پایان نامه کارشناسی
موضوع
بررسی و مقایسه سیستم های تعلیق
فهرست
عنوان
صفحه
چکیده
1
مقدمه
2
فصل اول
1-1 وظایف عمده سیستم تعلیق
4
1- 2 جرم معلق و نامعلق
5
1-3 درجات آزادی خودرو
5
1-4 مودهای حرکتی خودرو
7
1- 4-1کارکرد
7
1- 4-2سواری
7
1-4-2-1 خوش سواری
7
1-4 -2-2 قرار پذیری
9
1-4-2-3 برانگیختگی خودرو
9
1- 4-2 – 4 احساس انسان
11
1- 4- 3 فرمان پذیری:
11
1- 4 – 4 پایداری
12
1 – 5ارزیابی عملکرد تعلیق :
13
1- 6 سازو کار های موثر بر دینامیک خودرو
15
1-7 تاثیر سیستم تعلیق بر فرمانپذیری
17
1-7 -1 دیدگاه سینماتیکی (مکانیزمی)
17
1-7- 2 دیدگاه نرمی
18
فصل دوم
2 اجزاء سیستم تعلیق
21
2-1 فنر:
21
2-1-1 انواع فنر ها
21
2-1-1-1 فنر مارپیچ :
21
2-1-1-2 فنر تخت :
23
2-1-1-3 میله پیچشی :
25
2-1-1-4 فنرهای هوایی :
27
2-2 لرزه گیر
28
2-2-2 کارکرد
29
2-2-3 ویژگی های کارکردی لرزه گیر
30
2-2-4 نصب و جای گذاری لرزه گیر
31
2-2-5 دسته بندی لرزه گیرها
33
فصل سوم
3- دسته بندی سیستم های تعلیق
36
3-1 سیستم تعلیق غیر فعال
37
3-1-1-1سیستم تعلیق ها چکیس
40
3-1-1-2 سیستم تعلیق چهار میله ای
41
3-1-2سیستم تعلیق جداگانه
42
3-1-2-1 سیستم تعلیق بازوهای پیروجلو
43
3-1-2-2سیستم تعلیق دو جناغی جلو
44
3-1-2-3ستون مک فرسون
46
3-1-2-4 سیستم تعلق چند میله ای
47
3-1-2-5سیستم تعلیق بازوی پیرو پشت
48
3-1-2-6سیستم تعلیق بازوهای نیمه پیرو
49
3-1-2-7 سیستم تعلیق محور آونگی
50
3-1-2-8 سیستم تعلیق دودیون
51
3-1-3انالیز مرکز غلت
52
3-2 سیستم تعلیق نیمه فعال
54
3- 3سیستم تعلیق فعال
66
3-3-1 تعلیق فعال
67
3-3-2سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک
74
3-3-3هیدرواکتیو 1:
81
3-3-4 هیدرو اکتیو 2 :
92
سیستم ارتفاع هوشمند:
95
3-3-5سیستم ضد نشست
99
3-3-6 تعلیق اکتیوا:
101
3-3-7هیدرواکتیو 3
106
3-3- 8 هیدرواکتیو 3+
111
3-3-9چکیدهای از سیستم های هیدرواکتیو
112
3-3-10سیستم کنترل پویای بدنه
116
3-3-11دیدگاه خریدار از سیستم های تعلیق غیر فعال و فعال
117
3-3-12چالش های تعلیق فعال
118
3-3-13 سیستم تعلیق هوائی
119
3-3-14مزیت سیستم تعلیق بادی نسبت به سیستمهای تعلیق مکانیکی
129
3-3-15 سیستم های تعلیق بادی در خودروهای سواری
132
3-3-16 سیستم های تعلیق بادی در خودروهای سنگین
133
3-3-17سیستم های تعلیق
136
فصل چهارم
4- مدلسازی سیستم تعلیق
140
4-1 مدل یک چهارم خودرو
141
4-1-2 مدل یک چهارم سیستم تعلیق نیمه فعال
144
4-2 مدل یک دوم خودرو با دو درجه آزادی برای سیستم تعلیق غیر فعال
147
4-3 مدل یک دوم خودرو با چهار درجه آزادی برای سیستم تعلیق نیمه فعال
158
4-4مدل کامل خودرو
165
نتیجه گیری
172
پیوست
174
منابع
191
چکیده
در این پروژه در فصل اول ما به وظایف سیستم تعلیق و بیان مفاهیمی از جمله جرم معلق و نا معلق – درجات آزادی خودرو و مودهای حرکتی خودرو پرداخته ایم که تاثیر بسزایی در راحتی سرنشین ها ، پایداری خودرو و فرمان پذیری خودرو دارد همچنین سیستم تعلیق را از دیدگاه سینماتیکی (مکانیزمی) و دیدگاه نرمی مورد برسی قرار داده ایم.
در فصل دوم به معرفی اجزاء سیستم تعلیق ، انواع فنرها و لرزه گیرها وی‍گی های کاربردی لرزه گیرها پرداخته ایم.
در فصل سوم به بررسی تفصیلی انواع سیستم های تعلیق پرداخته ایم که انواع سیستم های تعلیق مورد بررسی قرار گرفته به صورت تیتر وار به صورت زیر می باشد.
در فصل آخر به مدل سازی سیستم تعلیق اشاره ای داشته ایم که مدل یک چهارم – مدل یک چهارم سیستم تعلیق نیم فعال – مدل یک دوم خودرو با دو درجه آزادی برای سیستم تعلیق غیر فعال و مدل یک دوم خودرو با چهار درجه آزادی برای سیستم تعلیق نیمه فعال مورد بررسی قرار داده ایم.
مقدمه :
سیستم تعلیق خودرو به عنوان یکی از سیستم های مهم در خودرو یکی از کانون های اصلی مهندسی اتومبیل می باشد . تعلیق اصطلاحی است که به مجموعه فنر ها، کمک فنرها واهر مبندی هایی که به چرخ های خودرو متصل می گردد اطلاق می شود
در وسائل نقلیه موتوری سبک و سنگین جهت تعدیل اثرات نامطلوب ناشی از ناهمواری سطح جاده ازسیستم تعلیق استفاده می کنند . این اثرات باعث خستگی راننده و سرنشینان آن می شود به طوریکه این وضع موجب بخطر افتادن سلامتی انسان شده و نهایتاً کاهش بازده راننده و همچنین کاهش عمر مفیدقطعات خودرو را به دنبال خواهد داشت . سیستم تعلیق از همان زمان اختراع خودرو بکار گرفته شده بود و در طول زمان کاملتر شده است . این تکامل جنبه های مختلفی داشته که نتیجتاً قابلیتهای جدیدی را به دنبال آورده است . به طوریکه درصد قابل توجهی از انرژی حاصل از ارتعاشات و نوسانات ناشی از ناهممواری سطح جاده توسط فنر و دمپر سیستم تعلیق جذب و مستهلک می شود
مهمترین اهداف این پروژه به شرح زیر هستند :
-شناخت وظایف و پارامترهای مهم طراحی سیستم تعلیق
– شناخت تقابلهای موجود در طراحی
– شناخت اجزاء سیستم تعلیق
– شناخت انواع سیستم تعلیق
– شبیه سازی سیستم تعلیق
فصل اول
شناخت وظایف و تقابل های موجود در سیستم تعلیق
1-1 وظایف عمده سیستم تعلیق عبارت اند از :
مجزا نمودن بدنه خودرو از ارتعاشات تحمیلی از سوی جاده
بر قرار نمودن اتصال میان تایرو جاده
کنترل نمودن بدنه خودرو در برابر پیچش و ناوش
محدود نمودن حرکت چرخ
عملکرد بهینه در اقسام جاده
1-1 نمایش یک نوع سیستم تعلیق
1- 2 جرم معلق و نامعلق
در بررسی های دینامیکی , خودرو متشکل از دو جرم عمده زیر است :
جرم معلق1 : بخش هایی از خودرو که روی فنر ها سوار است , مانند اسکلت خوردو , موتور,سرنشین, صندلی, درب و…
جرم نامعلق2: بخش هایی از خودرو که روی فنرها سوار نیستند , مانند چرخ, محور, پوسته محور, کله گاوی و…
یکی از نکات مهم طراحی دینامیکی خودرو کاهش جرم نامعلق است, زیرا سبب حرکت خشن خودرو می گردد جرم نامعلق کنترل پذیر نمی باشد , زیرا دارای تماس مستقیم با جاده بوده و از آن پیروی می نماید , در حالیکه با طراحی درست سیستم تعلیق می توان حرکات جرم معلق را کنترل نمود برای نمونه یک چرخ را در نظر می گیریم . اگر چرخ سبک باشد , افت و خیز ان در برابر ناهمواری سطح جاده کنش کمی را به اسکلت خودرو اعمال می کند , اما افزایش وزن چرخ , سبب افزایش حرکت جرم معلق است . بنابراین در طراحی خودرو تلاش می شود تا جرم نا معلق درصد کمی از جرم خودرو باشد .
1-3 درجات آزادی خودرو
دیدگاه عمده در دینامیک خودرو نگرش اجسام صلب است، بنابراین خودرو یک جسم صلب با گستره حرکت فضایی در نظر گرفته می شود. بر پایه تعریف درجات آزادی، یک جسم صلب دارای6 درجه آزادی می باشد که حرکات متناظر با این درجات، حرکات مستقل جسم را تشکیل می دهد. بنابراین برای نمایش حرکات خودرو درجات آزادی زیر بکار می رود:
حرکت طولی3: حرکت خطی خودرو در راستای طولی
حرکت کناری4: حرکت خطی خودرو در راستای کناری
حرکت عمودی5: حرکت خطی خودرو در راستای عمودی
حرکت غلت زنی6: حرکت زاویه ای حول محور طولی
1-2 درجات آزادی خودرو
حرکت کله زنی7: حرکت زاویه ای حول محور کناری بوده و به دو حرکت کله زنی رو به جلو و کله زنی رو به عقب که در هنگام ترمزگیری و شتاب گیری ایجاد می گردد، تقسیم می گردد.
حرکت چرخ زنی8: حرکت زاویه ای حول محور عمودی
همچنین حرکات زیر در دینامیک خودرو مطرح می باشند :
حرکت موج زنی9 : لرزش خطی در راستای طولی که به نام لک زدن معروف است
حرکت تلوزنی10 : لرزش خطی در راستای کناری
حرکت جهش11 : لرزش خطی در راستای عمودی
حرکت تکان خوری12 : لرزش چرخ ها حول محور فرمان
حرکت گیج زنی13 : لرزش محور پشت حول محور طولی که به ان رقصیدن پشت نیز می گویند
1-4 مودهای حرکتی خودرو
1- 4-1کارکرد
ویژگی های کارکردی یک خودرو به طور عمده مرتبط با توانایی های شتاب گیری, ترمزدهی, چیرگی بر شیب جاده و گنجایش بار و بارکشی است . بازدهی زنجیره توان ویژگی های اصطکاکی تایر , پسای ایرودینامیکی و ارایش زنجیره توان ( جای قرار گیری موتور و محور رانش ) شاخص های کارکردی خودرو بوده , که در شتاب گیری توان موتور و در ترمزدهی ویژگی های سیستم ترمز نیز افزوده می شود لغزش و قفل شدگی تایر از پارامتر های مهم کارکردی بوده که سبب کاهش شتاب و کندش خودرو است . امروزه با بهره گیری از سیستم های پاد قفل خود (اصطکاک ایستایی ) کار کند .
1- 4-2سواری
سواری نمایشگر دو ویژگی خوش سواری14 و قرارپذیری15 خودرو است
1-4-2-1 خوش سواری
خوش سواری مرتبط با لرزه های خودرو بر اثر ناهمواری های جاده و دیگر منابع اشفتگی , تاثیرات ان بر سرنشین و جداسازی سرنشین از لرزه های خودرو است.
خودروهای جاده ای در گستره حرکتی مجاز خود می توانند در معرض پهنه گسترده ای از لرزش ها و ارتعاشات قرار گیرند این اتعاشات از طریق حواس لامسه , بینایی و شنوایی به سرنشینان منتقل می شود کلمه سواری دربرگیرنده برانگیزش های بساوایی و بینایی است , در حالی که ارتعاشات شنوایی در پهنه نوفه های صوتی قرار می گیرد مساله ارتعاش یکی از مهمترین معیارها و سنجه هایی است که خریدار با توجه به ان درباره طراحی و کیفیت ساخت خودرو قضاوت می کند از انجا که این قضاوت سلیقه ای می باشد , بزرگترین مشکل را د ر مهندسی طراحی خودرو در برخوردبا مقوله خوش سواری به عنوان قیدی از کیفیت خودرو ایجاد می کند فهم دقیق مساله خوش سواری خودرو وابسته به درک ریشه های برانگیزش خودرو , دینامیک رفتار لرزشی خودرو و احساس بدن انسان از سواری و ارتعاشات اعمالی می باشد هدف ازبررسی اسایش لرزشی خودرو , یافتن اصولی کلی است که به کمک انها بتوان لرزش های سرنشین خودرو را به گونه ای کنترل کرد که احساس ناراحتی سرنشین از یک اندازه مشخص بیشتر نشود برای دست یابی به این اهداف , نیاز به دانش و اگاهی کافی درباره احساس انسان از ارتعاشات , رفتار لرزشی خودرو و ویژگی های سطح جاده است. کیفیت اسایش خودرو به احساس سرنشین هنگام حرکت بر روی جاده وابسته است.
1-3 انتقال ارتعاشات به سرنشینان
1-4 -2-2 قرار پذیری
قرارپذیری سنجه چسبیدگی تایر و جاده است . در برخورد با ناهمواری های جاده , چرخ ها تلاش می کنند تا از شکل پروفیل جاده پیروی نمایند , اما ممکن است که از جاده کنده شده و در نتیجه سبب کاهش کنترل پذیری خودرو گردند شاخص قرار پذیری نیروهای عمودی میان تایر و جاده است , که هر چه تغییرات انها کمتر باشد , قرار پذیری مطلوبتری وجود دارد قیود سیستم تعلیق که بیانگر جابجایی بیشینه مجاز میان محور و بدنه (جابجایی اولیه سیستم تعلیق ) و جابجایی میان محور و جاده (جابجایی ثانویه سیستم تعلیق) است , نمایانگر رفتار و کیفیت قرارپذیری خودرو می باشد.
جابجایی نسبی میان محور و جاده نشانگر اندازه نیروی دینامیکی تایر است که کاهش ان سبب کاهش قرارپذیری (تماس چرخ و جاده ) و در نتیجه کاهش فرمان پذیری خودرو می شود .
1-4-2-3 برانگیختگی خودرو
چشمه های برانگیختگی لرزشی خودرو به دو گروه زیر تقسیم می شوند:
درونی : لرزه های موتور و خط رانش , نابالانسی چرخ و محور
بیرونی : ناهمواری های جاده , نیروهای ایرودینامیکی
1-4 چشمه های برانگیختگی لرزشی خودرو
ناهمواری های سطح جاده از چاله گرفته تا برجستگی ها و فرورفتگی های ان که بطورکتره ای در سطح مسیر پخش شده اند , بزرگترین سرچشمه لرزشهای بدنه خودرو می باشد که از طریق تایر و سیستم تعلیق به بدنه وارد می شود .
ناهمواری های سطح جاده ای با کیفیت متوسط کمتر از 013/0 متر است , در صورتی که ناهمواری های سطح جاده های خیلی خوب کمتر از 005/0 متر است
نیروهای دینامیکی مستقیما به خودرو اعمال می شود , در حالیکه لرزشهای موتور و خط رانش از طریق پایه های لاستیکی و نیروهای دینامیکی حاصل از بالانس نبودن چرخها , از طریق سیستم تعلیق به بدنه اعمال می گردد.
1- 4-2 – 4 احساس انسان
شاخص انسانی خوش سواری خودرو شتاب اعمالی به سرنشین است . این شتاب در برگیرنده شتاب عمودی بدنه و شتاب زاویه ای کله زنی خودرو است . بر گزینی مرز اسایشی انسان (سرنشین خودرو) به سبب نایکسانی احساس افراد از لرزه ها و نبود یک روش پذیرفته شده عمومی برای ارزیابی پاسخ انسان به ارتعاشات دشوار می باشد استاندارد هایی برای مرزهای اسایشی و واکنش انسان به لرزه های اعمالی نگاشته شده است .
انجمن مهندسین16 خودرو این مرزها را به صورت زیر دسته بندی نمونه است:
حد اسایش : حدی که انسان می تواند اعمال معمولی روزمره را به راحتی انجام دهد
حد خستگی یا راحتی : حدی که پس از ان انجام کارهای دقیق به خطر می افتد
حد تحمل : حدی که پس از ان به انسان حالت سر گیجه وبیهوشی دست می دهد
فرکانس طبیعی بدن انسان (حد اسایش ) بر پایه استاندارد ایزو 2631 بین 4 تا 8 هرتز می باشد
1- 4- 3 فرمان پذیری:
فرمان پذیری واژه ای برای نمایاندن رفتار گردشی خودرو بوده و بیانگر پاسخ خودرو به راننده و توانایی پایدار سازی مسیر حرکت در برابر نوفه ها و اشفتگی ها است. بطور کلی فرمان پذیری سنجه ای از راحتی و سادگی کنترل خودرو است . بایستی توجه کرد که واژه خوش فرمانی به صورت متقابل به مفاهیمی مانند حرکات کناری17 , چرخش18 و واکنش سمتی19 اطلاق می شود البته واژه های یاد شده ویژگی هایی عددی و کمی از خودرو در هنگام تغییر راستا و قرارگیری در برابر شتاب کناری اند , در حالیکه خوش فرمانی کیفیتی از خودرو است , که مرتبط با احساس راننده از خودرو بوده و بنابر این نه تنها ویژگی های سمتی و دینامیکی خودرو را , بلکه عملکرد کلی خودرو , راننده , جاده و … را نیز در بر می گیرد .
فرکانس طبیعی بدن انسان ( حد آسایش) بر پایه استاندارد ISO 2631 بین4 تا 8 هرتز می باشد.
1- 4 – 4 پایداری
پایداری مقوله ای مرتبط با ایمنی خودرو است. به بیانی ساده یک سیستم دینامیکی با پاسخ ازاد کراندار پایدار است. اهمیت پایداری خودرو در مانورهایی است که به بر انگیزش شدید حرکات غلت و گردش منجر می شود. در دینامیک خودرو پایداری غلتشی , چرخشی و سمتی از اهمیتی ویژه برخوردار است. در هنگام پرهیختن از تصادف, گردشهای تیز در قوسها, تغییر خط سیر خودرو , حرکت در جاده های یخ بندان و … امکان پیش امدن ناپایداریهای بالا وجود دارد .
مسئله ای که با عنوان پایداری سمتی مطرح است , عبارت است از توانایی خودرو در پایدارسازی مسیر حرکت در برابر تغییرات ورودی . خودرو یی پایدار است که پس ازحذف شوک اعمالی در زمانی کم به حالت یکنواخت و پایدار برسد , در حالیکه خودرو ناپایدار حتی پس از حذف اغتشاش ورودی با روندی افزاینده از حالت مانا دور می شود اغتشاش ورودی بر اثر عواملی چون وزش باد , گشتاورها و نیروهای اعمالی از سوی جاده , حرکات چرخ ها , ورودی راننده و … بوجود می اید راننده و خورو شکل دهنده یک سیستم کنترلی پسخوراند می باشند به سبب روشن نبودن واکنش و رفتار راننده همانندسازی سیستم راننده و خودرو امکان پذیر نبوده و در همانند سازی تحلیلی با چشم پوشی از راننده , خودرو مانند یک سیستم مدار باز مدل می شود با بررسی واکنش این مدل و مقایسه با استاندارد های دینامیک خودرو تلاش برای بررسی و بهبود پایداری خورو انجام می یابد
در بررسی پایداری سمتی حرکات غلتشی , گردشی و لغزش کناری از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و به یکدیگر کوپل شده اند , در حالیکه حرکات کله زنی طولی و جهش را می توان با گمان های مناسب از معادلات جدا نمود .
1 – 5ارزیابی عملکرد تعلیق :
رانندگان با تجربه عملکرد تعلیق را به صورت ذهنی ارزیابی می کنند . انها خودرو ها را بر روی انواع جاده ها می رانند و سیستم تعلیق را با احساس نمودن ارتعاشات صوتی و سختی تعلیق بررسی می کنند . اما احساس مردم عا دی کاذب و گاهی اوقات در شرایط یکسان قضاوت های مختلفی خواهند داشت .
در طراحی تعلیق خودرو چهار معیار خارجی ارزیابی عملکرد تعلیق وجود دارد .
اولین معیار شتاب بدنه خودرو است که به منظور ارزیابی اسایش سر نشینان مورد استفاده قرار میگیرد . شتاب بدنه خودرو به مقدار زیادی با احساس اسایش سر نشینان در ارتباط می باشد .
دومین معیار تغییر شکل دینامیکی تایر20 (نشست تایر ) است که با عملکرد فرمان پذیری ارتباط دارد . زمانی که تغییر تایر خیلی زیاد با شد . ممکن است اتصال تایر با جاده از بین برود در این وضعیت امکان از دست رفتن کنترل خودرو وجود دارد
سومین معیار تغییر شکل تعلیق است بدین معنی که تعلیق باید فضای کافی داشته باشد . زمانی که تغییرشکل تعلیق خیلی زیاد باشد امکان ضربه زدن چرخ به بدنه خودرو به سبب رانندگی خیلی خشن وجود دارد .
اخرین ملاک رفتار بدنه خودرو است هنگامی که قصد داشته باشیم بدنه خودرو را در تمام لحظات حرکت در یک سطح حفظ کنیم کله زدن , غلتیدن و پیچ زدن خیلی مهم خواهد بود .
نظر به اینکه شتاب بدنه با احساس انسان مرتبط است احساس راننده از چه ملاکی متا ثر است ؟
خودرو های مدرن تمایل به داشتن فرکانس طبیعی در حدود 2hz – 1 دارند . به این دلیل که این فرکانس خیلی نزدیک به فرکانس راه رفتن یک انسان بالغ با فاصله هر قدم 30in و سرعت 205-4mph است . تحقیقات اخیر پزشکی اثبات می کند که ماکزیمم فرکانس غیر قابل تحمل در حدود 20-200hz قرار دارد .
سر وگردن انسان به فرکانس های 18-20hz و اعضائ احشایی به فرکانس 5-7hz حساس هستند . علاوه بر این فرکانس های نوسانی بالا و برخی فرکانس های پایین احساس ناخوشایندی رابرای انسان ایجاد می کند.
برای مثال دریازدگی در نوسانات زیر 0.75HZ ایجاد می شوند . بنابر این حرکات جانبی و کله زنی می توانند راحتی و اسایش انسان را به مخاطره بیاندازند .
در طراحی تعلیق در سال های گذشته مهندسین خودرو روش های مختلفی را برای بهبود طراحی تعلیق ارائه کرده اند هر چند در نتیجه برخی تقابلات ذاتی در سیستم تعلیق طراحی خوب و کامل ان را خیلی سخت کرده است . بهترین عملکرد تعلیق در مصالحه میان خوش سواری و فرمان پذیری است . بعنوان مثال برای داشتن خوش سواری فنر و دمپر نرم مفید می باشد اما فنر و دمپر منجر به حرکت بیش از حد تایر و در نتیجه سبب از بین رفتن فرمان پذیری خواهد شد از سویی دیگر یک فنر و دمپر سخت برای فرمان پذیری خوب مناست است اما احساس ناراحت کننده ای را به همراه خواهد داشت . برای مثال خودرو های لوکس سواری برای ایجاد خوش سواری مناسب از تعلیق نرم استفاده می کنند در حالی خودرو های اسپرت به کارگیری تعلیق سخت برای بدست اوردن فرمان پذیری عالی ایجاد احساس ناراحت کننده از عملکرد تعلیق به همراه دارد . سوالی که مطرح می شود این است که ایا ما می توانیم یک تعلیق با فرمان پذیری و خوش سواری همزمان طراحی کنیم ؟
پاسخ در استفاده از سیستم تعلیق فعال می باشد در بیشتر تعلیق های غیر فعال تنها بعضی از معیار ها در مقابل بعضی معیار های که چندان مهم نیست مورد توجه قرار می گیرد.
1- 6 سازو کار های موثر بر دینامیک خودرو
زیر بخش های مهم خودرو از دیدگاه دینامیک خودرو و تاثیرات انها بر مودهای حرکتی خودرو به قرار زیر است :
سیستم تعلیق : فرمان پذیری , قرار پذیری و خوش سواری
سیستم فرمان : فرمان پذیری و فرمان دهی 21
سیستم ترمز : کارکرد ترمزی و فرمان پذیری
مجموعه چرخ : فرمان پذیری , سواری و کارکرد
از اغاز پیدایش خودرو تا کنون مطالعات و بررسی های زیادی در راستای بهبود فرمان پذیری و خوش سواری خودرو انجام پذیرفته است . با توجه به پیچیدگی های سیستم تعلیق خودرو , بیشتر مطالعات و بررسی ها بر پایه پژوهش های تجربی و داده های ازمایشگاهی استوار بوده و فرمول های پیشنهادی تنها از نتایج تجربی بدست امده است .
کارکرد خوب خودرو در مانوردهی به ویژگی های تایر , کارکرد سیستم های تعلیق و فرمان , پراکندگی سنگینی خودرو و … بستگی دارد سختی کناری تایر منبع برانگیزش نیرو های سمتی خودرو است . بنابر این پارامترهای موثر بر سختی کناری تایر بر واکنش سمتی خودرو نیز تاثیر می گذارند اگر تایر های جلو پیش از تایر های پشت اشباع شوند و قفل گردند , کنترل خودرو از دست راننده خارج شده و از مسیر مطلوب منحرف می گردد اگر تایر های پشت پیش از تایر های جلو اشباع شوند , انگاه چرخش نامطلوب حول محور چرخش رخ می دهد سازوکار تعلیق و فرمان از مهمترین عوامل تاثیر گذار بر سختی کناری تایر هستند که در هنگام حرکت خودرو بطور پویا بر پاسخ خودرو اثرمی گذارند تاثیر این سازوکارها به دو صورت زیر است :
تغییرات سینماتیکی مکانیزم های تعلیق و فرمان در هنگام چرخش
تاثیر ثابت های الاستودمپ سازوکار تعلیق
سختی و میرایی سیستم تعلیق و میله های پاد غلت به ویژه بر واکنش غلت خودرو تاثیر می گذارد و این تاثیر به سبب وابستگی حرکات غلتشی و سمتی خودرو , بر پایداری خودرو و پاسخ سمتی ان تاثیر می گذارد پراکندگی بار کناری سبب تغییر ویژگی های گردشی تایر ها و تغییر حد اشباع انها می باشد و بنابر این بر واکنش سمتی خودرو موثر است . از عوامل مهم و موثر بر پایداری غلتشی خودرو بلندی گرانیگاه است که بر اثر حرکت غلت خودرو و بسته به سازو کار سیستم تعلیق در هر ان تغییر می کند .
نیز بایستی در نظر داشت که دو کیفیت سواری و فرمان پذیری در تضاد با یکدیگرند سیستم های تعلیق با فنر بندی نرم سبب ایجاد خوش فرمانی خوب می باشند از سویی هر چه لرزه گیرها نرمتر شود , رانش راحت تر و نرم تر خواهد بود , بنابر این کمینه ضریب میرایی را بر حسب راحتی رانش و ارضای این پارامتر تعیین می کنند و برای تعیین بیشینه ضریب میرایی از مساله حفظ تداوم تماس چرخ ها با جاده استفاده می نمایند
در بررسی ارامش حرکت یا خوش سواری , حرکات کله زنی, جهش و غلت زنی از اهمیت بیشتری برخوردار می باشند , زیرا درجات ازادی تلوزنی وچرخ زنی بیشتر در هنگام دور زدن در پیچ های تند و با سرعت های بالا و با وزش باد های کناری تند بر انگیخته می شود و اتصالات بدنه و قاب به محور ها چنان است که سیستم برای این درجات ازادی دارای بسامد طبیعت بالایی است , بنابر این دامنه این حرکات به خودی خود کوچک می باشد , در حالی که درجات ازادی کله زنی , جهش غلت زنی به طور طبیعی توسط ناهمواری های جاده به سادگی بر انگیخته می شوند
حرکت موج زنی نیز بیشتر در هنگام ترمز گیری های تند برانگیخته می شود , که در این حالت پایداری خودرو اهمیت بیشتری از ارامش ان دارد . نقش این عوامل در پایداری خودرو با اهمیت است , هر چند که اثرات غلتشی موثرتر و محسوس تر می باشد
در صورت ناهمگونی چرخ ها , رینگ ها و یا لاستیک ها و نیز اسیب دیدگی توپی چرخ یا بلبرینگ , حرکت گیج زنی رخ می دهد این حرکت در ارتباط با عمر خستگی قطعات خودرو دارای اهمیت می باشد , چرا که برانگیزش این درجات ازادی بر روی زیر بخش های زنجیره توان مانند میل گاردان و دیفرانسیل تاثیر می گذارد.
1-7 سیستم تعلیق از دودیدگاه مختلف زیر بر فرمانپذیری تاثیر می گذارد:
1-7 -1 دیدگاه سینماتیکی (مکانیزمی)
مکانیزم تعلیق بدلیل تغییرات هندسی ناشی از غلتش بدنه در آن شاخص پارامتر های زیر می باشد:
ا لف) موقعیت مراکز و محور غلت: مرکز غلت221 دارای دو تاثیر عمده زیر است:
-1 اندازه بلندی مرکز غلت شاخص جابجایی کناری بار و نیز نیروی قیچی گر 23 اعمالی به بدنه بر اثرنیروهای کناری اعمالی به خودرواست. با افزایش ارتفاع مرکز غلت نیروهای قیچی گر افزایش می یابند، که این نیروها سبب بلند شدن بدنه شده و اثری نا مطلوب بر پایداری خودرو دارند.
2)فاصله مرکز غلت تا گرانیگاه شاخص بازوی گشتاور غلتشی جرم معلق است. با افزایش این بازوخودرو تمایل بیشتری به غلتیدن بر اثر نیروهای کناری دارد.
کاهش تغییرات کناری مرکز غلت بر اثر غلت بدنه سبب افزایش پایداری است. در مدل های جدیداین سیستم تعلیق تلاش می شود تا مرکز غلت بیرون خودرو قرار گیرد تا در هنگام برخورد با برآمدگی کمبر مثبت ایجاد شود و پایداری خودرو افزایش یابد.
ب) غلت فرمان: به تغییرات زاویه ای فر ماندهی چرخها به سبب تغییرات زاویه ای غلتش بدنه،غلت فرمان 24 گویند. این ساز و کار با ایجاد زاویه ای فرماندهی ثانویه سبب تغییر زاویه لغزش و درنتیجه تغییر نیروی کناری و گشتاور برگردان تایرها است.
ج ) لغزش کناری چرخ ها: ایجاد لغزش کناری در چرخ ها به سبب سرعت غلتشی بدنه را لغزش کناری چرخ 25 گویند. این ساز و کار به سبب ایجاد سرعت کناری ثانویه در چرخها سبب تغییر زاویه حمله تایر و در نتیجه تغییر زاویه ی لغزش تایر ها می باشد این ساز و کار بر رفتار مانای فرمان پذیری تاثیری ندارد.
د) زاویه کمبر: تغییرات زاویه کمبر 26 چرخ ها به سبب تغییرات زاویه ای غلتش بدنه. این پدیده سبب ایجاد نیروی کناری ثانویه در تایرهاست. در سیستم های نوین تلاش بر این است که با بیرون قراردهی مرکز غلت نسبت به خودرو، در بر خورد با برآمدگی ها، چرخ ها کمبر مثبت یافته و پایدار ی چرخشی خودرو افزایش یابد.
1-7- 2 دیدگاه نرمی 27
پارامتر های سختی و میرایی سیستم تعلیق نقشی اولیه در خوش سواری و نقش ثانویه در خوش فرمانی خودرو دارد. روال مرسوم بهینه سازی این پارامترها با توجه به اثرات متضاد این پارامتر ها برخوش سواری و خوش فرمانی، با تابع هدف خوش سواری ضمن ارضای قیود خوش فرمانی می باشد.این ضرایب از راه های زیر بر فرمانپذیری تاثیر می گذارند.
الف ) گشتاور غلتشی : گشتاور غلتشی اعمالی به جرم معلق که به سختی و میرایی غلتشی خودروذوابسته است، تعیین گر رفتار غلتشی خودرو است. و تراکنش میان حرکت غلت و حرکات سمتی سبب تغییر ویژگی های فرمان پذیری خودروست.
ب ) جابجایی کناری بار: به سبب حرکت غلت خودرو و نیز شتاب گریز از مرکز در هنگام گردش بار، تایر های درونی کم بار تایرهای بیرونی زیاد می شود. پدیده ی جا بجایی کناری بار دارای سه مولفه غلت بدنه، بلندی مرکز غلت و جرم نامعلق است. به سبب رفتار ناخطی نیروهای کناری تایرها نسبت به بار، افزایش جابجایی کناری بار سبب کاهش میانگین ضریب خطی کناری تایرها شده و برای جبران آن زاویه لغز ش افزایش می یابد. اگر توزیع گشتاور غلت در محور جلو بیشتر باشد(که به این معنا است که سختی غلت جلو بیشتر است) آنگاه جابجایی کناری بار بیشتر بوده و تمایل به کم فرمانی ایجاد می شود. و بالعکس مولفه جابجایی کناری بار پایه ای برای تنظیم و بهبود ویژگی های فرمان پذیری خودرو می باشد.
ج)قرار پذیری : یکی از اصول طراحی تعلیق ایجاد سواری خوب با کمینه تغیییرات نیروی جهشی میان تایر و جاده است. کاهش این نیرو سبب کاستی در چسبندگی تایر و جاده و ایجاد تمایل به نا پایداری است.
د) نرخ سختی چرخ: نرخ سختی چرخ28 عبارت است از نسبت تغییر طول فنر یا کمک فنر به تغییرارتفاع تعلیق (مرکز چرخ) در سواری ها نرخ سختی چرخ ثابت و یا دارای افزایش آرامی متناسب با ارتفاع می باشد. که سبب پدیده ی نرخ افزاینده تعلیق است. رسیدن به این پدیده با طراحی خوبمکانیزم تعلیق به سادگی و با تغییر ساختار فنر و کمک فنر به سختی انجام پذیر است.
فصل دوم
اجزاء سیستم تعلیق
2 اجزاء سیستم تعلیق
یک سیستم تعلیق دارای اجزای بسیاری می باشد، اما اصلی ترین اجزای آن فنر و کمک فنر می باشد؛ به همین خاطر ابتدا به بررسی کارکرد این دو سیستم پرداخته می شود
2-1 فنر:
قسمتی از سیستم تعلیق می باشد که وزن خودرو را تحمل کرده، ارتفاع خودرو را در حد استانداردش ثابت نگه داشته و ضربات جاده را نیز دفع می کند.فنرها که اغلب میله ها یا حلقه های فولادی انعطاف پذیری هستند، به شاسی و اتاق خودرو اجازه می دهند تا بدون اخلال در حرکت خودرو،دست اندازها را یکی پس از دیگری پشت سر بگذارد.
2-1-1 انواع فنر ها
2-1-1-1 فنر مارپیچ29 :
نوع معمول و شناخته شده فنر می باشد، که یک میله پیچیده شده(حلقه شده) فولادی است، قطر و ارتفاع حلقه،قدرت و مقاومت فنر را تعیین می نماید.
افزایش قطر میله، باعث افزایش قدرت فنر می گردد، در حالیکه افزایش طول آن باعث افزایش انعطاف پذیریش خواهد شد.
مقدار وزنی که برای فشردن یک فنر مارپیچ به میزان 1 اینچ لازم است را نرخ فنر(Spring Rate) می نامند. این مقدار برای اندازه گیری قدرت فنر استفاده می شود ، و می توان آنرا را نرخ فشردگی فنر نیز اطلاق کرد.
2-1 : فنر مارپیچ
برای مثال اگر 100 پوند وزن لازم باشد تا فنری با حلقه های مساوی در ارتفاعش 1 اینچ فشرده شود، برای اینکه همین فنر 2اینچ فشرده شود نیاز به 200 پوند وزن می باشد، اما این فرمول فقط برای فنرهایی صادق است که فشردگی حلقه های یکسانی دارند، در فنرهای پیشرفته،(Spring Progressive ) یک فنر دارای نرخ های مختلف در نقاط مختلفش می باشد. این فنرها به دو روش ساخته می شوند، در روش اول ، فنر در قسمتهای مختلف ارتفاعش، دارای ضخامتهای مختلفی است، و در نوع دوم که نوع متداولتری است فشردگی فنر در قسمتهای بالاتر بیشتر است. اصولا فنرهای چند نرخی باعث می شوند تا در زمان خالی بودن خودرو، قسمتی که دارای نرخ کمتری است وارد عمل شده و سواری نرمتری را فراهم نماید و در هنگام اعمال وزن نیز، قسمت با نرخ بالا وارد عمل شده و ساپورت و کنترل بهتری را برای وسیله نقلیه فراهم می سازد.
محاسن : فنرهای مارپیچ به هیچ تنظیمی نیاز نداشته واکثرا بدون خرابی می باشند.
معایب : این فنرها از لحاظ تحمل وزن محدودیت داشته و همچنین احتمال ضعیف شدنشان هم وجود دارد، که این امر باعث بر هم خوردن تنظیم هندسی و ارتفاع خودرو و فرسودگی تایرها و دیگر قطعات خودرو می شود. بااندازه گیری ارتفاع خودرو و مقایسه آن با میزان مشخص شده ، می توان از ضعیف شدن فنرها آگاه شد.
موارد مصرف : این نوع فنر، در اغلب خودروهای سواری امروزی، استفاده می شود.
2-1-1-2 فنر تخت :
فنرهای تخت30 در دو نوع تک ورقی و چند ورقی عرضه می شود، این فنرها مانند فنرهای مارپیچ برای جذب ضربه جمع نمی شوند، بلکه خم می شوند. نوع چند ورق شامل چند صفحه فولادی انعطاف پذیر با طول های مختلف می باشد،که بر روی یکدیگر قرار گرفته اند و در مواجه با ضربات جاده خم شده و بر روی یکدیگر می لغزند. در نوع تک ورق نیز که عمدتا از نوع باریک شونده می باشد، تنها یک ورق فلزی که در وسط کلفت تر از طرفین می باشد،مورد استفاده قرار می گیرد، این نوع از فنرهای تخت عمدتا از کامپوزیتها ساخته می شونداما نوع فولادی آن نیز یافت می شوند. فنرهای تخت عمدتا به صورت مجزا برای هر چرخ استفاده می شوند که در طول خودرو و در زیر هر چرخ نصب می شوند، اما برخی کارخانجات نیز، از نوع متقاطع( ضربدری) آن برای هر دو چرخ استفاده می کنند. فنرهای تخت بوسیله یک رابط U شکل به اکسل خودرو متصل می شوند واز دو طرف نیز به شاسی وصل می گردند.
2-2 : انواع فنرهای تخت به کار رفته در خودرو
محاسن : این نوع از فنرها توانایی ساپورت وزنهای زیاد را دارا بوده و سواری نرمتری را برای خودروهای سنگین به ارمغان می آورند.
معایب : نیاز به جای زیاد، وجود اصطکاک بین ورقه های فنر و ایجاد صدای ناشی از لغزش فنرها بر روی یکدیگر( با نصب ورق های پلاستیکی بین ورقه های فنر قابل حل است ) و همچنین نیاز به سرویس و نگهداری
از معایب این فنرها محسوب می شود
موارد مصرف : این نوع از فنرها بیشتر در خودرو های سنگین، وانت بارها، برخی ((SUV ها (در مورد وانت های جدید نظیر SUV ها فقط برای چرخ های عقب استفاده می شود) و حتی برخی خودروهای سواری قدیمی نظیر پیکان دیده می شود.
2-1-1-3 میله پیچشی31 :
در این نوع از فنر، میله فولادی نه جمع شده و نه خم می شود بلکه در خود می پیچد، میله پیچشیکه یک شکل استبه صورت عرضی در یک L میله صاف یا سمت به شاسی وصل شده و در سمت دیگر به قسمت مترکی از سیستم تعلیق متصل می شود، در هنگام مواجه با ضربه، میله پیچشی در خود پیچ خورده (می تابد) و رفتار یک فنر رااز خود بروز می دهد . میله های پیچشی برای تبدیل حرکت عمودی خودرو به حرکت پیچشی در سطح افقی خود، در یک سمت شیاردار می باشند .
2-3 : کاربرد میله پیچشی در سیستم تعیلق
2-4 : فنر پیچشی
محاسن : قیمت کمی دارند نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند، قابل تنظیم بوده و فضای کمی نیز اشغال می کنند ازاینرو در مواردی که فضای کافی برای فنر مارپیچ وجود نداشته باشد، از این نوع استفاده می گردد.
معایب : راحتی و نرمی حاصل از فنرهای مارپیچ را دارا نیست.
موارد مصرف : اصولا برای اکسل عقب خودروها طراحی شده، در خودروهای موجود در کشور بر روی اکسل عقب پژو 206 و 205 موجود می باشد.
2-1-1-4 فنرهای هوایی32 :
نوع دیگری از فنرها می باشد که در حال رواج یافتن می باشد. فنر هوا یک سیلندر لاستیکی است که با هوای فشرده پر شده و پیستونی که به اتصالات پایین چرخ متصل است با حرکت خود در این سیلندر باعث فشردگی هوا و ایجاد حالت فنریت خواهد شد. اگر میزان وزن خودرو تغییر نماید نیز، یک والو در بالای سیلندر هوا باز شده
2-5 فنر هوایی
تا به مقدار هوای داخل سیلند ربیفزاید (یک کمپرسور این هوا را تامین می کند)و این امر باعث می شود تا خودرو با وجود افزایش بار وارده، در ارتفاع ثابت خود باقی بماند.
محاسن : نرمی بسیار بالا مانند غوطه وری در هوا
معایب : پیچیدگی سیستم و قیمت بالای آن
موارد مصرف : برای خودروهای سواری، وانت ها و کامیون های سبک در حال رایج شدن می باشد.
2-2 لرزه گیر
2-2-1 کاربرد
فنر در برابر برانگیزش بیرونی تغییر شکل داده و انرژی ذخیره می کند با حذف برانگیزش , انرژی ذخیره شده ازاد می شود ازاد سازی انرژی در فنر همراه با لرزش است . دامنه و بسامد ارتعاشات و اندازه میرایش نوسانات وابسته به سختی و بار فنر می باشد افزایش سختی فنر سبب کاهش دامنه و افزایش بسامد لرزش ها می گردد و نیز میرایش فنر را افزایش می یابد , بنابراین با این نگرش فنر سخت بهتر از فنر نرم است
اگر فنر در سیستم تعلیق قرار داشته باشد مجموعه سیستم نیز همراه فنر ارتعاش می نماید بنابراین کلیه قسمتهایی که جزو سیستم تعلیق هستند بر فنرهای موجود در دستگاه فنر بندی تحمیل شده و مدت ارتعاش را طولانی می نمایند .
2-6 : تاثیر افزایش میرایی بر نوسانات خودرو
حال اگر فنری از سیستم تعلیق را در نظر بگیریم که بعلت ناهمواریهای جاده به نواسان در می اید هنوز نوسانات قبلی به طور کامل مستهلک نشده که ناهمواریهای دیگر جاده مجددا ان را به نوسان در می اورد و اگر این عمل چندین بار تکرار شود و اتفاقا دامنه نوسانات نیز با یکدیگر تطبیق نماید اثر این نوسانات با یکدیگر جمع شده و حالت بحرانی یا رزونانس بوجود می اید و ارتباط چرخ با جاده قطع می شود و در نتیجه راننده تسلط خود را از دست می دهد برای حل این مشکل وسیله ای لازم است که بتواند نواسانات فنر را سریعا مستهلک کند که این وسیله لرزه گیر33 نامیده می شود .
بایستی توجه نمود که به جای واژه کمک فنر , واژه لرزه گیر بکار رود , زیرا وظیفه این وسیله کاهش ارزش می باشد , در نتیجه کارش مخالف کار فنر است و بازی فنر را کاهش می دهد .
لرزه گیرها کاربردهای فراوانی دارند در هر سازوکار و سازه لرزنده ای نیاز به کنترل اتعاشات و میرایش لرزه ها است . لرزه گیر انرژی جنبشی را به گرما تبریل می نمایند . یکی از ویژگی های مهم لرزه گیر کاهش و محدود سازی دامنه تشدید سیستم است .
لرزه گیر به همراه فنر در سیستم تعلیق خودرو نیازهای اساسی خوش سواری و فرمان پذیری را دیکته می نماید وظایف این دو بخش به قرار زیر است :
* جلوگیری و کاهش لرزش های بدنه و جدایش سرنشین خودرو از نوفه های اعمالی
* ایجاد قرار پذیری مناسب چرخ و جاده با کنترل لرزش های جرم نامعلق
2-2-2 کارکرد
در سیستم تعلیق , فنر و لرزه گیر به صورت موازی بسته می شوند در هنگام فشردگی فنر , لرزه گیر به اسانی فشرده می شود , اما هنگام کشیدگی فنر , لرزه گیر به کندی باز می شود .
هنگام فشردگی لرزه گیر روغن از سوراخ های درشت تر دریچه ان جابجا می شود و بنابر این به سادگی فشرده می شود اما هنگام کشیدگی برگشت روغن به جای نخستین خود , از سوراخ های کوچکتر انجام می گیرد در اثر برگشت روغن ازسوراخ های کوچک نیروی اصطکاک روغن بالا رفته و انرژی مکانیکی فنر به انرژی حرارتی روغن تبدیل می گردد و سپس گرمای روغن در فضا پخش می شود .
هر چه حرکات سریعتر باشد نیروی دمپر بیشتر خواهد بود دمپینگ بوسیله سوپاپها کنترل می گردد سوپاپها شامل چندین واشر فنری که رابط محفظه بالای پیستون و قسمت پایین سیلندر است , می باشد یک فنر حلقوی نرم برنه سوپاپ ترکیب شده اند واشرهای اب بندی به اینصورت ساخته می شوند که از نشت روغن و ورود گرد و خاک از بیرون به لرزه گیر جلوگیری می کند لرزه گیر توسط دو اتصال لاستیکی به خودرو محکم شده است .
2-2-3 ویژگی های کارکردی لرزه گیر
نمودار 2-7-1 خم ویژگی های نیرو– جابجایی لرزه گیر است . با نگاه به لرزه گیر می توتن متوجه شد که فشدگی لرزه گیر آسانتر از کشیدگی آن است(ضریب میرایی در فشردگی کمتر است)
:The damping2 -7-1
forces on the production test
stand can be measured at
n = 100 min-1 with increasing
strokes to determine the curve.
Damping characteristic of a shock absorber with by-pass technology.:2-7-2
Compared with a traditional shock absorber
2-2-4 نصب و جای گذاری لرزه گیر
چگونگی قرار دهی لرزه گیر میان شاسی و محور (جرم معلق و جرم نامعلق ) در کارایی ان بسیار موثر است , زیرا افزایش جابجایی مایع (بر اثر برخورد با ناهمواری های جاده ) سبب نرم تر شدن کارکرد لرزه گیر وبهبود ویژگی های میرایشی ان می شود بنابر این بهترین حالت قرار دهی چنان است که تغییر طول لرزه گیر برابر جابجایی میان محور شاسی باشد که با نصب عمودی لرزه گیر حاصل می شود هر چند که همواره قرار گیری عمودی لرزه گیر امکان پذیر نمی باشد در بیشتر موارد لرزه گیر گج سوار می شود و نه عمودی زیرا :
توانایی میرایش لرزه های کناری
افزایش پایداری خودرو
جلوگیری از صدمه دیدن بعضی از قسمتهای خود لرزه گیر
جای مناسب برای قرار دهی لرزه گیر
جلوگیری از کثیف شدن ان .
2-8 : نحوه قرار گیری لرزه گیرها
برای جایگذاری اتصالات لرزه گیرها ; ملحقات لاستیکی مورد نیاز است . غالبا انها اتصالات حلقوی هستند که در انها لاستیک اتصال تحت پیچش است . بوسیله پرس شدن در بوش فولادی اتصالات قائم پینی در ابتدا و انتها می توانند مورد استفاده قرار گیرند البته در هر دو انتهای لرزه گیر به همین صورت است . معمولا اتصالات رینگی بدلیل عمر سرویس بیشتر مزیت دارند در نقاط اتصال بالایی و پایینی لرزه گیرها باید در تنظیم با یکدیگر با رعایت موقعیت ساختمان خودرو باشند و در موقعیت وسط اکسل نصب شوند از این راه می توان از فرسایش زودرس لرزه گیر جلوگیری کرد
به سبب فاصله میان لرزه گیرهای یک محور گشتاوری ایجاد می شود که با نزدیک شدن به خط میانی محور , اندازه ان کاهش می یابد هر چند که جای قرار گیری لرزه گیر به پیش بینی طراح وابسته است و بسته به ملاحظات طراحی گاهی نیاز است که لرزه گیرها در فاصله دوری نسبت به خط میانی محور سوار گردند
ویژگی های کارکردی یک لرزه گیر به راستای قرار گیری ان وابسته است . روش های عمده نصب لرز گیر میان شاسی و محور به قرار زیر است :
قرار دهی عمودی : که در این طریقه لرزه گیر بطور عمودی میان محور و شاسی قرار می گیرد و همانطور که اشاره شد قادر به کنترل بیشتر عمل فنر می باشد در این طریقه لرزه گیر کمتر می تواند لرزشهای عرضی را کنترل نماید
قراردهی طولی : اکثرا طریقه مونتاژعمودی با مسائل زیادی روبرو می شود که لازم است برای فرار از انها لرزه گیر را تحت زاویه ای نسبت به محور عمودی بین شاسن و اکسل قرار داده و معمولا در این دوش قسمت فوقانی لرزه گیر را به طرف جلوی اتومبیل متمایل می کنند این عمل قسمت محافظ لرزه گیر را از اصابت سنگ و گل جاده محفوظ نگه می دارد البته در این طریقه نیز حتی المقدور سعی می شود لرزه گیر به خط عمود نزدیک تر باشد و مقدار انحراف بر حسب توصیح طراحان نبایر از 40 درجه بیشتر باشد زیرا در این صورت عمل لرزه گیر با حدود ی شایسته است اما اگر انحراف از مقدار مذکور زیاد تر باشد مقدار انتقال مایع بسیار کم شده و تغییرات طول لرزه گیر از تغییرات فاصله محور و شاسی خیلی کمتر خواهد شد در این حالت لرزه گیر مثل حالت قبل قادر به کنترل لرزش های کناری محور نخواهد بود .
قراردهی کناری : دور بودن از اصابت سنگ و گل جاده و مهمتر از همه کنترل ارزش و نوسانات عرضی اطاق بر روی محور باعث برتری این طریق نصب بر روشهای دیگر می گردد در این مورد نیز نبایستی انحراف لرزه گیر بیش از 40 درجه باشد وتا انجا که ممکن است نقاط نصب را به محور عمود نزدیک تر می کنند البته هر چه نقاط نصب به محور عمود نزدیک بشود خاصیت کنترل نوسانات عمودی بهتر و کنترل لرزشهای عرضی کمتر خواهد شد
2-2-5 دسته بندی لرزه گیرها
لرزه گیرها از طریق ایجاد اصطکاکهای مختلف انرژی های پتانسیل و جنبشی فنر و اطاق را به حرارت تبدیل می کنند لرزه گیرهایی که در خودرو به کار می روند , بسته به ساختار و چگونگی میرایش لرزش به سه گروه زیر دسته بندی می شوند :
اصطکاکی
گازی
روغنی
2- 9 : لرزه گیره گازی
فصل سوم
معرفی ودسته بندی
سیستم های تعلیق
3- دسته بندی سیستم های تعلیق
سیستم های تعلیق خودروهای سواری دارای انواع گوناگونی می باشند که از دیدگاه ساختار، کارکرد و کاربرد تفاوتهای بنیادین با یکدیگر دارند. این خانواده از سیستم های بسیار ساده ، مانند محورهای یکپارچه آغاز شده و تا سیستم های تعلیق پویای زانتیا ادامه دارد.
سیستم های تعلیق بر پایه کاربرد شان مانند خودرو های سواری، سنگین، مسابقه ای و… ونیز بر پایه یک سری از محدودیت ها مانند هزینه سیستم ، جای گیری زیر بخش های سیستم ، آرایش زنجیره توان ، جای قرار گیری موتور و محور رانش چرخ ها و… می توانند انواع گوناگونی داشته باشند. به طور کلی نگرش های عمده در دسته بندی سیستم های تعلیق به قرار زیر می باشند:
* دسته بندی بر پایه وابستگی محوری و کنش میان چرخ های درونی و بیرونی
* دسته بندی بر پایه جای قرار گیری و سوار شدن در راستای طولی خودرو
* دسته بندی بر پایه توان رانشی محور
* دسته بندی بر پایه هندسه و سازوکار
* دسته بندی بر پایه ضرایب سختی و میرایی
دسته بندی بر پایه پارامترهای سختی و میرایی
سیستم های تعلیق بر پایه پارامترهای سختی و میرایی به قرار زیر دسته بندی می شوند :
* سیستم های تعلیق غیر فعال
* سیستم ها ی تعلیق فعال
o سیستم های تعلیق فعال
o سیستم های تعلیق نیمه فعال
3-1 سیستم تعلیق غیر فعال(passive)
در سیستم تعلیق غیرفعال هیچ منبع انرژی وجود نداشته و این سیستم تنها توانایی بازیابی و میرایش انرژی را دارد. بنابر این اثرات ناخواسته و ناراحت کننده حرکات غلتش بدنه در هنگام چرخش خودرو ، کله زدن بدنه در هنگام شتاب گیری و ترمز دهی ، بلند شدن و جابجایی های بدنه نسبت به نسبت به سیستم تعلیق در هنگام چرخش پایدار خودرو و… هیچگاه از بین نمی رود.
3-1 : سیستم های تعلیق غیر فعال
تغییر ارتفاع خودرو تاثیر زیادی بر چگونگی فرمان پذیری و جهت دهی آن دارد، زیرا افت وخیز جرم معلق سبب تغییربار و زاویه گیری چرخ های خودرو نسبت به وضعیت پایدار آغازین آنها می گردد. همچنین در این سیستم چسبندگی تایر و جاده در هنگام مانوردهی تند کاهش یافته و بنابر این از قرار پذیری مناسبی برخوردار نمی باشد.
یکی ازکاستی های بزرگ این سیستم ناتوانی آن درکاهش تغییرمکانهای ایجاد شده دربارگذاری های استاتیکی است که سبب نشست استاتیکی خودرو می شود. این مشکل تاثیر زیادی بر آیرودینامیک خودرو(ضریب پسا) ، فاصله بدنه خودرو از سطح زمین و زاویه مناسب نور چراغ های خودرو دارد،زیرا این بارگذاری سبب پایین رفتن پشت خودرو و بالا آمدن جلوی آن است.نیز دراین سیستم بار استاتیکی سبب کاهش فرکانس طبیعی سیستم است ، زیراضریب سختی ثابت بوده و با افزایش جرم معلق بسامد طبیعی و نیز بازه بسامدی ارتعاشات مجاز خودرو کاهش مییابد.
2=k/m
این سیستم برای شرایط جاده ای ویژه ای طراحی شده و با تغییر شرایط عملی جاده نسبت به شرایط طراحی شده رفتار و واکنش خودرو از حالت مطلوب دور می شود . بنابر این از خوش سواری مناسبی برخوردار نمی باشد، زیرا ناهمواری جاده را به سرنشین منتقل می کنند.
3-1-1سیستم های تعلیق یکپارچه
در سیستم های تعلیق یکپارچه همراه با محورهای پیوسته چرخ ها در دو انتهای یک تیر یکپارچه قرار داشته و حرکات هر یک از چرخ ها به دیگر ی منتقل می شود . بنابر این حرکات وابسته دو چرخ سبب تغییرات زوایای فرمان و کمبر در هر دو چرخ است . سیستم های تعلیق یکپارچه محرک ( که محور زنده نیز نامیده می شوند ) در محور پشت بسیاری از سواری ها و کامیون ها و همچنین در محور جلو بسیاری از کامیون های چهار چرخ رانش به کار می روند محور های یکپارچه تیر صلب در جلوی بیشتر کامیون های سنگین که دارای ظرفیت حمل بار زیادی می باشند به کار می رود . یکی از برتری های سیستم های محور پیوسته نبود وابستگی زاویه کمبر چرخ ها به غلتش بدنه است . بنابر این تنها زاویه کمبر کمی در هنگام چرخش ایجاد می گردد که این مقدار ناشی از فشار تایر بیرون قوس است . همچنین تنظیم چرخ ها تغییر نمی کند بنابر این سایش چرخ ها کاهش می یابد کاستی عمده سیستم تعلیق یکپارچه با محور فرمان پذیر , امادگی ان در برابر لرزش های فرمان بر خاسته از پدیده شیمی است .
3-2-1: Solid-axle, coil-spring
3-2-2: Solid-axle, leaf-spring
3-1-1-1سیستم تعلیق ها چکیس
یکی از گونه های اشنای محور های یکپارچه محرک , سیستم تعلیق ها چکیس34 است . در این سیستم محور چرخ ها با یک فنر تخت بیضی گون مهار شده است و محور گردان طولی با لولای چهار شاخ حرکت را به ان منتقل می نماید
در این سیستم فنر ها به صورت طولی قرار گرفته و در دو انتها به بدنه اتصال و محور به وسط ان متصل شده است .
3-3 :سیستم تعلیق هاچکیس
فنر های تخت از ساده ترین و ارزانترین گونه های فنر بندی می باشند علیرغم نرمی عمودی این فنر ها در راستاهای کناری و طولی نسبتا سخت بو ده و بنابر این نیرو های گوناگون را در این راستا ها از جرم معلق به جرم نا معلق انتقال می دهد سیستم تعلیق ها چیکس تا سال 1960 میلادی به گستردگی در محور پشت خودرو های سواری به کار می رفته است و هنوز هم در بسیاری از کامیون های سبک و سنگین به کار می رود .
کاستی فنرهای تخت در خودرو های سواری به سبب اصطکاک ذاتی میان لایه های فنر و نیز کاهش پایداری کناری خودرو بر اثر استفاده از فنر های بلند تر با نرخ فنریت کمتر می باشد. استفاده از فنر های نرم تر به سبب نرمی زاویه این بیشتر در راستای محور چرخ ها نیازمند استفاده از یک بازوی پیرو است تا در برابر گشتاور های ترمزی واکنش نشان دهد همچنین باید در برابر گشتاور های رانشی بیشتر که در خودرو های پس از جنگ جهانی عمومیت یافته است واکنش نشان دهد .
3-1-1-2 سیستم تعلیق چهار میله ای
به سبب کاستی های فنر بندی فنر های تخت سیستم تعلیق چهار میله ای پشت که در شکل نمایانده شده است در د هه های اخیر خودرو های سواری بزرگتر با محور یکپارچه و پشت رانش ایجاد گردیده است . بازوی کنترل گر پایینی کنترل طولی محور را و بازوی بالایی گشتاور های ترمزی – رانشی و نیروهای کناری را جذب می کند می توان دو بازوی بالایی را بایک بازوی مثلثی ساده جایگزین کرد با این حال از نظر کارکر د شبیه همان چهار میله ای می باشد کاربرد فنر های مارپیچ ( یا فنر های بادی ) به جای فنر تخت در این سیستم ها, خوش سواری بهتری را ارایه می کند همچنین از دیدگاه ارتعاشی و لرزشی بهتر است زیرا اصطکاک خشک کلمب که از کاستی های فنر های تخت است از بین می رود .
3-4 سیستم تعلیق چهار میله ای
3-1-2سیستم تعلیق جداگانه
در سیستم های تعلیق جداگانه35 بر عکس محور های یکپارچه اجازه حرکت عمودی به هر چرخ بدون تاثیر بر چرخ دیگر داده می شود امروزه در بیشتر سواری های و کامیون های سبک از سیستم تعلیق جدا گانه در محور جلو استفاده می شود به سبب فضای خالی که برای موتور و جود دارد و همچنین مقاومت بهتر در برابر لرزه های فرمان (لنگی و لرزش های شمی چرخ ) . در فنر بندی های جداگانه سختی غلتشی بیشتر ی در ارتباط با نرخ عمودی فنر ها وجود دارد که یک برتری مح0سوب می گردد
نخستین فنر بندی جدا برای محور جلو در اغاز این قرن ایجاد شد موریس اولی برای اعتبار بخشیدن به ان بسنار تلاش کرد 8, 7. او تشخیص داده بود که استفاده از این سیستم سبب کاهش لرزه و لنگی چرخ می شود ( به سبب جدا کردن و مجزا ساختن چرخ ها و تقسیم سنگینی خودرو بین دو چرخ ) . برتری های دیگر این سیستم ها به قرار زیر است .
* سادگی کنترل مرکز غلت با گزینش هندسه بازو های کنترلی
* توانایی کنترلا تغییرات فاصله جای پا یا گام محور بار اثر فراز و فرود چرخ
تغییرات بیشتر فنر بندی
* سختی غلت بیشتر به ازای ترخ فنریت عمودی ثابت
3-5 :سیستم تعلیق جداگانه
3-1-2-1 سیستم تعلیق بازوهای پیروجلو
یکی از طرح های بسیار ساده و اقتصادی سیستم تعلیق جدا گانه جلو سیستم تعلیق بازو پیرو36 است . که توسط فولکس واگن و پورشه در زمان جنگ جهانی دوم استفاده می گردیده است .
3-6 :سیستم تعلیق بازوهای پیروجلو
این فنر بندی که در شکل نمایانده شده است که در ان از دو بازو پیرو برابر و هم راستا که انتهای انها به میله پیچیشی (که فراهم گرویژگی های فنری سیستم است ) متصل است , استفاده شده است . با چنین طرحی چرخ ها به موازات بدنه قرار گرفته و در هنگام غلتش بدنه زاویه کمبر می یا بند
3-1-2-2سیستم تعلیق دو جناغی جلو
سیستم تعلیق دو جناغی37 یا بازو کوتاه و بلند جلو یکی از طرح های بسیار عمومی در فنر بندی جلو خودرو های امریکایی پس از جنگ جهانی دوم که از دو بازوی کنترلی کناری برای نگهداری چرخ مطابق شکل استفاده می کند اغلب بازوهای بالایی و پایینی دارای طول های نا برابر می باشند و به این دلیل ان را فنر بندی بازوی کوتاه و بلند می نامند در امریکا به این بازو ها بازو های A شکل می گویند و در انگلیس جناق می گویند البته گاهی این پیکره بندی تغییر می کند به طور نمونه بازوی بالایی با یک میله کناری جایگزین شده و یا بازوی پایینی با یک میله کناری و یک ستون نگهدارنده کششی زاویه دار جایگزین می شود اما ازنظر کار کرد یکی است .
3-7-1 : سیستم تعلیق دو جناغی جلو
سیستم تعلیق دو جناغی به ر احتی با خودرو های موتور جلو و پشت رانش سازگار است به سبب فضای زیادی که برای بستن طولی موتور ایجاد می کند به علاوه برای خودرو های با قاب جدا گانه که فنر بندی را نگهداری می کند و بارها را جذب می کند مناسب است .
طراحی هندسی سیستم تعلیق دو جناغی بایستی به دقت انجام شود تا کار کرد خوبی داشته باشد به سبب نابرابری بازوها, هندسه کمبر چرخ ها ی بیرونی در هنگام غلتش بدنه بهبود یافته اما معمولا در چرخ درونی است اما اثر خنثی سازی کمبر در چرخ بیرونی از بین می رود همچنین بایستی چنان هندسه طراحی شود تا تغییرات فاصله جای پا یا گام محور در فراز فنر بندی کمینه شده و در نتیجه سایش تایر ها کاهش یابد .
3-7-2: گونه های مختلف سیستم تعلیق دو جناغی
3-1-2-3ستون مک فرسون38
ارلز اس مک فرسون یک سیستم تعلیق مشابه با فنر بندی دو جناقی با پیکره بندی ستونی ایجاد کرد
3-8 : سیستم تعلیق مک فرسون
ستون یک عضو تلسکوپی است که وظیفه میرایش لرزش های اعمالی را دارد و به صورت پیوسته به چرخ ها در انتهای پایین متصل است و چرخ را در راستای کمبر نگهداری میکند انتهای بالای ان به پوسته بدنه و یا شاسی متصل است و نیروهای کناری و طولی را می گیرد ستون در فاصله ای درون چرخ قرار دارد چرخ بر ستون گشتاور بیش گردش اعمال می کند که سبب ایجاد اصطکاک در ستون است . این اصطکاک با زاویه دادن به فنر مارپیچ نسبت به ستون خنثی می شود در فنر بندی مک فرسون فضای کناری زیادی برای نصب عرضی موتور وجود دارد و بنابر این به گستردگی در سواری های جلو رانش استفاده می شود به سبب جدایی نقاط اتصال به بدنه, برای خودروهایی با ساختار تک بدنه ای مناسب است . ستون دارای جای گیری کمی بوده و ویژگی های جداسازی بار را نسبت به بدنه در محدوده گسترده ای دارا می باشد از کاستی های ان ارتفاع زیاد نصب ان است که توانایی طراح را در پایین اوردن ارتفاع سپر کاهش می دهد .
3-9 تعلیق مک فرسون
3-1-2-4 سیستم تعلق چند میله ای
درسال های اخیر, سیستم تعلیق چند میله ای جداگانه پشت کاملا رواج یافته است . شکل نمایانگر سیستمی است که در خودرو فورد تاروس مدل سمور استفاده شده است .
3-10: سیستم تعلق چند میله ای
ویژگی چند میله ای ها در لولاهای مفصلی انتها بندک های ان است که تحمل گشتاور خمشی را ندارند به طور کلی در چهار میله ای بایستی حرکات طولی و کناری چرخ ها کنترل شود و همچنین در برابر گشتاور ترمزی واکنش نشان دهد. فنر بندی پنج میله ای در سیستم های تعلیق پشت مرسدس بنز استفاده می شود البته میله پنجم چرخ ها را بیش مفید می سازد ,اما نرمی بوش بندی سازو کار اجازه کنترل دقیق زاویه تو را در هنگام چرخش می دهد. بهره از اهرم بندی بندواره, انعطاف پذیری زیادی را در طراحی مناسب حرکت چرخ ها می دهد .
3-1-2-5سیستم تعلیق بازوی پیرو پشت
سیستم تعلیق پشت بازوی پیرو بیشتر در خودروها گران وبا کارایی بالا استفاده می شود نمونه عمومی تر ان را میتوان در خودروی امریکایی کورت دید که در شکل نشان داده شده است . بازوهای کنترل یا پیرو نیروهای طولی و گشتاور ترمزی را می گیرند و چمباتمه و خیز را کنترل می نمایند در طراحی کوروت مفصل u شکل نیم شفت ها به عنوان بازوی کنترل بالایی عمل می کند و به همراه ان یک ستون میله ای به عنوان بازوی کنترل پایینی برای جذب حرکات کناری به کار می رود در فنر بندی های جداگانه به سبب قرار گیری دیفرانسیل در روی بدنه , وزن نامعلق خودرو کاهش می یابد
3-11سیستم تعلیق بازوی پیرو پشت
3-1-2-6سیستم تعلیق بازوهای نیمه پیرو
فنربندی بازوهای نیمه پیرو پشت توسط بی ام و و مرسدس بنز عمومیت یافت . در این گونه که در شکل نمایانده شده است کمبر چرخ پشت بین حالت بازوی پیرو ( که تغییر کمبر نسبت به بدنه وجود ندارند ) و محور اونگی است . محور لولا شده ان معمولا در زاویه حدود 25 درجه نسبت به خط عرضی خودرو است . در ین فنر بندی با فراز و فرود چرخ ها اثرات فرمان دهی به وجود می اید ترکیب زاویه فرمان دهی و کمبر در چرخ بیرونی در برابر راستای چرخش مقاومت می کند بنابر.این در محور پشت اثر غلت کم فرمانی دارد اما نرمی کناری که سبب فرمان دهی چرخ ها می باشد اثر بیش فرمانی دارد و بایستی کنترل شود
3-12 سیستم تعلیق بازوهای نیمه پیرو
3-1-2-7 سیستم تعلیق محور اونگی39
ساده ترین راه جداسازی سیستم تعلیق پشت بهره از یک محور شناور مطابق شکل است . ادموند رامپلر سیستم تعلیق محور اونگی را در اواسط این قرن ایجاد کرد و از سال 1930 میلادی در خودرو های اروپایی مانند بیتل40 فولکس واگن استفاد ه گردید .
رفتار کمبر را می توان از روی شفت های محور که به دیفرانسیل لولا شده اند به دست اورد به سبب کوتاهی شعاع شفت ها تغییرات کمبر در حرکات فراز و فرود چرخ ها زیاد است . د ر نتیجه رفتار چرخشی ثابتی در فنر بندی محور اونگی وجود ندارد .
3-13 سیستم تعلیق محور اونگی
3-1-2-8 سیستم تعلیق دودیون
سیستم دودیون41 که در شکل نشان داده شده است . این سیستم در سال 1894 میلادی توسط کانت دودیون و جرج بوتان اختراع شده است و پلی است میان محورهای یکپارچه و سیستم های تعلیق جداگانه , که کاربرد کمی دارد این سیستم متشکل از یک تیوپ متقاطع میان دو چرخ محرک , دیفرانسیل متصل به بدنه و نیم شفت ها است . مانند سیستم های تعلیق یکپارچه , در دودیون نیز بر اثر اغتشاشات و حرکات سیستم , چرخ ها عمود می مانند در حالی که سنگینی جرم نامعلق به سبب اتصال دیفرانسیل به بدنه کاهش یافته است . کنترل محور توسط سازو کار فنر تخت و یا بازو های پیر انجام می گیرد . از ویژگی های این سیستم فضای درونی است که به سبب عدم نیاز به فاصله برای دیفرانسیل ایجاد شده است . از کاستی های این سیستم نیاز به لوله لغزنده و یا نیم شفت خمیده است که سبب افزوده اصطکاک به سیستم است .
3-14 سیستم تعلیق دودیون
3-1-3 آنالیز مرکز غلت
از ویژگی های مهم تعلیق مکانی است که از ان نیروهای کناری ایجاد شده در چرخ ها به جرم معلق منتقل می گردد . این نقطه را که مرکز غلت42 می نامند بر رفتار جرم های معلق و نا معلق تاثیر گذار است و مستقیما بر چرخش خودرو تاثیر می گذارد . و بنابر این به طور مستقیم بر ویژگی های کناری خودرو (رفتار فرمان پذیری ) تاثیر می گذارد.
هر سیستم تعلیق دارای یک مرکز غلت است , که نقطه ایست در صفحه کناری عمود بر زمین که از مراکز چرخ ها می گذرد و اعمال نیروی کناری به جرم معلق در این نقطه سبب غلتش تعلیق نمی شود با توجه به این که هر تعلیقی دارای یک محور غلت 43است , که این محور انی غلت جرم نامعلق نسبت به جرم معلق بوده و با اعمال گشتاور خالص حرکت غلتش تنها ایجاد می شود مرکز غلت محل تقاطع محور غلت با صفحه عمودی کناری گذرنده از مراکز چرخ ها می باشد بلندی مرکز غلت عبارت است از فاصله عمودی مرکز غلت از زمین . با شناسایی مرکز غلت سیستم های تعلیق جلو و پشت انگاه خط گذرنده از انها محور غلت است , این یک محور انی است که خودر حول ان نسبت به زمین می غلتد .
3-15 مرکز و محورغلت
هنگام غلت خودرو در بیشتر سیستم های تعلیق هندسه سیستم تغییر می کند و بنابراین مراکز غلت تغییر می نمایند و بنابر این محور غلت یک محور انی است . اما از نظر مفهومی برای مقاصد انالیز نیرو ها در صفحه کناری می توان انرا ثابت در نظر هر سیستم تعلیقی دارای مرکز غلت است که نقطه ای است در صفحه عمودی کناری که از مرکز چرخ ها می گذرد و نیری های کناری اعمالی به ان به جرم معلق بدون ایجاد غلتش در تعلیق منتقل می شود 10. این نقطه با توجه به این واقعیت که هر تعلیقی دارای محور غلت است که همان محور انی غلتش جرم نامعلق نسبت به جرم معلق است هنگامی که گشتاور خالص به جرم نا معلق اعمال می شود معرفی می گردد . مرکز غلت محل تقاطع محور غلت تعلیق با صفحه عمودی گذرنده از مرکز هر دو چرخ است این تعاریف در شکل نمایانده شده است . بلندی مرکز غلت عبارت است از فاصله مرکز غلت از زمین . با دانستن مرکز غلت تعلیق جلو و پشت انگاه خط گذرنده از این دو محور غلت است . این محور عبارت است از محور انی غلتش خودرو نسبت به زمین هنگام ساخت خالص .
Independent Suspension Roll Centers
MacPherson Strut
3-16 نمایش مرکز غلت تعلیق های جداگانه
اشاره به انی بودن محور در تعاریف بالا برای اگاهی خواننده نسبت به این واقعیت است که محور فقط در غیاب حرکت غلت صحیح است . هنگام غلتیدن بدنه تغییرات هندسه در بیشتر تعلیق ها سبب جابجایی مرکز است و بنابر این نقطه ثابتی نیست . این مفهوم در هنگام بحث بر روی مکان اعمال نیروها به جرم معلق که برای بررسی رفتار صفحه کناری لازم است استفاده می گردد.
3-2 سیستم تعلیق نیمه فعال(Semi Active)
سیستم تعلیق نیمه فعال به عنوان طرح مناسب از دیدگاه مهندسی میان سیستم های ایستا و کنا مطرح شده است . این سیستم شامل زیر بخش های پویایی در ساختمان خود برای کنترل و تنظیم ارتفاع بدنه در حضور اغتشاشات و نویزهای جاده و نیروهای لختی می باشند. این سیستم در حالی که بخشی از وزن استاتیکی خودرو را تحمل می کند، کمک به بهبود ویژگی های رفتاری سیستم ایستا در بازه های بسامدی فراتر عملکرد اجزای غیرغعال سیستم نیز خواهند کرد. در این حالت ، نیازهای عملکرد بسامدی سیستم مدار بسته می تواند به طور قابل توجهی کاهش یافته در حالیکه بسیاری از ویژگی های مثبت سیستم های کنا در آنها باقی بماند.
3-17 تعلیق نیمه فعال
هدف از کاربرد این سیستم در خودرو بهبود رفتار ارتعاشی خودرو در بازه بسامدی پایین میان 1 تا 4 هرتز می باشد.
پارامترهای سیستم ایستا موازی با این سیستم نیز ، برای عملکرد مناسب در بسامدهای بالا تنظیم شده اند. چرا که در بسامدهای بالا میان 10 تا 12 هرتز سیستم نیمه کنا توانایی تصحیح عملکرد ارتعاشی خودرو نبوده و تنها سیستم ایستا عمل می کند.
سیستم تعلیق نیمه فعال سیستمی جهت بهبود همزمان پایداری و خوش سواری خودرو از طریق تغییر ویژگی های لرزه گیر می باشد. در این سیستم عملگرها لرزه گیرهایی با پارامترهای قابل تنظیم می باشند که بطور موازی با سیستم تعلیق غیرفعال خودرو قرار گرفته اند. با بکارگیری این سیستم می توان حرکات غلت زنی و کله زنی خودرو را در مانورهای چرخشی و ترمزگیری تا حد قابل توجهی کاهش داد.
با توجه به اینکه این سیستم برای عملکرد در بسامدهای پایین طراحی می شود ، سخت افزارهای مورد استفاده در آن ساده تر و کم هزینه بوده و توان مصرفی آنها نسبت به سیستم تعلیق پویا به مراتب پایین تر می باشد. به دلایل بالا کاربرد این سیستم در خودروها رایج تر می باشد ، البته هنوز کاربرد این سیستم در خودروهای تولید انبوه و ارزان بها مقرون به صرفه نبوده و از آن بیشتر در خودروهای گران بها و لوکس استفاده می شود . اما انتظار با کاهش هزینه ها آن در آینده گسترده ترگردد.
اساس کارسیستم های نیمه فعال بدین ترتیب است که یک نیروی اجباری مناسب برسیستم اعمال می شود تا شرایط آنی سیستم بهینه کند. این نیروی اجباری با متغییر نگه داشتن ضریب میرایی یا ثابت فنر و تغییر آن متناسب با سطح جاده حاصل می شود. اگر لرزه گیر متغییر باشد ، تغییر ضریب میرایی با تغییرابعاد مسیر عبور جریان روغن مانند تغییر قطر اریفیس حاصل می گرددو اگر ضریب فنر متغییر باشد ، از سیستم های پنوماتیک و تغییرفشار هوا در فنر بادی استفاده می شود.
لرزه گیرهای نیمه فعالمی توانند به صورت پیوسته یا منقطع کار کنند. در نوع پیوسته ضریب میرایش می تواند میان دو حد بیشینه و کمینه ، هر مقداری را انتخاب کند ، اما در گونه گسسته تنها ضرایب خاصی را می تواند داشته باشد. متداولترین گونه لرزه گیر گسسته ، گونه دو وضعیتی است.
لرزه گیرهای گسسته همچنین می توانند به صورت مدار باز یا بسته عمل کنند. در نوع مدار بسته مشابه لرزه گیر پویا است و سیستم به حسگر و کنترلر نیاز دارد، اما به توان ورودی نیازی ندارد.
در نوع مدار باز تغییر سطح استهلاک با صلاح دید راننده صورت می گیرد. به طور نمونه در یک بزرگ راه صاف ، راننده می تواند با فشار دادن یک کلید میرایش سیستم را روی کمینه آن تنظیم کند تا رانش راحتی را داشته باشد.
امروزه این سیستم ها با نام های تجاری گوناگونی ارایه می شوندکه چند مورد آن عبارتند از :
* سیستم کنترل میرایی بدنه (Body Control Damping System) و مگنا راید(MagneRide) از شرکت دلفی
* کنترل خودکار سواری (Automatic Ride Control) از شرکت فورد
* کنترل پویایی غلت (Active Roll Control) از شرکت TRW
* کنترل پیوسته میرایی(Continuously Damping Control) ازشرکت Sacchs
سیستم های تعلیق نیمه کنا بر پایه تغییر ویژگی های لرزه گیر بر حسب شرایط حرکتی خودرو برای نیل به کارکرد مطلوب سواری و فرمان پذیری خودرو می باشد . بیشتر سیستم های نیمه کنا از زیر بخش های زیر تشکیل گردیده اند :
حسگرها که می توانند شامل همه یا برخی از موارد زیر باشند:
* شتاب سنج
* حسگر اندازه گیری زاویه فرمان
* حسگر اندازه گیری تغییرات چرخ زنی و غلت زنی خودرو
* حسگر اندازه گیری سرعت خودرو
عملگرهایی که لرزه گیر هایی با پارامترهای قابل تنظیم بوده و می توانند شامل یکی از انواع زیر باشند:
* لرزه گیر ناپیوسته
* لرزه گیر پیوسته
* لرزه گیر مغناطیسی
3-18 شماتیک سیستم تعلیق MSR
* لرزه گیر نا پیوسته
لرزه گیر با تغییرات نا پیوسته دارای دریچه های سلنوییدی می باشد که جریان الکتریکی آنها را باز و بسته می نماید. تعداد دریچه های باز و بسته لرزه گیر چگونگی عملکرد آن را مشخص خواهد کرد. هرگاه لرزه گیر دارای دو دریچه باشد سه حالت تنظیم برای لرزه گیر وجود خواهد داشت که به قرار زیر است:
* آرام 44: هر دو دریچه باز می باشند
* عادی45 : فقط یکی از دریچه ها باز می باشد
* کوبان46 : هر دو دریچه بسته است
در حالت آرام سیستم تعلیق دارای سواری خوبی است ، اما فرمان پذیری آن پاییین است . این حالت برای رانندگی با سرعت پایین در جاده های نا هموار مناسب است . در حالت کوبان خودرو دارای فرمان پذیری خوبی می باشد ، اما سواری آن زیاد مناسب نیست. این حالت برای رانندگی با سرعت زیاد در بزرگ راه ها مناسب است . حالت عادی برای رانندگی معمولی درون شهری مناسب است.
3-19 سیستم BSRTD
* در نوع نخست کنترل توسط راننده و به صورت دستی انجام می پذیرد که در این حالت راننده با توجه شرایط جاده و نوع حرکت خودرو چگونگی عملکرد سیستم تعلیق خودرو را تعیین می کند.نمو نه ای از این این گونه تعلیق ، سیستم سواری انتخابی47 می باشد که در شکل فوق نشان داده شده است.
* در نوع دوم ، انتخاب تعداد دریچه های باز و بسته توسط واحد کنترل الکتریکی انجام می پذیرد . در این حالت سیستم تعلیق نیازمند بکارگیری حسگرهایی برای اندازه گیری پارامترهای حرکتی می باشد که بخش کنترل الکتریکی بر پایه آن کارکرد مناسب لرزه گیرها را تعیین می کند. نمونه ای از این سیستم تعلیق Bi-State Real Time Damping system (BSRTD) ساخته شده توسط دلفی می باشد . نمونه دیگر این سیستم با سیستم ترمزپاد قفل شونده نیز همراه می باشد ، با عنوان کنترل میرایی بدنه (Body Control Damping) توسط همین سازنده ارایه شده است . همچنین سیتروین در نوع جدید سیستم تعلیق خود با نام هیدرا اکتیو 3 این نوع لرزه گیر را به کار برده است
* لرزه گیر پیوسته
در لرزه گیر با تغییرات پیوسته تغییرات عملکرد از طریق تغییر قطر دریچه توسط یک موتور پله ای 48که در بالای لرزه گیر سوار می شود انجام می یابد. بازه تغییرات این نوع لرزه گیر بسیار بیشتر از گونه پیشین است و بنابر این در این سیستم ها می توان از الگوریتم های کنترلی پیشرفته استفاده نمود.
همچپنین نمونه دیگری از این سیستم تعلیق با نام سیستم تعلیق پیوسته متغییر با جاده است ، که توسط شرکت نورث استار ارایه شده است و از سال 2002 در دو مدل کادیلاک DTS و STS به کار رفته است . در این سیستم از چهار لرزه گیر با دریچه متغییر استفاده شده است ( برای هر چرخ یک لرزه گیر ) که می توانند نسبت به داده های دریافتی واکنش ها ی سریعی نشان دهند و بنابر این بازه بسامدی گسترده ای را پوشش دهد. در این لرزه گیر از یک نوع سیال ترکیبی استفاده شده است که عملکرد حرارتی لرزه گیر را تا حد زیادی بهبود بخشیده است. زیر بخش های دیگر این سیستم عبارنمد از حسگرهایی که داده های حرکتی خودرو را اندازه گیری می کنند و یک کنترلر ریز پردازنده که بر پایه داده های در یافتی از حسگرها به لرزه گیرها دستور میدهد.
3- 20 سیستم تعلیق کادیلاک
* لرزه گیر مغناطیسی
این نوع لرزه گیر بر پایه تغییر ویسکوزیته سیال مورد استفاده در آن برای تغییر پارامترهای لرزه گیر عمل می کند. سیال بکار رفته در این لرزه گیر دارای ویژگی لزجت وابسته به میدان مغناطیسی است با پیچیدن سیم فلزی دور میله پیستون لرزه گیر و عبور جریان الکتریکی از این سیم پیچ می توان میدان مغناطیسی در محفظه بوجود آورد و با تغییر جریان الکتریسیته ، میدان مغناطیسی و در نتیجه لزجت سیال را تغییر داد.مقدار جریان الکتریسیته سیم پیچ بوسیله واحد کنترل الکتریکی بر مبنای پارامترهای اندازه گیری شده بوسیله سنسورها محاسبه می شود
3-21 لرزه گیر مغناطیسی
در این نوع از لرزه گیرها دیگر از دریچه ها استفاده نمی شود و لرزه گیر تنها یک سیلندر و پیستون ساده است. طیف تنظیمات این نوع لرزه گیر خیلی بیشتر از انواع دیگر بوده و همچنین به سبب عدم جریان سیال در آنها بسیار کم صدا می باشند.
اصلی ترین سازنده سیستم های تعلیق برپایه این نوع لرزه گیر شرکت دلفی می باشد و سیستم تعلیق ساخته شده توسط این شرکت تحت نام مگنا راید عرضه می شود. این سیستم نخستین سیستم تعلیق نیمه فعال می باشد که در آن هیچ نوع دریچه الکترومکا نیکی و همچنین سوپاپ متحرک بکار نرفته است. این سیستم بر پایه کاربرد سیال مگنا راید در لرزه گیر طراحی و تولید شده است.
3-22 عملکرد مایع مگناراید
مواد مگناراید شامل ذرات میکروسکپی از جنس مواد نرم مغناطیسی مانند آهن معلق در یک مایع از جنس هیدروکربن های مصنوعی می باشد. هنگامی که مایع مگناراید در حالت خاموش قرار داشته باشد و به عبارت دیگر تحت تاثیر میدان مغناطیسی نباشد ذرات از یک الگوی اتفاقی پیروی می کنند. اما در حالت روشن بودن و یا مغناطیسی شدن مایع ، میدان مغناطیسی از ذرات ، رشته ای تشکیل می دهد که منجر به تبدیل وضعیت مایع به حالتی نزدیک به پلاستیک می گردد.
با کنترل جریان عبوری از سیم پیچ الکترومغناطیسی درون پیستون لرزه گیر مقاومت برشی مایع مگناراید تغییر می یابد که این امر سبب تغییر ویسکوزیته مایع می گردد. با کنترل دقیق میدان مغناطیسی می توان ویسکوزیته مایع مگنا راید را میان کمینه مقدار آن تا حالتی نزدیک به صلبیت به دلخواه تغییر داد که نتیجه آن دستیابی لرزه گیر با تغییرات پییوسته در زمان واقعی خواهد بود.
3- 23 لرزه گیر الکترومغناطیسی با تغییرات پییوسته
زیر بخش های سیستم مگنا راید طراحی شده توسط دلفی به قرار زیر است:
* واحد کنترل الکتریکی
* حسگرها شامل
o حسگر زاویه فرمان
o حسگر نرخ تغییرات چرخ زنی
o حسگر اندازه گیری شتاب کناری
o حسگر اندازه گیری موقعیت نسبی
* راه اندازها شامل چهار لرزه گیر مگنا راید برای هر چرخ
* منبع جریان ا لکتریکی که همان باتری خودرو می باشد
* سیستم اعلام نقص که در صوررت بروز مشکل با روشن کردن چراغی را از وجود اشکال در سیستم تعلیق مطلع می سازد.
3-24 سیستم کنترلی مگنا راید
شرایط کاری زیر بخش های مختلف این سیستم تعلیق از نظر دما به قرار زیر است :
* لرزه گیر : دمای بین 40 تا70 درجه سانتیگراد
* دمای سنسورها و کمپرسورها بین 40تا 105 درجه سانتیگراد
* راه انداز : دمای بین 40تا 80 درجه سانتیگراد
ویژگی های سیستم تعلیق مگنا راید به قرار زیر است :
* طراحی ساده بدون بکارگیری زیر بخش های الکترومکانیکی با اجزا محرک کوچک
* بهبود بازدهی و قابلیت اطمینان در مقایسه با سیستم های دریچه ای هیدرولیکی
* قابلیت تنظیم کامل ویژگی های لرزه گیر با نرم افزار
* کنترل مناسب غلتش خودرو در حالت چرخش و یا مانورهای سریع خودرو
* توان مصرفی پایین ( حداکثر 20وات برای هر لرزه گیر )
* واکنش زمانی سریع لرزه گیرها ( در حدود 150 میلی ثانیه )
این سیستم تعلیق نخستین بار در سال 2000 بر روی یک مدل نمایشگاهی از محصولات کادیلاک با نام کادیلاک ایماج ((Cadillac imaj عرضه شد و از سال 2002در مدل کادیلاک سویل مورد استفاده قرارگرفت
3-2-2 میله های پاد غلت فعال49
میله های پاد غلت به منظور کاهش حرکات غلت زنی به کار گرفته می شوند و عملکرد شان مشابه با میله های پیچشی می باشد .
زمانی که دوچرخ در جهات مختلف حرکت می کند گشتاوری در میله پاد غلت ایجاد شده و از حرکت متضاد چرخ ها ممانعت می کند . میله پاد غلت فعال دارای یک عملگر هیدرولیکی می باشد که به طور سری با میله پاد غلت قرار دارد و فشار هیدرولیکی را به نیروی پیچش تبدیل می کند .
3-25 عملکردمیله پاد غلت فعال BMW
شکل3-25 اصول عملکرد میله پاد غلت را نشان می دهد . با توجه به این مطلب که این سیستم حرکت غلت زنی بدنه خودرو را به طور موثر کاهش می دهد. برخی از سازندگان اتومبیل اظهار می دارند که ترکیب میله پاد غلت با یک تعلیق نیمه فعال عملکردی نظیر یک سیستم تعلیق تمام فعال را خواهد داشت با این تفاوت که مصرف انرژی و قیمت کمتری را خواهد داشت .
کاربرد میله پاد غلت فعال را می توان در BMW ,لندرورجدید و پژو 206 و اتومبیل های رالی مشاهده کرد .
The components of TRW's Active Roll Control (ARC) system
The ARC system reduces or eliminates the vehicle roll angle in cornering and can help reduce the risk of vehicle rollover using hydraulic and electronic technology
3-26 عملکرد میله پاد غلت فعال شرکت TRw با نام ARC
3- 3سیستم تعلیق فعال
سیستم تعلیق فعال50 برای نیل به شرایط آرمانی سواری و فرمان پذیری خودرو ایجاد گردیده است در حالت آرمانی آنچه که از سیستم تعلیق خودرو انتظار می رود ، فراهم کردن پایداری حرکت و فرمان پذیری خودرو همراه با تامین آرامش و خوش سواری می باشد. اما در عمل این دو ویژگی در تقابل با یکدیگر بوده وهر یک سیستم تعلیق با پارامترهای متضاد نسبت به دیگری طلب می کند.
خوش سواری نیازمند یک سیستم تعلیق نرم بوده ، حال آنکه دستیابی به فرمان پذیری بالا نیازمند یک سیستم تعلق سخت است . بنابر این با بکارگیری سیستم های تعلیق ایستای رایج نمی توان به طور همزمان به بهترین وضعیت فرمان پذیری و خوش سواری دست یافت.
در طراحی سیستم تعلیق فعال بسته به نوع و کاربرد خودرو می توان طراحی را به گونه ای انجام داد که یکی از دو ویژگی یاد شده در حالت بهینه قرار گیرد، در حالی که عملکرد ویژگی دیگر در بازه قابل قبول و معینی قرار داشته باشد. همچنین می توان سیستم را به گونه ای طراحی کرد که هر دو ویژگی در بازه قابل قبول و نه بهینه قرار گیرند.
بکارگیری سیستم های تعلیق فعال به منظور ایجاد آزادی عمل بیشتر در طراحی سیستم های تعلیق و دستیابی همزمان به فرمان پذیری وخوش سواری بهتر شکل گرفته است .یک سیستم تعلیق پویا توانایی ذخیره ، تولید و میرایش انرژی را دارا بوده و می تواند مشخصات خود را بر حسب شرایط عملکرد خودرو تغییر دهد.
3-3-1 تعلیق فعال
این نوع سیستم تعلیق گونه آرمانی سیستم تعلیق می باشد که در حالت کلی از یک عملگر که میان جرم معلق و نامعلق خودرو قرار گرفته است،شکل گرفته است. هنگامی که یکی از چرخ ها روی نا همواری قرار می گیرد ، شتاب و بار عمودی چرخ توسط حسگرهایی اندازه گیری می شوند و مقادیر به سیستم کنترلی فرستاده می شود. در آنجا سرعت و جابجایی مورد نیاز چرخ ، محاسبه و دستورات کنترلی (signal) به عملگرها فرستاده می شود تا سرعت و جابجایی مورد تیاز اعمال گردد.
3-27 سیستم تعلیق فعال
هدف از بکارگیری این سیستم بهبود پاسخ لرزشی خودرو حول بسامدهای 10تا 12هرتز و بسامدهای 1 تا 4 هرتز می باشد.در این سیستم هر دو بازه بسامدهای بالا و پایین ارتعاشی خودرو پوشش داده می شود هنگامی که خودرو در بازه کاری با بسامدهای بالا قرار میگیرد،زیر بخش های این سیستم مانند دریچه ها، حسگرها ، مرکز کنترل و … باید توانایی واکنش سریع نسبت به ارتعاشات خودرو را دارا باشند. به همین دلیل تجهیزات سخت افزاری به کار رفته در سیستم تعلیق کنا بسیار پیچیده و گران بها بوده و نیز توان بالایی مصرف می شود. این امر سبب افزایش مصرف سوخت خودرو می گردد. میانگین مصرف این سیستم ها حدود 15 کیلووات است که در شرایط بیشینه به 30 کیلووات نیز می رسد.نیز در صورت بروز هر گونه اشکال در خودرو سیستم تعلیق از کار می افتد.
نخستین نمونه سیستم های تعلیق کنا توسط شرکت لوتوس انگلیس در سال 1981 میلادی بر روی یک نمونه خودروی مسابقه نصب شد و از آن زمان تا کنون نیز تنها شرکتی لست که از این سیستم بر روی نمونه تولیدا تش استفاده می کند. آخرین نمونه خودرویی که این سیستم در آن به کار رفته است ، خودروی Lotus Esprit SD III است.
* زیر بخش های سیستم تعلیق فعال (Active) به قرار زیر است :
* چشمه توان و منبع انرژی اضافی ( پمپ یا کمپرسور)
* حسگرها
* کنترلر
* شیر سروو
* عملگرها51( جک های هیدرولیکی)
فرایند کاری این سیستم بر پایه شناسایی متغییرهای حالت خودرو ، گذر آن ازراهکار کنترلی
سیستم و اعمال نیروی مناسب به عملگرها است عملگر می تواند یک سیلندر پیستون بادی باشد.
وجود ابزارهای کمکی از قبیل پمپ هیدرولیکی که فشار روغن در عملگر را تنظیم می کند، حسگرها سیستم های کنترل و عملگر و تجهیزات دیگر سبب افزایش هزینه پچیدگی تعلیق پویا می گردد.
خوش سواری و قرار پذیری دو پارامتر عمده سواری خودرو می باشند ، که از دیدگاه تعلیق در تضاد با یکدیگر می باشند از سوی دیگر سواری و فرمان پذیری از نیز در دو قطب متضاد قرار دارند . به سبب تراکنش میان پارامترهای طراحی سیستم تعلیق ، طراحان به این فکر افتاده اند که تعلیق را تحت کنترل در آورند و حتی الامکان هر دو وظیفه تعلیق را در سطح بالایی به اجرا گذارند.این کار توسط سیستم های تعلیق پویا صورت می پذیرد. در این سیستم تعلیق شرایط سطح جاده توسط حسگرهایی اندازه گیری شده و نتایج به صورت دستورات کنترلی به یک پردازشگر ارسال میگردد. داده ها و شناسه های خودرو توسط پردازشگر بررسی شده و دستور مناسب عملگرارسال شده و متناسب با این فرمان فشار روغن در عملگر تنظیم می شود.وظیفه عملگر تنظیم ارتفاع ، کنترل حرکات خودرو ( چرخ زنی ، غلت زنی ، کله زنی و جهش ) و نیل به خوش سواری بهینه همراه با برآوری بازدارنده های فرمان پذیری خودرو است.
این سیستم متفاوت از سیستم نیمه فعال بوده و یک تعلیق تمام فعال ویژگی های دمپر را تغییر نمی دهد , اما نیرویی موازی با فنر و دمپر اعمال می کند .
بدلیل انکه تعلیق فعال تنها انرژی را مستهلک نمی کند و انرژی به سیستم تزریق می کنند . به این دلیل این سیستم تعلیق فعال نامیده می شود . عموما توان لازم توسط موتور تامین می شود . با این دلیل در مقایسه با تعلیق نیمه فعال , ازقیمت و مصرف انرژی بالا تری است . اما با باز نگری متوجه می شویم این سیستم عملکرد بهتری نسبت به تعلیق نیمه فعال دارد بسته به سرعت پاسخ عملگر , سیستم تعلیق فعال سریع و کند وجود دارد تعلیق فعال کند مصرف انرژی پائین دارد اما عملگر ان به خوبی تعلیق سریع نیست .
کاربرد سیستم تعلیق تمام فعال را می توان در تویوتا ،نیسان و برخی از مدل ها ی مرسدس مشاهده نمود .
سیستم تعلیق کنا به دو دسته زیر تقسیم می شوند:
* تند با گستره بسامدی نا محدود
* کند با گستره بسامدی محدود
*
این دو گروه که با یکدیگر در رقابت می باشندهر یک دارای برتر ها و کاستی های خاص خود
می باشد.
سیستم های فعال کند با در نظرگرفتن کاستی های سیستم های تند مانند هزینه آغازین زیاد ، تعمیرات مشکل ، مصرف انرژی بالا و مسایل نویز و ارتعاشات توسط بیشتر تولیدکنندگان پذیرفته شده است
3-28 زیر بخش های سیستم تعلیق فعال
* آرایش سیستم تعلیق فعال
یک طرح نمونه از سیتم تعلیق در شکل3-29 نشان داده شده است که عموما متشکل از عناصر زیر می باشد
سنسورها – سنسورها ی مختلف نصب شده بر روی خودرو وضعیت خودرو و عملکرد راننده را نشان می دهند .
واحد کنترل الکترونیکی (ECU) – سیگنال سنسورها توسط یک میکرو کامپیوتر پردازش شده و با استفاده از یک حافظه برنامه ریزی شده تنظیماتی که می بایست در تعلیق ایجاد شود محاسبه می گردد.
عملگر ها – فرامین ECU به سیگنال های الکترونیکی تبدیل شده و به منظور کنترل تعلیق به عملگرهای مختلفی فرستاده می شود . عملگرهای هیدرولیکی به کار رفته اغلب باید کم حجم و سبک باشند .
3-29 آرایش یک نوع تعلیق فعال
شکل 3- 30 طرح مقدماتی یک نوع تعلیق فعال را نشان می دهد . این سیستم یک سیستم تعلیق فعال با سرعت عملکرد پایین است . انرژی لازم توسط یک پمپ دنده ای52 که از موتور نیرو می گیرد تامین می شود . روغن خروجی از پمپ از میان یک سوپاپ اطمینان ماسوره ای53 عبور می دهد این واحد دو وظیفه عمده بر عهده دارد . اولین وظیفه متوقف نمودن سیستم مواقع اضطراری است.
دومین وظیفه تنظیم نمودن فشار منبع تغذیه می باشد . زمانی که تعلیق بدون عملکرد می باشد سوپاپ اطمینان میزان فشار منبع تغذیه را کاهش می دهد . در واقع این واحد زمانی که سیستم نیازمند تولید فشار باشد وارد عمل می شود . که با این روش میزان مصرف انرژی از سیستم کاهش می یابد . سپس روغن به سوپاپ کنترل جریان54 هر قسمت به منظور کنترل جریان وارد شده و از ان جا به کمک فنر گازی55 (ترکیبی از یک فنر مارپیچ و کمک فنر گازی ) وارد می شود تا میزان حرکت تعلیق تنظیم شودسوپاپ کنترل جریان توسط ECU کنترل می شود که به محض دریافت سیگنال از سسنورهای مختلف خودرو دستور لازم را به سوپاپ کنترل جریان ارسال می داد .
این سیستم تعلیق فعال ازمایشی بر روی یک جگوار تیپ 5 مورد ازمایشات فراوانی قرار گرفت .
3-30 طرح مقدماتی یک نوع تعلیق فعال کند
شکل 3-31 پاسخ فرکانسی تعلیق فعال را نشان می دهد . این سیستم می تواند به طور موثر شتاب بدنه , تغییر تعلیق و تایر را به زیر 3Hz برساند هر چند تعلیق فعال گاهی اوقات عملکرد مناسبی ندارد . تعلیق فعال می تواند در یک جاده ناهموار شتاب بدنه را تا 20 درصد، انحرافات تعلیق را تا 4/19 درصد و انحرافات تایر را تا 23 درصد کاهش دهد . تعلیق فعال می تواند به رول صفر دست پیدا کند و شتاب را تا 0.59 کنترل کند
3-30 پاسخ فرکانسی تعلیق فعال کند
* گونه های مختلف سیستم تعلیق پویا
سیستم تعلیق خود میزان (Self Leveling)
سیستم تعلیق پیش بین (Preview Systems)
سیستم تعلیق تطبیقی (Adaptive Damping)
سیستم تعلیق هیدراکتیو (Hydr Active)
سیستم تعلیق هیدراکتیو2 (Hydr Active II)
سیستم تعلیق هیدراکتیو3 (Hydr Active III)
3-3-2سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک
سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک توسط کارخانه سیتروین ابداع شده و در سواری ها به کار می رود دراین روش از خاصیت تراکم پذیری گاز وانتقال روغن استفاده شده است .
سیستم های هیدرولیک سیتروئن علی رغم اینکه به پیچیدگی مشهور می باشند از اصول ساده ای پیروی می کنند این سیستم ها از این واقعیت که می توان یک گاز را متراکم ساخت اما مایع تراکم ناپذیر می باشد بهره می گیرند به این ترتیب که گاز به عنوان فنر عمل کرده و قسمت هیدرولیکی عملیات هوشمند سیستم همچون تامین خاصیت میرایی و تنظیم ارتفاع را انجام می دهد انرژی مورد نیاز برای رانش پمپ در این سیستم ها توسط موتور خودرو تامین می گردد با معرفی خودروی مدل XM توسط سیتروئن تجهیزات الکترونیکی نیز سیستم فوق اضافه گردید و مجموعه ان هیدراکتیو نام گرفت .
3-31 تعلیق هیدروپنوماتیک
سیستم های تعلیق هیدرو نیوماتیک نخستین بار در سال 1952 در تعلیق عقب خودرو مدل 15CVH Traction Avant در سال بکار گرفته شد که در حقیقت ازمایشی برای بکارگیری کامل این سیستم در تعلیق خودرو مدل DS19 در سال 1955 بود انواع مختلف این سیمتم تعلیق سپس در مدل های GS و SM در سال 1970 مورد استفاده قرار گرفت . مدل های دیگری که در انها از این سیمتم استفاده شد عبارتند از مدل های GZ Birotor وM35 , Xantia , XM , BX , CX .
در اوایل بکار گیری سیستم تعلیق هیدرو نیوماتیکی این سیستم ها به عدم قابلیت اطمینان شهرت یافتند . علت ان هم بکارگیری سیستم تکمیل نشده ان در مدل DS بود چرا که در ان زمان سیستم هنوز ازنظر درزگیری با مشکل مواجه بود همچنین مایعی که در ابتدا در مدار هیدرولیک ان مورد استفاده قرار گرفت (LHS ) دارای خاصیت شدید جذب اب بود که باعث اکسیداسیون سیستم می گردید با معرفی LHS2 این مشکل تا حدی بر طرف گردید اما حل نهایی این مشکل با بکار گیری مایع جدیدی تحت عنوان LHM که یک نوع روغن معدنی می باشد در اواسط دهه 60 مسیر گردید .
3-32 تعلیق هیدروپنوماتیک
در سیستم هیدرولیکی سیتروئن بجای استفاده از چند سیستم مجزای هیدرولیکی یک سیستم اصلی بکار گرفته شده است که جریان سیال را به زیرمجموعه های سیستم منتقل می کند
همان طور که در شکل 3-31 نشان داده شده است در تعلیق هیدروپنوماتیک , تعلیق های جلو مک فرسون با دو طبق و تعلیق های بازوی پیرو پشت می باشند برای هر چرخ یک محفظه بسته کروی شکلی که حاوی گاز نیتروژن می باشد بکار رفته است قسمت حاوی گاز نیتروژن به وسیله دیافراگمی از قسمت پائین که دارای روغن است جدا می شود در پائین این مجموعه , سیلندری وجود دارد که در داخل ان پیستون لولا شده به اهرم چرخ حرکت می کند .
وقتی چرخ روی دست انداز قرار می گیرد پیستون به سمت بالا حرکت می کند و سیال را از سیلندر به داخل کره جابجا می کند در نتیجه دیافراگم لاستیکی و نیتروژن را در داخل فضای کوچکی فشرده می کند وقتی چرخ از مانع عبور کند پیستون را نیز به طرف پائین می کشد در نتیجه فشار سیال (روغن) پائین دیافراگم کم می شود که در این حالت انرژی متراکم شده گاز نیتروژن ازاد شده و سیال را از کره به داخل سیلندر هدایت می کند .
با این روش تغییر حجم سیالی که وارد کره می شود در نتیجه ان گاز نسبت فشار شارژ اولیه فشرده یا منبسط می شود بخاطر همین حالت ارتجاعی گاز , از وارد شدن نیروهای ضربه جاده به بدنه جلو گیری می کند.
3-33 زیر بخش های تعلیق هیدروپنوماتیک
زیر بخش ها
اجزا سیستم هیدرولیکی که در شکل 3-33 نشان داده شده است به شرح زیر می باشد :
* مخزن پمپ و تنطیم گر56
فشار اولیه سیال بوسیله پمپ هیدرولیکی, که جریان دائم سیال را در فشار معین شده فراهم می کند بوجود می اید پمپ, مخزن کروی شکل را تغذیه می کند مخزن کروی شکل از نیتروژن بعنوان مایع داخل فنر استفاده می کند و یک دیافراگم لاستیکی برای تنظیم حجم سیال ذخیره شده , به کار می رود مخزن , سیال را در فشاربالایی ذخیره می کند و سریعا می تواند سیال را به سیستم وارد کند یا از سیستم پس بگیرد همچنین اجازه می دهد که پمپ بطور مکرر در سیستم قطع و وصل شود .
وقتی پمپ ضعیف کار می کند تنها فشار تولید شده برای برگشت به مخزن از طریق تنظیم کننده فشار کافی می باشد
تنظیم کننده فشار و مخزن , فشار مینیممی را که برای کار سیستم ضروری است و همینطور فشار ماکزیممی که برای پر کردن مخزن لازم است را کنترل می کند .
لازم به ذکر است که در این سیستم پمپ در فشار 150-140 بار وارد سیستم می شود و در فشار بین 175-165 بار از مدار خارج می شود
مخزن : یکی از اجزای اصلی سیستم های هیدرولیکی مخزن می باشد که سیال مورد نیاز در سیستم انجا نگهداری می شود .
3-34 تنظیم کننده فشار و مخزن
* سوپاپ تنظیم ارتفاع 57
تنظیم ارتفاع اتوماتیک بوسیله تغییر حجم سیال غیر قابل تراکم بین دیافراگم کروی و پیستون بدست می اید افزایش وزن خودرو , بدنه را پائین می اورد و موجب حرکت بازو های تعلیق می شود و حرکت بازو های تعلیق باعث دوران میله پاد غلت می شود دوران میله پادغلت موجب حرکت میله کنترلی پیچشی (که از یک طرف به میله پاد غلت و از طرف دیگر به سوپاپ قرقره ای (که در داخل محفظه سوپاپ تنظیم ارتفاع قرار دارد ) شده و با حرکت سوپاپ قرقره ای تغییر در راههای ورودی و خروجی به سوپاپ تنظیم ارتفاع صورت می گیرد و بنابراین عمل تنظیم ارتفاع اتومتیک انجام می شود
* دریچه کنترل ارتفاع
دریچه های کنترل ارتفاع ابزار ساده ای هستند که عملکرد انها توسط یک بازوی مکانیکی که از انها منشعب شده کنترل می شود
وقتی که بازو به داخل درچه فشرده می شود مسیری بین سیال فشار بالا و عملگر سیستم تعلیق ایجاد می گردد وقتی که اهرم به طرف خارج کشیده شود مسیر بین عملگر و مخزن می گردد و وقتی بازو در موقعیت طبیعی خود قرار داشته باشد هیچ سیالی جابجا نخواهد شد اتصال مناسب بازو به سیستم تعلیق می توان به یک سیستم تنظیم خود کار ارتفاع اینجاد کرد
به عنوان مثال هر گاه بار سنگینی در قسمت انتهایی خودرو قرار گیرد سیستم تعلیق موجب فشار شدن بازو به سمت داخل دریچه می گردد و سیال فشار بالا به عملگرهای عقب سیستم تعلیق می شود و این مرحله تا زمانی که بازو به موقعیت مناسبی برسد اد امه خواهد یافت
3-35 سوپاپ تنظیم ارتفاع
* پمپ فشار بالا
پمپ وظیفه تامین فشار لازم برای سیستم تعلیق و همچنین تنظیم ارتفاع خودرو را دارد انرژی پمپ بوسیله موتور و بواسطه یک پمپ تامین می گردد
* کره های فشار
کره های فشار یکی از اجزا اصلی سیستم های هیدرولیکی می باشند تعداد انها در مدلها مختلف متفاوت می باشد به عنوان مثال در مدل DS19 شش عدد از این کره ها مورد استفاد قرار گرفته است . در هر کره دیافراگمی قرار دارد که در پشت ان مقداری گاز نیتروژن ذخیره شد است سمت دیگر دیافاگم از طریق اوریفیس به این بخش از کره دیافراگم به طرف بالا فشرد شده و باعث متراکم شدی گاز نیتروژن می گردد بالعکس هنگامی که فشار خارج کره کاهش می یابد فشارنیروژی باعث خروج مقداری از سیال از کره می گردد تا زمانی که فشار نیتروژن سیال به حالت تعادل برسند
* جمع کننده اصلی
یکی از مهمترین کاربردهای کره های فشار بکارگیری انها به عنوان جمع کننده اصلی می باشد سیال با فشار بالا در انها ذخیره شده و سپس بین زیر مجموعه های سیستم توزیع می شوند جمع کننده توسط پمپ و از طریق یک رگولاتور فشار تغذیه می گردد در ابتدای شروع به کار سیستم که فشار پایین می باشد سیال تحت فشار از پمپ به جمع کننده فرستاده می شود هنگامی که فشار به حد مناسبی می رسد یک سوییچ جریان پمپ را به سمت مخزن منحرف می کند هر یک مجموعه های سیستم به نحوی فشار مورد نیاز برای انجام وظایف خود ار کره های فشار می کنند جمع کننده نیز به عنوان یک بافر عمل می کند با جریان فشار ثابتی بجای فشار متغیری که پمپ ایجاد می کند در اختیار زیر مجموعه ها قرار گیرد
* Load-Bearing Shoks
مجموعه ای از سیلندر و پیستون می باشند که به کره های فشار متصل می باشند و سیال می تواند بین کره فشار و پیستون جا بجا شود محفظه نیتروژن در کره فشار وزن خودرو را تحمل می کند و از این جهت همانند فنر در سیستم تعلیق معمولی عمل می کند جریان سیال از طریق اوریفیسی که بین کره فشار و پیستون وجود دارد باعث ایجاد عملکردی همچون یک لرزه گیر می گردد
3-3-3هیدرواکتیو 1:
سیستم تعلیق هیدراکتیو I بر روی مدل XM مشاهده گردید. بر خلاف سادگی سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک استفاده شده بر روی مدلهایی مانند DS , GS/GSA , CX , BX و برخی از مدلهای XM هیدراکتیو I دو مد عملیاتی نرم و سخت دارد. سیستم تعلیق در وضعیت نرم کار می کند اما زمانی که کامپیوتر فرض می کند نیاز به ایمنی و قرار پذیری وجود دارد سیستم به مد سخت سوئیچ می نماید.
برای دست یابی به این امر ، سیستم هیدراکتیو I در ابتدا دو کره (هرکره برای یک محور) و یک سوپاپ الکتریکی به سیستم هیدروپنوماتیکی افزود.
کامپیوتر بر اساس سیگنال های دریافتی ازتعداد زیادی از سنسورها (فرمان،پدال گاز،حرکت بدنه،سرعت و ترمز بر روی جاده) در زمان رانندگی عادی و معمولی ، سیستم تعلیق را در بیشتر اوقات در مد نرم نگاه می دارد. سوئیچ دو وضعیتی اسپورت / راحت (Sport / Comfort ) بر روی داشبور می باشد – ECU سیستم تعلیق تصمیم می گیرد چه زمانی سوئیچ به مد سخت برود. به عبارت دیگروقتی که راننده سوئیچ را بر روی مد اسپورت قرار می دهد و آنرا انتخاب می کند، سیستم تعلیق دائم و بدون تغییر به مد سخت سوئیچ می شود.
این تنظیمات آن چیزی نیست که راننده سیتروئن ان را راحت بنامد. اما هیدراکتیو II به این محدودیت غلبه کرده است.
3-36 طرحی از سیستم تعلیق هیدرواکتیو 1
تصویر 3-36 تنها بیانگر تفاوت سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک استاندارد که پیش از این ذکر شد با طرح حاضر است :
1- سیتروئن استاندارد دارای کره اصلی است که فاقد بلوک میرا کننده می باشد ، حجم و فشارکره در قسمت جلو و عقب متفاوت است، همچنین بر مبنای مدل اتومبیل نیز این کره می تواند متفاوت می باشد.
2- یک شیر تفکیک کننده هیدرولیکی58 که ارتباط کره را با بخش های دیگر سیستم تعلیق قطع یا وصل می کند ، ثابت ردیفی سیستم تعلیق اتومبیل را تعدیل می کند.
3- یک سوپاپ ساچمه ای و پیستونی59 عبور روغن درقسمت چپ و راست سیستم تعلیق را محدود می کند که در حالت غلتش بدنه عمل می کند. به منظور ایجاد فشاریکنواخت سیال در دوسمت تعلیق این سوپاپ در حالت تنظیم ارتفاع سیستم تعلیق غیر فعال می باشد.
4- دو بخش مستهلک کننده60 مشابه آنچه در کره های کناری استفاده شده است ، بعنوان دمپرقسمت مرکزی عمل می کند.
5- یک سوپاپ کنترل کننده الکتریکی61 بوسیله ECU سیستم تعلیق تحریک می شود . به منظور کاهش گرمای ایجاد شده در سیم پیچ این سوپاپ ، کامپیوتر از پالسهای فرکانسی برای دست یابی به جریان ثابت در سیم پیچ استفاده می کند. ولتاژ آغازین برای عکس العمل سریع سوپاپ بالا بوده اما به یک مقدار کمتر کاهش می یابد ، در نتیجه شیر یکبار انرژی دریافت می کند و در یک زمان بلند مدت باقی می ماند.
مدارها ی تعلیق جلو و عقب یکسان بوده و توسط سوپاپ الکترویکی مشابه به کار می افتد
نرم ، سخت ، نرم ، سخت …
در مد پیش فرض الکتریکی سیستم تعلیق ، وقتی که سوپاپ الکتریکی 5 تحریک نشده است، در مد عملکرد سخت خواهد بود.
3-36 عملکرد تعلیق در مد عملکرد نرم
تا زمانیکه کامپیوتر سیستم تعلیق را در مد نرم نگاه می دارد، سوپاپ الکترکی 5 توسط ECU تحریک می شود، فشار تغذیه را به سوی پیستون سوپاپ تفکیک کننده 2 راه می یابد و با جابه جا کردن این پیستون، کره مرکزی1با بخش های دیگرسیستم تعلیق مرتبط می گردد. روغن در سیستم تعلیق از میان دو عنصر مستهلک کننده 4 (برای هرسمت یک عنصر) عبور می کند. زمانیکه هر دوکمک فنر بطور هماهنگ حرکت می کنند
3-37 عملکرد تعلیق در مد عملکرد سخت
زمانی که کامپیوتر احساس می کند نیاز به سوئیچ نمودن به مد سخت وجوددارد، در این زمان سوپاپ الکتریکی 5 را می بندد و اجازه نمی دهد که فشار تغذیه اصلی پیستون تفکیک کننده 2 را حرکت دهد. فشار داخل کره مرکزی 1 که همیشه بالاتر از فشارمسیر برگشت در حالت نرمال است درنتیجه پیستون کنترل را جهت بستن کامل کره حرکت می دهد. فشار باقی مانده در کره نامشخص می ماند اما چنانچه فشار مدار اصلی مادامی که سیستم تعلیق در مد سخت است( بتواند تغییریابد ، کامپیوتر را با قرار دادن بلوکه کنترل دروضعیت نرم برای یک مدت زمان کوتاه میزان فشار را یکنواخت می کند.
مد سخت به سه دلیل اجرا می گردد. اولابدلیل مقاومت بالایی که در برابر غلتش بدنه ایجاد می کند. همانند مد نرم جریان روغن LHM از یک کمک فنر به کمک فنر دیگر از میان هر دو بلوکه مستهلک کننده عبور می کند ، با این تفاوت که علاوه بر این بوسیله سوپاپ ساچمه ای و پیستونی 3 محدود می شود. حال در مدار هیدرولیک به جای کره مرکزی،عمل سوئیچ میان عناصر مستهلک کننده انجام می پذیرد .ساچمه ای که در مسیر روغن قرار گرفته است به گونه ای می باشد که هرکدام از جریان ها می تواند آنر را حرکت دهد که در حقیقت جریان روغن را محدود شده و غلت بدنه را به خوبی مستهلک می نماید.
ثانیا در مد سخت با کمک اصلاح کننده های ارتفاع ، شیرجه و چمباتمه را می توان محدود کرد. یک سیستم تعلیق سفت حرکات عمودی را مستهلک می کند ، بنابراین میزان تصحیح لازم را کاهش می دهد.
ثالثا ، مد سخت تنها حرکت سیستم تعلیق را در بین بدنه و جاده محدود نمی کند بلکه بین عناصر سیستم تعلیق و بدنه نیز این کار را انجام می دهد.
3- 38 عملکرد سوپاپ ساچمه ای وپیستونی
هدف آن کاهش حرکت تعلیق زمانیکه وسیله نقلیه به سرعت به سمت چپ می چرخد، خودرو تمایل به غلت زدن به سمت راست دارد ، کمک فنر سمت راست فشرده وکمک فنر سمت چپ منبسط می گردد. سپس روغن از کمک فنر فشرده شده به طرف کمک فنر منبسط شده نیرو وارد می کند، حرکت ساچمه درون سوپاپ در جهت مجرای خروجی کمک فنر چپ می باشد. بمحض اینکه ساچمه به اوریفیس خروجی رسید و آن را مسدود کرد ، ازعبور جریان بیشتر جلوگیری می نماید. اکنون کره های جانبی از یکدیگر مجزا شده اند و تمام میرائی را باید خودشان ایجاد کنند.
در عین حال زمانیکه غلت بدنه ایجاد می گردد ، به همان اندازه اتومبیل به تغییرفاصله با زمین نیاز دارد : برای نمونه، وقتیکه در یک پیچ ترمز گرفته می شود.سوپاپ 3 دارای یک پیستون اضافی می باشد که به روغن LHM اجازه میدهد در میان مدارکمک فنرها و تصحیح کننده ارتفاع جریان یابد. اگر بدنه اتومبیل مجبورشود بالا بیاید، فشار تنظیم کننده ارتفاع بیشتر ازفشار سیستم تعلیق خواهد بود. این فشار بالا، به پیستون نیرو وارد می کن دوسبب حرکت آن می شود که در نتیجه این عمل فشاربطور مساوی در هر دو کمک فنربالا می رود (باید توجه داشت که در این حالت ساچمه حرکت افقی ندارد. تنها زمانی که کمک فنر نیاز به دریافت روغن داشته باشد سوپاپ حرکت افقی خواهد داشت که دراین صورت عملکرد تعلیق نیز متفاوت خواهد بود .)
اگردر حالتی قرا بگیریم که بدنه اتومبیل مجبور به پایین آمدن باشد،در این وضعیت فشار کمک فنرها بالاتر بوده و سبب می شود پیستون دوباره از جای خود حرکت کند ومسیرجریان را به طرف خط برگشت بازکند ،که در این صورت روغن از هر دو کمک فنر خارج می گردد واز ارتفاع اتومبیل کاسته می شود.
دریافت حس62:
کامپیوتر سیستم تعلیق سیگنالهای ورودی را از سنسورهای گوناگون می گیرد و بر اساس یک سری قوانین دینامیکی سوپاپ الکتریکی را فعال می کند.
تعداد یازده ورودی به ECU وارد می گردد. ورودی اول از سوئیچ اسپورت/راحت (Sport / Comfort) می باشد که بر روی داشبورد نصب می شود و راننده قادر به انتخاب این دو حالت خواهد بود. با انتخاب وضعیت مورد نظرچراغی بر روی داشبورد روشن خواهد شد و در مورد تنظیمات انتخاب شده به راننده آگاهی میدهد.
ورودی دوم از سنسور سرعت خودرو63 می باشد. دور سنج الکتریکی که یک مگنت القایی می باشد 4 پالس برای هر چرخش تولید می کند ، که تقریبا 5 پالس برای هر متر مسیر طی شده(اگرچه این به اندازه تایرها بستگی دارد)است. این سنسور بر روی گیربکس ودر جایی که کابل سرعت سنج بسته شده است قرار می گیرد ، یا در نمونه های قبلی ، بر روی کابل قرار دارد. ECUمیزان شتاب اتومبیل را با ارزیابی تغییرات سرعت وسیله نقلیه در مدت یک ثانیه مشخص می نماید.
سنسور سرعت و زاویه فرمان64 ورودی دیگری است که به ECU سیگنال می فرستد که این سنسور دارای دو پرتو مادون قرمز (Infrared) می باشد. پرتومادون قرمز توسط چرخش دیسکی که 28 شیار دارد قطع می شود. ECU بطور موثر یک چهارم تغییرات سیگنالها را از هر دو سنسور برای افزایش تجزیه و تحلیل از سنسورها حس می کند .(28 پالس برای هر دوره چرخش فرمان). این عمل هر 3.214 درجه از چرخش چرخها تغییر می کند. جهت حرکت می تواند بوسیله یک سری تغییرات پی در پی تعیین کند.
برای اتخاذ تصمیم ، کامپیوتر به دانستن موقعیت مسیر جلو برای هدایت چرخها بطور صحیح نیاز دارد. سنسور توانایی آن را ندارد که یک موقعیت صفر ایجاد نماید.(چنانچه تمایل ندارد که همیشه کار کند) کامپیوتر در عوض از یک تشخیص دهنده استفاده می کند.
اول ، موقعیت خط مستقیم را فرض می کند اگر سرعت وسیله نقلیه بالای 30 کیلومتر بر ساعت باشد و موقعیت سیستم هدایت چرخها در هر 90 ثانیه تغییر نکند،. دوم ، ما می دانیم بیشترین شماره از پالسها در هر دور از جهت مرکز است.
سرعت دوران چرخها هدایت کننده بوسیله سنجش زمان سپری شده بین پالسهای اختصاصی برگشتی از سنسورها تعیین می کند.
یک سنسور مشابه درباره حرکات بدنه خودرو65 به کامپیوتر آگاهی می دهد. دو مادون قرمز ، 45 شکاف در دیسک ها، یک چهارتایی شبیه سازی شده بوسیه ECU. در یک مدت زمان طولانی و بی نهایت مطرح شده از تغییرات آهسته ارتفاع انتخابات راننده در تنظیمات ارتفاع فرق خواهند داشت.
سنسوری به جلوی میله ضد غلتش در قسمت راست اهرم بندی تنظیم کننده ارتفاع متصل شده است. موقعیت آن، به تشخیص دادن اینکه بدنه در چه موقعیت و وضعیتی قرار دارد و مقدار غلتش بدنه چه قدر است توانا خواهد بود.اما چنانچه سنسور سرعت در موقعیتی خارج از مرکز سوار شده باشد، غلتش را در حدود سه بار کمتر از حساسیت به غوطه ور شدن و مسائل دیگر حس می کند.
سنسور موقعیت پدال66 در زیر داشبورد واقع شده است، قسمت راست بعد از مکانیسم پدال . در آنجا پدال میتواند عملیات فنری را برای حرکت انجام دهد. سنسور آن پتانسیو متری هست با یک سری سریال یکپارچه مقاومت الکتریکی که در 256 استپ عمل می کند.
سنسور فشار ترمز67 یک عملگر فشاری ساده هست که بر روی یک لوله هیدرولیک بلوک اتصال دهنده واقع شده است ، قسمت راست بعد از بلوکه ABS، در زیر قسمت چپ بالهای جلو ، در جلوی قوس چرخها، زیر باتری . این سوئیچ ارتباط را در 35 بار از فشار ترمزگیری ایجاد می کند.
سوئیچ بازبودن درب خودرو بر روی قاب دربها در قسمت چفت کن واقع شده است. سوئیچ درها همگی سیمی هستند که با هم بصورت موازی می باشند که به یک خط ورودی از سوئیچ درب عقب و هم به خطهای ورودی دیگر متصل شده اند.
مغز سیستم تعلیق عقب:
ECU یک میکرو کامپیوتر حساس کوچک است که سیگنالهای وروردی آمده از سنسورهای مختلف را دریافت کرده و مورد پردازش قرار می دهد. یک امر خیلی جالب و مهم که جلب توجه می کند اینست که اتومبیل توسط سنسورها از راننده تبعیت می کند. برای دستیابی به این امر، بیشتر سنسورها می خواهند عملیات راننده را کنترل کنند.
نرم افزار شامل توضیحاتی از حالتهای گوناگون است که زمانیکه فعال/غیرفعال است، شیر الکتریکی سیستم تعلیق را به مد نرم یا سخت سوئیچ می کند.این حالتها می توانند یک قاعده فرمولی باشند.
هر سنسور ورودی یک قاعده اصلی وابسته دارد: زمانیکه مقدارهای جمع آوری شده از سنسور از حد معمول متجاوز بشوند ، سیستم تعلیق به مد سخت می رود و کامپیوتر شروع به شماره اندازی در یک مدت زمان برای بازگشت سیستم تعلیق به مد نرم می کند. در مدت زمان تعیین شده، اندلزه ها نباید دوباره از حد معمول متجاوز بشوند.اگر از آن حد تجاوز کند، سیستم تعلیق در مد سخت باقی می ماند و مدت زمان دوباره شروع به کار می کند.
چهار قاعده اضافی مهم و برجسته عملیاتی وجود دارند – حتی اگر ورودی های سنسور مستلزم این باشند که از قاعده کلی استفاده کنند، این چهار وضعیت اول چک می شوند:
1- کامپیتر سیستم تعلیق را در مد نرم قرار می دهد زمانیکه موتور روشن یا خاموش باشد. این تنظیمات تا 30 ثانیه یا زمانیکه سرعت خودرو از 30 کیلومتر در ساعت متجاوز شود غالب هستند.
2-اگر کامپیوتر هر مشکلی در عملیاتش یا هر ورودی یا خروجی پیدا کند ، سیستم تعلیق به مد سخت سوئیچ می شود و آنجا باقی می ماند تا زمانیکه موتور خاموش شود یا درها در سرعت زیر 30 کیلومتر در ساعت باز گردند.
3- هر زمان که سیستم تعلیق در مد سخت برای بیشتر از یک دقیقه باقی بماند ، کامپیوتر به مد نرم لحظه به لحظه سوئیچ می شود برای یکنواخت کردن فشارها در کره های مرکزی و کناری.
4- زیر سرعت 30 کیلومتر در ساعت اگر درها باز شوند ، همه قوانین باطل می شود و سیستم تعلیق در مد نرم به منظور یکنواخت کردن فشار در کره ها قرار می گیرد.
چنانچه پیش از این ذکر شد سنسور چرخهای هدایت کننده برای دو مقدار ورودی استفاده شده است : سرعت چرخهای هادی و زاویای آن. این مقادیر به طور جداگانه به منظور محاسبه شتاب افقی وسیله نقلیه و تغییرات پتانسیل در این شتاب گیری استفاده می شوند.این عمل ظاهرا به منظور ذخیره شدن در حافظه ، به عبارت دیگر آماده شدن برای چک کردن 3 پارامتر کامل انجام می گیرد. (سرعت خودرو ، زاویه چرخهای هادی و سرعت آنها). دستور و قاعده سنسور چرخهای هادی در حقیقت یک مقیاس از غلتش پتانسیل را می دهد.این قوانین برای کاهش غلتش بدنه وقتی پتانسیل این عمل موجود است تدوین شده اند،معذلک تعلیق برای جذب کردن ضربات دست اندازهای جاده وقتی دلیلی برای غلتش بدنه نباشد در مد نرم باقی خواهد ماند.
اگر وقتی که سرعت خودرو بالای 30 کیلومتر بر ساعت افزایش یا کاهش شتاب(ترمز) وسیله نقلیه از 3 متر بر مجذور ثانیه تجاوز کند سیستم تعلیق به مد سخت سوئیچ می شود و مهلت 1.2 ثانیه شروع می شود.
جدول 3-1 مقادیر زاویه چرخهای هادی و سرعت دوران را نشان می دهد . اگر هر یک از این مقادیر از استانه سرعت حقیقی وسیله نقلیه تجاوز کنند ، سیستم تعلیق به مد سخت سوئیچ می شود .تعلیق زمانی به مد نرم باز خواهد گشت که مقادیر نظیر به نظیر در کمتر از یک ثانیه اگر تغییرات بر مبنای زاویه چرخها و 2 ثانیه اگر مبنا بر تغییرات سرعت چرخها باشد، زیر مقادیر آستانه بروند.
جدول 3-1 زاویه چرخهای هادی و سرعت دوران
دامنه نوسان حرکت بدنه و سرعت از خروجی های سنسور حرکت بدنه نتیجه گرفته میشوند، اگرچه این دو مقدار در راه مختلف استفاده شده اند.
جدول 3-2 دامنه نوسان حرکت بدنه و سرعت
مقادیر اندازه گیری شده توسط سنسور پدال دریچه گاز با مراجعه به سرعت وسیله نقلیه برای پیش بینی کردن دینامیک وسیله نقلیه در هنگام کاهش یا افزایش شتاب استفاده شده اند. قاعده کلی برای این سنسور در یک واکنش احتمالی اتومبیل نمایش داده شده است. هر دو بطور عمده وقتیکه سیستم تعلیق در مد سخت است کاهش می یابند.
به صورت تدریجی ECU سیستم تعلیق ، موقعیت پدال را در 5 مرحله تعیین می کند : 0 – 30 – 40 – 50 و 60 درصد از مسیر کامل حرکت پدال . کامپیوتر، زمانهای تغییر حرکت پدال از یک مرحله به مرحله بعدی درهر جهت را اندازه گیری می کند. اگر این زمانها در داخل مدت نشان داده شده در جدول 3-3 باشند، سیستم تعلیق به مد سخت سوئیچ می شود. اگر حرکت پدال آهسته تر از حداقل زمان نشان داده شده باشد سیستم تعلیق به مد نرم باز خواهد گشت:
جدول 3-3 موقعیت پدال
سنسور فشار ترمز ، فشار در مدار هیدرولیک ترمز جلو را تشخیص می دهد. پس یک سنسور استانه ثابت است، تنظیمات سیستم تعلیق برای آن ساده است:اگر سرعت خودرو از 30 کیلومتر در ساعت تجاوز کند و فشار مدار هیدرولیک بالای 35 بار باشد تعلیق به مد سخت سوئیچ می شود. همچنین سیستم برای جلوگیری از غوطه ور شدن بیش از حد وقتیکه ترمزگیری در مدت به وجود آمدن این دو وضعیت ادامه یابد ، در این مد باقی می ماند.
زمانیکه سوئیچ انتخابگر سیستم تعلیق در حال اسپورت قرار داده شود، تمام سنسورهای ورودی بجز سنسور سرعت اتومبیل همگی غیر فعال می شوند. زیر 30 کیلومتر در ساعت اتومبیل در مد نرم باقی می ماند و در بالای این سرعت سوئیچ بطور دائم به مد سخت می رود. روشن کردن وضعیت سیستم تعلیق در پنل ابزار دو وظیفه دارد:
1-وقتیکه سوئیچ جرقه باز است و سیستم تعلیق در مد راحتی قرار دارد ، چراغ در مدتی که ECU در حالت تست خود قرار دارد روشن می شود .اگر کامپیوتر هر خطایی را در مدت تست تشخیص دهد ، چراغ یک یا چند مرتبه در طول این مدت روشن ، خاموش می شود.
2-وقتیکه سیستم تعلیق در مد اسپورت قرار دارد، وضعیت چراغ تا زمانیکه راننده تنظیمات را تغییر ندهد روشن باقی می ماند.چراغ فقط زمانی خاموش می شود که قوانین تعلیق برای جوابگویی به مد انتخابی دیگری تغییر کنند . البته این تغییر ، مدتی کوتاهی به دلیل اینکه تایم اوت داخلی سیستم ریست می شود و همچنین بعضی از سنسور ها در حال ارزیابی هستند طول می کشد . به همین دلیل روشن شدن چراغ وضعیت دیگری مدتی به تاخیر می افتد.
3-3-4 هیدرو اکتیو 2 :
سیستم تعلیق هیدر اکتیو 2 در فوریه سال 1993 (5925 (ORGA ساخته شد این سیستم مشکل عمده سیستم قبلی که ناخوشایند بودن سواری درمد سخت بود را مرتفع ساخت.
در حالت Sport میزان چسبندگی تایر به زمین افزایش می یابد و راحتی سفر قدری کاهش میباشد . در سیستم هیدراکتیو 2 ارتباط میان مد تعلیق و تنظیمات سوئیچ داشبورد پیچیده تر شده است.درهر دو تنظیمات -نرمال Normal (نام جدید راحت) واسپورت Sport- کامپیوتر می تواند به مد سخت ونرم سوئیچ نماید .
امازمانی که تعلیق در حالت Sportقرار بگیرد،حساسیت بیشتر شده و تمایل دارد زودتربه مد سخت سوئیچ شود.
در بسیاری ازمدلهایی که مجهز به خاصیت ضد نشست بودند زمانی که خودرو فاقد حرکت است ، سیستم قفل می شود. این عمل فقط برای آن است که از نشست خودرودر زمانی که استفاده نمی شود جلوگیری به عمل آید. در هر حال تاثیری در کارکرد سیستم تعلیق ندارد
3-39 نمایی از تعلیق جلو هیدراکتیو 2
مدار کره مرکزی (اصلی) ومدار پشتیبانی (کنترل) مجددا طراحی گردید: دراین سیستم سوپاپهای الکتریکی و کا نال های داخلی ، مشکلات سیستم قبلی را اصلاح می کنند. بلوک کنترل جدید همانند قبل، کره های سمت چپ و راست را با تنظیم کننده ارتفاع و کره مرکزی – بسته به سیگنال کامپوتر- مرتبط می سازد.
عناصربه کاررفته دراین سیستم غالباهمانندعناصرمورداستفاده در سیستم هیدراکتیو1می باشند:
1- کره مرکزی68
2- سوپاپ تفکیک کننده هیدرولیکی69
3- سوپاپ پیستونی و ساچمه70
4- دو عنصر مستهلک کننده71
5- سوپاپ کنترل الکتریکی72 که به وسیله کامپیوتر سیستم تعلیق تحرکت می شود.
مدار تعلیق جلو و عقب مانند یکدیگرند اما از یکدیگر مستقل می باشند. سوپاپ های الکتریکی به طور همزمان و موازی حرکت میکنند.
سوپاپ الکتریکی(5)زمانی عمل می کند که سیستم تعلیق درمد نرم باشد .از این رومد سخت پیش فرض سوپاپ الکتریکی می باشد.اما به علت اتصال غیرمستقیم این سوپاپ وپیستون تفکیک کننده در بلوک کنترل ، اجزاء هیدرولیکی با قطع جریان برق سوپاپ میتوانند به مدت زیادی در وضعیت خود باقی بمانند که این وضعیت به اختلاف فشار بین کمک فنرو مدار اصلی بستگی دارد. اگر مدار اصلی تعلیق دارای فشار نرمال باشد ، سیستم با قطع سوپاپ الکتریکی در مد سخت باقی می ماند.
هر دومد حرکتی این سیستم (hard mode و soft mode ) تقریبا همانند سیستم قبلی می باشند :
در مد نرم Soft ،سوپاپ الکتریکی (5) مسیر تغذیه به سوپاپ تفکیک کننده (2) را باز می کند و با جابه جا کردن آن، کره مرکزی (1) را به دیگر قسمت ها ی تعلیق مرتبط می سازد . در مد سخت سوپاپ الکتریکی (5) بسته شده و در نتیجه براثر فشار کره مرکزی (1)، پیستون به سمت پایین حرکت می کند وبه ارتباط کره طور کامل با دیگر قسمت ها قطع می شود.
در این زمان کره مرکزی (1) به طور مستقیم از طریق تنظیم کننده ارتفاع تغذیه می گردد.
3-40 نمایش عملکرد مد سخت و نرم هیدراکتیو 2
سیستم ارتفاع هوشمند73:
کامپیوتراز سنسورهایی مشابه به سیستم هیدراکتیو1 استفاده می کند. تنها اختلاف آن در سنسور سرعت خودرو میباشد، که در این سیستم سنسور اثر هال به کار گرفته شده است. دقت این سنسوربا تولید 8 پاس در دور، دوبرابر شده است که تقریبا 5 پالس در هر مترمی باشد(هر چند این تعداد به ابعاد تایر بستگی دارد). این سنسور در گیربکس در جایی که کابل سرعت سنج بسته می شود قرار می گیرد یا در بعضی مدلها در کابل قرار گرفته است.
الگوریتم داخلی کامپیوتر این سیستم بسیار پیچیده تر است.
در حالی که در سیستم هیدرولیکی1، فقط یک کامپیوتر کنترل گر وجود داشت (در سرعت های بالای 30 کیلو متر در ساعت به مد سخت سوئیچ می کرد)، درسیستم جدید دو روش عملکرددارد:در هر دو حا لت نرمال normal واسپرت sport وقتی تشخیص دهد که شرایط رانندگی ایجاب میکند که تعلیق به حالت سخت برود به صورت دینامیکی سوپاپ های الکتریکی بلوک کنترل تعلیق را فعال میکند. تفاوتهایی دردستورات کامپیوتر این سیستم وجود دارد : دستور سخت شدن برای حالت sport با بیشتر ین حد کم و زیاد شدن تنظیم می شود و به وجود آوردن حالت سخت آسانتر شده است.
جدول مقابل حد نهایی زاویه چرخش فرمان74 در حالتهای مختلف را نشان داده شده است . اگر مقادیر مشاهده شده زوایا توسط سنسور از حد نهایی تنظیم شده برای هر سرعت تعیین شده و تنظیمات تعلیق ، بیشتر شود تعلیق تمایل به قرار گرفتن در مد سخت (hard mode) را دارد. بازگشت به حالت (soft) زمانی صورت میگیرد که این مقادیر حد اقل 5/1 ثانیه پایین تر از حد نهایی قرار گیرد.
جدول 3- 4 حد نهایی زاویه چرخش فرمان
همانند جدول 3-4 ، جدولی وجود دارد که حد نهایی سرعت چرخشی فرمان75 را نشان می دهد.وقتی فرمان در حال بر گشتن به مسیر مستقیم است ، حد نهایی زاویه فرمان موقتا دوبرابر میشود.
جدول 3-5 حد نهایی سرعت چرخشی فرمان در برگشت فرمان
جدول3-6 حدود عملکرد سنسور پدال گاز76 را نشان می دهد:
آستانه حرکت بدنه77 از یک سری قوانین اضافی پیروی می کند . به طور معمول حد نهایی هنگام فشرده شدن تعلیق ( نشست بدنه78) یا باز شدن آن (بر خاستن بدنه79)، از حد تعیین شده در جداول تجاوزمی کند، تعلیق با یک وقفه 8 ثانیه ای به مد سخت (hard) سوئیچ می نماید اما تحت شرایط مختلف ، حد تنظیمات شخصی باید رعایت شود.دو حالت برای حد تنظیمات وجود دارد :
1- تصحیح سطح لاستیک: اگر سرعت قطعات متحرک از m/s300 تجاوز کند ، تعلیق به حالت سخت سوئیچ میشود و تمام حد تنظیما ت به 60 میلیمتر تغییر داده می شود. زمان وقفه این اصلاح 4 ثانیه می باشد.
2-کنترل حرکت بیش از حد قطعات: اگر تحرک قطعات از 60 میلی متر بیشتر از3 بار در ثانیه تجاوز کند ، تعلیق به حالت سخت سوئیچ میشود و تمام حدود تنظیم به 60میلی متر تغییر داده می شود. زمان کنترل 2 ثانیه است.
اگر تعلیق در حالت (sport) باشد ، یا اینکه سرعت خودرو از 159 کیلومتر در ساعت بیشتر باشد ، اصلاح حدود تنظیم صورت نمی گیرد. حالت اصلاح حدود تنظیم اگر زاویه چرخهای فرمان دهنده از حدود تعیین شده در جدول 3-7 تجاوز کند ، لغو خواهد شد و تنظیمات به حالت اولیه برمی گردد.
جدول 3-7 حدود تنظیم زاویه چرخهای فرمان دهنده
با بهینه سازی کیفیت سنسور سرعت خودرو ، قوانین قبلی از 30 کیلومتر بر ساعت به 24 کیلومتر بر ساعت تغییر می کند . بنابراین اگر سنسور فشار ، فشاری حدود 30 بار را تشخیص دهد و سرعت خودرو بالغ بر24 کیلومتر بر ساعت باشد، تعلیق به حالت سخت سوئیچ میشود.
به همین ترتیب اگر سوئیچ 30 ثانیه باز باشد، تعلیق به حالت نرم می رود. اما با رسیدن سرعت خودرو به 24 کیلومتر بر ساعت ، به طور ناگهانی این حالت لغو میشود. همچنین اگر یکی از درها یا در صندق عقب باز باشد ، اما سرعت زیر 24 کیلومتر بر ساعت باشد ، تعلیق به حالت (sport) سوئیچ میشود.دلیل این عمل مساوی بودن فشار بین هر سه کره محورها می باشد. بدون این عمل کره مرکزی فشار تولیدی را نگه می دارد و با توجه به فشار واقعی در سرعت بیشتر از 24 کیلومتر بر ساعت باعث پرش یا خوابیدن ماشین می شود.
این نکته مهم است که بدانید هر وقت سوئیچ بسته باشد تعلیق به حالت (Soft) می رود . اگر در حالت سوئیچ بسته درها باز بمانند ، حالت تعلیق Soft به یک دوره 10 دقیقه ای موکول می شود تا از خالی شدن باتری جلوگیری شود .زیرا در این حالت به انرژی الکتر یکی برای تغذیه سوپاپ ها نیاز است .
3-3-5سیستم ضد نشست80
سیتروئنهای امروزی از جملهXantia و XM دارای سیستم هید راکتیو وهیدرو پنیوماتیک ضد نشست می باشند که از پایین آمدن یا نشست خودرو هنگامی که از آن استفاده نمی شود جلوگیری می کند. استفاده از این سیستم مانع عملکرد نرمال خودرو نمی شود. سعی این سیستم بر آن است تا نشتی داخلی سیستم را با استفاده از سوپاپ ضد نشست کاهش دهد.
تولید سوپاپ ضد نشست هم زمان با پیدایش پمپ های پیستونی 2+6 آغاز گردید. سوپاپ ضد نشست به هر اکسل ، بین تصحیح کننده ارتفاع و کمک فنر تعلیق(یا بلوک کنترل هیدرولیکی در سیستم هیدرواکتیو) وصل می گردد که از پائین آمدن خودرو در زمان خاموش بودن موتور جلوگیری می کنند.سوپاپها در فشارهای مختلف سیستم عمل می کنند بدون اینکه هیچ گونه کنترل الکتریکی داشته باشد: زمانی که فشار قابل توجهی در مدار کنترلی آنها وجود داشته باشد ، این سوپاپ ها مدار کار خود را همواره باز نگه می دارند .
در عملکرد نرمال, پمپ فشار قوی81، اکومولاتوراصلی82 و رگلاتور فشار83، را با روغن پر می کند . خروجی این دوقسمت، تمام سیستم راتغذیه می کند و به خاطر دلایل امنیتی روغن ازمیان سوپاپ ایمنی مدار ترمز عبورمی کند تا فشارآن را همواره ثابت نگه می دارد. اگر فشار بقدر کافی در مدار وجود داشته باشد، سوپاپ ایمنی از طریق سوپاپ ضد نشست و تصحیح کننده ارتفاع بخش های دیگر تعلیق را تغذیه می کند . این فشار از سو پاپ ایمنی به مدار کنترل سوپاپ های ضد نشست می رسد . وقتی خو درو در حال حرکت است این شیر به طور پیوسته باز می شود و تصحیح کننده ارتفاع را به تعلیق و سیستم ترمز اتصال می دهد.در این سیستم ، حتی زمانی که موتور خاموش باشد ،سوپاپها در طول مدت تغذیه از آکامولاتور که دارای فشار بالاتری ازتعلیق دارد بازباقی می مانند .
3- 41نمایش عملکردسیستم ضد نشست
اما به محض ایجاد نشتی درکمک فنرها ، رگلاتور ارتفاع و سوپاپ ترمز، فشار اکومولاتوراصلی به پایین تر از فشار سیستم تعلیق کاهش می یابد. بسته شدن سوپاپ های ضد نشست ارتباط کمک فنرهای تعلیق رابا سایر قسمتها قطع می کند . معمولا ابتدا شیر جلو بسته می شود , چون به دلیل وجود موتور و گیربکس، قسمت جلو سنگین تر است. مقایسه بین خودروی دارای سوپاپ ضد نشست و خودرو معمولی نشان دهنده کمتر بودن نشتی در خودروهای دارای این سوپاپ می باشد . برای مثا ل در خودرو XM با تعلیق اول ، درحدود 20-30 ساعت ، خودرو به طور کامل نشست می کند ، در حالی که این اتفاق درسیستم تعلیق دارای سوپاپ ضد نشست بیش از 10 روز ، رخ می دهد .
سوپاپ ضد نشست عقب کمی متفاوت نصب می شود . همچنین برای تغذیه تعلیق عقب و مدار ترمز،به طور معمول به یک کره ضد نشست اضافی متصل می شود . وظیفه این کره حفظ فشار مدار ترمز است. از آنجا که سوپاپ ترمزغالبا دارای سوراخ می باشد تا بتواند فشار بین پیستون و پلانجر را در صورتی که فشار پشت پیستون بالا رود(مشروط بر اینکه فشار بالا و مدار تعلیق جلو نشتی زیادی ندارند) تخلیه نماید . در این قسمت ، شیر ضد نشست ممکن است دوباره به اشتباه باز شود ، اما این کره اضافی باعث می شود تا این اتفاق روی ندهد.
این سیستم با از بین بردن نشتی داخلی قسمتهای مختلف سیستم تعلیق که در زیرفشار باعث فرار روغن به مخزن می شود،ارتفاع خودرو را حفظ می کند.عناصری که دارای حرکت ثابت هستند – به عنوان مثال تصحیح کننده ارتفاع – برای روغنکاری سوراخی شان دارند. سوپاپهای ضد نشست به گونه ای تولید می شوند که دارای تلرانس ها و نشتی های خیلی کم می باشندو به ندرت به روغن کاری نیاز دارند. این سوپاپ ها برای جلوگیری از هرگونه نشتی درکمک فنرها که باعث کاهش فشارکمک فنرو نشست خودرومی گردد ،تمامی کمک فنر ها را از دیگر قسمت های تعلیق جدا می کند
3-3-6 تعلیق اکتیوا:
تعلیق اکتیوا84 که تنها در برخی مدلهای Xantia مورد استفاده قرار گرفته است، حالتهای مختلفی را ایجاد می کند. رانندگان در جاده ها نیاز به قرار پذیری و فرمان پذیری دارند زیرا در هنگام دور زدن در پیچ، خودرو بدون کوچکترین تغییری در حالت افقی بماند و از منحرف شدن آن جلو گیری شود و راحتی سر نشین را فراهم کند
سیستم تعلیق اکتیوا در دو مرحله جداگانه عمل می کند. مرحله اول، مرحله ای است که با استفاده از یک کنترل کننده غلت که به صورت مکانیکی عمل می کند کنترل صورت می پذیرد. ( اجزای آن شبیه به تصحیح کننده های ارتفاع که در تعلیق مورد استفاده قرار می گیرند است. )
کنترل کننده توسط یک جناق به یک میله پاد غلتی که به چرخ متصل است وصل می شود. وقتی اتومبیل با سرعت به سمت راست می پیچد چرخ سمت چپ جلویی آن به سبب نیروی گریز از مرکز بدنه، تحت فشارقرار می گیرد. چنانچه چرخ به سمت پایین حرکت می کند باعث می شود انتهای دیگر جناق توسط تصحیح کننده کشیده می شود. پیستون موجود درون کنترل کننده غلت( Roll corrector ) به سمت بالا حرکت می کند و مسیر روغن سیلندرهای پایدار کننده (stabilizing cylinder) را باز می کند. این دو سیلندر به صورت متفاوت به چرخ متصل می شوند : درقسمت جلو، پیستون ،چرخ سمت چپ را به بالا فشار می دهد در حالی که درقسمت عقب چرخ سمت راست را به سمت پایین می راند . این تنظیم اریب ، اثر غلت بدنه را خنثی می کند. با چرخش در جهت معکوس ، کنترل کننده غلت روغن درون سیلندرهای پایدار کننده را به مخزن باز می گرداند . که در این صورت چرخ سمت چپ جلو به سمت پایین و چرخ راست عقب به سمت بالا حرکت می کنند. وباز هم اثر مخالف با غلت بدنه ایجاد می گردد.
3-41 نمایی از طرح تعلیق اکتیوا
در تعلیق اکتیوا یک کره هیدرولیکی اضافی در جلوی خودرو به عنوان یک اکومولاتور اضافی عمل می کند و کره عقب به صورت الکتریکی می تواند به آن وصل ویا جدا گردد. بسته به موقعیت پیستون در داخل سوپاپ الکتریکی ،یا فشار زیاد مسیر تغذیه می تواند به پیستونی که در داخل بلوک کنترل (2 ) قرار دارد وارد شود و آن را به سمت بالا حرکت دهد ودر نهایت کره(1) را با قسمت های دیگر مرتبط سازد (خطهای تیره مشخص در تصویر) و یا فشار باقیمانده در کره ، پیستون (2) را به سمت پایین حرکت دهد و باعث جدا شدن کره 1 از مدار می شود.
زمانی که کره اضافی (Activa sphere)به بقیه سیستم راه دارد، از طریق آکومولاتور و کره اضافی (Activa sphere) ،فنر تغییر شکل داده و تصحیح غلت انجام می گیرد . سطح تغذیه شونده سوپاپ های سیلندر پایدار کننده نصف سطح دیگر آن است که در صورت باز بودن سوپاپ (2)به کره اضافی(1) وصل می شود .
تغییرات طول اهرم به صورت مستقیم به میله پاد غلت منتقل نمی شود. به مجرد وارد شدن نیروی خارجی همچون نیروی گردش بدنه ، حرکت پیستون، گازدرون یک کره را متراکم می سازد و در همین زمان در کره دیگر، آن را منبسط می نماید.
سیلندر پایدار کننده(stabilizing cylinder) همچون یک فنر با ویژگیهای نا متقارن عمل می نماید:سختی موثر آن درسمت پیستون کمتر است. اما سختی آن با اعمال نیروی خارجی به صورت تصاعدی افزایش می یابد.
سیستم تعلیق اکتیوا با توجه به موقعیت سوپاپ الکتریکی (2) دارای دو نوع عملکرد است: در نوع اول تصحیح کننده غلت همیشه فعال است زیرا تصحیح کننده غلت (roll corrector) در حالت معکوس است. در نتیجه جریان روغن تمایل دارداهرم بندی فعال را در جهت عکس فشار دردو کره دیگر خواهد شد و و نیروی اصلاح کننده اعمال می گرددکه این نیرواز طریق فنرمی تواند به صورت تصاعدی افزایش می یابد .
ECU ، سوپاپ الکتریکی را ، با استفاده ازسنسورها کنترل می کند. زمان عملکرد حالت دوم که رفتار پاد غلت می باشد توسط مقادیر سرعت اتومو بیل، سرعت و زاویه چرخش فرمان ، مشخص می گردد. همچنین ECU عملکرد راننده را به عنوان یک ورودی برای حرکت بدنه اتومبیل مورد استفاده قرار می دهد: اگر ایجاد غلت به علت ناهمواری جاده باشد،راننده فرمان را نخواهد چرخاند. در پیچ ها ،کامپیوترحداکثرشتاب جانبی رامحاسبه می کند(سرعت اتومبیل تو سط حسگر مربوطه محاسبه می شود، شعاع دوران هم توسط سنسور زاویه فرمان محاسبه می شود، جرم اتوموبیل نیز مشخص است ونیروی گریز از مرکز با توجه به این مقادیر قابل محاسبه است) و تصمیم می گیرد که آیا برای جبران غلت بدنه به سخت شدن فنریتی که توسط کره ها شکل گرفته نیازمی باشد.
در این حالت ، کره اضافی از بقیه سیستم جدا می شود. روغن میان تصحیح کننده غلت و اهرم بندی فعال از دو طرف مسدود می گردد،و باعث می شود اهرم سخت شود. حتی اگر انتهای تصحیح کننده باز باشد، اهرم کاملا سخت باقی می ماند (مشروط بر این که فنرسخت با میرایی بالا ترکیب شود); تنها نیمی از جابجایی باعث می شود ، روغن ازمیان کره اضافی (آکامولاتور) به رگلاتور محدود کننده بگریزد .
حال زمانی که میرایی مضاعف کره اضافی قطع شود، تصحیح تنها از طریق میله پاد غلت که خیلی سخت شده است انجام می شود. زمانی که محدوده تصحیح ممکن به اتمام می رسد ( تا جایی که امکا ن باز و بسته شدن کمک فنرها وجود دارد )که در این صورت شتاب جانبی درحدودg 6/0 است، تنها میله پاد غلت سخت در حال کار باقی می ماند .
منحنی ها، ویژگیهای جنبشی سیستم اکتیوا را با جزئیات آن نشان می دهند . منحنی اول رابطه میان زمان و زاویه غلت (roll angle) را بر ای یک شتاب جانبی ثابت نشان می دهد . این امر به وضوح مشا هده می شود که سیستم هیدرواکتیو تنها می تواند میرایی غلت را کنترل کند و زاویه چرخش را نمی تواند محدود سازد. توجه نمایید که شیب ابتدایی هر دو منحنی هیدرواکتیو – در محدوده زمانی 0.4 تا 0.6 ثانیه – تقریبا در هر دو حالت نرم و سخت مشابه است . این شیب تر کیب سختی میله پاد غلت(roll-bar) و اجزای هیدرولیک را نشان می دهد. هنوز زمان واکنش در مد نرم نسبت به مد سخت بیشتر است (0.8 ثانیه در مقابل6/0ثانیه ، که به وسیله خم انتهایی زمانی که منحنی تبدیل به خط افقی می شود نشان داده شده است). در مد سخت به محض اینکه که کره های کناری جدا می شوند، حجم گاز ترکیب شده آن ها کمتر می شود.حداکثر زاویه غلت در حدود 2.5درجه است در حالی که در حالت نرم تا حدود3 درجه می رسد.
3-42 منحنی زمان و زاویه غلت
منحنی دوم ارتباط میان شتاب جانبی و زاویه غلت را نشان می دهد میله پاد غلت هیدرو مکانیکی سیستم اکتیوا(Hydraulical-mechanical roll bar)مشابه سیستم هیدرواکتیومیباشد که با حداقل شتاب جانبی کارمی کند. در حالی که سیستم هیدرواکتیو به صورت خطی باقی می ماند – هر چه شما سریعتردر پیچ بچرخید، زاویه غلت بدنه خورو بیشتر خوا هد بود – اجزاء سیستم اکتیوا زاویه غلت بدنه را در زیر0.5 درجه و شتاب جانبی را تا حد0.6 g ( با ایجاد سختی موثر بیشتر در میله پاد غلت) نگه می دارد. حتی زمانی که میله پاد غلت بیش ازمقدار حرکت کند و سختی موثرمیله پاد غلت کاملا سخت باقی خواهد ماند وزاویه غلت به صورت ملایم افزایش می یابد و حداکثر1 درجه خواهد شد.
3-43 منحنی شتاب جانبی و زاویه غلت
3-3-7هیدرواکتیو 3
C5 جدید دارای یک سیستم تعلیق جدید است که بسیاری از راه حل های به کار گرفته سیتروئن در مدت چندین دهه را از میان برده است و در عین حال همان آسایش و راحتی قبل و حتی بهتر از آن را ارائه می دهد. پیشرفت های اخیر در الکترونیک و کامپیوتر سبب شده است تا عملگرهایی که قبلا بوسیله اجزای مکانیکی- هیدرولیکی کار می کردند توسط واحدهای الکترونیکی عمل نمایند.
سومین نسل سیستم تعلیق دارای عملکردی مشابه سیستم های قبلی است. اما حقیقت Hydractive3 به آن عبارتی که ما در قبل استفاده کردیم نیست و عملکرد ویژه آن تنظیم فاصله از سطح جاده است که این امر با توجه به سرعت و شرایط جاده صورت می پذیرد
اگرچه اصول عملکرد عملا یکسان است، اما طرح کلی دستخوش تغییرات مهمی شده است.
مهمتر از همه، تصحیح کننده های ارتفاع که در مدل قبلی بطور مکانیکی عمل می کردند تبدیل به واحدهای هیدرولیک شده اند که به صورت الکترونیک کنترلی می شوند. و تمام واحدهای هیدرولیک بجز کره ها- که مجددا طراحی شده اند تا عمر آنها افزایش یابد- اکنون در یک واحد مجزاء، به نام رابط هیدروالکتریک توکار85 (BHI) قرار می گیرند. این واحد فشرده شده دارای سه قطعه مهم است:
1- فشار قوی86 :
روغن ترکیبی جدید (که LDS نامیده می شود ودر تصویر با رنگ نار نجی نشان داده شده است ) بوسیله پمپ هیدرولیک پنج پیستونی (1) تولید می شود . که این پمپ بوسیله یک موتور الکتریکی به حرکت در می آید و موجب می شود عملکرد پمپ مستقل از موتور خودرو شود و تنها در صورت نیاز به کار بیافتد.
2- واحدهای هیدرولیک87 که شامل قسمت های زیر می شود:
آکومولاتور (2) جهت یکنواخت نمودن نوسانات فشار پمپ، چهار سوپاپ الکتریکی (3) و (4) و دو سوپاپ هیدرولیکی (8)که عمل تنظیم ارتفاع و رفتار ضد نشست را انجام می دهند و فیلترهایی در مسیر برگشت(5)قرار دارند و شیر فشار شکن (7) (نقش رگلاتور فشار سیستم های قبلی را دارند) .
3- پردازشگر الکترونیکی88 (6) :
این کامپیوتر که با کامپیوترهای دیگر در شبکه مولتی پلکس( (Multiplex ارتباط برقرار می کند تا ورودی های سنسورهای مختلف را خوانده و موتور پمپ فشار قوی (HP) و سوپاپ های الکتریکی را کنترل کند.
برخلاف تصحیح کننده های ارتفاع سیستم های قبلی، که بطور مکا نیکی عمل می کردند و از طریق یک اهرم به میله های پاد غلت متصل می شدند، سیستم جدید از سنسورهای الکترونیکی برای فهمیدن ارتفاع حقیقی تعلیق و عملگرهای الکتریکی جهت اصلاح فاصله با زمین ، استفاده می کنند. مزیت اصلی استفاده از آنها، این است که ECU می تواند الگوریتم های بسیار پیچیده ای را جهت اصلاح ارتفاع انجام دهد که با اهرم بندی مکانیکی امکانپذیر نیست.
کامپیوتر (6) به شبکه مولتی پلکس CAN وصل می شود و دستیابی به پیغام های فرستاده شده توسط BSI و کامپیوترهای کنترل کننده موتور و ABS ، را مهیا ساخته است.
وروی های کامپیوتر تعلیق شامل موارد زیر می باشد:
ارتفاع قسمت عقب و جلو بدنه ، پدال ترمز، سرعت و شتاب خودرو ، وضعیت باز و بسته بودن درب ها (شامل درب های عقب)، به علاوه سنورزاویه فرمان و سرعت چرخش .
3-44 سیستم تعلیق هیدرواکتیو3
بطور معمول در خودرو سیتروئن راننده می تواند چهار حالت تنظیم ارتفاع را انتخاب نماید (سلکتورتنظیم ارتفاع غالبا به طور مکانیکی به قسمت هیدرولیکی متصل نمی شود و توسط سوئیچ الکترونیکی ساده ای، سیگنالی به کامپیوتر فرستاده می شود)که این حا لت ها شامل بلند، مسابقه ای، نرمال و کم می باشند . تنظیمات انتخاب شده توسط یک نمایشگر چند منظوره روی صفحه داشبورد نمایش داده می شو د. کامپیوتر مانع از انتخاب تنظیم نا مناسب می شود. وقتی که خودرو دارای سرعتی بیش از10km/h باشد هیچکدام از حالت های ار تفاع بلند و کم ، قابل دسترسی نیستند و ارتفاع ورزشی در سرعتهای بالای 40km/h نمی تواند انتخاب شود .علاوه بر تنظیمات دستی، سیستم بوسیله به طور اتو ماتیک فاصله از سطح زمین راتنظیم می شود. درسرعت های زیر110km/h و هنگامی که سطح جاده خوب است، ارتفاع بدنه خودرو به صورت استاندارد باقی می ماند اما با افزایش سرعت از سقف این مقدار ، قسمت جلوی خودرو 15میلی متر و قسمت عقب 11میلی متر ، پایین خواهد آمد. این تغییرات سبب پایین آورد ن مرکز ثقل خودرو باعث پایداری بهتر خودرو و کمتر شدن مصرف سوخت( به واسطه کاهش درگ) ، و کاهش حساسیت نسبت به بادهای جانبی می شود. وبا کاهش سرعت به زیر 90km/h دوباره ارتفاع خودرو به حالت استا ندارد در می آید .
در جاده های نا هموار (کامپیوتر توسط اطلاعات سنسور سرعت ، ارتفاع و جابجایی تعلیق از کیفیت جاده مطلع می شود ) ارتفاع خو درو در حدود 13 میلی متر افزایش می یابد.البته این تغییر فقط در سطوح خیلی ناهموار و با سرعت زیر 90km/hصورت می گیرد.
ارتفاع خودرو به طور مرتب چک می شود ( توسط حرکات سریع تعلیق) و در صورت نیاز هر 10 ثانیه به طور خودکار تنظیم می شود . همچنین این تنظیم هرگاه یکی از درهای خودرو باز یا بسته باشد نیز صورت میپذیرد . ( حتی اگر سوئیچ بسته باشد)
3 -45 تغییر ارتفاع در سیستم هیدرواکتیو 3
3-3- 8 هیدرواکتیو 3+
این سیستم مانند سیستم قبلی فقط دارای دو حالت سخت(firm) ونرم (soft) می باشد. رگلاتور سختی (stiffness regulator) – یک کره و بلوک کنترل هیدرو لیکی اضافی برای هر اکسل- جدا کننده یا اتصال دهنده کره های کناری و کره مرکزی می باشد .
3-46 عملکرد سیستم هیدرواکتیو در مد سخت و نرم
عملکرد این بخش مشابه بلوک کنترل هیدرواکتیو 2 است: کامپیوتر با باز کردن سوپاپ الکتریکی(4) فشار تغذیه را به پیستون تفکیک کننده ( 2) متصل می نماید وبا به حرکت در آوردن آن ، کره مرکزی(1) را به بخش های دیگر تعلیق وصل می کند و دراین حالت تعلیق به حات نرم سوئیچ می شود. بسته شدن سوپاپ (4) راه عبور روغن فر ستاده شده از BHI را مسدود می سازد. فشار کره مرکزی (1) باعث پایین رفتن پیستون تفکیک کننده(2)می شود تا حدی که مسیر کره مرکزی به طورکامل بسته شود و تعلیق به حالت سخت سوئیچ می کند.
سیستم تعلیق ، دو حالت تنظیم نرمال و اسپرت دارد که راننده قادر به انتخاب آنها است. رگلاتورهای سختی و کره مرکزی در حالت سخت از همدیگرجدا می شوند وبا توجه به ورودی های مختلف دریافت و پردازش شده توسط ECU مجددا نرم فعال می گردد. اساس عملکرد این کامپیوتر مشابه کنترل یونیت هیدرکتیو 2 می باشد :این کامپیوتربا استفاده از جداول و قوانین کنترلی ، وبا اطلاعات دریافتی از سنسورها مشخص می کند که چه زمانی به حالت سخت و یا حالت نرم سوئیچ نماید.
کامپیوتر پارامترهای ورودی زیر را مورد بررسی قرار می دهد:
تنظیمات ارتفاع که بوسیله راننده تنظیم می شود (اطلاعات این قسمت بوسیله BSI به کامپیوتر منتقل می گردد)، سرعت خودرو و شتاب طولی و عرضی بدنه ((اطلاعات این قسمت به شبکه CAN منتقل می شود) ، سرعت و زاویه چرخش فر مان(نوع سنسور به این بستگی دارد که آیا خودرو مجهز به EPS می باشد یا خیر، در صورت وجود این سیستم سنسور به جای اینکه به کنترل یونیت تعلیق متصل گردد به شبکه مولتی پلکس وصل می گردد) ، سرعت حرکت تعلیق ( استفاده از مقادیر سنسورارتفاع در قسمت جلو و عقب) ، حالت باز و بسته درب ها (اطلاعات این قسمت بوسیله BSI به کامپیوتر منتقل می گردد) و حرکت پدال گاز و یا دریچه گاز.
3-3-9چکیدهای از سیستم های هیدرواکتیو
هرچند در قسمت های قبل بخشی از عملکرد سیستم های هیدرواکتیو بیان شد، اما با ملاحضه به تعداد یا عواملی که بر روی تعلیق و قوانین و تصمیمات گرفته شده بوسیله کامپیوتر تاثیر می گذارند، درک رفتار حقیقی خودرو به انضمام تفاوت هایی در نسل های مختلف هیدرواکتیوآسان نیست. برای آسان شدن این امر ، ما چگونگی عملکرد سیستم های مختلف هیدرواکتیو را به اختصار شرح می دهیم .
هیدراکتیو (1)
این سیستم تعلیق بر روی مدل های اولیه XM مورد استفاده قرار گرفت. زمانی که شما درب را باز می کنید، تعلیق اتومبیل به حالت نرم تغییر وضعیت می دهد. به محض اینکه شما در داخل اتومبیل قرار گرفتید و یا وسایل خود را در آن گذاشتید تا زمانی که درها باز هستند، تعلیق در حالت نرم باقی می ماند (اما حداکثر برای مدت 10 دقیقه، به استثناء اتومبیل های XM بسیار ابتدایی که فاقد این تایمر اضافی بودند).
وقتی درها را می بندید و سوئیچ رادر حالت استارت قرار دهید ، اتومبیل در وضعیت نرم باقی خواهد ماند. به محض حرکت خودرو ،به مدت 30 ثانیه یا تا زمانی که خودرو به سرعت km/h30 برسد(هر کدام از این شرایط که زودتر فرا برسد)، در وضعیت نرم باقی خواهد ماند. بعد از گذشت این زمان و یا فراتر رفتن سرعت ، و بسته به تنظیمات سوئیچ داشبورد اتومبیل بطور نرمال رفتار خواهد کرد.
با قرار دادن سوئیچ داشبورد دروضعیت کامفرت(comfort) معمولاسیستم در حالت نرم باقی می ماند و در تنها و در شرایط مقتضی (شتاب یا گاز دادن سریع ترمزگیری یا چرخیدن سریع) به وضعیت سخت سوئیچ می نماید. در وضعیت اسپورت(sport)، به صورت دایم در حالت سخت خواهد بود. به محض اینکه خودرورا متوقف کردید و سوئیچ را بستید یا یکی از درب ها را باز کردید (حتی اگر درها را در صورتی باز کنید که اتومبیل دارای سرعت زیر km/h 30 باشد، اما اگر حماقت کنید و درها را در بالاتر از این سرعت باز کنید، سیستم تعلیق به آن توجهی نشان نخواهد داد)، سیستم به وضعیت نرم خواهد رفت و درست مثل وضعیت قبل ازشروع رانندگی، عمل می کند زمانی که درب ها باز هستند سیستم بیش از 30 ثانیه در وضعیت نرم باقی خواهد بود، اما نه بیشتر از ده دقیقه.
هیدرواکتیو (2)
این نوع سیستم تعلیق دربرخی از مدل های زانیتا و XM اخیر به کار رفته است. عملکرد آن از جهاتی فراوانی مشابه مدل هیدرواکتیو 1 است، اما تفاوت هایی نیز دارد.
وقتی درب ها را باز می کنید، اتومبیل به حالت نرم سوئیچ می نماید ، به مجرد اینکه سوار اتومبیل می شوید یا بار و اثاثیه خود را داخل اتومبیل می گذارید تا مدتی که درب ها باز هستند، درحالت نرم باقی می ماند (اما حداکثر تا ده دقیقه). وقتی درب ها را می بندید و سوئیچ راباز می کنید اتومبیل درحالت نرم باقی خواهد ماند. وقتی شروع به رانندگی می کنید، به مدت 30 ثانیه یا تا زمانی که سرعت به km/h 24 برسد، اتومبیل در حالت نرم باقی خواهد ماند. بعد از گذشت این زمان و یا فراتر رفتن سرعت ، و بسته به تنظیمات سوئیچ داشبورد اتومبیل بطور نرمال رفتار خواهد کرد.
در هر دو تنظیم نرمال و اسپورت (sport) اتومبیل عموما در حالت نرم باقی خواهد ماند و زمانی به حالت سخت تبدیل می شود که شرایط رانندگی ایجاب کند (گاز دادن سریع، ترمزگیری، پیچیدن تند) .
وقتی اتومبیل را متوقف می کنید، سوئیچ را می بندید یا یکی از درب ها را باز می کنید (در واقع حتی اگر درب رادر زمانی که اتومبیل با سرعت کمتر از km/h 24 حرکت می کند باز کنید، بازهم باز کردن درب ، در بیش از این سرعت بر روی سیستم تعلیق تاثیری نخواهد داشت). سیستم به حالت نرم سوئیچ خواهد کرد و درست خمانند قبل از شروع حرکت عمل خواهد کرد زمانی که درب ها باز هستند سیستم بیش از 30 ثانیه در وضعیت نرم باقی خواهد بود، اما نه بیشتر از ده دقیقه.
هیدراکتیو (3)
این تعلیق خاص C5های کوچکتر است (1.8بنزینی و دیزلی های 2 لیتری). در این مدل بین حالت های نرم و سخت سوئیچ نمی شود و بیشتر شبیه تعلیق هیدروپنوماتیک ساده CX، GS ، BX و بعضی XM های کوچکتر و زانتیاست، ولی دو تفاوت عمده دارد: اولین اختلاف در پمپ روغن فشار قوی تعلیق است که در اینجا به صورت الکتریکی عمل می کند و پمپ را از موتور مستقل می سازد. بنابراین وقتی شما درب ها را با استفاده از قفل مرکزی باز می کنید، سیستم شروع به ایجاد فشار می کند بدون اینکه نیاز به روشن شدن موتورباشد.
دومین اختلاف، استفاده از پردازشگر جهت انتخاب ارتفاع بدنه خودرو می باشد درسرعت بالای km/h 10 تا40km/h اجازه تغییر ارتفاع را به خودرو نمی دهد.حتی اگر سرعت خودرو از این مقدارفراتر رود این پرازش گر ارتفاع بدنه را تنظیم خواهد کرد تا در محدوده قابل قبولی برای سرعت قرار بگیرد.
همچنین این سیستم برحسب سرعت خودرو بطور اتوماتیک قادربه اصلاح ارتفاع بدنه خودرو می باشد. در سرعت های بالاتر از km/h 110، سیستم حدود mm 15ارتفاع بدنه را کاهش خواهد داد و زمانی ارتفاع اصلی مجددا از سر گرفته می شود که سرعت به زیر km/h 90 کاهش یابد. در جاده های ناهموار، در حالیکه سرعت زیر km/h 90 است، ارتفاع تا حدود mm 20 افزایش خواهد یافت.
هیدرواکتیو +3
درواقع این سیستم نسل سوم هیدرواکتیو است که درC5 های مجهزتر یافت می شود (2و3لیتری بنزینی و2.2دیزلی) . با وجود تفاوت های فنی سیستم، رفتار ظاهری آن مشابه قبل است
3-3-10سیستم کنترل پویای بدنه
سیستم کنترل پویای بدنه89 در مقایسه با سیستم های سیتروین نسبتا ساده می باشد این سیستم در حقیقت تنها یک سیستم کنترل پویای غلت می باشد این سیستم تنها قادر به تغییر نرخ فنریت سیستم تعلیق بوده و برخلاف سیستم های سیتروین نمی تواند میرایی را تغییر دهد به همین دلیل معمولا ان را در دسته سیستمها تعلیق نیمه کنا در نظر می گیرند هر چند که کاربرد ان بر روی مدل های جدید سری CL Coupe نشان داد که می تواند باعث دست یابی خودرو به پایداری بیشتر و دور زدن رانتر گردد. بکار گیری این سیستم همچنین نیاز به استفاده از میله پادغلت را از بین می برد
بخش های مکانیکی این سیستم کاملا ساده می باشد هر یک از چهار چرخ بر روی یک میله که در اصل از فنر ولرزه گیر تشکیل شده است قرار می گیرند به عبارت دیگر در این سیستم فنر و لرزه گیر یک مجموعه واحد را تشکیل می دهند
لرزه گیر بخش مرکزی این مجموعه را تشکیل میدهد و فنر اطراف ان را احاطه می کند در بالا ی فنر نیز یک محفظه قرار دارد که سیال می تواند توسط پمپ هیدرولیک به ان وارد و یا از ان خارج شود هنگامی که این محفظه کاملا از سیال پر باشد فنر در حالت فشرده قرار گرفته و سختی ان افزایش می یابد و بنابر این می تواند در برابر غلتش بدنه مقاومت بیشتری از خود نشان دهد بر عکس در حالتی که محفظه کاملا خالی
3-47 بخش مکانیکی سیستم کنترل پویای بدنه
باشد فنر کاملا ازاد بوده و سختی کمتری از خود نشان می دهد این سیستم را نمی توان یک سیستم با واکنش سریع به حساب اورد بیشینه بسامد تغییرات در این سیستم 5 هرتز می باشد چرا که پر و خالی شدن محفظه زمان نسبتا زیادی را صرف می کند هر چند که این زمان برای واکنش در برابر غلت بدنه کافی می باشد .
3-48 مقایسه عملکرد دو مدل قدیم وجدید سری CL
کنترل پویای بدنه در حال حاضر به صورت یک سیستم استاندارد در مدل های جدید سری CL از محصولات مرسدس بنز (مدل CL600 و بعد از ان ) نصب می شود در این مدل ها راننده می تواند حالت رانندگی را با فشردن دکمه ای که در برابرش قرار دارد در یکی از دو حالت ارام و کوبان قرار دهد در حالت کوبان میزان غلت بدنه نسبت به حالت ارام حدود 27 درصد کاهش می یابد که میزان قابل ملاحظه ای می باشد در حالت ارام نیز میزان راحتی سفر خودرو معادل با مدلهای کلاس S که در انها سیستم تعلیق هوایی بکار رفته است می باشد
3-3-11دیدگاه خریدار از سیستم های تعلیق غیر فعال و فعال
سیستم های تعلیق فعال ایمنی و آسایش خودرو را تا حد زیادی افزایش داده اند . این سیستم ها به سبب پیچیدگی اجزای تشکیل دهنده آنها اغلب گران قیمت می باشند. منتقدین سیستم های تعلیق پویا بر این باورند که مزیای آنها برای خریدار نسبت به پیچیدگی و در پی آن هزینه تحمیلی بر خودرو به صرفه نمی باشد، وزن خودرو به دلیل افزایش قطعات بالا می رود .
علاوه بر موارد عنوان شده بالا دربرخی از این سیستم ها مصرف سوخت خودرو پس ازبه کار گیری افزایش می یابد که هزینه مربوط به آن نیز باید در نظر گرفت.هرچند خریداراز سیستم های تعلیق نیمه کنا رضایت بیشتری دارداما هنوزهزینه کاربرد این سیستم ها در خودروهای تولید انبوه و تجاری نسبتا بالا می باشد . امروزه این سیستم ها تنها در خودروهای گران بها به کار می روند، اما با توجه به روند کاهش هزینه ها و انجام تحقیقات بر روی روشهای کم هزینه کاربرد این سیستم ها در خودرو رو به افزایش است.
3-3-12چالش های تعلیق فعال
نظر به این که اولین بار مهندسین لوتوس این سیستم را در خودرو مسابقه ای در سال 1980 به کار بردند سیستم تعلیق فعال تحت پژوهش های گسترده ای قرار گرفت امال تا کنون ان ها محدود به خودرو های تجاری بوده اند و هنوز کارهای زیادی تا رسیدن به تولید انبوه باقیمانده است .
قیمت : هر چند سیستم های تعلیق فعال عملکرد های ایجاد کرده اند . هنوز قیمت بالایی دارند .
مصرف انرژی در خودرو هایی که از تعلیق های فعال به استثنائ آنهایی که تعلیق نیمه فعال استفاده می کنند نیازمند تولید توان بیشتر توسط موتور می باشند به گونه ای که مقایسه نتایج مصرف سوخت نشان از افزایش مصرف این انرژی در این سیستم به نسبت به تعلیق های غیر فعال می باشد
مصرف انرژی اعلام می دارد برای تعلیق تمام فعال 5-10 kw مصرف انرژی خواهیم داشت این حالت شبیه به استفاده از سیستم تهویه مطبوع می باشد هم اکنون تلاش ها در جهت کاهش مصرف انرژی است
نصب : تعلیق فعال به منظور نصب اسان بروی خودرو های مختلف تجاری دارای وزن و جاگیری کم می باشد . این سیستم باید تعویض و نگهداری اسانی داشته باشد
قابلیت اعتماد : تعلیق فعال به طور موثر باید توانا یی کار در تمام زمان ها را داشته باشد . زیراهیچ مشتری تمایل به پرداخت هزینه اضافی در قبال مراجعه مکرر به تعمیرگاه برای تعمیر سیستم های نوین را ندارد .
3-3-13 سیستم تعلیق هوائی
در این سیستم از خاصیت تراکم پذیری هوا و گازهای دیگر به جای فنر استفاده می شود. تعلیق هوائی زمانی بطور وسیع توسط سازند ه های اتومبیل به عنوان تجهیزات اختیاری عرضه می شد امابطور عمده پذیرفته نشد (بجز روی تعداد کمی از خودروهای خارجی و خودروهای سنگین مانند تریلرها و اتوبوسها.) روی این سیستم تغییراتی اتخاذ گردید که ارتفاع ثابتی برای خودرو فراهم می کند. این سیستم کنترل ارتفاع نامیده می شود که موجب برگشت بدنه خودرو به سطح ترازمی گردد.
امروزه این سیستم روی خودروهای سنگین و اتوبوسها عمومی شده است که دلایل آن به شرح زیر می باشد:
-1 ضریب فنریت سیستم تعلیق هوائی متناسب با بار وارده تغییر می کند.
-2 فرکانس لرزش این سیستم بین حالات بدون بار و دارای بار نسبت به فنرهای فولادی محدودتر شده و به فرکانس اید ه آل برای راحتی بشر نزدیکتر است.
-3 اگر خودرو دارای بار سنگین و یا بار سبک باشد. ارتفاع آن ثابت نگه داشته می شود.
-4 سیستم تعلیق هوایی نسبت به فنرهای برگی در حالت بار سنگین و بویژه در حالت بدون بار سر و صدای کمتری تولید می کند.
-5 نسبت به بارهای ضرب های مقاو متر است.
-6 عمر کیسه فنر هوائی برابر و حتی بیشتر از فنرهای برگی و فولادی است.
-7 سیستم تعلیق هوایی گرچه ممکن است از یک تعلیق با فنر برگی گرانتر باشد ولی در کل صرفه اقتصادی دارد.
سیستم تعلیق هوائی از کمپرسور، مخزن فشار یا تانک، صافی، رگلاتور تنظیم فشار، سوپاپ کنترل ارتفاع و فنر هوائی تشکیل شده است
فنرهای هوائی
فنرهای هوائی که کیس ههای هوایی نیز نامیده م یشوند، معمولاً به شکل دیافراگم هستند وجنس دیوارهای آن از لاستیک انعطا ف پذیر می باشد.
3-49 نحوه قرار گیری فنرهای هوایی
این ساختمان شامل فایبرهای ترکیبی است که بصورت عضوهای حمایتی به شکل معبر افقی مرتب شده است. این فنرها روی یک پیستون قرار می گیرند. دیواره سیلندری کیسه لاستیکی از بالابه وسیله یک صفحه ثابت با لبه های گرد که بطور نرم و مناسب قالبریزی شده درزبندی شده است.در جائیکه کیسه هوا از سمت پایین روی تاج پیستون می نشیند و آن را آ ببندی می کند و بوسیله یک صفحه اتصال که روی پیستون پیچ می شود، نگه داشته می شود. یک ضربه گیر روی صفحه بالایی داخل کیسه نصب شده که هنگامی که فشار هوا در کیسه کم یا صفر می شود، این ضربه گیر نیز روی پیستون نشسته و به خودرو اجازه می دهد که با سرعت کم به مسیر خود ادامه دهد.
3-50 ساختمان فنر هوایی
چنانچه خودرو روی سطح ناهمواری از جاده طی مسیر کند فنر هوایی منقبض شده تا ضربات مستهلک شود. فنر هوایی طوری طر ح ریزی شده است که همیشه ارتفاع خودرو از جاده ثابت باشد بطوری که وقتی یک چرخ روی برآمدگی م یرود، پایی نترین قسمت کیسه بالا م یآید. این امرسبب قو سدار شدن دیواره کیسه لاستیکی م یگردد. بالعکس هنگامی که چرخ در گودال قرار می گیرد شکم کیسه که اطراف پیستون قرار گرفته از بین رفته و کیسه به حالت کششی درمی آید.
عملکرد سیستم های تعلیق بادی
شکل1-6 شاسی یک خودروی سه اکسله را نشان می دهد. بر روی هر اکسل یک جفت فنر هوایی نصب گردیده است. فنر های هوایی در اکسل جلو بر روی اکسل و زیر side member و فنرهای هوایی دو اکسل عقب بین traling arm و side member نصب شده اند. سیستم تعلیق بادی نشان داده شده در شکل زیر به طور کلی دارای اجزاء زیر است:
– فنر بادی
– مخزن ذخیره
– شیر ها و اتصالات
– کمپرسور
3-51خط پنماتیکی و اجزاء سیستم تعلیق بادی
کمپرسوری که به موتور متصل است هوای را فشرده می نماید هوای فشرده از شیر اطمینان90 و کاهنده فشار91 عبور کرده و وارد مخزن ذخیره می شود. برای تغذیه سیستم ترمز شاخه از مسیر جدا می شده، وارد مخزن ذخیره سیستم ترمز می گردد. از آنجا که فشار بالای کمپرسور غیر مشخص (بین8 تا 8.25 بار) است به منظور کاهش مصرف سوخت و جلوگیری از رسیدن صدمه به هر دو سیستم های ترمز، تعلیق و همچنین کمپرسور، شیر اطمینان وظیفه دارد در صورت افزایش ناخواسته فشار کمپرسور خط پنماتیکی را باز نماید تا کمپرسور به صورت خلاص کار کند. با کاهش فشار تا حدود 7.25 بار (فشار مورد نیاز سیستم ترمز بیش تر از سیستم تعلیق است) شیر اطمینان بسته می شود و هوا به داخل مخازن ذخیره سیستم تزریق می گردد. هوای وارد شده به مخزن ذخیره سیستم تعلیق بعد از گذشتن از کاهنده فشار در حدود 5.5 بار فشار دارد
هوای داخل مخزن ذخیره پس از عبور از یک فیلتر وارد لوله ها و اتصالات مسیر می گردد. به دلیل استفاده از شیرهای پنماتیکی باید هوای وردی به این سیستم ها تصفیه گردد زیرا هرگونه ناخالصی می تواند در مجاری باریک این شیرها ته نشین شود و در عملکرد شیر تاثیر منفی بگذارد.
مسیر در ادامه به دو شاخه تقسیم می گردد یک شاخه برای تغذیه فنرهای بادی اکسل جلو و شاخه دیگر به منظور تغذیه فنرهای بادی اکسل ها عقب. در بعضی از سیستم ها ممکن است بر روی هر شاخه به طور مجزا فیلتر نصب شده باشد. هوا پس از عبور از شاخه وارد شیرهای کنترل ارتفاع می گردد.
سیستم تعلیق جلو یک شیر کنترل ارتفاع مرکزی دارد، بازوی کنترل آن بر روی اکسل پیچ شده است. با بالا و یا پایین رفتن شاسی بازوی کنترلی نیز همراه اکسل بالا و پایین می رود. این تغییر مکان به صورت یک ورودی در شیر کنترل ارتفاع عمل می کند، با پایین رفتن بازوی کنترلی شیر کنترل ارتفاع بسته شده و هوا فشرده از فنر بادی به سمت شیر کنترل ارتفاع جریان می یابد و از خروجی شیر تخلیه می شود، تا جایی که ارتفاع خود به ارتفاع اولیه کاهش یابد. و برعکس هنگام بالا رفتن اهرم شیر کنترل ارتفاع باز شده و هوای فشرده از طرف مخزن ذخیره به سمت فنر بادی جریان می یابد تا با بالا بردن فشار فنر بادی ارتفاع فنر را به ارتفاع اولیه برساند.
هنگام پیچیدن خودرو هوا از فنر هوایی خارج پیچ به دلیل بالا رفتن فشار به فنر داخل پیچ منتقل می شود و باعث غلت زنی بیش تر خودرو می گردد برای جلوگیری از این جریان باید یک شیر مجزا کننده92 در مسیر نصب گردد تا مانع از انتقال جریان از فنر بادی خارچ پیچ به داخل پیچ گردد.
3-52اتصالات و شیرهای هیدرولیکی در اکسل جلو
آشنایی با ساختمان بعضی از اجزاء سیستم تعلیق بادی می تواند درک بهتری از چگونگی عملکرد آن ها برای خواننده فراهم نماید به همین دلیلی در زیر به بررسی بیش تر ساختمان بعضی از اجزاء سیستم می پردازیم:
– فنر بادی
یک از مهمترین اجزاء سیستم تعلیق بادی فنر بادی است.فنر های بادی با شکل ها و اندازه های مختلفی در بازار وجود دارد. بعضی از آن ها در سیستم تعلیق خودروهای ویژه استفاده می گردند. در شکل1-8 می توان این انواع را مشاهده نمود. نام تجاری مربوط به هر کدام برای آشنایی خواننده در جدول1-1 آورده شده است.
فنرهای مورد استفاده در سیستم تعلیق به دو نوع کلی دسته بندی ( شکل1-9) می شوند :
– فنر های کیسه ای93
– فنرهای سیلندری94
– معمولا در اتوبوس ها و خودروهای جاده ای سنگین از فنرهای کیسه ای استفاده نمی گردد زیرا اولا عمر خوبی ندارند، گران هستند و معمولا به منظور تحمل بار زیاد را طراحی نمی شوند.
جدول3-8انواع فنر بادی موجود در بازار
Double convoluted
1
Single convoluted
2
Airstream Argosy
3
Reversible sleeve
4
Tapered sleeve
5
1973-78 GMC Front Wheel Drive Motorhome
6
1973-78 GMC Front Wheel Drive Motorhome
7
3-53اشکال مختلف فنر بادی
3-54انواع فنر بادی (a) bellow spring, (b) rolling diaphragm
فنر بادی از اجزاء مختلفی تشکیل شده است. ساختار یک فنر بادی کیسه ای برای نمونه در شکل نشان داده شده است. این فنر از نوع فنر کیسه ای (Double Convoluted) است .
3-55 ساختار فنر کیسه ای
1- میله اتصال : میله اتصال برای اتصال فنر به مکانیزم سیستم تعلیق استفاده می شود.
2- میله هوا: میله هوا محل اتصال فنر لوله ارتباط پنماتیکی است. لوله لاستیکی خط پنماتیکی توسط یک بسط فلزی به میله بسته می شود.
3- مهره بست: این مهره محل قرار گیری میله هوا بر روی فنر بادی است. مهره است که در بین دیواره پلیمری فنر جاسازی شده است.
4- مهره اطمینان: این مهره به عنوان یک شیر اطمینان درون فنر بادی به شمار می رود، این مهره در صورت زیاد شدن بیش از حد فشار مانع از ترکیدن فنر بادی می گردد.
5- صفحه فلزی: این صفحه فلزی وظیفه آب بندی و تقویت دیواره پلیمری فنر بادی بر عهده دارد.
6- کیسه هوا: محفظه پلمیری و قابل انعطاف است که دیواره فنر بادی را تشکیل می دهد.
7- مانع پلاستیکی: هنگام عبور از دست اندازهایی با ارتفاع زیاد و یا هنگام پاره شدن کیسه هوا این مانع باعث جلوگیری از برخورد اکسل به زیر بدنه خودرو می گردد.
8- پیستون : پیستون به منظور تقویت لبه های کیسه های هوا و برای سوار شدن روی اکسل به کار می رود.
9- پیچ پیستون: این پیج وظیفه اتصال قطعات فنر زیر فنر مثل کیسه و پیستون را بر عهده دارد.
10- حلقه فلزی: برای حفظ شکل اولیه فنر و تقویت بدنه این حلقه بر روی فنر بادی نصب می گردد.
اکثر سازندگان فنر های بادی از یک روش برای تولید این نوع فنر های استفاده می نمایند. فنر بادی در این روش در 7 مرحله ساخته می شود، در زیر به بیان این مرحل می پردازیم:
-11ابتدا از یک نوع لاستیک با قابلیت ارتجاعی و آب بندی خوب برای سخت یک حلقه استفاده می شود.
-12یک پوشش پلاستیکی به این رشته های برای بالا بردن استقامت، و مقاومت خستگی به آن ها اضافه می شود.
-14در این مرحله رشته های آماده را درون یک چسب مخصوص می ریزند به طوری که تمام محیط رشته ها چسب اندود شود.
-15بعد از آغشته نمودن به چسب رشته ها را تحت اثر فشار و دما می گذارند تا به شکل خواسته شده در آید.
-16رشته های اضافی و کناره های فنر بریده می شود.
1. فنر ساخته شده مورد بررسی قرار می گیرد و آزمایش ها و تست های مورد نظر بر روی آن انجام می گردد. این تست های شامل تست های کشش، آب بندی، خستگی و خوردگی می باشد.
2. اجزاء فلزی و دیگر اجزاء انعطاف پذیر بر روی فنر سوار می شود.
– شیر کنترل ارتفاع 95
ساختمان یک شیر کنترل ارتفاع در شکل نشان داده شده است، این شیر دارای یک بازوی مکانیکی است که بر روی اکسل پیچ شده است.
از طریق اتصالاتی که به این بازو متصل است شیر کنترل با تغییر ارتفاع اکسل باز و یا بسته می شود در صورت باز بودن هوا از خط مخزن به سمت فنر بادی جریان دارد و در صورت بسته شدن شیر هوا اضافی از فنر خارج و به اتمسفر وارد می گردد.
3-56شیر کنترل ارتفاع ( الف) شیر بسته است، جریان از فنر بادی به سمت بیرون جریان دارد (ب) شیر باز است، جریان به سمت فنر بادی جریان دارد.
– شیر مجزا کننده 96
شیر مجزا کننده برای کاهش زاویه کله زنی در سیستم تئبیه گردیده است، این سیستم هنگام افزایش فشار در یکی از فنرها مسیر ارتباطی دو فنر به هم را قطع می نماید. شکل3-58 شماتیک این شیر در آورده شده است. شیطانک تئبیه شده درون سیلندر شیر به محض افزایش فشار درون فنرهای بادی به طرف بالا حرکت می نماید و مسیر عبور جریان هوا به فنرهای بادی را قطع می نماید.
3 – 58 شیر مجزا کننده
3-3-14مزیت سیستم تعلیق بادی نسبت به سیستمهای تعلیق مکانیکی
سیستم های تعلیق بادی غیر فعال دارای مزیت هایی است که با وجود گران تر بودن استفاده از آن ها نسبت به سیستم های تعلیق مکانیکی هر روز در صنعت خودرو بیش تر می گردد به طوریکه می توان پیش بینی نمود در آینده نه چندان دور این سیستم ها به طور کلی جای سیستم های تعلیق مکانیکی را خواهند گرفت.
مزایای سیستم های تعلیق بادی را می توان به صورت زیر تعریف نمود:
-کاهش محدوده تغییرات فرکانس طبیعی سیستم تعلیق
فرکانس طبیعی سیستم تعلیق بستگی به افزایش یا کاهش وزن خودرو ( جرم فنر بندی شده (دارد، با کاهش یا افزایش در وزن خودرو فرکانس طبیعی کاهش یا افزایش می یابد. این عامل می تواند تاثیر مهمی بر پارامتر خوش سواری داشته باشد و کیفیت خوش سواری را کاهش دهد. اهمیت این موضوع در خودروهای سنگین و یا خودروهای سواری که وزن پر97 به خالی98 آن ها بیش تر از 5 به 1 است، بیش تر قابل توجه است . و به راحتی می توان با سوار شدن برای یک مدت کوتاه در خودرو آن را دریافت.
یک از معایب فنرهای مکانیکی ( حلقه ای، تخت و یا لاستیکی) کاهش شدید فرکانس طبیعی سیستم در حالت پر و خالی است. به عنوان مثال این کاهش شدید می تواند باعث کاهش خوش سواری خودرو گردد، می توان مقدار این کاهش را برای یک خودروی نمونه مشاهده نمود. خودرویی که از فنر مکانیکی استفاده می کند این کاهش در حدود 250 تا 300 سیکل بر دقیقه است و خودرویی که در تعلیق آن از فنر بادی استفاده شده این کاهش در حدود 60 تا 110 سیکل بر ثانیه است. بنابراین موضوع می توان نتیجه گرفت خوش سواری در خودرویی که از فنر بادی در سیستم تعلیق استفاده می کند در بازه بزرگ تری از تغییرات وزن حفظ خواهد شد.
3-59تغییرات فرکانس طبیعی سیستم تعلیق نسبت به تغییرات جرم فنر بندی شده
(Wu وزن خودروی خالی، Wl وزن خودروی پر، uω بسامد در حالت خالی خودرو
و lω بیان کننده بسامد در حالت پر خودرو می باشد)
3-60تغییرات فرکانس طبیعی فنر بادی نسبت به تغییرات جرم فنر بندی شده
-کاهش وزن سیستم
مزیت دیگر این فنرهای نسبت به فنرهای معمولی وزن کم تر است . این فنرها وزنی در حدود 1/2 وزن فنرهای معمولی دارند. این کاهش وزن باعث کاهش جرم فنر بندی نشده و افزایش خوش سواری در خودرو شود.
-کاهش ارتعاشات و نویزهای وارد بر شاسی
استفاده از هوای فشرده در این فنرها سازه خودرو را به خوبی در مقابل ورود نویزهای و ارتعاشات فرکانس بالا ایزوله می کند.
– قابلیت تنظیم ارتفاع
کاهش ارتفاع بدنه خودرو هنگام سوار یا پیاده شدن سرنشینان، افزایش فاصله بدنه در جاده های ناهموار
و …. از مزیت های انحصاری سیستم های تعلیق بادی نسبت به سیستم های تعلیق مکانیکی است.
با تغییر فشار کمپرسور سیستم به راحتی می توان ارتفاع فنر بادی را تغییر داد. تغییر ارتفاع فنر باعث تغییر ارتفاع بین بدنه و اکسل خودرو می گردد.
– کاهش ضربات وارد به بدنه
ضربات ناگهانی اعمال شده به تایر در هنگام حرکت خودرو به دلیل استفاده از فنر بادی در این سیستم ها اثر کمتری بر روی بدنه خودرو می گذارند.
3-3-15 سیستم های تعلیق بادی در خودروهای سواری99
اولین خودروی سواری که از سیستم تعلیق بادی استفاده می کرد مربوط به خودروی Owen Magnetic تولید سال1914 است. این خودرو یک خودروی دیزلی با قدرت اولیه 38 اسب بخار بود.
در سال های اخیر استفاده از سیستم های تعلیق بادی در خودروهای سواری افزایش یافته است. نمونه آن را می توان در شکل1-14 مشاهده نمود.
با وجود مزایای زیاد سیستم های تعلیق بادی این سیستم ها به دلیل گران بودن، افزایش مصرف سوخت و کاهش قدرت موتور در خودروهای سواری جای چندانی در بازار این خودورها باز نکرده اند. همچنین به دلیل نسبت وزن پر به خالی کمتر از 5 به 1 این خودروها مزیت زیادی ندارد.
اما استفاده از این سیستم ها در خودروهای سنگین به صورت در حال گسترش است به طوری که پیش بینی می شود در چند سال آینده به طور کامل جای سیستم های تعلیق مکانیکی را بگیرد یا حداقل ترکیب های از هر دو نوع سیستم بر روی این خودروها نصب گردد.
3-61سیستم تعلیق بادی نصب شده بر روی خودروی سواری بنز C240
3-3-16 سیستم های تعلیق بادی در خودروهای سنگین100
به دلیل بالا بودن نسبت وزن پر به وزن خالی خودروهای سنگین ثابت ماندن فرکانس سیستم تعلیق باعث افزایش خوش سواری در این خودروها ایجاد می نماید. استفاده از سیستم تعلیق بادی روز به روز در خودروهای سنگین افزایش می یابد.
یکی از خودروهایی که در چند سال اخیر به طور کامل سیستم تعلیق مکانیکی را کنار گذاشته و از این سیستم های استفاده می نماید اتوبوس است. سیستم تعلیق بادی در این خودرو علاوه بر افزایش خوش سواری مزایای مهم دیگری نیز دارد. به عنوان مثال به قابلیت تغییر ارتقاع اتوبوس برای راحت سوار و پیاده شدن مسافران اشاره نمود.
اتوبوس101 خودرویی تجاری است که برای جابجایی مسافر(بیش از 10 نفر) از مکانی به مکان دیگر مورد استفاده قرار می گیرد ( بر اساس استاندارد SAE). در سال های جنگ جهانی دوم به دلیل رکود در بازار خودرو های سواری، سازندگان به فکر تولید خودروهایی که ظرفیت جابجایی سرنشینان بیش تری را داشته باشند، روی آورند. سازندگان زیادی ادعای اختراع اولین اتوبوس را دارند اما با توجه به تحقیقات انجام شده در این پروژه شاید بتوان اولین مخترع اتوبوس به معنای کنونی را شرکت Guy motor دانست.
– انواع اتوبوس
اتوبوس ها از نظر نیروی محرک مورد استفاده، اندازه ( ظرفیت مسافر) و محل استفاده به 7 دسته تقسیم بندی می شوند ( بر اساس استاندارد SAE ).
مینی بوس102: به خودرویی که ماکزیمم برای حمل 20 نفر گنجایش دارد.
اتوبوس شهری103: اتوبوس هایی هستند که برای طی مسافت های شهری مورد استفاده قرار می گیرند، اتوبوس های مورد استفاده برای سرویس کارکنان، اتوبوس های شرکت واحد و … جزء این دسته طبقه بندی می گردند.
اتوبوس بین شهری104: این اتوبوس ها برای طی مسافت های بین شهری استفاده می شوند معمولا اتوبوس های مجهزی هستند، این خودروها باید قادر به تامین نیازهای مسافران در طی سفر باشند. ( آب سرد کن، سرویس بهداشتی، کولر و بخار و …)
اتوبوس های جاده ای105: برای طی مسافت های طولانی مورد استفاده قرار می گیرند، اتوبوس هایی که در جاده های بین المللی فعالیت می کنند جزء این دسته طبقه بندی می گردند.
اتوبوس برقی106: اتوبوس های هستند که نیروی محرکه آن ها الکتریسیته است و معمولا خودروهایی هستند که بار طی مسافت های درون شهری و یا بین شهری با مساقت کم طراحی می گردند، زیرا به دلیل مصرف زیاد الکتریسیته باید سیم های تغذیه برق در کنار آن ها و در طول مسیر وجود داشته باشد استفاده از باطری در آن ها به دلیل مصرف انرژی بالا، زمان زیاد برای شارژ و سنگین شدن خودرو امکان پذیر نیست.
اتوبوس های دو کابین: برای حمل مسافر بیش تر در خطوط داخل شهری ( مسیرهای شلوغ و پر رفت و آمد شهرهای پرجمعیت) استفاده می شوند. معمولا فضای داخلی دو کابین به هم مرتبط است. این اتوبوس ها دارای اکسل میانی هستند.
اتوبوس های ویژه ( مانند اتوبوس های مدرسه، اتوبوس های ویژه باند فرودگاه ها و …. )
اتوبوس های هستند که معمولا بر اساس مکان خاص مورد استفاده طراحی می شوند و استانداردهای ویژه خود را دارند، مثلا اتوبوس هایی که برای حمل مسافران از پایانه تا باند فرودگاه مورد استفاده قرار می گیرند و یا اتوبوس های مدرسه که از نظر ارتفاع، ایمنی و … استانداردهای ویژه ای دارند.
– سیستم تعلیق بادی اتوبوس
تحقیقات به عمل آمده نشان می دهد، اولین بار شرکت خودروسازی ژنرال موتور در ساخت اتوبوس های بین شهری سریTHD خود از چهار فنر بادی استفاده نمود، این اتوبوس ها با ظرفیت های 37،45 و 51 مسافر در سال 1953 به بازار مصرف عرضه شدند.در مجموع از 8 فنر بادی دو حلقه ای (Roy Browen) در سیستم تعلیق این خودور استفاده شده بود. چهار فنر در عقب خودرو که به دلیل وجود موتور سنگین تر است و دو فنر بادی در جلو اتوبوس استفاده شده است. قطر فنرهای مورد استفاده در حدود 30 سانتیمتر بود و طول آن ها در حالت ماکزیمم به 33 سانتیمتر می رسید، طول اولیه فنرهای استفاده شده 19 سانتیمتر بود.
نمونه سیستم تعلیق بادی یک مینی بوس ولو در شکل آورده شده است. مخزن ذخیره و فنر بادی در این سیستم روی شکل نشان داده شده اند.
3-62سیستم تعلیق بادی نصب شده بر روی اکسل اتوبوس ولوHSK653
3-3-17سیستم های تعلیق
در حالی که فنرها و کمک هایشان دستخوش تغییرات و بهبودهایی گردیده اند، طرح اصلی تعلیق خودرو در طی سال ها، دچار تحول مهمی نشده است. ولی همه این سیستم، با معرفی یک طراحی کاملاً جدید از شرکت Bose در حال تغییر می باشد
3-63 سیستم تعلیق بوس(Bose Suspension Front Module)
سیستم Bose، به جای یک سیستم سنتی فنر و دمپر، از یک موتور الکترومغناطیسی خطی (LEM) در هر چرخ بهره می برد. تقویت کننده ها، برای موتورها الکتریسیته فراهم می آورند، به طوری که با هر بار فشردگی سیستم، نیروی آنها جایگزین می شود. استفاده از موتورهای الکترومغناطیسی خطی در کنترل تعلیق یک پیشرفت جدید در 5 سال اخیر به شمار می ایند فایده اصلی موتورها این است که آنها مانند تقلیل دهنده های سنتی که بر پایه سیالات بودند، توسط اینرسی محدود نمی شوند. در نتیجه، یک LEM می تواند با سرعت بسیار بالاتری باز و بسته شود که به صورت مجازی، همه لرزش ها در کابین سرنشین را خنثی می سازد. حرکت چرخ نیز به خوبی کنترل می گردد، به طوری که بدنه خودرو در یک سطح باقی می ماند؛ بدون توجه به اتفاقاتی که برای چرخ می افتد. LEM همچنین می تواند حرکت خودرو را هنگام شتاب گرفتن، ترمز کردن و یا پیچیدن خنثی نموده و به راننده حس کنترل بسیار بهتری دهد. با این تکنولوژی می توان به نسبت زیادی توان مصرفی سیستم را کاهش داد
متاسفانه این تغییر الگوی تعلیق، تا سال 2009 میسر نمی باشد، زمانی که این سیستم نوین برای یک یا چند خودروی اشرافی گران قیمت به کار گرفته می شود. تا آن زمان، رانندگان باید به متودهای آزمون و خطای سیستم های تعلیق، که جاده های پر دست انداز را در طول قرن ها رام کرده اند، اعتماد کنند
3-64 مقایسه نوسا نات دو خودرو مجهز و فاقد سیستم تعلیق ساخت شرکت بوس
فصل چهارم
مدلسازی سیستم تعلیق
4- مدلسازی سیستم تعلیق107
برای بررسی یک سیستم ینامیکی لازم است که آنرا به صورت یک یا ترکیبی از جرم های مرتبط با یکیگر که به وسیله اجزای مختلف همانند فنر ،دمپر، میله های پیچشی و… مرتبط بوده و تحت تاثیر ورودیهای مختلف از خود عکس العمل (خروجی ) نشان می دهند ، در آورد. در سیستم تعلیق معمولا دو جرم ، جرم فنر بندی شده و فنر بندی نشده مطرح هستند. جرم فنر بندی شده به وسیله فنر و دمپر ، عملگر هیدرولیکی و… بر روی جرم فنر بندی نشده که مجموعه محور و چرخ می باشد قرار می گیرند. معمولا تایر نیز با یک فنر خطی در مدلسازی ها در نظر گرفته می شود . فنر تایر از یک طرف به جرم فنر بندی نشده و از طرف دیگر به زمین متصل است و تحت تاثیر ورودی ناهمواریهای جاده قرار دارد.
در مدلسازی مجموعه خودرو باید موارد زیر را در نظر گرفت و متناسب با آن مدل مناسب را انتخاب نمود.
1- کدامیک از اهداف تعلیق باید بررسی گردد و یا کدامیک از آنها از اهمیت بیشتری برخوردار است .
2- تعداد درجات آزادی
3- پیچیدگی مدل از نظر ریاضی
4- خطی یا غیر خطی در نظر گرفتن مدل
5- نوع خودرو مورد یررسی و نوع تعلیق آن
با توجه به مواردی که در بالا ذکر گردید مدل های مختلف همانند مدل یک چهارم ، یک دوم و مدل کامل با درجات آزادی (2،4،6،7)به صورت خطی یا غیر خطی در بررسی تعلیق یک خودرو در نظر گرفته می شود.
4-1 مدل یک چهارم خودرو
در این مدل که ساده ترین مدل می باشد ، یک چهارم جرم بدنه خودرو به عنوان جرم فنر بندی شده و یک چهارم جرم کل اکسل ها و چرخ ها به عنوان جرم فنر بندی نشده در نظر گرفته می شوند. گاهی اوفات برای تحلیل های دقیق تر اثر صندلی را نیز مدل می نمایند . از این مدل برای کیفیت راحتی سفر ، وهمچنین مقایسه استراتژی کنترل کننده های مختلف استفاده می شود.
معیار عملکرد در در مدل فوق شتاب جرم فنربندی شده و میزان جابجایی تعلیق می باشد . این مدل دارای دو درجه آزادی108 و در حالت دقیقتر آن دارای سه درجه آزادی است که درجات آزادی آن جابجایی جرم فنر بندی شده ، جرم فنر بندی نشده ، جرمی که روی صندلی قرار می گیرد ، می باشند .در شکل 1-4 و مدل یک چهارم نشان داده شده است .
1-4 : مدل یک چهارم سیستم تعلیق غیر فعال با دو درجه آزادی
2-4 : مدل های یک چهارم سیستم های تعلیق نیمه فعال و فعال
اگر بخواهیم تعلیق فعال و نیمه فعال را بررسی کنیم می بایست در میان جرم فنر بندی شده و جرم فنر بندی نشده یک عملگر هیدرولیکی یا یک دمپر با میرایی متغییر که نیرویی را با توجه به دستور کنترلی وارد می کند باید در نظر گرفته شود شکل 2-4 مدل دو درجه آزادی سیستم های تعلیق فعال و نیمه فعال را نشان می دهد.
4-1-2 مدل یک چهارم سیستم تعلیق نیمه فعال
معادلات دینامیکی مدل فوق به صورت زیر خواهد بود:
با در نظر گرفتن :
و صرف نظر از :
معادلات فوق به صورت زیر تبدیل می گردد.
برای تبدیل به صورت ماتریس خواهیم داشت :
که:
که Fr نیروی ثابت اصطکاکی است
که:
4-2 مدل یک دوم خودرو109 با دو درجه آزادی برای سیستم تعلیق غیر فعال
در این مدل از نصف جرم طولی خودرو به عنوان جرم فنر بندی شده است . از این مدل برای بررسی حرکات عمودی بدنه و حرکات pitch بدنه استفاده می گردد.
m =جرم فنر بندی شده خودرو[kg]
Ig =ممان اینرسی مرکز جرم[kg-m2]
L =فاصله تعلیق تا مرکز ثقل[m]
FL =نیروی اعمالی به جرم فنر بندی شده از طریق تعلیق سمت راست[N]
FR =نیروی اعمالی به جرم فنر بندی شده از طریق تعلیق سمت راست[N]
g =شتاب گرانشی(9.81 m/s2)
ML = گشتاور اعمالی به مرکز جرم از تعلیق سمت راست[N-m]
MR = گشتاور اعمالی به مرکز جرم از تعلیق سمت راست[N-m]
kL =ثابت فنر سمت چپ [N/m]
kR =ثابت فنر سمت راست [N/m]
CL = ضریب میرایی سمت چپ[N-s/m]
CR =ضریب میرایی سمت راست[N-s/m]
متغییرها
z(t) = حرکت جرم فنر بندی شده
θ(t)= میزان غلت جرم فنر بندی شده
r1(t) =ورودی جاده در تایر سمت چپ
r2(t) =ورودی جاده در تایر سمت راست
معادله مرتبه دوم برای نشان دادن تغییرات ارتفاع بدنه
معاده مرتبه دوم برای نشان دادن غلت بدنه
Case 1: 90° Offset Sine Waves
Road Input and its derivative
Case 1: 90° Offset Sine Waves
Body Roll (passive and active)
Case 1: 90° Offset Sine Waves
Dampening and Body roll (active)
Case 2: 180° Offset Sine Waves
Road Input and its derivative
Case 2: 180° Offset Sine Waves
Body Roll (passive and active)
Case 2: 180° Offset Sine Waves
Dampening and Body roll (active)
4-3 مدل یک دوم خودرو با چهار درجه آزادی برای سیستم تعلیق نیمه فعال
که:
و:
که Frf اصطکاک ثابت برای قسمت جلو
و Frr اصطکاک ثابت برای قسمت عقب می باشند
که:
و:
که Frf اصطکاک ثابت برای نیمه جلو
و Frr اصطکاک ثابت برای نیمه عقب می باشند
4-4مدل کامل خودرو110
در این مدل معمولا کل جرم بدنه خودرو را به عنوان جرم فنر بندی شده در نظر می گیرند که در چهار گوشه خودرو به وسیله اجزای ارتباطی بر روی جرم فنر بندی نشده قرار می گیرد . بدین ترتیب سه درجه آزادی برای حرکتهای Bounce ، Pitch ، Roll بدنه و دو درجه آزادی مربوط به محور عقب در نظر گرفته می شود و به وسیله این مدل تمام حرکت های Bounce ، Pitch ، Roll را می توان بررسی کرد ،
اما دارای معادلات پیچیده می باشند که کار شبیه سازی آنها را سخت تر می کند. ولی این مدل به عنوان مدلی است که اختلاف کمی با مدل واقعی دارد.. شکل مدل ها با توجه به نوع سیستم تعلیق (مستقل یا غیر مستقل) با هم فرق دارند. اگر سیستم تعلیق مستقل باشد نصف جرم اکسل هر چرخ در جلو یا عقب به عنوان جرم فنر بندی نشده در گوشه چپ و راست قرار می گیرند . در غیر این صورت کل جرم اکسل در هر یک از محورها به عنوان جرم فنر بندی نشده در نظر گرفته می شود ، و هر یک از محورها نیز دارای دو درجه آزادی (حرکت عمودی و دورانی) می باشند.
شکل مدلی را نشان می دهد که سیستم تعلیق آن در جلو و غقب مستقل هستند. این مدل دارای هفت درجه آزادی می باشد ، که چهار درجه آزادی آن مربوط به حرکت عمودی جرم های فنر بندی نشده چرخ ها در چهار گوشه و سه درجه آزادی مربوط به حرکات عمودی و دورانی بدنه حول محور طولی وعرضی می باشد.
که:
و:
نتیجه گیری
سیستم تعلیق به منظور مجزا نمودن بدنه خودرو از ارتعاشات تحمیلی از سوی جاده در خودرو مورد استفاده قرار می گیرند . سیستم های تعلیق انواع گوناگونی دارند و از زیربخش های متفاوتی شامل فنرها ، ضربه گیرها و… بهره می برند. اما عملکرد این زیر بخش ها دارای تقابلات ذاتی می باشد. از جمله می توان به کاربرد فنر در تعلیق خودرو اشاره نمود . با افزایش و کاهش نرخ سختی در فنر دو پارامتر فرمان پذیری و خوش سواری دستخوش تغییر قرار می گیرد ، با افزایش سختی فنر، فرمان پذیری بهتر می شود اما خوش سواری کاهش می یابد و بلعکس .
هر کدام از سیستم های تعلیق برمبنای هندسه و سازوکار به کا رفته در ساختمان خود در پی کاهش غلت زدن ، کله زدن و چرخ زنی در خودرو می باشد تا به خوش سواری و فرمان پذیری بالا دست یابند .جهت دست یابی هم زمان به این دو اصل مهم در دینامیک خودور سازندگان گرایش به تولید سیستم های تعلیق فعال و نیمه فعال نموده اند سیستم های تعلیق فعال ایمنی و آسایش خودرو را تا حد زیادی افزایش داده اند اما این سیستم ها نیز بنا به دلایل متعدد نتوانسته اند به قدر کافی در خودروها فراگیر شوند بنا بر این تعلیق فعال می بایست در کنار عملکرد بهینه قیمت و مصرف انرژی منطقی داشته باشد. تلاش های فراوانی در جهت کاهش قیمت و مصرف انرژی و اماده سازی سیستمهای فعال برای استفاده در محصولات تجاری صورت گرفته است . به عنوان مثال تیتر اقدامات صورت گرفته به شرح زیر می باشد:
کم نمودن وزن و کوچک کردن اجزاء به منظور کاستن قیمت مواد
استفاده از ابزار کم قیمت به عنوان مثال استفاده از پمپ های دنده ای به جای پمپ پیستونی
استفاده از سوپاپ های کنترل
کاهش مصرف انرژی و انتخاب سنسورهای ارزان قیمت با کنترل فشار و پمپ
یکی از انواع سیستم های تعلیق سیستم تعلیق بادی می باشد که دارای مزیت هایی است که با وجود گران تر بودن استفاده از آن ها نسبت به سیستم های تعلیق مکانیکی هر روز در صنعت خودرو بیش تر می گردد
فرکانس طبیعی سیستم تعلیق بستگی به افزایش یا کاهش وزن خودرو ( جرم فنر بندی شده (دارد، با کاهش یا افزایش در وزن خودرو فرکانس طبیعی کاهش یا افزایش می یابد. این عامل می تواند تاثیر مهمی بر پارامتر خوش سواری داشته باشد و کیفیت خوش سواری را کاهش دهد.خوش سواری در خودرویی که از فنر بادی در سیستم تعلیق استفاده می کند در بازه بزرگ تری از تغییرات وزن حفظ می شود
پیوست
Root Locus Design Method for the Bus Suspension System
Plotting the root locus
Adding a notch filter
Finding the gain from the root locus
Plotting closed-loop response
From the main problem, the dynamic equations in transfer function form are the following:
and the system schematic looks like:
For the original problem setup and the derivation of the above equations and schematic, please refer to the bus modeling page.
If you are interested in running an animation of this example based on the control techniques used in the root locus tutorial please go to the bus suspension animation page after completing this tutorial.
We want to design a feedback controller so that when the road disturbance (W) is simulated by a unit step input, the output (X1-X2) has a settling time less than 5 seconds and an overshoot less than 5%. For example, when the bus runs onto a 10 cm high step, the bus body will oscillate within a range of +/- 5 mm and will stop oscillating within 5 seconds.
The system model can be represented in MATLAB by creating a new m-file and entering the following commands (refer to main problem for the details of getting those commands).
m1=2500;
m2=320;
k1 = 80000;
k2 = 500000;
b1 = 350;
b2 = 15020;
nump=[(m1+m2) b2 k2];
denp=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
G1=tf(nump,denp);
num1=[-(m1*b2) -(m1*k2) 0 0];
den1=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
G2=tf(num1,den1);
numf=num1;
denf=nump;
F=tf(numf,denf);
We are now ready to design a controller using the root locus design method.
First let's see what the open loop poles of the system are:
R=roots(denp)
MATLAB should return:
R =
-23.9758 +35.1869i
-23.9758 -35.1869i
-0.1098 + 5.2504i
-0.1098 – 5.2504i
Therefore the dominant poles are the roots -0.1098+/-5.2504i, which are close to the imaginary axis with a small damping ratio.
Plotting the root locus
The main idea of root locus design is to estimate the closed-loop response from the open-loop root locus plot. By adding zeros and/or poles to the original system (adding a compensator), the root locus and thus the closed-loop response will be modified. Let's first view the root locus for the plant. In your m-file, add the following command and then run the file, you should get the root locus plot below:
rlocus(G1)
z=-log(0.05)/sqrt(pi^2+(log(0.05)^2))
sgrid(z,0)
Note from the specification, we required the overshoot, %OS, to be less than 5% and damping ratio, zeta, can be find from approximation damping ratio equation, z = -log(%OS/100)/sqrt(pi^2+[log(%OS/100)^2]). The command sgrid is used to overlay the desired percent overshoot line on the close-up root locus; you can find more information from commands list.
From the plot above, we see that there are two pair of poles and zeros that are very close together. These poles and zeros are almost on the imaginary axis, they might make the bus system marginally stable, which might cause a problem. We have to make all of the poles and zeros move into the left-half plane as far as possible to avoid an unstable system. We have to put two zeros very close to the two poles on the imaginary axis of uncompensated system for pole-and-zero cancellation. Moreover, we will put another two poles further to the left on the real axis to get fast response.
Adding a notch filter
We will probably need two zeros near the two poles on the complex axis to draw the root locus, leading those poles to the compensator zeros instead of to the plant zeros on the imaginary axis. We'll also need two poles placed far to the left to pull the locus to the left. It seems that a notch filter (2-lead controller) will probably do the job. Let's try putting the poles at 30 and 60 and the zeros at 3+/-3.5i. In your m-file add the following lines of code:
z1=3+3.5i;
z2=3-3.5i;
p1=30;
p2=60;
numc=conv([1 z1],[1 z2]);
denc=conv([1 p1],[1 p2]);
contr=tf(numc,denc);
rlocus(contr*G1)
Rerun the m-file; you should get a new root locus plot looking like this:
Now let's change the axis to see the details of the root locus.
axis([-40 10 -30 30])
z=-log(0.05)/sqrt(pi^2+(log(0.05)^2))
sgrid(z,0)
Finding the gain from the root locus
Now that we have moved the root locus across the 5% damping ratio line, we can choose a gain that will satisfy the design requirements. Recall that we want the settling time and the overshoot to be as small as possible. Generally, to get a small overshoot and a fast response, we need to select a gain corresponding to a point on the root locus near the real axis and far from the imaginary axis or the point that the root locus crosses the desired damping ratio line. But in this case, we need the cancellation of poles and zeros near the imaginary axis, so we need to select a gain corresponding to a point on the root locus near the zeros and percent overshoot line. There is a method to do this with the rlocfind command in MATLAB. Enter the following command into the MATLAB command window:
[k,poles]=rlocfind(contr*G1)
Go to the plot and select the point at the position mentioned above (indicated by the cross on the plot below:
You should see something similar to the following:
selected_point =
-2.9428 -13.0435i
K =
1.0678e+08
poles =
1.0e+02 *
-0.6322 + 6.1536i
-0.6322 – 6.1536i
-0.0294 + 0.1306i
-0.0294 – 0.1306i
-0.0292 + 0.0367i
-0.0292 – 0.0367i
Note that the value returned from your MATLAB command window may not be exactly the same, but should at least have the same order of magnitude. This returned value can be used as the gain for the compensator. Recall that the schematic of the system is the following:
and the closed-loop transfer function can be derived as following:
sys_cl=F*feedback(G1,k*contr);
Plotting the closed-loop response
Let's see what the closed-loop step response looks like with this compensator. Keep in mind that we are going to use a 0.1 m high step as the disturbance. To simulate this, simply multiply sys_cl by 0.1. Add the following commands into the m-file and put % marks in front of all rlocus and rlocfind commands.
t=0:0.01:2;
step(0.1*sys_cl,t)
title('closed-loop response to 0.1m high step w/ notch filter')
and you should see the following plot:
From this plot we see that when the bus encounters a 0.1 m step on the road, the maximum deviation of the bus body from the wheel (or the road) is about 3.75 mm, and the oscillations settle in 2 seconds. Thus this response is satisfactory.
Note: A design problem does not necessarily have an unique answer. Using the root locus method (or any other method) may result in many different compensators. For practice, you may want to go back to the original open-loop root locus and try to find other good ways to add zeros and poles to get a better response.
If you are interested in running an animation of the bus suspension example based on the control techniques used in this tutorial please go to the Bus Suspension Animation Page.
PID Design Method for the Bus Suspension System
Adding a PID controller
Plotting the closed-loop response
Choosing the gains for the PID controller
From the main problem, the dynamic equations in transfer function form are the following:
and the system schematic looks like:
For the original problem setup and the derivation of the above equations and schematic, please refer to the bus modeling page.
We want to design a feedback controller so that when the road disturbance (W) is simulated by a unit step input, the output (X1-X2) has a settling time less than 5 seconds and an overshoot less than 5%. For example, when the bus runs onto a 10 cm high step, the bus body will oscillate within a range of +/- 5 mm and will stop oscillating within 5 seconds.
The system model can be represented in MATLAB by creating a new m-file and entering the following commands (refer to main problem for the details of getting those commands).
m1=2500;
m2=320;
k1 = 80000;
k2 = 500000;
b1 = 350;
b2 = 15020;
nump=[(m1+m2) b2 k2]
denp=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
G1=tf(nump,denp);
num1=[-(m1*b2) -(m1*k2) 0 0];
den1=[(m1*m2) (m1*(b1+b2))+(m2*b1) (m1*(k1+k2))+(m2*k1)+(b1*b2) (b1*k2)+(b2*k1) k1*k2];
G2=tf(num1,den1);
numf=num1;
denf=nump;
F=tf(numf,denf);
Adding a PID controller
Recall that the transfer function for a PID controller is:
where KP is the proportional gain, KI is the integral gain, and KD is the derivative gain. Let's assume that we will need all three of these gains in our controller. To begin, we might start with guessing a gain for each: KP=208025, KI=832100 and KD=624075. This can be implemented into MATLAB by adding the following code into your m-file:
KD=208025;
KP=832100;
KI=624075;
contr=tf([Kd Kp Ki],[1 0]);
Now let's simulate the response of the system (the distance X1-X2) to a step disturbance on the road. From the schematic above we can find the transfer function from the road disturbance W to the output(X1-X2), and simulate:
sys_cl=F*feedback(F*G1,contr);
Plotting the closed-loop response
Now we have created the closed-loop transfer function in MATLAB that will represent the plant, the disturbance, as well as the controller. Let's see what the closed-loop step response for this system looks like before we begin the control process. Keep in mind that we are going to use a 0.1 m high step as our disturbance, to simulate this, all we need to do is to multiply sys_cl by 0.1. Add the following code your m-file:
t=0:0.05:5;
step(0.1*sys_cl,t)
title('closed-loop response to 0.1m high step w/ pid controller')
you should see the response (X1-X2) to a step W like this:
From the graph, the percent overshoot is 9mm, which is larger than the 5mm requirement, but the settling time is satisfied, less than 5 seconds. To choose the proper gain that yields reasonable output from the beginning, we start with choosing a pole and two zeros for PID controller. A pole of this controller must be at zero and one of the zeros has to be very close to the pole at the origin, at 1. The other zero, we will put further from the first zero, at 3, actually we can adjust the second-zero's position to get the system to fulfill the requirement. Add the following command in the m-file, so you can adjust the second-zero's location and choose the gain to have a rough idea what gain you should use for KD,KP, and KI.
z1=1;
z2=3;
p1=0;
numc=conv([1 z1],[1 z2]);
denc=[1 p1];
contr=tf(numc,denc);
rlocus(contr*G1)
title('root locus with PID controller')
[K,p]=rlocfind(contr*G1)
you should see the closed-loop poles and zeros on the s-plane like this and you can choose the gain and dominant poles on the graph by yourself:
We will explain root locus method in more detail in the "Root Locus" page.
Choosing the gains for the PID controller
Now that we have the closed-loop transfer function, controlling the system is simply a matter of changing the KD,KP,and KI variab. From the figure above, we can see that the system has larger damping than required, but the settling time is very short. This response still doesn't satisfy the 5% overshoot requirement. As mentioned before, this can be rectified by adjusting the KD, KP and KI variab to find better response. Let's increase KP,KI,KD by a factor of 2 to see what will happen. Go back to your m-file and multiply KP,KI,KD by 2 and then rerun the program, you should get the following plot:
To compare this graph with the graph of low-gain PID controller, you can change the axis:
axis([0 5 -.01 .01])
Now we see that the percent overshoot and settling time meet the requirements of the system. The percent overshoot is about 5% of the input's amplitude and settling time is 2 seconds which is less than the 5 second requirement.
For this problem, it turns out that the PID design method adequately controls the system. This can been seen by looking at the root locus plot. Such a task can be achieved by simply changing only the gains of a PID controller. Feel free to play around with all three of the parameters,KD,KP and KI, as we suggested, but you will most likely get the response to have either large percent overshoot or very long settling time.
منابع:
[1]- Thomas D.Gillespie ,Fundamentals of Vehicle Dynamics
[2] – Jürgen W. Betzler, Dipl.-Ing. Jörnsen Reimpell , Prof Automotive Chassis
[3] – Heinz Heisler , Advanced Vehicle Technology 2E(s)
[4] – Rajesh Rajamani ,Vehicle Dynamics Book
[5] -The Citroen Technical guide
[6] – www.en.wikipeda.org
[7] – www.delphi.com
[8] – www.autozin technical school.com
[9] – www.TRW.com
[10] – www.ika.rwth-aachen.de
[11] – www.citroen.mb.ca
[12] – www.en.wikipeda.org
[13] – کاظمی، رضا، جعفری ، محمد، اصول طراحی سیستم های تعلیق و فرمان، جلد 5 ، انتشارات صنعتی شریف، تهران، ویرایش اول 1385
[14]- کشاورزی، احمد ، پایان نامه کارشناسی ارشد تدوین نرم افزار طراحی سیستم های تعلیق بادی اتوبوس
1 Sprung Mass
2 Unsprung Mass
3 Longitudinal
4 Lateral
5 Vertical
6 Roll
7 Pitch
8 Yaw
9 Surge
10 lurch
11 Bounce
12 Shimmy
13 Tramp
14 Ride Comfort
15 Road Holding
16 SAE
17 Cornering
18 Turning
19 Directional Response
20 Deflection
21 Steerability
22 Roll Center
23 Jacking Force
24 Roll Steer
25 Tire Scrub
26 Camber Angel
27 Compliance
28 Wheel Rate
29Coil Spring
30 Leaf Spring
31 Torsion Bar
32 Air Spring
33 Shock Absorber
34 Hotchkiss
35 Independent Susoension
36 Trailing Arm
37 Double Wishbone
38McPherson Strut
39 Swing Axle
40 Beetle
41 De Dion
42 Roll Center
43 Roll Axis
44 Soft
45 Normal
46 Sport
47 Manual Selectable Ride(MSR)
48 Stepping Motor
49 Active anti-roll bar
50 Active Suspension
51 Actuator
52 Gear pump
53 Fail Safe Valve
54 Flow Control Valve
55 Gas Strut
56 Pump Accumulator &Pressure Regulator
57 Height Correction Valve
58 Hydrauliclly Contorolled Valve
59 Ball & pistonValve
60 Damping Element
61 Electrically Controlled Valve
62 Sensory Perceptions
63 Vehicle Speed Sensor
64 Steering Wheel Angel & Speed Sensor
65 Movement of the Car Body
66 Throttle Pedal Position Sensor
67 Brake Pressure Sensor
68 Spher Base
69 hydraulically controlled isolation valve
70 ball and piston valve
71 damping elements
72electrically controlled valve
73 Higher intelligence
74 Steering wheel angle
75 thresholds of the steering wheel rotational speed
76gas pedal sensor
77 thresholds for body movement
78 body sinking
79 body rising
80 Anti Sink System
81 high pressure pump
82 main accumulator
83 pressure regulator
84 Activa suspension
85 Built-in Hydroelectronic Interface(BHI)
86 high pressure
87 hydraulic units
88 electronic computer
89 Active Body Control
90 unloader valve
91 pressure regulator
92 Isolator valve
93 bellow spring
94 Rolling diaphragm
95 Leveling valve
96Isolator valve
97 Laden Weight
98 Unladen Weight
99 Passenger car
100 Commercial Vehicle
101 Bus(Coach)
102 Minibus
103 Urban bus
104 Overland bus
105 Long-distance coach
106 Trolley bus
107 Vehicle Suspension System Modelling
108 2-DOFs suspension system
109 Half Car Model
110 Full Car Model
—————
————————————————————
—————
————————————————————
177