WO2022211661A1 - Подвеска с демпфированием с помощью эквилибраторов - Google Patents

Подвеска с демпфированием с помощью эквилибраторов Download PDF

Info

Publication number
WO2022211661A1
WO2022211661A1 PCT/RU2021/000141 RU2021000141W WO2022211661A1 WO 2022211661 A1 WO2022211661 A1 WO 2022211661A1 RU 2021000141 W RU2021000141 W RU 2021000141W WO 2022211661 A1 WO2022211661 A1 WO 2022211661A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
equilibrators
force
suspension
cavity
sprung mass
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000141
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владимир Викторович РОМАНОВ
Софья Владимировна РОМАНОВА
Елена Анатольевна РОМАНОВА
Валентина Викторовна ЛАПИНА
Сергей Викторович БАЗЮК
Original Assignee
Владимир Викторович РОМАНОВ
Софья Владимировна РОМАНОВА
Елена Анатольевна РОМАНОВА
Валентина Викторовна ЛАПИНА
Сергей Викторович БАЗЮК
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Викторович РОМАНОВ, Софья Владимировна РОМАНОВА, Елена Анатольевна РОМАНОВА, Валентина Викторовна ЛАПИНА, Сергей Викторович БАЗЮК filed Critical Владимир Викторович РОМАНОВ
Priority to PCT/RU2021/000141 priority Critical patent/WO2022211661A1/ru
Publication of WO2022211661A1 publication Critical patent/WO2022211661A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G13/00—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers
    • B60G13/02—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dampers dissipating energy, e.g. frictionally
    • B60G13/06—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dampers dissipating energy, e.g. frictionally of fluid type
    • B60G13/08—Resilient suspensions characterised by arrangement, location or type of vibration dampers having dampers dissipating energy, e.g. frictionally of fluid type hydraulic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60G—VEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G17/00—Resilient suspensions having means for adjusting the spring or vibration-damper characteristics, for regulating the distance between a supporting surface and a sprung part of vehicle or for locking suspension during use to meet varying vehicular or surface conditions, e.g. due to speed or load
    • B60G17/06—Characteristics of dampers, e.g. mechanical dampers
    • B60G17/08—Characteristics of fluid dampers

Definitions

  • the invention relates to the field of transport engineering, namely the suspension devices of vehicles (hereinafter TS).
  • Elastic suspension is provided to isolate the body of the vehicle from the unevenness of the road.
  • the insulating element is springs (elastic elements).
  • the use of elastic elements for softening inevitably leads to a deterioration in the stability of the vehicle.
  • mechanical torsional stabilizer bars are used. The softer the springs, the stiffer the stabilizer is needed, which limits the ability to soften the suspension due to elasticity.
  • this contradiction has been resolved through the use of various mechanical drives.
  • the sprung mass suspended on elastic elements forms an oscillatory system.
  • Natural vibrations of this system are designed to dampen the dampers.
  • the dampers installed between the sprung and unsprung mass slow down their mutual movement and thereby dampen the oscillations of the sprung mass relative to the unsprung mass.
  • the main parameter of the damper is the dependence of the force that it generates on the speed of movement of its working body, in other words, the degree damping. It should be noted that it is necessary to dampen the oscillations of the sprung mass relative to the ground, that is, a fixed coordinate system. However, unsprung mass is not. Moreover, the sprung mass receives absolutely all perturbations from the unsprung mass, since it is mechanically connected only with it, and the main part of these perturbations is transmitted precisely by the damper.
  • the essence of this invention is that the damping system primarily prevents the occurrence of oscillations of the sprung mass, namely vertical oscillations, oscillations around the longitudinal axis and oscillations around the transverse axis.
  • the nature of natural oscillations of any mechanical oscillatory system consists in the periodic transition of potential energy into kinetic energy and back of kinetic energy into potential energy. If the full period of own vibrations are divided into four phases and the equilibrium point is taken as the beginning of the period, then in the first and third phases the transition of kinetic energy into potential energy occurs, and in the second and fourth phases there is a transition of potential energy into kinetic energy.
  • the oscillating body has the greatest speed at the equilibrium point and the smallest one at the point of maximum amplitude.
  • the considered version of the oscillatory system is a sprung mass suspended on springs.
  • the suspension When the vehicle is not moving, the suspension is in equilibrium and the sprung mass is at rest. When the vehicle is moving, it is possible to maintain a state of rest only by ensuring continuous balance in the suspension.
  • the sprung mass In a moving car, the sprung mass is closest to the state of rest, while the unsprung mass, repeating the road relief, oscillates randomly along the vertical axis.
  • the damper installed between the sprung and unsprung masses must have a special damping algorithm, that is, at each moment in time, the damper must generate the force necessary and sufficient to ensure balance in the suspension.
  • the sprung mass moves along the vertical axis.
  • the spring When the wheel hits a bump, the sprung mass moves along the vertical axis.
  • the spring When the wheel moves from the equilibrium point, for example, when moving closer, the spring is compressed, its reaction force increases, and the sprung mass receives an upward movement impulse. Any braking force of the damper in this phase is harmful, as it increases the force that brings the system out of balance, so the damper in this phase should not provide significant resistance.
  • the damper needs to generate a force that in each the moment of time is equal to the difference between the reaction force of the elastic elements of the suspension and part of the force of the weight of the sprung mass attributable to this wheel. Under this condition, the sprung mass in this phase will be in a state of equilibrium.
  • the proposed suspension is the most common suspension containing a guide device, springs that, in the static state of the vehicle, hold the sprung mass in equilibrium by the reaction force, elastic anti-roll bars, controlled hydraulic dampers, and an electronic damping control system.
  • the difference that provides maximum isolation from road bumps, a significant increase in lateral stability and the complete absence of natural oscillations lies in the design of hydraulic dampers and in their operation algorithm.
  • the damping system operation algorithm is such that when the wheel moves relative to the sprung mass from the equilibrium point, both in the direction of increasing the load and in the direction of decreasing the load, the damping system does not create significant resistance.
  • the damping system creates a force that compensates for the difference between the reaction force of the elastic suspension elements and part of the weight force of the sprung mass attributable to this wheel.
  • the equilibrium point is the position of the wheel relative to the sprung mass along the vertical axis, in which the reaction force of the elastic elements is equal to the part of the weight force of the sprung mass attributable to this wheel.
  • the proposed damping system prevents the occurrence of fluctuations in the sprung mass. This is achieved by creating a balance between the force of weight sprung mass and the forces acting on the sprung mass from the suspension side.
  • Equilibrium is created by a hydraulic damper (let's call it EQUILIBRATOR) in which fluid medium is dosed by pressure solenoid valves, since the force generated by any hydraulic damper is directly proportional to the pressure in the compressible cavity.
  • the EQILIBRATOR has a fluid-filled hydraulic cylinder. The piston divides the hydraulic cylinder into two working cavities. There is a third cavity that plays the role of a reservoir, we will call it: the low pressure cavity.
  • the operation of the EQILIBRATOR can be seen on the example of the front left wheel (7) in the block diagram (Fig.l).
  • the main feature of the EQILIBRATOR is that the force that it generates does not depend on the speed of movement of its working body, does not depend on the viscosity and temperature of the fluid, but depends only on the strength of the electric current in the pressure solenoid valves. To do this, it is necessary that the check valves and pressure valves in the open state, as well as the channels for the passage of the fluid medium, do not show noticeable hydraulic resistance.
  • the operation of the damping system (Fig.l) is controlled based on data obtained from the output sensors measuring the reaction force of each spring separately (P1, R3, P8, P10), from sensors measuring the force generated by equilibrators (P2, P4, P9, P11) and from sensors measuring the torques of anti-roll bars (P5, P12) .
  • the control module has transverse (P6) and longitudinal (P7) acceleration sensors, which, in the event of horizontal acceleration, introduce appropriate corrections into the EQ control. These sensors are also double acting.
  • the system also controls the total weight of the sprung mass and the height of the center of mass, and the adjustment takes place automatically while driving.
  • the control circuit can have an analog solution, since the signals from the force sensors are easily summed in simple analog circuits and do not require software.
  • the average value of the reaction force of each spring separately for a certain period of time is used as the initial value for controlling the damping system.
  • the signal from the sensor (P1) of the reaction force of the front left wheel spring (7) is fed through a resistor (R6) to the direct input of the op-amp (A4).
  • the inverse input of the OU (A4) receives the same signal from the sensor (P1) but through a low-frequency filter (R5, C1).
  • the inputs of all differential op amps must be shunted accordingly to provide the desired gain and the same sensitivity at inputs of different polarity, since they compare the potentials at their inputs in magnitude.
  • Capacitor (C1) smoothing voltage fluctuations, forms at the inverse input of the OU (A4) a potential corresponding to the average value of the reaction force of the front spring left wheel (7). What does it mean: "potential corresponding to force.” This means that there is a certain electrical voltage per unit of force. Thus, at the output of the OU (A4), a potential is formed corresponding to a double deviation of the reaction force of the front left wheel spring (7) from the average value.
  • the right side of the front axle works similarly and at the output of the OU (A8) a signal is generated corresponding to a double deviation of the reaction force of the front right wheel spring (8) from the average value.
  • These signals through resistors (R8, R15), which form a voltage divider, are fed to the input of the op-amp (Ab) where a potential arises corresponding to the sum of deviations of the reaction forces of the front springs from the average value.
  • a potential arises corresponding to the double sum of the deviations of the reaction forces of the front springs.
  • Circuits (R12, R18) and (R13, R11) are voltage dividers, so the signal coming to the direct inputs of the op-amp (A2, A10) through resistors (R12, R13) loses half of its potential.
  • signals are received corresponding to the sum of deviations of the reaction forces of the front springs from the average value.
  • the direct inputs of the op-amp receive signals from the force sensors generated by the front EQUILIBRATORS through the op-amp (A5, A9) in which the potentials of these signals doubling and the resistors (R11, R18) in which they lose half of their potentials.
  • the signal from the force sensor generated by the EQUILIBRATOR is always in antiphase with the signal coming to this EQUILIBRATOR.
  • the torque that the sprung mass receives when hitting, for example, the front axle on an asymmetrical unevenness, is compensated by the EQUILIBRATORS of the other axle, in this case the rear axle.
  • Signals for balancing from the front the axis to the rear is removed from the outputs of the op-amp (A4, A8) and through resistors (R9, R16) are fed to the opposite-polarity inputs of the op-amp (A7). Also, signals from the force sensors generated by EQUILIBRATORS (P2, P4) through the op-amp (A5, A9) and through resistors (R10, R17) are fed to the opposite-polarity inputs of the op-amp (A7). The signal from the output of the op-amp (A7) is fed to the input of the phase inverter (E4) through a resistor (R19).
  • phase inverter input (E4) receives a signal from the torque sensor (P5) of the front axle anti-roll bar through a resistor (R26). Further, the in-phase signal from the phase inverter (E4) is fed to the inverse inputs of the op-amp (A21, A22) and the anti-phase signal to the inverse inputs of the op-amp (A26, A27). A signal is also supplied from the rear axle to the front axle to balance the torque from the output of the op-amp (A24) to the input of the phase inverter (E1) through a resistor (R47) and from the torque sensor (P12) of the rear axle stabilizer through a resistor (R55).
  • the EQUILIBRATOR control circuit in a two-axle vehicle is symmetrical both longitudinally and transversely.
  • a signal is generated corresponding to the torque occurring in the front axle
  • a signal is generated corresponding to the torque occurring in the rear axle.
  • feedback occurs, which upsets the balance of power.
  • This feedback is neutralized by additional cascades performed on the op-amp (A21, A26) in the rear axle control and on the op-amp (A5, A9) in the front axle control. Compensation occurs as follows.
  • the antiphase signal from the phase inverter (E4) is fed to the inverted input of the OU (A27).
  • the signal becomes positive and turns on the limitation pressure at the removal valve (Y8) of the rear right EQ.
  • This EQILIBRATOR generates a counter force to the torque generated in the front axle suspension.
  • the sensor (P11) outputs a negative potential signal to the direct input of the op-amp (A26).
  • the inverse input of the OU (A26) receives a negative potential signal from the phase inverter (E4). These signals neutralize each other and a zero potential is formed at the output of the op-amp (A26). Similarly, the left side of the rear axle control will work and the output of the op-amp (A21) will also have zero potential. Thus, the signal that came to the rear axle from the front axle to compensate for the torque in the case when the road surface allowed the EQUILIBRATORS to work will not reach the output of the op-amp (A24).
  • a signal is generated equal to the deviation of the reaction force of the right spring from the average value, since the circuit (R8, R15) is a voltage divider.
  • a signal is generated corresponding to a double deviation of the reaction force of the front right spring from the average value.
  • the signal from the output of the op-amp (A6) is fed through resistors (R12, R13) to the direct inputs of the op-amp (A2, A10), while it loses half its potential since the circuit (R13, R11) and the circuit (R12, R18) are dividers voltage.
  • this signal Since this signal has a positive potential, it goes through the diode (V6) to the removal valve (Y2) of the left EQ and through the diode (V12) to the removal valve (Y4) of the right EQ.
  • V6 the diode
  • V12 the removal valve
  • Y4 the removal valve
  • the sensor (P4) outputs zero potential.
  • An increase in the total reaction force of the front springs tends to move the front part of the sprung mass upwards.
  • the front left EQUILIBRATOR prevents the removal movement with a force equal to the increase in the total reaction force of the front springs, which in this case is equal to the reaction force of the front right spring.
  • the sensor (P2) produces a negative potential corresponding to an increase in the total reaction force of the front springs.
  • This signal is doubled in the op-amp (A5) and through a resistor (R11) in which it loses half of the doubled potential, it is fed to the direct input of the op-amp (A10), where through the resistor (R13) the same but positive signal comes from the output of the op-amp (A6).
  • the resulting torque is compensated by the rear axle EQUILIBRATORS.
  • Such an algorithm for the operation of the damping system makes it possible to overcome irregularities that the vehicle runs into with one side, without any vertical deviations, that is, at rest. Also, without vertical deviations, irregularities will be overcome when there is a convexity on one side and a concavity on the other.
  • both wheels of the same axle move in the same direction upon collision, and from the point of balance. In this case, the force acting on the sprung mass from the side of the suspension changes as the reaction force of the springs changes.
  • the windings of the solenoids (L1,L2) of the pressure solenoid valves are connected to the circuit (Fig.2) in such a way that at zero potential at the output of the op-amp (A2) as well as at the outputs of the op-amp (A10, A22, A27) controlling the EQUILIBRATORS (Figl), there will be little current flowing in the coils of the solenoids and the valves will create a slight limitation pressure. This excess is constant over the entire range of generated forces. At the point of balance, EQUILIBRATORS prevent movement in both directions. This provides a certain amount of stability at the point of balance, but the force that this excess creates should not cause an acceleration of the sprung mass that a person can feel.
  • Fig.2 One of the options for connecting the electromagnetic valves of the EQUILIBRATORS to the damping control circuit is shown in Fig.2.
  • the graph of the dependence of the force generated by the EQUILIBRATOR on the electrical voltage at the output of the OU (A2) that controls this EQUILIBRATOR is shown in Fig.3.
  • the value of the electrical voltage at the output of the op-amp controlling the EQILIBRATOR (V out) is calculated horizontally.
  • the force generated by the EQILIBRATOR (F equ) is calculated vertically.
  • the line (F exc con) is a graph of the force generated by the EQUILIBRATOR during the removal movement.
  • the line (F excrem) is a graph of the force generated by the EQILIBRATOR during the approach movement.
  • the control circuit (Fig.l) has a horizontal acceleration compensation system. With horizontal acceleration, an inertial force arises, directed in the direction opposite to the acceleration vector. In calculations, it is necessary to assume that this force is applied to the center of mass. The moment of this force relative to the road surface causes the formation of a roll. It is impossible to stop this process with a conventional hydraulic damper. A conventional damper can only slow down the collapse of the vehicle body.
  • the EQ damping system allows you to keep a horizontal position for a long time without increasing the stiffness of the suspension, but still the body of the vehicle will slowly roll to a position in which the sum of the torques of the stabilizers and the torques formed by the difference in the reaction forces of the springs will be equal to the moment arising from the action of the inertial strength.
  • the compensation system works as follows. When the vehicle starts to turn, for example, to the right, centripetal acceleration occurs, while the sensor (Pb) produces a positive potential proportional to the resulting acceleration. This signal is fed through the optocoupler (U1) to the input of the phase inverter (E2).
  • the common-mode signal from the phase inverter (E2) is fed to the direct inputs of the op-amp (A14, A16), and the anti-phase signal is fed to the direct inputs of the op-amp (A15, A17).
  • the outputs of the op-amp (A14, A15, A16, A17) are the reference points relative to which the filter capacitors (01,02,07,08) maintain the potential corresponding to the average value of the reaction force of each spring.
  • the positive potential signal from the output of the op-amp (A14) is fed through the resistor (R7) to the direct input of the op-amp (A7) and through the capacitor (01) to the inverse input of the op-amp (A4).
  • this signal becomes negative and through the resistor (R9) is fed to the inverse input of the op-amp (A7).
  • the negative potential signal from the output of the op-amp (A15) is fed to the inverse input of the op-amp (A7) and through the capacitor (02) to the inverse input of the op-amp (A8).
  • the signal becomes positive and through the resistor (R16) goes to the direct input of the op-amp (A7).
  • a positive signal is fed through a resistor (R19) to a phase inverter (E4) through which the torque is compensated by the rear axle EQUILIBRATORS.
  • the control circuit of the rear axle EQ in the same way generates a signal to compensate for the torque arising from the action of horizontal acceleration by the EQ of the front axle.
  • Torque arising from the action of centrifugal force on the sprung mass when turning and from the action of inertial force during acceleration and deceleration is a derivative of the acceleration value, the sprung mass value and the height of the center of mass.
  • Coefficient management the transfer of roll correction signals depending on the load is carried out by the adder (R14, R20, R42, R53, T8), which receives signals from the spring reaction force sensors.
  • the transistor (T8) regulates the current in the LEDs of the optocouplers (111,112), thereby changing the signal transmission coefficient from the horizontal acceleration sensors.
  • the control of the roll correction signal transmission coefficient depending on the height of the center of mass is carried out by a circuit assembled on transistors (T1-T7) and on an op-amp (A12, A13). The position of the center of mass in the car can change even while driving, so the adjustment of the roll correction system occurs at the time of the increase in horizontal acceleration.
  • the moment of rise of lateral acceleration determines the chain (V18,V19,A12,C4,V14,V15) and the moment of rise of longitudinal acceleration determines the chain (V20,V21,A13,C5,V16,V17).
  • the signals from these circuits open the key (K1) through which the control voltage is supplied to the gate of the field-effect transistor (Tb).
  • the capacitor (C3) with a closed key (K1) keeps the potential at the gate of the transistor (Tb) for a long time, which through the transistor (T5) regulates the current in the LEDs of the optocouplers (111,112) by setting the desired signal transfer coefficient from the horizontal acceleration sensors.
  • the gain control signal is the sum of the signals coming from all EQUILIBRATORS.
  • the signal from a single EQILIBRATOR is the absolute value of the potential difference between the input signal (op-amp output A2) and the signal from the force sensor generated by the EQILIBRATOR (P2). These potentials always have opposite signs, so the difference between them is determined by the voltage divider (R1, R4). Due to the fact that a certain excess is included in the control circuit of the EQUILIBRATOR valves, the signal from the force sensor (P2) is subtracted potential corresponding to this excess. This subtraction is carried out by diodes (VI, V2).
  • the signal from the output of the op-amp (A2) and the signal from the force sensor (P2) neutralize each other and a zero potential is formed on the divider (R1, R4). If at the output of the OU (A2) a potential is created corresponding to the force necessary to keep the body of the vehicle from falling over, then the signal from the force sensor (P2) will correspond to this force. In this case, the signal at the output of the divider (R1, R4) will be equal to the value of the excess set in the control of the EQUILIBRATOR valves. The absolute value of this signal forms a cascade (V3, V4, A1). Similarly, signals are formed on all EQUILIBRATORS.
  • the phase inverter is configured in such a way that, provided that the direct voltage of the diode (V13) and the direct voltage of the base-emitter of transistors (T1, T2) are equal, the voltage at the output of the op-amp (All) is less than the breakdown voltage of the zener diode (VD1) opens the transistor (T2) and, accordingly, the transistor (T4 ) which, through the key (K1), supplies a negative potential to the gate of the transistor (Tb).
  • transistors (T1, TZ) open and a positive potential is supplied to the gate of the transistor (Tb).
  • the transistors (T1, T2, TZ, T4) are closed and the potential stored by the capacitor (C3) remains at the gate of the transistor (Tb).
  • Fig.l shows a block diagram of the damping control system of a two-axle four-wheeled vehicle with elastic anti-roll bars on each axle.
  • Fig.2 shows one of the options for connecting the solenoids of the EQUILIBRATOR solenoid valves to the damping control circuit.
  • Fig.3 shows a graph of the dependence of the force generated by the EQUILIBRATOR on the magnitude of the voltage at the output of the OA that controls this EQUILIBRATOR.
  • the proposed damping system is suitable for any suspension with any springs and with any elastic anti-roll bars and even without them.
  • One of the most important parameters of the proposed damping control system is the response speed, so the analog version of the control circuit (Fig.l) is best suited.
  • the shock that an unsprung mass receives when hitting a ledge in the pavement at a speed of, say, one hundred kilometers per hour lasts from two to five milliseconds.
  • the response speed of any digital converter is at least one and a half milliseconds, and this operation will need to be done at least twice with a digital solution. During this time, the blow will already end.
  • the best embodiment of the invention is an analog version of the EQUILIBRATOR control circuit. However, response delay also occurs in pressure solenoid valves.
  • EQUILIBRATORS are installed.
  • the reaction force sensors of the elastic elements of the stabilizers measure the vertical force in one of swivel joints of the stabilizer with a sprung mass.
  • the spring reaction force can be measured with a pressure sensor.
  • Horizontal acceleration sensors can be mounted directly on the control module.
  • the module scheme (Fig.l) is universal and suitable for a car of any class and any weight. When changing the mass of the vehicle, it is necessary to change the measurement range of the force sensors and increase the range of forces generated by the EQUILIBRATORS. It should be noted that EQUILIBRATORS have only the maximum value of force limited.
  • the EQILIBRATOR unlike a conventional hydraulic damper, can be used over the entire range of permissible axle load.
  • an EQILIBRATOR with a piston diameter of thirty-two millimeters is suitable for use in vehicles with an axle load of at least three tons. This versatility simplifies the implementation of the present invention.

Abstract

Эластичная подвеска транспортных средств, в которой демпфирование осуществляют гидравлические ЭКВИЛИБРАТОРЫ, которые управляются электронной системой (Fig. 1). На основании данных с датчиков силы реакции упругих элементов подвески, с датчиков горизонтального ускорения и с датчиков силы которую генерируют гидравлические ЭКВИЛИБРАТОРЫ, электронная система формирует сигналы для каждого ЭКВИЛИБРАТОРА в отдельности, что бы генерируемые ими силы компенсировали силы и моменты, выводящие подрессоренную массу из равновесия. Сила, генерируемая ЭКВИЛИБРАТОРОМ, не зависит от скорости перемещения его подвижных частей, а зависит только от силы тока в соленоиде. Подвеска, в которой демпфирование осуществляют ЭКВИЛИБРАТОРЫ, делает автомобиль мягким и устойчивым, потому что подвеска не передает удары и надежно удерживает автомобиль от продольного и поперечного крена.

Description

ПОДВЕСКА С ДЕМПФИРОВАНИЕМ С ПОМОЩЬЮ ЭКВИЛИБРАТОРОВ.
Область техники
Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно подвесным устройствам транспортных средств (в дальнейшем ТС).
Предшествующий уровень техники
Эластичная подвеска предусмотрена для изолирования корпуса ТС от неровности дороги. Изолирующим элементом являются рессоры (упругие элементы). Использование упругих элементов для смягчения неизбежно приводит к ухудшению устойчивости ТС. Для восстановления устойчивости в большинстве случаев применяют механические стабилизаторы поперечной устойчивости, работающие на скручивание. Чем мягче рессоры, тем жестче необходим стабилизатор, что ограничивает возможность смягчения подвески за счет упругости. До настоящего времени это противоречие решалось за счет применения различных механических приводов. Так же существуют стабилизаторы с управляемой крутильной жесткостью, но они помогают только при прямолинейном движении. При возникновении бокового ускорения подвеска становится жестче. Кроме того подрессоренная масса подвешенная на упругих элементах образует колебательную систему. Собственные колебания этой системы призваны гасить демпферы. Демпферы, установленные между подрессоренной и неподрессоренной массой, тормозят их взаимное перемещение и тем самым гасят колебания подрессоренной массы относительно неподрессоренной массы. Основной параметр демпфера это зависимость силы, которую он генерирует от скорости движения его рабочего органа другими словами степень демпфирования. Надо отметить, что необходимо гасить колебания подрессоренной массы относительно земли, то есть неподвижной системы координат. Однако неподрессоренная масса таковой не является. Более того абсолютно все возмущения подрессоренная масса получает от неподрессоренной массы так как механически связана только с ней и основная часть этих возмущений передается именно демпфером. Существует множество вариантов управляемых гидравлических демпферов, но эффективного алгоритма управления пока еще не найдено. Механический привод до настоящего момента оставался наиболее эффективным решением, но во всех случаях это усложнение и удорожание. Система демпфирования с использованием механического привода описана в патенте RU2395407. В любом случае механический привод имеет ограниченную скорость срабатывания и не в состоянии адекватно реагировать на удары, которые подвеска получает даже при средней скорости движения. Поэтому в большинстве современных автомобилей применяются демпферы, в которых выбирается компромиссное соотношение между способностью гасить собственные колебания и комфортностью езды. Обычно это гидравлический демпфер двухстороннего действия с увеличенным сопротивлением при отбое.
Раскрытие изобретения
Сущность данного изобретения в том, что система демпфирования, прежде всего, предотвращает возникновение колебаний подрессоренной массы, а именно вертикальных колебаний, колебаний вокруг продольной оси и колебаний вокруг поперечной оси. Природа собственных колебаний любой механической колебательной системы заключается в периодическом переходе энергии потенциальной в кинетическую энергию и обратно кинетической энергии в потенциальную. Если полный период собственных колебаний разделить на четыре фазы и за начало периода принять точку равновесия, то в первой и третей фазе происходит переход кинетической энергии в потенциальную, а во второй и четвертой происходит переход потенциальной энергии в кинетическую. Наибольшую скорость колеблющееся тело имеет в точке равновесия наименьшую в точке максимальной амплитуды. Поэтому тормозить движение колеблющегося тела разумнее всего, при движении его от точки максимального отклонения к точке равновесия. Рассматриваемый вариант колебательной системы это подрессоренная масса, подвешенная на рессорах. Когда ТС не движется, то в подвеске наблюдается равновесие и подрессоренная масса находится в состоянии покоя. Когда ТС движется, то сохранить состояние покоя можно только обеспечив непрерывающееся равновесие в подвеске. Надо отметить то, что в движущемся автомобиле ближе всего к состоянию покоя находится подрессоренная масса, в то время как неподрессоренная масса повторяя рельеф дороги, совершает беспорядочные колебания по вертикальной оси. Демпфер, установленный между подрессоренной и неподрессоренной массой должен иметь особый алгоритм демпфирования, то есть в каждый момент времени демпфер должен генерировать силу необходимую и достаточную для обеспечения равновесия в подвеске. Когда колесо наезжает на неровность, подрессоренная масса совершает движение по вертикальной оси. При движении колеса от точки равновесия, например при движении сближения рессора сжимается, сила реакции ее увеличивается, и подрессоренная масса получает импульс движения вверх. Любое тормозящее усилие демпфера в этой фазе вредно, так как увеличивает силу выводящую систему из равновесия, поэтому демпфер в этой фазе не должен оказывать значительного сопротивления. При движении колеса к точке равновесия демпферу необходимо генерировать силу, которая в каждый момент времени равняется разнице между силой реакции упругих элементов подвески и частью силы веса подрессоренной массы приходящейся на это колесо. При соблюдении этого условия подрессоренная масса в этой фазе будет в состоянии равновесия. По конструкции предлагаемая подвеска это самая обычная подвеска, содержащая направляющее устройство, рессоры, которые в статическом состоянии ТС удерживают силой реакции подрессоренную массу в положении равновесия, упругие стабилизаторы поперечной устойчивости, управляемые гидравлические демпферы, электронную систему управления демпфированием. Отличие, которое обеспечивает максимальную изоляцию от дорожных неровностей, значительное увеличение поперечной устойчивости и полное отсутствие собственных колебаний заключается в устройстве гидравлических демпферов и в алгоритме их работы. Алгоритм работы системы демпфирования таков, что при движении колеса относительно подрессоренной массы от точки равновесия, как в сторону увеличения нагрузки, так и в сторону уменьшения нагрузки система демпфирования не создает значительного сопротивления. А при движении к точке равновесия как со стороны увеличенной, так и со стороны уменьшенной нагрузки система демпфирования создает усилие, компенсирующее разницу между силой реакции упругих элементов подвески и частью силы веса подрессоренной массы приходящейся на это колесо. Точка равновесия это положение колеса относительно подрессоренной массы по вертикальной оси, в котором сила реакции упругих элементов равна части силы веса подрессоренной массы приходящейся на это колесо. Предлагаемая система демпфирования предотвращает возникновение колебаний подрессоренной массы. Достигается это за счет создания равновесия между силой веса подрессоренной массы и силами, действующими на подрессоренную массу со стороны подвески. Равновесие создает гидравлический демпфер (назовем его ЭКВИЛИБРАТОР) в котором дозирование текучей среды осуществляют электромагнитные клапаны давления, так как сила, которую генерирует любой гидравлический демпфер, прямо пропорциональна давлению в сжимаемой полости. ЭКВИЛИБРАТОР имеет гидроцилиндр, заполненный текучей средой. Поршень разделяет гидроцилиндр на две рабочие полости. Имеется третья полость, играющая роль резервуара, будем называть ее: полость низкого давления. Работу ЭКВИЛИБРАТОРА можно рассмотреть на примере переднего левого колеса (7) на блок-схеме (Fig.l). При движении колеса в одном направлении, например при движении сближения, текучая среда из сжимаемой рабочей полости (5) вытесняется через клапан давления (Y1) в полость низкого давления (2), а во вторую рабочую полость (6) с другой стороны поршня текучая среда всасывается из полости низкого давления (2) через обратный клапан (3). При движении колеса в другом направлении, то есть при движении удаления, текучая среда из второй рабочей полости (6) вытесняется в полость низкого давления (2) через второй клапан давления (Y2), а первую рабочую полость (5) текучая среда всасывается через обратный клапан (4) из полости низкого давления (2). Аналогично работают все ЭКВИЛИБРАТОРЫ. Главная особенность ЭКВИЛИБРАТОРА заключается в том, что сила, которую он генерирует, не зависит от скорости движения его рабочего органа, не зависит от вязкости и температуры текучей среды, а зависит только от силы электрического тока в электромагнитных клапанах давления. Для этого необходимо чтобы обратные клапаны и клапаны давления в открытом состоянии, а так же каналы для прохождения текучей среды не оказывали заметного гидравлического сопротивления. Управление работой системы демпфирования (Fig.l) осуществляется на основании данных полученных отдатчиков, измеряющих силу реакции каждой рессоры в отдельности (Р1,РЗ,Р8,Р10), от датчиков измеряющих силу генерируемою эквилибраторами (Р2,Р4,Р9,Р11) и от датчиков измеряющих крутящие моменты стабилизаторов поперечной устойчивости (Р5,Р12). Датчики, измеряющие крутящие моменты стабилизаторов и силу, генерируемую эквилибраторами, двухстороннего действия. То есть при отсутствии силы датчик выдает нулевой потенциал, при сжатии положительный, при растяжении отрицательный. Датчики крутящего момента измеряют вертикальную силу, возникающую в одном из шарнирных соединений упругого стабилизатора с подрессоренной массой (в данной схеме предполагается правый шарнир). Электронная система управления, опираясь на данные поступающие от датчиков силы, формируют сигналы для каждого ЭКВИЛИБРАТОРА в отдельности. При изменении силы реакции одной рессоры, например передней левой при наезде, например на выпуклость система управления подает сигналы для уравновешивания подрессоренной массы на ЭКВИЛИБРАТОРЫ других колес. То есть передний правый и задний левый ЭКВИЛИБРАТОРЫ будут препятствовать движению удаления с соответствующим усилием, а задний правый ЭКВИЛИБРАТОР будет препятствовать движению сближения при этом подрессоренная масса останется в положении равновесия и значит в состоянии покоя (прямолинейное равномерное движение можно не учитывать). В модуле управления имеются датчики поперечного (Р6) и продольного (Р7) ускорения, которые при возникновении горизонтального ускорения вводят соответствующие коррекции в управление ЭКВИЛИБРАТОРАМИ. Эти датчики тоже двухстороннего действия. Так же система контролирует общий вес подрессоренной массы и высоту центра масс, причем настройка происходит автоматически во время движения. Схема управления может иметь аналоговое решение, так как сигналы с датчиков силы легко суммируются в простых аналоговых цепях и не требуют программного обеспечения. Рассмотрим аналоговый вариант системы управления демпфированием (Fig.l) самой распространенной формулы ТС это двухосный четырехколесный автомобиль с упругими стабилизаторами поперечной устойчивости на одной или на каждой оси. Операционные усилители (в дальнейшем ОУ) (А4,А5,А6,А8,А9) в управлении передней оси так же как ОУ (А20,А21,А23,А25,А26) в управлении задней оси имеют коэффициент усиления равный двум. Работу системы управления рассмотрим на примере передней оси, так как двухосном автомобиле нагрузка на ось, то есть часть силы веса подрессоренной массы приходящаяся на одну ось во время равномерного движения, не меняется. В качестве исходной величины для управления системой демпфирования применяется среднее значение силы реакции каждой рессоры в отдельности за определенный промежуток времени. Сигнал с датчика (Р1) силы реакции рессоры переднего левого колеса (7) поступает через резистор (R6) на прямой вход ОУ (А4). На инверсный вход ОУ (А4) поступает тот же сигнал с датчика (Р1) но через фильтр низкой частоты (R5,C1). Входы всех дифференциальных ОУ должны быть соответственно зашунтированы для обеспечения нужного коэффициента усиления и одинаковой чувствительности на входах разной полярности, так как они сравнивают потенциалы на своих входах по величине. Один вывод фильтрующего конденсатора (С1) соединен с инверсным входом ОУ (А4) а второй с выходом ОУ (А14) системы компенсации горизонтального ускорения который имеет достаточно низкое выходное сопротивление. Конденсатор (С1) сглаживая колебания напряжения формирует на инверсном входе ОУ (А4) потенциал соответствующий среднему значению силы реакции рессоры переднего левого колеса (7). Что значит: «потенциал, соответствующий силе». Это означает, что на единицу силы приходится определенное электрическое напряжение. Таким образом, на выходе ОУ (А4) формируется потенциал соответствующий удвоенному отклонению силы реакции рессоры переднего левого колеса (7) от среднего значения. Аналогично работает правая сторона передней оси и на выходе ОУ (А8) формируется сигнал соответствующий удвоенному отклонению силы реакции рессоры переднего правого колеса (8) от среднего значения. Эти сигналы через резисторы (R8,R15), которые образуют делитель напряжения, поступают на вход ОУ (Аб) где возникает потенциал соответствующий сумме отклонений сил реакций передних рессор от среднего значения. На выходе ОУ (Аб) возникает потенциал соответствующий удвоенной сумме отклонений сил реакции передних рессор. Цепи (R12,R18) и (R13,R11) являются делителями напряжения, поэтому сигнал, поступающий на прямые входы ОУ (А2,А10) через резисторы (R12,R13) теряет половину своего потенциала. Таким образом, на каждый прямой вход оконечных ОУ (А2,А10), управляющих ЭКВИЛИБРАТОРАМИ передней оси, поступают сигналы соответствующие сумме отклонений сил реакций передних рессор от среднего значения. Так же на прямые входы ОУ (А2,А10) поступают сигналы с датчиков сил генерируемых передними ЭКВИЛИБРАТОРАМИ через ОУ (А5,А9) в которых происходит удвоение потенциалов этих сигналов и резисторы (R11,R18) в которых они теряют половину своих потенциалов. Сигнал с датчика силы генерируемой ЭКВИЛИБРАТОРОМ всегда находятся в противофазе сигналом поступающий на этот ЭКВИЛИБРАТОР. Крутящий момент, который подрессоренная масса получает при наезде, например передней осью на несимметричную неровность, компенсируется ЭКВИЛИБРАТОРАМИ другой оси в данном случае задней оси. Сигналы на уравновешивание с передней оси на заднюю снимается с выходов ОУ (А4,А8) и через резисторы (R9,R16) подаются на разнополярные входы ОУ (А7). Так же на разнополярные входы ОУ (А7) подаются сигналы с датчиков силы генерируемой ЭКВИЛИБРАТОРАМИ (Р2,Р4) через ОУ (А5,А9) и через резисторы (R10,R17). Сигнал с выхода ОУ (А7) подается на вход фазоинвертора (Е4) через резистор (R19). Так же на вход фазоинвертора (Е4) подается сигнал с датчика крутящего момента (Р5) стабилизатора поперечной устойчивости передней оси через резистор (R26). Далее синфазный сигнал с фазоинвертора (Е4) подается на инверсные входы ОУ (А21,А22) а противофазный сигнал на инверсные входы ОУ (А26,А27). С задней оси на переднюю так же подается сигнал для уравновешивания крутящего момента с выхода ОУ (А24) на вход фазоинвертора (Е1) через резистор (R47) и с датчика (Р12) крутящего момента стабилизатора задней оси через резистор (R55). Надо отметить, что схема управления ЭКВИЛИБРАТОРАМИ в двухосном автомобиле симметрична и продольно и поперечно. Таким образом на входе фазоинвертора (Е4) формируется сигнал соответствующий крутящему моменту возникающему в передней оси а на входе фазоинвертора (Е1) формируется сигнал соответствующий крутящему моменту возникающему в задней оси. В такой схеме возникает обратная связь, которая нарушает баланс сил. Эту обратную связь нейтрализуют дополнительные каскады выполненные на ОУ (А21,А26) в управлении задней оси и на ОУ (А5,А9) в управлении передней оси. Компенсация происходит следующим образом. Сигнал на компенсацию крутящего момента возникающего при наезде например передним правым колесом на выпуклость, поступающий на вход фазоинвертора (Е4) имеет положительный потенциал. Противофазный сигнал с фазоинвертора (Е4) поступает на инверсный вход ОУ (А27). На выходе ОУ (А27) сигнал становится положительным и включает ограничение давления на клапане удаления (Y8) заднего правого ЭКВИЛИБРАТОРА. Этот ЭКВИЛИБРАТОР генерирует силу противодействия крутящему моменту, возникшему в подвеске передней оси. В результате действия этой силы датчик (Р11) выдает сигнал отрицательного потенциала на прямой вход ОУ (А26). На инверсный вход ОУ (А26) поступает сигнал отрицательного потенциала с фазоинвертора (Е4). Эти сигналы нейтрализуют друг друга и на выходе ОУ (А26) образуется нулевой потенциал. Аналогично сработает левая сторона управления задней оси и на выходе ОУ (А21) тоже будет нулевой потенциал. Таким образом, сигнал, поступивший на заднюю ось с передней оси для компенсации крутящего момента в случае, когда рельеф дороги позволил ЭКВИЛИБРАТОРАМ сработать, не дойдет до выхода ОУ (А24). Если же рельеф дороги не позволил ЭКВИЛИБРАТОРАМ сработать то на выходе (А24) образуется положительный потенциал, который включит соответствующие клапаны в ЭКВИЛИБРАТОРАХ передней оси, и они затормозят возвращение упругих элементов передней оси к нейтральному положению. Уравновешивание крутящего момента возникающего от действия стабилизатора поперечной устойчивости ЭКВИЛИБРАТОРАМИ другой оси полностью снимает боковые толчки при наезде на неровность одной боковой стороной. Это позволяет значительно увеличить крутильную жесткость стабилизаторов поперечной устойчивости без увеличения жесткости подвески. Если стабилизатор только на одной оси, то второй вход шунтируется соответственно выходному сопротивлению датчика крутящего момента.
Алгоритм уравновешивания по силе веса рассмотрим на примере передней оси. ОУ (А4,А5,А6,А8,А9) в управлении передней оси так же как ОУ (А20,А21,А23,А25,А26) в управлении задней оси имеют коэффициент усиления равный двум. Когда ТС наезжает на выпуклость одним колесом, например передним правым (8) то правая рессора сжимается, сила ее реакции увеличивается и на выходе ОУ (А8) появляется положительный потенциал соответствующий удвоенному отклонению силы реакции правой рессоры от среднего значения. На выходе ОУ (А4) остается нулевой потенциал. На входе ОУ (А6) образуется сигнал равный отклонению силы реакции правой рессоры от среднего значения так как цепь (R8,R15) является делителем напряжения. На выходе ОУ (Аб) формируется сигнал соответствующий удвоенному отклонению силы реакции передней правой рессоры от среднего значения. Сигнал с выхода ОУ (А6) подается через резисторы (R12,R13) на прямые входы ОУ (А2,А10) при этом он теряет половину своего потенциала так как цепь (R13,R11) а так же цепь (R12,R18) являются делителями напряжения. Так как этот сигнал имеет положительный потенциал, он поступает через диод (V6) на клапан удаления (Y2) левого ЭКВИЛИБРАТОРА и через диод (V12) на клапан удаления (Y4) правого ЭКВИЛИБРАТОРА. Когда переднее правое колесо (8) наезжает на выпуклость, то происходит движение сближения а правый ЭКВИЛИБРАТОР сопротивления движению сближения не оказывает и датчик (Р4) выдает нулевой потенциал. Увеличение суммарной силы реакции передних рессор вызывает тенденцию движения передней части подрессоренной массы вверх. Однако передний левый ЭКВИЛИБРАТОР препятствует движению удаления с силой равной увеличению суммарной силы реакции передних рессор, которая в этом случае равна силе реакции передней правой рессоры. Таким образом, в этой фазе сила веса подрессоренной массы, приходящаяся на переднюю ось и силы, действующие на подрессоренную массу со стороны подвески уравновешенны. Когда начинает работать передний левый ЭКВИЛИБРАТОР датчик (Р2) выдает отрицательный потенциал соответствующий увеличению суммарной силы реакции передних рессор. Этот сигнал удваивается в ОУ (А5) и через резистор (R11) в котором теряет половину удвоенного потенциала подается на прямой вход ОУ (А10) куда через резистор (R13) поступает такой же но положительный сигнал с выхода ОУ (А6). Таким образом, пока правое колесо не проследует выпуклость до конца, равновесие будет обеспечивать левый ЭКВИЛИБРАТОР. Крутящий момент, возникающий при этом, компенсируют ЭКВИЛИБРАТОРЫ задней оси. Такой алгоритм работы системы демпфирования позволяет преодолевать неровности, на которые ТС наезжает одной боковой стороной, без каких либо вертикальных отклонений, то есть в состоянии покоя. Так же без вертикальных отклонений будут преодолеваться неровности, когда с одной стороны выпуклость, а с другой вогнутость. В случае, когда неровность симметричная оба колеса одной оси при наезде движутся в одном направлении, причем от точки равновесия. При этом сила, действующая на подрессоренную массу со стороны подвески, изменяется по мере изменения силы реакции рессор. Но как только хотя бы одно колесо этой оси остановится в своем движении относительно подрессоренной массы или же начнет возвратное движение к точке равновесия система управления уравновесит все силы, действующие со стороны подвески с силой веса подрессоренной массы. Блок-схема, изображенная на Fig.l предполагает двухосный автомобиль. В ТС у которого более двух осей система демпфирования с эквилибраторами позволяет преодолевать любые неровности, без каких либо вертикальных отклонений.
Обмотки соленоидов (L1,L2) электромагнитных клапанов давления подключены к схеме (Fig.2) таким образом, что при нулевом потенциале на выходе ОУ (А2) а так же на выходах ОУ (А10,А22,А27) управляющих ЭКВИЛИБРАТОРАМИ (Figl), в катушках соленоидов будет протекать небольшой ток и клапаны будут создавать небольшое ограничение давления. Это превышение постоянно на всем диапазоне генерируемых сил. В точке равновесия ЭКВИЛИБРАТОРЫ препятствуют движению в обе стороны. Это обеспечивает определенную устойчивость в точке равновесия, но сила, которую создает это превышение, не должна вызывать ускорение подрессоренной массы которое может ощутить человек. Один из вариантов подключения электромагнитных клапанов ЭКВИЛИБРАТОРОВ к схеме управления демпфированием изображен на Fig.2. График зависимости силы, генерируемой ЭКВИЛИБРАТОРОМ, от электрического напряжения на выходе ОУ (А2) управляющего этим ЭКВИЛИБРАТОРОМ изображен на Fig.3. По горизонтали исчисляется величина электрического напряжения на выходе ОУ управляющего ЭКВИЛИБРАТОРОМ (V out). По вертикали исчисляется сила генерируемая ЭКВИЛИБРАТОРОМ (F equ). Линия (F exc con) график силы генерируемой ЭКВИЛИБРАТОРОМ при движении удаления. Линия (F exc rem) график силы генерируемой ЭКВИЛИБРАТОРОМ при движении сближения. В схеме управления (Fig.l) имеется система компенсации горизонтального ускорения. При горизонтальном ускорении возникает инерционная сила, направленная в сторону противоположную вектору ускорения. В расчетах нужно считать, что эта сила приложена к центру масс. Момент этой силы относительно поверхности дороги вызывает образование крена. Остановить этот процесс с помощью обычного гидравлического демпфера невозможно. Обычный демпфер может только притормаживать заваливание корпуса ТС. Система демпфирования ЭКВИЛИБРАТОРАМИ позволяет удержать горизонтальное положение достаточно долго без увеличения жесткости подвески, но все же корпус ТС будет медленно уходить в крен до положения, в котором сумма крутящих моментов стабилизаторов и крутящих моментов, образованных разницей сил реакции рессор сравняется с моментом, возникающим от действия инерционной силы. Работает система компенсации следующим образом. Когда ТС начинает поворачивать например вправо возникает центростремительное ускорение при этом датчик (Рб) выдает положительный потенциал пропорциональный возникающему ускорению. Этот сигнал подается через оптрон (U1) на вход фазоинвертора (Е2). Синфазный сигнал с фазоинвертора (Е2) подается на прямые входы ОУ (А14,А16) а противофазный сигнал подается на прямые входы ОУ (А15,А17). Выходы ОУ (А14,А15,А16,А17) являются опорными точками относительно которых фильтрующие конденсаторы (01,02,07,08), сохраняют потенциал соответствующий среднему значению силы реакции каждой рессоры. Сигнал положительного потенциала с выхода ОУ (А14) поступает через резистор (R7) на прямой вход ОУ (А7) и через конденсатор (01) на инверсный вход ОУ (А4). На выходе ОУ (А4) этот сигнал становится отрицательным и через резистор (R9) поступает на инверсный вход ОУ (А7). Сигнал отрицательного потенциала с выхода ОУ (А15) поступает на инверсный вход ОУ (А7) и через конденсатор (02) на инверсный вход ОУ (А8). На выходе ОУ (А8) сигнал становится положительным и через резистор (R16) поступает на прямой вход ОУ (А7). С выхода ОУ (А7) положительный сигнал поступает через резистор (R19) на фазоинвертор (Е4) через который происходит компенсация крутящего момента ЭКВИЛИБРАТОРАМИ задней оси. Схема управления ЭКВИЛИБРАТОРАМИ задней оси точно так же формирует сигнал для компенсации крутящего момента возникающего от действия горизонтального ускорения ЭКВИЛИБРАТОРАМИ передней оси. Крутящий момент, возникающий от действия центробежной силы на подрессоренную массу при повороте и от действия инерционной силы при разгоне и торможении, является производной величины ускорения, величины подрессоренной массы и высоты центра масс. Управление коэффициентом передачи сигналов коррекции крена в зависимости от загрузки осуществляет сумматор (R14,R20,R42,R53,T8) на который поступают сигналы с датчиков силы реакции рессор. Транзистор (Т8) регулирует ток в светодиодах оптронов (111,112) тем самым изменяя коэффициент передачи сигналов с датчиков горизонтального ускорения. Управление коэффициентом передачи сигналов коррекции крена в зависимости от высоты центра масс осуществляет схема, собранная на транзисторах (Т1-Т7) и на ОУ (А12,А13). Положение центра масс в автомобиле может меняться даже во время движения, поэтому настройка системы коррекции крена происходит в момент нарастания горизонтального ускорения. Момент нарастания поперечного ускорения определяет цепь (V18,V19,A12,C4,V14,V15) а момент нарастания продольного ускорения определяет цепь (V20,V21,A13,C5,V16,V17). Сигналы с этих цепей открывают ключ (К1) через который на затвор полевого транзистора (Тб) поступает управляющее напряжение. Конденсатор (СЗ) при закрытом ключе (К1) достаточно долго сохраняет потенциал на затворе транзистора (Тб) который через транзистор (Т5) регулирует ток в светодиодах оптронов (111,112) устанавливая нужный коэффициент передачи сигнала с датчиков горизонтального ускорения. Сигнал на управление коэффициентом передачи является суммой сигналов поступающих со всех ЭКВИЛИБРАТОРОВ. Сигнал с отдельно взятого ЭКВИЛИБРАТОРА например переднего левого представляет собой абсолютное значение разницы потенциалов между входящим сигналом (выход ОУ А2) и сигналом с датчика силы, генерируемой ЭКВИЛИБРАТОРОМ (Р2). Эти потенциалы всегда имеют противоположные знаки, поэтому разница между ними определяется делителем напряжения (R1,R4). Ввиду того, что в схеме управления клапанами ЭКВИЛИБРАТОРОВ заложено определенное превышение, из сигнала с датчика силы (Р2) вычитается потенциал соответствующий этому превышению. Это вычитание осуществляют диоды (VI, V2). Таким образом если ЭКВИЛИБРАТОРУ не удалось остановить заваливание корпуса ТС то сигнал с выхода ОУ (А2) и сигнал с датчика силы (Р2) нейтрализуют друг друга и на делителе (R1,R4) образуется нулевой потенциал. Если же на выходе ОУ (А2) создается потенциал соответствующий силе необходимой для удержания корпуса ТС от заваливания то сигнал с датчика силы (Р2) будет соответствовать этой силе. В этом случае сигнал на выходе делителя (R1,R4) будет равен величине превышения, заложенного в управлении клапанами ЭКВИЛИБРАТОРА. Абсолютное значение этого сигнала формирует каскад (V3,V4,A1). Аналогично формируется сигналы на всех ЭКВИЛИБРАТОРАХ. Эти сигналы складываются на сумматоре (R2,R3,R33,R34,A11) и подаются на блок управления коэффициентом передачи. При горизонтальном ускорении сумма сигналов поступающих с ЭКВИЛИБРАТОРОВ на блок управления коэффициентом передачи величина постоянная и зависит главным образом именно от коэффициента передачи сигналов с датчиков горизонтального ускорения. Автоматическая настройка происходит следующим образом: если сигнал, поступающий с датчиков горизонтального ускорения через оптроны на схему компенсации крена меньше необходимого для удержания корпуса ТС от заваливания, то на выходе ОУ (АН) образуется нулевой потенциал. Этот потенциал поступает через стабилитрон (VD1) на фазоинвертор (V13,T1,T2,R27,R28,R29). Настроен фазоинвертор таким образом что при условии равенства прямого напряжения диода (V13) и прямого напряжения база-эмиттер транзисторов (Т1,Т2) напряжение на выходе ОУ (All) менее напряжения пробоя стабилитрона (VD1) открывает транзистор (Т2) и соответственно транзистор (Т4) который через ключ (К1) подает на затвор транзистора (Тб) отрицательный потенциал. При напряжении на выходе ОУ (All) более суммы напряжения пробоя стабилитрона (VD1) и прямого напряжения база-эмиттер транзистора (Т1) открывается транзисторы (Т1,ТЗ) и на затвор транзистора (Тб) поступает положительный потенциал. Когда величина напряжения между этих точек, то транзисторы (Т1,Т2,ТЗ,Т4) закрыты и на затворе транзистора (Тб) остается потенциал сохраняемый конденсатором (СЗ).
В работе системы управления демпфированием в двухосном автомобиле можно выделить три основных функции:
1. Уравновешивание подрессоренной массы (1) по силе веса приходящейся на одну ось ЭКВИЛИБРАТОРАМИ этой оси.
2. Уравновешивание крутящего момента действующего на подрессоренную массу (1) со стороны упругих элементов одной оси ЭКВИЛИБРАТОРАМИ другой оси.
3. Уравновешивание крутящего момента возникающего при появлении горизонтального ускорения всеми ЭКВИЛИБРАТОРАМИ.
Краткое описание чертежей
На Fig.l изображена блок-схема системы управления демпфированием двухосного четырехколесного автомобиля с упругими стабилизаторами поперечной устойчивости на каждой оси.
На Fig.2 изображен один из вариантов подключения соленоидов электромагнитных клапанов ЭКВИЛИБРАТОРОВ к схеме управления демпфированием.
На Fig.3 изображен график зависимости силы генерируемой ЭКВИЛИБРАТОРОМ от величины напряжения на выходе ОУ управляющего этим ЭКВИЛИБРАТОРОМ. Вариант осуществления изобретения
Предлагаемая система демпфирования подойдет для любой подвески с любыми рессорами и с любыми упругими стабилизаторами поперечной устойчивости и даже без них. Один из важнейших параметров предлагаемой системы управления демпфированием это скорость срабатывания, поэтому лучше всего подойдет аналоговый вариант схемы управления (Fig.l). Удар, который неподрессоренная масса получает при наезде на выступ в дорожном покрытии на скорости, допустим сто километров в час, длится от двух до пяти миллисекунд. Скорость срабатывания любого цифрового преобразователя не менее полутора миллисекунд и эту операцию при цифровом решении понадобится делать как минимум дважды. За это время удар уже закончится. Ввиду этого лучший вариант осуществления изобретения это аналоговый вариант схемы управления ЭКВИЛИБРАТОРАМИ. Однако задержка срабатывания возникает так же в электромагнитных клапанах давления. Избавиться полностью от этого невозможно, можно только сократить задержку уменьшением массы подвижных частей клапанов. Задержка срабатывания системы управления может генерировать удар по подрессоренной массе даже при небольшой скорости движения автомобиля. Противодействовать этому может некоторое опережение, которое можно создать, если устанавливать датчик силы генерируемой ЭКВИЛИБРАТОРОМ между неподрессоренной массой и ЭКВИЛИБРАТОРОМ.
Подвеска большинства современных легковых автомобилей позволяет применить систему демпфирования эквилибраторами без изменений в конструкции подвески. Вместо обычных гидравлических демпферов устанавливаются ЭКВИЛИБРАТОРЫ. Датчики силы реакции упругих элементов стабилизаторов измеряет вертикальную силу в одном из шарнирных соединений стабилизатора с подрессоренной массой. В пневматической и в гидропневматической подвеске силу реакции рессоры можно измерять датчиком давления. Датчики горизонтального ускорения можно монтировать непосредственно в модуле управления. Схема модуля (Fig.l) универсальна и подходит для автомобиля любого класса и любой массы. При изменении массы ТС понадобиться изменение диапазона измерения датчиков силы и увеличение диапазона сил генерируемых ЭКВИЛИБРАТОРАМИ. Надо отметить, что у ЭКВИЛИБРАТОРОВ ограничено только максимальное значение силы. То есть ЭКВИЛИБРАТОР в отличие от обычного гидравлического демпфера может использоваться на всем диапазоне допустимой нагрузки на ось. Для примера ЭКВИЛИБРАТОР с диаметром поршня тридцать два миллиметра подойдет для использования в ТС с нагрузкой на ось от минимума до трех тонн. Такая универсальность упрощает внедрение данного изобретения.

Claims

Формула изобретения
1. Подвеска транспортного средства, содержащая направляющее устройство, позволяющее подрессоренной массе перемещаться относительно неподрессоренной массы в вертикальном направлении; рессоры; управляемые демпфирующие устройства; электронную систему управления демпфированием; отличающаяся тем, что в качестве демпфирующих устройств используются ЭКВИЛИБРАТОРЫ, демпфирующая сила которых управляется электромагнитными клапанами, которые регулируют давление текучей среды в сжимаемой полости, а система управления, измеряя силы и моменты, действующие на подрессоренную массу, формирует сигналы для каждого ЭКВИЛИБРАТОРА в отдельности для уравновешивания сил и моментов, действующих на подрессоренную массу.
2. Подвеска транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что ЭКВИЛИБРАТОРЫ имеет три гидравлические полости: одна полость низкого давления и две рабочие полости, разделенные поршнем или движущийся перегородкой, и при работе ЭКВИЛИБРАТОРА, поршень или перегородка, двигаясь в одном направлении, вытесняет текучую среду из первой рабочей полости через клапан давления в полость низкого давления, а во вторую рабочую полость текучая среда всасывается через обратный клапан из полости низкого давления, а при движении поршня или перегородки в другом направлении текучая среда вытесняется из второй рабочей полости через клапан давления в полость низкого давления, а в первую рабочую полость текучая среда всасывается из полости низкого давления через обратный клапан.
3. Подвеска транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что система управления демпфированием измеряет аэродинамическую силу, действующую на корпус транспортного средства при боковом ветре при помощи датчиков давления воздуха снаружи транспортного средства и подает соответствующие корректирующие сигналы на ЭКВИЛИБРАТОРЫ.
PCT/RU2021/000141 2021-04-01 2021-04-01 Подвеска с демпфированием с помощью эквилибраторов WO2022211661A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2021/000141 WO2022211661A1 (ru) 2021-04-01 2021-04-01 Подвеска с демпфированием с помощью эквилибраторов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2021/000141 WO2022211661A1 (ru) 2021-04-01 2021-04-01 Подвеска с демпфированием с помощью эквилибраторов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022211661A1 true WO2022211661A1 (ru) 2022-10-06

Family

ID=83456661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000141 WO2022211661A1 (ru) 2021-04-01 2021-04-01 Подвеска с демпфированием с помощью эквилибраторов

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022211661A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200300926A1 (en) * 2017-11-08 2020-09-24 Hitachi Automotive Systems, Ltd. High-Voltage System and Failure Diagnosis Method for High-Voltage System

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0342319A (ja) * 1989-07-10 1991-02-22 Atsugi Unisia Corp ショックアブソーバ
SU1678650A1 (ru) * 1989-10-04 1991-09-23 Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева Подвеска транспортного средства
US20060287791A1 (en) * 2005-06-21 2006-12-21 Tenneco Automotive Operating Company, Inc. Semi-active anti-roll system
US9500256B2 (en) * 2012-09-20 2016-11-22 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Suspension device
RU2676843C1 (ru) * 2018-03-12 2019-01-11 Владимир Викторович Романов Антишоковая подвеска

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0342319A (ja) * 1989-07-10 1991-02-22 Atsugi Unisia Corp ショックアブソーバ
SU1678650A1 (ru) * 1989-10-04 1991-09-23 Куйбышевский авиационный институт им.акад.С.П.Королева Подвеска транспортного средства
US20060287791A1 (en) * 2005-06-21 2006-12-21 Tenneco Automotive Operating Company, Inc. Semi-active anti-roll system
US9500256B2 (en) * 2012-09-20 2016-11-22 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Suspension device
RU2676843C1 (ru) * 2018-03-12 2019-01-11 Владимир Викторович Романов Антишоковая подвеска

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200300926A1 (en) * 2017-11-08 2020-09-24 Hitachi Automotive Systems, Ltd. High-Voltage System and Failure Diagnosis Method for High-Voltage System
US11630164B2 (en) * 2017-11-08 2023-04-18 Hitachi Astemo, Ltd. High-voltage system and failure diagnosis method for high-voltage system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101563448B1 (ko) 차량
CA1217863A (en) Computer optimized adaptive suspension system
JP3053644B2 (ja) 車両の車台制御方法および装置
US7321816B2 (en) Model free semi-active vehicle suspension system
EP0127094A2 (en) Active suspension apparatus
US8855856B2 (en) Vehicle roll control method using controllable friction force of MR dampers
WO2009145053A1 (en) Suspension system for vehicle
US20210023904A1 (en) Suspension control apparatus
JP2004237825A (ja) 車両用電磁サスペンション装置と車両用電磁サスペンション装置のモータ制御方法
KR20110058792A (ko) 오토바이용 반능동 현가장치를 제어하는 방법 및 장치
WO2022211661A1 (ru) Подвеска с демпфированием с помощью эквилибраторов
CN111137096B (zh) 用于可变阻尼力阻尼器的控制系统
KR20060056562A (ko) 에어 서스펜션 및 전자제어 서스펜션 장치
JPH05131825A (ja) 走行機構の半能動式制御法
JPH02136319A (ja) 車両のサスペンション装置
Siramdasu et al. A new semi-active suspension system for vehicle applications
JP5148679B2 (ja) 減衰力可変ダンパの制御装置および制御方法
JP4638534B2 (ja) 減衰力可変ダンパの制御装置および制御方法
Rajendiran et al. Enhancing the travel comfort of quarter-car model using fractional order terminal sliding mode controller
JP2013154821A (ja) 車両用サスペンションシステム
Beno et al. LL GGGGLLGLL GGGGLLGLSS aaaLGGLGG GGG LGGGGG LGGGLL
Hyniova Usage of one-quarter-car active suspension test stand for experimental verification
JP3055377B2 (ja) ４輪操舵車両の車両特性制御装置
JP2580808B2 (ja) サスペンション制御装置
Sundaresan A Study of negative feedback damping property of roll-coupled hydro-pneumatic suspensions

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21935340

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21935340

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1