Острецов А.В., Бернацкий В.В., Есаков А.Е., Шарипов В.М., Тарасова Л.И. Регулируемые подвески автомобилей. Конструкция

3.6. Гидравлическая система Active Body Control

Гидравлическая система АВС (Active Body Control – активный контроль положения кузова) устанавливается на автомобили Mercedes-Benz с 1999 г. и стала одной из первых систем в мировом автомобилестроении, которая управляется электронной системой (рис. 3.19). В настоящее время этой системой комплектуются модели S 500 и 600 и CL-класса.

По конструкции система отличается от пневмогидравлической подвески Hydractiv автомобиля Citroеn С5, но обладает практически такими же преимуществами. Её основные гидравлические и электронные компоненты показаны на рис. 3.20 и 3.21.

Рис. 3.19. Передняя подвеска автомобиля с системой Active Body Control

Рис. 3.20. Гидравлические компоненты системы Active Body Control:

1 - радиально-поршневой насос; 2 - бачок для гидравлической жидкости; 3 и 4 - амортизаторные стойки передней и задней подвески; 5 - гидроаккумулятор высокого давления; 6 - радиатор охлаждения гидравлической жидкости; 7 - клапанный узел распределения давления; 8 - накопитель жидкости в обратной магистрали (для снижения пиков давления в обратной

91

магистрали); 9 - блоки клапанов передней и задней осей; 10 - предохранительный клапан (для ограничения давления в системе)

Рис. 3.21. Электронные компоненты системы Active Body Control:

1 - дисплей; 2 - клавиши регулирования уровня кузова и переключения режимов «Comfort» или «Sport»; 3 - датчик перемещения плунжера гидроцилиндра; 4 - датчик уровня кузова; 5 - датчик вертикальных ускорений кузова; 6 - датчик продольных ускорений кузова; 7 - датчик боковых ускорений кузова; 8 - датчик температуры жидкости в гидроприводе; 9 - датчик давления в гидроприводе; 10 - электронный блок управления; 11 - кнопка включения «стопсигнала»; 12 - блоки клапанов передней и задней осей

Основными элементами подвески в этой системе являются специальные амортизаторные стойки (рис. 3.22 и 3.23), содержащие обычную пружину и двухтрубный амортизатор с газовым подпором (или однотрубный гидравлический амортизатор), и опорные регулируемые гидроцилиндры, расположенные сверху пружин. Плунжер (поршень) 7 гидроцилиндра (см. рис. 3.22) воздействует на пружину 2. Он перемещается давлением гидравлической жидкости от радиально-поршневого насоса (рис. 3.24) и двух гидроаккумуляторов.

Насос оборудован встроенным демпфером пульсаций для поглощения колебаний давления в гидравлической системе. Со стороны колеса пружина опирается на чашку (диск) 6 (см. рис. 3.22), которая закреплена на корпусе 5 амортизатора, а со стороны кузова автомобиля – на плунжер 7 гидроцилиндра.

Водитель может выбрать один из двух режимов работы подвески: «Comfort» или «Sport».

При нарастании давления в гидроцилиндре системы Active Body Control плунжер сжимает пружину до определённого предела (см. рис. 3.22,а), и её сила увеличивается, а ход уменьшается (режим «Sport»). При снижении давления в гидроцилиндре пружина возвращается в номинальное положение (см. рис. 3.22,б), и её силаь снижается, а ход увеличивается (режим «Comfort»).

92

Рис. 3.22 Схема работы амортизаторной стойки системы Active Body Control:

а– режим «Sport» (пружина нагружена плунжером);

б– режим «Comfort» (пружина разгружена);

1 - гидроцилиндр; 2 - пружина; 3 - шток амортизатора; 4 - поршень амортизатора; 5 - корпус амортизатора; 6 - чашка пружины; 7 - плунжер (поршень) гидроцилиндра

Управление подвеской осуществляется электронным блоком управления, объединённым с гидроприводом высокого давления (давление до 20 МПа). Он получает входные сигналы от 13 датчиков и генерирует сигналы, необходимые для управления элементами гидравлического привода.

Уровень кузова автомобиля регулируется автоматически в зависимости от его текущей скорости. При увеличении скорости автомобиля до определённой величины кузов опускается на 10 мм, что улучшает аэродинамику автомобиля, а при снижении – возвращается на номинальный уровень. Для движения по неровным дорогам или с цепями противоскольжения водитель клавишей управления может установить повышенный на 10...11 мм уровень кузова. Система Active Body Control ограничивает частоту колебаний кузова, обеспечивая хорошую плавность хода.

Такая система позволяет отказаться от стабилизаторов поперечной устойчивости, что связано с её быстродействием и эффективностью, а изменение жесткости упругих элементов дает возможность существенно ограничивать крены кузова, «клевки» при торможении и опускание задней части при разгоне (на 60 % эффективнее, чем у модели W220), что положительно влияет на устойчивость и управляемость автомобиля.

93

Гидравлический привод системы Active Body Control работает параллельно с пружиной и обычным амортизатором, поэтому при выходе из строя этой системы сохраняется возможность движения автомобиля.

Система Active Body Control потребляет не более 3 кВт электроэнергии и имеет ресурс 400…500 тыс. км пробега.

94

ми амортизаторами (рис. 3.25 и 3.26). В случае комплектации подвески активным стабилизатором поперечной устойчивости подвеска автомобиля становится активной.

Рис. 3.25. Передняя ось автомобиля Mercedes-Benz M-класса:

1 - пневмостойка; 2-– верхний рычаг; 3 - поворотный кулак; 4 - стойка крепления стабилизатора; 5 - нижний рычаг; 6 - энергоаккумулятор; 7 - активный стабилизатор поперечной устойчивости; 8 - подрамник

Рис. 3.26. Задняя ось автомобиля Mercedes-Benz M-класса

95

Пневмостойки передней подвески включают открытые пневморессоры 1 со встроенными однотрубными амортизаторами 12 с электронной системой управления CDC (рис. 3.27). Верхние поперечные рычаги 5 изготовлены из кованого алюминия, а нижние рычаги 8 и поворотные кулаки 6 – из чугуна с шаровидным графитом. Четыре резиновых опоры переднего подрамника 10, изолирующие кузов, защищают его от вибраций и улучшают комфортабельность автомобиля. Активный стабилизатор поперечной устойчивости 9 крепится к вилке пневмостойки посредством стойки крепления.

Рис. 3.27. Пневмостойка передней подвески автомобиля Mercedes-Benz M-класса:

1 - пневмоэлемент; 2 - буфер сжатия; 3 - шток амортизатора; 4 - пружина; 5 - верхний рычаг; 6 - поворотный кулак; 7 - разделительный поршень амортизатора; 8 - нижний рычаг; 9 - стабилизатор; 10 - подрамник; 11 - электромагнитный клапан; 12 - амортизатор

96

Составные части задней оси также установлены на подрамнике, который прикреплён к кузову на двух резиновых и двух гидравлических опорах (подушках). Подвеска задних колёс - многорычажная (четырёхрычажная) с активным стабилизатором поперечной устойчивости. Нижний рычаг с широко разнесёнными опорами крепления к подрамнику изготовлен из чугуна с шаровидным графитом.

Пневморессоры обеспечивают поддержание дорожного просвета независимо от загрузки автомобиля и его изменение в автоматическом режиме в зависимости от скорости движения или в ручном режиме в случае необходимости.

Электронный блок управления, используя информацию от датчиков, выбирает наиболее рациональный режим работы подвески для конкретной загрузки автомобиля, состояния дорожной поверхности, а также стиля вождения и самостоятельно выбирает величину дорожного просвета, ориентируясь на реальные условия эксплуатации.

Максимальный дорожный просвет автомобиля Mercedes-Benz M-класса во внедорожном исполнении составляет 285 мм (вместо 255 мм в базовой комплектации), что на 80 мм выше номинального. Величина дорожного просвета может регулироваться на стоянке или в процессе движения.

Для снижения аэродинамического сопротивления и улучшения устойчивости движения автомобиля дорожный просвет на обеих осях автомобиля в дорожном исполнении автоматически снижается на 15 мм при скорости движения более 140 км/ч. При снижении скорости до 40 км/ч дорожный просвет устанавливается на номинальном уровне. Демпфирующие свойства каждого амортизатора регулируются в автоматическом режиме (в течение не более 0,05 с) системой ADS II с электронным управлением.

В электронный блок управления заложены четыре различные матрицы демпфирования:

-«комфортабельная (мягкая) подвеска» – низкие усилия сопротивления при ходах сжатия и отбоя;

-«Skyhook» режим - низкие усилия сопротивления при ходах отбоя и высокие - при ходах сжатия;

-«Skyhook» режим - низкие усилия сопротивления при ходах сжатия и высокие - при ходах отбоя;

-«жёсткая подвеска» – высокие усилия сопротивления при ходах отбоя и сжатия.

Так называемый алгоритм «Skyhook» обеспечивает регулирование демпфирующих сил каждого амортизатора в зависимости от вертикальных ускорений колеса и кузова автомобиля таким образом, как будто кузов автомобиля

97

подвешен на крюке к небу и плывет над поверхностью дороги, практически не повторяя её неровностей, то есть с уклоном на комфортабельность движения.

Переход от одной матрицы демпфирования к другой происходит автоматически в любом из трёх выбранных водителем режимов работы подвески: "Auto", «Comfort» или «Sport». Управление системой в ручном режиме производится регулятором, расположенным на центральной консоли панели управления.

Когда колебания кузова малы, система работает по матрице «комфортабельная подвеска». Если значения ускорений кузова превышают определенный уровень, система переходит на матрицы «Skyhook» для варьирования демпфирующими свойствами амортизаторов с целью компенсации поперечного и продольного раскачивания кузова автомобиля. Для снижения нагрузок на колеса, противодействия кренам кузова при поворотах на высокой скорости и «клевкам» при резких торможениях система работает по матрице «жёсткая подвеска».

На основе полученной от датчиков информации электронный блок управления вычисляет наиболее эффективные силы демпфирования и выбирает соответствующие характеристики для амортизаторов.

В системе ADS II для электронного регулирования демпфирующих свойств амортизаторов используются электромагнитные клапаны, расположенные внутри амортизаторов или снаружи их в отдельном блоке.

3.8. Активные стабилизаторы поперечной устойчивости

Стабилизаторы поперечной устойчивости предназначены для создания сопротивления поперечному крену подрессоренной части автомобиля.

Обычный стабилизатор представляет собой упругий элемент в виде стержня круглого сечения, который шарнирно закрепляется в средней части кузова или подрамника, а концами, как правило, при помощи стоек соединяется с подвижными элементами подвески.

Упругие свойства стабилизатора проявляются при закручивании. Отрезки стабилизатора, проходящие в направлении движения, работают как рычаги при перемещениях подвески в вертикальном направлении. При отсутствии крена кузова оба отрезка поворачиваются на один и тот же угол, стабилизатор не закручивается и только поворачивается в узлах крепления к кузову. При крене кузова левый и правый отрезки стабилизатора поворачиваются на различные углы, закручивая его и создавая упругий момент, сопротивляющийся крену и снижающий его.

98

При движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием передний стабилизатор влияет на поворачиваемость автомобиля, главным образом, при входе в поворот, и в этом случае он должен быть как можно более жёстким:

-обеспечивая меньший боковой крен кузова автомобиля;

-повышая сцепление задних колёс с дорогой;

-обеспечивая лучшую чувствительность рулевого управления;

-способствуя увеличению склонности автомобиля к недостаточной поворачиваемости под действием боковых сил.

Задний достаточно жесткий стабилизатор наиболее существенно влияет на поворачиваемость автомобиля при ускорении на выходе из поворота и стабильность движения в середине поворота, и в этом случае для лучшего сцепления колёс с дорогой он должен быть как можно более мягким:

-снижая боковой крен автомобиля (хотя и в меньшей степени, чем жёсткий стабилизатор);

-повышая сцепление задних колёс с дорогой;

-способствуя повышению бокового сцепления колёс в поворотах и на выходе из поворотов;

-способствуя увеличению склонности автомобиля к недостаточной поворачиваемости под действием боковых сил.

Необходимо отметить, что применение обычных достаточно жестких стабилизаторов поперечной устойчивости отрицательно влияет на устойчивость автомобиля при движении по неровным дорогам и проходимость по бездорожью.

В первом случае, когда колесо, соединенное со стабилизатором, подскакивает на неровности дороги, стабилизатор реагирует на перемещение колеса и стремится накренить кузов, что на неровных дорогах приводит к раскачиванию кузова в поперечном направлении и ухудшает плавность хода автомобиля.

Во втором случае это объясняется способностью стабилизатора уменьшать ходы подвески, что при движении по бездорожью может привести к вывешиванию колес, а значит, потере контакта с опорной поверхностью.

Решением этой проблемы является применение в конструкции подвесок отключаемых или активных стабилизаторов поперечной устойчивости, характеристики которых изменяются в зависимости от условий движения автомобиля.

Наиболее известными из них в настоящее время являются:

-отключаемые стабилизаторы поперечной устойчивости автомобиля VW Touareg с гидравлическим приводом кулачковых муфт включения;

-KDSS (Kinetic Dynamic Suspension System - система динамической под-

вески) автомобилей Toyota и Lexus;

99

-Dynamic Drive, BMW;

-PDCC (Porsche Dynamic Chassis Control – динамический контроль шасси), Porche;

-HBMC (Hydraulic Body Motion Control – гидравлический контроль за пе-

редвижением кузова), Nissan и Infiniti.

Отключаемые стабилизаторы поперечной устойчивости автомобиля

VW Touareg. Основными компонентами системы отключаемых стабилизаторов поперечной устойчивости автомобиля (рис. 3.28) являются:

•собственно стабилизаторы с соединительными устройствами, состоящие из двух плеч 1 и 3;

•гидравлическая кулачковая муфта 2, которая обеспечивает соединение и разъединение плеч стабилизатора;

•гидравлический блок;

•блок управления стабилизаторами.

Рис. 3.28. Отключаемый стабилизатор поперечной устойчивости:

1 и 3 – плечи стабилизатора; 2 – кулачковая муфта

Кулачковая муфта с гидроприводом управления (рис. 3.29) содержит полумуфты 1 и 8, соединительный элемент 6, страхующую пружину 5 и расположенный на разъединителе датчик 7 состояния стабилизатора. Соединительный элемент свободно перемещается вдоль стабилизатора под действием давления рабочей жидкости. При этом он заходит между кулачками полумуфт, обеспечивая их геометрическое замыкание. Выступы соединительного элемента никогда не выходят полностью из проемов между кулачками полумуфт, благодаря чему

100