Гідропневматична підвіска транспортного засобу

Структурна схема гідропневматичної підвіски

Гідропневматична підвіска – це вид активної підвіски, в якій застосовуються пружні гідропневматичні елементи, розроблена Paul Magès,винайдена компанією Citroen і пристосована до Citroen автомобілів,а також використовується за ліцензією інших виробників автомобілів,таких як:Rolls-Royce (Silver Shadow), Maserati (Quattroporte II) і Peugeot. Нещодавно даний вид підвіски був використаний в автомобілях Mercedes-Benz.

Основною метою цієї системи є забезпечення чутливої, динамічної і високопотужної підвіски, яка створює чудову якість їзди на різних поверхнях.

Гідропневматична система поєднує в собі переваги двох технологічних принципів:

• Гідравлічні системи використовують у своєму арсеналі рідину(мастило). Насос створює певний тиск мастила, завдяки якому система ABC за частки секунди може зреагувати на виникнення коливань кузова;

• Пневматичні системи базуються на явищі стисливого газу,таким чином,щоб обладнання було менш схильне до ударних пошкоджень. Використовується гідропневматичний пружній елемент, який дозволяє змінювати жорсткість і висоту кузова в залежності від умов руху і вибору водія.

Загальні ознаки та класифікація підвісок

Структурна схема адаптивної підвіски

Підвіска автомобіля— сукупність деталей, вузлів і механізмів, які грають роль сполучної ланки між кузовом автомобіля і дорогою.

Підвіска виконує наступні функції:

- Фізично з'єднує колеса або нерозрізні мости з несівною системою автомобіля — кузовом або рамою;

- Передає на несівну систему сили і моменти, що виникають при взаємодії коліс з дорогою;

- Забезпечує необхідний характер переміщення коліс відносно кузова або рами, а також необхідну плавність ходу.

Одним із типів автомобільних підвісок є активна підвіска,її розділяють на два основні класи:

• чисто активні підвіски;

• адаптивні (напівактивні підвіски).

Активні підвіски, використовуючи певний тип приводу піднімають і опускають шасі незалежно на кожному колесі з врахуванням багатьох факторів, що випливають з якості дорожнього покриття, орієнтації кузова автомобіля у просторі, швидкості й прискорень руху та налаштувань системи керування підвіскою з боку водія.

Адаптивні підвіски лише змінюють ступінь демпфування амортизатора, щоб відповідати змінному стану дорожнього покриття чи динаміці руху.

Історія

Під час Другої світової війни, Paul Magès, співробітник Citroen, без формального навчання в галузі машинобудування, таємно розробляє концепцію підвіски масла і стиснутого повітря, щоб об'єднати новий рівень м'якості управління транспортного засобу.

1954 Traction Avant 15H: Задня підвіска, використовуючи LHS гідравлічну рідину. Схема гідропневматичної підвіски була вперше застосована на моделі вищого класу Citroen 15-6. Її гідропневматична підвіска забезпечувала сталість дорожнього просвіту незалежно від кількості пасажирів і багажу та надавала приголомшливо плавний хід. Ця машина могла нахилятися вперед і назад, а також вивішувати будь-яке колесо без домкрата.

1960 По патентах і товарним знакам, США видає US 2959410 A для двосекційного гідропневматичного амортизатора,який використовує принципи, дуже схожі на тих, які розроблені раніше Paul Magès - Патент формує основу для літаків з гідропневматичними і газонаповненими амортизаторами.

1965 Rolls-Royce купує ліцензію на технологію Citroën для підвіски нового Silver Shadow.

1969 Citroen M35: Citroen M35 був похідним від Ami 8, і оснащений двигуном Ванкеля та гідропневматичною підвіскою.

1969 Національна адміністрація безпеки дорожнього руху легалізує LHM мінеральну рідина в Сполучених Штатах.

1970 Citroën DS: Адаптація гідропневматичної підвіски на невеликий автомобіль. водій Citroen DS міг, на власний розсуд, ступінчасто змінювати дорожній просвіт. Це не тільки підвищувало стійкість і активну безпеку автомобіля на шосе (знижувався центр ваги, зменшувався потік повітря під днищем, що створює піднімальну силу), але і полегшувало їзду по бездоріжжю.

1974 Національна адміністрація безпеки дорожнього руху забороняє транспортні засоби з регульованою за висотою підвіскою, впливаючи споживачів в Сполучених Штатах. Рішення скасоване в 1981 році.

1980 Mercedes-Benz W126 500SEL використовує гідропневматичну підвіску, пізніше ця система була доступна на моделях 420SEL і 560SEL.

1990 JCB Fastrac: сільськогосподарський трактор використовує цю систему для його задньої підвіски.

2001 Citroën C5: Hydractive 3 усуває необхідність центрального покоління гідравлічного тиску. Електричне регулювання висоти. Hydractive 3 була доступна на високопродуктивних моделях (V6 і 2.2HDI).

2008 JCB Fastrac high speed 7000 сільськогосподарські трактори в даний час використовують цю систему для передньої і задньої підвіски.

Citroen 15-6 (1954р.)

Citroen DS (1974р.)

Hydractive 1 та Hydractive 2

Гідропневматична підвіска Citroen (Hydractive 1 і Hydractive 2) була доступна на декількох моделях, в тому числі XM і Xantia, які мали більш досконалу суб-модель, відому як Activa. В системі підвіски Hydractive 1 було два користувацьких пресетів, Sport та Auto. При установці за замовчуванням підвіска автомобіля Sport завжди знаходилася в своєму твердому режимі. В налаштуваннях Auto, підвіска була переключена від м'якого до твердого режиму тимчасово, коли в залежності від швидкості руху порога в педалі акселератора, гальма тиску, кута повороту рульового колеса, або руху тіла, був виявлений одним із декількох датчиків.

У Hydractive 2 встановлені імена були змінені Sport та Comfort. У цій новій версії установка Sport більше не тримає систему підвіски в режимі фірми, але замість того, щоб істотно знизити пороги для будь-якого з показників датчиків - використовуються також в режимі Comfort, що дозволяє подібним рівнем стійкості кузова при проходженні поворотів і прискорення, без втрат у поїздці на спортивному режимі в Hydractive було викликано 1 системою.

Кожного разу, коли Hydractive 1 або 2 комп'ютери отримали аномальну інформацію датчика, часто викликані несправними електричними контактами, система підвіски автомобіля буде змушена залишатися непохитною на частині поїздки,яку ще потрібно подолати.

Починаючи з моделі Xantia 1994 року та моделі XM 1995 року, всі моделі в подальшому додали сферу, яка функціонувала в якості резервуара під тиском для задніх гальм через нові гідравлічні замки, дозволяючи автомобілеві зберегти нормальну висоту поїздки протягом декількох тижнів, не запускаючи двигун.

Схема функціонування гідропневматичних систем 1 та 2 покоління

Hydractive 3

В гідравлічну систему даної підвіски входить резервуар, містить робочу рідину, гідроелектронний блок, задні циліндри, передні стійки, регулятори жорсткості. Також до системи підвіски відносять контур, містить у собі гідравлічний підсилювач управління. В колишніх версіях підвіски дана система також включала в себе окремі елементи гальмівної системи, проте в підвісці третього покоління вона вже повністю незалежна.

Гідротонік, інакше названий гідроелектронним блоком, дає можливість отримувати в гідравлічній системі підвіски потрібний тиск і кількість робочої рідини. Він включає в себе аксіально-поршневий насос, електродвигун, електронний блок управління, запірний клапан, який не дає кузову опускатися в неробочому стані, електромагнітні клапани керування висотою кузова, запобіжний клапан. Електромагнітні клапани та електронний блок підвіски входять до складу системи керування підвіскою.

Відразу над гідроелектронним блоком розташований резервуар з робочою рідиною. У підвісці третього покоління використовується робоча рідина під назвою LDS, яка має оранжевим кольором, що замінила рідина зеленого кольору LHM.

Гідроциліндр і гідропневматичний пружний елемент, між якими реалізований спеціальний амортизаторний клапан, який потрібен для гасіння коливань кузова, відносяться до стійки передньої підвіски.

Гідропневматичний пружний елемент являє собою металеву сферу, яка ділиться багатошарової еластичною мембраною. В верхній частині знаходиться стиснений азот, а під мембраною, в нижній частині, спеціальна рідина. Рідина потрібна для передачі тиску, а газ використовується як пружний елемент.

Підвіска Hydractive 3+ включає себе на кожне колесо з одному пружному елементу і ще по одній сфері на кожну вісь. Використання додаткових пружних елементів призводить до розширення можливостей по управління жорсткістю підвіски. Сфери, які зараз використовуються, мають сірим кольором і здатні працювати при пробігу менше 200000 км.

Гідравлічні циліндри потрібні для передачі рідини в пружні елементи і тим самим для керування висотою кузова щодо дорожнього полотна. Дані включають циліндри себе поршень, шток якого з’єднується з важелем підвіски. Передні і задні циліндри однакові за своєю конструкції, проте задні розташовані під кутом до горизонталі.

Регулятор жорсткості необхідний для управління жорсткістю підвіски. До його складу входять золотник, електромагнітний клапан для контролю за жорсткістю, два амортизаторних додаткових клапана. На даному регуляторі жорстко закріплена згадана вище додаткова сфера. Регулятор жорсткості присутній як на задній, так і на передній підвісці. При роботі в м’якому режимі регулятор об’єднується пружні гідропневматичні елементи між собою, при цьому домагаючись максимального обсягу газу. Клапани при цьому знаходяться в бездіяльності. При подачі напруги на них активізується жорсткий режим підвіски, при якому задні циліндри, стійки і додаткові сфери одне від одного ізолюються.

Вхідні пристрої, виконавчі пристрої і електронний блок управління утворюють систему керування підвіскою.

До вхідних пристроїв прийнято відносити перемикач режимів роботи та вхідні датчики. Останні потрібні для перетворення необхідних характеристик в електричні сигнали. У Hydractive 3 застосовується датчик рульового колеса і датчики положення кузова. Датчики положення кузова дають інформацію про те, як високо розташований кузов автомобіля. Зазвичай таких датчиків два або чотири. Датчик рульового колеса дозволяє вимірювати швидкість і напрямок обертання рульового колеса. Перемикач режимів роботи потрібен для примусового керування висотою кузова і жорсткістю підвіски.

Блок керування одержує сигнали від вхідних пристроїв, проводить їх обробку, відповідно до закладеної в нього програмою і реалізує керуючі впливи допомогою виконавчих елементів. У своїй роботі даний блок взаємодіє з антиблокувальною гальмівною системою і системою управління двигуном.

При подачі на нього керуючих сигналів електродвигун змінює свою швидкість обертання, внаслідок чого змінюється і продуктивність насоса, який відповідає за тиск, підтримуваний в системі. У даній підвісці використовується чотири клапани, які використовуються для управління висотою кузова – два клапана, випускний і впускний, для застосування на передній підвісці і два аналогічних клапана для застосування на задній підвісці. Електромагнітні клапани для управління жорсткістю розміщені в регуляторах жорсткості.

Підвіска гідропневматичного типу Hydractive 3 реалізує:

• Автоматичне -

- управління жорсткістю;

- Автоматичне управління дорожнім просвітом;

• Ручне -

- управління жорсткістю і дорожнім просвітом.

Застосування гідропневматичної підвіски у Сітроен C5

Гідропневматичні пружні елементи використовуються в гідропневматичній підвісці, яка дозволяє змінювати жорсткість і висоту кузова в залежності від умов руху і вибору водія. Роботу підвіски забезпечує гідравлічний привод високого тиску. Керування гідросистемою здійснюється за допомогою електромагнітних клапанів. Сучасною конструкцією гідропневматичної підвіски є система «Hydractive» третього покоління, яка встановлюється на автомобілі Citroen. Діапазон змін дорожнього просвіту досягає 20-30 см. Citroen зробив гідропневматичне підвіску своїм коником, застосувавши її раніше за інших.

Гідропневматична підвіска Hydractive автомобіля Citroen C5, що змінює ступінь жорсткості і коефіцієнт демпфування відповідно до умов руху

1 - Інтегрований вузол гідротронік;

2 - стійки передньої підвіски;

3 – передній регулятор жорсткості;

4 - Передній електронний датчик положення;

5 - задні гідропневматичні циліндри;

б – задній регулятор жорсткості;

7 - Задній електронний датчик положення;

8 - блок управління;

9 - датчик положення рульового колеса;

10 - Резервуар для рідини гідросистеми;

11- педалі «газу» і гальма

Переваги та недоліки даного пристрою

Підвіску і пружну технологію, як правило, не зовсім добре розуміють споживачі, що призводить до громадської думки, начебто гідропневматична підвіска є просто «зручною для комфорту". Вона також має свої переваги, пов'язані з обробкою і ефективністю управління, вирішення ряду проблем, властивих сталевим пружинам, які раніше усували дизайнери підвіски.

Хоча виробники автомобілів усвідомили переваги, властиві сталевими пружинами, були два питання. По-перше, підвіска була запатентована винахідником, а по-друге вона мала певний елемент складності, тому автовиробники, такі як Mercedes-Benz, British Leyland (Hydrolastic, Hydragas) і Lincoln прагнули створити більш прості варіанти, використовуючи стиснене повітря підвіски.

Протягом багатьох років було багато покращень в системі, в тому числі, сталеві стабілізатори поперечної стійкості, непохитність змінної їзди та активний контроль положення кузова (Sitroen Activa).

Отож підсумовуючи вище сказане, головними перевагами даного типу підвісок є те, що вони забезпечують хорошу плавність руху, можливість керування положенням кузова машини відносно дорожнього полотна, відмінно гасять коливання і здатні адаптуватися до стилю їзди конкретної людини. Підвіска Hydractive на даний момент поліпшується за двома напрямками - розширення її можливостей і збільшення надійності.

Основними недоліками даних підвісок можна назвати їх крайню складність і внаслідок цього високу вартість.

Використана література

http://www.Studopedia.su

https://uk.wikipedia.org/wiki/Активна_підвіска

https://uk.wikipedia.org/wiki/Hydropneumatic_suspension

• Легковые автомобили. Ходовая часть. Системы подвески и амортизации ADS II, AIRmatic, ABC. Учебное пособие. ЗАО ДаймлерКрайслер Автомобили РУС, 2003. — 103 с.

• Сериков Г. С. Адаптивная виброизоляция современного автомобиля // Автомобіль і електроніка. Сучасні технології. № 3, 2012.