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

Рис. 1.26. Схема системы регулирования положения уровня рамы:

1 – пульт управления системой регулирования уровня рамы (см. рисунок 1.23); 2 – панель приборов с дисплеем системы информации водителя; 3 и 4 – символы "Рама автомобиля выше или ниже нормального положения"; 5 – модуль управления задней подвеской (подвеской задних осей); 6 и 7 – датчики перемещения задней части рамы; 8 – датчик перемещения передней части рамы; 9 – модуль управления передней подвеской; 10 – блок электромагнитных клапанов передней оси; 11 – базовый модуль; 12 – блок электромагнитных клапанов задних осей

Таким образом, вся система регулирования работает при статическом изменении нагрузки.

Впневмосистеме имеется обратный клапан, который исключает утечку сжатого воздуха из пневмобаллонов подвески при неисправном компрессоре или при падении давления в ресивере.

Впневмоподвеске седельного тягача Mercedes-Benz Actros 2 (см. рис. 1.26) реализовано два алгоритма регулирования уровня рамы: автоматическое поддержание установленного уровня и принудительное изменение его положения спереди и сзади.

Электронный блок управления (базовый модуль) 11 управляет пневмосистемой в автоматическом режиме. Он получает электрические сигналы от входных датчиков через модули управления передней 9 и задней 5 подвесок или пульта управления 1 и преобразует их в управляющие воздействия на исполнительные устройства 10 и 12. При необходимости пневмоподвеска автомобиля приводится нажатием одной клавиши, расположенной на панели переключателей, из любого текущего положения каждого пневмоэлемента в положение для движения. При утечке воздуха из любой магистрали (контура) базовый модуль информирует об этом водителя на дисплее 2.

31

На автомобиле установлена трёхконтурная система управления пневмоподвеской, в которой базовый модуль обеспечивает независимое управление передними (на обе стороны одновременно) и задними (раздельно) пневмоэлементами.

При пуске двигателя базовый модуль автоматически приводит пневмоэлементы в то положение (поднимает раму на ту высоту), в котором они находились при остановке двигателя. Если этого не требуется, то функция может быть отключена.

1.3. Особенности работы пневморессор в экстремальных условиях эксплуатации

При движении автомобиля по грунтовым (грязным) дорогам в периоды распутицы и бездорожью (рис. 1.27) грязевая эмульсия (абразив) довольно легко попадает в зону рабочих (трущихся) поверхностей пневморессор и часть её там остаётся и накапливается (рис. 1.28), что способствует изнашиванию рабочих поверхностей резинокордных оболочек пневморессор, потере их герметичности и выходу из строя (рис. 1.29).

Рис. 1.27. Движение автомобиля Range Rover по бездорожью

32

Рис. 1.28. Следы грязевой эмульсии на рабочей поверхности пневморессоры

Рис. 1.29. Изнашивание (сквозное протирание) манжеты рукавного пневмоэлемента в зоне перегиба и последующий её разрыв

Защита наружной (открытой) части резинокордной оболочки пневморессоры от механических повреждений (например, стальным кожухом на автомобиле Range Rover, рис. 1.30) также полностью не герметизирует пневморессору от попадания грязевой эмульсии с песчинками и каменной крошкой под элемент защиты.

33

Рис. 1.30. Защита пневморессоры автомобиля Land Rover стальным кожухом

При продолжительном движении автомобиля по снежной целине или глубокой снежной колее (рис. 1.31) снег забивается в складки пневморессор, уплотняется и превращается в лед, что может привести к порезам резинокордной оболочки.

Рис. 1.31. Движение автомобиля Volkswagen Touareg по снежной целине

Кроме того, направляющие пневморессор могут покрываться коркой льда (рис. 1.32), из-за чего радиус изгиба резинокордной оболочки уменьшается, заметно повышая напряжения в его рабочей зоне (особенно при поднятом положении кузова).

При экстремально низких значениях температуры окружающего воздуха (ниже минус 40°С) резинокордная оболочка теряет свою эластичность. Для обеспечения работоспособности пневморессор в таких условиях пневмоподвеска переводится в режим работы «Sport» и, тем самым, уменьшаются её ходы.

34

Рис. 1.32. Схема пневморессоры (намерзание льда на поверхности направляющей):

1 – элемент кузова; 2 – рукавный пневмоэлемент; 3 – намёрзший лёд; 4 – направляющая; 5 – нижний рычаг подвески

При эксплуатации автомобиля на песчаных (в том числе движении по сыпучему песку, рис. 1.33) и щебёночных дорогах шлейфы песка и мелких камней, летящие из-под колес, также способствуют повреждениям и со временем изнашиванию (протиранию) резинокордной оболочки пневморессор.

Рис. 1.33. Движение автомобиля Volkswagen Touareg по сыпучему песку

При экстремально высоких значениях температуры окружающего воздуха (выше +40°С) резинокордная оболочка пневморессор, (особенно передних, расположенных в нишах брызговиков, в результате постоянного теплового воздействия двигателя) со временем также теряет свою эластичность (процесс старения резины).

35

Таким образом, при эксплуатации автомобилей с пневмоподвеской в тяжёлых условиях необходимо регулярно осматривать элементы пневмоподвески, обращая особое внимание на состояние и работу датчиков и электронного блока управления, а также осуществлять её диагностирование и обслуживание. При этом профилактической замены пневморессор в процессе эксплуатации не требуется.

1.4.Варианты установки пневмоэлементов

вподвесках автомобилей

На рис. 1.34 - 1.37 показаны варианты установки пневмоэлементов в подвесках автомобилей. Пневмоэлементы могут являться составной частью как зависимых, так и независимых подвесок.

Рис. 1.34. Передняя независимая подвеска

Рис. 1.35. Частично несущая (комбинированная) подвеска

36

Рис. 1.36. Задняя зависимая подвеска

Рис. 1.37. Подвеска подъёмной оси грузового автомобиля с колёсной формулой 6х2

37

2. ПНЕВМОГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОДВЕСКИ

Пневмогидравлическая подвеска - тип подвески, в которой используются пневмогидравлические упругие элементы (ПГУЭ). В конструкции современной пневмогидравлической подвески предусмотрено автоматическое изменение характеристик, то есть она является активной подвеской. Впервые пневмогидравлическая подвеска была установлена на автомобилях Citroen в 1954 г. и в дальнейшем постоянно совершенствовалась.

Основными преимуществами гидропневматической подвески являются:

-обеспечение автомобилю хорошей плавности хода;

-возможность регулирования положения кузова автомобиля относительно поверхности дороги или дорожного просвета;

-возможность изменения жёсткости подвески;

-эффективное демпфирование колебаний;

-противодействие кренам при движении автомобиля на поворотах, опусканию задней части автомобиля при разгоне и подъёме («клевкам») - при торможении;

-обеспечение минимальной высоты кузова автомобиля для посадки и высадки пассажиров, загрузки и разгрузки багажа;

-увеличение срока службы элементов ходовой части автомобиля.

К основным её недостаткам относятся сложность конструкции, высокая точность изготовления ряда деталей и, как следствие, высокая стоимость, а также необходимость в своевременном и квалифицированном обслуживании.

2.1. Пневмогидравлические упругие элементы

Из теории автомобиля известно, что существует такая идеальная характеристика упругости (жёсткости) подвески, при которой независимо от изменения нагрузки на колесо Gк статический прогиб подвески ƒ и, следовательно, частота собственных колебаний подрессоренной массы остаются практически постоянными (рис. 2.1). Частота собственных колебаний подрессоренной массы автомобиля зависит от нагрузки на упругие элементы подвески и её жёсткости с, величина которой равна тангенсу угла α наклона касательной к кривой характеристики упругости подвески в заданной точке.

Пневмогидравлические подвески получили широкое распространение в конструкциях современных автомобилей (рис. 2.2). Упругая характеристика подвески зависит от изменения объема газа, заключенного в жесткую оболочку. При этом усилие от колеса автомобиля на объем газа передается через жидкость. Поэтому подвеску называют пневмогидравлической.

38

Рис. 2.1. Прогрессивная характеристика упругости (жёсткости) подвески:

Gк – статическая нагрузка на колесо; ƒ – статический прогиб подвески: f1 = f2 =… = fi; с – жёсткость подвески: ci = tg αi

ПГУЭ подразделяются на три типа:

-с одной ступенью давления (рис. 2.2,а), когда предварительно сжатый газ расположен над поршнем в одном объеме (камера А);

-с противодавлением (рис. 2.2,б), когда предварительно сжатый газ находится как над поршнем (камера А), так и под поршнем (камера Б), причем давление газа в камере А больше, чем в камере Б;

Рис. 2.2. Схемы пневмогидравлических упругих элементов:

а – с одной ступенью давления; б – с противодавлением; в – с двумя ступенями давления; 1 – поршень; 2 – амортизационный блок; 3 - диафрагма; 4 – клапан; А, Б, В и С – камеры

- с двумя ступенями давления (рис. 2.2,в), когда две камеры с предварительно сжатым газом находятся над поршнем, но давление зарядки камер А и В различно. При этом в камере А газ сжимается в течение всего хода подвески, а в ка-

39

мере В газ начинает сжиматься только при открытии клапана 4 по достижении давления большего, чем зарядное давление этой камеры.

Передача усилий от поршня к газу осуществляется через масло. В ряде случаев масло может иметь непосредственный контакт с газом (камера Б на рис. 2.2,б). Однако в современных конструкциях пневмогидравлических подвесок масло отделяют от газа плавающим поршнем или гибким разделителем (диафрагмой) 3, так как при непосредственном контакте масла с газом в ходе работы упругого элемента подвески происходит вспенивание масла, что отрицательно сказывается на характеристике упругого элемента.

Применение жидкости в таких упругих элементах позволяет встраивать в них амортизационный блок 2, состоящий из калиброванных отверстий и клапанов, как и в гидравлическом амортизаторе. В результате получается компактный агрегат, в котором размещены упругий элемент подвески и гидравлический амортизатор.

Увеличивая объем рабочей жидкости в полости С над поршнем 1, можно регулировать дорожный просвет и положение платформы автомобиля.

Характеристика упругости ПГУЭ зависит от зарядного давления газа в камере, которое может достигать 20 МПа, и последующего его изменения при работе подвески, а также от величины коэффициента k использования объема газа в камере (отношения рабочего её объёма к полному объёму). При больших величинах k, при которых происходит быстрое нарастание давления газа в камере и соответствующее нарастание жёсткости, характеристика упругости ПГУЭ может быть приближена к идеальной.

Теоретически в этих упругих элементах возможно регулирование характеристики путем изменения массы сжимаемого газа (накачивание и выпуск). Однако при высоком давлении газа в этом практически нет необходимости, так как в сравнительно небольшом объёме камеры содержится относительно большая масса газа, поэтому энергоемкость ПГУЭ значительно выше, чем просто пневматических, и они гораздо более компактны.

При наличии камеры противодавления (см. рис. 2.2,б) изменяется характеристика упругости ПГУЭ. Во-первых, при ходе отбоя, когда газ в камере А расширяется, в камере Б он сжимается, создавая необходимое сопротивление упругости. При ходе сжатия дополнительная сила, воздействующая на поршень со стороны камеры противодавления, относительно невелика и компенсируется за счет создания необходимого зарядного давления в камере А. Во-вторых, значительные изменения статической нагрузки на ПГУЭ с противодавлением (например, у самосвалов БелАЗ), в меньшей степени сказываются на жёсткости подвески. Варьируя количеством газа во вспомогательной камере Б, можно влиять на характеристику изменения давления газа и жидкости под поршнем.

40