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

В случае выхода из строя или в результате изнашивания комплект агрегатов Nivomat может быть заменен стандартными (штатными) упругими (пружины) и демпфирующими (амортизаторы) элементами подвески.

Новое поколение агрегатов Nivomat

Основная цель разработки нового поколения агрегатов Nivomat (см. рис. 2.17) – уменьшение занимаемого пространства, то есть достижение близких к обычным амортизаторам габаритных размеров.

Рис. 2.17. Агрегат Nivomat нового поколения:

1 - газовая камера высокого давления; 2 - разделительный поршень; 3 - трубка всасывания гидравлической жидкости; 4 - поршень агрегата; 5 - резервуар жидкости; 6 - плунжер (шток насоса); 7 - шток поршня; 8 - выпускной клапан; 9 - насосная камера; 10 - клапан всасывания; 11 - ограничитель перемещения поршня; 12 - соединительное отверстие; 13 - байпас управления уровнем кузова

Принципиальное различие в конструкции нового агрегата Nivomat по сравнению с существующим поколением состоит в том, что входящие в него элементы расположены не радиально, а продольно. Такое решение позволило разделить газ и жидкость разделительным поршнем, расположенным в аккумуляторе высокого давления (как в однотрубном гидравлическом амортизаторе). Таким образом, минимальный диаметр наружной трубы был уменьшен до 54 мм (вместо 60…72 мм). Если требуемое пространство в продольном направлении ограничено, устройство может иметь выносную камеру.

Агрегат Nivomat может комплектоваться дополнительным поршневым насосом с электроприводом, обеспечивающим поддержание требуемого уровня кузова автомобиля на стоянке. Насос активируется в течение короткого промежутка времени, например, когда автомобиль начинает движение, и обеспечивает приблизительно в течение 1 мин величину требуемого уровня кузова для полностью гружёного автомобиля. При этом не требуется дополнительного датчика высоты кузова, а также предотвращается перекачивание жидкости, когда достигнут требуемый его уровень, как в стандартном агрегате Nivomat.

Агрегат Nivomat может быть совмещён с системой

61

CDC (Continuous Damping Control). В этом случае применяется только наружный клапан CDC, поскольку внутренняя часть агрегата занята компонентами насоса. Клапан является специальной разновидностью, приспособленной к высокому давлению агрегата Nivomat. Для обеспечения однонаправленного потока жидкости в клапане во время ходов отбоя и сжатия дополнительно устанавливаются на поршень и в основание рабочего цилиндра трубка, направляющая жидкость, и запорный клапан.

62

3. АКТИВНЫЕ И АДАПТИВНЫЕ ПОДВЕСКИ

Активной называется подвеска, параметры которой могут автоматически изменяться в процессе эксплуатации автомобиля с помощью электронной системы управления.

В настоящее время в активных подвесках могут изменяться следующие параметры:

-степень (характеристики) демпфирования амортизаторов;

-жесткость подвески – путем изменения характеристик упругих элементов подвески;

-высота уровня кузова (рамы) или дорожный просвет – путем регулирования упругих элементов подвески;

-жесткость стабилизаторов поперечной устойчивости;

-изменение длины рычагов подвески и схождения колес с помощью электропривода.

Существующие на сегодняшний день экспериментальные системы активных подвесок обеспечивают постоянный контроль динамической нагрузки на каждое колесо, и при ее увеличении (например, когда колесо наезжает на препятствие) или уменьшении гидравлический цилиндр, соответственно, приподнимает или опускает колесо, обеспечивая, таким образом, перемещения колес по траекториям, копирующим профиль опорной поверхности (дорожные неровности).

Адаптивной (или полуактивной) подвеской называется регулируемая подвеска, в которой в зависимости от состояния дорожного покрытия, параметров движения, а также стиля вождения автомобиля автоматически изменяются только характеристики демпфирования амортизаторов. Эта подвеска позволяет уменьшить до минимума крены кузова (рамы) при различных режимах движения автомобиля (разгон, торможение, поворот, буксировка прицепа).

Среди самых простых устройств, в которых сопротивление амортизатора изменяется в зависимости от амплитуды перемещения штока (или поршня), являются устройства Monroe Sensa-trac и Sachs Vario, которые, правда, не относятся к адаптивным. Реализуется это благодаря специальным продольным пазам, имеющим максимальное сечение в средней части цилиндра и сходящим на нет вверху и внизу. Каждый паз представляет собой дополнительный канал, позволяющий амортизаторной жидкости обойти поршневой клапанный узел. Таким образом, при работе подвески с малой амплитудой сопротивление перемещению поршня и степень демпфирования амортизатора низкие, а при её работе с высокой амплитудой, - значительно более высокие. Данный тип амортизаторов выпускается в однотрубном и двухтрубном исполнении. Они нашли

63

преимущественное применение в рессорных подвесках малотоннажных грузовых автомобилей, а также в системах подрессоривания кабин грузовых автомобилей. Несомненным плюсом конструкции является возможность установки таких амортизаторов взамен нерегулируемых (стандартных) и отсутствие необходимости в различных элементах управления. Вместе с тем, подобные устройства не применяются в подвесках автомобилей, в которых изменение жесткости должно иметь прямую зависимость от осевой нагрузки.

Внастоящее время активные и адаптивные подвески используются многими автопроизводителями:

1. BMW: активная подвеска Adaptive Drive, которая включает системы регулирования демпфирующих свойств амортизаторов EDC (Electronic Damper Control) и снижения кренов кузова автомобиля Dynamic Drive (активные стабилизаторы поперечной устойчивости). Система EDC обеспечивает три режима работы (Normal, Comfort или Sport) и автоматически регулирует демпфирующие свойства амортизаторов, изменяя проходное сечение клапанов.

Всистеме Dynamic Drive (рис. 3.1) в разрез обычного стабилизатора поперечной устойчивости включён мощный и быстродействующий гидромотор. При прямолинейном движении автомобиля гидромотор не включается и стабилизатор не работает. При движении на поворотах, которые электронный блок управления распознает по сигналам датчика поперечных ускорений, гидромотор включается и закручивает правую и левую части стабилизатора. Чем круче поворот, тем сильнее гидропривод закручивает части стабилизатора. В результате уменьшаются крены кузова.

Рис. 3.1. Активный стабилизатор

1 – стабилизатор; 2 – резинометаллический шарнир стабилизатора; 3 – удерживающая скоба стабилизатора; 4 – стойка крепления; 5 – пружинный энергоаккумулятор; 6 – клапан сброса

64

2.Mercedes-Benz: гидравлическая система активного управления положе-

нием кузова АВС (Active Body Control) и пневмоподвеска Airmatik Dual Control

ссистемой адаптивного демпфирования ADS II (Adaptive Damping System), регулирующей демпфирующие свойства амортизаторов.

3.Nissan: системы бесступенчатого регулирования степени демпфирования амортизаторов CDC (Continuous Damping Control) и гидравлического управления положением кузова НВМС (Hydraulic Body Motion Control), изменяющая характеристики амортизаторов с целью уменьшения кренов кузова.

4.Opel: система бесступенчатого регулирования степени демпфирования амортизаторов CDC (Continuous Damping Control).

5.Porsche: системы активного управления подвеской PASM (Porsche Active Suspension Management) и PDCC (Porsche Dynamic Chassis Control), управ-

ляющая гидроприводами стабилизаторов поперечной устойчивости и обеспечивающая минимальные крены кузову.

6.Toyota и Lexus: адаптивная подвеска AVS (Adaptive Variable Suspension), регулирующая демпфирующие свойства амортизаторов, которые изменяются каждые 2,5 мс, пневмоподвеска AHC (Active Height Control), обеспечивающая изменение клиренса, и система KDSS (Kinetic Dynamic Suspension System), управляющая гидроприводами стабилизаторов поперечной устойчивости и обеспечивающая минимальные крены кузову.

7.Volkswagen: адаптивная подвеска DCC (Adaptive Chassis Control).

Современные адаптивные подвески включают регулируемые амортиза-

торы и систему управления (как правило, электронную).

Регулируемые амортизаторы служат для изменения степени демпфирования подвески, то есть для обеспечения быстроты затухания колебаний кузова (рамы) автомобиля, которая зависит от сопротивления амортизаторов и динамической нагрузки на колесо.

Чаще всего регулирование демпфирующих свойств амортизаторов осу-

ществляется с помощью электромагнитных регулировочных клапанов или путём изменения проходного сечения клапанов в поршне амортизатора. В

электромагнитных клапанах проходное сечение изменяется в зависимости от величины воздействующего тока. Чем больше ток, тем меньше проходное сечение клапана и соответственно выше степень демпфирования амортизатора. С другой стороны, чем меньше ток, тем больше проходное сечение клапана, ниже степень демпфирования. Регулировочные клапаны устанавливаются на каждый амортизатор и могут располагаться внутри него или снаружи в отдельной камере.

65

Система управления обеспечивает обычное или электронное регулирование степени демпфирования амортизаторов. В последнем случае, она включает входные датчики, электронный блок управления и исполнительные устройства.

Вработе системы управления адаптивной подвеской используются следу-

ющие входные датчики (см. рис. 1.19):

- клавиша управления системой регулирования характеристики амортизаторов (настройки демпфирования);

- датчики дорожного просвета или положения кузова (рамы) относительно дорожной поверхности;

- датчики ускорений кузова; - датчики ускорений колёс автомобиля в вертикальной плоскости.

С помощью клавиши осуществляется ручное регулирование характеристики амортизаторов (выбор режимов работы адаптивной подвески). Датчики обеспечивают её автоматическое регулирование.

Датчики дорожного просвета или положения кузова (рамы) относительно опорной поверхности фиксируют величину ходов подвесок при сжатии и отбое. Они отслеживают текущее положение кузова (рамы) автомобиля в процессе его движения: при разгоне, торможении и поворотах.

Датчики ускорений кузова (рамы) и колёс определяют величину ускорений кузова (рамы) и колёс автомобиля в вертикальной плоскости. Показания этих датчиков характеризуют качество дорожного покрытия. Чем больше неровностей на дороге, тем выше ускорения колёс и активнее колебания кузова (рамы) автомобиля.

Сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления, где в соответствии с заложенной программой происходит их обработка и формирование управляющих воздействий на исполнительные устройства - регулировочные клапаны каждого амортизатора. В своей работе электронный блок управления использует информацию и взаимодействует с другими блоками управления: системы управления двигателем, систем ESP, ABS и других.

Вконструкциях адаптивных подвесок, как правило, предусмотрено три режима работы: нормальный (Normal), спортивный (Sport) или комфортный

(Comfort).

Режимы выбираются водителем по потребности. В каждом режиме осуществляется автоматическое регулирование степени демпфирования амортизаторов в пределах многопараметровой характеристики (рис. 3.2). В идеальном случае регулирование осуществляется таким образом, как будто кузов автомобиля, как бы «плывёт» над опорной поверхностью, практически не повторяя её неровности. В этом случае достигается максимальная комфортабельность движения автомобиля.

66

Рис. 3.2. Многопараметровая характеристика амортизатора

Многопараметровые характеристики зависимости сопротивления амортизаторов от условий движения автомобиля записаны в память электронного блока управления.

Высокая степень демпфирования имеет место при малых управляющих токах, а низкая - при больших токах.

В качестве примеров ниже приведены отдельные конструкции и принципы работы адаптивных (обычных и электронных) систем управления демпфированием амортизаторов.

3.1. Подвеска Agility Control легковых автомобилей

Mercedes-Benz

Подвеска Agility Control, устанавливаемая на некоторые модели легковых автомобилей Mercedes-Benz, является одной из наиболее простых. Она обеспечивает хорошую устойчивость и комфортабельность автомобиля. Её, однако, нельзя назвать в полной мере адаптивной, так как она не настраиваемая, то есть водитель не имеет возможности выбора режима работы подвески.

Основным элементом конструкции подвески является регулируемый двухтрубный амортизатор (рис. 3.3) со встроенным в его шток 6 гидромеханическим устройством, включающим независимый управляющий клапан 5 и обходной канал 4 и регулирующим демпфирующие свойства амортизатора в автоматиче-

67

ском режиме в зависимости от частоты и амплитуды, с которыми перемещается шток.

Рис. 3.3. Регулируемый амортизатор подвески Agility Control:

1 – рабочий цилиндр; 2 – внешний резервуар; 3 – поршень; 4 – обходной канал; 5 – управляющий клапан; 6 – шток

Когда частота колебаний штока амортизатора низкая (или малая амплитуда колебаний), управляющий клапан (рис. 3.4,а) открывает обходной канал для свободного прохода амортизаторной жидкости, уменьшая силу сопротивления амортизатора, что способствует хорошей плавности хода автомобиля без ущерба для управляемости, а также снижению уровня шума в салоне.

При высокой частоте колебаний штока амортизатора (или большой амплитуде колебаний), например, при движении по неровным дорогам, резком торможении или изменении траектории движения автомобиля, управляющий клапан (рис. 3.4,б) передвигается в крайнее положение, прекращая проход амортизаторной жидкости через обходной канал. В этом случае сила сопротивления амортизатора достигает максимальной расчётной, обеспечивая автомобилю хорошую устойчивость. При этом максимальные углы крена кузова при движении автомобиля на поворотах с наибольшей допустимой скоростью снижаются

68

примерно на 10% по сравнению с автомобилем с нерегулируемыми амортизаторами.

Рис. 3.4. Схема работы гидромеханического устройства амортизатора

3.2. Подвеска PASM автомобилей Porsche

Более сложная по конструкции, но аналогичная по функциональному назначению адаптивная система PASM (Porsche Active Suspension Management -

активное управление подвеской) устанавливается на автомобили Porsche]. Это электронная система регулирования демпфирующих свойств амортизаторов в зависимости от дорожных условий и стиля вождения автомобиля.

Регулирование демпфирующих свойств амортизаторов осуществляется автоматически в пределах определённого диапазона в одном из трёх режимов (Normal, Comfort или Sport), задаваемых водителем. В режиме Comfort амортизаторы автоматически настраиваются на обеспечение наибольшей комфортабельности движения, в режиме Sport – наилучшей устойчивости и управляемости и в режиме Normal, частично перекрывающем режимы Comfort и Sport, - достаточной комфортабельности, но несколько худшей устойчивости.

Датчики регистрируют не только вертикальные ускорения кузова и колёс автомобиля, но и поперечные ускорения кузова, углы поворота рулевого колеса, давление в тормозной системе и крутящий момент двигателя.

Электронный блок управления определяет наиболее рациональный режим движения и в течение нескольких миллисекунд изменяет степень демпфирования каждого амортизатора в соответствии с заданной программой. Например, если водитель выбрал режим Sport, но дорожные условия ухудшились, для лучшего контакта колёс с поверхностью дороги система PASM немедленно ав-

69

томатически в пределах диапазона выбранного режима изменяет настройки амортизаторов в сторону меньшей жёсткости, обеспечивая, таким образом, безопасность движения. При последующем улучшении дорожных условий система также автоматически возвращается к первоначальной характеристике работы подвески.

Регулирование демпфирующих свойств осуществляется следующим путём. В шток однотрубного амортизатора (рис. 3.5) встроено исполнительное устройство - электромагнитный клапан, управляющий заслонкой, которая частично или полностью открывает или перекрывает обходной канал для свободного прохода амортизаторной жидкости (рис. 3.6).

Рис. 3.5. Регулируемый амортизатор подвески PASM

(Porsche Active Suspension Management): I – исполнительное устройство

Когда электромагнитный клапан открывает обходной канал (рис. 3.6,а и рис. 3.6,в), сила сопротивления амортизатора уменьшается и его демпфирующие свойства снижаются, что способствует улучшению комфортабельности автомобиля. Когда же электромагнитный клапан частично или полностью перекрывает обходной канал (рис. 3.6,б и рис. 3.6,г), уменьшая или полностью прекращая проход амортизаторной жидкости через него, сила сопротивления

70