Регулируемые подвески. Регулируемые и активные подвески содержание 1 Пневматические подвески
 Скачать 6.64 Mb.
|
|
РЕГУЛИРУЕМЫЕ И АКТИВНЫЕ ПОДВЕСКИ Содержание 1 Пневматические подвески …….................................................................. 3 1.1 Общее устройство пневмоподвески ..................................................... 7 1.1.1 Пневматические упругие элементы ............................................... 7 1.1.2 Модуль подачи воздуха ................................................................... 17 1.1.3 Бортовая пневмосистема ................................................................. 20 1.1.4 Электронная система управления ……………………………….. 23 1.2 Принцип работы пневматической подвески ....................................... 28 1.3 Особенности работы пневморессор в экстремальных условиях эксплуатации .......................................................................................... 34 1.4 Варианты установки пневмоэлементов в подвесках автомобилей .... 37 2 Гидропневматические подвески ………………………………………... 40 2.1 Пневмогидравлические упругие элементы ...………………........….. 40 2.2 Конструкция гидропневматической подвески ……………………… 46 2.3 Гидропневматическая система поддержания уровня кузова легкового автомобиля Nivomat ………………………………………. 58 2.3.1 Конструкция и принцип работы агрегата Nivomat ……...……… 59 2.3.2 Рабочие функции агрегата Nivomat ……………………………… 63 3 Адаптивные (активные) подвески ……………………………………… 66  3.1 Устройство адаптивных подвесок …………………………………… 66 3.1.1 Подвеска Agility Control легковых автомобилей Mercedes-Benz . 69 3.1.2 Подвеска PASM автомобилей Porsche …………………………… 71 3.1.3 Пневмоподвески с амортизаторами, имеющими пневматическое и электронное регулирование демпфирующих свойств ………... 74 3.1.3.1 Пневмоподвеска с амортизаторами, имеющими пневматическое регулирование демпфирующих свойств ….. 74 3.1.3.2 Пневмоподвеска с амортизаторами, имеющими электронное регулирование демпфирующих свойств …........ 78 3.1.4 Магнитореологические регулируемые амортизаторы …..……… 83 3.1.5 Адаптивная пневматическая подвеска автомобиля Audi Q7 …… 87 3.1.5.1 Элементы адаптивной пневмоподвески автомобиля ….…….. 87 3.1.5.2 Система регулирования дорожного просвета и демпфирующих свойств амортизаторов автомобиля ………. 91 3.1.6 Адаптивные подвески в конструкциях современных автомобилей ……………………………………………………….. 94 3.1.6.1 Гидравлическая система Active Body Control …….…………. 96 3.1.6.2 Адаптивная пневматическая подвеска Airmatic Dual Control 100 Литература ………………………………………………………..………….105 1 Пневматические подвески Пневматическая подвеска (пневмоподвеска) – вид подвески, обеспечивающий возможность поддержания и изменения высоты уровня пола, грузовой платформы (или рамы) и прицепного устройства относительно поверхности дороги либо дорожного просвета независимо от загрузки автомобиля за счет применения пневматических упругих элементов. Основными преимуществами пневматических подвесок являются: 1. Адаптивность. Пневмоподвеска обеспечивает широкий диапазон изменения её жесткости и возможность автоматического поддержания заданного уровня кузова (рамы) автомобиля относительно поверхности дороги или дорожного просвета при изменении нагрузки. В связи с тем, что давление воздуха в пневматических упругих элементах (далее – пневмоэлементы) регулируется в зависимости от нагрузки, жёсткость пневмоподвески изменяется пропорционально величине подрессоренной массы. В результате частота собственных колебаний кузова и, вследствие этого, комфортабельность автомобиля остаются практически неизменными вне зависимости от его загрузки. В отличие от рессор и пружин, пневмоэлементы имеют большую энергоемкость в основном рабочем диапазоне и при больших прогибах, и, следовательно, обеспечивают снижение амплитуды колебаний кузова и уменьшение количества энергии, поглощаемой амортизаторами. 2. Настраиваемость. Пневмоэлементы имеют прогрессивную характеристику – чем больше они сжимаются, тем их жесткость становится выше, что в значительной степени обеспечивает возможность требуемого настраивания пневмоподвески. Пневмоподвеска легко и быстро настраивается: - для движения по дорогам различного состояния. При движении по неровным (разбитым) дорогам снижение давления воздуха в пневматических упругих элементах способствует повышению комфортабельности движения (плавности хода) и средней скорости движения. При движении по автомагистралям повышение жёсткости подвески обеспечивает хорошую устойчивость при движении на поворотах и, кроме того, улучшает контакт колес с поверхностью дороги, что существенно повышает безопасность движения; - для обеспечения горизонтального положения автомобиля (автобуса) при любой степени его загрузки путем изменения давления воздуха в пнвмоэлементах (рисунки 1.1 и 1.2). Повышенная жесткость задней подвески и горизонтальное положение полностью гружёного автомобиля обеспечивают лучшую управляемость (за счёт уменьшения кренов и раскачивания) и безопасность движения. Не требуется изменения настраивания фар для правильного освещения и исключения ослепления водителей встречных транспортных средств;   Рисунок 1.1 – Настраивание пневмоподвески при неравномерной нагрузке по осям автомобиля   Рисунок 1.2 – Настраивание пневмоподвески при неравномерной нагрузке по сторонам автомобиля - для буксирования прицепов. Пневмоподвеска позволяет точно настроить положение буксирного прибора автомобиля при буксировании прицепа и, тем самым, снизить негативное влияние прицепа на устойчивость, управляемость и тормозные свойства автопоезда (рисунок 1.3). 3. Индивидуальность и простота управления. Наиболее эффективное свойство пневмоподвески – это возможность быстрого изменения высоты уровня пола автобуса, кузова легкового автомобиля или расположения рамы грузового автомобиля в допустимых технической характеристикой пределах. Регулированием с рабочего места водителя можно максимально снизить высоту расположения кузова (рамы), установить его в среднее (номинальное) положение или максимально поднять, например, для движения по неровным (разбитым) дорогам, преодоления участков бездорожья, то есть для изменения профильной (геометрической) проходимости автомобиля.   Рисунок 1.3 – Настраивание пневмоподвески при буксировании прицепа Раму грузового автомобиля можно быстро приподнимать или опускать, чтобы экономить время при смене полуприцепов или использовании сменных кузовов, а также, чтобы совмещать погрузочную высоту автомобиля с высотой погрузочной площадки. 4. Практичность. Статический и полный ход сжатия пневмоэлементов постоянен вне зависимости от нагрузки. Поэтому установка пневмоподвески способствует уменьшению габаритов колёсных ниш, обусловленных величиной свободного перемещения колёс, что благоприятно сказывается на общем использовании объёма кузова автомобиля. Кроме того, не изменяются углы установки колес и коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля. Пневмоподвеска позволяет более полно использовать грузоподъемность автомобиля (автопоезда), обеспечивая комфортабельность и безопасность движения. Её наличие способствует экономии расхода топлива, снижению изнашивания шин, затрат на техническое обслуживание и ремонт, а также значительному снижению негативных последствий эксплуатации автомобиля с нагрузкой, превышающей предельно допускаемую. Наличие пневмоподвески способствует снижению усталостных нагрузок её элементов. Пневмоэлементы имеют высокую долговечность (не менее 1 млн. км [3]), недостижимую для металлических (стальных) упругих элементов. При одинаковых размерах упругого элемента пневмоподвеска позволяет иметь высокую степень унификации для автомобилей разной грузоподъемности со значительной разницей в величине подрессоренных масс. Пневмоподвески современных легковых автомобилей, кроссоверов и классических внедорожных автомобилей имеют сложное электронное управление, которое обеспечивает не только постоянство уровня кузова или дорожного просвета, но и автоматическое изменение жёсткости отдельных пневмоэлементов. Это обеспечивает противодействие кренам автомобиля при движении на поворотах, опусканию его задней части при разгоне и её подъёму («клевкам») – при торможении, что в целом повышает комфортабельность и безопасность движения. Кроме того, автомобили с пневмоподвеской меньше (на 15…60 %) разрушают дорожное покрытие. В настоящее время пневмоподвески нашли широкое применение: - на автобусах, для которых задаются высокие требования к плавности хода и обеспечивается возможность поддержания и регулирования высоты уровня пола салона для обеспечения удобства посадки и высадки пассажиров; - на легковых (в том числе, внедорожных) автомобилях, для которых задаются высокие требования к плавности хода, безопасности движения и величине дорожного просвета; - на грузовых автомобилях и полуприцепах, у которых в процессе эксплуатации значительно изменяется масса подрессоренных частей и обеспечивается возможность регулирования высоты грузовой платформы (или рамы) для удобства погрузки и разгрузки грузов, а также прицепного устройства. 1.1 Общее устройство пневмоподвески Пневмоподвеска имеет следующее общее устройство и включает: - пневматические упругие элементы на каждое колесо; - модуль подачи воздуха; - бортовую пневмосистему; - электронную систему управления; - регулируемые амортизаторы (в адаптивной подвеске). Пневмоподвеска автомобиля может быть полностью или частично несущей (комбинированной). В полностью несущих пневмоподвесках действующие на колеса автомобиля вертикальные силы передаются на кузов только через пневмоэлементы. В частично несущих (см. рисунок 1.35) – наряду с пневмоэлементами применяются пружины или рессоры в сочетании с системами пневматического или гидравлического регулирования положения уровня кузова, и действующие на колеса автомобиля вертикальные силы передаются на кузов через пневмоэлементы лишь частично. Так, в подвеске автобуса ЛиАЗ-677 пневмоэлементы, которые устанавливались параллельно с рессорами, играли роль лишь воздушных демпферов и обеспечивали только автоматическое поддержание заданного уровня кузова. 1.1.1 Пневматические упругие элементы Пневмоэлементы выполняют основную функцию подвески – регулирование её жёсткости за счет изменения давления сжатого воздуха (или газа) и соответствующего ему объёма. При этом изменение нагрузки на пневмоэлементы (при загрузке или разгрузке автомобиля) компенсируется повышением или понижением давления сжатого воздуха в них, а жёсткость – объемом, в котором этот воздух находится. К преимуществам пневмоэлементов относятся обеспечение хорошей плавности хода, небольшая масса и возможность поддержания и изменения положения пола кузова, высоты грузовой платформы и прицепного устройства независимо от загрузки автомобиля (автобуса). Все регулируемые пневмоэлементы подразделяются на три основных типа: рукавные (поршневые пневморессоры) (рисунки 1.4, 1.5, в и г), баллонные(пневмобаллоны) (рисунок 1.9) и диафрагменные (рисунки 1.5, а и б). В пневмоподвесках легковых автомобилей применяют преимущественно рукавные пневмоэлементы, грузовых автомобилей и полуприцепов – рукавные и реже – баллонные и подвесках автобусов – рукавные, баллонные и реже – диафрагменные пневмоэлементы. В конструкциях пневморессор поршень крепится к направляющему элементу подвески и имеет возможность вертикального перемещения внутри воздушной полости резинокордной оболочки (манжеты). Манжета может обкатываться либо по поршню (рисунок 1.4), либо по внутренней стороне корпуса стойки (рисунок 1.5, в). Пневморессора может иметь встроенный амортизатор (рисунок 1.4, а). Упругий элемент, объединенный с амортизатором, имеет название пневматическая стойка (по аналогии с амортизаторной стойкой подвески Макферсон). Пневматическая стойка состоит из верхней крышки 1 корпуса стойки, манжеты 9 и поршня (нижней крышки корпуса) 7. Рабочий объём сжатого воздуха заключён в воздушной полости между манжетой и крышками корпуса стойки. Манжета, выполненная в виде рукава, прикреплена металлическими зажимными кольцами к верхней крышке 1 корпуса стойки с одной стороны, и к поршню 7, жёстко связанному с корпусом (или являющемуся корпусом) телескопического амортизатора, – с другой. При таком способе герметизации манжеты минимальное внутреннее давление воздуха в пневморессоре не ограничивается. При перемещении подвески манжета обкатывается по поршню. Манжета имеет прочный кордный каркас из полиамидной нити с наружным 6 защитным и внутренним 3 герметизирующим слоями, изготовленными из высококачественного маслостойкого эластомера (например, синтетического каучука) и обеспечивает надёжную работу при температурах окружающего воздуха от минус 40 до +70 0С. Каркас воспринимает усилия, возникающие благодаря внутреннему давлению в воздушной полости. Подвод сжатого воздуха в пневморессору осуществляется через штуцер (на рисунке не показан).   а) б) Рисунок 1.4 – Рукавные пневматические упругие элементы: а – пневматическая стойка (пневморессора со встроенным амортизатором): 1 – верхняя крышка корпуса; 2 – зажимное кольцо; 3 – внутренний слой; 4 и 5 – слои корда; 6 – наружный слой; 7 – поршень (стакан); 8 – направляющая штока амортизатора; 9 – манжета (резинокордная оболочка); б – пневморессора: 1 – манжета (резинокордная оболочка); 2 – резиновый буфер; 3 – верхний фланец; 4 – штуцер для подвода сжатого воздуха; 5 – поршень (стакан) Поршни (стаканы) делают штампованными или штампо-сварными, реже литыми. В некоторых конструкциях пневморессор для изменения характеристики упругости применяют пневмоаккумуляторы (дополнительные резервуары сжатого воздуха). Способ изменения давления сжатого воздуха влияет на характеристику пневморессоры. Для поддержания давления при утечке воздуха в пневморессоре устанавливаться клапан остаточного давления (как правило, на штуцере для подвода воздуха), который не позволяет снижаться давлению воздуха ниже допускаемого.     а) б) в) г) Рисунок 1.5 – Схемы пневматических упругих элементов: а и б – диафрагменных пневмоэлементов с направляющей и без направляющей, соответственно; в и г – рукавных (пневморессор) Преимуществом пневморессоры по сравнению с пневмобаллоном являются бóльшая гибкость, что создает удобства при компоновке пневмоподвески, а также обеспечение стабильной несущей способности в более широком диапазоне величин ходов подвески. Несущая способность пневмоэлемента – это сила R противодействия воспринимаемой вертикальной нагрузке. Она определяется избыточным давлением p и объёмом воздуха в пневмоэлементе, который зависит от его геометрических размеров. При одинаковой высоте пневмоэлементов объём воздуха определяется их эффективной (рабочей) площадью Sw, тогда R = p · Sw = p · π(dw)2 / 4 = p · π(rw)2. Радиус эффективного поперечного сечения rw пневмоэлемента (рисунок 1.6) равен расстоянию от его оси до центра кривизны свободно изогнутой части оболочки в каждом ее положении. У пневморессоры этот радиус соответствует радиусу манжеты (резинокордной оболочки) в её нижнем поясе.   Рисунок 1.6 – Радиусы эффективных поперечных сечений рукавного (пневморессоры) и баллонного пневмоэлементов У пневморессор (рисунок 1.7) и диафрагменных пневмоэлементов (рисунок 1.8) эффективная (рабочая) площадь Sw может изменяться в определённых пределах за счет специально спрофилированных жестких поверхностей поршня и юбки корпуса, с которыми взаимодействует манжета (резинокордная оболочка) при ходах подвески. Изменение Sw, следовательно, влияет и на характеристику упругости подвески. Так, например, при ходе сжатия (рисунок 1.7, б) в результате перекатывания манжеты по расширяющемуся поршню происходит увеличение её эффективного диаметра от dw1 в исходном до dw2 в сжатом состоянии пневморессоры. Выбор формы поршня ограничивается соображениями обеспечения устойчивости манжеты и её долговечности. Так как в формулу для расчета площади Sw эффективный диаметр dw входит в квадрате, его изменение приводит к существенному изменению площади и соответствующей ей несущей способности пневмоэлемента. В связи с этим, при разработке пневмоподвесок используются следующие способы воздействия на характеристики пневмоэлементов: - изменением эффективной площади Sw; - изменением объёма упругого элемента; - изменением контура поршня упругого элемента dw1.   |