из первых переднеприводных автомобилей. Имел несущий кузов и целую линейку моторов в составе рядных «четверок» и «шестерки» объемом от 1,3 до 2,9 л (рассматривался выпуск модификации с V8 и некоей автоматической трансмиссией). Рулевой редуктор уже использовался типа шестерня-рейка. На острие инженерной мысли была и подвеска. Сзади-то располагалась балочка, но спереди — «двухрычажка». Упругими элементами в обоих случаях работали продольные торсионы, а колебания гасили телескопические амортизаторы. Так вот, в 1955 году сзади у Traction Avant появились гидропневматические стойки, плюс насос высокого давления и резервуар жидкости под капотом. Обычно говорится о том, что делалось это для сохранения положения кузова при загрузке и для регулировки его высоты, но, видимо, с «гидропневмо» Citroen был еще и мягче на ходу

Свое развитие гидропневмоподвеска получила в Citroen DS — легендарной «богине». Впрочем, в ней система представляла собой нечто большее.

Citroen DS (1955-75 гг.) имел обширную гидросистему, объединявшую гидропривод полуавтоматического переключения передач (сама коробка была механической), усилитель рулевого управления, контуры тормозов и подвеску. Давление создавал насос, присутствовал гидроаккумулятор. Направляющим аппаратом подвески спереди выступали поперечные рычаги, сзади — продольные. Гидропневмостойка, заменявшая амортизатор с пружиной, представляла собой цилиндр и поршень внутри него, который прогонял жидкость через системы клапанов в расположенную вверху сферическую камеру. Последняя была разделена мембраной на две части. В нижней находилась жидкость, в верхней — азот под давлением. Поршень, связанный штоком с рычагами подвески при ее ходах перекачивал жидкость в нижнюю часть сферы, и она сжимала газ, в данном случае выполнявший функции упругого элемента. Помимо этого на стабилизаторах располагались гидрокорректоры, при загрузке кузова обеспечивавшие подкачку жидкости в гидропневмостойки. Кроме того, существовало пять фиксированных положений кузова

Любопытно, что синтетическая жидкость, применявшаяся в первые десять лет выпуска DS, была крайне агрессивной ко всему и гигроскопичной. Течи в системе являлись делом обычным. Хотя и позже, когда «синтетику» сменили на минеральную жидкость, система продолжала доставлять хлопоты. Тем не менее ситроеновцы продолжили развивать тему гидропневматики. Сейчас система, включающая в себя подвеску и рулевую рейку (от побочных гидроузлов начали отказываться еще в 60-х) и названная Hydractive, представлена в поколении III+.

Суть системы, как и ее функционал, принципиально не изменилась. Она лишь обросла электроникой, стала надежней (ходит до 150–200 тыс. км). Предлагается теперь не штатно — в конкретных, дорогих, модификациях

Возвращаясь к чистому «пневмо», скажем, что впервые в современной истории оно было использовано на Cadillac Eldorado.

Сadillac Eldorado (на фото версия Brougham) в 1957 году, очевидно, получил основные составляющие пневмоподвески. Баллоны вместо пружин, ресивер, компрессор и электрику, которая отслеживала положение кузова над дорогой. Причем речь шла не просто о загрузке салона/багажника — о регулировке в режиме реального времени, с учетом профиля дорожного покрытия

Вслед за Cadillac пневмоподвеску начали использовать некоторые другие американские производители, в частности Buick и American Motors. В 1960-м она перебралась за океан.

Все эти автомобили — слева направо Borgward P100 (1960 г.), Mercedes-Benz 300SE (1962 г.), Rolls-Royce Silver Shadow (1965 г.) — первыми в Европе оборудовали пневмоподвеской

Любопытно, что после этого на почти два десятилетия от «пневмо» отказались. Судя по всему, проблемы были те же — невозможность обеспечить достаточный ресурс (герметичность) пневмоподушкам. Возвращение относится к середине 80-х, и оно снова произошло в Америке. Правда, наиболее интенсивное применение пневмоподвесок началось в 90-х. Теперь же многие ведущие производители вернулись к использованию «пневмо».

Пневмоэлементы могут как представлять одно целое с амортизатором (так называемая пневмостойка), так и устанавливаться отдельно. В любом случае именно они, а точнее, материал их оболочки — плотная армированная резина — были камнем преткновения, который мешал освоить пневмоподвеску гораздо раньше

Всех дальше в плане прогресса упругих элементов пошел, пожалуй, Mercedes. В 1999 году немцы представили свою Active Body Control. А спустя 14 лет — Magic Body Control. В основе ее стойки с амортизаторами и пружинами (в первом случае амортизаторы обычные, во втором — электронно-управляемые) и гидроцилиндры, расположенные снаружи них. Плюс магистрали, клапаны, гидроаккумуляторы. Все это было сделано для того, чтобы системы могли поднимать или опускать кузов над каждым конкретным колесом. Различия между системами в том, что Magic Body Control оснащена видеокамерами, сканирующими дорогу впереди автомобиля. По сигналам от них блок управления превентивно готовит стойки к неровностям в зависимости от их размера.

Активная подвеска (устанавливается на седаны S-класса и крупные купе) с упругими элементами в виде пружин и гидроцилиндров не требует наличия стабилизаторов, поскольку при кренах выполняет их функции. Тем не менее от пневмоподвески в Mercedes не отказались — она мягче

«Управляемая гидравлика» использовалась не только в упругих элементах. Toyota более 10 лет на своих внедорожниках и ряде рынков предлагает систему KDSS — Kinetic Dynamic Suspension System. Она состоит из двух гидроцилиндров, заменяющих слева обычные стойки стабилизаторов, двух гидроаккумуляторов и соединяющих их магистралей. При кренах в обычных условиях цилиндры компенсируют наклон кузова относительно подвески, а гидроаккумуляторы сглаживают удары в колеса от мелких неровностей. На «пересеченке» ЭБУ KDSS видит рассогласованность ходов передней и задней подвесок и «распускает» цилиндры, что увеличивает артикуляцию

Вообще, «пневматика», вопреки логике, не всегда определяет плавность хода. Считается, что внедорожники и кроссоверы Lexus с ней жестче. Дабы не разочароваться в характеристиках шасси, стоит перед покупкой выпросить автомобиль с пневмоподвеской на тест-драйв. Безусловно, надо знать и о том, с чем придется столкнуться в процессе эксплуатации.

Покупать или ремонтировать?

С рессорами все понятно. В СССР на фоне тотального дефицита их проковывали, для чего требовалась наковальня, кувалда и некоторый опыт. Теперь это выбор совсем уж экономного автовладельца либо обладателя ретротехники. Для других, если говорить о джипах и пикапах (а на чем еще сейчас встретишь рессоры?), есть не просто оригинальные детали — тюнинговые, например, австралийские. От производителей с Зеленого континента есть и торсионы, которые, кстати, кустарным способом не восстановить.

Само собой, пружинам механической обработкой также не вернуть заводских характеристик. Благо едва ли не в любом регионе страны есть их выбор по производителям. Конечно, с национальной спецификой (на «европейцев» больше европейских, на «японцев» японских) и не с альтернативой на все модели. И все же выбор по массовым автомобилям существует. Что приобретать? Как и в случае с амортизаторами, оригинальные детали под брендами автокомпаний определят подвеске те характеристики, что были заложены в нее при создании. Пружины для вторичного рынка, пусть даже от тех фирм, что занимаются конвейерными поставками (Kilen, OBK, NHK), могут иметь иные характеристики. Тем более что чуть ли не каждая компания предлагает пружины стандартные, усиленные, с прогрессивными качествами.

Длина (или высота) пружины — лишь одна из ее характеристик. Есть еще переменная толщина прутка, бочкообразная форма, определяющая увеличение жесткости по мере сжатия. Наконец, бывают пружины с боковой нагрузкой — оказывающие боковое усилие на чашку амортизатора и таким образом компенсирующие изгиб его штока в составе подвески McPherson

По подделкам ситуация интересная. Китайские пружины как таковые встречаются, однако нельзя сказать, чтобы они массово мимикрировали под продукцию известных фирм. Тем не менее из разных регионов нет-нет да и приходят сообщения о том, что «установил, и какие-то витки прожались до контакта друг с другом» или «просели через 2000 км». Что это — контрафакт или несоблюдение технологии производства на «родных» предприятиях? Так или иначе, а создать пружины несложно, трудно в условиях кустарного производства добиться нужных характеристик, тем более когда такая задача не ставится. Еще один принципиальный момент — качество поддельной упаковки сейчас на всех продуктах высокое. Притом что внешне пружины достаточно простое изделие — ни сварных швов, ни зачастую логотипов. Обращать внимание тут можно лишь на качество покраски и ровность прутка, из которого навита пружина. Но, повторимся, засилья пружинного контрафакта на российском рынке не наблюдается.

Между прочим, «помогает» Китай и по части других упругих элементов — пневматических. Впрочем, по ним ситуация не укладывается в простое «снял-поставил». Обратимся в профильные сервисы.

Вадим Крючков

Руководитель СТО Airbarter
Cтаж по специальности более 5 лет

— У владельца автомобиля с пневмоподвеской есть три варианта восстановления ее работоспособности — покупка оригинальных комплектующих (пневмобаллонов или пневмостоек), обращение к китайской продукции либо ремонт имеющихся деталей. Первое крайне дорого. Для ряда автомобилей разных марок можно говорить о 40 000-50 000 руб. за пневмостойку. Но есть прямо-таки показательные исключения. К таковым относится Hyundai Equus. Его амортизаторы в сборе с пневмоэлементами стоят порядка 300 000 руб., и это за штуку.

С китайскими комплектующими, которые в разы дешевле, связываться себе дороже. В некоторых, я бы сказал, единичных случаях можно найти детали от альтернативных производителей не из китая. Цены, к сожалению, будут вряд ли ниже оригинала. Восстановление в этом смысле даже не золотая середина. Да, по части цены обычно можно говорить о двукратной экономии, хотя стойки для того же Equus мы отремонтируем за 50 000 руб., то есть в 6 раз дешевле. Дело даже не в этом — в том, что все производители автомобилей создают пневмоэлементы в расчете на тепличные условия. И эта тенденция усиливается. Если пневмоподвески автомобилей 90-х годов могли ходить по 20 лет, то сейчас втрое-вчетверо, даже впятеро меньше. Удивляешься порой иному Мерседесу какого-нибудь 1996 года, на котором стоят еще оригинальные стойки. И уже совсем не поражает «мерин» в возрасте пяти-семи лет, чей хозяин обратился с порванными пневмобаллонами.

По тому, можно ли разобрать все без исключения пневмостойки (слева) на гидравлическую составляющую и баллон (справа), мнения расходятся. Кто-то считает, что снять последнюю без повреждения не всегда возможно. Иные, что «все разбирается и восстанавливается». В любом случае выход из строя одной части узла влечет за собой некорректную работу другой

При этом нельзя сказать, что пневмоподвеска требует какого-то ухода или правил эксплуатации, чем-то отличающихся от таковых для обычных пружин-амортизаторов. Ведь гидравлическая часть у тех и других стоек схожа. Пневмобаллон же, располагайся он отдельно или на стойке, также может пострадать от сильного удара в колесо, от морозов либо агрессивных дорожных реагентов. Последнее — единственное принципиальное отличие «пневмо» от обычных подвесок (на некоторых моделях все-таки встречается защита). Отмечу сразу — отечественный материал на восстановленных баллонах имеет более широкий рабочий температурный диапазон, менее восприимчив к дорожной химии и способен по сравнению с оригинальными выдерживать вдвое большее давление (17–20 атм. против 10). Словом, сделан с учетом российских условий.

Остальные составляющие пневмосистем не столь подвержены внешним воздействиям. Исключение — провода, идущие от датчиков положения кузова, расположенных на стойках. Бывали случаи их обрыва. А сами датчики чаще выходят из строя от старости (в среднем порядка 4000 руб.), нежели от ударов по их корпусам. То же характерно и для компрессоров, создающих давление в системе. Правда, с одним условием — выход их из строя может значительно ускорить нарушившаяся герметичность системы. Какой-нибудь небольшой прокол или, скорее, прорыв резины баллона, из-за которого компрессор должен будет поддерживать давление в режиме «реального времени», работать постоянно. В таких условиях его износ дело времени – ближайшего. Часто так и бывает — владелец слышит работу компрессора и не придает этому значения. А обращается в сервис, когда агрегат уже надо менять. Цены на него разные — может быть и за 20 000 руб., и за 50 000. Иное дело сбои в электронике. Тут уж никак не застрахуешься, особенно в отношении европейских автомобилей, в частности немецких. Впрочем, все диагностируется и устраняется.

Датчики положения кузова — вне группы риска, однако на жестком грейдере и тем более бездорожье можно повредить и их. И все-таки раньше и чаще сдастся проводка

Добавим еще, что ресурс пневмоэлементов, будь они на стойке или находятся отдельно, напрямую зависит от того, есть ли снаружи них какая-нибудь защита. На моделях Audi, VW, Lexus или, скажем, Porsche Cayenne и Land Rover Discovery она присутствует. А, к примеру, на Mercedes Benz ML и GL или Range Rover ее нет. В таком случае новый баллон может приговорить всего лишь одна поездка по грейдеру с мелкими и острыми камешками. Достаточно крохотного пробития, чтобы разориться на новую стойку. Поэтому в качестве превентивной меры, продлевающей срок жизни деталям, в ряде сервисов предлагают защиту баллонов. Это дюралевые цилиндры, которые в случае с отдельно расположенными элементами стоят 1500 руб./шт., а при защите в составе стойки — 3000 руб.

На большинстве «немцев» (фото слева и в центре) пневмобаллон имеет защиту в виде алюминиевого цилиндра. Вещь нужная. Жаль, что на некоторых автомобилях (кроссоверы Mercedes, Range Rover), которым вовсе не противопоказаны загородные направления, ее нет. У Lexus (справа) защита представляет собой мягкую гофру, но со своей задачей тоже справляется

Как вариант — перевод автомобиля на обычные амортизаторы и пружины. Процедура тоже недешевая — к примеру, в случае с задними отдельными пневмобаллонами приходится вваривать чашки под пружины. Хватает работы и при наличии пневмостоек. К тому же в случае с «европейцами» нужно перепрошивать блоки управления для того, чтобы удалить все признаки наличия пневмосистемы (чего, кстати, не надо делать на Lexus). Иначе будут ошибки и работа в аварийном режиме. В итоге весь комплекс по адаптации обычной подвески вытягивает на 100 000 руб. Зато о возможных проблемах с «пневмо» можно забыть навсегда.