ZF. От простого к сложному

ZF Friedrichshafen в очередной раз познакомил мировую автомобильную прессу со своими достижениями

ZF Friedrichshafen в очередной раз познакомил мировую автомобильную прессу со своими достижениями

Аббревиатура ZF у большинства наших автомобилистов обычно ассоциируется с коробками передач и рулевыми механизмами. С «шестеренками», одним словом. И не удивительно: значительную часть автомобильных комплектующих входящий в первую мировую десятку производитель выпускает не под «титульным» брендом. А вот коробки ZF находят применение во всех видах наземного, водного и воздушного транспорта, спецтехнике, строительном и промышленном оборудовании и последнее время даже в ветроэнергетике. Поскольку «коробочной» темы мы касались совсем недавно, поговорим о «прочей» продукции концерна, «спрятанной» за известнейшими торговыми марками Sachs, Boge, Lemforder и относительно новой, приобретающей все большую популярность — ZF Parts. Во время прошедших во Фридрихсхафене и Швайнфурте пресс-мероприятий о ней рассказывали не меньше, чем о шестеренках.

«Технология шасси» — так инженеры ZF именуют все, связанное с подвеской. Разработки и производство условно делят на три уровня: от простого к сложному. На нижнем «этаже» — отдельные детали подвески, изготавливаемые литьем, ковкой, штамповкой и холодной вытяжкой (экструзией). Работа требует знания материаловедения и наличия соответствующих технологий. Но добавленная стоимость здесь невелика, и поставщик запчастей не может рассчитывать на высокую прибыль. У поставщика сборочных модулей (компонентов), таких, как рычаги, шаровые шарниры, тяги и стабилизаторы, дела могут идти удачнее, но и вложения должны быть больше. Изделия необходимо самостоятельно разрабатывать и испытывать. Нужны и дополнительные сборочные мощности. На вершине пирамиды разместились разработчики систем, интеграторы и поставщики системных модулей. Применительно к шасси их продукция — системы подвесок, подвески в сборе и т.н. «угловые модули», объединяющие все детали вблизи колеса в единую сборочную единицу. Системный подход требует исследований, моделирования и испытаний, эффективной логистики и четкой организации производственного процесса, зато дает самую высокую добавленную стоимость и соответствующую прибыль. В интересах заказчиков (и в своих собственных) ZF оперирует на всех трех уровнях, разумеется, тяготея к высшему.

Среди последних разработок инженеров концерна ― работающая на скручивание неразрезная задняя ось (подвеска на связанных рычагах) Multi Compliance Twist Beam Axle (МСТ). Ее основное отличие от известных аналогичных конструкций — в минимальном изменении углов схождения колес под нагрузкой. Виртуальная точка вращения принципиально новой опоры ступичного подшипника располагается так, что при любых положительных продольных и поперечных нагрузках обеспечивается положительное схождение колес.

В результате эластокинематические характеристики торсионной подвески сравнялись с теми, которые раньше удавалось получить только на многорычажной независимой подвеске. Это минимальный поворот колес под воздействием боковых сил, положительное схождение колес при торможении и оптимизированное изменение угла их схождения при попеременной амортизации. А сайлент-блоки, через которые опора ступичного подшипника крепится к рычагу, существенно улучшили виброизоляцию. Комфорт повысился, управляемость улучшилась, а вес, монтажные габариты, число деталей и цена снизились. Удивительно, но более простое и дешевое решение может найти применение прежде всего на спортивных и просто скоростных автомобилях. МСТ занимает положение между традиционным мостом с подвеской на связанных рычагах и мостом с независимой многорычажной подвеской.

Другая новая подвеска от ZF — это хорошо забытая старая, на однолистовой поперечной рессоре Suspension Concept with Wheel-guiding Transverse Composite Leaf Spring. Сама направляющая колесо рессора выполнена, как это сейчас принято, из композитного материала. В работе ей помогают обычные амортизаторные стойки с винтовыми пружинами и две пары штанг. Получилось просто и изящно, т. е. надежно и дешево. Такую задачу перед конструкторами и ставили: минимальная стоимость при сбалансированных управляемости и комфорте. Интеграция функций, т. е. выполнение некоторыми деталями нескольких задач одновременно, упростила конструкцию. Она же, вкупе с использованием новых материалов, позволила снизить вес. Простота подвески облегчила ее установку на автомобиле. Все упомянутые особенности дают новой разработке массу преимуществ как перед неразрезной осью со скручивающейся балкой, так и перед многорычажной подвеской.

Правда, возникают и некоторые сомнения. От популярной в свое время поперечной рессоры отказались из-за ее ненадежности: при ее поломке колесо отваливалось в сторону. Остается надеяться на прочность новых композитных материалов и страховку со стороны дополнительных продольных и поперечных штанг. Рессора размещена снизу, что очень удобно для организации внутреннего пространства (салона или багажника) автомобиля, но сводит к минимуму дорожный просвет. Для Европы это не страшно, а вот у нас, где ровный асфальт кончается сразу за кольцевой дорогой (при наличии оной, а при отсутствии — не начинается вовсе), могут возникнуть большие проблемы. Впрочем, новая подвеска — пока всего лишь концепт, который и должен вызывать вопросы.

Есть у ZF новые технические решения и для передней подвески. Например, объединив амортизаторную стойку с поворотным кулаком, изготовили единый модуль из углепластика. В нем предусмотрели место для запрес­совки подшипника оси привода и крепления для рулевой тяги, стабилизатора, тормозного механизма и т.п.

Получилась конструкция, вдвое меньшего веса, чем аналогичная из алюминиевого сплава, пригодная для использования в микро- и мини-автомобилях с сухой массой до 900 кг. Причем за счет максимально возможной интеграции функций удалось удержать стоимость композитной детали на уровне алюминиевого узла. Возможны варианты кон­струкции. В частности, пружины подвески из композита могут иметь ровный или переменный шаг, а амортизаторы — одно- или двухтрубную конструкцию.

Подвеска и рулевое управление — понятия неразделимые. Внедренная в задний мост система активного управления кинематикой АКС (Active Kinematics Control) поворачивает на небольшой угол задние колеса автомобиля. Алгоритм поворота — давно известный и достаточно широко используемый. В повороте колеса разных осей «смотрят» в разные стороны, при маневрах типа перестроения из ряда в ряд — в одну. В первом случае улучшается управляемость, во втором — курсовая устойчивость. Подруливание задними колесами помогает парковаться за счет смещения мгновенного центра поворота. Благодаря модульной философии разработок активатор, осуществляющий поворот колес задней оси, может быть с минимальными переделками использован в подвесках разного типа. АКС повысит комфорт многорычажной подвески либо «облагородит» дешевую подвеску при ее использовании в модификации более высокого уровня, чем базовая модель на той же платформе.

Электронное управление системами и агрегатами автомобиля уже ни у кого не вызывает удивления: современное транспортное средство постепенно превращается в компьютер на колесах. В ногу со временем идет и ZF.

Казалось бы, нет задачи проще, чем измерить расстояние между мостом и кузовом, что требуется для правильной работы пневмоподвески или корректировки регулировки света фар при изменении загрузки автомобиля. Существующие датчики (условно назовем их реостатно-рычажными) не слишком точны от рождения, к тому же страдают от износа шарниров и механических повреждений. Например, от летящего из-под колес гравия. Сенсорный модуль Lemforder, встроенный в шаровой шарнир верхнего рычага подвески, свободен от этих недостатков. Он намного точнее, что делает возможным любое его применение, включая активную подвеску. Уменьшается количество деталей, что упрощает сборку, а также снижает транспортные и складские расходы. Экономится целый килограмм веса автомобиля. Не требуется регулировка.

Но датчик — это мелочь по сравнению с системой непрерывного управления демпфированием CDC — Continuous Damping Control. CDC — «динамично думающее» устройство. Система автоматически координирует гашение вибрации между всеми четырьмя колесами и на каждом колесе в отдельности. Специальные датчики отслеживают ускорение кузова и каждого из колес. Блок управления за миллисекунды рассчитывает необходимые демпферные усилия и столь же быстро настраивает амортизаторы. Подвеска принимает во внимание водительский стиль управления, состояние дорожного полотна, скорость движения и цель применения (к примеру, приоритет комфорта или управляемости). Изменение характеристик амортизатора возможно как при его сжатии, так и при отбое. Основа CDC — «пропорциональный» клапан, проходное сечение которого и, соответственно, проходящий через него поток жидкости могут изменяться в широких пределах: от полностью открытого (мягкое демпфирование) до максимально суженого (жесткое демпфирование). Система позволяет довести до максимума обычно плохо совместимые параметры автомобиля — безопасность, комфорт и динамику. Управляемость улучшается даже в критических ситуациях. Оптимальное гашение колебаний колес повышает безопасность, снижая продольную и поперечную раскачку и подъем кузова. Подстройка характеристик подвески происходит непрерывно в режиме реального времени.

Схожих, правда, несколько худших, результатов можно добиться и без электроники. В амортизаторе SDC (Sensitive Damping Control — «Чувствительное управление демпфированием») установили два клапана. Тот, что на поршне, реагирует на небольшие колебания. Второй, установленный выше, включается в работу при значительных перемещениях штока. Таким образом, комфорт достигается не в ущерб безопасности. SDC обеспечивает оптимальный контакт колес с дорогой, защищает кузов автомобиля от вызванных дорожным покрытием высокочастотных колебаний. Система компенсирует повышенную жесткость низкопрофильных шин и шин повышенной мобильности (run-flat).

Можно было бы еще долго перечислять новые решения ZF в области систем подвесок и отдельных их компонентов. Будет возможность, вернемся к этой теме. А в завершение сегодняшнего разговора расскажем еще об одном, не совсем обычном проекте концерна. Если все, о чем говорилось ранее, воплощено в «грубом металле», то система openmatics, которую ZF разрабатывает в стратегическом альянсе с корпорацией Intel, носит прежде всего виртуальный характер.

Рынок автомобильных телеметрических услуг развивается чрезвычайно бурно. Сегодня реально прямо из конторы автобазы отследить маршруты движения и местоположение принадлежащего предприятию транспорта и даже посчитать, сколько топлива реально осталось в баках. Можно на ходу оплатить проезд по платной магистрали, а в случае неисправности вызвать службу поддержки. Список услуг можно продолжить. Одна беда: чуть ли не каждая услуга требует своей отдельной аппаратуры, антенн, каналов связи и, что немаловажно, отдельных договоров на обслуживание.

Система, над которой работают ZF и Intel, на первых порах предназначаемая прежде всего для маршрутных автобусов, призвана унифицировать и упорядочить информационные потоки. Все собранные в транспортном средстве данные, независимо от его марки, количества потребителей и прочих условий, передаются на единый веб-портал, где обрабатываются и откуда имеющие соответствующую авторизацию заинтересованные лица могут получить свою долю информации. Система openmatics создается как открытая, способная интегрировать будущие программные продукты сторонних разработчиков, что дает потребителю возможность получения большего количества услуг без покупки нового оборудования связи.

Системная платформа openmatics базируется на процессоре Atom от Intel.

Оборудование и интерфейсы адаптированы для всех современных и большинства перспективных видов телеметрических услуг. Аппаратный блок передает данные на портал в режиме реального времени через сети 3G, GPRS и WLAN.

Помимо предоставления своих чипов Atom Intel взял на себя разработку общей архитектуры системы, а ZF поделился опытом создания и эксплуатации собственной телеметрической системы, которая помогала спланировать обслуживание и диагностику автобусов с коробками передач ZF. Плюс своим ноу-хау в автомобильной трансмиссии, веб-порталом и бизнес-приложениями.

В этом году пройдут предварительные испытания системы, в будущем — начнется ее серийное производство.