Регулируемые подвески. Регулируемые и активные подвески содержание 1 Пневматические подвески
 Скачать 6.64 Mb.
|
|
Рисунок 2.12 – Характеристики упругости (Р – нагрузка на упругий элемент; ƒ – деформация упругого элемента): 1 – пружина, устанавливаемая совместно с агрегатом Nivomat, + агрегат Nivomat (автомобиль полностью загружен); 2 – стандартная пружина; 3 – пружина, устанавливаемая совместно с агрегатом Nivomat, + агрегат Nivomat (автомобиль не загружен); 4 – пружина («мягкая»), устанавливаемая совместно с агрегатом Nivomat; 5 – буфер сжатия подвески Применение в подвеске колеса агрегата Nivomat вместо амортизатора позволяет заменить стандартную пружину (график 2) на более «мягкую» (график 4), способную воспринять примерно половину номинальной нагрузки на колесо. Благодаря высокому внутреннему давлению агрегат принимает на себя вторую половину нагрузки на колесо. Буфер сжатия подвески, как известно, имеет прогрессивную характеристику (график 5). Когда автомобиль незагружен, его кузов удерживается в статическом положении суммарной реакцией пружины и агрегата Nivomat (график 3). Когда автомобиль полностью загружен, и элемент подвески условно упрётся в буфер сжатия (точка А на рисунке 2.12), шток агрегата вдвинется внутрь, и гильза 12 перекроет перепускное отверстие 7 и винтовой канал 9. При движении по неровной дороге кузов совершает вертикальные колебания, а шток агрегата Nivomat – возвратно-поступательные движения в цилиндре. При этом гильза 12 передвигается относительно плунжера 2 и, таким образом, вступает в работу встроенный насос. При каждом колебании кузова насос будет подкачивать жидкость из резервуара 3 через трубку 1, осевое сверление в плунжере 2, впускной клапан 11, насосную камеру 15, нагнетательный клапан 14, зазор 13 между гильзой 12 и штоком – в полость рабочего цилиндра. Увеличение количества жидкости в полости рабочего цилиндра (и компенсационной полости) приводит к увеличению давления в газовой полости, а значит – к увеличению выталкивающей силы на штоке и постепенному повышению уровня кузова автомобиля. Так будет продолжаться до тех пор, пока верхний конец винтового канала 9 не появится над краем гильзы 12. С этого момента жидкость будет перетекать между насосной камерой и полостью рабочего цилиндра, и уровень кузова стабилизируется. Необходимо отметить, что этот уровень будет несколько отличаться от номинального: чем хуже дорога, тем больше поднимется кузов автомобиля. Но это расхождение небольшое. На восстановление уровня кузова требуется в среднем – 1…2 мин от начала движения автомобиля. В результате подвеска станет более «жесткой» (график 1), что и требуется при увеличении массы автомобиля. При этом большую часть нагрузки несёт уже не пружина, a агрегат Nivomat, и уровень кузова вернётся практически к номинальному положению (точка В на рисунке 2.12). То есть подвеска сама приспосабливается к новой нагрузке. Характеристики устанавливаемых элементов подобраны так, что стремление пружины к снижению частоты собственных колебаний при увеличении подрессоренной массы (чёрная кривая на рисунке 2.12, б) компенсируется противоположным свойством гидропневматического агрегата Nivomat. В результате частота собственных колебаний подвески с увеличением нагрузки практически не меняется (красная кривая на рисунке 2.12, б). При снижении нагрузки в кузове автомобиля он приподнимается, а агрегаты Nivomat растягиваются. При этом перепускное отверстие 7 на плунжере выйдет из гильзы, и через него жидкость из полости рабочего цилиндра начнёт перетекать через осевое сверление обратно в резервуар 3. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока кузов не опустится до номинального положения и отверстие 7 снова не закроется гильзой 12. 2.3.2 Рабочие функции агрегата Nivomat Рабочие функции агрегата Nivomat показаны на рисунке 2.13. Когда автомобиль не загружен, кузов находится на стандартном (номинальном) уровне. При этом перепускное отверстие в плунжере насоса и винтовой канал на его поверхности открыты и агрегат работает в режиме обычного амортизатора. При увеличении статической нагрузки на колесо шток агрегата вдвигается внутрь. В этом случае при трогании автомобиля с места даже небольшие колебания между мостом (или рычагами подвески) и кузовом приводят к включению насоса. При этом жидкость при ходе отбоя из полости 1 втягивается через впускной клапан насоса 10 в насосную камеру 4 (рисунок 2.13, а). При ходе сжатия жидкость перекачивается через нагнетательный (выпускной) клапан поршня 11 в компенсационную полость 8 (рисунок 2.13, б). По мере работы насоса, давление в компенсационной полости 8, и, следовательно, в полости сжатого газа 9 возрастает, выталкивающая сила на штоке увеличивается, и уровень кузова автомобиля постепенно повышается (рисунок 2.13, в).  а) б)  в) г)
Рисунок 2.13 – Рабочие функции системы Nivomat: 1 – резервуар для жидкости; 2 – газовая полость низкого давления; 3 – агрегат Nivomat (рабочий цилиндр); 4 – насосная камера; 5 – регулятор высоты; 6 – байпас (винтовой канал на плунжере); 7 – шток агрегата Nivomat; 8 – компенсационная полость; 9 – полость сжатого газа; 10 – впускной клапан насоса; 11 – нагнетательный (выпускной) клапан насоса; 12 – байпас регулятора высоты (перепускное отверстие в плунжере насоса) В определённом положении регулятор высоты 5 открывает байпас (винтовой канал на плунжере) 6 и дальнейшее повышение давления прекращается. С этого момента жидкость начинает перетекать между насосной камерой и полостью рабочего цилиндра, и уровень кузова стабилизируется (рисунок 2.13, г). При разгрузке автомобиля открывается байпас регулятора высоты (перепускное отверстие в плунжере насоса) 12, и жидкость из полости рабочего цилиндра перетекает обратно в резервуар 1, а кузов автомобиля переводится на стандартный (номинальный) уровень (рисунок 2.13, д). Давление в системе Nivomat высокое (в динамике – до 35 МПа (350 атм), а извне жидкость не подводится, то есть малейшие утечки быстро приводят к выходу системы из строя. Поэтому требования к изготовлению элементов системы Nivomat более жёсткие, чем даже для гидропневматических амортизаторов и подвесок. Высокий технологический уровень определяет и стоимость, которая для комплекта задней подвески составляет 500…700 долларов, что, правда, намного дешевле, чем регулируемая пневмо- или гидропневматическая подвеска. В случае выхода из строя или в результате изнашивания система Nivomat может быть заменена стандартными (штатными) упругими (пружины) и демпфирующими (амортизаторы) элементами подвески. 3 Адаптивные (активные) подвески  Адаптивная (активная) подвеска – регулируемая подвеска, в которой степень демпфирования амортизаторов изменяется в зависимости от состояния дорожного покрытия, параметров движения, а также по желанию водителя. Эта подвеска позволяет уменьшить до минимума крены кузова (рамы) при различных режимах движения автомобиля (разгон, торможение, поворот, буксировка прицепа). Среди самых простых устройств, в которых сопротивление амортизатора изменяется в зависимости от амплитуды перемещения штока (или поршня), являются устройства Monroe Sensa-trac и Sachs Vario, которые, правда, не относятся к адаптивным. Реализуется это благодаря специальным продольным пазам, имеющим максимальное сечение в средней части цилиндра и сходящим на нет вверху и внизу. Каждый паз представляет собой дополнительный канал, позволяющий амортизаторной жидкости обойти поршневой клапанный узел. Таким образом, при работе подвески с малой амплитудой сопротивление перемещению поршня и степень демпфирования амортизатора низкие, а при её работе с высокой амплитудой, – значительно более высокие. Данный тип амортизаторов выпускается в однотрубном и двухтрубном исполнении. Они нашли преимущественное применение в рессорных подвесках малотоннажных грузовых автомобилей, а также в системах подрессоривания кабин грузовых автомобилей. Несомненным плюсом конструкции является возможность установки таких амортизаторов взамен нерегулируемых (стандартных) и отсутствие необходимости в различных элементах управления. Вместе с тем, подобные устройства не применяются в подвесках автомобилей, для которых желательно, чтобы изменение жесткости имело прямую зависимость от осевой нагрузки. 3.1 Устройство адаптивных подвесок Адаптивные подвески включают регулируемые амортизаторы и систему управления. Регулируемые амортизаторы служат для изменения степени демпфирования подвески. Под степенью демпфирования понимается быстрота затухания колебаний, которая зависит от характеристики амортизаторов и величины подрессоренных масс. Чаще всего регулирование демпфирующих свойств амортизаторов осуществляется с помощью электромагнитных регулировочных клапанов илипутём изменения проходного сечения клапана в поршне амортизатора. В электромагнитных клапанах проходное сечение изменяется в зависимости от величины воздействующего тока. Чем больше ток, тем меньше проходное сечение клапана и соответственно выше степень демпфирования амортизатора (жёсткая подвеска). С другой стороны, чем меньше ток, тем больше проходное сечение клапана, ниже степень демпфирования (мягкая подвеска). Регулировочные клапаны устанавливаются на каждый амортизатор и могут располагаться внутри него или снаружи в отдельной камере. Система управления обеспечивает обычное или электронное регулирование степени демпфирования амортизаторов. В последнем случае, она включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства. В работе системы управления адаптивной подвеской используются следующие входные датчики (см. рисунок 1.18): - клавиша управления системой регулирования характеристики амортизаторов (настройки демпфирования); - датчики дорожного просвета или положения кузова (рамы) относительно дорожной поверхности; - датчики ускорений кузова; - датчики ускорений колёс автомобиля. С помощью клавиши осуществляется ручное регулирование характеристики амортизаторов (выбор режимов работы адаптивной подвески). Датчики обеспечивают её автоматическое регулирование. Датчики дорожного просвета или положения кузова (рамы) относительно опорной поверхности фиксируют величину ходов подвесок при сжатии и отбое. Они отслеживают текущее положение кузова (рамы) автомобиля в процессе его движения: при разгоне, торможении и поворотах. Датчики ускорений кузова (рамы) и колёс определяют величину ускорений кузова (рамы) и колёс автомобиля в вертикальной плоскости. Показания этих датчиков характеризуют качество дорожного покрытия. Чем больше неровностей на дороге, тем выше ускорения колёс и активнее колебания кузова (рамы) автомобиля. Сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления, где в соответствии с заложенной программой происходит их обработка и формирование управляющих воздействий на исполнительные устройства – регулировочные клапаны каждого амортизатора. В своей работе электронный блок управления использует информацию и взаимодействует с другими блоками управления: системы управления двигателем, систем ESP, ABS и других. В конструкциях адаптивных подвесок, как правило, предусмотрено три режима работы: нормальный («Normal»), спортивный («Sport») или комфортный («Comfort»). Режимы выбираются водителем в зависимости от потребности. В каждом режиме осуществляется автоматическое регулирование степени демпфирования амортизаторов в пределах многопараметровой характеристики (рисунок 3.1). В идеальном случае регулирование осуществляется таким образом, как будто кузов автомобиля, как бы «плывёт» над опорной поверхностью, практически не повторяя её неровности. В этом случае достигается максимальная комфортабельность движения автомобиля. Многопараметровые характеристики зависимости сопротивления амортизаторов от условий движения автомобиля записаны в памяти электронного блока управления.  Рисунок 3.1 – Многопараметровая характеристика амортизатора Высокая степень демпфирования имеет место при малых управляющих токах, а низкая – при больших токах. В качестве примеров ниже приведены отдельные конструкции и принципы работы адаптивных (обычных и электронных) систем управления демпфированием амортизаторов. 3.1.1 Подвеска Agility Control легковых автомобилей Mercedes-Benz Подвеска Agility Control, устанавливаемая на некоторые модели легковых автомобилей Mercedes-Benz, является одной из наиболее простых. Она обеспечивает хорошую устойчивость и комфортабельность автомобиля. Её, однако, нельзя назвать в полной мере адаптивной, так как она не настраиваемая, то есть водитель не имеет возможности выбора режима работы подвески. Основным элементом конструкции подвески является регулируемый двухтрубный амортизатор (рисунок 3.2) со встроенным в его шток 6 гидромеханическим устройством, включающим независимый управляющий клапан 5 и обходной канал 4 и регулирующим демпфирующие свойства амортизатора в автоматическом режиме в зависимости от частоты и амплитуды, с которыми перемещается шток.   Рисунок 3.2 – Регулируемый амортизатор подвески Agility Control: 1 – рабочий цилиндр; 2 – внешний резервуар; 3 – поршень; 4 – обходной канал; 5 – управляющий клапан; 6 – шток Когда частота колебаний штока амортизатора низкая (или малая амплитуда колебаний) (рисунок 3.3, а), управляющий клапан открывает обходной канал для свободного прохождения амортизаторной жидкости, уменьшая силу сопротивления амортизатора, что способствует хорошей плавности хода автомобиля без ущерба для управляемости, а также снижению уровня шума в салоне и вибраций шин. При высокой частоте колебаний штока амортизатора (или большой амплитуде колебаний) (рисунок 3.3, б), например, при движении по неровным дорогам, резком торможении или изменении траектории движения автомобиля, управляющий клапан передвигается в крайнее положение, прекращая прохождение амортизаторной жидкости через обходной канал. В этом случае сила сопротивления амортизатора достигает максимальной расчётной, обеспечивая автомобилю хорошую устойчивость. При этом максимальные углы крена кузова при движении автомобиля на поворотах с наибольшей допустимой скоростью снизились примерно на 10% по сравнению с автомобилем с нерегулируемыми амортизаторами [8].  а) б) Рисунок 3.3 – Схема работы гидромеханического устройства амортизатора 3.1.2 Подвеска PASM автомобилей Porsche Более сложная по конструкции, но аналогичная по функциональному назначению адаптивная система PASM (Porsche Active Suspension Management – активное управление подвеской) устанавливается на автомобили Porsche [9]. Это электронная система регулирования демпфирующих свойств амортизаторов в зависимости от дорожных условий и стиля вождения автомобиля. Регулирование демпфирующих свойств амортизаторов осуществляется автоматически в пределах определённого диапазона в одном из трёх режимов («Normal», «Comfort» или «Sport»), задаваемых водителем. В режиме «Comfort» амортизаторы автоматически настраиваются на обеспечение наибольшей комфортабельности движения, в режиме «Sport» – наилучшей устойчивости и управляемости и в режиме «Normal», частично перекрывающем режимы «Comfort» и «Sport», – достаточной комфортабельности, но несколько худшей устойчивости. Датчики регистрируют не только вертикальные ускорения кузова и колёс автомобиля, но и поперечные ускорения кузова, углы поворота рулевого колеса, давление в тормозной системе и крутящий момент двигателя. Электронный блок управления определяет наиболее рациональный режим движения и в течение нескольких миллисекунд изменяет степень демпфирования каждого амортизатора в соответствии с заданной программой. Например, если водитель выбрал режим «Sport», но дорожные условия ухудшились, для лучшего контакта колёс с поверхностью дороги система PASM немедленно автоматически в пределах диапазона выбранного режима изменяет настройки амортизаторов в сторону меньшей жёсткости, обеспечивая, таким образом, безопасность движения. При последующем улучшении дорожных условий система также автоматически возвращается к первоначальной характеристике работы подвески.  Рисунок 3.4 – Регулируемый амортизатор подвески PASM (Porsche Active Suspension Management): I – исполнительное устройство Регулирование демпфирующих свойств осуществляется следующим путём. В шток однотрубного амортизатора (рисунок 3.4) встроено исполнительное устройство – электромагнитный клапан, управляющий заслонкой, которая частично или полностью открывает или перекрывает обходной канал для свободного прохождения амортизаторной жидкости (рисунок 3.5).  |
