Активная подвеска
За последнее десятилетие, по мнению английского журнале «Отокар энд мотор», так называемая активная подвеска колес явилась самым радикальным и полезным новшеством в автомобилестроении. Пока она применяется на гоночных автомобилях формулы 1, но...
Наименование «активная» эта система получила потому, что она самостоятельно изменяет свои параметры в процессе тренировок или гонок применительно к характеру трассы с помощью бортового компьютера.
Первой начала работать в этом направлении фирма «Лотос» (1981—1982 гг.). Под руководством Питера Райта была создана подвеска, которая пропорционально ходу колеса становилась все более жесткой. Для этого использовался гидроэлемент, действовавший по мере растяжения или сжатия именно как пружина переменной жесткости, характер работы которого жестко задается компьютером, а точнее, заложенной в него программой. Компьютер, расположенный под сиденьем гонщика, постоянно изменяет параметры подвески. Его командные сигналы управляют работой насоса, который нагнетает жидкость к гидравлическим элементам, расположенным не каждом колесе. А формирует эти сигналы компьютер на основе той информации, которую ему постоянно сообщают датчики, акселерометры и потенциометры, расположенные по всей машине. Они регистрируют скорость машины, боковые и продольные ускорения при поворотах, разгонах, торможениях и другие данные.
Время между поступлением информации и выдачей команды сокращается по мере совершенствования электроники и прогресса в технологии изготовления гидравлических систем высокого давления, в частности гидроклапанов. Теперь уже ставится вопрос об использовании лазерных датчиков — они смогут заблаговременно выявлять неровности дороги, и тогда командные сигналы станут поступать заранее, а не в момент контакта переднего колеса с препятствием. Такие работы ведутся, и не только «Лотосом».
Райт сравнивает активную подвеску с мускулами человека. Если система из стальных пружин и амортизаторов осаживается под нагрузкой, то мускулатура просто твердеет. Попробуйте поднимите на плечи любую посильную тяжесть. Ваш рост совсем не изменится. Главное состоит а том, чтобы научить мозг опознавать эту нагрузку и сообщать о ней мускулам — в нашем случае активным гидроэлементам, чтобы они отреагировали должным образом.
Колин Чэпмен, главный конструктор фирмы «Лотос», дал добро на разработку новой системы в 1983 году. Терять время было никак нельзя — в формуле 1 все стремительно меняется. И уже через шесть месяцев первая экспериментальная активная подвеске без пружин с гидроэлементами была испытана на легковом «Лотосе-эспри». В том же году Чэпмен вознамерился применить ее и на гоночном «Лотосе-92». Подвеской управлял аналого-цифровой компьютер, имевший больше возможностей, чем его предшественник на «Лотосе-эспри». Конструкция, однако, получилась тяжелой, сырой и ненадежной. В то же время первые выступления на этапах чемпионата мира в Бразилии и США подтвердили работоспособность системы, которая не только успешно функционировала на скоростям примерно 300 км/ч, но и справлялась на поворотах с нагрузками от боковых ускорений около Зg.
Следующая конструкция, которую оснастили уже цифровым компьютером с большей скоростью и точностью выполнения операций, была свободна от детских болезней первых двух вариантов. Ее ставили на «Лотос-99Т» и «Лотос-100Т». Любопытная деталь: в независимой подвеске этих машин параллельно активной системе работали для подстраховки обычные пружины (лишь на случай выхода из строя электроники).
Сердце всей системы, примененной на «Лотосе-99Т», это приводимый от одного из распределительных валов гидравлический насос, который под давлением подает жидкость к гидроэлементам. Из пяти прецизионных гидроклапанов «Муг» изменяемой пропускной способности один подсоединяется к насосу, а четыре обслуживают упругие элементы колес. Выполняя роль интерфейса между электроникой и гидравликой, клапаны по команде компьютера изменяют жесткость гидроэлемента. Гидравлический аккумулятор поддерживает давление в системе на крутых поворотах, когда обороты двигателя резко падают. Он соединен трубками высокого давления с гидравлическими упругими элементами каждого колеса.
Несколько слов о компьютерной системе. Когда гоночный автомобиль останавливается в сервисно-ремонтных боксах, бортовой компьютер подключают к стационарному, более мощному- электронному устройству. С его помощью инженеры могут изменить программу, задать иные значения для множестве параметров, от которых зависит поведение автомобиля на трассе. Можно задать программу, заставляющую даже машину крениться на поворотах внутрь или поднимать нос при самых резких торможениях.
Потенциальные возможности новой системы подвески настолько велики, что успехи, достигнутые за последнее время, можно расценить как очень скромные. По мнению Питера Варра, технического и спортивного директора «Лотоса», она еще не начала работать с полной отдачей.
А каковы минусы? «Сконцентрировав внимание на активной подвеске, — говорит Варр, — мы упустили из виду другие аспекты. Компьютеризованная система увеличила массу машины на 10—12 кг. Кроме того, гидравлический насос отбирает часть мощности двигателя и повышает расход горючего».
Исследования в области активной подвески вела в свое время и компания «Отомоутив Продактс» — она занималась системой типа «Ситроен». В 1985 году фирма «Вильямс», заручившись ее поддержкой, взялась за разработку активной подвески для свои, автомобилей формулы 1.
В этой подвеске гидравлический насос аналогичен установленному в «Лотосе», приводится также от двигателя и поддерживает постоянное давление в газожидкостном аккумуляторе. С колесами связаны гидравлические цилиндры — они выполняют роль пружин. Их гидроклапаны регулируют поток жидкости, которая определяет положение поршня в цилиндре. С поршнем связан реостат, передающий на компьютер сигналы о его движении. Компьютер программируется для выдачи команд на блок гидроклапанов. Последние подсоединены к шаровой емкости с газом, отделенным диафрагмой от жидкости, которая находится под давлением.
Вот мнение главного конструктора фирмы «Вильямс» Патрика Хеда: «Мы не ставили задачу добиться реакции подвески в момент, когда колесо проходит по какой-либо неровности. Необходимо было получить ответ после происшедшего толчка, когда поршень движется в цилиндре, играя роль пружины, которая растягивается или сжимается, чтобы сохранить постоянное расстояние между днищем кузова и дорожным покрытием. Мы лишь пытаемся регулировать дорожный просвет независимо от нагрузок на машину».
Пока «Лотос» действовал в направлении улучшения условий движения автомобиля и работы гонщика, инженеры «Вильямса» не витали в облаках. В их постановке вопроса скорость превалировала над комфортом. Однако их конструкцию можно отрегулировать так, чтобы оба эти фактора органически сочетались. Система «Вильямса» хотя и увеличивает массу автомобиля, поглощает всего лишь 5 л. с. мощности двигателя.
«Вильямсу» легче работать со своей подвеской — на машине меньше датчиков, и специалисты команды не захлебываются в потоке информации. Другими словами, активная система «Лотоса» слишком сложна даже для формулы 1.
Подвеска колес, управляемая компьютером, начала находить применение, правда, в несколько упрощенной форме, и на серийных легковых автомобилях (ЗР, 1987, № 1). Более того, корпорация «Дженерал Моторс» (США) проявила немалый интерес к подвеске «Лотос» и в 1991 году начинает комплектовать ею машины «Шевроле-ЗетР-1». Но первая серийная модель в мире с такой системой это «Ниссан-инфинити-К45», которая уже выпускается. Таким образом, недавние секреты «Лотоса» и «Вильямса» становятся достоянием многих тысяч автомобилистов.
Текст: М. Дьяков
