Электронные системы управления подвеской автомобиля

Автоматическое управление амортизатором заключается в изменении сопротивления перетеканию жидкости в амортизаторах путем изменения диаметров жиклеров или вязкости жидкости. Наиболее типичными функциями амортизатора являются противодействие оседанию автомобиля при резких ускорениях и переключениях передач, «нырянию» при резком торможении, крену при резких поворотах и др. Изменение размеров пропускного отверстия выполняется чаще с помощью электродвигателя или соленоида, а в некоторых случаях — электродвигателем соленоида.
Обычно предусматриваются три режима регулировки сопротивления амортизатора: малое, среднее и большое. Для изменения сопротивления амортизатора при поворотах автомобиля необходимо знать положение рулевого колеса. Поэтому на валу рулевого колеса устанавливается датчик, который реагирует не только на угол поворота, но и на направление поворота.
Электронный блок управления силой сопротивления амортизаторов выполняется на цифровых схемах (рис.1). Все входные сигналы являются цифровыми и поступают в микроЭВМ через схемы входной обработки, формирующие сигналы. Выходные сигналы ЭБУ подаются на исполнительные механизмы управления режимами работы амортизаторов и на индикаторы, показывающие уровень силы сопротивления. Эти сигналы поступают через схемы выходной обработки от микроЭВМ.
В схемах управления исполнительными механизмами предусматриваются средства обеспечения работоспособности при появлении ошибок от выбросов напряжения и защита от перегрузки по току.
Источники питания преобразуют напряжение бортовой сети в напряжение 5 В, необходимое для работы интегральных схем.
Выполнение основной программы занимает

4 мс. За это время ЭВМ обрабатывает входные сигналы от датчиков и подает выходные сигналы на исполнительные механизмы. Чем короче время выполнения основной программы, тем выше быстродействие ЭБУ.

Рис.1. Структурная схема ЭБУ

Такой принцип управления амортизатором используется в активной гидропневматической подвеске Hydractive, какой уже оснащен французский легковой автомобиль «Citroen-XM» (рис.2). Основой подвески Hydractive является все тот же гидропневматический упругий элемент (рис.3) на каждом колесе, апробированный на автомобилях «Citroen-BX» и «Citroen-CX». Он состоит из гидропневматического баллона 5, разделенного эластичной мембраной, в верхней полусфере которого находится газообразный азот, а в нижней — жидкость (масло LHM), и цилиндра 3, также заполненного жидкостью, со скользящим в нем полым поршнем 2.
Шток поршня соединен с поперечным рычагом передней подвески или продольным — задней. На ходе сжатия жидкость под воздействием поршня поступает через гидроамортизатор 4 в баллон и сжимает газ за мембраной. Сжатый газ работает как пружина. Повышенные ездовые качества автомобиля «Citroen-XM» связаны с работой его подвески в двух режимах — «мягком» и «жестком». «Мягкий» режим обеспечивает комфортабельность и удобство управления. При этом подвеска обладает большей гибкостью и умеренной амортизацией. «Жесткий» режим улучшает устойчивость автомобиля и безопасность. Подвеска в этом случае характеризуется меньшей гибкостью, но лучше защищает пассажиров и водителя от неблагоприятных воздействий качки, толчков и рывков на неровной дороге.

Рис.2. Принципиальная схема гидропневматического баллона активной гидропневматической
подвески:
1 — рычаг подвески; 2 — цилиндр; 3 -гидролневматический баллон; 4 — поршень

Рис.3. Принципиальная схема активной гидропневматической подвески («мягкий» режим):

1 — рычаг подвески; 2 — поршень; 3 — цилиндр; 4 — гидроамортизатор; 5 — гидропневматический баллон; 6 — кран (открыт); Б и Г — соответственно дополнительные гидропневматический баллон и гидроамортизатор .

Подвеска переводится в «жесткий» режим в результате отключения гидроамортизатора краном (регулятор жесткости). При этом уменьшается ее гибкость (меньше объем газа), следовательно, увеличивается амортизация (жидкость проходит через одно отверстие).
Электронное управление регулятором жесткости осуществляет микропроцессор 6 (рис. 4 ), который получает информацию от датчиков 7 угла поворота и угловой скорости рулевого колеса, положения педали подачи топлива, давления в тормозной системе, крена кузова, скорости автомобиля.
В память микропроцессора заложен ряд предельных параметров и их сочетаний, определенных на основе продолжительных испытаний автомобилей «Citroen-CX». Эти данные сравнивают с получаемой от датчиков информацией, и микропроцессор выбирает соответствующий режим подвески. Причем гидравлическая система включается немедленно (время срабатывания менее 0,05 с), опережая динамическую реакцию автомобиля, что особенно важно при быстрой езде по извилистой дороге. На автомобиле «Citroen-XM» помимо обычных двух гидропневматических баллонов и двух гидроамортизаторов каждого моста дополнительно устанавливаются один гидропневматический баллон и два гидроамортизатора. Дополнительный гидропневматический баллон позволяет изменить массу газа гидропневматического упругого элемента каждого колеса и, таким образом, регулировать гибкость подвески моста. Два дополнительных гидроамортизатора (баллона) 2 изменяют сечение отверстий, через которое проходит жидкость и тем самым влияют на амортизацию.
По командам микропроцессора регулятор жесткости при помощи электроклапана 9 подключает или отключает третий гидропневматический баллон и два гидроамортизатора, выбирая режим подвески: «мягкий» (три гидропневматических баллона, четыре гидроамортизатора) или «жесткий» (два гидропневматических баллона, два гидроамортизатора).
«Мягкий» режим подвески: при подключенном питании электроклапан открывает доступ к высокому давлению из главного аккумулятора в трубки питания регуляторов жесткости. При этом давление в рабочей системе равно давлению в главном аккумуляторе. Золотник регуляторов жесткости соединяет три гидропневматических баллона 3 и 5. Жидкость циркулирует от гидроцилиндров подвески к баллонам через гидроамортизаторы 2 и 4 и обратно.«Жесткий» режим подвески: при отключенном питании электроклапан 9 закрыт, трубки питания регуляторов жесткости соединены, жидкость циркулирует с возвратом в бак. При этом давление равно нулю. Золотник регуляторов жесткости находится в положении, препятствующем прохождению жидкости между двумя основными и дополнительными гидропневматическими баллонами.

Рис. 4 . Активная гидропневматическая подвеска автомобиля «Citroen-XM» («жесткий» режим):

1 — регулятор жесткости; 2 — дополнительные гидропневматические баллоны; 3 и 4 — гидропневматические баллоны соответственно переднего и заднего мостов; 5 и 8 — соответственно основные и дополнительные гидроамортизаторы; 6 — микропроцессор; 7 -датчики; 9 — электроклапан

Работа подвески зависит от получаемой от датчиков информации и переработки ее микропроцессором, который при обнаружении какого-либо отклонения (от предварительно введенных данных) подает команду на переход в «жесткий» режим.
Датчик угла поворота и угловой скорости рулевого колеса информирует о достижении предельных значений этих параметров. В этот момент происходит переход в «жесткий» режим. Подвеска остается в данном режиме до тех пор, пока угол поворота рулевого колеса не будет ниже предельного значения. В результате качка уменьшается и замедляется с одной стороны благодаря переходу подвески в «жесткий» режим, с другой стороны — прекращению сообщения элементов подвески правого и левого бортов.Датчик положения педали подачи топлива регистрирует время, необходимое для прохождения 10% полного хода педали.
Датчик давления в тормозной системе информирует о достижении эталонного его значения, когда происходит переход в «жесткий» режим. Подвеска остается в таком режиме при падении давления ниже заданного предела.
Датчик крена (колебания) кузова регистрирует поворот торсионного вала. Переход в «жесткий» режим происходит при достижении определенного уровня крена кузова.
Датчик скорости автомобиля информирует о ее значении, когда необходимо определить данные, применяемые при переходе в «жесткий» режим по сигналам других датчиков, а также для обеспечения большей чувствительности к повороту рулевого колеса на большой скорости или к крену (колебанию) кузова на малой скорости движения автомобиля.
На приборной панели расположены переключатели, с помощью которых водитель может выбрать одну из двух программ: SPORT и AUTOMATIC.
При работе по программе SPORT питание (напряжение) на электроклапане отсутствует. Подвеска работает в «жестком» режиме. Однако при разгоне для уравнивания давления в элементах подвески обоих мостов автоматически меняется режим. В режиме AUTOMATIC питание подано на электроклапан. Подвеска работает в «мягком» режиме. Но в зависимости от регистрируемой датчиками информации микропроцессор выдает или не выдает команду на переход в «жесткий» режим. В результате имеется возможность обеспечения комфорта большей части пути и временного перехода в «жесткий» режим при соответствующих условиях (резкий поворот, торможение, выбоины на дороге) для лучшего управления и безопасности.

Управление высотой кузова обеспечивается обычно с помощью пневматических упругих элементов, устанавливаемых на всех четырех или только двух задних колесах.
Сигнал от датчика высоты поступает в ЭБУ. Если текущая высота отличается от номинальной, ЭБУ регулирует давление в упругих элементах, включая электродвигатель компрессора (для увеличения давления) или соленоид выпускного клапана (для уменьшения давления). Таким образом обеспечивается постоянная независимая от нагрузки на подвеску высота кузова.
В качестве датчика высоты могут использоваться фотоэлементы, герконы и другие преобразователи неэлектрического показателя (пути) в электрический. Для этих целей целесообразно использовать такие датчики, которые вырабатывали бы П-образные импульсы, а не аналоговые сигналы (например, резисторы), так как в последнем случае их все равно необходимо преобразовывать в цифровые.Если бы кузов просто опустился или поднялся, то сигнал датчика, поступивший в ЭБУ, был считан и преобразован в управляющий импульс. В работе же кузов колеблется, т.е. то опускается, то поднимается. В связи с этим сигнал датчика вводится в ЭБУ через каждые несколько миллисекунд. Электронный блок подсчитывает число тех или иных состояний высоты и по частоте состояния (их процентному соотношению) делает вывод о текущем значении высоты. В зависимости от положения дверей (закрыты или открыты) ЭБУ определяет происходит посадка или движение. При посадке высота определяется в течение короткого интервала времени (2,5 с), а при движении — за более длительное время (20 с). Например, если во время движения сигнал высоты в течение 20 с находится в области «очень высокое положение кузова» в 80% случаев и более, то приводится в действие выпускной клапан. Если же в течение 20 с сигнал высоты оказывается в области «очень низкое» или «низкое положение кузова» более чем в 10% случаев, то снижение прекращается. Подъем и опускание при посадке обеспечиваются аналогично. Структурная схема ЭБУ высотой кузова автомобиля «Toyota» показана на рис. 5.

Рис.5. Структурная схема ЭБУ высотой кузова

Чем меньше жесткость подвески, тем меньше колебания кузова и тем выше комфортабельность автомобиля. Для электронного управления обычно используются пневматическая или гидропневматическая подвески. Жесткость таких подвесок можно делать довольно малыми, однако это чревато появлением продольных колебаний. По этой причине управление жесткостью подвески в большинстве случаев комбинируют с управлением высотой кузова и силой сопротивления амортизаторов. Схема управления передними колесами автомобиля «Toyota» представлена на рис. 6 .

Рис. 6 . Структурная схема управления жесткостью подвески автомобиля «Toyota»

Источник статьи: http://awtoel.narod.ru/Dru/Podweska.html

Устройство и принцип работы адаптивной подвески

Адаптивная подвеска, как и любая другая система подрессоривания, представляет собой совокупность узлов и механизмов, которые обеспечивают комфорт и безопасность передвижения водителя и пассажиров. От качества подвески зависят управляемость и устойчивость автомобиля, а также срок службы других узлов и механизмов. Поэтому все чаще автолюбители делают выбор в пользу регулируемой подвески, которая подстраивается под любой тип дорожной поверхности.

Принцип работы

Адаптивной подвеской называют такой тип подвески, которая автоматически изменяет свои характеристики (адаптируется) во время движения. Сразу отметим, что активная подвеска – это общее определение, а адаптивная система подрессоривания является ее разновидностью.

Общий вид адаптивной подвески

Для успешной работы системе необходимо собрать информацию о текущих условиях движения автомобиля – этим занимаются различные датчики и сенсоры. В анализируемую информацию входят тип дорожной поверхности, положение кузова, параметры движения, стиль управления автомобилем и другие данные (зависит от разновидности адаптивного шасси). Далее в работу вступает электронный блок управления, который за доли секунды анализирует данные, полученные от датчиков, и отправляет управляющие сигналы на исполнительные устройства – активные стойки амортизаторов и стабилизаторы поперечной устойчивости. В результате механизм мгновенно подстраивается под конкретные условия.

В случае получения команды от блока ручного управления подвеской система подрессоривания начнет адаптироваться под выбранный водителем режим. Обычно используется три режима работы подвески: нормальный, комфортный и спортивный.

Элементы адаптивной подвески

Адаптивная подвеска обычно включает в себя следующие элементы:

электронный блок управления подвеской;
регулируемые стабилизаторы поперечной устойчивости;
активные (регулируемые) стойки амортизаторов;
датчики (ускорения кузова, неровной дороги, дорожного просвета и другие).

Автопроизводители могут применять различные системы подрессоривания, при этом их общий принцип действия всегда одинаков.

Электронный блок управления

Электронный блок управления – элемент системы, управляющий режимами работы подвески. Данный элемент анализирует информацию с датчиков либо получает сигнал от блока ручного управления, которым управляет водитель. Соответственно, в первом случае корректировка происходит автоматически, а во втором – в ручном режиме.

Регулируемый стабилизатор поперечной устойчивости

Данный элемент меняет степень своей жесткости по сигналу от блока управления. Стабилизаторы поперечной устойчивости включаются в работу при маневрировании автомобиля. Адаптивная подвеска использует этот компонент для уменьшения крена кузова автомобиля. Современные системы управления подвеской получают, анализируют и отправляют сигналы к исполняющим механизмам за миллисекунды. Это позволяет мгновенно менять настройки подвески.

Активные (регулируемые) стойки амортизаторов

Этот элемент оперативно реагирует на тип дорожного покрытия и режим движения автомобиля, изменяя степень жесткости системы подрессоривания. Различают активные стойки амортизаторов с электромагнитным клапаном, а также с магнитно-реологической жидкостью. Первый вид стоек изменяет жесткость подвески с помощью электромагнитного клапана, который имеет переменное сечение. Само сечение меняется в зависимости от напряжения, которое подает электронный блок управления. Второй вид активных стоек амортизаторов заполнен специальной жидкостью, которая изменяет вязкость за счет воздействия электромагнитного поля. Сопротивление прохождению жидкости через клапана амортизатора увеличивает жесткость подвески.

Датчики

Датчики адаптивной подвески – это устройства, предназначенные для измерения различных величин и отправки информации в электронный блок управления. Датчик ускорения кузова постоянно оценивает качество дороги и срабатывает при раскачке кузова автомобиля. Датчик неровной дороги реагирует на неровности дорожной поверхности, отправляя сигнал при вертикальных колебаниях. Благодаря этому сенсору электронный блок управления своевременно «узнает» о прохождении неровности. Датчик положения кузова связывается с системой управления при различных маневрах автомобиля (ускорении, торможении), когда задняя часть автомобиля становится ниже передней и наоборот.

Основные отличия

Стандартная подвеска, которая устанавливается на бюджетные автомобили, ограничена в своих возможностях: она обеспечивает машине хорошую управляемость на трассе либо комфорт на неровной дороге. Адаптивная подвеска имеет два главных отличия от стандартной – это приспосабливание к текущему дорожному покрытию и стилю вождения. Это подвеска нового уровня, представляющая собой систему со множеством датчиков и активных механизмов. При движении на автомобиле с адаптивной подвеской водитель может и не заметить изменение качества дороги.

Данный тип регулируемой подвески нельзя назвать инновацией, так как эта сложная конструкция устанавливается на автомобили не первый год. Однако совсем недавно автопроизводителям удалось сделать ее компактнее, при этом увеличив функционал.
Усовершенствование этой части автомобиля также позволило уменьшить крен кузова и улучшить маневренность.

Преимущества и недостатки

Преимущества адаптивной подвески:

лучшие ходовые качества автомобиля;
комфорт и безопасность водителя и пассажиров при движении.

Главный недостаток адаптивной системы подрессоривания – ее цена. Ее наличие может на порядок увеличить изначальную стоимость автомобиля. При этом владельцы машины с таким типом подвески должны помнить, что в дальнейшем увеличится и стоимость ее обслуживания.

Применение

Наибольшее распространение получили адаптивные подвески с электромагнитным клапаном в активных стойках амортизаторов. Такая совокупность механизмов устанавливается на автомобилях Opel, Volkswagen, Toyota, Mercedes-Benz. Шасси с магнитно-реологической жидкостью большой популярностью не пользуется. Его можно обнаружить на автомобилях Audi, Cadillac и Chevrolet.

Производители активных подвесок не стоят на месте. Они комбинируют все имеющиеся варианты с целью улучшить их характеристики, а также уменьшить размер и массу. Главная задача – добиться уникальных настроек в каждый момент времени для каждого отдельного колеса. Это позволит поднять комфорт и безопасность еще на одну ступень, а также улучшить управляемость и устойчивость автомобиля.

Источник статьи: http://techautoport.ru/hodovaya-chast/podveska/adaptivnaya-podveska.html