Статьи по теме "Подвеска"

Стабилизатор поперечной устойчивости

При повороте центробежная сила наклоняет автомобиль, со стороны наружных колес увеличивается нагрузка, со стороны внутренних – уменьшается и, как следствие, наблюдается крен и раскачивание кузова. Все это может привести к опрокидыванию автомобиля. Для уменьшения кренов в поворотах применяется стабилизатор поперечной устойчивости.

Стабилизатор поперечной устойчивости является частью автомобильной подвески, соединяющей противоположные колеса с помощью упругого элемента торсионного типа (работает на скручивание). В настоящее время стабилизатор поперечной устойчивости обязательный элемент различных видов независимой подвески легковых автомобилей. Стабилизатор устанавливается как на передней, так и на задней оси автомобиля. В легковых автомобилях, использующих в качестве задней подвески торсионную балку, стабилизатор поперечной устойчивости не устанавливается. Его функции выполняет сама подвеска.

Конструктивно стабилизатор поперечной устойчивости представляет собой стержень (штангу) круглого сечения, имеющий П-образную форму. Стабилизатор изготавливается из пружинной стали. Он располагается поперек кузова автомобиля и крепится к нему в двух местах с помощью резиновых втулок и хомутов. Втулки позволяют стабилизатору вращаться. Стабилизатор имеет, как правило, сложную форму, которая учитывает положение узлов и агрегатов автомобиля, расположенных под днищем кузова.

Концы стабилизатора поперечной устойчивости шарнирно соединяются с элементами подвески автомобиля – рычагами (многорычажная подвеска, подвеска на двойных поперечных рычагах), амортизаторными стойками (подвеска McPherson). Соединение стабилизатора с подвеской может быть как непосредственным, так и с помощью двух тяг (стоек). Наибольшее распространение получило соединение с помощью тяг.

Работа стабилизатора поперечной устойчивости основана на перераспределении нагрузки между упругими элементами подвески. При боковом крене (поперечных угловых колебаниях) концы стабилизатора (тяги) перемещаются в разные стороны (один поднимается, другой опускается). Средняя часть стабилизатора закручивается. Со стороны крена стабилизатор пытается как–бы приподнять кузов, с другой – опустить. Чем больше крен кузова, тем сильнее сопротивление стабилизатора. Таким образом, обеспечивается выравнивание автомобиля по отношению к плоскости дороги. Помимо снижения крена, достигается улучшение сцепных свойств шин в повороте.

Необходимо отметить, что в силу свое конструкции стабилизатор поперечной устойчивости не препятствует вертикальным и продольным угловым колебаниям подвески автомобиля. Так, при вертикальных колебаниях левое и правое колеса движутся вместе, а стабилизатор проворачивается во втулках.

Эффективная работа стабилизатора поперечной устойчивости обеспечивается его жесткостью. Жесткость стабилизатора определяется свойствами материала, формой, геометрией крепления. Чем жестче стабилизатор, тем большую нагрузку он переносит с внешнего колеса и соответственно более крутые повороты может позволить автомобилю. Устанавливая на переднюю и заднюю ось автомобиля стабилизаторы разной жесткости можно изменять тяговые свойства на осях, тем самым достигать желаемый баланс управления (избыточная или недостаточная поворачиваемость автомобиля).

При всех очевидных преимуществах стабилизатор поперечной устойчивости имеет ряд недостатков. Его применение приводит к частичной потере свойств независимой подвески – передаче ударов с одного колеса на другое, уменьшение хода подвески. В идеале при прямолинейном движении автомобиля стабилизатор поперечной устойчивости не нужен.

Кардинально данную проблему решает адаптивная подвеска, позволяющая полностью отказаться от стабилизатора поперечной устойчивости. Дальше всех в этом вопросе пошел Mercedes-Benz, разработав и внедрив на своих автомобилях систему активного контроля кузова (Active Body Control, ABC). Электронная система АВС позволяет контролировать положение кузова, исключающее крены, в различных условиях движения, в том числе при повороте, ускорении и торможении.

Стабилизатор поперечной устойчивости ухудшает проходимость внедорожников. При движении по бездорожью стабилизатор может привести к вывешиванию колеса и потере его контакта с дорогой. Борются с данной проблемой несколькими способами.

Самый распространенный способ – использование в качестве стойки стабилизатора гидроцилиндра. В нормальном положении гидроцилиндр заперт, стабилизатор выполняет свои функции в полном объеме. При необходимости движения по бездорожью гидроцилиндр разблокируется с помощью кнопки на панели приборов, стабилизатор поперечной устойчивости отключается. Для предотвращения опрокидывания при достижении определенной скорости движения предусмотрено автоматическое включение стабилизатора (блокировка гидроцилиндра).

Более сложную систему управления стабилизатором поперечной устойчивости предлагает фирма TRW. Система включает датчик бокового ускорения, блок управления, гидронасос и гидроцилиндры в качестве стоек стабилизатора. При прямолинейном движении гидронасос выключен, стабилизатор разблокирован, подвеска работает в комфортном режиме. При повороте блок управления включает насос, в гидроцилиндрах создается давление, стабилизатор поперечной устойчивости блокируется. Регулируя величину давления в гидроцилиндре, система управляет жесткостью стабилизатора в соответствии с режимом движения.

Компания Toyota разработала иную систему управления стабилизаторами поперечной устойчивости, которую с 2004 года устанавливает на свои внедорожники. Система кинетической стабилизации подвески (Kinetic Dynamic Suspension System, KDSS) представляет собой замкнутый гидравлический контур, объединяющий два гидроцилиндра, гидроаккумулятор, клапаны, блок управления и датчики. В отличие от предыдущей системы гидроцилиндры в системе KDSS соединяют стабилизатор поперечной устойчивости с кузовом.

При движении по шоссе клапаны закрыты, жидкость в системе не движется, поршни в гидроцилиндрах заблокированы, передний и задний стабилизаторы жестко связаны с кузовом и выполняют свои функции в полном объеме. Движение по неровной дороге приводит к частичному открытию клапанов, разблокированию гидроцилиндров, что приводит к снижению колебаний (тряски) кузова. На бездорожье жидкость свободно перемещается в системе, стабилизатор поперечной устойчивости полностью отключен.

Зависимая подвеска

Зависимая подвеска представляет собой жесткую балку, связывающую между собой правое и левое колеса. В совокупности она образует неразрезной мост. Отличительной особенностью зависимой подвески является передача перемещения одного из колес в поперечной плоскости другому колесу (зависимость колес).

В настоящее время зависимая подвеска применяется на некоторых моделях внедорожников, коммерческих автомобилях, а также малотоннажных грузовых автомобилях. Зависимая подвеска используется в основном в качестве задней подвески, реже – на передней оси автомобиля.

Основными видами зависимой подвески являются:

  • подвеска на продольных рессорах;
  • подвеска с направляющими рычагами.

Схема зависимой подвески на продольных рессорах

Устройство зависимой подвески на продольных рессорах включает балку моста, подвешенную на двух продольных рессорах. Рессора состоит из одного или нескольких металлических листов овальной формы, скрепленных между собой. Соединение рессоры с балкой моста осуществляется с помощью специальных хомутов – стремянок. Концы рессоры крепятся к раме (несущему кузову) автомобиля посредством кронштейнов, один из которых (качающаяся серьга) имеет возможность продольного перемещения, другой (эластичная опора) снижает вибрации.

Продольная рессора воспринимает усилия в вертикальном, продольном и боковом направлениях, а также тормозной и реактивный моменты. Поэтому в подвески она выполняет функции упругого элемента, направляющего элемента, а в некоторых случаях и гасящего устройства (гашение колебаний за счет трения между листами рессоры).

Основным недостатком зависимой подвески на продольных рессорах является слабое противодействие боковым и продольным силам на больших скоростях, что приводит к смещению (уводу) моста и потере управляемости.

Схема зависимой подвески с направляющими рычагами

Данного недостатка лишеназависимая подвеска с направляющими рычагами. Самая распространенная схема данного вида зависимой подвески объединяет пять рычагов – четыре продольных и один поперечный. Рычаги одной стороной закреплены на балке моста, другой – на раме (несущем кузове) автомобиля.

Рычаги обеспечивают восприятие вертикальных, продольных и боковых усилий. В качестве упругого элемента используется, как правило, витая пружина. Гасящее устройство – амортизатор.

Поперечный рычаг препятствует смещению оси автомобиля от воздействия боковых сил. Рычаг носит собственное имя – тяга Панара. Конструктивно тяга Панара может быть выполнена сплошной или разрезной. Разрезная (регулируемая) тяга Панара, помимо основной функции, позволяет изменять положение (высоту) моста относительно кузова, путем регулирования длины.

Тяга Панара в силу своей конструкции по разному работает при прохождении автомобилем правых и левых поворотов, чем создает определенные проблемы с управляемостью. Более совершенными устройствами, обеспечивающими равномерное противодействие боковым силам в зависимой подвеске, являются:

  • механизм Уатта;
  • механизм Скотта-Рассела.

Механизм Уатта (в другой транскрипции - механизм Ватта) состоит из двух горизонтальных рычагов, шарнирно прикрепленных к концам вертикального рычага. Вертикальный рычаг, в свою очередь, закреплен в центре балки моста и имеет возможность вращения. Неравномерность движения в поворотах, присущая тяге Панара, в механизме Уатта компенсируется поворотом вертикального рычага.

Механизм Скотта-Рассела объединяет два рычага - длинный и короткий. Длинный рычаг одним концом шарнирно соединен с кузовом автомобиля, другим – с балкой моста. Короткий рычаг связывает среднюю часть длинного рычага с противоположным концом балки моста.

Особенностью механизма Скотта-Рассела является возможность некоторого перемещения длинного рычага за счет эластичного крепления к балке моста, чем достигается улучшение управляемости и курсовой устойчивости.

Схема подвески Де Дион

Схема подвески Де Дион

Промежуточное положение между зависимой и независимой подвесками занимает подвеска Де Дион (по имени изобретателя графа Альбера де Диона). Конструктивно подвеска Де Дион включает подпружиненную неразрезную балку. При этом дифференциал жестко закреплен на раме (несущем кузове) и в состав моста не входит. Передача вращения на ведущие колеса осуществляется через качающиеся ведущие валы. Тормозные механизмы устанавливаются непосредственно на выходах дифференциала.

При такой компоновке неподрессоренными остаются только ступицы колес и сами колеса, что способствует плавности хода и безопасность движения автомобиля. Ввиду высокой стоимости подвеска Де Дион применяется достаточно редко, в основном на спортивных автомобилях.

Адаптивная подвеска

Адаптивная подвеска (другое наименование полуактивная подвеска) – разновидность активной подвески, в которой степень демпфирования амортизаторов изменяется в зависимости от состояния дорожного покрытия, параметров движения и запросов водителя. Под степенью демпфирования понимается быстрота затухания колебаний, которая зависит от сопротивления амортизаторов и величины подрессоренных масс. В современных конструкциях адаптивной подвески используется два способа регулирования степени демпфирования амортизаторов:

  • с помощью электромагнитных клапанов;
  • с помощью магнитно-реологической жидкости.

При регулировании с помощью электромагнитного регулировочного клапана изменяется его проходное сечение в зависимости от величины воздействующего тока. Чем больше ток, тем меньше проходное сечение клапана и соответственно выше степень демпфирования амортизатора (жесткая подвеска). С другой стороны, чем меньше ток, тем больше проходное сечение клапана, ниже степень демпфирования (мягкая подвеска). Регулировочный клапан устанавливается на каждый амортизатор и может располагаться внутри или снаружи амортизатора. Амортизаторы с электромагнитными регулировочными клапанами используются в конструкции следующих адаптивных подвесок:

  • Adaptive Chassis Control, DCC от Volkswagen;
  • Adaptive Damping System, ADS от Mersedes-Benz (в составепневматической подвески Airmatic Dual Control);
  • Adaptive Variable Suspension, AVS от Toyota;
  • Continuous Damping Control, CDS от Opel;
  • Electronic Damper Control, EDC от BMW (в составе активной подвески Adaptive Drive).

Магнитно-реологическая жидкость включает металлические частицы, которые при воздействии магнитного поля выстраиваются вдоль его линий. В амортизаторе, заполненном магнитно-реологической жидкостью, отсутствуют традиционные клапаны. Вместо них в поршне имеются каналы, через которые свободно проходит жидкость. В поршень также встроены электромагнитные катушки. При подаче на катушки напряжения частицы магнитно-реологической жидкости выстраиваются по линиям магнитного поля и создают сопротивление движению жидкости по каналам, чем достигается увеличение степени демпфирования (жесткости подвески). Магнитно-реологическая жидкость используется в конструкции адаптивной подвески значительно реже:

  • MagneRide от General Motors (автомобили Cadillac, Chevrolet);
  • Magnetic Ride от Audi.

Регулирование степени демпфирования амортизаторов обеспечиваетэлектронная система управления, которая включает входные устройства, блок управления и исполнительные устройства.

В работе системы управления адаптивной подвески используются следующие входные устройства:

  • переключатель режимов работы;
  • датчики дорожного просвета;
  • датчики ускорения кузова.

С помощью переключателя режимов работы производится настройка степени демпфирования адаптивной подвески. Датчик дорожного просвета фиксирует величину хода подвески на сжатие и на отбой. Датчик ускорения кузова определяет ускорение кузова автомобиля в вертикальной плоскости. Количество и номенклатура датчиков различается в зависимости от конструкции адаптивной подвески. Например, в подвеске DCC от Volkswagen устанавливается два датчика дорожного просвета и два датчика ускорения кузова впереди автомобиля и по одному - сзади.

Сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления, где в соответствии с заложенной программой происходит их обработка и формирование управляющих сигналов на исполнительные устройства – регулировочные электромагнитные клапаны или электромагнитные катушки. В работе блок управления адаптивной подвески взаимодействует (использует информацию) с электронными блоками различны систем автомобиля: усилителя рулевого управления, системы управления двигателем,автоматической коробки передач, систем ABS, ESP, ACC.

В конструкции адаптивной подвески обычно предусмотрено три режима работы:

  • нормальный;
  • спортивный;
  • комфортный.

Режимы выбираются водителем в зависимости от потребности. В каждом режиме осуществляется автоматическое регулирование степени демпфирования амортизаторов в пределах установленной параметрической характеристики.

Показания датчиков ускорения кузова характеризуют качество дорожного покрытия. Чем больше неровностей на дороге, тем активнее раскачивается кузов автомобиля. В соответствии с этим система управления настраивает степень демпфирования амортизаторов.

Датчики дорожного просвета отслеживают текущую ситуацию при движении автомобиля: торможение, ускорение, поворот. При торможении передняя часть автомобиля опускается ниже задней, при ускорении – наоборот. Для обеспечения горизонтального положения кузова регулируемая степень демпфирования передних и задних амортизаторов будет различаться. При повороте автомобиля вследствие инерционной силы одна из сторон всегда оказывается выше другой. В данном случае система управления адаптивной подвески раздельно регулирует правые и левые амортизаторы, чем достигается устойчивость при повороте.

Таким образом, на основании сигналов датчиков блок управления формирует управляющие сигналы для каждого амортизатора в отдельности, что позволяет обеспечить максимальную комфортность и безопасность для каждого из выбранных режимов.

Статьи по теме