Подвески с изменением дорожного просвета можно подразделить на подвески с простым изменением клиренса с помощью гидропроставок и системы саморегулирования подвески. Последние могут быть адаптивными (позволяющими автоматически изменять демпфирование, дорожный просвет или положение подвески) и не адаптивными. К адаптивным подвескам относятся гидропневматические и пневматические подвески, а также подвески с отключаемыми стабилизаторами поперечной устойчивости.
Гидропроставки. Простой системой, позволяющей изменять дорожный просвет является система регулируемых гидравлических проставок (гидроопор) «Квик-Лифт», разработанная фирмой H&R. Под пружины подвески монтируют гидроопоры, масло в которые закачивает входящий в комплект электронасос. Для включения гидроопор имеется специальный переключатель, при включении которого через 2 сек дорожный просвет увеличивается на 30 мм (рис. 12.43). После проезда препятствия можно снова вернуться в нормальное состояние.
Такие проставки могут устанавливаться на большинство находящихся в эксплуатации легковых автомобилях специалистами сервисных центров.
Адаптивные подвески. Гидравлическая подвеска. Как известно при нагрузке дорожный просвет у автомобиля уменьшается. Чтобы избежать этого могут применяться системы саморегулирования задней подвески. На рис. 12.44 приведена компоновка подвески с автоматической регулировкой постоянства уровня кузова легкового автомобиля.
В автомобилях с саморегулированием задней подвески предусмотрен специальный бачок 5 с рабочей жидкостью, которая может подаваться в задние амортизаторы. Эта жидкость выполняет вспомогательную функцию для облегчения действия цилиндрических пружин при перевозке тяжелых грузов. Жидкость подается в накопители 3 гидравлическим насосом 1. Система управляется специальным блоком 2, установленным на днище автомобиля. Блок связан с задним стабилизатором поперечной устойчивости и по положению стабилизатора определяет загрузку автомобиля.
Принцип работы системы показан на рис. 12.45.
При работающем двигателе, гидравлический насос подает жидкость к блоку управления. В зависимости от загрузки салона автомобиля вал, на котором установлены два кулачка 6 и 9, может поворачиваться. Поворот вала зависит от положения тяги 13, связанной в свою очередь с задним стабилизатором кузова.
Если автомобиль не нагружен (рис. 12.45, с), кулачок 9 поворачиваясь, воздействует на шарик 10 и тот открывает клапан 3. Жидкость при этом возвращается из амортизатора в бачок. В этом положении задняя подвеска поддерживается только цилиндрическими пружинами.
Как только автомобиль загружается выше определенной нормы, (рис. 12.45, b) в работу вступает кулачок 6, который толкает поршень приводного механизма 2 в верхнее положение с помощью шарика и перекрывает обратную магистраль. Жидкость из накопителей и насоса подается через перепускной клапан 4 в резервуары амортизаторов. Давление в резервуарах амортизатора заставляет амортизаторы слегка удлиниться, приподнимая заднюю часть автомобиля. Как только задняя часть автомобиля поднимется на нужную высоту, предохранительный клапан 8 вернет жидкость в накопитель или бачок.
При постоянном положении кузова в среднем положении (рис. 12.45, а) амортизаторы, соединенные с клапаном 3, изолированы от жидкостной системы и происходит перекачка жидкости из бачка (накопителей) в насос и снова в бачок.
Таким образом, блок управления уровнем поддерживает высоту задней части автомобиля на одном уровне, независимо от груза.
Накопители оборудованы наполненной газом камерой, которая отделена от жидкости резиновой диафрагмой. Эта камера позволяет амортизаторам функционировать правильно, даже при наполненных накопителях. При толчке амортизатор сжимается и жидкость выталкивается в накопитель, деформируя
его диафрагму. Когда амортизатор удлиняется, жидкость под давлением диафрагмы возвращается из накопителя в амортизатор.
Высота дорожного просвета автомобиля изменяется путем переключения установленного в салоне автомобиля рычага управления. Рычаг посредством исполнительных штоков соединен с корректорами высоты подвески. На моделях ранних лет выпуска при выключении двигателя автомобиль опускается в нижнее положение. Более поздние модели оборудованы односторонним клапаном, изолирующим подвеску от главной гидравлической системы, что позволяет избежать подобного опускания кузова после останова двигателя.
Гидропневматическая подвеска. Совместно с системой саморегулирования применяется гидропневматическая подвеска, принципиальная схема которой показана на рис. 12.46.
Главным составляющим подвески является упругий элемент, который состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень 2, с длинной направляющей цилиндрической поверхностью. В верхней части цилиндра установлен сферический баллон 4, разделенный эластичной диафрагмой (мембраной) на две полости: верхняя заполнена сжатым азотом, нижняя жидкостью. Между цилиндром и баллоном расположен амортизационный клапан, через который пропускается жидкость при ходе отбоя и сжатия (на схеме не показан).
Функцию упругой пружины в пневмогидравлическом упругом элементе выполняет газ (азот), полость расположения которого от полости, занятой жидкостью, разделяется эластичной мембраной. Увеличивая или уменьшая объем жидкости, можно изменять положение поршня, связанного с направляющим рычагом подвески 1, и тем самым изменять дорожный просвет между кузовом и дорогой. Изменяя давление и объем газа в определенной пропорции, (подвеска Hydractive) можно при одной и той же нагрузке на колесе изменять упругую характеристику подвески, делая ее либо «мягкой» (комфортный режим), либо «жесткой» (спортивный режим). Гашение колебаний в таком упругом элементе осуществляется амортизационным клапаном 8 (рис. 12.47), при перетекании жидкости под воздействием поршня из полости цилиндра в подмембранную полость баллона.
Увеличение объема газа в пневмогидравлическом упругом элементе (для создания «мягкой» характеристики) достигается с помощью дополнительных сфер 7, включенных раздельно в систему передней и задней подвесок. Работа подвески в «комфортном» режиме обеспечивает при движении автомобиля высокий комфорт и удобство управления; работа в «спортивном» режиме улучшает устойчивость автомобиля на поворотах и при торможении, что повышает безопасность. В «комфортном» режиме электромагнитный клапан 3 и золотник 10 открывают соединительную магистраль между основными сферами 6, а также подключают к ним дополнительную сферу 7, что увеличивает плавность хода. В «спортивном» режиме золотник отключает третью сферу и размыкает соединительную магистраль, что увеличивает жесткость подвески примерно в три раза выше.
Для перевода подвески в «комфортный» или «спортивный» режим служит электромагнитный клапан 3 (регулятор жесткости), отключающий или подключающий дополнительный баллон к гидравлическому приводу системы подвески.
Дальнейшим совершенствованием подвески Hydractive явилось применение электронной системы управления по специальной программе. Она обеспечивает изменение характеристики подвески в зависимости от дорожной ситуации для лучшей управляемости и от изменения состояния дороги. Аналогично рассмотренной выше системе, программа позволяет водителю выбрать «жесткий» или «автоматический» режим. В «жестком» режиме компьютер регулирует уровень демпфирования для обеспечения спортивной жесткой характеристики подвески. В «автоматическом» режиме регулируется уровень демпфирования для обеспечения комфортного движения в нормальных условиях. При торможении, повороте или резком ускорении система автоматически переключается на «жесткий» режим. При высоких скоростях движения система переключается на «жесткий» режим по сигналу контрольного модуля двигателя в зависимости от угла поворота дроссельной заслонки и давления во впускном коллекторе.
Управление электромагнитным клапаном, переключающим режимы работы подвески, осуществляется микропроцессором, который получает информацию от нескольких датчиков: положения кузова по высоте, угла поворота рулевого колеса и его угловой скорости вращения, положения педали акселератора, давления в тормозной системе, крена кузова, скорости автомобиля. Данные памяти компьютера сравниваются с получаемой от датчиков информацией и микропроцессор выбирает соответствующий режим подвески. Включение соответствующего режима подвески происходит менее чем через 0,05 с.
Информацию о положении кузова в микропроцессор передает специальный датчик (рис. 12.48).
Датчики высоты кузова относятся к аналоговому типу. Они посылают информацию о средней высоте кузова и колебаниях подвески на электронные блоки управления подвеской и фар. Изменение высоты кузова вызывает изменение угла датчика высоты кузова, что влияет на выходное напряжение датчика.
Отрицательное значение угла датчика высоты кузова соответствует сжатию подвески. Положительное значение угла датчика высоты кузова соответствует отдаче подвески.
Аналогичные системы применяются для автомобилей Mersedes-Benz.
Блок управления получает входные сигналы от следующих устройств: датчика ускорений кузова; датчика ускорений колеса; датчика загрузки (давление в задних стойках; датчика угла поворота колеса; переключателя «комфорт/спорт»; блока управления ABS о скорости движения автомобиля. На основании этих данных вычисляются качество дорожного покрытия, поперечное ускорение, загрузка, предпочтение водителя и производится управление клапанами регулировки жесткости (рис.12.49).
Если оба клапана 2 и 3 закрыты, сечение канала по которому перетекает жидкость минимально, и амортизатор имеет максимальную жесткость. Открывая клапаны по отдельности или одновременно, можно увеличить сечение канала и, соответственно уменьшить жесткость амортизаторов. При отключении системы питание с контактов снимается, что устанавливает режим максимальной жесткости амортизаторов. Управление жесткостью амортизаторов производится раздельно для передней и задней оси.
Пневматическая подвеска. Кроме названных типов подвесок могут применяться и пневматические подвески (рис. 12.50).
В пневматической подвеске положение каждого отдельного колеса определяется не с помощью пружин, а посредством сжатого воздуха, необходимое количество которого быстро подводится или отводится через электромагнитные клапаны к имеющим особую конструкцию амортизаторам. Пневматическая подвеска состоит из передних и задних пневматических амортизационных стоек, компрессора, ресивера, блока управления и датчиков, информирующих блок управления о скорости движения, нагрузке автомобиля и угле поворота рулевого колеса (рис.5.53).
Узлы и механизмы подвески соединены друг с другом воздушными магистралями и подключены в электрическую систему автомобиля с помощью многофункциональной шины электронной передачи данных CAN. Подвеска автоматически активизируется, как только открывается дверь автомобиля. Таким образом, еще до начала движения корректируются клиренс и упругость пневматических амортизаторов.
После этого в работу подвески имеет право вмешаться и сам водитель, который, во-первых, может установить нужный дорожный просвет, подняв или опустив кузов автомобиля, что, например, пригодится для более удобной загрузки багажника либо присоединения прицепа. Во-вторых, можно выбрать режим – комфортный или спортивный, в котором будет работать подвеска во время движения. Режим «комфорт» позволяет водителю и пассажирам буквально «парить» над дорогой. Режим «спорт» улучшает устойчивость и безопасность на больших скоростях движения. Вместе с тем индивидуальное регулирование жесткости амортизаторов на каждом колесе по отдельности позволяет учитывать крен кузова и скорость, с которой автомобиль входит в поворот, оценивать угол поворота и скорость, с которой водитель поворачивает руль. Тем самым жесткость амортизационных стоек может автоматически изменяться в движении так, что будет найден самый оптимальный и эффективный режим работы подвески, адекватно отвечающий конкретным дорожным условиям как с точки зрения безопасности, так и комфортности. Например, при торможении передние колеса будут подрессориваться более жестко, чем задние, а при ускорении — наоборот, но это в обоих случаях позволит избежать неприятного продольного «клевка» кузова.
Каждое из колёс автомобиля имеет датчик высоты кузова (рис. 12.51). Для измерения высоты кузова имеется тяга, одним концом закреплённая на рычаге подвески, а другим концом соединённая с поворотным рычагом датчика. Угол поворота рычага преобразуется в сигнал напряжения, который пропорционален высоте кузова относительно дороги. При увеличении высоты кузова увеличивается и напряжение на выходе датчика; при уменьшении высоты кузова выходное напряжение датчика уменьшается.
В датчике угловых перемещений данного типа используется закон электромагнитной индукции. На выводах датчика создается сигнал (широтно-импульсной модуляции), который пропорционален углу поворота его оси.
Важнейшими деталями датчика являются статор и ротор (рис. 12.52). Статор образован многослойной платой, содержащей катушку возбуждения, три приемные катушки, а также блок управления и обработки результатов измерений. Три приемные катушки смещены относительно друг друга, образуя звезду. Катушка возбуждения перекрывает приемные катушки с обратной стороны платы.
Ротор жестко соединен с рычагом датчика. На роторе выполнена замкнутая токопроводящая петля. Форма этой петли соответствует форме трех приемных катушек.
Через катушку возбуждения проходит переменный ток, который создает вокруг нее переменное электромагнитное поле (поле 1). Это поле пронизывает токопроводящую петлю ротора. Индуцируемый в токопроводящей петле ротора ток также создает вокруг нее переменное электромагнитное поле (поле 2).
Переменные поля, создаваемые катушкой возбуждения и ротором, действуют на три приемные катушки и индуцируют в них переменные напряжения, величина которых зависит от взаимного положения катушек и ротора. Индуцируемый в роторе ток не зависит от его углового положения, а индуцируемое в приемных катушках напряжение изменяется в зависимости от их положения относительно ротора. Таким образом, это напряжение определяется угловым положением ротора. Так как ротор при повороте в разной степени перекрывает приемные катушки, амплитуды индуцируемых в них напряжений зависят от угла его поворота (рис. 12.53).
В электронном блоке производится выпрямление и усиление индуцируемых в приемных катушках напряжений, величины которых затем сопоставляются друг с другом. Результаты этого сопоставления преобразуются в выходные сигналы чувствительного элемента датчика высоты кузова, которые направляются для дальнейшей обработки блоками управления подвески.
Для измерения вертикальных ускорений предусмотрен датчик вертикального ускорения (рис. 12.53). Датчики ускорений кузова измеряют вертикальные ускорения кузова. Эти датчики устанавливаются в нишах колес, в багажнике и на амортизационных стойках (рис. 12.53, а)
Принцип действия датчиков ускорений основан на измерении электрических емкостей. Между пластинами конденсатора колеблется упруго подвешенная масса m, выполняющая функции центрального электрода (рис. 12.22, б). Емкости конденсаторов C1 и C2 изменяются синхронно с колебаниями массы. Расстояние d1 между пластинами одного конденсатора увеличивается настолько, насколько уменьшается расстояние d2 другого конденсатора. В результате изменяются емкости обеих конденсаторов. После электронной обработки данных измерений на блок управления уровнем кузова подается напряжение в качестве аналогового сигнала.
При вертикальных перемещениях кузова может использоваться пьезокерамическая пластина, расположенная внутри датчика вертикального ускорения (рис. 12.54), деформируется и на её поверхности образуется электрический заряд, который преобразуется в сигнал напряжения. Если вертикальное ускорение направлено вверх, то напряжение на выходе датчика увеличивается; если вертикальное ускорение направлено вниз, то напряжение датчика уменьшается.
Пневматическая подвеска автоматически приспосабливается к различной загрузке автомобиля и способна выбирать величину дорожного просвета, ориентируясь на дорожные условия (рис. 12.55).
Система управления на примере Audi Q7, например, может обеспечить всего 6 разных положений кузова по высоте (называемых также режимами). Режим offroad (высокий уровень 2) реализуется поднятием кузова на 25 мм по сравнению с обычным уровнем. Система автоматически выходит из этого режима сразу же, как только скорость автомобиля превысит 80 км/ч. Если скорость автомобиля затем снизится и достигнет уровня 35 км/ч, режим offroad автоматически включится снова. Самое высокое положение кузова (+60 мм) обеспечивается при активации режима lift (высокий уровень 1). При достижении скорости 30 км/ч этот режим автоматически выключается и вместо него включается режим offroad.
При обычном уровне кузова используются два режима: comfort (обычный уровень) и automatic. В режиме comfort упругие и демпфирующие характеристики подвески настроены так, чтобы обеспечивалась максимальная мягкость хода. При достижении скорости 120 км/ч как в режиме automatic, так и в режиме comfort через 30 с кузов опускается на 15 мм (уровень режима dynamic – низкий уровень). Когда скорость в ходе её последующего уменьшения достигнет 70 км/ч, то через 20 с в режиме comfort и через 120 с в режиме automatic кузов снова поднимается до базового уровня. Если же после опускания кузова до уровня dynamic скорость затем повысится до 160 км/ч, то в обоих режимах (и automatic, и dynamic) кузов опускается ещё на 15 мм (уровень для автомагистрали). При последующем уменьшении скорости через 30 с после того, как скорость станет ниже 130 км/ч, кузов снова поднимается до уровня dynamic. На Audi Q7 имеется также функция, облегчающая загрузку багажного отсека. Для этого задняя часть автомобиля опускается на 55 мм по сравнению с базовым уровнем. Если водитель не выключил режим загрузки сам, то его деактивация происходит автоматически сразу же после того, как скорость автомобиля достигнет 2 км/ч. При этом кузов устанавливается в то положение, которое было настроено последним.
Уровень дорожного просвета кузова определяется четырьмя датчика уровня кузова, установленными между подрамниками и нижними рычагами подвески. Результаты измерений сравниваются с заданными величинами, сохраняемыми в памяти блока управления. Заданные величины вводятся в память для каждого автомобиля индивидуально.
Воздух, необходимый для регулирования подвески, обычно подается компрессором под давлением до 16 кгс/см2. Компрессор обеспечивает регулирование уровня кузова при скоростях автомобиля свыше 35 км/ч. При необходимости сжатый воздух подается также в ресивер. При скоростях ниже 35 км/ч регулирование уровня кузова осуществляется за счет подачи воздуха из ресивера.
Если дорожный просвет автомобиля изменяется в результате его загрузки или разгрузки, блок управления включает систему регулирования, возвращающую кузов на первоначально заданный уровень. При этом подача воздуха из упругих элементов производится через соответствующие им электромагнитные клапаны, а выпуск из них осуществляется через выпускной клапан.
Основной составляющей пневматической подвески является пневматический упругий элемент (пневмобаллон), который состоит из: корпуса с наружной направляющей, манжеты, поршня (являющегося нижней частью корпуса элемента) и встроенного амортизатора (рис. 12.56).
В зависимости от принятой кинематической схемы подвески оси пневмобаллоны могут устанавливаться не только совместно с амортизаторами, но и отдельно от них.
Манжета пневматического упругого элемента изготовляется из специального многослойного высококачественного эластомера, армированного полиамидной кордовой тканью, которая придает ему необходимую прочность. Корд воспринимает усилия, передаваемые на упругий элемент. Изнутри манжета покрыта защитным слоем, обеспечивающим ее герметичность. Комбинацией слоев корда достигается необходимая гибкость манжеты при ее перекатывании и высокая чувствительность упругого элемента к изменению нагрузки.
Блок управления оснащен двумя дублирующими друг друга процессорами, из которых один в первую очередь отрабатывает алгоритм управления пневматическими элементами, а другой регулирует сопротивление амортизаторов.
Система регулирования сопротивления амортизаторов обрабатывает сигналы четырех датчиков ускорений колес и трех датчиков ускорений кузова и оценивает по результатам этой обработки состояние дороги и движения автомобиля. В результате производится изменение характеристик каждого из амортизаторов в соответствии с рассчитанной интенсивностью гашения колебаний. При этом амортизаторы работают на ходах сжатия и отдачи как полуактивные компоненты. Бесступенчатое регулирование демпфирования производится благодаря применению амортизаторов, характеристики которых изменяются посредством электрических исполнительных устройств. Эти амортизаторы встроены в стойки с пневматическими упругими элементами. Силы сопротивления амортизатора регулируются посредством встроенного в него пропорционально действующего (электромагнитного) клапана. Регулирование производится по многопараметровой характеристике. Изменение сопротивления амортизаторов в зависимости от характера движения автомобиля и состояния дороги производится в течение нескольких миллисекунд.
Принципиально изменение сопротивления амортизаторов производится в соответствии с так называемой «стратегией подвески к небу». Регулирование амортизаторов производится в зависимости от вертикальных ускорений колес и кузова автомобиля. В идеальном случае регулирование осуществляется таким образом, как будто кузов автомобиля подвешен на крюке к небу и плывет над дорогой, практически не повторяя неровностей дороги. Так достигается максимальная комфортабельность автомобиля.
Кроме описанной выше схемы могут применяться и другие амортизаторы с электронной системой управления демпфированием, например, двухтрубный газонаполненный амортизатор типа CDC (амортизатор с гидравлическим демпфированием), который оснащен встроенным в поршень или установленным снаружи амортизатора электромагнитным клапаном, который позволяет изменять степень демпфирования амортизатора (рис. 12.57). Изменением тока, проходящего по обмотке электромагнитного клапана, можно в течение нескольких миллисекунд изменить его проходное сечение и, следовательно, сопротивление амортизатора в соответствие с текущей потребностью.
Расчет потребного сопротивления амортизаторов при данных условиях движения автомобиля производится на основании сигналов датчиков всех ускорений колес автомобиля, установленных на каждом из амортизаторов, и датчиков ускорений кузова. Благодаря высокой скорости распознавания и регулирования процессов демпфирования при ходе сжатия и отдачи обеспечивается установка характеристики сопротивления амортизатора строго в соответствии с моментальным состоянием движения автомобиля. Многопараметровые зависимости сопротивления амортизаторов от условий движения автомобиля записаны в памяти блока управления уровнем кузова.
Чтобы выбрать настройку амортизаторов, следует нажать предназначенную для этого клавишу. Вращая поворотно-нажимную ручку, можно выбрать один из четырех вариантов настройки амортизаторов: «Комфорт», базовый (устанавливается по умолчанию), и спортивные варианты.
Таким образом, с помощью объединения различных систем автомобиля достигается высокая динамика при сохранении безопасности движения.
Воздух, необходимый для регулирования подвески, обычно подается компрессором под давлением до 16 кгс/см2. Компрессор обеспечивает регулирование уровня кузова при скоростях автомобиля свыше 35 км/ч. При необходимости сжатый воздух подается также в ресивер (компрессор) (рис.). Обычно устанавливаются от одного о двух ресиверов с объемом 5 л. При скоростях ниже 35 км/ч регулирование уровня кузова осуществляется за счет подачи воздуха из ресивера.
Если дорожный просвет автомобиля изменяется в результате его загрузки или разгрузки, блок управления включает систему регулирования, возвращающую кузов на первоначально заданный уровень. При этом подача воздуха из упругих элементов производится через соответствующие им электромагнитные клапаны, а выпуск из них осуществляется через выпускной клапан.
Сжатие воздуха производится в компрессоре (на примере Фольксваген Фаэтон) (рис. 12.58), который приводится электродвигателем. Компрессор одноступенчатый поршневой с встроенным осушителем воздуха. Чтобы предотвратить загрязнение манжет упругих элементов и осушителя воздуха, компрессор приспособлен для работы без смазки его цилиндра. Необходимый срок службы компрессора обеспечивается применением одноразовой смазки подшипников и фторопластового поршневого кольца.
В корпусе осушителя расположены выпускной трехходовой, двухпозиционный клапан 1, пневматический выпускной клапан 2 с ограничительным клапаном и три обратных клапана. Выпускной клапан в обесточенном состоянии закрыт. Пневматический выпускной клапан ограничивает давление в системе и поддерживает остаточное давление в ней.
Перегрев компрессора предотвращается выключением электродвигателя при превышении предельного значения температуры.
При ходе поршня к ВМТ воздух всасывается в картер через глушитель шума всасывания с фильтром и впускной штуцер 10. Воздух, находящийся в цилиндре над поршнем, сжимается и перепускается через обратный клапан 5 в осушитель. Сжатый и осушенный воздух направляется через обратный клапан 12 и нагнетательный штуцер 14 к распределительным клапанам и к ресиверу.
При движении поршня к НМТ поступивший в картер воздух перепускается через мембранный клапан 7 в цилиндр компрессора.
Подкачка подвески и повышение уровня кузова. Для подкачки подвески и подъема кузова блок управления одновременно переключает реле компрессора и клапанов пневматических упругих элементов. Воздух при этом через выпускной штуцер 13 поступает через клапана упругих элементов в воздушную полость упругого элемента.
Выпуск воздуха из подвески и снижение уровня кузова. Для выпуска воздуха из подвески производится открытие клапанов пневматических элементов и выпускного клапана 1, в обмотку которого подается напряжение. При этом воздух из упругих элементов поступает к пневматическому выпускному клапану 2 и направляется далее через осушитель, ограничительный клапан 15 и глушитель шума всасывания с фильтром в нишу багажника автомобиля, предназначенную для размещения запасного колеса.
Кроме однопоршневых могут применяться и двухпоршневые компрессоры (рис. 12.59). В таком компрессоре воздух сжимается в два приёма двумя поршнями.
Шатун поршня ступени 1 (малый диаметр) соединён непосредственно с кривошипом приводного вала. Шатун поршня ступени 2 (большой диаметр) соединён с шатуном поршня ступени 1. Оба поршня движутся, таким образом, синхронно, всегда в одном и том же направлении. Такт сжатия цилиндра ступени 1 совпадает с тактом всасывания цилиндра ступени 2.Цилиндр ступени 1 создаёт давление прим. 4–6 бар, цилиндр ступени 2 создаёт окончательное давление в системе прим. 18 бар.
Система управления контролирует температуру и время работы компрессора. Контроль температуры осуществляется на основе математической температурной модели. Максимальное время включения компрессора составляет 4 минуты, кроме того, в управляющей электронике предусмотрена предохранительная функция, отключающая компрессор в предельном случае после 6 минут работы.
Осушитель воздуха. Поступающий в систему сжатый воздух должен быть обезвожен, так как конденсат вызывает коррозию и образование ледяных пробок. Обезвоживание воздуха производится в осушителе. Осушитель работает в режиме регенерации, то есть воздух, нагнетаемый в систему регулирования уровня кузова, осушается в результате пропуска его через гранулированный силикат. Этот гранулят способен поглощать влагу в количествах, превышающих в зависимости от температуры 20% собственной массы. Если в процессе эксплуатации (например, при снижении уровня кузова) производится выпуск сухого воздуха из системы, он пропускается через гранулят и отбирает накопленную в нем влагу. Благодаря такому режиму регенерации осушитель не нуждается в обслуживании и не подлежит также замене в процессе эксплуатации.
Ресивер. Благодаря отбору сжатого воздуха из ресивера обеспечивается быстрый подъем кузова автомобиля при минимальном уровне шума. Ресивер заполняется только при движении автомобиля, благодаря чему шум компрессора практически не прослушивается. При достаточно большом давлении в ресивере повышение уровня кузова может осуществляться без компрессора. Под достаточным давлением подразумевается такой его уровень, при котором обеспечивается перепад давления между ресивером и пневматическими упругими элементами не менее 3 кгс/см2. При скоростях автомобиля до 35 км/ч подача воздуха в систему производится в первую очередь из ресивера (пока давление в нем достаточно велико). При скоростях более 35 км/ч воздух в систему подается непосредственно компрессором. Такая система подачи сжатого воздуха способствует снижению шума при эксплуатации и защищает аккумуляторную батарею от чрезмерного разряда.
Кроме амортизаторов с гидравлическим демпфированием на легковых автомобилях применяются амортизаторы PDC (Pneumatic Damping Conrol) с пневматическим демпфированием (рис. 12.60).
Усилие демпфирования может варьироваться в зависимости от давления в пневмобаллоне при помощи отдельного узла PDC поз. 2, встраиваемого в амортизатор. Узел соединен шлангом с пневматическим упругим элементом. Пропорциональное нагрузке давление в пневматическом упругом элементе передвигает клапан 11, соединенный с поршнем 10, изменяя гидравлическое сопротивление между первой и второй рабочими камерами, т. е. усилие демпфирования при отбое и сжатии. Чтобы сгладить скачки давления в пневматическом упругом элементе (при сжатии и отбое), во входной воздушный канал клапана PDC встроен дроссель 3.
Первая рабочая камера 4 с помощью отверстий 7 соединена с узлом PDC. При низком давлении в пневматическом упругом элементе (условия нагрузки – снаряженный или имеющий небольшую частичную нагрузку автомобиль) клапан PDC имеет малое гидравлическое сопротивление, благодаря чему часть масла направляется в обход соответствующего демпфирующего клапана, уменьшая усилие демпфирования.
При ходе отбоя и низком давлении в пневматическом упругом элементе отбоя поршень амортизатора идет вверх, часть масла дросселируется через клапана поршня амортизатора, другая часть перетекает через отверстия в первой рабочей камере к клапану PDC. Если управляющее давление (давление в пневматическом упругом элементе) и, следовательно, гидравлическое сопротивление клапана PDC малы, то усилие демпфирования уменьшается (рис. 12.60, а).
При ходе отбоя и высоком давлении в пневматическом упругом элементе
управляющее давление закрывает клапан 11 полностью или частично, следовательно, гидравлическое сопротивление повышается. Большая часть масла (в зависимости от величины управляющего давления) должна дросселироваться через клапана поршня амортизатора, частично перетекая или совсем не перетекая через отверстия в первой рабочей камере к клапану PDC, усилие демпфирования при этом повышается (рис. 12.60, в).
Аналогично амортизатор с пневматическим регулированием демпфирования работает и при ходе сжатия.
В автомобилях Audi RS 6, Peugeot 3008 применяется специальная система Dynamic Ride Control подавления колебаний кузова вокруг продольной и поперечной осей при прохождении поворотов, торможении и трогании с места (динамическое управление креном).
Принцип работы системы DRC основывается на активном использовании объема масла, вытесняемого штоком амортизатора при рабочем ходе, и вызываемого этим изменения давления. В обычных амортизаторах это изменение компенсируется с помощью демпфера, работающего за счет сжатия газа (однотрубного газонаполненного амортизатора) или дополнительной полости для приема вытесняемого объема масла (двухтрубный амортизатор).
В системе DRC расположенные по диагонали друг относительно друга передние и задние амортизатора соединены (рис. 12.61), что позволило использовать возникающие при колебаниях кузова перепады давления для подстройки соответствующих характеристик демпфирования при прохождении поворотов, торможении и трогании с места.
В каждом из диагональных контуров имеется по одному газонаполненному центральному клапану, который компенсирует вытесняемые объемы масла. Амортизаторы соответствующего контура оказывают влияние на перемещение сдвижного поршня 4, отделяющего газовую камеру 3 от гидравлического контура.
При синхронной работе амортизаторов (штоки амортизаторов перемещаются в одном направлении) (рис. 12.61, а) в напорные камеры 6 и 7 синхронно нагнетается давление, действие которого направлено в одну сторону. Сдвижной поршень 4 синхронно перемещается в направлении камеры газовой камеры ресивера 3. В результате этого воспринимаемые подвеской толчки плавно компенсируются в зависимости от скорости погружения поршней амортизаторов 8 (комфортная настройка).
Если штоки поршней амортизаторов перемещаются в противоположных направлениях (рис. 12.61, б), то возникает разность потенциалов давления в первой и второй напорных камерах 6 и 7. Поэтому движение поршня 4 центрального клапана в направлении ресивера невозможно или возможно лишь в малой степени. Давления при этом выравниваются через клапанные отверстия в нижнем поршне 2, перекрытые с одной стороны тонкими металлическим шайбами 1, которые пропускают масло только в одну сторону, когда его давление превышает определенный порог. Поэтому настройка амортизаторов определяется не только их внутренними процессами, но и рабочими поверхностями центрального клапана, вытесняемым поршнем амортизатора объемом масла, отверстиями в поршне центрального клапана и значением давления, воздействующим на клапаны поршня.
Электромагнитная подвеска: инженерами компании Bose в 1980 году были вычислены оптимальные параметры для подвески автомобиля. Благодаря длительным исследованиям был разработан новый вид подвесок — электромагнитная подвеска (рис. 12.62).
Электромагнитная подвеска – это механизм, созданный на основе линейного электродвигателя, который может работать как упругий или демпфирующий элемент, в соответствии командам микроконтроллера. Линейным электродвигатель в подвеске такого типа замещает уже всем привычный стандартный амортизатор.
Подвеска имеет высокий уровень безопасности. Если случиться так, что прекратиться подача электроэнергии, система не перестанет выполнять свою функцию, так как она способна автоматически переключаться в режим простой механической подвески, применяя систему электромагнитов.
Принцип работы данной системы отошел от использования упругих элементов (пружин), вместо этих элементов используется система с электромагнитами. Управление всей системой осуществляется посредством ЭБУ. Его назначением является постоянное снятие показаний датчиков на колесах и по периметру кузова автомобиля. Управление электромагнитами проще, нежели жидкостью или газом.
Шток, на котором закреплены постоянные магниты, во время работы выполняет по длине обмотки статора возвратно-поступательные действия. Это позволяет не только гасить все возможные колебания, которые могут возникнуть на неровных участках дороги, но и дает возможность по-новому управлять транспортным средством, например, при виражах изменять положение колес автомобиля по высоте.
Еще одним режимом работы является электрогенератор. Во время движения автомобиля по прямому участку пути, все возникающие в этот момент колебания из-за неровности дроги преобразовываются в электрический ток. Таким образом, нет рассеивания энергии в пространстве, а она собирается в аккумуляторах, чтобы использоваться в дальнейшем.
Единственным недостатком является необходимость создания программного обеспечения для управления данной сложной системой.
Электромагнитная подвеска от компании-производителя Delphi представляет собой конструкцию однотрубного амортизатора, который заполняется электромагнитом, веществом с включением магнитных частей (их размер от 5-10 микрон). Их количество равняется третей части от всего объема требуемой жидкости. Для того чтобы они не сливались, предусмотрено специальное покрытие, которое препятствует этому.
Электромагнитом выступает головка поршня, которым управляет ЭБУ. В момент воздействия магнитного поля происходит встраивание частиц в упорядоченную структуру. Таким образом, это способствует увеличению вязкости жидкости и изменению режима работы амортизатора.
Преимущества данной системы заключается в том, что скорость ее реакции на запрос составляет одну мс, а это значит, что она в десять раз быстрее, нежели системы с электромагнитными клапанами. Ее потребляемая мощность – 20 Вт. Еще одним немаловажным преимуществом является ее универсальность – в случае выхода из строя электромагнита и при отсутствии управляемого сигнала подвеска может автоматически работать в режиме обычного амортизатора, используя гидравлику.
SKF подвеска была разработана шведской компанией. Конструктивно подвеска SKF представляет собой некую капсулу, которая состоит из двух электромагнитов. В момент передвижения автомобиля ЭБУ, проводит анализ датчиков на колесах и, в зависимости от результатов, меняет жидкость демпферного элемента, создавая оптимальный режим работы.
В этом случае пружина выполняет роль упругого элемента, это предусмотрено для того, чтобы транспортное средство могло иметь подвижность даже в момент отсутствия сигналов управления. Огромным преимуществом данного типа считается отсутствие эффекта «проседания».