Пневмоподвеска с амортизаторами, имеющими электронное регулирование демпфирующих свойств

Аналогичная пневмоподвеска с электронной системой управления двухтрубными амортизаторами с газовым подпором (CDC – Continuous Damping Control) установлена на автомобиле Opel Astra [10]. Патент на систему CDC компанией «Sachs» получен в 1999 г.

Непрерывное регулирование характеристик каждого амортизатора осуществляется с учетом состояния дорожного покрытия и индивидуального стиля вождения автомобиля одним, вынесенным на корпус (система CDCe, рисунок 3.8, а), или двумя электромагнитными клапанами (второй вмонтирован в поршень, система CDCi).

На основании сигналов от датчиков ускорения кузова и колёс автомобиля, скорости движения, угла поворота рулевого колеса и давления в упругих элементах пневмоподвески электронный блок управления в режиме реального времени при помощи специальной матрицы параметров рассчитывает наиболее рациональные характеристики амортизаторов для каждого отдельного колеса.

Система управления амортизаторами CDC используется в составе комплексной системы регулирования IDS+ (Interactive Driving System), которую называют интерактивным шасси, объединяющей также систему электронной стабилизации ESP-Plus и электрогидравлический усилитель рулевого управления (EHPS). Благодаря IDS+ улучшается управляемость, сокращается тормозной путь и повышается комфортабельность автомобиля. Водитель может выбрать режимы работы подвески «Normal», «Comfort» или «Sport».

Положением якоря в обмотке электромагнита определяется объём протекающей через каналы 1 и 2 электромагнитного клапана амортизаторной жидкости (рисунок 3.8, а) и, следовательно, демпфирующие свойства амортизатора, которые, таким образом, регулируются частичным или полным перекрыванием каналов клапана (рисунок 3.8, б).

В режиме«Sport» электромагнитный клапан закрыт, и жидкость дросселируется через донный или поршневой клапанные узлы амортизатора. Сила сопротивления перемещению поршня амортизатора максимальная.

В режиме «Comfort» при полностью открытом электромагнитном клапане жидкость в необходимом объёме в обход демпфирующих клапанных узловамортизатора перетекает по каналам 1 и 2 в его компенсационную камеру. При этом сила сопротивления перемещению поршня амортизатора наименьшая.

В режиме «Normal» клапан открывает только канал 2, и жидкость, испытывая повышенное сопротивление, в обход поршневого демпфирующего клапана амортизатора перетекает в его компенсационную камеру в ограниченном объёме.

Регулирование демпфирующих свойств амортизаторов происходит в течение нескольких миллисекунд.

А) б)

Рисунок 3.8 – Электромагнитный клапан управления регулируемым амортизатором:

а – амортизатор с электромагнитным клапаном:1 и 2 – каналы, открываемые клапаном;

б – направление потоков амортизаторной жидкости через каналы электромагнитного клапана при обеспечении наилучшей комфортабельности

В системах CDC легковых автомобилей однотрубные гидропневматические амортизаторы не нашли широкого распространения, хотя, по сравнению с двухтрубными амортизаторами, в их конструкцию заложены более высокие потенциальные свойства для создания регулируемых амортизаторов, и они обладают целым рядом преимуществ [12]:

- в однотрубном амортизаторе давление газа, передаваемое жидкости через разделительный поршень, полностью исключает её кавитацию и вспенивание, обеспечивая стабильность демпфирования колебаний на всех режимах работы;

- в однотрубном амортизаторе теплота отводится эффективнее из-за отсутствия наружной трубы (резервуара), что способствует стабилизации характеристик амортизатора;

- при одинаковой энергоемкости однотрубный амортизатор значительно легче двухтрубного, его применение обеспечивает некоторое уменьшение неподрессоренных масс подвески и повышение комфортабельности движения;

- при одинаковых наружных диаметрах амортизаторов площадь поршня у однотрубного амортизатора больше, чем у двухтрубного, что позволяет эффективнее демпфировать колебания;

- однотрубный амортизатор всегда готов к работе и работоспособен в любом положении, тогда как двухтрубный перед установкой нужно прокачать, а устанавливать его можно под углом к вертикальной плоскости не более 45⁰;

- в однотрубном амортизаторе сжатый под большим давлением газ служит дополнительным упругим элементом подвески с нелинейной (прогрессивной) характеристикой, добавляя свою упругость к упругости сжатого вместе с амортизатором упругого элемента подвески и обеспечивая, тем самым, надёжный контакт колеса с опорной поверхностью, что способствует лучшей управляемости и устойчивости автомобиля.

Имеются, однако, и недостатки, обусловленные их конструкцией и применением газа высокого давления, что и ограничивает применение:

- высокая стоимость вследствие предъявляемых высоких требований к герметичности сопряжений и точности изготовления рабочего цилиндра и штока амортизатора;

- однотрубные амортизаторы не имеют нижнего (донного) клапана сжатия, поэтому их клапанная система управления демпфированием при ходах сжатия и отбоя располагается в поршне. В связи с этим, разработка конструкции поршня, подбор его размеров, формы и количества пластин клапанных узлов является весьма сложной задачей;

- однотрубные амортизаторы в эксплуатации более уязвимы от внешних повреждений и стабильность их характеристик более зависима от температуры окружающего воздуха.

Более перспективными, но и ещё более дорогими являются однотрубные амортизаторы с выносной компенсационной камерой, которые наиболее широкое распространение нашли в автоспорте. В них камера с газовым подпором вынесена за пределы амортизатора в отдельный резервуар. Такая конструкция позволяет, не увеличивая размеры амортизатора, увеличить объем и газа, и амортизаторной жидкости, что серьезно повышает эффективность их охлаждения и стабильность характеристик. Кроме того, такие амортизаторы имеют больший рабочий ход поршня.

Наибольший же эффект от выносной камеры состоит в том, что на пути амортизаторной жидкости, перетекающей из основного рабочего цилиндра в компенсационную камеру, можно установить систему клапанов, которые выполняют функции клапана сжатия, как в двухтрубном амортизаторе. Отделив друг от друга клапаны, работающие на сжатие и отбой, можно заложить много диапазонов регулирования. В частности, можно изменять жесткость амортизатора для различных величин скорости движения поршня (например, низкой, средней и высокой). Таких диапазонов регулирования может быть 10 и более.

Пневмоподвески с обычной (пневматической) и электронной системами динамического управления амортизаторами CDC и PDC широко применяется на грузовых автомобилях, прицепах и полуприцепах. Их преимуществами на этих транспортных средствах являются: повышение безопасности движения и безотказности работы подвески, обеспечение бережной перевозки грузов, увеличение ходимости шин и сохранение дорожного покрытия.

Особенность же применения систем CDC и PDC состоит в том, что первые, как правило, используются на бортовых или седельных тягачах и первой или первых двух осях полуприцепов, а вторые, – управляемые пневматическим пропорциональным клапаном и не имеющие электронных устройств, – на осях прицепов и последней оси полуприцепов.

Датчики электронной системы измеряют такие параметры, как: вертикальную нагрузку на оси и степень загрузки автомобиля (прицепа, полуприцепа), давление в пневмосистеме и состояние пневмоэлементов, вертикальные ускорения рамы и колёс, поперечные ускорения рамы и частоту вращения колёс. Электронный блок управления анализирует сигналы от датчиков и рассчитывает наиболее рациональные амортизирующие усилия. Электромагнитные клапаны адаптируют работу амортизаторов к условиям движения автомобиля, поэтому его отличают безопасность и комфортабельность. Положение электромагнитного клапана зависит от напряжения управляющего сигнала и силы тока и определяет объём протекающей через него жидкости и, следовательно, степень демпфирования амортизатора. Регулирование демпфирования происходит в течение не более 25 мс.

Повышение стабильности работы подвески гарантируется её быстрым переключением в более «жесткий» режим. При этом электронный блок управления анализирует и такие параметры, как внешние воздействия (неровности поверхности дороги, боковой ветер), активность и манеру управления автомобилем (давление в тормозной системе, положение тормозной педали и рулевого колеса).

Диапазон автоматической подстройки демпфирующих свойств амортизаторов систем CDC и PDC под статическую нагрузку достаточно широк. Так, при изменении управляющего давления в пневмоэлементе от 0,1 до 0,7 МПа сила сопротивления при ходе отбоя амортизатора изменяется от 7 до 20 кН. Необходимо отметить, что влияние управляющего давления в пневмоэлементе на силу сопротивления при ходе сжатия амортизатора, которая, как правило, составляет примерно 25 % силы при ходе отбоя, будет менее существенно. Это необходимо для того, чтобы негативные воздействия от дорожных неровностей в минимальной степени передавались на раму транспортного средства.

В целом, установка пневмоподвески с электронной системой CDC на грузовые автомобили и полуприцепы обеспечивает [11]:

- снижение динамической нагрузки на колеса – на 10…20 %;

- возможность повышения осевой нагрузки – до 10 %;

- сокращение расходов на техническое обслуживание – на 12…15 %;

- уменьшение нагрузки на дорожное покрытие – до 70 %.