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

«Comfort» (три ПГУЭ, четыре амортизаторных клапана на ось) или «Sport» (два ПГУЭ, два амортизаторных клапана на ось).

Рис. 2.10. Схема гидропневматической подвески передней оси автомобиля:

а - режим работы «Sport» (на электромагнитный клапан подаётся электропитание); б - режим работы «Comfort» (на электромагнитный клапан электропитание не подаётся): 1 - предохранительный клапан-распределитель; 2 - регулятор положения кузова; 3 - электромагнитный клапан; 4 - регулятор жесткости; 5 - гидравлический цилиндр; 6 - основной ПГУЭ; 7 - дополнительный ПГУЭ (гидроаккумулятор); 8 - основной амортизаторный клапан; 9 - дополнительный амортизаторный клапан; 10 - золотник регулятора жёсткости; 11 - соединительная магистраль; 12 - пружина

В режиме «Comfort» (см. рис. 2.10,б), обеспечивающем хорошую плавность хода, подключается электропитание электромагнитного клапана 3, и его золотник под воздействием давления жидкости, поступающей от гидроэлектронного блока (высокое давление), перекрывает возвратную (сливную) маги-

51

страль в бачок. При этом давление на нижнюю и верхнюю части золотника 10 регулятора жёсткости 4 одинаково и равно давлению, создаваемому гидроэлектронным блоком. Золотник 10 под воздействием пружины 12 оставляет открытой соединительную магистраль 11 между левым и правым гидроцилиндрами 5

иподключает к ним дополнительный ПГУЭ (гидроаккумулятор) 7.

Спомощью основных амортизаторных клапанов 8 поддерживается необходимое давление для обеспечения эффективного демпфирования колебаний. Возникающие крены автомобиля компенсируются работой встроенных в соединительную магистраль клапанов-демпферов 9.

В режиме «Sport» (см. рис. 2.10,а), обеспечивающем хорошую устойчивость и управляемость, электропитание на электромагнитный клапан 3 не подаётся, и его золотник перемещается под действием возвратной пружины и перекрывает подачу жидкости от гидроэлектронного блока, но открывает магистраль в сливной бачок. При этом на нижнюю часть золотника 10 регулятора жёсткости 4 воздействует давление, существующее в бачке для рабочей жидкости, а на верхнюю часть – давление гидроаккумулятора 7. Под действием разности давлений, и преодолевая усилие пружины 12, золотник 10 перемещается

иперекрывает соединительную магистраль 11, а также отключает гидроаккумулятор 7 от гидроэлектронного блока. В результате жёсткость подвески существенно возрастает.

Датчик угла поворота и угловой скорости рулевого колеса информирует о достижении предельных значений этих параметров. В этот момент происходит переход в режим «Sport». Подвеска остается в данном режиме до тех пор, пока угол поворота рулевого колеса не будет ниже предельного значения. В результате подвеска становится жёстче: крены кузова уменьшаются, и повышается устойчивость автомобиля.

Датчик скорости автомобиля информирует о ее значении, когда электронный блок анализирует данные других датчиков, определяя целесообразность перевода подвески в режим «Sport», а также для обеспечения большей чувствительности к поворотам рулевого колеса на большой скорости или к кренам (колебаниям) кузова на малой скорости движения автомобиля.

Техническое обслуживание пневмогидравлической подвески включает:

-замену рабочей жидкости (синтетической - каждые 100…120 тыс. км, минеральной - 50…60 тыс. км пробега) одновременно с очисткой или заменой фильтров;

- замену вышедших из строя упругих элементов: пневмогидравлических камер - каждые 200 тыс. км, «сфер» - 100…120 тыс. км пробега или повышение в них давления газа до требуемого уровня.

52

-очистку гидросистемы от химических отложений - каждые 120 тыс. км пробега;

При эксплуатации автомобилей с пневмогидравлическими подвесками запрещается:

-движение своим ходом и на буксире с неисправной гидравлической системой подвески;

-движение хотя бы с одним вышедшим из строя («пустым») упругим элементом или гидроаккумулятором, что может привести к гидроудару и полному отказу гидравлической системы подвески;

-пускать двигатели других автомобилей (давать «прикурить») от штатной аккумуляторной батареи, так как это приведёт к выходу из строя электронной системы.

2.3. Гидропневматические агрегаты Nivomat автоматического поддержания уровня кузова легковых автомобилей

Агрегаты Nivomat автоматического поддержания уровня кузова производства ZF Sachs применяются, главным образом, в конструкциях легковых автомобилей с кузовами «универсал», минивэнов и кроссоверов и устанавливаются в их задние подвески вместо штатных амортизаторов.

Агрегаты Nivomat в автоматическом режиме обеспечивают поддержание уровня кузова или дорожного просвета автомобилей независимо от их загрузки и буксирования прицепа.

Достоинства агрегатов Nivomat:

-повышенная безопасность (лучшая управляемость и тормозные свойства благодаря постоянной высоте центра масс и постоянному положению кузова автомобиля при любой загрузке и наличии прицепа);

-повышенная комфортабельность (меньшее напряжение и утомляемость водителя при управлении автомобилем);

-меньший расход топлива благодаря поддержанию уровня аэродинамических свойств автомобиля.

-компактность (амортизатор, а также все элементы для поддержания уровня кузова или дорожного просвета /гидронасос, резервуар для гидравлической жидкости, аккумулятор сжатого газа, регулятор высоты кузова/ объединены в одном компактном блоке /корпусе/);

-бóльшая ходимость шин (система поддержания уровня кузова предотвращает изменение углов развала колес и обеспечивает более равномерную нагруженность шин);

-меньшая масса и стоимость по сравнению с другими системами управления уровнем кузова.

53

- простота установки (грегаты Nivomat устанавливаются на места обычных стандартных амортизаторов. При этом не требуются дополнительная бортовая система управления, гидросистема с насосом или пневмосистема с модулем подачи воздуха).

Наглядно достоинства агрегатов Nivomat, установленных в заднюю подвеску автомобиля Lada Priora Universal (ВАЗ-2171) вместо стандартных амортизаторов, продемонстрированы на рис. 2.11 - 2.13, на которых показан автомобиль со стандартной задней подвеской, а также с агрегатами Nivomat.

Нагрузка на заднюю ось автомобиля в снаряженном состоянии составляет 4,51 кН. При этом расстояние между аркой и центром колеса практически одинаково и составило при стандартной подвеске 336 мм и с агрегатами Nivomat –

335 мм (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Автомобиль в снаряженном состоянии

При полной нагрузке в кузове автомобиля статическая нагрузка на заднюю ось повышается до 8,19 кН. При этом расстояние между аркой и центром колеса уменьшается при стандартной подвеске на 98 мм (до 238 мм, рис. 2.12), а с агрегатами Nivomat - на 77 мм (до 258 мм, рис. 2.13,а), что на 20 мм меньше.

Как только автомобиль с полной нагрузкой начнет движение, агрегаты Nivomat вступят в работу и через определенное время поднимут заднюю часть кузова автомобиля. Расстояние между аркой и центром колеса при этом достигнет 311 мм (рис. 2.13,б), что всего на 24 мм меньше, чем в снаряженном состоянии. Среднее положение, которое займет кузов автомобиля, будет на 73 мм выше среднего положения, которое занимает кузов автомобиля со стандартной подвеской.

Рис. 2.12. Полностью груженый автомобиль со стандартной подвеской

54

Рис. 2.13. Полностью груженый автомобиль с агрегатами Nivomat:

а - в статическом положении; б - движущийся

Конструкция и принцип работы агрегата Nivomat

Агрегат Nivomat по внешнему виду практически не отличается от стандартного (штатного) амортизатора или стойки подвески с пружиной и устанавливается вместо них. Он одновременно выполняет функции демпфирующего и упругого (совместно с пружиной) элементов. Агрегат представляет собой экономичное высокотехнологичное гидропневматическое устройство высокого давления. Для поддержания стандартного (номинального) уровня кузова агрегат Nivomat использует энергию, образующуюся от относительного перемещения колёс и кузова автомобиля при движении по неровной поверхности дороги.

Как известно, в обычном газонаполненном амортизаторе при достаточно высоком давлении газа 1,5…2,0 МПа (максимум до 3,0 МПа) выталкивающая сила на штоке относительно невелика - 150…200 Н, но и этого достаточно, чтобы приподнять кузов незагруженного легкового автомобиля дополнительно на 10…20 мм. Если же увеличить давление газа до 10…15 МПа, то усилие на штоке возрастет многократно и будет сравнимо с усилием, которое развивает основной упругий элемент - пружина или рессора. Если же давление газа изменять, то и усилие на штоке будет изменяться.

На этом и основан принцип работы агрегата Nivomat. По конструкции он напоминает двухтрубный амортизатор с газовым подпором (рис. 2.14,а).

В заполненном амортизаторной жидкостью цилиндре перемещается полый шток 12 агрегата с поршнем 6, имеющим обычные для амортизатора калиброванные отверстия и клапаны. Полость 4 рабочего цилиндра соединена с компенсационной полостью 5, в которую при ходе сжатия перетекает жидкость, вытесняемая штоком.

Полость 10 сжатого газа расположена в компенсационной полости. В неё закачан газ под давлением 10…15 МПа, который отделён от жидкости эластичной диафрагмой 8. В полости 3 (резервуаре) – содержится жидкость под низким давлением. Встроенный насос состоит из жестко закрепленного в корпусе плунжера 2, полого штока 12 агрегата, внутренней поверхностью которого является гильза 13, и двух клапанов 11 и 14. Внутри плунжера выполнено осевое

55

сверление, соединяющее заборную трубку 1 с впускным клапаном насоса 11, а снаружи нарезан профилированный винтовой канал 9, выполняющий функцию регулятора высоты кузова.

Рис. 2.14. Агрегат Nivomat:

а – конструкция: 1 – заборная трубка; 2 – плунжер; 3 – резервуар для жидкости; 4 – рабочий цилиндр агрегата; 5 – компенсационная полость; 6 – поршень; 7 – перепускное отверстие в плунжере; 8 – диафрагма; 9 – профилированный винтовой канал; 10 – полость сжатого газа; 11 – впускной клапан насоса; 12 – шток поршня; 13 – гильза; 14 – выпускной клапан насоса; 15 – насосная камера;

б – поршень агрегата: 1 и 4 – надпоршневая и подпоршневая полости рабочего цилиндра, соответственно; 2 – труба рабочего цилиндра; 3 – поршень; 5 – зазор между гильзой и штоком; 6 – гильза; 7 – шток поршня

56

Характеристика упругости упругого элемента подвески с агрегатом Nivomat (график, показывающий изменение нагрузки на элемент Р в зависимости от его деформации ƒ) приведена на рис. 2.15.

Рис. 2.15. Характеристики упругости (Р – нагрузка на колесо /упругий элемент/; ƒ – деформация упругого элемента; ƒк – заданный уровень кузова):

1 - агрегат Nivomat с установленной с ним «мягкой» пружиной (автомобиль полностью загружен); 2 - стандартная пружина; 3 - агрегат Nivomat с установленной с ним «мягкой» пружиной (автомобиль не загружен); 4 - «мягкая» пружина; 5 - буфер сжатия подвески

Применение в подвеске автомобиля агрегата Nivomat вместо амортизатора позволяет заменить стандартную пружину (график 2) на более «мягкую» (график 4), способную воспринять примерно половину номинальной нагрузки на колесо. Благодаря высокому внутреннему давлению агрегат принимает на себя часть вертикальной нагрузки на колесо автомобиля.

Буфер сжатия подвески, как известно, имеет прогрессивную характеристику (график 5).

Когда автомобиль незагружен, его кузов удерживается в статическом положении суммарной реакцией пружины и агрегата Nivomat (график 3).

Когда автомобиль полностью загружен, и элемент подвески условно упрётся в буфер сжатия (точка В на рис. 2.15), шток 12 агрегата (см. рис. 2.14,а) вдвинется внутрь, и гильза 13 перекроет перепускное отверстие 7 и винтовой канал 9.

При движении по неровной дороге кузов совершает вертикальные колебания, а шток с поршнем агрегата Nivomat – возвратно-поступательные движения в цилиндре. При этом гильза 13 передвигается относительно плунжера 2 и, таким образом, вступает в работу встроенный насос. При каждом колебании кузова насос будет подкачивать жидкость из резервуара 3 через трубку 1, осевое

57

сверление в плунжере 2, впускной клапан 11, насосную камеру 15, выпускной клапан 14, зазор между гильзой 13 и штоком 12 (6 и 7 на рис. 2.14,б) – в полость 4 рабочего цилиндра.

Увеличение количества жидкости в полости рабочего цилиндра (и компенсационной полости) приводит к увеличению давления в газовой полости, а значит – к увеличению выталкивающей силы на штоке и постепенному повышению уровня кузова автомобиля. Так продолжается до тех пор, пока верхний конец винтового канала 9 не появится над краем гильзы 13. С этого момента жидкость будет перетекать между насосной камерой и полостью рабочего цилиндра, и уровень кузова стабилизируется.

Необходимо отметить, что этот уровень будет несколько отличаться от номинального (чем хуже дорога, тем больше поднимется кузов автомобиля). Но это расхождение небольшое.

Для восстановления уровня кузова требуется преодоление расстояния от 500 до 1500 м от начала движения автомобиля в зависимости от дорожных условий (в среднем – до 2 мин.).

Врезультате подвеска станет более «жесткой» (график 1 на рис. 2.15), что

итребуется при увеличении массы автомобиля. При этом большую часть нагрузки несёт уже не пружина, a агрегат Nivomat, и уровень кузова вернётся практически к номинальному положению (точка С на рис. 2.15). То есть подвеска сама приспосабливается к новой нагрузке.

Известно, что со стандартной пружинной подвеской частота собственных колебаний кузова (чёрная кривая на рис. 2.15,б) имеет чёткое различие между двумя состояниями автомобиля – при снаряжённой и полной массе (например, 1,47 и 1,01 Гц, соответственно). В то же время с агрегатами Nivomat (красная кривая на рис. 2.15,б) это различие практически отсутствует (например, 1,38 и 1,48 Гц, соответственно). Поэтому характеристики устанавливаемых упругих элементов (пружин и агрегатов Nivomat) подбираются так, чтобы при увеличении подрессоренной массы автомобиля свойство пружин компенсировалось противоположным свойством агрегатов Nivomat. В результате частота собственных колебаний кузова с увеличением нагрузки практически не меняется.

При снижении нагрузки в кузове автомобиля он приподнимается, а агрегаты Nivomat растягиваются. При этом перепускное отверстие 7 (см. рис. 2.14,а) в плунжере выйдет из гильзы, и через него жидкость из полости рабочего цилиндра начнёт перетекать через осевое сверление обратно в резервуар 3. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока кузов не опустится до номинального положения и отверстие 7 снова не закроется гильзой 13.

58

Рабочие функции агрегата Nivomat

Рабочие функции агрегата Nivomat показаны на рис. 2.16. Когда автомобиль не загружен, кузов находится на стандартном (номинальном) уровне. При этом перепускное отверстие в плунжере насоса и винтовой канал на его поверхности открыты и агрегат работает в режиме обычного амортизатора.

При увеличении статической нагрузки на колесо шток агрегата вдвигается внутрь. В этом случае при трогании автомобиля с места даже небольшие колебания между балкой моста (или рычагами подвески) и кузовом приводят к включению насоса. При этом жидкость при ходе отбоя из полости 1 всасывается через впускной клапан насоса 10 в насосную камеру 4 (рис. 2.16,а). При ходе сжатия жидкость перекачивается через выпускной клапан 11 поршня (рис. 2.16,б) в компенсационную полость 8.

Вследствие работы насоса давление в компенсационной полости 8, и, следовательно, в полости сжатого газа 9 возрастает, выталкивающая сила на штоке увеличивается, и уровень кузова автомобиля постепенно повышается (рис.

2.16,в).

Когда уровень кузова автомобиля (или дорожный просвет) приближается к заданной величине, винтовой канал (байпас) 6 на плунжере насоса (до тех пор закрытый гильзой управления) открывается и соединяет насосную камеру 4 с компенсационной полостью 8 аккумулятора высокого давления. Дальнейшее повышение давления и высасывание жидкости из резервуара 1 низкого давления прекращается. Жидкость начинает перетекать между насосной камерой 4 и полостью 3 рабочего цилиндра, и уровень кузова стабилизируется (рис. 2.16,г).

Когда автомобиль разгружается, и шток поршня начинает выходить из корпуса агрегата Nivomat, гильза управления открывает байпас регулятора высоты (перепускное отверстие в плунжере насоса) 12. Жидкость из компенсационной полости 8 аккумулятора высокого давления начинает перетекать в резервуар 1, что приводит к соответствующему снижению давления в аккумуляторе, а кузов автомобиля переводится на стандартный (номинальный) уровень (рис.

2.16,д).

Давление в агрегате Nivomat очень высокое (в динамике - до 35 МПа), а извне жидкость не подводится, то есть малейшие утечки быстро приводят к выходу агрегата из строя. Поэтому требования к изготовлению его комплектующих элементов более жёсткие, чем даже для гидропневматических подвесок. Высокий технологический уровень определяет и стоимость, которая для комплекта задней подвески составляет 500…700 долларов, что, правда, намного ниже, чем регулируемая пневмоили пневмогидравлическая подвеска.

59

Рис. 2.16. Рабочие функции агрегата Nivomat:

1 - резервуар для жидкости; 2 - газовая полость низкого давления; 3 - агрегат Nivomat (рабочий цилиндр); 4 - насосная камера; 5 - регулятор высоты; 6 - байпас (винтовой канал на плунжере); 7 - шток агрегата Nivomat; 8 - компенсационная полость; 9 - полость сжатого газа аккумулятора высокого давления; 10 - впускной клапан насоса; 11 - нагнетательный (выпускной) клапан насоса; 12 - байпас регулятора высоты (перепускное отверстие в плунжере насоса)

д)

60