Регулируемые подвески. Регулируемые и активные подвески содержание 1 Пневматические подвески
 Скачать 6.64 Mb.
|
|
а) б)  в) г) Рисунок 3.5 – Схема работы исполнительного устройства амортизатора: а и б – ход отбоя; в и г – ход сжатия: 1 – заслонка; 2 – электромагнитный клапан; 3 – обходной канал; 4 – поршень Когда электромагнитный клапан открывает обходной канал (рисунки 3.5, а и 3.5, в), сила сопротивления амортизатора уменьшается и его демпфирующие свойства снижаются, что способствует улучшению комфортабельности автомобиля. Когда же электромагнитный клапан частично или полностью перекрывает обходной канал (рисунки 3.5, б и 3.5, г), уменьшая или полностью прекращая прохождение амортизаторной жидкости через него, сила сопротивления амортизатора увеличивается и его демпфирующие свойства повышаются, что способствует улучшению устойчивости автомобиля. 3.1.3 Пневмоподвески с амортизаторами, имеющими пневматическое и электронное регулирование демпфирующих свойств Наибольший эффект установки на автомобиль адаптивной подвески достигается тогда, когда её конструкция сочетает регулируемые амортизаторы и пневмоэлементы с единым обычным (пневматическим) или электронным управлением, интегрированным в компьютерную сеть автомобиля. Это позволяет не только изменять уровень кузова (рамы) или дорожный просвет автомобиля относительно поверхности дороги и жёсткость подвески, но и обеспечивает заданные характеристики упругости подвески, причем, для каждого колеса. Такая подвеска реализует наиболее рациональное сочетание комфортабельности автомобиля с его устойчивостью и управляемостью. 3.1.3.1 Пневмоподвеска с амортизаторами, имеющими пневматическое регулирование демпфирующих свойств Для того чтобы поддерживать постоянной жёсткость подвески при изменении нагрузки на колёса автомобиля от частичной до полной, устанавливаются пневматические стойки с регулируемыми амортизаторами PDC (Pneumatic Damping Control). Амортизаторы независимо от системы управления имеют бесступенчатую характеристику, изменяющуюся в зависимости от нагрузки. При обычной (пневматической) системе управления элементами пневмоподвески регулирование демпфирующих свойств амортизатора при ходах сжатия и отбоя осуществляется при помощи встроенного в него пневматического пропорционального клапана 6 (рисунок 3.6), соединенного шлангом с пневмоэлементом 10, в котором давление воздуха изменяется пропорционально нагрузке. Гидравлическое сопротивление пропорционального клапана, таким образом, находится в определённой зависимости от давления воздуха в пневмоэлементе.  Рисунок 3.6 – Пневматическая стойка с двухтрубным газонаполненным амортизатором с пневматическим регулированием демпфирования: 1 – газовая полость; 2 – отверстия; 3 – поршень с клапанным узлом; 4 – подпоршневая полость; 5 – донный клапанный узел; 6 – пневматический пропорциональный клапан; 7 – дроссель в воздушном канале клапана; 8 – надпоршневая полость; 9 – буфер отбоя; 10 – рукавный пневмоэлемент Чтобы сгладить скачки давления в пневмоэлементе (при ходах сжатия и отбоя), во входной воздушный канал пропорционального клапана встроен дроссель 7. Пропорциональный клапан изменяет гидравлическое сопротивление между надпоршневой 8 и подпоршневой 4 полостями рабочего цилиндра амортизатора. Надпоршневая полость с помощью отверстий 2 соединена с пропорциональным клапаном. Когда давление в пневмоэлементе и, следовательно, гидравлическое сопротивление пропорционального клапана высокое, клапан закрыт (рисунки 3.7, б; 3.7, г). При этом при ходах сжатия и отбоя бóльшая часть амортизаторной жидкости (или вся, в зависимости от величины давления в пневмоэлементе) дросселируется через донный или поршневой клапанные узлы амортизатора, соответственно, и сила сопротивления перемещению поршня повышается. Когда же давление в пневмоэлементе и, следовательно, гидравлическое сопротивление пропорционального клапана относительно малы, при ходах сжатия (рисунок 3.7, в) и отбоя (рисунок 3.7, а) амортизаторная жидкость под давлением направляется в обход соответствующего демпфирующего клапана амортизатора через отверстия 2 в надпоршневой полости 8 и открывает пропорциональный клапан. В результате происходит её перетекание в компенсационную камеру. При этом сила сопротивления перемещению поршня снижается. Необходимо отметить, что в связи с отсутствием в системе управления амортизаторами электронных компонентов, стандартные (штатные) амортизаторы в составе пневмоподвески с обычным (пневматическим) управлением могут быть заменены регулируемыми амортизаторами PDC.   а) б)   в) г) Рисунок 3.7 – Работа амортизатора, имеющего пневматическое регулирование: а, б – ход отбоя; в, г – ход сжатия; а, в – низкое давление в пневмоэлементе; б, г – высокое давление в пневмоэлементе 3.1.3.2 Пневмоподвеска с амортизаторами, имеющими электронное регулирование демпфирующих свойств Аналогичная пневмоподвеска с электронной системой управления двухтрубными амортизаторами с газовым подпором (CDC – Continuous Damping Control) установлена на автомобиле Opel Astra [10]. Патент на систему CDC компанией «Sachs» получен в 1999 г. Непрерывное регулирование характеристик каждого амортизатора осуществляется с учетом состояния дорожного покрытия и индивидуального стиля вождения автомобиля одним, вынесенным на корпус (система CDCe, рисунок 3.8, а), или двумя электромагнитными клапанами (второй вмонтирован в поршень, система CDCi). На основании сигналов от датчиков ускорения кузова и колёс автомобиля, скорости движения, угла поворота рулевого колеса и давления в упругих элементах пневмоподвески электронный блок управления в режиме реального времени при помощи специальной матрицы параметров рассчитывает наиболее рациональные характеристики амортизаторов для каждого отдельного колеса. Система управления амортизаторами CDC используется в составе комплексной системы регулирования IDS+ (Interactive Driving System), которую называют интерактивным шасси, объединяющей также систему электронной стабилизации ESP-Plus и электрогидравлический усилитель рулевого управления (EHPS). Благодаря IDS+ улучшается управляемость, сокращается тормозной путь и повышается комфортабельность автомобиля. Водитель может выбрать режимы работы подвески «Normal», «Comfort» или «Sport». Положением якоря в обмотке электромагнита определяется объём протекающей через каналы 1 и 2 электромагнитного клапана амортизаторной жидкости (рисунок 3.8, а) и, следовательно, демпфирующие свойства амортизатора, которые, таким образом, регулируются частичным или полным перекрыванием каналов клапана (рисунок 3.8, б). В режиме «Sport» электромагнитный клапан закрыт, и жидкость дросселируется через донный или поршневой клапанные узлы амортизатора. Сила сопротивления перемещению поршня амортизатора максимальная. В режиме «Comfort» при полностью открытом электромагнитном клапане жидкость в необходимом объёме в обход демпфирующих клапанных узлов амортизатора перетекает по каналам 1 и 2 в его компенсационную камеру. При этом сила сопротивления перемещению поршня амортизатора наименьшая. В режиме «Normal» клапан открывает только канал 2, и жидкость, испытывая повышенное сопротивление, в обход поршневого демпфирующего клапана амортизатора перетекает в его компенсационную камеру в ограниченном объёме. Регулирование демпфирующих свойств амортизаторов происходит в течение нескольких миллисекунд.   а) б) Рисунок 3.8 – Электромагнитный клапан управления регулируемым амортизатором: а – амортизатор с электромагнитным клапаном: 1 и 2 – каналы, открываемые клапаном; б – направление потоков амортизаторной жидкости через каналы электромагнитного клапана при обеспечении наилучшей комфортабельности В системах CDC легковых автомобилей однотрубные гидропневматические амортизаторы не нашли широкого распространения, хотя, по сравнению с двухтрубными амортизаторами, в их конструкцию заложены более высокие потенциальные свойства для создания регулируемых амортизаторов, и они обладают целым рядом преимуществ [12]: - в однотрубном амортизаторе давление газа, передаваемое жидкости через разделительный поршень, полностью исключает её кавитацию и вспенивание, обеспечивая стабильность демпфирования колебаний на всех режимах работы; - в однотрубном амортизаторе теплота отводится эффективнее из-за отсутствия наружной трубы (резервуара), что способствует стабилизации характеристик амортизатора; - при одинаковой энергоемкости однотрубный амортизатор значительно легче двухтрубного, его применение обеспечивает некоторое уменьшение неподрессоренных масс подвески и повышение комфортабельности движения; - при одинаковых наружных диаметрах амортизаторов площадь поршня у однотрубного амортизатора больше, чем у двухтрубного, что позволяет эффективнее демпфировать колебания; - однотрубный амортизатор всегда готов к работе и работоспособен в любом положении, тогда как двухтрубный перед установкой нужно прокачать, а устанавливать его можно под углом к вертикальной плоскости не более 450; - в однотрубном амортизаторе сжатый под большим давлением газ служит дополнительным упругим элементом подвески с нелинейной (прогрессивной) характеристикой, добавляя свою упругость к упругости сжатого вместе с амортизатором упругого элемента подвески и обеспечивая, тем самым, надёжный контакт колеса с опорной поверхностью, что способствует лучшей управляемости и устойчивости автомобиля. Имеются, однако, и недостатки, обусловленные их конструкцией и применением газа высокого давления, что и ограничивает применение: - высокая стоимость вследствие предъявляемых высоких требований к герметичности сопряжений и точности изготовления рабочего цилиндра и штока амортизатора; - однотрубные амортизаторы не имеют нижнего (донного) клапана сжатия, поэтому их клапанная система управления демпфированием при ходах сжатия и отбоя располагается в поршне. В связи с этим, разработка конструкции поршня, подбор его размеров, формы и количества пластин клапанных узлов является весьма сложной задачей; - однотрубные амортизаторы в эксплуатации более уязвимы от внешних повреждений и стабильность их характеристик более зависима от температуры окружающего воздуха. Более перспективными, но и ещё более дорогими являются однотрубные амортизаторы с выносной компенсационной камерой, которые наиболее широкое распространение нашли в автоспорте. В них камера с газовым подпором вынесена за пределы амортизатора в отдельный резервуар. Такая конструкция позволяет, не увеличивая размеры амортизатора, увеличить объем и газа, и амортизаторной жидкости, что серьезно повышает эффективность их охлаждения и стабильность характеристик. Кроме того, такие амортизаторы имеют больший рабочий ход поршня. Наибольший же эффект от выносной камеры состоит в том, что на пути амортизаторной жидкости, перетекающей из основного рабочего цилиндра в компенсационную камеру, можно установить систему клапанов, которые выполняют функции клапана сжатия, как в двухтрубном амортизаторе. Отделив друг от друга клапаны, работающие на сжатие и отбой, можно заложить много диапазонов регулирования. В частности, можно изменять жесткость амортизатора для различных величин скорости движения поршня (например, низкой, средней и высокой). Таких диапазонов регулирования может быть 10 и более. Пневмоподвески с обычной (пневматической) и электронной системами динамического управления амортизаторами CDC и PDC широко применяется на грузовых автомобилях, прицепах и полуприцепах. Их преимуществами на этих транспортных средствах являются: повышение безопасности движения и безотказности работы подвески, обеспечение бережной перевозки грузов, увеличение ходимости шин и сохранение дорожного покрытия. Особенность же применения систем CDC и PDC состоит в том, что первые, как правило, используются на бортовых или седельных тягачах и первой или первых двух осях полуприцепов, а вторые, – управляемые пневматическим пропорциональным клапаном и не имеющие электронных устройств, – на осях прицепов и последней оси полуприцепов. Датчики электронной системы измеряют такие параметры, как: вертикальную нагрузку на оси и степень загрузки автомобиля (прицепа, полуприцепа), давление в пневмосистеме и состояние пневмоэлементов, вертикальные ускорения рамы и колёс, поперечные ускорения рамы и частоту вращения колёс. Электронный блок управления анализирует сигналы от датчиков и рассчитывает наиболее рациональные амортизирующие усилия. Электромагнитные клапаны адаптируют работу амортизаторов к условиям движения автомобиля, поэтому его отличают безопасность и комфортабельность. Положение электромагнитного клапана зависит от напряжения управляющего сигнала и силы тока и определяет объём протекающей через него жидкости и, следовательно, степень демпфирования амортизатора. Регулирование демпфирования происходит в течение не более 25 мс. Повышение стабильности работы подвески гарантируется её быстрым переключением в более «жесткий» режим. При этом электронный блок управления анализирует и такие параметры, как внешние воздействия (неровности поверхности дороги, боковой ветер), активность и манеру управления автомобилем (давление в тормозной системе, положение тормозной педали и рулевого колеса). Диапазон автоматической подстройки демпфирующих свойств амортизаторов систем CDC и PDC под статическую нагрузку достаточно широк. Так, при изменении управляющего давления в пневмоэлементе от 0,1 до 0,7 МПа сила сопротивления при ходе отбоя амортизатора изменяется от 7 до 20 кН. Необходимо отметить, что влияние управляющего давления в пневмоэлементе на силу сопротивления при ходе сжатия амортизатора, которая, как правило, составляет примерно 25 % силы при ходе отбоя, будет менее существенно. Это необходимо для того, чтобы негативные воздействия от дорожных неровностей в минимальной степени передавались на раму транспортного средства. В целом, установка пневмоподвески с электронной системой CDC на грузовые автомобили и полуприцепы обеспечивает [11]: - снижение динамической нагрузки на колеса – на 10…20 %; - возможность повышения осевой нагрузки – до 10 %; - сокращение расходов на техническое обслуживание – на 12…15 %; - уменьшение нагрузки на дорожное покрытие – до 70 %. 3.1.4 Магнитореологические регулируемые амортизаторы Пропускная способность клапанов амортизаторов, как известно, зависит не только от площади их проходного сечения, но и от вязкости жидкости. В технике давно применяются магнитореологические жидкости, у которых вязкость варьируется путем изменения напряженности магнитного поля. Использование таких жидкостей открывает широкие возможности по переходу от автоматизированных способов к автоматическому способу регулирования демпфирующих свойств амортизаторов, когда выбор режимов их работы задаётся не на основе субъективной оценки водителем дорожных условий, а в соответствии с результатами объективных измерений характеристик колебаний кузова и колёс автомобиля, его кренов, тягово-скоростных и других свойств. Магнитореологическая жидкость состоит из синтетического углеводородного масла, в котором находятся магнитные частицы ферромагнетика размером от 3 до 10 микрон со специальным покрытием, препятствующим их слипанию друг с другом. Эти частицы занимают около 30% объема жидкости. Жидкость работает как обычная амортизаторная жидкость, но под воздействием электромагнитного поля, генерируемого специальными электромагнитными катушками, изменяется ориентация магнитных частиц и, соответственно, вязкость жидкости. Причем, изменяется с частотой 1000 раз/с и регулирование сопротивления перемещению поршня амортизатора происходит фактически мгновенно. Основой системы являются обычные однотрубные амортизаторы (рисунок 3.9). В поршень амортизатора встроена электромагнитная катушка, провода к которой идут внутри штока, а ток плавно изменяется контроллером. Под действием создаваемого электромагнитной катушкой магнитного поля магнитные частицы жидкости, выстраиваются в ряды «поперек» её потока, увеличивая вязкость жидкости в зоне калиброванных отверстий (или одного отверстия на автомобилях Ferrari) в поршне (рисунки 3.10 и 3.11). Поскольку степень демпфирования определяется лишь силой тока, клапанов в амортизаторе нет. Из-за этого он работает тише: поток проходящей через каналы в поршне жидкости ламинарный, а не турбулентный, как в обычных амортизаторах. Быстродействие системы выше, чем у регулируемых амортизаторов с изменяемыми сечениями клапанов или дополнительными электромагнитными клапанами: время реакции составляет 1 миллисекунду против 10 мс (на автомобилях Ferrari предыдущего поколения – 80 мс), а затраты мощности невелики – менее 20 Вт на каждый амортизатор. Причем, в отличие от амортизаторов, у которых пропускная способность электромагнитного клапана меняется ступенчато, в данной системе вязкость жидкости изменяется непрерывно. Эту функцию выполняет контроллер, который с учётом таких факторов, как ходы подвесок каждого колеса автомобиля, крены его кузова, тягово-скоростные свойства автомобиля, скорость вращения колёс, положение рулевого колеса и тормозной педали, а также температура магнитореологической жидкости, подаёт электрический сигнал соответствующей величины на электромагнитную катушку каждого амортизатора. При расчётах контроллер обменивается информацией с другими системами, например, рулевого управления и динамической стабилизации. В настоящее время амортизаторы с магнитореологической жидкостью применяются в системах подвески Audi Magnetic Ride (на автомобилях Audi) и Magnetic Ride Control (на автомобилях Cadillac). Это адаптивные системы подвески с индивидуальным выбором настраивания амортизаторов. Водитель осуществляет выбор программ «Sport» или «Normal» нажатием на клавишу переключателя.  |