Системы подвесок

Системы подвесок

Рост требований потребителей к комфорту и динамике легковых автомобилей и сильно колеблющиеся нагрузки грузовых автомоби­лей означают, что исключительное использо­вание традиционных стальных пружин часто недостаточно. В таких случаях применяются либо частично нагруженные, либо полностью нагруженные системы подвесок.

Интеграция дополнительных функций ча­стично либо полностью нагруженных систем позволяет повысить и комфорт, и динамику (например, поперечная блокировка пружин одной оси для повышения устойчивости на поворотах).

Частично нагруженные системы подвески

 

Эти системы подвесок характеризуются тем, что ком­пенсируемые подвеской силы распределяются между стальными пружинами и пневмоподуш­ками в заданном соотношении.

В случае с мягкими пружинами кузова (для повышения комфорта) при загрузке машины имеет место сильное проседание пружин. Во избежание слишком сильного опускания кузова используются системы регулировки клиренса с пневмоподушками или гидроп­невматическими упругими элементами. Здесь датчики определяют клиренс и передают эту информацию на систему управления. Путем закачки или выпуска воздуха (пневмоподвески с сильфонами) или масла (гидропневматиче­ские подвески) можно отрегулировать клиренс согласно потребностям. В зависимости от сег­мента (легковые или грузовые автомобили) системы регулировки клиренса имеют раз­личные дополнительные функции.

К примеру, в легковых автомобилях кли­ренс может регулироваться в зависимости от скорости для экономии топлива. Регулировку клиренса можно также использовать на плохих дорогах для расширения возможностей авто­мобиля в преодолении ухабистых участков.

В случае же с грузовыми автомобилями регулировка клиренса позволяет адаптиро­вать зону погрузки к различным погрузочным эстакадам. Другие функции можно реализо­вать путем объединения в сеть с другими системами. К ним, например, относятся авто­матическое увеличение клиренса при подъеме оси, уменьшении клиренса при превышении максимальной нагрузки на ось, или кратковре­менный подъем оси для увеличения нагрузки на колеса приводной оси.



Полностью нагруженные системы подвески

 

В отличие от частично нагруженных систем у полностью нагруженных систем задача под­вески выполняется только пневмоподушками, и спиральные пружины абсолютно не нужны. В зависимости от аппаратной части и стратегии управления регулирование клиренса может выполняться на выбранных осях либо на всех осях. Встраивание архитектуры системы управления в глобальную архитектуру управ­ления автомобиля обеспечивает исключение отрицательного взаимного влияния осей, что предотвращает, например, нежелательный на­клон кузова автомобиля.

Общий принцип: регулирование клиренса для полностью нагруженных систем можно реализовать в виде открытой или закрытой системы.

В случае открытой системы компрессор за­бирает атмосферный воздух, сжимает его и при необходимости подает на пневмоподушки. С ростом давления увеличивается клиренс. Для уменьшения клиренса воздух выпускается в окружающую среду, и давление в пневмопо­душках снова падает. Хотя конструкция этой системы относительно недорогая и имеет простую систему управления, решающим не­достатком ее является необходимость обеспе­чения высокой производительности компрессора в течение коротких периодов управления. Кроме того, требуется воздухоосушитель, и при засасывании и выдувании воздуха может возникать сильный шум.

Закрытая система засасывает воздух из аккумулятора давления системы подвески и подает его прямо на пневмоподушки. При уменьшении клиренса сжатый воздух воз­вращается в напорный резервуар. Хотя тре­бования к производительности компрессора для этой системы ниже, и воздухоосушитель не требуется, поскольку рабочая среда уже сухая, но требуются другие компоненты (ак­кумулятор, датчик давления, обратный клапан, возвратный трубопровод и т.д.), фундамен­тально повышающие стоимость конструкции по сравнению с открытой системой.

Архитектура открытой и закрытой систем регулировки клиренса показана на рис.11 «Архитектура системы регулировки клиренса, полностью нагруженная система». На нем хорошо видно, что закрытая система сложнее открытой.

Архитектура системы регулировки клиренса, полностью нагруженная система

Активные системы подвески

 

По сравнению с пассивными системами актив­ные системы подвески позволяют оптимально адаптировать усилия пружин и амортизаторов ко всем ситуациям движения и неровностям дороги. С помощью внешних источников энергии создаются силы, стабилизирующие и оси, и кузов. Со временем было разработано несколько систем различной архитектуры. Они отличаются прежде всего стоимостью (рас­четной мощностью и затратами), энергопо­треблением и качеством операций управления. Несколько этих систем кратко описаны ниже.

Системы с гидроцилиндрами

 

Активная подвеска с гидроцилиндромЗдесь движения кузова и его положение кузова регулируются с помощью быстро на­страиваемых гидроцилиндров (рис.12 «Активная подвеска с гидроцилиндром»), при этом поступающая с датчиков информация (нагрузка на колесо, ускорение и т.д.) слу­жит входными переменными для операций управления.

Система управления позволяет достичь по­стоянной нагрузки на колесо с поддержанием среднего клиренса автомобиля неизменным. Статическую нагрузку на колесо в этом случае несут стальные пружины или гидропневмати­ческие упругие элементы.

 

Системы с гидропневматической подвеской

 

Для стабилизации автомобиля в гидропневма­тической подвеске используется специальное масляное регулирование. Оно происходит пу­тем закачки гидравлического масла в амор­тизационные стойки или сливания масла из них (рис.13 «Гидропневматическая система активной подвески»). Для ограничения поглощения энергии стратегия управления этой системы состоит из операций управления, предотвра­щающих длинноволновые неровности (низ­кочастотные возбуждения). В случае более высокочастотных возбуждений, вступает в действие объем газа. Здесь амортизатор по сути адаптируется к движениям колеса.

Гидропневматическая система активной подвески

Вариант с регулировкой точки крепления пружины подвески

В этой системе кузов автомобиля удер­живается горизонтально в низкочастот­ном диапазоне, и традиционная винтовая пружина имеет регулировку в своей точке крепления (либо относительно кузова, либо относительно оси, рис.14 «Регулировка точки крепления винтовой пружины»). Основание поднимается для сжатия пружины и опускается для ее разжатия. Операции управления не­прерывны, благодаря насосу и дозирующим клапанам. Однако винтовая пружина должна быть длиннее по сравнению с ее оригиналь­ной конструкцией. В системе этого типа амортизаторы могут иметь постоянные параметры регулировки и, самое главное, их можно согласовывать с колесными амор­тизаторами.

Версия с системой пневмоподвески

 

Активная система с пневмоподвескойДля достижения хорошей динамики системы с активной пневмоподвеской требуются быстрые изменения давления (нагнетание и сброс) в сильфонах пневмоподушек. Это можно реализовать с помощью механизма смещения (здесь одной мощности компрес­сора недостаточно), который, в зависимости от ситуации, забирает воздух из пневморес­соры колеса, расположенного на внутреннем радиусе поворота и подает его на сильфоны пневмоподушки колеса, расположенного на внешнем радиусе поворота (рис.15 «Активная система с пневмоподвеской»), чтобы кузов сохранял горизонтальное положение. Привод механизма смещения может быть электрическим, гидравлическим или электро-гидравлическим. Возможны также комбина­ции с другими автомобильными системами.

 

Электромагнитная система

 

В случае с активной электромагнитной систе­мой подвески на каждое колесо устанавлива­ются линейные электромагнитные двигатели. Они способны активно компенсировать неров­ности дороги. Линейные двигатели запитыва­ются от усилителей мощности, при этом можно реализовать либо управление силой, либо управление перемещением. Система межо­севой стабилизации также позволяет компенсировать поперечную и продольную раскачку. В реализуемом в настоящее время решении статические нагрузки на колеса поглощаются с помощью торсионов на колесах, ограничи­вающих потребность в электроэнергии. Также используется пассивный амортизатор.

Преимущества электромагнитной системы состоят прежде всего в высокой скорости регулирования. Несмотря на небольшие га­бариты, электродвигатели имеют достаточную мощность для обеспечения безопасности до­рожного движения во всех ситуациях. Недо­статками же по сравнению с традиционными системами являются большой вес и стоимость, поскольку из соображений безопасности требуется дополнительная, неэлектронная система амортизации. Общий принцип: ли­нейный электромагнитный двигатель может работать в качестве генератора, что означает возможность рекуперации энергии. Это позволяет снизить энергопотребление системы, которое для стандартных дорожных покрытий составляет менее 1 кВт.

В следующей статье я расскажу о системе управления тяговым усилием.

Список литературы:

[1] HeiBing, В.; Ersoy, М. (Editors): Fahrwerk- handbuch. 1st Edition, Vieweg Verlag, 2007.

[2] Mitschke, M.; Wallentowitz, H.: Dynamik der Kraftfahrzeuge. 4th Edition, Springer-Verlag 2004.

[3] Reimpeil, J.; Betzler, J. W.: Fahrwerktechnik- Grundlagen. 5th Edition, Vogel Verlag, 2005.

[4] Eckstein, L.: Vertikal- und Querdynamik von Kraftfahrzeugen, ika/fka 2010.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *