Активный стабилизатор поперечной устойчивости

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.

Устройство и принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости

Стабилизатор поперечной устойчивости – один из обязательных элементов подвески в современных автомобилях. Неприметная на первый взгляд деталь уменьшает крен кузова при поворотах и препятствует опрокидыванию автомобиля. Именно от этого компонента зависит устойчивость, управляемость и маневренность автомобиля, а также безопасность водителя и пассажиров.

Принцип работы

Основное назначение стабилизатора поперечной устойчивости – перераспределять нагрузку между упругими элементами подвески. Как известно, в поворотах автомобиль кренится, и именно в этот момент включается в работу стабилизатор поперечной устойчивости: стойки смещаются в противоположные стороны (одна стойка поднимается, а другая — опускается), при этом средняя часть (стержень) начинает закручиваться.

Принцип работы стабилизатора поперечной устойчивости

В результате на той стороне, где автомобиль «завалился» на бок, стабилизатор приподнимает кузов, а на противоположной – опускает. Чем больше машина наклоняется, тем сильнее сопротивление этого элемента подвески. В итоге автомобиль выравнивается по отношению к плоскости дорожного полотна, снижается крен и улучшается сцепление с дорогой.

Элементы стабилизатора поперечной устойчивости

Стабилизатор поперечной устойчивости состоит из трех компонентов:

  • стальной трубы (стержня) П-образной формы;
  • двух стоек (тяг);
  • креплений (хомуты, резиновые втулки).

Рассмотрим данные элементы подробнее.

Читайте также:  Автомобильный рынок

Стержень

Стержень – это упругая поперечная распорка, изготовленная из пружинной стали. Располагается поперек кузова автомобиля. Стержень – основной элемент стабилизатора поперечной устойчивости. В большинстве случаев стальной прут имеет сложную форму, так как под днищем кузова машины имеется много других деталей, расположение которых нужно учитывать.

Стойки стабилизатора

Стойка стабилизатора поперечной устойчивости (тяга) – это элемент, соединяющий концы стального стержня с рычагом или амортизаторной стойкой подвески. Внешне стойка стабилизатора представляет собой шток, длина которого варьируется от 5 до 20 сантиметров. На обоих ее концах расположены шарнирные соединения, защищенные пыльниками, с помощью которых она крепится к другим компонентам подвески. Шарниры обеспечивают подвижность соединения.

В процессе движения на тяги приходится существенная нагрузка, из-за которой шарнирные соединения разрушаются. В результате, тяги очень часто выходят из строя, и менять их приходится раз в 20-30 тысяч километров.

Крепления

Крепления стабилизатора поперечной устойчивости представляют собой резиновые втулки и хомуты. Обычно он крепится к кузову автомобиля в двух местах. Главная задача хомутов – надежно закрепить стержень. Резиновые втулки нужны для того, чтобы балка могла вращаться.

Виды стабилизаторов

В зависимости от места установки различают передний и задний стабилизаторы поперечной устойчивости. В некоторых легковых машинах задняя поперечная стальная распорка не устанавливается. Передний же стабилизатор на современных автомобилях устанавливается всегда.

Активный стабилизатор поперечной устойчивости

Различают также активный стабилизатор поперечной устойчивости. Данный элемент подвески является управляемым, так как он изменяет свою жесткость в зависимости от типа дорожного покрытия и характера движения. Максимальная жесткость обеспечивается в крутых поворотах, средняя – на грунтовой дороге. В условиях бездорожья эта часть подвески обычно отключается.

Жесткость стабилизатора изменяется несколькими способами:

  • применение гидроцилиндров вместо стоек;
  • использование активного привода;
  • применение гидроцилиндров вместо втулок.

В гидравлической системе за жесткость стабилизатора отвечает гидравлический привод. Конструкция привода может различаться в зависимости от установленной на автомобиль гидравлической системы.

Недостатки стабилизатора

Основные минусы стабилизатора – это уменьшение хода подвески и ухудшение проходимости внедорожников. При поездках по бездорожью есть риск «вывешивания» колеса и потери контакта с опорной поверхностью.

Автопроизводители предлагают решить эту проблему двумя способами: отказаться от стабилизатора в пользу адаптивной подвески, либо использовать активный стабилизатор поперечной устойчивости, изменяющий жесткость в зависимости от типа дорожного покрытия.

maxx096 › Блог › Стабилизатор поперечной устойчивости, принцип работы.

Продолжаем познавательную страничку.

Сегодня расскажу об устройстве, которое выполняет наверное одну из самых главных функция для обеспечения безопасности дорожного движения. Это стабилизатор поперечной устойчивости (СПУ).
Давайте разберемся, что это за устройство.

Стабилизатор — это металлическая балка с изогнутыми концами, крепящаяся к обоим (в основном к передним) колесам через втулки на корпус автомобиля, в которых может свободно вращаться. Ставится он обычно на независимой подвеске. Если сзади мост или балка, то функцию стабилизатора выполняет балка (на переднем приводе) и поперечная штанга на заднем.

Функции стабилизатора поперечной устойчивости:

Само название говорит о том, что механизм стабилизирует автомобиль на дороге.

Давайте разберемся, как это происходит:
Входя в поворот, по законам физики, наше тело смещается от оси поворота, т.е. пытается вылететь с поворота. Тоже самое происходит с автомобилем. Во время поворота внешние колеса, по отношению к повороту, пытаются выскользнуть, а внутренние приподнимаются и теряют сцепление с дорогой. При сжатии внешнего колеса подвеска его сжимается, и через изогнутый конец балки стабилизатор прокручивается. На другом конце балки другая изогнутая часть стабилизатора прокручивается вниз, пытаясь прижать поднимающееся колесо к земле. Таким образом, при вхождении в поворот стабилизатор перекидывает нагрузку с одной стороны автомобиля на другую, при этом пытается держать корпус вашего железного коня параллельно к дороге.

Где нужен стабилизатор?

Стабилизатор поперечной устойчивости необходим при езде на высоких скоростях. Он помогает автомобилю максимально быстро, не теряя скорости, пройти поворот, предотвращая его от опрокидывания.

Недостатки стабилизатора ПУ.

Обычно, если где-то выигрываем в чем- то, то найдется место, в котором проигрываем. СПУ не исключение. Дело в том, что сам стабилизатор уменьшает ход подвески автомобиля, и на бездорожье колеса в трудно проходимых местах просто напросто могут потерять сцепление с дорогой. Поэтому внедорожники имеют либо электронное отключение стабилизатора, либо он легко снимается. На электронных системах стабилизатор включается после 20 км/ч. Это нужно, если забыли его включить.

У внедорожного автомобиля с высоко расположенным центром тяжести стабилизатор должен быть достаточно жестким, чтобы противостоять чрезмерным наклонам его кузова при движении с большими скоростями на поворотах. При движении вне дорог напротив более пригодны стабилизаторы малой жесткости, допускающие большие перекосы оси автомобиля относительно кузова, благодаря чему улучшается передача тяговых усилий колесами и повышается плавность хода автомобиля. При отключенном стабилизаторе разность хода колес одной оси автомобиля может быть увеличена на 60 мм.

Основными компонентами системы отключаемых стабилизаторов являются:

— гидравлический блок
— блок управления стабилизаторами
— стабилизаторы с соединительными устройствами

Главным элементом отключаемого стабилизатора является гидравлическая кулачковая муфта, которая позволяет соединять и разъединять плечи стабилизатора. Она расположена в средней части стабилизатора.

Что будет если поставить более толстый или жесткий стабилизатор?

Многие скажут: так давайте выкинем свои стандартные стабилизаторы поперечной устойчивости и поставим толстый спортивный СПУ. Дело в том, что система рассчитана на каждый автомобиль индивидуально. Если поставить более жесткий, независимая подвеска станет зависимой, как допустим мост на заднеприводной классике, при наезде на кочку одним колесом будет ощущаться и другим, а это не есть комфорт. Для улучшения управляемости на скорости лучше поставить жесткие пружины и короткоходные амортизаторы, но придется пожертвовать комфортом!

Активный стабилизатор поперечной устойчивости

Библиографическая ссылка на статью:
Попов А.В., Горбунов А.А. Выбор типа активной системы стабилизации поперечной устойчивости при проектировании автомобильных транспортных средств // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/08/70289 (дата обращения: 02.02.2020).

Совершенствование эксплуатационных свойств автомобиля в последнее время нередко акцентируется на безопасности. Когда речь идет о совершенствовании подвески автомобиля, то улучшения, связанные с безопасностью зачастую являются причиной ухудшения показателей комфортности, в частности. Данная проблема актуальна, в частности, для системы стабилизации поперечной устойчивости, как составляющей компоненты подвески.

Для увеличения эффекта стабилизации – уменьшения крена – требуется обеспечить увеличение упругих свойств стержня стабилизатора, что неминуемо сказывается на ухудшении иных эксплуатационных свойств автомобиля, таких, как плавность хода и проходимость. Ухудшение плавности хода следует связывать с неизбежным влиянием пространственного положения колеса одной стороны на положение колеса стороны противоположной: движение колеса одной стороны по неровностям через стабилизатор создает реактивное действие в подвеске связанного колеса.

Автомобильные конструкторы в поисках создания систем стабилизации, способных удовлетворить ряд противоречивых требований (стабилизация кузова в повороте/высокие показатели комфортности/большие значения хода подвески на бездорожье) были вынуждены совершенствовать стабилизатор – так появились т.н. системы активной стабилизации. В большинстве случаев эти системы стабилизации имеют сложную систему электронного управления с использованием высокоточных электромеханических и/или гидравлических узлов.

Цель настоящей статьи – оценка эксплуатационных возможностей систем активной стабилизации на основе теоретического анализа состава конструкций. Исследование может быть полезно при разработке новых образцов транспортных средств и модернизации существующих моделей.

Задачами на исследование являются:

  1. Классификация видов систем активной стабилизации по видам конструкции;
  2. Анализ потенциалов конструкций систем стабилизации различных типов в части удовлетворения тех или иных эксплуатационных свойств; разработка рекомендаций по применению того или иного вида конструкций систем при проектировании/модернизации систем активной стабилизации транспортных средств.

Так, в рамках данной статьи предлагается дать оценку систем стабилизации по заложенному потенциалу конструкций в части:

  • Управления стабилизирующим эффектом (управления величиной крена);
  • Комфорта при движении по прямой (отсутствия связи между сторонами при отсутствии крена.
  • Безотказности работы системы.
  • Сложности и стоимости системы.

Системы активной стабилизации популярных в настоящее время автомобилей от различных производителей условно можно разделить на четыре группы.

  1. Стабилизаторы с активным управлением упругостью (закручиванием) торсионного стержня.
  2. Стабилизаторы с активным разделением торсионного стержня на две независимые части.
  3. Стабилизаторы с активной гидравлической связью.
  4. Смешанные системы, в которых функции стабилизации крена частично, либо полностью обеспечиваются конструкцией упругих элементов подвески[1]

Конструкция одного из типов стабилизаторов, относящихся к первой группе, изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Рабочий процесс при закручивании стержня стабилизатора (Porsche).

Принцип действия механизма следующий. Стабилизатор состоит из двух раздельных частей, связанных между собой гидравлической поворотной муфтой. Муфта имеет сдвоенные полости (на рисунке 1 полости обозначены позициями А и В). Если полости замкнуты, эти части стабилизатора жестко взаимодействуют между собой – создается эффект работы традиционного стабилизатора, благодаря физической несжимаемости жидкости. Если полости сообщаются между собой – жидкость может перетекать из одной полости в другую – это возможно для создания эффекта разделения стабилизатора для получения максимального комфорта и больших ходов подвески на бездорожье. Данный стабилизатор может работать также и в режиме дополнительного закручивания: тогда, когда упругости стержня стабилизатора недостаточно для получения минимального крена и лучшей управляемости, гидравлический насос системы начинает нагнетать жидкость в соответствующие полости муфты – стабилизатор закручивается дополнительно.

Читайте также:  Автомобиль самолет

Аналогичные конструкции могут иметь электромеханический, а не гидравлический привод, который изменяет жесткость торсионного стержня.

Стабилизаторы с активным разделением торсионного стержня на две независимые части по замыслу схожи с конструкциями, относящимися к первой группе. Однако имеют ограниченный функционал: раздельные части стабилизатора могут соединяться кулачковой муфтой и разъединяться в зависимости от дорожных условий, но увеличение эффекта стабилизации кузова невозможно за счет дополнительного скручивания стержня стабилизатора (рисунок 2).

Рисунок 2. Рабочий процесс активного стабилизатора с разделяющей муфтой (на примере VW Touareg).

Муфта, соединяющая части стабилизатора может иметь гидравлический или электромеханический привод.

Системы стабилизации с активной гидравлической связью можно условно разделить на две категории:

  1. Системы полностью гидравлические, с использованием жидкости для реактивной связи двух противоположных сторон автомобиля;
  2. Системы с использованием торсионного стержня стабилизатора в качестве реактивной связи противоположных сторон автомобиля.

Полностью гидравлическая система, на примере HBMC Nissan, функционирует следующим образом (рисунок 3).


Рисунок 3. Гидравлическая система стабилизации (Nissan).

Основой данной системы является перекрестная гидравлическая схема. В подвеске каждого колеса присутствует гидроцилиндр с выходящими из него магистралями выше и ниже поршня. Магистрали, идущие из верхних полостей цилиндров правой стороны, подводятся к нижним полостям цилиндров левой стороны и наоборот. Получившиеся таким образом два гидравлических контура имеют каждый по гидроаккумулятору в своем составе, которые выполняют функцию компенсаторов жидкости при колебаниях давления в системе, вызванных перекачкой жидкости из одного цилиндра в другой.

При кренах автомобиля, упругие элементы подвески внешних колес сжимаются. Давление жидкости в верхних полостях гидроцилиндров соответствующих колес растет. При этом давление вытесняет жидкость в нижние полости цилиндров колес внутренней повороту стороны. Это приводит к сжатию упругих элементов подвески внутренних колес, что препятствует крену кузова автомобиля.

Другой представитель класса гидравлических систем стабилизации – KDSS Toyota – система, в конструкции которой используется традиционный стабилизатор с реактивной гидравлической связью сторон (рисунок 4).


Рисунок 4. Принципиальная гидравлическая схема KDSS (Toyota).

Конструкция KDSS схожа к конструкцией традиционной системы стабилизации. Важным отличием является то, что в KDSS присутствуют 2 гидроцилиндра двустороннего действия. Каждый из гидроцилиндров шарнирно соединен одним концом на раме кузова, другим – удерживает стержень стабилизатора в месте, где у традиционного стабилизатора находится одна из двух шарнирных втулок[2] (Land Cruiser Prado 150). Благодаря магистральной связи полостей гидроцилиндров переднего и заднего стабилизатора, жидкость способна перетекать из какой-либо полости переднего стабилизатора в соответствующую полость гидроцилиндра заднего стабилизатора. Так, при движении автомобиля в повороте, крен вызывает сжатие пружин подвески соответствующей стороны и, как следствие, движение плеч стабилизаторов передней и задней осей вверх, следом за связанными элементами подвески. По причине конструктивной жесткости стержней стабилизаторов, в момент крена, в местах шарнирных креплений стабилизатора действуют силы реактивного действия соответствующей направленности. Действуют силы и на гидроцилиндры (сжимающие/разжимающие в зависимости от стороны крена). Поскольку эти силы действуют одновременно, учитывая примерное равенство этих сил, гидроцилиндры пытаются выдавить жидкость из одной полости и создать разряжение в другой, что невозможно, ввиду физической несжимаемости жидкости. Поэтому стабилизаторы сопротивляются крену, в соответствии с заданной механической упругостью торсионного стержня. При этом высокие значения жесткости стабилизатора не препятствуют эффективному ходу колес подвески на бездорожье: при возникновении нагрузки, сжимающей/растягивающей гидроцилиндр соответствующего стабилизатора, вследствие копирования колесом профиля неровности, жидкость перетекает из полости гидроцилиндра в полость соседнего цилиндра из-за разности давления. При этом гидроцилиндр растягивается/сжимается нивелируя работу стабилизатора, чем способствует увеличению хода колес.

Анализ состава существующих конструкций и особенностей рабочих процессов рассмотренных активных систем стабилизации позволяет сделать вывод об эксплуатационных возможностях и ограничениях этих систем.

Возможности системы с активным изменением упругости стабилизатора в части противодействия крену следует признать самыми эффективными. При наличии быстродействующей системы привода, изменяющей жесткость (гидравлической, электромеханической), и соответствующей программы управления, гипотетически, можно полностью избежать крена и даже добиться отрицательного его значения. Конструкции системы с активным разделением стержня стабилизатора, а также системы с активной гидравлической связью между сторонами, рассмотренные в данной статье, такой возможностью не обладают, ввиду отсутствия в конструкции узлов, способных управлять значением крена.

Разность в возможностях рассматриваемых систем обусловлена минимизацией, а в ряде случаев, полным отсутствием электронных компонентов. Не исключено, что при соответствующем уровне модернизации конструкций систем с активным разделением стержня стабилизатора и конструкций с активной гидравлической связью, возможно управлять величиной крена, но в таком случае придется столкнуться с усложнением и удорожанием конструкции.

В части обеспечения комфорта при движении по неровностям конструкции с активным изменением упругости стабилизатора также способны реализовать полное разделение правой и левой сторон подвески автомобиля, а значит, избежать реактивного воздействия стабилизатора при движении по неровностям. Настоящее свойство способно обеспечивать высокие внедорожные качества транспортного средства. Аналогичными возможностями обладают конструкции с активным разделением торсионного стержня. Системы с активной гидравлической связью будут иметь ограничение в части обеспечения комфорта в движении. Не смотря на наличие специальных гидроаккумуляторов, демпфирующих колебания давления, которые вызваны возмущением от неровностей дороги, реактивное действие будет наблюдаться, особенно при высокочастотных волновых явлениях с большой амплитудой.

С точки зрения простоты реализации конструкции, минимизации участия электронных компонентов в системе управления стабилизацией, а, значит, безотказности работы, при должном качестве изготовления, системы с активной гидравлической связью являются более предпочтительным решением, нежели конструкции с активным изменением упругости торсионного стержня и конструкции с активным разделением торсионного стержня.

Таким образом, проведенный анализ позволяет сделать следующие рекомендации по использованию тех или иных видов конструкций активных систем стабилизации при проектировании/модернизации транспортных средств:

  1. Для высокоскоростных транспортных средств, с высокими требованиями к комфорту, целесообразно использовать конструкцию либо с активным изменением упругости стабилизатора и управлением величиной крена (1 тип), либо конструкцию с разделением стержня стабилизатора (2 тип). Обе конструкции способны обеспечить высокие характеристики и на бездорожье: возможность полного разобщения правой и левой сторон торсионного стержня стабилизатора обеспечивает максимально возможный потенциал хода подвески. Однако, в части обеспечения максимальной безопасности при прохождении поворотов, предпочтительнее выбор системы с активным управлением жесткости стабилизатора и величиной крена (1 тип), поскольку система такого типа способна полностью устранить крен и даже сделать его отрицательным. Общим недостатком систем 1-го и 2-го типов является увеличенная сложность конструкции и, как следствие, ее стоимость, по причине применения электронной системы управления.
  2. Для утилитарных внедорожников, важными эксплуатационными свойствами для которых являются надежность и долговечность, а также ценны невысокие требования к обслуживанию при эксплуатации – приемлем выбор в пользу конструкций систем стабилизации с активной гидравлической связью (3 тип). Благодаря минимальному содержанию электронных компонентов в составе системы управления, а иногда и полному их отсутствию, благодаря простоте конструкции, существенно снижается вероятность ограничения/потери работоспособности узлов системы. Недостатком таких систем следует считать: 1) системы 3-го типа, при наличии крена, не способна оказывать управляемое скручивание стабилизатора в целях снижения крена, в сравнении с конструкциями систем 1-го типа; 2)системы 3-го типа, при движении по неровностям на скорости, не способны полностью разобщить подвески колес относительно друг друга: колебания давления, вызванные движением по неровностям одного колеса, будут создавать реактивное действие на элементах подвески других колес, в отличие от систем 1-го и 2-го типов (здесь следует акцентировать внимание на том, что в любом случае такое реактивное действие будет существенно меньшим, в сравнении с традиционной системой стабилизации кузова).

[1] Ввиду специфики данных систем (исполнительные устройства систем интегрированы в упругие или демпфирующие элементы подвески), настоящая категория систем не рассматривается в качестве объекта анализа в рамках данной статьи.

[2] Возможны и другие варианты мест крепления гидроцилиндров – концептуально это не изменит замысел конструкторов

Для чего нужен стабилизатор поперечной устойчивости

Современные автомобили передвигаются по дорогам на высоких скоростях за счет применения в подвеске стабилизатора поперечной устойчивости. Из-за этой детали удерживать высокую скорость можно не только на прямолинейных участках. На большой скорости авто может войти в поворот, выполнять различные маневры и без проблем объезжать препятствия на дороге.

Предназначение

Данная деталь в подвеске совершенно любого авто позволяет уменьшить боковые крены кузова при повороте машины.

Если коротко, то это устройство защищает машину от опрокидывания.

Этот элемент устанавливается на большинстве современных автомобилей. Именно благодаря СПУ автомобиль устойчив, маневренный и управляемый.

Основная задача СПУ – перераспределить нагрузку между упругих деталей в подвеске при движении. Когда машина поворачивает, то кузов кренится. Крен сильно влияет на траекторию, по которой будет двигаться машина. В этот самый момент и вступает в работу стабилизатор.

Читайте также:  Автомобильная дорога, улица

Среди главных функций можно выделить:

  • Снижение кренов кузова при поворотах и маневрировании;
  • Повышение сцепления пары ведущих колес с дорожным полотном;
  • Равномерное перераспределение нагрузки, которую испытывает кузов или рама автомобиля.

Устройство

Основные элементы СПУ — это труба либо стержень из стали. Деталь имеет П-образную форму средней части. Также в устройстве имеются стойки и крепеж.

Главный элемент – это, конечно же, стержень. Представляет собой достаточно упругую поперечную распорку. Чаще всего стержни производят из пружинных марок стали.

Стойки или же тяги – это детали, которые соединяют оба конца основы-стержня с рычагом или стойкой амортизатора. Стойка стабилизатора представляет собой небольшой шток длиной от 5 до 20 см. По бокам стойки имеются шарнирные соединения – так деталь может двигаться вместе со стержнем. Шарниры для защиты от грязи и пыли оборудованы пыльниками.

Крепеж стабилизатора к кузову и подвеске выполнен при помощи резино-техничеких изделий – сайлентблоков и различных крепежных элементов, таких как хомуты, гайки, шайбы.

Стабилизатор может крепиться на подрамник или среднюю часть рамы, а также к балке моста или рычагам.

Деталь работает по принципу перераспределении нагрузок между упругими элементами. Когда происходит боковой крен или поперечные угловые колебания, то тяги или стойки стабилизатора двигаются в разные стороны – одна стойка будет подниматься, другая – опускаться. Средняя часть стержня скручивается. Со стороны крена кузова стабилизатор будет пытаться поднять машину, с другой стороны – опустить.

Чем существеннее крен, тем более значительным будет сопротивление торсиона. Так автомобиль выравнивается по отношению к плоскости дороги.

Но также необходимо понимать, что за счет особенностей своей конструкции СПУ никак не способен воспрепятствовать вертикальным колебаниям. Так, если колебание машины вертикальное, тогда оба колеса – левое и правое, будут двигаться вместе. Стабилизатор же проворачивается во втулках, на которых он закреплен.

Чтобы работа торсиона была максимально эффективной, стержень и вся конструкция должна быть достаточно жесткой. Эта самую жесткость определяют свойствами стали, формой стержня, геометрией крепежа.

Чем большей жесткостью будет обладать стабилизатор, тем большее высокую нагрузку он способен перенести с внешнего колеса. Автомобиль с жестким стабилизатором способен входить в достаточно крутые повороты.

Виды торсионов

На современном автомобиле можно встретить два вида торсионов. Это задний торсион и передний.

На задней оси данные узлы, как правило, отсутствуют.

К примеру, сзади деталь отсутствует на автомобилях с независимой задней подвеской – в качестве СПУ здесь используется специальная торсионная балка и продольные рычаги.

Преимущества и недостатки

Главное преимущество торсиона – это значительное уменьшение боковых кренов в поворотах. Если СПУ изготовлен из упругих и жестких марок стали, то водитель и пассажиры не почувствуют крен, а тяговое усилие при выходе из поворота и в самом повороте будет увеличиваться.

Пружины, амортизаторы и другие упругие элементы не способны как-либо сопротивляться глубоким кренам, когда машина входит в поворот. СПУ же данную проблему решает, но с другой стороны, если ехать прямо, то стабилизатор не так уж и необходим.

При всех явных и неявных плюсах СПУ вносит существенные ограничения в характеристики независимых подвесок. За счет колес, которые соединены со торсионом, уменьшается ход каждого колеса – это влечет за собой передачу ударов колеса с одной оси на другое.

Это актуально при езде по плохим, неровным дорогам. На бездорожье СПУ может спровоцировать вывешивание колеса, что приведет к потере его контакта с поверхностью.

А ведь полностью отказаться от СПУ не получается, но с помощью адаптивной подвески это возможно. Для этого используют активные стабилизаторы поперечной устойчивости. Это серьезная конструкция с гидравлическим или электромеханическим приводом.

Что будет если убрать стабилизатор поперечной устойчивости

Автомобилисты с опытом обслуживания своих авто считают, что стойки стабилизатора – это самые капризные детали в подвеске. И чтобы не менять их часто, многие умышленно отключат СПУ. В сети можно найти споры на форумах и сообществах о том, нужно ли отключать торсион.

На самом деле ездить без СПУ можно и ничего страшного не будет. В подвеске есть много элементов, без которых можно эксплуатировать машину. Но специалисты не рекомендуют убирать торсион, так если это сделать, то возможность подвески совершать резкие маневры в аварийной ситуации пропадает. Без торсиона в повороте машина будет крениться больше.

Также существует легенда, что водитель «Пежо 607» решил отключить СПУ и в итоге разбил поддон двигателя. Специалисты подтвердили, что неприятности возникли именно из-за неработающего стабилизатора. Естественно, это касается только обычных автолюбителей и гражданских авто, которые ездят по городским дорогам.

Ездить без СПУ можно, но не быстро. Также не рекомендуется выполнять резких маневров – это может быть небезопасным. Но в большинстве случаев, если в повороте машина уверенно стоит на всех четырех колесах, то ничего не случится.

Что такое стабилизатор поперечной устойчивости?

Конструкции самых новых авто обязательно комплектуются передними стабилизаторами поперечной устойчивости. Они снижают крен на поворотах, предотвращая опрокидывание. От этих элементов зависит подвижность, устойчивость транспортного средства. Есть автомобили, которые задними стабилизаторами поперечной устойчивости не комплектуются.

Что такое стабилизатор поперечной устойчивости, для чего он нужен

Стабилизатор поперечной устойчивости — это элемент подвески (длинный П-образный стержень), который предназначен для стабилизации крена кузова автомобиля при поворотах или неровностях. . Главная функция — перераспределить нагрузки между частями подвески. Если в легковой машине вместо традиционной задней подвески установлена торсионная балка, стабилизация не требуется.

Устройство

Типовая система стабилизации в большинстве случаев состоит из 4-х деталей:

  1. круглого, согнутого в форму П, стального стержня;
  2. двух тяг;
  3. крепежных элементов (прорезиненных втулок, хомутов).

Тяги производятся из стали, монтируются поперек кузова машины, являются главными элементами стабилизаторов. Чаще всего у тяг сложные формы, учитывающие особенности расположения под днищем других деталей.

Тягами (линками) называют детали, которыми стержни крепятся к стойкам системы амортизации (рычагам). Визуально это штоки 5-20 см, на концах которых имеются шарнирные соединения. Их предназначение — придать узлам подвижность. Шарниры защищают пыльники, которые одновременно используются для крепления к элементам подвески. При высоких нагрузках во время езды шарнирные элементы могут разрушиться. Их меняют через 20-30 тыс. километров.

На кузове стабилизаторы закрепляются при помощи 2-х шаровых опор. Сайлентблоки (прорезиненные втулки) позволяют балке скручиваться по типу торсиона, хомуты надежно закрепляют ее.

Принцип работы

Как это работает? На поворотах машина из-за центробежной силы наклоняется. На внутреннюю часть подвески нагрузка увеличивается, на внешние стойки снижается, кузов раскачивается, начинается кручение стержня. Из-за этого «заваленная» сторона кузова поднимается, противоположная опускается.

Чем больше крен, тем больше сопротивление стержня. Положение кузова выравнивается, улучшается сцепление между колесами и дорогой.

Короткое и подробное видео принципа работы стабилизатора

Преимущества и недостатки

У каждого элемента и агрегата есть свои преимущества и недостатки. И здесь исключений нету.

Главный плюс — стабилизация крена кузова при поворотах или езде по неровностям.

Недостатки стабилизации:

  • теряются преимущество независимых колес (увеличенный ход подвески);
  • у внедорожников снижается проходимость (колесо, опусканию которого препятствует стабилизатор, зависает, теряет контакт с дорогой);
  • на задней подвеске жесткая стабилизация снижает поворачиваемость авто;
  • при выходе из строя передних стоек руль начинает вибрировать, снижается управляемость.

Чтобы избавиться от недостатков стабилизации, необходимо усложнить конструкцию. Некоторые производители устанавливают электронику, которая может адаптировать стабилизацию, в зависимости от дорожных условий:

  • обеспечивается максимум жесткости на крутых поворотах;
  • на грунтовке жесткость средняя;
  • система уравновешивания обычно выключается на бездорожье.

Жесткость меняется одним из 3 способов:

  • установкой активного привода;
  • заменой гидроцилиндрами тяг;
  • заменой гидроцилиндрами втулок.

Лучший вариант первый, при котором подвеска способна самостоятельно адаптироваться во время езды. Но такие узлы дорогие, поэтому монтируются на авто бизнес-класса.

Чтобы система адаптации работала исправно, сенсоры собирают информацию по:

  • типу дорожного покрытия;
  • скорости движения;
  • стиле вождения;
  • положению кузова.

Перечень данных зависит от вида шасси. Анализом занимается блок управления. Результаты отправляются на стабилизаторы. Такая система уравновешивания подстраивается под условия почти мгновенно.

Можно ли ездить без стабилизатора поперечной устойчивости

Многие о стабилизаторах ничего не знают, не понимают, для чего они нужны, поэтому считают, что подвеска может обойтись без них. Ездить без стабилизаторов поперечной устойчивости можно по городу. Ход автомобиля становится мягче, если дорожное покрытие ровное, скорость не превышает 80 км/час. При повороте на высокой скорости машину может выбросить на обочину или в кювет.

При средних значениях скорости без переднего стабилизатора поперечной устойчивости появляется крен передней части транспортного средства, снижается управляемость. Крены повышают нагрузки на шины, бывает, что колеса поворачиваются при неподвижном руле.

Ссылка на основную публикацию