Новинки от ZF. Подвеска автомобиля

«Пассажиры городских и пригородных маршрутов обычно едут на автобусе непродолжительное время. Тем не менее им тоже надо создать комфортные условия для поездки», – по всей видимости, именно так думали конструкторы компании ZF, разрабатывавшие независимую переднюю подвеску для низкопольных и двухэтажных автобусов.

Пневматическая подвеска с переменной жесткостью PDC, автоматически устанавливающая оптимальный уровень жесткости в зависимости от нагрузки

Это произошло не в 2005 году и даже не в 2004-м. Свою первую независимую переднюю подвеску ZF выпустила на рынок междугородных автобусов еще в 1992 году. С того времени утекло немало воды, а то, что компания производит сегодня, заслуживает тщательного рассмотрения.

Новейшая разработка компании ZF – независимая передняя подвеска (IFS) RL75EC. С начала серийного производства RL75EC в конце 2003 года в ассортименте ZF появилась еще и компактная модульная конструкция независимой передней подвески на двух поперечных рычагах, преимущества которой, несомненно, оценят и водители, и пассажиры. В условиях городского движения она обеспечивает автобусу оптимальную маневренность – большой угол поворота управляемого колеса: 56° при упоре в задний ограничитель и 46° при упоре в передний ограничитель.

Конструкция новой подвески дает сразу несколько преимуществ по сравнению с предыдущими разработками: более плавный ход автобуса; улучшенную управляемость благодаря снижению неподрессоренной массы, увеличенный вертикальный ход подвески, увеличенную жесткость, противодействующую поперечным колебаниям кузова. Последнее особенно важно.

Независимая передняя подвеска RL75EC от ZF для городских и пригородных автобусов

Уменьшение угла наклона кузова в поперечном направлении при движении в поворотах улучшает маневренность и управляемость автобуса, особенно двухэтажных моделей и других модификаций с тяжелой верхней частью кузова (например, автобусов, работающих на газовом топливе, у которых топливные баллоны расположены на крыше). Благодаря преимуществам новой подвески удалось увеличить ширину центрального прохода между сиденьями по сравнению с предыдущими моделями автобусов с независимой передней подвеской. В автобусе, оснащенном передней подвеской RL75EC, ширина центрального прохода составляет 900 мм, что соответствует требованиям некоторых транспортных ассоциаций Европы по обеспечению удобных условий для поездки инвалидов.

Большой вертикальный ход подвески, снижение неподрессоренной массы и независимая подвеска колес делают ход автобуса плавным и более безопасным. Благодаря использованию независимой передней подвески диаметр поворота по наружному колесу уменьшается примерно на метр, т. е. автобус становится более маневренным – весомое преимущество на узких центральных улицах городов, заполненных транспортом. И еще очень важный фактор: высокая жесткость подвески RL75EC, противодействующая поперечным колебаниям кузова, позволила исключить из конструкции стабилизатор поперечной устойчивости.

Основными узлами независимой передней подвески, кроме ступиц колес, являются поперечные рычаги и стойки. В конструкции RL75EC есть два поперечных А-образных рычага, соединяющих колесо с кузовом; они распределяют усилия, передающиеся на шарниры. Шарниры изолируют кузов автобуса от толчков и вибраций, возникающих при движении колеса. От длины поперечного рычага и его расположения в конструкции зависят кинематические характеристики подвески, а следовательно, ходовые качества автобуса.

Стойка – один из главных узлов в конструкции RL75EC. Она опирается на поперечный А-образный рычаг и обеспечивает кинематику подвески при наезде на неровности дороги и при обратном ходе. Стойка состоит из пневморессоры и амортизатора; она создает реактивные силы, противодействующие вертикальным усилиям, действующим на колесо. Поворотный кулак автобуса в отличие от передней независимой подвески легкового автомобиля движется на шкворне, опираясь на роликовые подшипники низкого трения, а усилия, действующие на колесо и возникающие при наезде на неровности дороги, эффективно демпфируются и не передаются на рулевой механизм. Таким образом, обеспечивается точность рулевого управления, увеличивается устойчивость автобуса, более четким становится возврат колес в положение прямолинейного движения.

«От узла к системе»

ZF применила эту концепцию к компоновке задней оси грузового автомобиля. В настоящее время компания поставляет автомобилестроителям отдельные продольные рычаги и вильчатые поперечные рычаги подвески. В будущем станут поставлять комплектные узлы. В результате уменьшается объем сборочных работ. Кроме того, эта концептуальная разработка позволяет сделать конструкцию более компактной и легкой.

Главным элементом в этой конструкции подвески пневмобаллонного типа является продольный рычаг, который фиксирует ось в продольном направлении и воспринимает вертикальные нагрузки на ось. Таким образом, сделан первый шаг к созданию комплектной подвески задней оси. В деле доводки и создания конкретных конструкций на основе этой концепции ZF сотрудничает с несколькими производителями коммерческих автомобилей.

Благодаря меньшему количеству узлов и деталей (нет соединительных деталей стабилизатора поперечной устойчивости, всего две пневморессоры, нет отдельных кронштейнов пневморессор) задняя подвеска новой конструкции более компактная и легкая, чем предыдущая. Снижение массы имеет особенно большое значение, поскольку величина неподрессоренной массы существенно влияет на управляемость. Фирмы, осуществляющие грузовые автоперевозки, также заинтересованы в снижении массы автомобиля, ведь при этом увеличивается его грузоподъемность. Потребители особенно ценят преимущества, связанные с уменьшением объема сборочных работ, ведь это влияет на стоимость изделия и количество логистических операций.

В этой концептуальной конструкции есть важная особенность – подрамник подвески ранее был кованой деталью, а теперь изготавливается способом литья, благодаря чему снизилась его масса.

Значительные преимущества независимой подвески RL75EC подтвердили ходовые испытания экспериментального автобуса. В конце 2003 года голландская компания VDL Bus International начала серийное производство низкопольных автобусов, оснащенных независимой передней подвеской. Буквально через пару месяцев к установке такой подвески приступила компания Solaris Bus & Coach, а за ней – и другие производители автобусов.

Бесконечная посадка-высадка большого числа пассажиров, изменение числа пассажиров в салоне в течение дня создают очень большие нагрузки на амортизаторы городских автобусов. Изящно и рентабельно устранить противоречия между жесткостью и мягкостью позволяет система управления переменной жесткостью пневматической подвески PDC компании ZF Sachs. Пневмоподвеска с переменной жесткостью разработана ZF специально для передних осей городских автобусов с независимой подвеской.

Проблема всех создателей амортизаторов обычной конструкции – найти компромисс между безопасностью движения транспортного средства и плавностью хода в условиях постоянно меняющейся нагрузки в городском автобусе. ZF Sachs разработала систему управления переменной жесткостью, которая идеально подходит для пневмоподвески, автоматически устанавливая оптимальную жесткость подвески в зависимости от нагрузки.

Новый литой подрамник подвески

Его компания ZF представила еще в 2002 году. С сентября 2003 года усовершенствованный подрамник устанавливают на большегрузные автомобили TG-A компании MAN. Сохранив все преимущества кованой детали, литой вариант стал дешевле и легче – его масса уменьшилась на 28% по сравнению с кованым вариантом. Литейное оборудование стоит дешевле, а потому появляется возможность выпускать детали в разных вариантах. Рентабельным может быть производство меньшего количества деталей, а разработка индивидуальных конструкций по заказам клиентов становится проще и дешевле. Таким образом, появилась возможность использовать эти детали на других транспортных средствах, например автобусах.

Благодаря этому ход автобуса становится плавным и комфортным, а его устойчивость и управляемость нисколько не ухудшаются. Транспортные компании, эксплуатирующие городские автобусы, по достоинству оценили преимущества пневмоподвески ZF Sachs с переменной жесткостью. Благодаря уменьшению жесткости демпфирования, когда автобус движется без нагрузки или с частичной нагрузкой, снижается воздействие на каркас и кузов автобуса, а следовательно, их износ, т. е., учитывая удлиняющийся период эксплуатации транспортного средства, расходы на эксплуатацию автобусов могут снижаться. Еще один «побочный» положительный эффект – при использовании такой системы меньше разрушаются дороги, следовательно, требуется меньше средств на их ремонт.

Поскольку систему управления жесткостью подвески не надо подключать к электронной системе управления автобуса, установить ее довольно легко. Давление в пневморессорах используется в качестве управляющего сигнала. Воздух, поступающий из пневморессоры к выходному клапану амортизатора, изменяет жесткость демпфирования бесступенчато в зависимости от статического давления воздуха. Система PDC заметно уменьшает крен кузова при движении автобуса в поворотах и радиус поворота. Все это дополнительно улучшает комфортность хода и повышает безопасность движения современных городских автобусов.

На основе опыта, полученного при эксплуатации независимой передней подвески (IFS) на городских и туристических автобусах, ZF разработала подобную систему для тяжелых грузовиков. По сравнению с неразрезным мостом при такой конструкции ход автомобиля становится мягче, улучшается управляемость, уменьшается радиус поворота. Производители автомобилей особенно оценили значительные преимущества, которые дает комплексное техническое решение: изготовленный ZF Sachs узел пневморессора–амортизатор и первая в мире система управления ZF Servoline, механизм рулевого управления типа шестерня–рейка.

Многие годы специалисты спорят о возможности использования на грузовых автомобилях независимой подвески. Тем не менее в последнее десятилетие на малотоннажных коммерческих автомобилях независимую подвеску применяют все чаще, в том числе на междугородных автобусах. Главное преимущество независимой передней подвески по сравнению с неразрезным мостом – уменьшение неподрессоренной массы. Более легкое шасси проще преодолевает неровности дороги.

Таким образом, ход автомобиля становится мягче, а разрушающее воздействие автомобиля на дорогу снижается. Последний аспект приобретает все более важное значение, поскольку готовятся законы, стимулирующие применение таких конструкций автомобильных осей, которые оказывают меньшее воздействие на дорожное покрытие. Более того, снижение неподрессоренных масс улучшает управляемость и безопасность движения.

В 2004 году ZF представила концептуальную разработку для большегрузных автомобилей – конструкцию независимой передней подвески IFS с двумя поперечными рычагами (она называется SLA). Ее кинематика и пространственная компоновка учитывают наличие лонжеронов рамы грузовика и оборудования, размещенного на раме, т. е. двигателя и трансмиссии. Грузовые автомобили, оборудованные независимой передней подвеской ZF, имеют обычные шкворни поворотных кулаков, стойки и узлы пневморессора–амортизатор. Благодаря использованию этих узлов характеристики рессор и амортизаторов прекрасно сочетаются, масса оси снижается, а управляемость автомобиля улучшается.

Совершенно новым элементом в концептуальной конструкции IFS является рулевой механизм ZF Servoline шестерня–рейка с усилителем. Эта модульная конструкция предназначена для среднетоннажных и большегрузных автомобилей. В соответствии с требованиями кинематики независимой подвески механические и гидравлические узлы в конструкции расположены параллельно. Благодаря такой концепции рулевой механизм стал соответствовать требованиям «управляемости в экстремальных условиях» (ECE R79), предъявляемым к системам с одноконтурным гидроусилителем.

В новой конструкции удалось отказаться от тяг, она стала легче, и освободилось много места в левой передней части автомобиля, возле рамы. Эта особенность позволяет увеличить размеры радиатора, а это очень важно для приведения автомобилей в соответствие с будущими нормами Euro 4 и Euro 5. Более того, в конструкцию рулевого управления шестерня–рейка заложена возможность дальнейшего усовершенствования (активное либо электрическое управление).

От комплексного технического решения конструкции независимой передней подвески IFS ожидают целый ряд преимуществ, прежде всего улучшения плавности и комфортности хода, снижения разрушающего действия автомобиля на дорожные покрытия и повышения безопасности движения. В наиболее распространенном случае передний стабилизатор поперечной устойчивости становится лишним. Благодаря отказу от балки моста ненужным будет пространство для вертикального хода этой балки при движении по ухабам, поэтому двигатель и трансмиссию можно расположить ниже (в зависимости от типа и конфигурации автомобиля), следовательно, вход в автомобиль становится ниже и проще, что особенно важно для развозных автомобилей. Более того, независимая подвеска колес позволяет увеличить угол поворота управляемых колес, благодаря чему радиус поворота уменьшается.