Активный стабилизатор поперечной устойчивости
При всех преимуществах стабилизатор поперечной устойчивости ограничивает свойства независимой подвески. Связь колес стабилизатором уменьшает ход подвески каждого колеса, а также передает удары с одного колеса оси на другое. Это особенно актуально при движении по неровной дороге. При движении по бездорожью стабилизатор может привести к вывешиванию колеса и потере его контакта с дорогой. Кроме того, в силу фиксированной жесткости использование стабилизатора поперечной устойчивости предполагает достижение определенного компромисса между динамикой, управляемостью и комфортом.
Полностью отказаться от стабилизатора поперечной устойчивости позволяет адаптивная подвеска. Наряду с этим широко применяются активные стабилизаторы поперечной устойчивости, изменяющие жесткость в зависимости от условий движения. При повороте автомобиля активный стабилизатор реализует максимальную жесткость и, тем самым, обеспечивает минимальный крен кузова. При движении по грунтовой дороге жесткость стабилизатора снижается, что дает независимой подвеске в полном объеме сглаживать неровности. При езде по бездорожью для увеличения проходимости стабилизатор поперечной устойчивости полностью выключается.
Различают несколько способов изменения жесткости активного стабилизатора поперечной устойчивости:
- использование активного привода в конструкции стабилизатора;
- применение гидроцилиндров вместо стоек стабилизатора;
- установка гидроцилиндра вместо втулки стабилизатора.
При этом активный привод стабилизатора может быть гидравлический и электромеханический.
Активный стабилизатор поперечной устойчивости с гидравлическим приводом
Активный стабилизатор поперечной устойчивости с гидравлическим приводом применяется в конструкции следующих систем:
- Active Curve System на Mercedes-Benz (вместе с пневматической подвеской Airmatic);
- Dynamic Drive на BMW;
- Dynamic Response на Land Rover.
Перечисленные системы имеют схожую конструкцию, которая включает передний и задний активные стабилизаторы поперечной устойчивости, гидравлическую систему, электронную систему управления. Активный стабилизатор поперечной устойчивости состоит из двух частей, соединенных между собой гидравлическим приводом. Конструкция гидравлического привода в разных системах отличается.
В системе Dynamic Response гидравлический привод включает поршень и, прикрепленный к нему, шариковый винт. Винт имеет внутреннее шлицевое соединение с одной частью стабилизатора. Наружная часть шарикового винта приварена к корпусу привода, который соединен с другой частью стабилизатора. Гидравлическая жидкость под давлением подается на одну или другую сторону поршня. Шариковый винт преобразует осевое усилие на поршне во вращательное движение привода. В итоге созданный приводом крутящий момент противодействует усилиям, вызывающим крен автомобиля при прохождении поворотов.
Система Active Curve System использует в качестве привода гидромотор. Внутри привода имеется шесть камер, заполняемых рабочей жидкостью. Три камеры при заполнении обеспечивают вращение в одну сторону, другие три – в другую. Давление рабочей жидкости создает крутящий момент, противодействующий крену кузова.
Гидравлическая система состоит из бачка с рабочей жидкостью, гидравлического насоса, блока клапанов, гидравлических приводов стабилизаторов и соединяющих трубопроводов. Гидравлический насос приводится в действие от коленчатого вала двигателя. Интенсивность потока жидкости изменяется в зависимости от частоты вращения двигателя.
Блок клапанов регулирует давление жидкости, подаваемой на приводы стабилизаторов. Блок клапанов включает электромагнитный регулятор давления, редукционный клапан, два электромагнитных гидрораспределителя (по числу активных стабилизаторов), электромагнитный предохранительный клапан, датчики давления.
Регулятор давления поддерживает заданное давление в системе. Редукционный клапан перепускает излишки жидкости в бачок. Гидрораспределители направляют потоки жидкости в зависимости от режима работы стабилизатора. Предохранительный клапан отключает систему и жестко блокирует стабилизатор. Датчики давления контролируют давление в системе и в отдельных магистралях гидравлических приводов.
Электронная система управления объединяет входные датчики, блок управления и исполнительные устройства. К входным датчикам относятся датчики давления в блоке клапанов, датчик угла поворота рулевого колеса, датчик ускорения (два датчика ускорения – в системе Dynamic Response). Сигналы от датчиков поступают в электронный блок управления. Кроме того блок использует данные о скорости движения (от блока управления ABS), частоты вращения коленчатого вала (от блока управления двигателем). На основании сигналов блок управления формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства: регулятор давления, гидрораспределители, предохранительный клапан.
При повороте автомобиля датчик угла поворота рулевого колеса регистрирует поворот, датчик ускорения фиксирует боковую реакцию колес. На основании принятых от датчиков сигналов блок управления подает ток на регулятор давления для создания необходимого рабочего давления в системе и гидрораспределители для создания усилия на стабилизаторе поперечной устойчивости. Рабочая жидкость поступает в гидравлическте приводы стабилизаторов. Когда боковая реакция колес исчезает, блок управления уменьшает давление в системе и переключает гидрораспределители в нейтральное положение.
За счет создания разного давления на переднем и заднем приводе стабилизаторов система может изменять баланс управляемости автомобиля (компенсировать недостаточную или избыточную управляемость). На низких скоростях движения повышается маневренность автомобиля, на высоких скоростях – увеличивается чувствительность рулевого управления.
Активный стабилизатор поперечной устойчивости с электромеханическим приводом
Электромеханический привод в конструкции стабилизатора поперечной устойчивости с 2005 года использует компания Toyota. Active Stabilizer Suspension System от Toyota состоит из двух активных стабилизаторов поперечной устойчивости и электронной системы управления.
Электромеханический привод разделяет две половинки стабилизатора. Он объединяет электрический двигатель и планетарный редуктор. В системе используется электродвигатель постоянного тока напряжением 46 В, поэтому для его работы требуется преобразователь постоянного тока. Планетарный редуктор снижает скорость вращения двигателя и передает крутящий момент на стабилизатор. Электромеханический привод закручивает стабилизатор в одну или другую сторону и, тем самым, создает стабилизирующий момент подвески.
В управлении активными стабилизаторами поперечной устойчивости используются сигналы датчика угла поворота рулевого колеса, датчиков частоты вращения колес, датчика угловой скорости и датчика ускорения, которые входят в состав системы курсовой устойчивости и системы динамического рулевого управления. Кроме этого, система активной стабилизации подвески работает совместно с адаптивной подвеской.
Электромеханический стабилизатор поперечной устойчивости имеет ряд преимуществ по сравнению с гидравлическим стабилизатором. Электрический привод отличает более быстрое время отклика (20 миллисекунд) и низкий расход энергии (использование по требованию).
Компания Audi пошла дальше, предложив рекуперацию энергии подвески с помощью электромеханического стабилизатора поперечной устойчивости (electromechanical active roll stabilization). Известно, что неровности дороги приводят к перемещению подвески. При этом колеса на одной стороне оси отклоняются больше, чем на другой стороне. Перемещение колес передается на электромеханический привод стабилизатора. Электродвигатель в режиме генератора преобразует вращение в электрическую энергию. Благодаря запасенной энергии активные стабилизаторы eAWS потребляют меньше мощности.
Система динамического управления шасси
В системе динамического управления шасси от Porsche для ограничения кренов кузова вместо жестких стоек стабилизатора поперечной устойчивости используются гидроцилиндры. Porsche Dynamic Chassis Control (PDCC) включает активные стабилизаторы поперечной устойчивости с гидравлическими стойками, гидравлическую систему и электронную систему управления.
При повороте автомобиля налево нагружается правая подвеска и разгружается левая подвеска. В зависимости от скорости движения, радиуса поворота блок управления направляет рабочую жидкость в гидроцилиндры стоек. Для противодействия нагрузке гидроцилиндр правой стойки подвески выдвигается, а левой стойки, наоборот, втягивается. Крен кузова автомобиля уменьшается и становится минимальным. При повороте направо система действует симметрично.
Система кинетической стабилизации подвески
Компания Toyota разработала иную систему управления стабилизаторами поперечной устойчивости, которую с 2004 года устанавливает на свои внедорожники. Система кинетической стабилизации подвески (Kinetic Dynamic Suspension System, KDSS) представляет собой замкнутый гидравлический контур, объединяющий два гидроцилиндра, гидроаккумулятор, клапаны, блок управления и датчики. В отличие от системы PDCC гидроцилиндры в системе KDSS соединяют стабилизатор поперечной устойчивости с кузовом.
При движении по шоссе клапаны закрыты, жидкость в системе не движется, поршни в гидроцилиндрах заблокированы, передний и задний стабилизаторы жестко связаны с кузовом и выполняют свои функции в полном объеме. Движение по неровной дороге приводит к частичному открытию клапанов, разблокированию гидроцилиндров, что приводит к снижению колебаний (тряски) кузова. На бездорожье жидкость свободно перемещается в системе, стабилизатор поперечной устойчивости полностью отключен.
