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

Ограничительный клапан 2 защищает систему от чрезмерного повышения давления (у автомобилей Volkswagen - свыше 2,0 МПа), например, если компрессор не выключается из-за неисправности контактов реле или блока управления. В таких случаях клапан преодолевает усилие пружины и подаваемый компрессором воздух выпускается через штуцер 1 и фильтр в атмосферу.

Бортовая пневмосистема

Для того чтобы быстро подавать воздух в пневматические упругие элементы и выпускать его из них, то есть для реализации всех возможностей пневмоподвески устанавливается бортовая пневмосистема.

Она состоит из компрессора, ресивера, воздушных магистралей и системы управления и распределения воздуха.

Производительность компрессора, давление воздуха в пневмосистеме, объём ресивера, размер клапанов, диаметры воздушных магистралей и прочие параметры бортовой пневмосистемы подбираются индивидуально в зависимости от массы автомобиля, требований к быстродействию и возможностей подвески.

Воздух, необходимый для регулирования подвески, подается компрессором под определённым давлением (у автомобилей Volkswagen - до 1,6 МПа). Компрессор также по мере необходимости обеспечивает подачу сжатого воздуха в ресивер.

Ресивер представляет собой резервуар для хранения сжатого воздуха и обеспечивает регулирование уровня кузова (рамы) относительно дороги при движении на небольшой скорости без включения компрессора, а также корректирование положения кузова (рамы) на стоянке.

Минимальный запас воздуха в ресивере рассчитывается, исходя из типа устанавливаемых пневмоэлементов и рабочего давления в пневмосистеме, или, исходя из того, что объёма воздуха в ресивере должно хватать на подъём кузова (рамы) из пониженного положения в номинальное. Чем больше объём ресивера, тем больший компрессор должен быть установлен и значит дороже пневмосистема. Компрессоры различаются по производительности, максимальному создаваемому давлению и времени безостановочной работы.

Компрессор работает следующим образом (см. рис. 1.16). При ходе поршня к нижней мёртвой точке (НМТ) поступивший в картер воздух перепускается через мембранный клапан 2 в цилиндр компрессора 1. Обратный клапан 5 при этом закрыт.

Для подъема кузова блок управления одновременно переключает реле компрессора и клапанов пневматических упругих элементов.

При ходе поршня к верхней мёртвой точке (ВМТ) (см. рис. 1.17) воздух всасывается в картер через фильтр и впускной штуцер 2. Воздух, находящийся

21

в цилиндре над поршнем 1, сжимается и перепускается через обратный клапан 7 в осушитель 6. Сжатый и осушенный воздух направляется через обратный клапан 4 и нагнетательный штуцер 5 к распределительным клапанам и к ресиверу.

Рис. 1.16. Процесс перепуска воздуха в цилиндр компрессора:

1 – цилиндр; 2 – мембранный клапан (в открытом положении); 3 – поток перетекающего воздуха; 4 – поршень (движение к НМТ); 5 – обратный клапан (в закрытом положении)

Рис. 1.17. Процессы впуска и сжатия воздуха в компрессоре:

1 – поршень (движение к ВМТ); 2 – впускной штуцер; 3 – картер; 4 и 7 – обратные клапаны; 5 – нагнетательный штуцер; 6 – осушитель воздуха

Выпуск воздуха из подвески (рис. 1.18) и понижение положения кузова автомобиля производится при открытии клапанов пневматических элементов и выпускного клапана 4. При этом воздух из упругих элементов через выпускной клапан 4 поступает к пневматическому выпускному клапану 1 и открывает его. Затем через осушитель воздуха 2, ограничительный клапан 5, выпускной штуцер 3 и фильтр воздух выпускается в атмосферу.

22

Рис. 1.18. Схема выпуска воздуха из подвески:

1 – пневматический выпускной клапан в открытом положении; 2 – осушитель воздуха; 3 – выпускной штуцер; 4 – выпускной клапан в открытом положении; 5 – ограничительный клапан в открытом положении

Электронная система управления

Регулирование положения кузова (рамы) относительно поверхности дороги осуществляется с помощью электронной системы управления.

Электронная система управления включает входные датчики, электронный блок управления (или электронный контроллер – базовый модуль) и исполнительные устройства.

К входным датчикам относятся (рис. 1.19):

-клавиши управления (или пульт дистанционного управления);

-датчики положения кузова (рамы);

-датчик температуры компрессора;

-датчик давления воздуха в пневмосистеме.

С помощью клавиш осуществляется ручное регулирование положения кузова (рамы). Датчики обеспечивают автоматическое регулирование пневмоподвески.

Датчики положения кузова (рамы) необходимы для стабильного поддержания расстояния между осью (ведущим мостом) и кузовом (рамой) при любой статической нагрузке (см. рис. 1.20). Кинематика привода датчиков позволяет преобразовывать изменения положения кузова в угловые перемещения рычагов датчиков. В датчиках данного типа используется закон электромагнитной индукции. На выводах датчиков создаётся сигнал, который пропорционален углу поворота их осей.

Датчик температуры компрессора обеспечивает функциональную надежность пневмосистемы. При достижении максимально допускаемой температуры блок управления выключает компрессор или препятствует его включению.

23

Рис. 1.19. Входные датчики:

1 - клавиши управления системами регулирования положения кузова и амортизаторов (в адаптивной подвеске); 2 - датчики положения кузова на передней и задней осях; 3 - датчик температуры компрессора; 4 - датчик давления воздуха в пневмосистеме (встроен в блок электромагнитных клапанов); 5 - датчики ускорений колес автомобиля (в адаптивной подвеске); 6 - датчики ускорений кузова (в адаптивной подвеске); 7 - электронный блок управления

Датчик давления воздуха в пневмосистеме предназначен для контроля давления воздуха в ресивере и упругих элементах подвески. Измерение давления производится во время выпуска воздуха из упругих элементов и ресивера и его впуска. Давление воздуха в ресивере также измеряется при движении автомобиля (например, у автомобилей Volkswagen - через каждые шесть минут). Измеренные таким образом значения давления вводятся в память электронного блока управления и используются в качестве действующих величин.

24

Рис. 1.20. Датчик положения кузова (рамы):

1 – рычаги; 2 – датчик

Электронный блок управления (ЭБУ) преобразует электрические сигналы входных датчиков в управляющие воздействия на исполнительные устройства. В своей работе ЭБУ взаимодействует с блоками системы управления двигателем и системы курсовой устойчивости автомобиля. ЭБУ управляет пневмосистемой в автоматическом режиме. Благодаря функции предварительной установки давления в пневматических упругих элементах обеспечивается возможность приведения пневмоподвески автомобиля нажатием одной кнопки из любого текущего положения каждого элемента в положение, которое, в основном, используется для передвижения. Если по какой-то причине происходит утечка воздуха из магистрали (контура), то ЭБУ информирует об этом на дисплее. В связи с этим в процессе эксплуатации автомобиля практически не требуется вмешательства в работу пневмосистемы.

ЭБУ обеспечивает независимое управление всеми пневматическими упругими элементами. При пуске двигателя ЭБУ автоматически приводит пневматические упругие элементы в то положение, в котором они находились при остановке двигателя (функция автоподъёма при включении зажигания). Если этого не требуется, то функция может быть отключена.

При необходимости, ЭБУ может реализовывать такие функции, как опускание автомобиля при парковке и «автогоризонт», при которой при изменении загрузки автомобиля автоматически восстанавливается положение кузова (рамы) в соответствии с установками.

В системе управления пневматической подвеской используются следующие исполнительные устройства (рис. 1.21):

-клапаны пневматических упругих элементов (создание давления);

-выпускной клапан (сброс давления);

25

-клапан ресивера (поддержание давления);

-реле включения компрессора.

Рис. 1.21. Исполнительные устройства:

1 – выпускной клапан; 2 – клапаны пневматических упругих элементов; 3 – клапан ресивера; 4 – клапаны настройки амортизаторов (в адаптивной подвеске встроены в соответствующие амортизаторы); 5 – реле включения компрессора; 6 – электронный блок управления или контроллер; 7 – дисплей

На автомобилях Volkswagen предусмотрены шесть электромагнитных клапанов. Выпускной и пневматический выпускной клапаны встроены в корпус осушителя воздуха и образуют функциональный блок (см. рис. 1.13). В обесточенном состоянии выпускной клапан закрыт.

Клапан ресивера и клапаны упругих элементов входят в блок электромагнитных клапанов, расположенный в модуле подачи сжатого воздуха. Они представляют собой двухходовые двухпозиционные клапаны. В обесточенном состоянии эти клапаны закрыты. На блок электромагнитных клапанов нанесены цветные метки рядом с соответствующими присоединительными штуцерами

(см. рис. 1.22).

Системы управления пневмоподвесками автомобилей подразделяются на: - двухконтурные, в которых оба пневмоэлемента на каждой оси соединены

одной магистралью;

26

-трёхконтурные (как правило, на некоторых грузовых автомобилях), в которых на передней оси оба пневмоэлемента соединены одной магистралью, а на задней оси (осях) управление осуществляется пневмоэлементами колёс каждого борта отдельно;

-четырёхконтурные, в которых управление пневмоэлементами колёс осуществляется отдельно.

Рис. 1.22. Блок электромагнитных клапанов:

1 – клапаны упругих элементов; 2 – трубопровод от компрессора; 3 – клапан ресивера; 4 – штекерный разъём

Двухконтурные системы управления наиболее просты и требуют установки только одного управляющего клапана на каждую ось. Их серьёзным недостатком является то, что во время движения автомобиля на повороте воздух из внешних, более нагруженных пневомоэлементов, перетекает во внутренние, менее нагруженные. Это способствует увеличению углов крена и существенному ухудшению устойчивости автомобиля. В некоторой степени этот недостаток может быть устранён установкой более жестких стабилизаторов поперечной устойчивости.

Всвязи с этим на современных автомобилях, на которых пневмоподвеска устанавливается на всех осях, применяются четырёхконтурные системы управления. В такой системе от певмоэлемента (пневмоэлементов) каждого колеса идет своя магистраль со своим управляющим клапаном, что обеспечивает необходимое распределение воздуха, а также наиболее точное регулирование положения кузова (рамы) автомобиля даже при несимметричной его загрузке.

1.2.Принцип работы пневматической подвески

Впневматической подвеске реализовано, как правило, три алгоритма управления:

27

-автоматическое поддержание определённого уровня кузова (рамы) относительно поверхности дороги или дорожного просвета (у автомобилей с независимой подвеской);

-принудительное изменение уровня кузова (рамы) относительно поверхности дороги или дорожного просвета;

-автоматическое изменение уровня кузова относительно поверхности дороги или дорожного просвета в зависимости от скорости движения автомобиля (только на легковых автомобилях).

Автоматическое поддержание определенного уровня кузова (рамы) в

пневматической подвеске осуществляется независимо от степени загруженности автомобиля. Датчики уровня кузова постоянно измеряют расстояние от колес до кузова (рамы). Результаты измерений сравниваются с заданной величиной. При расхождении показаний электронный блок управления задействует необходимые исполнительные устройства: клапаны упругих элементов для подъема, выпускной клапан для опускания кузова (рамы).

Принудительное изменение уровня кузова (рамы). В работе пневматиче-

ской подвески обычно предусмотрено три уровня кузова (рамы) относительно поверхности дороги: номинальный, повышенный и пониженный.

Требуемый уровень кузова (рамы) устанавливается водителем с помощью регулировочных клавиш (см. рис. 1.23) или пульта дистанционного управления (на грузовых автомобилях, рис. 1.24), связанного с кабиной посредством кабеля (или бескабельной связью). С помощью этих клавиш или пульта водитель может остановить текущий процесс регулирования и установить уровень кузова (рамы), используемый для режима движения.

Автоматическое изменение уровня кузова в зависимости от скорости движения автомобиля обеспечивает снижение аэродинамического сопротивления и повышение устойчивости движения автомобиля. При увеличении скорости движения программа управления подвеской последовательно устанавливает уровни кузова от повышенного к номинальному и далее, с ростом скорости

-к пониженному. При снижении скорости движения система переводит кузов из пониженного на номинальный уровень.

В конструкциях пневмоподвесок полноразмерных внедорожных легковых автомобилей и кроссоверов предусмотрен дополнительный уровень кузова для посадки пассажиров и погрузки багажа, который реализуется на неподвижных автомобилях.

28

аб

Рис. 1.23. Выключатель системы регулирования уровня рамы:

а – клавиша «Остановка регулирования / Включение положения движения»; б – клавиша установки уровня рамы для движения

Рис. 1.24. Пульт дистанционного управления:

1 – контрольная лампа подъема (опускания) передней части рамы; 2 – контрольная лампа подъема (опускания) задней части рамы; 3 – кнопка управления подъемом (опусканием) передней части рамы; 4 – кнопка управления подъемом (опусканием) задней части рамы; 5 – кнопка «Высота передней части рамы»; 6 – кнопка «Высота задней части рамы»; 7 – кнопка «Положение движения»; 8 – кнопка «Поднять»; 9 – кнопка «Опустить»; 10 – кнопка «Стоп (поднять/опустить)»

Простейшая схема пневмоподвески грузового автомобиля с пневмобаллонами показана на рис. 1.25, а схема трёхконтурной системы управления положением уровня рамы седельного тягача Mercedes-Benz Actros 2 (типа 6х2) – на рис. 1.26.

Пневмобаллоны 5 (см. рис. 1.25) установлены между рамой и мостом автомобиля. Компрессор 7 нагнетает сжатый воздух в ресивер 4 через водомаслоотделительный фильтр и регулятор давления 6. Из ресивера сжатый воздух поступает в регулятор 1 постоянства положения платформы автомобиля. Пневмобаллоны 5 соединены с дополнительным резервуаром 3, в который поступает воздух при увеличении давления в пневмобаллонах при их сжатии, что делает подвеску более мягкой.

29

Рис. 1.25. Схема пневмоподвески грузового автомобиля с пневмобаллонами:

1 – регулятор постоянства положения платформы автомобиля; 2 – стойка; 3 – резервуар сжатого воздуха (дополнительный); 4 – ресивер; 5 – пневмобаллон; 6 – регулятор давления; 7 – компрессор

Регулятор 1 положения платформы обеспечивает при любой полезной нагрузке автомобиля одно и то же расстояние между мостом и платформой автомобиля. Корпус регулятора установлен на платформе, а золотник соединен с мостом автомобиля при помощи стойки 2 и рычага. При изменении положения (повороте) рычага золотник перемещается и открывает клапаны, соединяющие пневмобаллоны либо с магистралью пневмосистемы автомобиля, либо с атмосферой. При увеличении статической нагрузки пневмобаллоны сжимаются, опуская платформу (раму) автомобиля, и расстояние между ней и мостом уменьшается. Рычаг поворачивается и перемещает золотник регулятора 1 вниз. Вследствие этого сжатый воздух из ресивера 4 поступает в дополнительный резервуар 3 и пневмобаллоны 5 (увеличивая в них давление) до тех пор, пока платформа (рама) не вернётся в исходное положение, на которое настроен регулятор.

При уменьшении статической нагрузки золотник перемещается вверх, воздух из пневмобаллонов через регулятор выпускается в атмосферу, давление в пневмобаллонах уменьшается и платформа (рама) также возвращается в исходное положение.

Для того чтобы регулятор реагировал только на изменение нагрузки на платформе автомобиля и не срабатывал при колебаниях его платформы (рамы), обусловленных наездом колес на неровности дороги, в его конструкцию введено устройство запаздывания срабатывания (по времени до 20 с).

30