Активная подвеска — это тип автомобильной подвески , которая использует бортовую систему управления для управления вертикальным движением колес и осей автомобиля относительно шасси или рамы автомобиля , а не традиционная пассивная подвеска, которая полагается исключительно на большие пружины для поддержания статической поддержки и гашения вертикальных движений колес, вызванных поверхностью дороги. Активные подвески делятся на два класса: истинно активные подвески и адаптивные или полуактивные подвески. В то время как адаптивные подвески изменяют только жесткость амортизаторов в соответствии с изменяющимися дорожными или динамическими условиями, активные подвески используют некоторый тип привода для независимого подъема и опускания шасси на каждом колесе.
Эти технологии позволяют автопроизводителям достигать более высокого уровня качества езды и управляемости автомобиля , сохраняя шасси параллельным дороге при поворотах, предотвращая нежелательные контакты между рамой автомобиля и землей (особенно при проезде через углубление ) , и обеспечивая в целом лучшее сцепление и рулевое управление. Бортовой компьютер обнаруживает движение кузова с помощью датчиков по всему автомобилю и, используя эти данные, управляет действием активной и полуактивной подвески. Система фактически устраняет крен кузова и изменение тангажа во многих дорожных ситуациях, включая повороты , ускорение и торможение . При использовании на коммерческих транспортных средствах, таких как автобусы , активная подвеска также может использоваться для временного опускания пола транспортного средства, что облегчает пассажирам посадку и высадку из транспортного средства.
Теория Skyhook заключается в том, что идеальная подвеска позволяет автомобилю сохранять устойчивое положение, независимо от переноса веса или неровностей дорожного покрытия, как если бы он был подвешен на воображаемом крюке в небе, продолжающемся на постоянной высоте над уровнем моря, и, следовательно, оставаясь устойчивым.
Поскольку реальный скайхук, очевидно, непрактичен, [1] реальные системы активной подвески основаны на работе привода. Воображаемая линия (нулевого вертикального ускорения) рассчитывается на основе значения, предоставленного датчиком ускорения, установленным на кузове транспортного средства (см. Рисунок 3). Динамические элементы включают только линейную пружину и линейный демпфер; поэтому никаких сложных вычислений не требуется. [2] [3]
Транспортное средство контактирует с землей через пружину и амортизатор в обычной пружинно-амортизационной подвеске, как показано на рисунке 1. Чтобы достичь того же уровня устойчивости, что и в теории Skyhook, транспортное средство должно контактировать с землей через пружину, а воображаемую линию — через амортизатор, как показано на рисунке 2. Теоретически, в случае, когда коэффициент демпфирования достигает бесконечного значения, транспортное средство будет находиться в состоянии, в котором оно полностью зафиксировано на воображаемой линии, поэтому транспортное средство не будет трястись.
Активные подвески, которые были введены первыми, используют отдельные приводы , которые могут оказывать независимое усилие на подвеску для улучшения характеристик езды. Недостатками этой конструкции являются высокая стоимость, дополнительная сложность и масса устройства, а также необходимость частого обслуживания в некоторых реализациях. Для обслуживания могут потребоваться специальные инструменты, и некоторые проблемы могут быть трудно диагностируемыми.
Гидравлические подвески управляются с помощью гидравлики . Первый пример появился в 1954 году, когда Пол Магес разработал гидропневматическую подвеску в Citroën . Гидравлическое давление обеспечивается радиально-поршневым гидравлическим насосом высокого давления . Датчики постоянно отслеживают движение кузова и уровень езды автомобиля, постоянно снабжая гидравлические корректоры высоты новыми данными. В течение нескольких миллисекунд подвеска генерирует противодействующие силы для подъема или опускания кузова. Во время маневров вождения заключенный в оболочку азот мгновенно сжимается, обеспечивая в шесть раз большую сжимаемость стальных пружин, используемых в автомобилях до этого времени. [4]
На практике система всегда включала в себя желаемые функции самовыравнивающейся подвески и регулируемой по высоте подвески , причем последняя теперь привязана к скорости автомобиля для улучшения аэродинамических характеристик, поскольку автомобиль опускается сам на высокой скорости.
Эта система показала себя исключительно хорошо при движении по прямой, в том числе по неровным поверхностям, но имела слабый контроль над жесткостью качения. [5]
Миллионы серийных автомобилей были построены с использованием различных вариантов этой системы.
Колин Чепмен разработал оригинальную концепцию компьютерного управления гидравлической подвеской в 1980-х годах для улучшения прохождения поворотов гоночными автомобилями. Lotus установила и разработала прототип системы для Excel 1985 года с электрогидравлической активной подвеской, но никогда не предлагала ее для продажи публике, хотя было построено много демонстрационных автомобилей для других производителей.
Датчики непрерывно отслеживают движение кузова и уровень езды автомобиля, постоянно снабжая компьютер новыми данными. Когда компьютер получает и обрабатывает данные, он управляет гидравлическими сервоприводами, установленными рядом с каждым колесом. Почти мгновенно сервоуправляемая подвеска генерирует противодействующие силы наклону, нырянию и приседанию кузова во время маневров вождения.
В 1990 году Nissan установил гидравлическую систему на основе стоек Макферсона, называемую Full-Active Suspension, которая использовалась в Nissan Q45 и President. Система использовала гидравлический масляный насос, гидравлический цилиндр, аккумулятор и демпфирующий клапан, которые соединяли два независимых контура для передних и задних стоек. Затем система восстанавливала энергию движения для непрерывного балансирования автомобиля. [6] Система была пересмотрена и теперь называется Hydraulic Body Motion Control System , установлена на Nissan Patrol и Infiniti QX80 .
Компания Williams Grand Prix Engineering разработала активную подвеску, разработанную конструктором-аэродинамиком Фрэнком Дерни , для автомобилей команды Формулы-1 в 1992 году. Машины оказались настолько успешными, что Международная автомобильная федерация решила запретить эту технологию, чтобы сократить разрыв между командой Williams F1 и ее конкурентами. [7]
Технология активной компьютерной подвески (CATS) обеспечивает наилучший баланс между качеством езды и управляемостью, анализируя дорожные условия и выполняя до 3000 регулировок настроек подвески каждую секунду с помощью электронно-управляемых амортизаторов .
Mercedes-Benz CL-Class (C215) 1999 года представил Active Body Control , где гидравлические сервоприводы высокого давления управляются электронными вычислениями, и эта функция все еще доступна. Транспортные средства могут быть спроектированы так, чтобы активно наклоняться в поворотах для улучшения комфорта пассажиров. [8] [9]
Активный стабилизатор поперечной устойчивости становится жестче под управлением водителя или электронного блока управления подвеской (ECU) во время крутых поворотов. Первым серийным автомобилем был Mitsubishi Mirage Cyborg в 1988 году.
В полностью активных серийных автомобилях с электронным управлением применение электрических сервоприводов и двигателей в сочетании с электронными вычислениями обеспечивает плавное прохождение поворотов и мгновенную реакцию на дорожные условия.
У корпорации Bose есть модель доказательства концепции. Основатель Bose, Амар Бозе , много лет работал над экзотическими подвесками, когда был профессором Массачусетского технологического института. [10]
Электромагнитная активная подвеска использует линейные электромагнитные двигатели, прикрепленные к каждому колесу. Она обеспечивает чрезвычайно быструю реакцию и позволяет рекуперировать потребляемую мощность, используя двигатели в качестве генераторов. Это почти преодолевает проблемы медленного времени реакции и высокого энергопотребления гидравлических систем. Технология системы активной подвески с электронным управлением (ECASS) была запатентована Центром электромеханики Техасского университета в 1990-х годах [11] и была разработана L-3 Electronic Systems для использования на военных транспортных средствах. [12] Humvee , оборудованный ECASS, превзошел технические характеристики для всех оценок производительности с точки зрения потребляемой мощности для оператора транспортного средства, устойчивости и управляемости.
Адаптивные или полуактивные системы могут изменять только коэффициент вязкого демпфирования амортизатора и не добавляют энергии в систему подвески. В то время как адаптивные подвески, как правило, имеют медленную реакцию и ограниченное количество значений коэффициента демпфирования, полуактивные подвески имеют реакцию времени , близкую к нескольким миллисекундам, и могут обеспечивать широкий диапазон значений демпфирования. Поэтому адаптивные подвески обычно предлагают только различные режимы езды (комфортный, нормальный, спортивный...), соответствующие различным коэффициентам демпфирования, в то время как полуактивные подвески изменяют демпфирование в реальном времени в зависимости от дорожных условий и динамики автомобиля. Хотя их вмешательство ограничено (например, усилие управления никогда не может иметь направление, отличное от текущего вектора скорости подвески), полуактивные подвески менее затратны в проектировании и потребляют гораздо меньше энергии. В последнее время исследования полуактивных подвесок продолжают продвигаться в отношении их возможностей, сокращая разрыв между полуактивными и полностью активными системами подвески.
Этот тип является наиболее экономичным и базовым типом полуактивных подвесок. Они состоят из электромагнитного клапана, который изменяет поток гидравлической среды внутри амортизатора , тем самым изменяя характеристики амортизации подвески. Соленоиды подключены к управляющему компьютеру, который посылает им команды в зависимости от алгоритма управления (обычно так называемая техника "Sky-Hook"). [ необходима цитата ]
Этот тип системы используется в системе подвески Computer Command Ride (CCR) компании Cadillac . Первым серийным автомобилем [22] был Toyota Soarer с полуактивной подвеской Toyota Electronic Modulated Suspension , выпущенный в 1983 году.
В 1985 году Nissan представил амортизатор, использующий похожую версию, названную «Super Sonic Suspension», добавив ультразвуковой датчик, который предоставлял информацию, которую микрокомпьютер затем интерпретировал в сочетании с информацией от рулевого управления, тормозов, дроссельной заслонки и датчика скорости автомобиля. Сигналы информации о регулировке затем изменяли амортизаторы, когда управляемый водителем переключатель был переведен в положение «Auto». Автоматическая регулировка могла быть ограничена, если переключатель был переведен в положения «Soft», «Medium» или «Hard». Также использовалась модифицированная версия, которая не использовала модуль сонара, что позволяло вручную выбирать настройки. [23] [24] Эта реализация в настоящее время используется в отрасли рядом производителей, предоставленных Monroe Shock Absorbers под названием CVSAe или Continuously Variable Semi-Active electronic.
В 2008 году с появлением Nissan GT-R компаниями Nissan и Bilstein была совместно разработана система DampTronic. DampTronic обеспечивает три выбираемых настройки водителя, которые также могут взаимодействовать с технологией Vehicle Dynamics Control для изменения точек переключения передач трансмиссии. Настройки обозначены как Normal, Comfort или R и могут быть установлены в Normal для автоматической регулировки или в режиме R для высокоскоростного вождения, в то время как Comfort предназначен для туристических поездок и более послушной езды. Режим R позволяет автомобилю использовать угловую скорость рыскания с уменьшенным углом поворота рулевого колеса для более четкого, более коммуникативного рулевого управления, в то время как настройка Comfort создает меньшую вертикальную перегрузку по сравнению с Normal или настройкой подвески, определяемой компьютером. [25]
Другой метод включает магнитореологические амортизаторы с торговой маркой MagneRide . Первоначально он был разработан корпорацией Delphi для GM и был стандартным, как и многие другие новые технологии, для Cadillac STS (с модели 2002 года) и на некоторых других моделях GM с 2003 года. Это было обновление для полуактивных систем («автоматические подвески с датчиками дороги»), которые десятилетиями использовались в высококлассных автомобилях GM. Он позволяет, вместе с более быстрыми современными компьютерами, изменять жесткость подвесок всех колес независимо. Эти амортизаторы находят все более широкое применение в США и уже сдаются в аренду некоторым иностранным брендам, в основном в более дорогих автомобилях. [ необходима цитата ]
Эта система находилась в разработке в течение 25 лет. Демпфирующая жидкость содержит металлические частицы. Через бортовой компьютер характеристики податливости демпферов контролируются электромагнитом . По сути, увеличение тока в магнитной цепи демпфера увеличивает магнитный поток цепи. Это, в свою очередь, заставляет металлические частицы менять свое выравнивание, что увеличивает вязкость жидкости, тем самым повышая показатели сжатия/отскока, в то время как уменьшение смягчает действие демпферов, выравнивая частицы в противоположном направлении. Если мы представим металлические частицы как обеденные тарелки, то пока они выровнены так, что находятся на ребре - вязкость минимизируется. На другом конце спектра они будут выровнены под углом 90 градусов, то есть плоские. Таким образом, жидкость становится намного более вязкой. Именно электрическое поле, создаваемое электромагнитом, изменяет выравнивание металлических частиц. Информация от датчиков колес (о выдвижении подвески), рулевого управления, датчиков ускорения - и другие данные используются для расчета оптимальной жесткости в этот момент времени. Быстрая реакция системы (миллисекунды) позволяет, например, сделать более мягкий проезд одним колесом неровности дороги в определенный момент времени. [ необходима цитата ]
По календарному году:
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )