Информационное письмо
Образец оформления статьи
Анкета автора
07.04.2016

Обзор адаптивных подвесок и систем демпфирования колебаний на автомобильном транспорте

Хрипков Михаил Юрьевич
Магистрант кафедры технической эксплуатации и ремонта автомобилей, Факультет автомобильного транспорта Волгоградский государственный технический университет Волгоград, Российская Федерация
Аннотация: в статье описана общая классификация систем гашения колебаний. Приведена классификация управляющих систем демпфирования колебаний. Отслежена тенденция развития адаптивных подвесок автомобиля. Приведены примеры наиболее востребованных и популярных адаптивных подвесок автомобиля. Были сделаны общие выводы по современному состоянию и тенденциям развития адаптивных подвесок автомобиля.
Ключевые слова: классификация подвесок, адаптивная подвеска автомобиля, демпфирование колебаний, плавность хода автомобиля
Электронная версия
Скачать (796.6 Kb)

1. Введение

Адаптивная подвеска – это система подрессоривания кузова автомобиля, параметры которой меняются в зависимости от условий движения, обеспечивая оптимальную или близкую к оптимальной плавность хода. Каждый водитель хочет, чтобы его транспортное средство было мягкой периной на ухабистой дороге, а на высокоскоростной магистрали мгновенно превращалось в гоночный жесткий болид. Если машина снабжена адаптивной подвеской, то такое превращение возможно в доли секунды.

2. Цель исследования

Обзор и детальное изучение актуальных вопросов по системам гашения колебаний, временных этапов развития активных и адаптивных систем подрессоривания, составление общих классификаций и обзор адаптивных подвесок автомобиля.

3. Общая классификации систем гашения колебаний

Все системы подрессоривания теоретически можно разделить на четыре вида или категории: пассивные, полуактивные, активные и смешанные (гибридные).

Первые исследования динамики управления подвеской АТС начались с 1920 года. Оптимизация работы подвески осуществлялась не только за счёт совершенствования основных демпфирующих элементов, но также за счёт совершенствования других компонентов подвески (таких как сайлентблоки, рычаги и так далее). Под оптимизацией понимается улучшение управляемости и общего комфорта для пассажиров в салоне автомобиля.

Пассивные адаптивные подвески были первые в своём роде. Они используются до того момента, пока не возникает необходимость в преодолении противоречия управляемость – комфорт, когда становится уже невозможность жертвовать одним в пользу другого. Преодолениея этого противоречия достигается путём адаптации работы подвески под конкретные дорожные условия.

Основной показатель плавности хода – это вертикальные ускорения кузова. Мягкие пружины позволяют добиться большего комфорта, но из-за них ухудшается управляемость автомобиля на дороге с большими неровностями вследствие недостаточного контакта колёс с дорогой. Кроме того, мягкие пружины требуют большего хода, что трудно выполнимо для небольших транспортных средств. С точки зрения безопасности, нагрузка на колеса должна быть более постоянной.

Пассивные системы имеют дифференцированные характеристики, никак не управляются, следовательно, не требуют никакой энергии на управление. Активные подвески управляются с помощью электричества или других способов и генерируют управляющие воздействия. Они требуют большого количества энергии. Активные системы подрессоривания используют для работы гидравлические насосы с механическим приводом, пневматические компрессоры с механическим приводом или электрические генераторы совместно с электрическими гидравлическими насосами и пневматическими компрессорами. Движение колёс вверх и вниз осуществляется с помощью механически контролируемой жидкости или воздухом посредством электрически управляемых клапанов.

Датчики ускорений информируют контроллер, когда автомобиль ускоряется, тормозит или поворачивает. Контроллер не использует адаптивные алгоритмы для вычисления данных и определения положения каждого колеса. Между пассивными и активными находятся полуактивные подвески. Они требуют для работы малого количества энергии. Смешанные системы являются комбинациями всех предыдущих систем.

4.Классификация управляющих систем подрессоривания

Классификация управляющих систем подрессоривания может быть проведена в соответствии с затратами энергии на управление и частотой работы привода управления. Можно выделить три особенности: 1) диапазон управления, то есть диапазон сил, которые могут выдавать приводы; 2) диапазон пропускной способности привода, то есть частота, с которой может работать привод управления; 3) влияние привода на уровень системы (демпфирования или упругость), которое в основном определяется сочетанием двух предыдущих особенностей [6].

 Рисунок 1 – Классификация систем подрессоривания

Рисунок 1 – Классификация систем подрессоривания

5. Обзор современных адаптивных подвесок автомобиля.

Французские подвески всегда славились своим комфортом и высокой плавностью хода и при этом отличались хорошей надёжностью. Одна из таких подвесок была изобретена в 1989 году и устанавливалась на модель XM. Данную подвеску называли Hydractiv. Позже была изобретена более современная и комфортная HydractivPlus. На этом эволюция автомобильных подвесок не останавливалась [7].

В подвеске AgilityControl у “Mercedes-Benz” жёсткость подвески, а точнее самих амортизаторов, напрямую зависит от частоты и амплитуды перемещения штока внутри амортизатора. Также у «Мерседес-Бенц» есть шасси, которые непосредственно установлены на пневматиках (AirmatikDual Control), которые задают клиренс в зависимости от профиля дороги и нагрузки автомобиля. Одна из самых знаменитых и практичных подвесок была изобретена компанией Volkswagen. Adaptive Chassis Control (адаптивный контроль за подвеской) – так называют систему, которая управляет настройками амортизаторов.

Управляющий сигнал поступает на блок управления от датчиков, которые снимают информацию о перемещении колёс и кузова, тем самым изменяя жёсткость шасси всего автомобиля. Характеристики жёсткости здесь задают электромагнитные клапаны, которые установлены внутри самого амортизатора.

Сами амортизаторы вмонтированы в пневмостойки с упругими элементами. Силы сопротивления здесь регулирует электромагнитный клапан. Регулирование производится по многопараметровой характеристике. Изменение сопротивления амортизаторов напрямую зависит от состояния дорожного покрытия и тех характеристик демпфирования, которые задаёт водитель из салона автомобиля. Сама система Adaptive Chassis Control воспринимает сигналы от четырёх датчиков ускорений, расположенных на каждом колесе автомобиля, и трех датчиков ускорений кузова. В результате производится изменение основных характеристик амортизаторов в соответствии с рассчитанной интенсивностью демпфирования колебаний. При этом амортизаторы работают на ходах сжатия и отдачи как полуактивные компоненты [2].

Рисунок 2 – Амортизационная стойка передней подвески Volkswagen Phaeton.

Рисунок 2 – Амортизационная стойка передней подвески Volkswagen Phaeton.

Стоит также отметить подвеску Audimagneticride. Данная подвеска получила широкое применение на автомобилях премиум класса марки Audi и Cadillac. Система подрессоривания кузова включает в себя амортизаторы с магнитно-реологической жидкостью. Функционирования амортизаторов базируется на магнитно-реологическом эффекте. Эта жидкость представляет собой высокодисперсную суспензию из основанного на углеводороде синтетического масла, в которое были введены мягкие магнитные частицы.

Мельчайшие магнитные частицы выравниваются по направлению линий действий магнитного поля. Это изменяет усилие протекание жидкости внутри амортизатора, тем самым изменяя его жёсткость [1].

Рисунок 3 – Принцип действия Audimagneticride

Рисунок 3 – Принцип действия Audimagneticride

Также в данной работе хочется отметить современные тенденции в развитии адаптивных подвесок автомобиля. Одной из таких подвесок является активная подвеска транспортного средства с электромагнитным клапаном управления. В подвеске содержится упругий элемент 1, амортизатор 2, силовой цилиндр 3, который установлен параллельно подвеске и соединяет колесо 4 с подрессоренной массой 5, электромагнитный клапан управления 6, генератор возмущающих колебаний 7, блокирующее устройство 8, датчик давления 9, нагнетающий насос 10, бак 11, предохранительный клапан 12 и соединительные трубопроводы.

Рисунок 4 – Схема общего вида активной подвески с электромагнитным клапаном управления

Рисунок 4 – Схема общего вида активной подвески с электромагнитным клапаном управления

Генератор колебаний 7, воздействуя на электромагнитный клапан управления 6 с частотой, которая равна собственной частоте, но работает в противофазе колебаниям кузова, тем самым соединяет нагнетательную магистраль гидронасоса с нужной полостью силового цилиндра, тогда как противоположная полость объединяется со сливной магистралью, и наоборот. Система может включаться в противофазе, благодаря датчику и блокирующему устройству 8. В соответствии с той частотой, которая была задана, силовой цилиндр воздействует на упругий элемент 1, тем самым уменьшая итоговое воздействие на кузов транспортного средства. Данный вариант адаптивной подвески численно рассчитан. Результаты явно показывают, что силовой цилиндр, который используется в этой подвеске, уменьшает амплитуду колебаний кузова [3].

Таблица 1 – Зависимость амплитуды перемещения от частоты возмущения функцииТаблица 1 – Зависимость амплитуды перемещения от частоты возмущения функции

Стоит также отметить адаптивную подвеску с шарнирным параллелограммом, соединяющим кузов автомобиля с колесом через подшипник [4]. Она относиться к подвескам с электромагнитным управлением. Но существуют подвески, такие как адаптивная независимая подвеска безрельсовых транспортных средств, которая основана на законах механики, без использования электроники. Основными элементами данной подвески являются рабочие стержни. Если их длина уменьшается, то это приводит к увеличению их крутильной жесткости, что позволяет демпфировать динамические нагрузки, вызванные наездом колёс на неровный профиль дороги [5].

6. Выводы

Регулирование демпфирования в подвеске АТС является достаточно важным процессом, позволяющим сделать более эффективной работу амортизатора и подвески в целом.

Конструкции современных применяемых адаптивных подвесок автомобиля весьма схожи, главное их различие в принципе действия демпфирующих элементов (амортизаторов).

Многие учёные и изобретатели РФ работают над созданием новых конструкций и алгоритмов для современных адаптивных подвесок автомобиля. Анализ рассмотренных в статье патентов показал, что их идеи вполне жизнеспособны.

Список литературы:

1. Автомобиль AudiTTCoupe 07. Ходовая часть [Электронный ресурс]. – [2016]. – Режим доступа: http://autoholding.net (дата обращения: 01.04.2016).

2. Автомобиль Phaeton. Пневматическая подвеска. [Электронный ресурс]. – [2014]. – Режим доступа: http://vwts.ru (дата обращения: 28.03.2016).

3. Пат. 2019439 Российская Федерация, МПК В 60 G 11/26, F 16 F 9/06. Активная подвеска транспортного средства / Н. В. Мартынов, В. В. Дегтяренко, Г. И. Чешенко, Д. В. Абрамов, С.Г Опарин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Омский государственный технический университет». – №2005111000; заяв. 01.06.94; опубл. 15.09.94, Бюл. № 24 (IIч.).

4. Пат. 2114745 Российская Федерация, МПК В 60 G 12/26, F 13 F 9/06. Адаптивная подвеска / С. В. Титов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет». – №2003222311; заяв. 31.03.1995; опубл. 10.07.1998, Бюл. № 18 (IIч.).

5. Пат. 2499687 Российская Федерация, МПК В 60 G 11/26, F 13 F 8/06. Адаптивная независимая подвеска / Е. В. Сливинский, Д. ВГритчин, С. Ю. Радин, Д. Н. Климов, В. Н. Свиридова; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина». - №2012412500; заяв. 11.04.2012; опубл. 27.11.2013, Бюл. № 13 (IVч.).

6. Сафронов, Ю. Г. Активные подвески. Без электроники // Автомобильная промышленность / Ю. Г. Сафронов, А. В. Синев, В. С. Соловьев, М. М. Чепелев, М.: Машиностроение – № 3, 1992. – С. 25 – 26.

7. Современные адаптивные подвески [Электронный ресурс]. – [2014]. – Режим доступа: http://avtocrat.at.ua (дата обращения: 20.03.2016).