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

Всвязи с изложенным, использование ПГУЭ является перспективным направлением в создании совмещенных в одном агрегате упругого и демпфирующего устройств подвески с практически независимыми характеристиками. Отличительной особенностью процесса ПГУЭ такого типа является то, что энергия сжатого газа в пневматических камерах используется преимущественно для создания необходимой силы упругости. Сила же гидравлического сопротивления, обусловливающая демпфирование, создается в результате работы (перемещений) полого штока – плунжера с встроенной дроссельно-клапанной системой при принудительном вытеснении жидкости.

ВПГУЭ со сферической камерой 1 (см. рис. 2.3,а) газ (азот) и жидкость разделены гибкой резинокордной диафрагмой 2. Максимальное расширение газа и перемещение диафрагмы ограничиваются касанием последней стенок нижней полусферы.

Гидравлический цилиндр 3 присоединен непосредственно к камере 1. В цилиндре перемещается поршень 4, приваренный к длинной цилиндрической направляющей, скользящей в уплотнении 5 вдоль цилиндра. Качающийся шток 6 со сферическими упорами на концах передает усилие от поршня на направляющий элемент подвески. Штуцером 7 и шлангом ПГУЭ связан с гидросистемой автомобиля, при работе которой изменяется высота столба жидкости над поршнем 4. При этом регулируется прогиб подвески (уровень кузова автомобиля), но её характеристика упругости остается неизменной. На пути потока жидкости между гидроцилиндром 3 и камерой 1 установлен амортизаторный узел 8.

ВПГУЭ с выносной камерой (см. рис. 2.3, б) камера по компоновочным соображениям отделена от гидроцилиндра, и связь между ними осуществляется гибким шлангом 5. Нижнее крепление ПГУЭ осуществляется с помощью шарнира.

На рис. 2.4 показана установка ПГУЭ в независимой передней подвеске переднеприводного легкового автомобиля. Гидроцилиндр 3 с упругим элементом (сферической камерой) 4 неподвижно закреплен в поперечине 1 моторного отсека автомобиля. Качающийся шток поршня гидроцилиндра, закрытый резиновым гофрированным чехлом 2, шарнирно соединен с верхним поперечным рычагом 5 подвески.

Таким образом, в гидропневматической подвеске, неотъемлемой частью которой являются ПГУЭ, компактно совмещаются упругое и демпфирующее устройства. У нее есть еще одно важное достоинство: в современных сельскохозяйственных тракторах и транспортных средствах повышенной проходимости она обеспечивает регулирование дорожного просвета (посредством изменения объёма жидкости в камере С) (см. рис. 2.2).

41

Рис. 2.3. Пневмогидравлические упругие элементы:

а - со сферической камерой: 1 - сферическая камера; 2 - диафрагма; 3 - гидроцилиндр; 4 - поршень; 5 - уплотнение направляющей; 6 - качающийся шток; 7 - штуцер; 8 - амортизаторный узел; б - с выносной камерой: 1 - газовая полость; 2 - выносная камера; 3 - гидравлическая по-

лость; 4 - магистраль к регулятору уровня кузова; 5 - магистраль к гидроцилиндру; 6 - резиновая опора; 7 - верхняя крышка; 8 - поршень; 9 - шток поршня; 10 - гидроцилиндр; 11 - направляющая штока; 12 - нижняя крышка; 13 - буфер сжатия; 14 - шаровой шарнир

42

Рис. 2.4. Передняя подвеска легкового автомобиля с ПГУЭ:

1 - поперечина моторного отсека; 2- сферическая камера (упругий элемент); 3 - гидроцилиндр; 4 - чехол; 5 - верхний поперечный рычаг подвески

2.2. Конструкция гидропневматической подвески

Гидропневматическая подвеска используется совместно с другими типами подвесок. Так, на автомобиле Citroen C5 гидропневматическая подвеска передней оси интегрирована с подвеской Макферсон (рис. 2.5), а задней – с многорычажной подвеской.

Гидропневматическая подвеска имеет следующее устройство:

-пневмогидравлические упругие элементы (ПГУЭ), включающие упругие элементы и гидравлические цилиндры;

-амортизаторные клапаны;

-регуляторы жесткости;

-регуляторы положения кузова;

-электромагнитный клапан;

-предохранительный клапан-распределитель;

-систему управления.

Упругий элемент представляет собой металлическую камеру, которая внутри разделена эластичной диафрагмой 3 (рис. 2.6). Над диафрагмой находится сжатый газ – азот, закачанный под давлением около 5,0 МПа, под ней – специальная жидкость (минеральное или синтетическое масло).

Как известно, жидкость практически не сжимается, поэтому способна передавать воздействия неровностей опорной поверхности на упругие элементы. Преимущества такой схемы в относительной простоте, поскольку герметизировать резервуар с жидкостью и управлять её потоком не так сложно, как газовым. Жидкость передает давление в системе, а газ выступает упругим элементом, при сжатии которого подвеске обеспечивается прогрессивная характеристика упругости.

43

Рис. 2.5. Гидропневматическая подвеска автомобиля Citroеn С5:

1 – пневмогидравлическая стойка; 2 – камера (упругий элемент); 3 – подрамник; 4 – привод колеса; 5 – регулятор жёсткости; 6 – гидроаккумулятор; 7 – стабилизатор поперечной устойчивости; 8 – стойка стабилизатора; 9 – нижний рычаг подвески; 10 – поворотный рычаг

Рис. 2.6. Упругий элемент (камера):

1 – камера тарельчатого типа; 2 – амортизаторный узел; 3 – диафрагма (многослойная); 4 – резак предохранительного устройства

Жёсткость упругого элемента зависит от количества жидкости в нём: жидкость давит на диафрагму и изменяет давление газа над ней. Регулируя подачу жидкости при помощи насоса и системы клапанов, можно изменять положение кузова или дорожный просвет автомобиля.

44

На автомобилях Citroen С5 устанавливается по одному основному упругому элементу на каждое колесо и по одному дополнительному (гидроаккумулятору) – на каждую ось. Гидросистема заправлена синтетическим маслом LDS – Liquide Direction Suspension. В верхней части камеры располагается предохранительное устройство 4 (см. рис. 2.6), резак которого предотвращает взрыв камеры при образовании трещины в металле.

Применение дополнительных упругих элементов значительно расширяет параметры регулирования жёсткости подвески.

Гидравлические цилиндры предназначены для нагнетания жидкости в упругие элементы и регулирования уровня кузова относительно дорожной поверхности. Гидроцилиндр снабжен поршнем, шток которого соединен с соответствующим рычагом подвески.

Для демпфирования колебаний в конструкции подвески предусмотрены основные и дополнительные амортизаторные клапаны. Величина открытия амортизаторных клапанов регулируется электронной системой управления.

Регуляторы жесткости обеспечивают согласованную работу упругих элементов.

Регуляторы положения кузова (механические или электронные) предназначены для регулирования положения передней и задней частей кузова над дорожной поверхностью. При увеличении нагрузки кузов опускается, и регуляторы обеспечивают подачу жидкости в гидроцилиндры, восстанавливая положение кузова. При снижении нагрузки регуляторы для сохранения положения кузова обеспечивают слив жидкости из гидроцилиндров.

Электромагнитный клапан служит для переключения режимов работы подвески.

Система управления гидропневматической подвеской включает следующие компоненты:

-входные датчики;

-электронный блок управления;

-исполнительные устройства.

Входные датчики преобразуют соответствующие характеристики в электрические сигналы. В пневмогидравлической подвеске используются следующие датчики:

-положения рулевого колеса;

-давления в гидравлической системе;

-колебаний кузова;

-скорости автомобиля;

-положения кузова.

45

На основании сигналов датчиков электронный блок управления по установленной программе воздействуют на исполнительные устройства: амортизаторные клапаны, регуляторы жесткости, регуляторы положения кузова, электромагнитный клапан.

Современная пневмогидравлическая подвеска в зависимости от скорости движения автомобиля, качества дорожного покрытия и стиля вождения автомобиля водителем обеспечивает:

-автоматическое регулирование уровня кузова относительно поверхности дороги (или дорожного просвета при независимой подвеске) вне зависимости от загрузки автомобиля;

-автоматическое регулирование жёсткости подвески;

-принудительное изменение уровня кузова относительно поверхности дороги (или дорожного просвета при независимой подвеске).

Автоматическое регулирование уровня кузова относительно поверхно-

сти дороги (или дорожного просвета) производится путём изменения объёма жидкости, циркулирующей в контурах гидравлической системы подвески. Объём жидкости дозируется регуляторами положения кузова. Работа пневмогидравлической подвески обеспечивает сохранение заданного уровня пола кузова (или дорожного просвета) и при перемещении колес по неровной опорной поверхности.

Однако увеличение дорожного просвета, например, у автомобиля Citroen С5 сопровождается уменьшением хода подвески. Поэтому в самом высоком положении ход подвески становится практически равным нулю, а автомобиль

–прыгучим, как мячик.

Автоматическое регулирование подвески производится путем регулиро-

вания величины открытия амортизаторных клапанов, а также использования дополнительных упругих элементов и амортизаторных клапанов на каждой оси. Регулирование осуществляется как для отдельного пневмогидравлического упругого элемента (при движении автомобиля на поворотах), так и всей системы (при прямолинейном движении).

В конструкции пневмогидравлической подвески предусмотрено принуди-

тельное (ручное) изменение уровня кузова относительно поверхности доро-

ги (или дорожного просвета), что в конкретных условиях обеспечивает преодоление препятствий, а также удобство погрузки (выгрузки) и уборки автомобиля.

Например, конструкция пневмогидравлической подвески Hydractive 3-го поколения автомобиля Citroen С5 позволяет устанавливать следующие уровни дорожного просвета:

46

-максимальный – устанавливаемый вручную для замены одного из колес автомобиля;

-повышенный (200 мм - для движения по неровным дорогам со скоростью Va ≤ 40 км/ч). Состояние и макропрофиль опорной поверхности электронный блок управления определяет, анализируя показания датчиков, контролирующих величины ходов подвесок колёс и скорость вертикальных перемещений колёс и кузова автомобиля;

-стандартный (160 мм – устанавливаемый автоматически для нормальных условий движения);

-пониженный (145 мм спереди и 149 мм сзади – устанавливаемый автоматически при Va > 110 км/ч; возврат в стандартное положение при Va < 90 км/ч);

-минимальный – для посадки пассажиров, загрузки багажа и присоединения к автомобилю прицепа.

Принципиальная схема пневмогидравлической подвески приведена на рис. 2.7. В этой подвеске установлен ПГУЭ с одной ступенью давления 6. Давление на диафрагму 7 упругого элемента передается от колеса 2 через балансир 1 и шток 3 поршня 4. Амортизаторный узел 8 расположен между нижней и верхней частями цилиндра 5.

Рис. 2.7. Принципиальная схема пневмогидравлической регулируемой подвески:

1 - балансир; 2 - колесо; 3 - шток поршня гидроцилиндра; 4 - поршень; 5 - гидроцилиндр; 6 - ПГУЭ подвески; 7 - диафрагма ПГУЭ; 8 - амортизаторный узел; 9 - гидроаккумулятор; 10 - масляный насос; 11 - стержень-стабилизатор; 12 - рычажок управления золотником; 13 - золотник; 14 - бачок; 15 - предохранительный клапан

Давление жидкости в гидросистеме составляет 16…18 МПа и обеспечивается масляным насосом 10 с приводом от двигателя (или от автономного электродвигателя, как на автомобиле Citroen С5) и гидроаккумулятором 9. Предо-

47

хранительный клапан 15 ограничивает давление жидкости в гидроаккумуляторе 9, перепуская его избыток в бачок 14.

Автоматическое регулирование постоянства высоты пола кузова относительно опорной поверхности при изменении статической нагрузки достигается увеличением или уменьшением количества жидкости в полости под диафрагмой 7. Балансиры 1 обоих колес соединены между собой стержнемстабилизатором 11, на середине которого укреплен рычажок 12, управляющий золотником 13 регулятора положения кузова.

При увеличении статической нагрузки на ось колеса автомобиля кузов опускается, рычажок 12 передвигает золотник 13, и жидкость из гидроаккумулятора 9 поступает в полость под диафрагму 7 до тех пор, пока не восстановится номинальный уровень кузова. При уменьшении статической нагрузки кузов поднимается выше нормального уровня, рычажок 12 передвигает золотник 13 в обратную сторону, и часть жидкости перетекает из полости под диафрагмой 7 в бачок 14.

При динамической нагрузке на колесо (например, наезде на препятствие) балансир 1 двигается вверх, шток 3 воздействует на поршень 4, который вытесняет жидкость из гидроцилиндра 5. Жидкость, в свою очередь, проходя через амортизаторный узел 8 в нижней части упругого элемента 6, воздействует на диафрагму 7 и сжимает газ. При обратном ходе подвески газ в упругом элементе 6 расширяется и выталкивает жидкость в гидроцилиндр 5.

Амортизаторный узел 8, замедляя перемещение жидкости из упругого элемента в гидроцилиндр и обратно, демпфирует колебания кузова при движении автомобиля. Такая конструкция работает намного «мягче» классического амортизатора, в связи с чем плавность хода автомобилей с пневмогидравлической подвеской существенно выше, чем у автомобилей с другими видами подвесок.

Схема расположения элементов пневмогидравлической подвески Hydractive 3-го поколения на автомобиле Citroеn С5 приведена на рис. 2.8.

Встроенный гидроэлектронный блок управления (рис. 2.9) состоит из следующих основных элементов:

-электронного блока управления подвеской 1;

-электродвигателя привода гидравлического насоса 3;

-аксиально-поршневого жидкостного насоса с пятью поршнями;

-четырёх электромагнитных клапанов: по два на ось (по одному на впуск и выпуск);

-двух запорных клапанов, предотвращающих осадку подвески;

-предохранительного клапана.

48

Рис. 2.8. Схема расположения элементов пневмогидравлической подвески на автомобиле Citroёn С5:

1 - встроенный гидроэлектронный блок управления; 2 - пневмогидравлический упругий элемент (ПГУЭ); 3 и 5 - регуляторы жёсткости передней и задней подвески с гидроаккумуляторами; 4 и 6 - передний и задний регуляторы (механические или электронные) положения кузова (по высоте); 7 - коммутационный блок; 8 - датчик положения (угла поворота) рулевого колеса; 9 - бачок для гидравлической жидкости; 10 - педали подачи топлива и тормоза

Рис. 2.9. Схема гидроэлектронного блока управления подвеской:

1 – электронный блок управления; 2 – гидравлический блок; 3 – электродвигатель привода гидравлического насоса; 4 – вход гидравлического насоса

Функционально электронный блок управления подвеской устанавливает и автоматически переводит работу подвески из режима «Comfort» в режим «Sport» в зависимости от выбранного водителем стиля вождения автомобиля, подстраивая степень жёсткости подвески и демпфирования колебаний подвеской. При этом электронный блок управления обрабатывает следующие параметры, получаемые от датчиков:

- скорость движения автомобиля;

49

-величины углов поворота и мгновенную угловую скорость рулевого ко-

леса;

-продольные и боковые ускорения автомобиля;

-скорость или частоту колебаний его подрессоренной части автомобиля;

-положение педали подачи топлива;

-давление в тормозной системе.

В память электронного блока управления заложен ряд предельных параметров и их сочетаний, определенных на основе испытаний автомобилей Citroen. Эти данные сравниваются с получаемой от датчиков информацией, и электронный блок управления выбирает соответствующий режим работы подвески, причем гидравлическая система подвески включается немедленно (время срабатывания менее 0,05 с), опережая динамическую реакцию автомобиля, что особенно важно, например, при движении с высокой скоростью по извилистой дороге.

Если водитель нажимает на кнопку принудительного включения режима «Sport», то электронный блок управления переводит работу подвески в этот режим только при наличии параметров для такого перехода. Так, например, при разгоне в режиме «Sport» для уравнивания давления в элементах передней и задней подвески автомобиля автоматически включается режим «Comfort».

В результате обеспечивается возможность постоянного комфортабельного движения и лишь временного перевода подвески в режим «Sport» при соответствующих условиях (резкие повороты, торможения, движение по разбитым дорогам) для лучшей управляемости и безопасности движения.

Принципиальная схема работы пневмогидравлической подвески передней оси автомобиля Citroеn С5 в режимах «Sport» и «Comfort» представлена на рис. 2.10.

При работе подвески жидкость, вытесняемая поршнем из гидроцилиндра 5, проходит через встроенный основной амортизаторный клапан 8. С колесом автомобиля связан шток поршня, который передает усилия на поршень через упорную пяту. Гидроцилиндр изолирован от окружающей среды кожухом.

Дополнительный пневмогидравлический упругий элемент (ПГУЭ) (гидроаккумулятор) 7 позволяет изменять массу газа основного ПГУЭ каждого колеса и, таким образом, расширять область регулирования жёсткости подвески. Дополнительные амортизаторные клапаны 9 изменяют сечение отверстий, через которое проходит жидкость и тем самым влияют на уровень демпфирования колебаний подвески.

По командам электронного блока управления регулятор жесткости 4 при помощи электромагнитного клапана 3 подключает или отключает гидроаккумулятор 7 и два амортизаторных клапана 9, выбирая режим подвески:

50