Активная подвеска корпуса транспортного средства

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 598780 (б!) Дополнительное к авт. свид-ву (22! Заявлено 08 02.73 (21) 1879154/11 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.03.78. Бюллетень №11 (45) Лата опубликования описания!5. ОЪ. В.

2 (51) М. Кл.

В 60 Ь 25/00

Государственный комитет

Совете Мииистров СССР по делам изабретеиий и открытий (53) УДК 629.113.012,,852(088.8) В, Д. Шарапов (72) Автор изобретения (71) Заявитель (54) АКТИВНАЯ ПОДВЕСКА КОРПУСА ТРАНСПОРТНОГО

СРЕДСТВА

Изобретение относится к подвескам транспортных средств и, в частности к активным подвескам.

Известна активная подвеска корпуса транспортного средства, содержащая гидравлический упругий элемент и регулятор. связанный с упругим элементом трубопроводами (!).

Однако эта подвеска имеет низкую надежность.

Известна также активная подвеска корпуса транспортного средства, содержащая упругий элемент. связывающий колесо транспортного средства c его корпусом, насос, исполнительный гидроцилиндр с компенсационной камерой, дросселирую|цей системой и распределитель, имеющий рабочий орган (2).

Однако эксплуатация этой подвески сопряжена со значительным расходом мощности на привод исполнительного гидроцнлиндра.

Цель изобретения — снижение расхода мощности на привод исполнительного гидроцилинjva

Для этого подвеска снабжена связанным с упомянутым рабочим органом датчиком для измерения упругой силы и задания нагрузки на колесо, а исполнительный гидроцилиндр установлен параллельно упругому элементу, при этом датчик имеет эталонный контур, состояший из последовательно соединенных задающего элемента и усилителя-сумматора, и входную цепь, содержащую последовательно соединенные чувствительный элемент и усилитель первой ступени, сравнивающий элемент, к которому подклю- ены выходы обеих цепей и усилителя второй ступени, последовательно соединенного со c ðàâíèâàþùèì элементом, подключенным к электромагнитам, управляющим раоочим органок распределителя. !

О На фиг. изображена кинематическая и ги равличсская схема активной подвески корпуса транспортного средства; на фиг. 2 — струк т рная схеРма 3 прав тенин акти внои подвескои. ! корпус транспортного средства опирается в статическом положении на упругий элемент подвески, состоящий цз двух последовательно расположенных частей: вспомогательного упругого элемента 2 и основного упругого элемента 3. Вспомогательный упругий элемент 2 в данном устройстве играет роль чувствительного и задаюгцего элемента. элемента сравнения и уcèëèòåëÿ, управляющего работой гидравлического распределителя, к которому подводится жидкость от насоса 4. Золотник 5 распределителя крепится к нижнему опорному концу вспомогательного упрмгого элемента 2 в точке «а», а гильза распределителя — к корпусу !. Рас398780 верстия 13 и 14 плотно закрыты пробками 15 и 16. Подвод жидкости в надпоошневую полость и и в штокавую полость С корпуса б

15 осуществляется о", распределителя по трубопроводам 17 и 18 через разъемные соединения

19 и 20, минуя компенсационные клапаны 11 и 12. Трубопроводы 17 и 18 имеют гибкие эластичные участки., позволяющие им изменять свою геометрию в пределах деформации вспомогательного упругого элемента 2. Для разгрузки гидравлических магистралей от черезмерного повышения давления за насосом 4 установлен предохранительный клапан 21, соединяющий напорную магистраль со сливом. Для очистки жидкости в сливной магистрали установлен фильтр 22, а для хранения запаса жидугла крена 39, связанному с усилителем-сумматором 30.

Блок, задающий изменение нагрузки на колесо в зависимости от продольных перегрузок, испытываемых корпусом транспортного средства, состоит из реагирующего элемента 40 и задатчика 41, подключенных к элементу сравнения 42, соединенному с датчиком 43 продольных нагрузок, связанным с усилителем-сумматором 30.

Блок, задающий изменение нагрузки на колесо в зависимости от поперечных перегрузок, имеет реагирующий элемент 44 и задатчик 45, подключенные через элемент сравнения 46 к кости и слива ее избытков из магистралей используется емкость 23. При выполнении гидропривода по замкнутой схеме емкость 23 будет играть роль дополнительной, компенсирующей утечку жидкости через уплотнения.

Деформация вспомогательного упругого элемента 2 ограничивается упорами 24 в пределах, обеспечивающих необходимое перемещение золотника 5. Золотник 5 к нижнему концу

4S датчику 47, связанному с усилителем-сумматором 30.

Сравнивающий элемент 29 последовательно подключен через усилитель второй ступени

48 к электромагнитам 49, управляющим золотником 5 распределителя.

На корпус 1 (см. фиг. 1) при движении по ровной дороге не будут действовать возмущения. Со стороны дороги на него через последовательно расположенные упругие элементы 2 и 3 действует постоянная сила, уравновешивающая вес корпуса 1. Деформации основного упругого элемента 3 и вспомогательного упругого, элемента 2 равны статическим. Следовательно, золотник 5 находится в нейтральном положении

Насос 4 забирает жидкость из емкости 23 и через щели золотникового распределителя по сливному каналу через фильтр 22 направляет чиной регулируемого об.ьекта является сила ным последовательно у-ругому элементу 3 и ее на слив. Полость компенсационной камеры корпусу 6 гчдроцилиндра. Чувствительный элемент 27 последовательно соединен с усилителем первой ступени 28, подключенным к сравизолирована от полостей С и В, так как пробки 15 и 16 ввернуты,о упора и плотно закрынивающему элементу 29, образующему совмест- вают дросселирующие отверстия 13 и 14, а комно с чувствительным элементом усилителем пенсационные клапаны прижаты своими прупределитель управляет работой гидроцилиндра, состоящего из корпуса б и поршня 7. Звенья гидроцилиндра связаны с противоположными опорными концами основного упругого элемента 3. Корпус 6 цилиндра крепится к верхнему опорному концу амортизатора в точке «а», а поршень гидроцилиндра через шток связан с осью колеса 8, опирающегося на дорогу 9.

За одно целое с гидроцилиндром выполняется, либо просто крепится к нему, компенсационная камера А с пневматическим компенсатором 10, компенсационными клапанами 11, 12 и дросселирующими отверстиями 13 и 14. При работе подвески в активном режиме т. е. в режиме стабилизации, сил, действующих на корпус 1 через элементы подвески, дросселирующие отвспомогательного упругого элемента 2 (точка

«а») крепится с помощью разъемного соединения 25, которое позволяет регулировать нейтральное положение золотника в зависимости от прогиба упругого элемента 2 и изменения веса корпуса 1. С помощью аналогичного соединения 26 можно регулировать и взаимное расположение упоров 24 .

Регулируемым объектом данной системы автоматического регулирования (САВ) является упругий элемент 3 (см. фиг. 2).

Этот упругий элемент реагирует на дорож ные возмущения Zn(t), изменение веса тран спортпого средства ЛС, изменение угла тан гажа ч(t), угла крена I(1), продольные nepe".ðóçêè п,((I и поперечные перегрузки пт(f).

Все перечис.-енные функции и величины являются входными. Выходной регулируемой велиV(t), действующая на корпус 1 и воспринимаемая чувствительным элементом 27, установлен- gg входную цепь. Со сравнивающим элементом 29 последовательно соединен эталонный контур, состоящий из усилителя-сумматора 30 и задающего элемента. Последний выполнен в виде: блока 31, задающего изменение статической нагрузки; блока (канала тангажа), задающего изменение нагрузки на колесо в, зависимости от угла тангажа корпуса; блока (канала крена), задающего изменение нагрузки на колесо в зависимости от угла крена; блока (канала продольных перегрузок), задающего изменение нагрузки на колесо в зависимости от продольных перегрузок, испытываемых корпусом; блока (канала поперечных перегрузок), задающего изменение нагрузки на колесо в зависимости от поперечных перегрузок.

Учитывая, что изменение веса транспортного средства С (нагрузка или разгрузка) осуществляется, как правило, на стоянке, используется задающий блок 31 с ручным управ-. лением.

Блок, измеряющий угол тангажа, состоит из реагирующего элемента 32, воспринимающего токущее значение угла тангажа, и задатчика 33, подключенных через элемент сравнения 34 к датчику тангажа 35, соединенному с усилителем-сумматором 30 (см. фиг. 1).

Блок, задающий изменение нагрузки на колесо в зависимости от угла крена, имеет реагирующий элемент 36 и задатчик 37, подключенные через элемент сравнения 38 к датчику

598780

i) жинами к седлам. Давление на выходе из насоса, определяемое нагрузкой на поршень 7 гидроцилиндра приблизительно равно нулю, следовательно, и гидравлическая мощность, потреб1яемая насосом и определяемая произведением расхода на давление, тоже равна нулю. Таким образом, гидравлический привод активной подвески при движении по ровной дороге не потребляет энергии, если не считать потерь, связанных с работой насоса 4 на холостом ходу.

Прм наезде колеса на выступающую неровность дороги сила, действующая на корпус через последовательно расположенные основной упругий элемент 3 и вспомогательный элемент

2 увеличивается: и тот и другой начинают деформироваться (сжиматься) .

Деформация (сжатие) вспомогательного упругого элемента 2 приведет к тому, что расстояние между корпусом 1 и нижним опорным концом вспомогательного упругого элемента 2 (точка «а») уменьшится, поэтому зологник 5, закрепленный на этой точке, переместится вверх относительно гильзы распределителя, связанной с корпусом l. При этом средний и нижний буртики золотника 5 разобщают полость С гидроцилиндра со сливом и соединяют ее с напорной магистралью насоса. Полость В будет по-прежнему соединена со сливом. Жидкость под давлением поступает в полость С и перемещает поршень в цилиндре. Упругий элеменз

3 при этом сжимается, но уже не под действием сил инерции корпуса 1, а под действием усилия, развиваемого гидроцилиндром. Таким образом, в точке «а» к вспомогательному упругому элементу от цилиндра прикладывается сила, имеющая противоположное направление по сравнению с силой, определяемой деформацией основного упругого элемента 3. Как только равнодействующая сила от упругого элемента 3 и гидроцилиндра, приложенная к точке

«а», станет равной статической силе (весу корпуса 1), восстановится деформация вспомогательного упругого элемента 2 до своего статического значения, что вызовет установку золотника 5 в нейтральное положение относительно гильзы. Полость С соединяется со сливом и движение поршня 7 в корпусе б прекращается.

При дальнейшем наезде на выступающую неровность вновь начнет увеличиваться сила, действующая на корпус 1, сожмется вспомогательный упругий элемент 2, и все повторится. Таким образом, при наезде на выступающую неровность, когда скорость перемещения поршня

V в цилиндре, определяемая расходом насоса

Q, больше возможной скорости изменения высоты неровности 7„», распределитель будет автоматически то включать в работу гидроцилиндр, то выключать его. При этон корпус 1 будет испытывать очень незначительные импульсы сил, определяемые деформацией вспомогательного упругого элемента 2, благодаря чсму корпус 1 практически не будет изменять своего положения по вертикали, а колесо 8 относительно корпуса 1 будет совершать движение, определяемое изменением высоты неровностей дороги, т. е. описывать эти неровности. При наезде колеса на яму сила, действующая на корпус 1 от упругих элементов, 5

ФО

55 ьо уменьшается, следовательно уменьшается и деформация вспомогательного упругого элемента

2, который начинает разжиматься. При этом расстояние между корпусом 1 и нижним опорным концом вспомогательного упругого элемента 2 (точка «а») увеличится, поэтому золотник 5, закрепленный в точке «а», сместится вниз относительно гильзы распределителя. связанной с корпусом 1. При этом средний и верхний буртики золотника 5 разобщают полость

В гидроцилиндра со сливом и соединяют ее с напорной магистралью насоса. Полость С соединяется при этом со сливной магистралью.

Жилкость под давлением поступает в полост.

В и перемещает поршень 7 в корпусе б вниз.

Упругий элемент 3 при этом растягивается.

Таким образом, в точке «а» от цилиндра прикладывается сила, компенсирующая уменьшение статической. Как только равнодействуюшая сила от упругого элемента 3 и гидроцилиндра, приложенная в точке «а», станет равной статической силе, восстановится деформация вспомогательного упругого элемента 2 до своего статического значейия, что вызовет установку золотника 5 в нейтральное положение.

Полость В соединится со сливом, движение поршня 7 и растяжение упругого элемента 3 прекратится. По аналогии с наездом на выступающую неровность, когда скорость перемещения поршня в цилиндре, определяемая расходом насоса (,), больше возможной скорости изменения высоты неровности Z„„,ðàñïpåäåлитель будет автоматически то включать гидроцилиндр в работу, то выключать его. При этом на корпус 1 будут воздействовать незначительные импульсы сил, определяемые отклонением деформации вспомогательного упругого элемента от ее значения в положении статического равновесия. Поэтому корпус 1 практически не будет изменять своего положения по вертикали, а колесо 8 относительно корпуса

1 будет совершать движение, определяемое изменением высоты неровности дороги, т. е. двигаться вниз, описывая профиль ямы.

В случае выхода из строя элементов автоматики (насоса, распределителя, трубопроводов и т. д.) транспортное средство не потеряет подвижность. так как данная подвеска может работать и в пассивном режиме. Для этого с помощью разъемных соединений 19 и 20 отсоединяют от гидроцилиндра подводящие трубопроводы 17 и 18. Открытые отверстия гидроцилиндра после отсоединения трубопроводов 17 и 18 и сами трубопроводы закрывают заглушками или пробками. С помощью пробок 15 и

16 открывают дросселирующпе отверстия 13 н 14. Таким образом, силовой гидроцилиндр преврашается в обычный гидравлический амортизатор (демпфер), гасящий колебания корпуса 1, на основном упругом элементе 3. Вспомогательный упругии элемент 2 можно блокировать упорами 24. При движении поршня 7 в корпусе 6 вверх (ход сжатия) объем полости

В уменьшается и жидкость через отверстия 13 будет поступать в компенсационную камеру. Из последней жидкость через отверстие 14 и компенсационный клапан 12 будет поступать в полость С, объем которой увеличивается. Дрос598780 гс чувствительного элемента 27 будет меняться в соответствии с отклонением деформации упругого элемента 3 от статического значения.

Сигнал, пропорциональный этому отклоненикх будет с выхода сравнивающего элемента 29 поступать на усилитель 48, который в зависимости от полярности сигнала подает команду электромагнитам 49 на переключение гидравлического распределителя в пози- 4 цию определяющую подвод жидкости в требуемую полость гидроцилиндра. Таким образом, задающий блок 31 обеспечивает»ормальную работу активной подвески при лк бых изменениях веса подрессоренных масс.

В отличие от AG изменение угла и тангажа подрессоренного корпуса и связанное с ним перераспределение нагрузки на колесо проис60 селирова»ис жидкости на ходе сжатия через отверстие 13 сопровождается потерями энергии колебан»й корпуса 1 на упругом элементе 3 поэтому ампл»туда перемещений и ускорений корпуса 1 даже прп равенстве частоты вынуждающей силы и собствеIIIIQII частоты системы оудет иметь конечное значение.

При ходе отдачи, когда поршень идет вниз (выдвигается из цилиндра) объем полости С уменьшается и жидкость из нее через калиброванное отверстие перетекает в компенсационную камеру. В полость В, объем которой увеличив еT ÿ, жидкость попадает из компенсационной камеры через отверстие 13 и компенсационный клапан 11. Коэффициент сопротивления гидравлического демпфера (гидроцилиндра, работающего в режиме демпфера);лет зависеть от площади дросселирующпх отверстий 13 и 14. Таким образом, при работе подвески в пассивном режиме основной упругий элемент выполняет функции, свойственные рессоре подвески, а силовой гидроцилиндр работает как демпфирующий элемент подвески.

При изменении веса на величину AG (см. фиг. 2) сигнал с чувствительного элемента 27, пройдя усилитель . 8, поступит на сравнивающий элемент 29. E ля того чтобы исключить влияние изменения веса Лб на нормальную работу активной подвески, оператор (водитель) вручнуюlo регулирует сигнал задающего блока 31 до такой величины, чтобы он, пройдя усилитель сумматор 30 и попадя на сравнивающий элемент

29, обеспечил равенство нулю выходного си нала этого элемента. Иными словами, задающий олок 31 и усилитель-сумматор 30 подают на сравнивающий элемент 29 сигнал, равный

»о абсолютной величине и противоположный по знаку сигналу, поступающему с чувствительного элемента 27 через усилитель 28. При движении по дорожным неровностям сигнал с задающего блока 31 останется постоянным (так как в движении G,+ \G=сопв1), а сигнал с ходит в движении. Чувствительный элемент 27 при этом автоматически будет реагировать на подобные изменения и выдавать сигнал через усилитель 28 на сравнивающий элемент 29, что можут вызвать необоснованное опускан»е и III подъем корпуса. Поэтому для к»мпенсац»» этого паразитного сигнала вводится устроиство задающее изменение нагрузки на колесо в зависимости от изменения угла тангажа. Сигнал, 2$

35 пропорциональный изменению угла тангажа, поступает на вход усилителя-сумматора 30, где осуществляется функциональное преобразование сигнала, пропорционального углу тангажа, в сигнал, пропорциональный изменению нагрузки на данное колесо при изменении угла тангака в соответствии с зависимостью определенной аналитически или экспериментально. Кроме того, в усилителе-сумматоре сигнал, пропорциональный изменению нагрузки на колесо Р, усиливается и корректируется в зависимости от статической нагрузки 4, + ЛС по сигналу с задающего блока 31. С сумматора 30 сигнал, равный по величине и обратный по знаку сигналу, поступающему с чувствительного элемента. подается на сравннвающее устройство 42.

Таким образом, в сравнивающем элементе 29 уничтожается та часть сигнала с чувствительного элемента 27, которая соответствует изменению силы, действующей íà корпус 1 в зависимости от изменения угла тангажа.

Совершенно аналогично работает блок. задающий нагрузку на колесо в функции угла крена. Сигнал, пропорциональный углу крена с датчика 39 подается на усилитель-сумматор

30, где преобразуется в сигнал, пропорциональный изменению нагрузки на данное колесо при изменении угла крена Ч, усиливается, корректируется в зависимости от статической нагрузки и направляется в сравнивающий элемент

29. Сигнал с датчика 39 через усилитель-сумчатор 30 подается к сравнивающему элементу

29 противоположным по знаку и равным по абсолютной величине той части сигнала с чувствительного элемента 27, которая соответствует изменению нагрузки на данное колесо при изменении угла крена.

Блок, задающий изменение нагрузки на колесо в функции продольных перегрузок и (t), л работает следующим образом. Сигнал с датчика 43, пропорциональный продольной перегрузке подается на усилитель-сумматор 30, где преобразуется в сигнал, пропорциональный изменению нагрузки на колесо в функции»p()аольных перегрузок. Сигнал с датчика 43 через усилитель-сумчатор 30 к сравнивающему элементу 29 подается противоположным ио знаку и равным по абсолютной величине той части сигнала с чувствительного элемента 27, которая соответствует изменению нагрузки на колесо пр» появлении продольных перегрузок. Таким образом, обеспечивается работа активной подвески при разгоне и торможении.

Блок, задающий изменение нагрузки на колесо в функции поперечных перегрузок, работает следуюшим образом. Сигнал с датчика 47, п(ншорциональный поперечной перегрузке, подается на усилитель-сумматор 30, где преooразуется в сигнал, пропорциональный измещнию нагрузки на колесо в зависимости от поперечной перегрузки. Этот сигнал подается про I HBoflo,loæíûì по знаку и равныч по абсолютной величине той части сигнала с чувствительного элемента 27, которая соответствует изменению нагрузки на колесо при появлении поперечных перегрузок. Так обеспечивается нормальная работа активной подвески при повороте транспортного средства.

598780

Формула изобретения

1. Активная подвеска корпуса транспортного средства, содержащая упругий элемент, связывающий колесо транспортного средства с его корпусом, насос, исполнительный гидроцилиндр с компенсационной камерой, дросселирующей системой и распределителем, имеющим рабочий орган, отличающаяся, тем, что, с целью снижения расхода мощности на привод исполнительного гидроцилиндра, она снабжена связанным с упомянутым рабочим органом датчиком для измерения упругой силы и задания нагрузки на колесо, а исполнительный гидроцилиндр установлен параллельно упругому элементу.

2. Активная подвеска корпуса транспортного средства, по и. 1, отличающаяся тем, что

10 датчик имеет эталонный контур, состоящий из последовательно соединенных задающего элемента и усилителя-сумматора, и входную цепь, содержащую последовательно соединенные чувствительный элемент и усилитель к пер«вой ступени, сравнивающий элемент, к которому подключены выходы обеих цепей и усилителя второй ступени, последовательно соединенного со сравнивающим элементом, подключенным к электромагнитам, управляющим рабочим органом распределителя.

10 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент ФРГ ¹ 1530855 от 20.4.70 г. по кл. 63с, 40.

2. Б. И. Морозов, P. И. Райхлин «Активная подвеска (сервоподвеска) автомобиля» обзор

НИИНАвтопрома, М., 1967 г., стр. 19 — 30.. 8780

Составитель 10. Наумов

Техред О. Луговая Корректор А. Гриценко.

Тираж 841 Подписное

Редактор И. Острова

Заказ 1505/13! !11!1ИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и 07I(pblTIIII

113035, й!осква, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород. усь Проектная, 4