Автоматическое управление подвеской автомобилей

Системы автоматического управления подвеской автомобилей (САУ ПА) в своем развитии прошли несколько этапов.

Первые системы управления использовали механические регу­ляторы с амплитудными видами модуляции. Главным назначени­ем таких систем регулирования было поддержание высоты кузова относительно колес на заданном уровне независимо от загрузки. Схема системы атоматического регулирования (САР) положения кузова для грузовых автомобилей и авто­бусов представлена на рис. 11. Подвеска представляет собой ком­бинацию полуэллиптических рессор, выполняющих функции на­правляющего устройства и упругого преобразователя, телескопи­ческих гидравлических амортизаторов, выполняющих функции га­сящего устройства, и двухсекционных пневматических рессор (пневмобаллоны) на основе резинокордовой оболочки с резино­выми буферами для ограничения хода сжатия. Пневморессоры снаб­жены дополнительными пневмокамерами и являются не только упругими преобразователями, но и гасителями колебаний. Сжа­тый воздух в пневматические рессоры поступает от ционного клапана 3 и ресивера 4. Ресивер соединен с распредели­телем 5, шток поршня клапанов которого перемещается через рычаги 6. Распределитель подает воздух в пневморессоры 8 или сбрасывает его в атмосферу. Дополнительная пневмокамера со­единена с пневморессорами. пневмосистемы автомобиля, состоящей из компрессора 1, фильтра 2, редук­тор.

Наличие этой камеры делает подвес­ку более мягкой, сглаживается увеличение давления в упругом элементе при его осадке. Корпус распределителя установлен на кузове, а его шток с поршнем рычагом б связан с мостом автомо­биля. Регулятор при различных полезных нагрузках машины обеспечивает одно и то же расстояние между мостом и кузовом. При возрастании статической нагрузки упругие пневматические эле­менты сжимаются, расстояние между мостом и кузовом умень­шается. Поршень распределителя, перемещаемый рычагом б вниз, открывает подачу воздуха из ресивера в упругие элементы до тех пор, пока не восстановится прежнее положение кузова, обуслов­ленное предварительной настройкой регулятора. При уменьшении статической нагрузки поршень, перемещаясь вверх, выпускает воз­дух из пневматических элементов в атмосферу и восстанавливает первоначальное положение кузова.

Чтобы регулятор не срабатывал при колебаниях автомобиля, имеется гидравлический замедлитель, обеспечивающий включе­ние регулятора лишь через несколько секунд после изменения расстояния между кузовом и мостом, т. е. при отклонении только статической нагрузки.

Системы на пневмомеханических элементах не обеспечивают необходимую надежность и качество регулирования. Высокая сто­имость и сложность настройки ограничили их применение.

На рис. 12 приведена схема электропневматической САР по­ложения кузова. Она включает в себя электрическую часть, распо­ложенную под полом автомобиля, и пневматическую часть, раз­мещенную в салоне кузова. Толкатель 2 регулятора соединен с бал­кой моста 7 автомобиля и коромыслом 3. Коромысло состоит из двух частей, связанных между собой пружиной 4. Оно опирается на опору 5, закрепленную на кузове автомобиля. Электрический контакт 16 коромысла может замыкаться с неподвижными кон­тактами 6 и 17. При замыкании контактов включается электромаг­нит 7 или 75 электромагнитных клапанов. Выходы 9 и 72 соедине­ны с упругими элементами 77 подвески, вход 14 - с ресиве­ром 10 пневмосистемы автомобиля, выход с атмосферой. Пи­тание электрических элементов осуществляется от источника пи­тания 13. С возрастанием нагрузки на кузов коромысло поворачи­вается на опоре и замыкает контакты 17. Включается электро­магнит 75 и ЭМК Б перемещается в положение II, воздух из реси­вера 10 поступает через входы 14и 12 в упругие элементы до тех пор, пока не установится заданное положение кузова и не разом­кнутся контакты 77 и 16. При уменьшении нагрузки замыкаются контакты 6 и 16, включается электромагнит 7, ЭМК А занимает положение I, соединяя упругие элементы через вход 9 и выход 8 с атмосферой. Это происходит до тех пор, пока кузов не вернется в заданное положение и не разомкнутся контакты 6 и 16.

Использование электротехнических элементов позволило повы­сить качество САУ ПА. Дальнейшее совершенствование систем было направлено на замену механических датчиков на электронные.

Схема САУ ПА с использованием оптоэлектронного датчика положения кузова приведена на рис. 13. Система включает в себя пневматическую рессору на основе РКО с гидравлическим амор­тизатором 7, на штоке 2 которого имеется прорезь, выполняю­щая роль чувствительного элемента оптоэлектронного датчика пе­ремещений. В датчике используется инфракрасное излучение, со­здаваемое светодиодом VI и поступающее на фотодиоды V2, V3через световоды 5 и 4, установленные на отметках G_B и G_H, соот­ветствующих верхнему и нижнему заданному положению кузова. Излучение от светодиода VI подается через световод 3. Сигналы с фотодиодов V2, V3формируются формирователями F2(x₂) и 77(х₁) и поступают на дешифратор DC, выполняющий функции устрой­ства управления. С выхода дешифратора команда у_х поступает на электромагнитный клапан {Ml, B1), а команда у₂ - на электро­моторный привод М2 компрессора В2. Алгоритм работы системы поясняется диаграммой состояния дешифратора DC. При G> G_B включается электромагнитный клапан и воздух стравливается в атмосферу, при G <G_H включается компрессор. При заданном по­ложении кузова исполнительные механизмы отключены. Для ис­ключения реагирования системы на динамические перемещения кузова в устройство управления вводят таймер для задержки вклю­чения ИМ. Такие системы, выполненные практически на элект­ронных элементах, обладают значительно большей надежностью.

Как видно из рассмотренных САУ ПА, все они имеют одина­ковую структуру, а отличие заключается в применяемой элемент­ной базе, виде модуляции и числе параметров, используемых для формирования закона управления

Рис. 12. Схема электропневматической САР положения кузова

Рис. 13. Схема системы автоматического управления положением кузова

с оптоэлектронным датчиком

Типовая структурная схема САУ ПА с использованием мик­ропроцессора приведена на рис. 14. В этой системе можно выде­лить ряд функциональных устройств.

Датчики. Они воспринимают параметры (x_j...x„), характери­зующие работу автомобиля практически при всех режимах движе­ния, и расположены по всему автомобилю. В разных системах ис­пользуют разное количество датчиков. Основными параметрами являются: положение кузова, положение штока пневморессоры, положение дроссельной заслонки, угол поворота колес, положе­ние переключателя передач, скорость движения автомобиля, по­перечные, продольные и вертикальные ускорения, а также не­ровность дороги. Для восприятия этих параметров используются датчики разных типов с применением практически всех видов модуляции.

Устройства согласования датчиков с микро­процессором УСО1 предназначены для согласования различ­ных датчиков с микропроцессорным контроллером. Они преобра­зуют неэлектрические параметры в электрические сигналы. При современной технологии изготовления больших интегральных схем часто эти устройства интегрируются в единую конструкцию (в один корпус с микропроцессором).

Микропроцессор выполняет функции УУ и ОИ и являет­ся контроллером системы. Из большого разнообразия микропро­цессоров выбирают такой, который обеспечивает необходимую производительность и работу в условиях эксплуатации автомоби­ля (вибрации, температура, влажность и т.д.). В микросхему МП могут включаться и выходные усилители мощности.

Устройства согласования микропроцессора с исполнительными устройствами УС02 предназначают­ся для преобразования электрических сигналов с МП в пневмати­ческие или гидравлические команды, необходимые для исполни­тельных устройств. Это электропневматические (ЭПП) и электрогидравлические преобразователи (ЭГП).

Рис. 14. Типовая структурная схема САУ ПА

с использованием микро­процессора

В их основе лежат дрос­селирующие (клапанные) и дозирующие (компрессорные и на­сосные) регулирующие устройства. Для их работы необходима до­полнительная энергия (пневматическая или гидравлическая), ко­торая поступает от насосов или компрессоров с приводом от элек­тромоторов или непосредственно от ДВС автомобиля в виде рабо­чего тела (жидкости или газа под давлением). Гидравлические и пневматические системы питания могут быть замкнутыми и ра­зомкнутыми. На АТС используют замкнутые гидравлические сис­темы. В этом случае при реверсе привода необходимо регенериро­вать отработавшее рабочее тело. Для этого используют специаль­ные резервуары и гидропневмоаккумуляторы. Основу дросселиру­ющих устройств составляют электромагнитные клапаны. Их недо­статок - малые проходные сечения. В подвесках стали использо­вать клапаны с вращательным движением затвора и приводом от шагового электродвигателя. Такие электромашинные клапаны имеют больший диапазон изменения перепускного отверстия.

Исполнительные устройства. В качестве ИУ широко используются гидропневматические и пневмогидравлические рессоры (первые преобразуют гидравли­ческую энергию в механическую, обеспечивающую перемещение рабочего органа, а вторые пневматическую энергию в механичес­кую). Пневматические и гидравлические элементы в соответству­ющих устройствах выполняют функции гасящих устройств. Число колес, по которым ведется управление, в разных системах раз­лично и может меняться.

Схема САУ ПА с микропроцессорным управлением приведена на рис. 15.

Такие системы подвесок имеют ряд преимуществ: стабилизи­руется положение кузова относительно дороги (дорожный про­свет), улучшается плавность хода, повышается безопасность экс­плуатации автомобиля из-за улучшения устойчивости и управляемости, уменьшается крен на поворотах, а также пикирование кузова при разгоне и торможении.

Рис. 15. Схема САУ ПА с микропроцессорным управлением

Система оснащена датчиком ускорений (акселерометром) SE5и потенциометрическими дат­чиками GE1...GE4 положения штока гидропневматической рес­соры (ГПР). По информации с датчиков микропроцессорный кон­троллер осуществляет управление подвеской по программе, зало­женной в его память.

Система может выполнять следующие функции: поддерживать постоянным дорожный просвет, принудительно опускать кузов на определенную величину при большой скорости, изменять жест­кость упругих элементов и сопротивление амортизаторов. Устрой­ства согласования включают в себя пять электромагнитных гид­равлических клапанов, конструктивно объединяющих исполни­тельный механизм (М)и регулирующий орган (В).Клапан (М5, В5)включен в контур питания, остальные ( M, В1... М4, В4)уп­равляют давлением в четырех гидропневматических рессорах ГПР1...ГРП4.

Контур питания содержит гидронасос с приводом через ре­дуктор от коленчатого вала, распределитель и гидропневмоаккумулятор ГПА.

Дата добавления: 2015-08-05