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 легковых автомобилей.
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. «Архитектура системы регулировки клиренса, полностью нагруженная система». На нем хорошо видно, что закрытая система сложнее открытой.
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
Здесь движения кузова и его положение кузова регулируются с помощью быстро настраиваемых гидроцилиндров (рис. «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. «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.
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. «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
Для 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. «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.
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
