Гидропневматическая и пневматическая подвеска

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ульяновский Государственный Технический Университет

Кафедра ОПМ

Доклад

Гидропневматическая и пневматическая подвеска

Выполнила:

Чемерова Д. И.

Группа: АТбд-21

Ульяновск 2013



Содержание

Введение

1. Пневматическая подвеска

2. Гидропневматическая подвеска

3. Сравнительный анализ

Список литературы



Введение

Пoдвecкa aвтoмoбиля влияет на его тягово-динамические характеристики и курсовую устойчивость. От xapaктepиcтики подвески зависят грузоподъемность автомобиля и комфорт вождения. Наиболее распространенная пpyжиннaя подвеска обеспечивает неплохой комфорт, но малую грузоподъемность, рессорная подвеска - наоборот. На сегодняшний день лучшим способом обecпeчeния выcoких показателей кoмфopта и грузоподъемности является установка на автомобиль пневматической или гидропневматической подвески.



1. Пнeвмaтичeскaя пoдвeскa

Пpи движeнии пo нepoвнocтям дороги на колёса автомобиля действуют ударные нагрузки. Эти нaгpyзки через систему подрессоривания и направляющие элементы передаются на кузов автомобиля. Одна из задач подвески -- демпфирование этих нагрузок.

При paccмотpении конcтpyкции cиcтeмы подрессоривания следует всегда различать её упругие и демпфирующие элементы.

Благодаря их совместному действию достигаются:

Безопасность пневматическая подвеска амортизатор

Сохраняется пocтoянный контакт колеса с дорогой, имеющий большое значение для эффективной работы тормозов и точности pyлевогo управления.

Кoмфopт

Под этим понятием подразумевается защита пассажиров от воздействия колебаний, угpoжaющиx иx здоровью или cоздaющиx нeпpиятныe ощущения, а также сохранение целостности перевозимого груза.

Надёжность работы

Под этим понятием подразумевается защита кузова и агрегатов автомобиля от высоких ударных и вибрационных нагрузок.

При движении автомобиля его кузов испытывает не только поступательные перемещения вверх и вниз, но и колебания вокруг продольной, поперечной и вертикальной осей и вдоль них.

Нaрядy c кинемaтикoй подвески, система подрессоривания также оказывает существенное воздействие на эти перемещения и колебания.

Поэтому правильный подбор упругих и дeмпфиpyющиx элементов подвески (компонентов системы подрессоривания) имеет важное значение.

Система подрессоривания.

В качестве несущих компонентов системы подрессоривания выступают упругие элементы, расположенные между подвеской и кузовом. Эта система дополняется шинами и сиденьями, имеющими собственную упругость.

Упругие элементы могут быть выполнены из стали, резины/эластомеров, а также использовать в качестве рабочего тела газы/ воздух. Возможно и комбинированное использование перечисленных материалов.

В подвеске легковых автомобилей обычно используются стальные упругие элементы. Стальные упругие элементы имеют самые разные конструктивные исполнения, среди которых самое широкое распространение получили винтовые пружины.

Пневматическая подвеска, используемая уже в течение долгого времени на грузовых автомобилях, благодаря своим достоинствам всё больше входит в употребление и на легковых автомобилях.

Cущecтвуют пoнятия подрессоренные маccы автомобиля (кузов с трансмиссией и частично ходовая часть) и неподреccоренные маccы автомобиля (колёса с тормозными механизмами, а также частично массы ходовой чacти и приводных вaлoв).

Жесткость и эффективность демпфирования системы подрессоривания обуславливают частоту собственных колебаний кузова автомобиля

Oснoвы теopии пневматичeской пoдвеcки.

Пневматическая подвеска с регулированием дорожного просвета.

Такая пневматическая подвеска является регулируемой.

При использовании пневматической подвески регулирование дорожного просвета не связано с дополнительными техническими ухищрениями, поэтому интегрируется в общую систему настроек. Основные достоинства регулирования дорожного просвета:

· Cтaтический ход сжатия упругого элемента (пневмoбаллoнa) не зависит от нагрузки и всегда одинаков

· Уменьшаются габариты колёсных ниш, обусловленные величиной свободного перемещения колёс. Это благоприятно сказывается на общем использовании объёма кузова автомобиля.

· Кузов автомобиля может иметь более мягкое подрессоривание, что повышает уровень комфорта в движении.

· Сохранение полного хода сжатия и отбоя упругого элемента при любых нагрузках.

· Сохранение полного дорожного просвета при любых нагрузках.

· При загрузке не изменяются углы установки колес.

· Не увеличивается C_x (коэффициент аэродинамического сопротивления), нет ухудшения внешнего вида.

· Меньший износ шаровых опор благодаря небольшим углам наклона пальцев.

· При необходимости возможна более высокая нагрузка.

Неизменное (расчётное) положение кузова автомобиля (подрессоренной массы) поддерживается путём регулировки давления в пневмобаллонах.

Статический ход сжатия благодаря регулированию давления всегда остаётся одинаковым и его не требуется принимать в расчёт при конструировании колесных ниш.

Другой особенностью пневматической подвески с функцией регулирования дорожного просвета является то, что частота собственных колебаний кузова остаётся почти постоянной при изменении массы автомобиля.

Помимо принципиальных достоинств системы регулирования дорожного просвета, её внедрение на пневматической подвеске обеспечивает важнейшее преимущество.

Благодаря тому, что давление воздуха в пневматических упругих элементах регулируется в зависимости от нагрузки, достигается изменение жёсткости пропорционально величине подрессоренной массы. В результате этого частота собственных колебаний кузова и, вследствие этого, комфорт в движении остаются почти неизменными вне зависимости от нагрузки.

Следующим преимуществом является обусловленная принципом действия прогрессивная характеристика пневматического упругого элемента.

При помощи полностью несущей пневматической подвески обеих осей можно регулировать величину дорожного просвета автомобиля:

обычное положение для движения в городе;

пониженное положение для езды на высокой скорости для улучшения динамики и уменьшения силы сопротивления воздуха;

повышенное положение для движения по пересеченной местности и по плохим дорогам.

«Полностью несущая» означает:

Системы регулирования дорожного просвета часто представляют собой комбинацию стальных или газонаполненных упругих элементов с гидравлическим или пневматическим устройством регулирования. Величина усилия, воспринимаемого такой подвеской, слагается из суммы усилий, воспринимаемых работающими упругими элементами. Поэтому такую подвеску называют «частично несущей» (Audi 100/Audi A8).

Подвески с регулированием дорожного просвета (на задней оси) и Audi allroad quattro (на задней и передней осях) имеют несущие пневматические упругие элементы и поэтому называются «полностью несущие».

Конструкция пневматического упругого элемента

На легковых автомобилях в качестве упругих элементов используются пневмобаллоны рукавного типа.

При малых габаритах такая конструкция обеспечивает большую деформацию упругого элемента.

Пневматический упругий элемент состоит из:

· Верхней крышки корпуса

· Резинокордного рукавного элемента

· Поршня (нижней крышки корпуса)

· Зажимного кольца

Наружный и внутренний слои изготавливаются из высококачественного эластомера. Материал устойчив к любым атмосферным воздействиям и является маслостойким. Внутренний слой воздухонепроницаемый.

Каркас воспринимает усилия, возникающие благодаря внутреннему давлению в пневмобаллоне.

Высококачественный эластомер и корд из полиамидной нити позволяют рукавному элементу легко раскатываться и обеспечивают минимальное трение (чувствительность) в этом упругом элементе.

Требуемые характеристики обеспечиваются в диапазоне температур от -35°C до +90°C.

Крепление манжеты (рукавного элемента) между верхней крышкой корпуса и поршнем осуществляется металлическими зажимными кольцами. Зажимные кольца запрессовываются в условиях производства.

Рукавный элемент раскатывается по поршню.

В зависимости от принятой кинематической схемы подвески оси пневмобаллоны могут устанавливаться отдельно от амортизаторов или вместе с ними (пневматическая амортизаторная стойка).

Пневмобаллоны не должны сжиматься или разжиматься, когда в них нет давления, так как при этом манжета не может правильно раскатываться по поршню (возможны её повреждения).

На автомобиле с пневмобаллонами, в которых отсутствует давление, перед тем, как приподнимать или опускать его (например, при помощи подъёмника или домкратов), в пневмобаллонах с использованием диагностического тестера необходимо создать давление.

Амортизатор с пневматическим регулированием демпфирования

Для того, чтобы поддерживать постоянной степень демпфирования и, тем самым, ходовые качества при изменении нагрузки от частичной до полной, в пневматической подвеске с регулированием дорожного просвета, а также в 4-уровневой пневматической подвеске автомобиля на задней оси устанавливаются амортизаторы с бесступенчатой, изменяющейся в зависимости от нагрузки характеристикой.

Благодаря пневматической подвеске, наряду с сохранением постоянной частоты собственных колебаний кузова, удаётся также достигать почти не зависящей от нагрузки характеристики колебаний кузова автомобиля.

Этими конструктивными мероприятиями достигается хороший комфорт при движении с частичной нагрузкой, одновременно при полной нагрузке колебания кузова достаточно эффективно гасятся.

В этом случае речь идёт о так называемом амортизаторе PDC (Pneumatic Damping Control = пневматическое регулирование демпфирования). Усилие демпфирования может варьироваться в зависимости от давления в пневмобаллоне.

Изменение усилия демпфирования осуществляется при помощи отдельного клапана PDC, встраиваемого в амортизатор. Он соединен шлангом с пневматическим упругим элементом.

Пропорциональное нагрузке давление в пневматическом упругом элементе изменяет гидравлическое сопротивление клапана PDC, 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.

Устройство и принцип действия

Клапан PDC изменяет гидравлическое сопротивление между рабочими камерами 1 и 2. Рабочая камера 1 с помощью отверстий соединена с клапаном 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. Тем самым уменьшается усилие демпфирования.

Гидравлическое сопротивление клапана PDC находится в определённой зависимости от управляющего давления (давления в пневматическом упругом элементе). Усилие демпфирования зависит от гидравлического сопротивления соответствующего клапана демпфирования (сжатия/отбоя), а также клапана PDC.

Работа при ходе отбоя и высоком давлении в пневматическом упругом элементе

Управляющее давление, а, следовательно, и гидравлическое сопротивление клапана PDC высоки. Большая часть масла (в зависимости от величины управляющего давления) должна дросселироваться через поршневой клапан, усилие демпфирования повышается.

Работа при ходе отбоя и низком давлении в пневматическом упругом элементе

Поршень идет вверх, часть масла дросселируется через поршневой клапанный узел, другая часть перетекает через отверстия в рабочей зоне 1 к клапану PDC. Поскольку управляющее давление (давление в пневматическом упругом элементе) и, следовательно, гидравлическое сопротивление клапана PDC малы, то усилие демпфирования уменьшается.

Работа при ходе сжатия и низком давлении в пневматическом упругом элементе

Поршень уходит вниз, рассеивание энергии обеспечивается донным клапанным узлом и, в некоторой степени, гидравлическим сопротивлением движению поршня. Часть вытесняемого штоком поршня масла дросселируется через донный клапанный узел в компенсационную камеру. Другая часть перетекает туда через отверстия в рабочей камере 1 к клапану PDC. Поскольку управляющее давление (давление в пневматическом упругом элементе) и, следовательно, гидравлическое сопротивление клапана PDC малы, то усилие демпфирования уменьшается.

Paбота при ходе сжатия и высоком давлении в пневматическом упругом элементе

Управляющее давление и, следовательно, гидравлическое сопротивление клапана PDC высоки. Большая часть масла (в зависимости от величины управляющего давления) должна пройти через донный клапанный узел, усилие демпфирования повышается

Достоинства пневмоподвески

· пневмоподвеска имеет большую энергоемкость в основном рабочем диапазоне и при больших прогибах, обеспечивая снижение амплитуды колебаний, уменьшение количества энергии, поглощаемой амортизаторами, упрощают регулировку. При этом в подвесках со стальными упругими элементами прогрессивная характеристика достигается только за счет сильного усложнения конструкции;

· легкость автоматического регулирования жесткости и динамичного хода подвески в соответствии с условиями нагружения, что позволяет получить большую плавность хода и улучшить другие эксплуатационные качества;

· при одинаковых размерах упругого элемента пневмоподвеска позволяет иметь высокую степень унификации для автомобилей разной грузоподъемности со значительной разницей в величине подрессоренных масс;

· пневмоэлементы имеют чрезвычайно высокую долговечность, недостижимую для стальных упругих элементов;

· постоянное положение кузова облегчает обеспечение правильной кинематики пневмоподвески и рулевого привода, снижается центр тяжести автомобиля и, следовательно, повышается его устойчивость;

· при любой нагрузке обеспечивается надлежащее положение фар, что повышает безопасность движения в ночное время; точная регуляция тормозных усилий на колесах в зависимости от изменения нагрузок на них;

Итог получается достаточно простым: учитывая, что стоимость изготовления пневмоподвесок почти сравнялась со стоимостью рессорных подвесок, применение первых позволяет получить большой технико-экономический эффект.

2. Гидропневматическая подвеска

Гидропневматическая подвеска - вид подвески, в котором используются гидропневматические упругие элементы. Впервые гидропневматическая подвеска была применена на автомобилях Citroen в 1954 году. Современной конструкцией гидропневматической подвески является подвеска Hydractive, в которой реализованы ее лучшие качества. В настоящее время устанавливается гидропневматическая подвеска Hydractive третьего поколения. Гидропневматическая подвеска применялась по лицензии на автомобилях Mercedes, Rolls-Royce и др. В конструкции современной гидропневматической подвески предусмотрено автоматическое изменение характеристик, т.е. она является активной подвеской.

Основными преимуществами гидропневматической подвески являются высокая плавность хода, возможность регулировки положения кузова относительно дорожного покрытия, эффективное гашение колебаний, адаптация к стилю вождения конкретного человека. Сложность и высокая стоимость являются сдерживающими факторами широкого применения данного типа подвески.

Гидропневматическая подвеска используется совместно с другими типами подвесок. Так, на автомобиле Citroen C5 гидропневматическая подвеска на передней оси интегрирована сподвеской МакФерсон, а на задней оси с многорычажной подвеской.

Гидропневматическая подвеска Hydractive

История гидравлической подвески Hydractive насчитывает три поколения:

· Hydractive 1 - с 1989 года;

· Hydractive 2 - с 1993 года;

· Hydractive 3 - с 2000 года.

Развитие гидропневматической подвески Hydractive осуществляется в двух направлениях - повышение надежности и расширение функциональных возможностей. Устройство гидропневматической подвески Hydractive рассмотрено на примере подвески третьего поколения. Подвеска Hydractive 3 включает следующие конструктивные элементы:

· гидроэлектронный блок;

· резервуар рабочей жидкости;

· стойки передней подвески;

· задние гидропневматические цилиндры;

· регуляторы жесткости;

· гидропроводы;

· система управления.

Схема гидропневматической подвески Hydractive 3

· Гидроэлектронный блок, резервуар рабочей жидкости, передние стойки, задние цилиндры, регуляторы жесткости образуютгидравлическую систему подвески. В гидравлическую систему также включен контургидравлического усилителя рулевого управления. В ранних версиях подвески гидравлическая система объединяла контур тормозной системы автомобиля. В подвеске Hydractive 3 тормозная система независима.

Гидроэлектронный блок (гидротроник) обеспечивает необходимое количество и давление рабочей жидкости в гидравлической системе подвески. Он объединяет электродвигатель, аксиально-поршневой насос, электронный блок управления, электромагнитные клапаны регулирования высоты кузова, запорный клапан (предотвращает опускание кузова в нерабочем состоянии), предохранительный клапан. Электронный блок управления и электромагнитные клапаны являются элементами системы управления подвески.

Резервуар рабочей жидкости располагается непосредственно над гидроэлектронным блоком. В подвеске Hydractive 3 используется рабочая жидкость LDS (оранжевый цвет), пришедшая на смену жидкости LHM (зеленый цвет).

Стойка передней подвески объединяет гидроцилиндр и гидропневматический упругий элемент, между которыми расположен амортизаторный клапан, обеспечивающий гашений колебаний кузова.

Гидропневматический упругий элемент представляет собой металлическую сферу, которая внутри разделена эластичной многослойной мембраной. Над мембраной находится сжатый газ - азот, под мембраной - специальная жидкость. Жидкость передает давление в системе, а газ выступает упругим элементом.

На подвеске Hydractive 3+ устанавливается по одному упругому элементу на каждое колесо и по одной дополнительной сфере на каждую ось. Применение дополнительных упругих элементов значительно расширяет параметры регулирования жесткости подвески. Современные сферы имеют серый цвет и сохраняют работоспособность в пределе 200000 км пробега.

Гидравлические цилиндры предназначены для нагнетания жидкости в упругие элементы и регулирования высоты положения кузова относительно дорожного покрытия. Гидроцилиндр снабжен поршнем, шток которого соединен с соответствующим рычагом подвески. Задние гидропневматические цилиндры по конструкции аналогичны передним стойкам, но расположены под углом к горизонтальной плоскости.

Регулятор жесткости служит для изменения жесткости подвески. Он включает электромагнитный клапан регулирования жесткости, золотник, два дополнительных амортизаторных клапана. На регуляторе жесткости закреплена дополнительная сфера. Регулятор жесткости устанавливается на передней и задней подвеске. В мягком режиме подвески регулятор жесткости объединяет все гидропневматические упругие элементы между собой, при котором достигается максимальный объем газа. Электромагнитный клапан при этом обесточен. При подаче напряжения на электромагнитный клапан включается жесткий режим подвески, при котором стойки, задние цилиндры и дополнительные сферы изолируются друг от друга.

Система управления гидропневматической подвески включает входные устройства, электронный блок управления и исполнительные устройства.

К входным устройствам относятся входные датчики и переключатель режимов работы. Входные датчики преобразуют соответствующие характеристики в электрические сигналы. В гидропневматической подвеске Hydractive 3 используются датчики положения кузова по высоте и угловой датчик рулевого колеса. Датчик положения кузова по высоте представляет информацию о средней высоте кузова. На автомобили Citroen устанавливается 2 или 4 таких датчика. Датчик угла поворота рулевого колеса измеряет направление и скорость вращения рулевого колеса.Переключатель режимов работы обеспечивает ручное (принудительное) регулирование высоты кузова и жесткости гидропневматической подвески.

Электронный блок управления принимает сигналы от входных устройств. обрабатывает их в соответствии с заложенной программой и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства. В своей работе электронный блок управления взаимодействует с системой управления двигателем,антиблокировочной системой тормозов.

К исполнительным устройствам системы управления подвески Hydractive 3 относятся:

· электродвигатель насоса;

· электромагнитные клапаны регулирования высоты;

· электромагнитные клапаны регулирования жесткости;

· электрический корректор фар.

· Электродвигатель под управлением изменяет скорость вращения, соответственно изменяется производительность насоса и давление в системе. В подвеске Hydractive 3 используется 4 электромагнитных клапана регулирования высоты - два на переднюю подвеску (впускной и выпускной) и два на заднюю подвеску (впускной и выпускной). Электромагнитные клапаны регулирования жесткости расположены в регуляторах жесткости.

Гидропневматическая подвеска Hydractive 3 обеспечивает:

· автоматическое регулирование дорожного просвета;

· автоматическое регулирование жесткости;

· принудительное изменение дорожного просвета и жесткости.

Автоматическое регулирование дорожного просвета осуществляется в зависимости от скорости движения автомобиля, качества дорожного покрытия и стиля вождения конкретного человека. При движении по автомагистрали со скоростью более 110 км/ч высота кузова автоматически снижается на 15 мм. При плохих дорожных условиях и скорости ниже 60 км/ч клиренс автоматически увеличивается на 20 мм. В автомобиле автоматически поддерживается определенная высота кузова независимо от нагрузки (загрузки). Высота подъема кузова определяется объемом специальной жидкости, циркулируемой в контуре системы. Объем жидкости дозируется регулятором положения кузова. Работа гидропневматической подвески обеспечивает сохранение заданного уровня пола кузова при перемещении колес по неровному дорожному покрытию.

Автоматическое регулирование жесткости подвески реализовано в расширенной версии подвески Hydractive 3+. Изменение режимов жесткости производится в зависимости от характера движения (ускорение, торможение, движение по прямой, в поворотах). Для принятия решения используются следующие параметры: скорость автомобиля, продольное и поперечное ускорение, изменение высоты. угол и скорость поворота рулевого колеса, изменение крутящего момента, изменение давления в тормозной системе. В зависимости от условий система автоматически воздействует на электромагнитный клапан регулятора жесткости и приводит подвеску в жесткий или мягкий режим. Изменение жесткости осуществляется как для отдельного упругого элемента (при повороте автомобиля), так и всей системы (при прямолинейном движении).

В конструкции гидропневматической подвески предусмотрено принудительное (ручное) изменение дорожного просвета, что в конкретных условиях обеспечивает преодоление препятствий, а также удобство погрузки (выгрузки) и уборки автомобиля. В расширенной версии подвески Hydractive 3+ вручную можно изменять и жесткость подвески.

3. Сравнительный анализ

Пневматическая или гидравлическая подвеска, что лучше?

Отличием пневматической подвески является её упругий элемент - пневматическая подушка. Её особенностью является возможность существенно изменять свою жесткость, чего невозможно достигнуть при использовании пружин или рессор. Пневматическая подвеска обеспечивает постоянный клиренс при разной загруженности автомобиля. Управление пневмоподвеской осуществляется либо вручную с помощью клавиши управления, либо автоматически. С помощью специальных датчиков измеряется расстояние от колеса до кузова, а электронная система управления сравнивает эти значения с заданными и приводит в действие исполнительные устройства: электродвигатель, компрессор пневмоподвески, ресивер и клапаны упругого элемента. Автоматическое изменение дорожного просвета от скорости движения обеспечивает большую устойчивость автомобиля за счет уменьшения потока воздуха, проходящего под днищем кузова.

Основными неисправностями пневмоподвески являются утечка воздуха через соединительные элементы, срабатывание колец компрессора, износ пневматических подушек. Эти неполадки легко диагностировать, так как автомобиль будет проседать либо над отдельными колесами, либо полностью. В некоторых автомобилях, таких как, например, Volkswagen Touareg и Porsche Cayenne, зачастую выходит из строя из-за коррозии штуцер пневмобалона. Это происходит чаще всего от действия соли и других активных веществ, которыми посыпают отечественные дороги зимой. Так как ремонт пневматической подвески стоит недешево, лучше постоянно следить за её состоянием и не доводить его до критического.

Гидроподвеска является более надежной, чем пневматическая. Например, гидроподвеска мерседес «ACTIVE BODY CONTROL» имеет ресурс примерно 400 тыс. км пробега, тогда как пневматическая подвеска мерседес «AIRMATIK DUAL CONTROL» - всего 150 тыс. км. По принципу работы подвеска похожа на пневматическую. Отличием подвески является опять же таки упругий элемент. Мерседес использует гидроцилиндры. В гидросистеме используется специальная жидкость, несвоевременная замена которой может привести к недостаточной смазке насоса и его повышенному износу, после чего он не сможет создавать достаточное давление для подъема автомобиля. Также выходят из строя блоки клапанов, из-за чего автомобиль будет опускаться после выключения двигателя. Ремонт гидроподвески стоит дорого, так как многие её составляющие не поддаются ремонту.

Гидроподвеска Ситроен «Hydroactive» применяет в качестве пружин гидравлические стойки, вверху которых расположены сферы с азотом. Также есть и дополнительная третья сфера, которая включается в систему при комфортном режиме. Последнее поколение гидроподвесок Citroen - подвеска «Hydroactive III» оснащена электронным управлением, датчиками и исполнительными устройствами, с помощью которых поддерживается постоянный уровень кузова автомобиля, и регулируется с изменением скорости. Диапазон изменений клиренса достигает 30 мм.

Возможность изменять жесткость в зависимости от условий характеризует пневмо и гидроподвески с лучшей стороны, но большая стоимость их обслуживания ограничивает их применение.



Список литературы

1.www.systemsauto.ru

2.www.investtocar.ru

3.www.freepatent.ru

4.www.ru.wikipedia.org

5.Пневматическая подвеска автомобиля. Автор: Равкин Г.О. Издательство: МАШГИЗ

Размещено на Allbest.ru