Aktiv affjedring - Active suspension

En aktiv affjedring er en type bilaffjedring på et køretøj. Det bruger et indbygget system til at styre den lodrette bevægelse af køretøjets hjul i forhold til chassiset eller køretøjets karosseri frem for den passive affjedring, der leveres af store fjedre, hvor bevægelsen udelukkende bestemmes af vejbelægningen. Såkaldte aktive suspensioner er opdelt i to klasser: reelle aktive suspensioner og adaptive eller semi-aktive suspensioner. Mens semi-adaptive affjedringer kun varierer støddæmperens fasthed til at matche skiftende vej eller dynamiske forhold, bruger aktive affjedringer en slags aktuator til at hæve og sænke chassiset uafhængigt af hvert hjul.

Disse teknologier gør det muligt for bilproducenter at opnå en større grad af kørekvalitet og bilhåndtering ved at holde dækkene vinkelret på vejen i hjørner, hvilket giver bedre vejgreb og kontrol. En indbygget computer registrerer kropsbevægelse fra sensorer i hele køretøjet og styrer ved hjælp af disse data virkningen af ​​de aktive og semi-aktive suspensioner. Systemet eliminerer praktisk talt kropsvals og pitch variation i mange kørselssituationer, herunder sving , acceleration og bremsning .

Princip

figur 1
Figur 2
Figur 3

Skyhook -teorien er, at den ideelle affjedring ville lade bilen opretholde en stabil kropsholdning, som om den var hængt af en imaginær krog på himlen, upåvirket af vejforholdene.

Da en egentlig skyhook naturligvis er upraktisk, er virkelige aktive affjedringssystemer baseret på aktuatoroperationer. Den imaginære linje (med nul lodret acceleration) beregnes ud fra værdien fra en accelerationssensor installeret på karosseriet (se figur 3). De dynamiske elementer omfatter kun den lineære fjeder og det lineære spjæld; derfor er ingen komplicerede beregninger nødvendige.

Et køretøj kommer i kontakt med jorden gennem fjederen og spjældet i en normal fjederspjældsophæng, som i figur 1. For at opnå samme stabilitetsniveau som Skyhook -teorien, skal køretøjet kontakte jorden gennem fjederen og den imaginære linje med spjæld, som i figur 2. Teoretisk set, i et tilfælde, hvor dæmpningskoefficienten når en uendelig værdi, vil køretøjet være i en tilstand, hvor det er helt fastgjort til den imaginære linje, således at køretøjet ikke ryster.

Aktiv

Aktive suspensioner, de første der blev introduceret, bruger separate aktuatorer, som kan udøve en uafhængig kraft på affjedringen for at forbedre køreegenskaberne. Ulemperne ved dette design er høje omkostninger, ekstra komplikationer og masse af apparatet og behovet for hyppig vedligeholdelse af nogle implementeringer. Vedligeholdelse kan kræve specialiserede værktøjer, og nogle problemer kan være vanskelige at diagnosticere.

Hydraulisk aktivering

Hydraulisk aktiverede affjedringer styres ved brug af hydraulik . Det første eksempel dukkede op i 1954 med den hydropneumatiske affjedring udviklet af Paul Magès på Citroën . Det hydrauliske tryk leveres af en højtryksradial stempelhydraulikpumpe . Sensorer overvåger løbende kropsbevægelser og køretøjsniveau og forsyner konstant de hydrauliske højdekorrektorer med nye data. I løbet af få sekunder genererer affjedringen modkræfter for at hæve eller sænke kroppen. Under kørselsmanøvrer komprimeres det indkapslede nitrogen øjeblikkeligt og tilbyder seks gange komprimerbarheden af ​​stålfjedre , der bruges af køretøjer indtil nu.

I praksis har systemet altid inkorporeret de ønskelige selvnivellerende affjedringer og højdejusterbare affjedringsfunktioner , hvor sidstnævnte nu er knyttet til køretøjets hastighed for forbedret aerodynamisk ydeevne, idet køretøjet sænker sig ved høj hastighed.

Dette system fungerede bemærkelsesværdigt godt ved ligeudgående kørsel, herunder over ujævne overflader, men havde lidt kontrol over rullestivhed.

Millioner af produktionskøretøjer er blevet bygget med variationer på dette system.

Elektronisk aktivering af hydraulisk affjedring

Colin Chapman udviklede det originale koncept for computerstyring af hydraulisk affjedring i 1980'erne for at forbedre sving i racerbiler. Lotus monterede og udviklede et prototypesystem til en Excel fra 1985 med elektrohydraulisk aktiv affjedring, men tilbød det aldrig til salg for offentligheden, selvom mange demonstrationsbiler blev bygget til andre producenter.

Sensorer overvåger løbende kropsbevægelser og køretøjsniveau og forsyner konstant computeren med nye data. Når computeren modtager og behandler data, betjener den de hydrauliske servoer, der er monteret ved siden af ​​hvert hjul. Næsten øjeblikkeligt genererer den servoregulerede affjedring modkræfter til kropsmager, dykning og squat under køremanøvrer.

Williams Grand Prix Engineering forberedte en aktiv suspension, designet af designer-aerodynamikeren Frank Dernie , til holdets Formel 1-biler i 1992, hvilket skabte så succesrige biler, at Fédération Internationale de l'Automobile besluttede at forbyde teknologien for at mindske kløften mellem Williams F1 holdet og dets konkurrenter.

Computer Active Technology Suspension (CATS) koordinerer den bedst mulige balance mellem kørekvalitet og håndtering ved at analysere vejforholdene og foretage op til 3.000 justeringer hvert sekund til affjedringsindstillingerne via elektronisk styrede spjæld .

Mercedes-Benz CL-klasse (C215) fra 1999 introducerede Active Body Control , hvor hydrauliske højtryksservoer styres af elektronisk computing, og denne funktion er stadig tilgængelig. Køretøjer kan designes til aktivt at læne sig ind i kurver for at forbedre passagerens komfort.

Aktiv rullestang

Aktiv rullestang stivner under kommando af føreren eller affjedringen Elektronisk styreenhed (ECU) under svær svingning. Første produktionsbil var Mitsubishi Mirage Cyborg i 1988.

Elektromagnetisk rekreativ

Hovedartikel: Elektromagnetisk suspension

I fuldt aktive elektronisk styrede produktionsbiler giver anvendelsen af ​​elektriske servoer og motorer, der er gift med elektronisk computing, mulighed for flad svingning og øjeblikkelige reaktioner på vejforhold.

Den Bose Corporation har en proof of concept-model. Grundlæggeren af ​​Bose, Amar Bose , havde arbejdet på eksotiske suspensioner i mange år, mens han var professor i MIT.

Elektromagnetisk aktiv suspension bruger lineære elektromagnetiske motorer, der er knyttet til hvert hjul. Det giver ekstremt hurtig respons og tillader regenerering af forbrugt strøm ved at bruge motorerne som generatorer. Dette overgår næsten problemerne med langsomme responstider og højt strømforbrug i hydrauliske systemer. Elektronisk styret teknologi med aktivt affjedringssystem (ECASS) blev patenteret af University of Texas Center for Electromechanics i 1990'erne og er blevet udviklet af L-3 Electronic Systems til brug på militære køretøjer. Den ECASS-udstyrede HMMWV overskred præstationsspecifikationerne for alle ydelsesvurderinger med hensyn til absorberet effekt til køretøjsføreren, stabilitet og håndtering.

Aktivt hjul

  • Audi active electromechanical suspension system introduceret i 2017. Det driver hvert hjul individuelt og tilpasser sig de gældende vejforhold. Hvert hjul har en elektrisk motor, der drives af det 48 volt elektriske hovedsystem. Yderligere komponenter omfatter tandhjul, et rotationsrør sammen med indvendig titanium torsionsstang og et håndtag, der udøver op til 1.100 Nm (811.3 lb-ft) på affjedringen via en koblingsstang . Takket være frontkameraet registrerer sedanen tidligt bump på vejen og justerer den aktive affjedring forudsigeligt. Selv før bilen når en bump i vejen, sender den forhåndsvisningsfunktion, der er udviklet af Audi, den rigtige mængde kørsel til aktuatorerne og kontrollerer aktivt affjedringen. De computerstyrede motorer kan fornemme ufuldkommenhed på vejen og kan hæve affjedringen op fra hjulet, hvilket ville gå over bølgen og dermed hjælpe kørekvaliteten. Systemet vil lede motorerne på ydersiden til at skubbe op eller trække suspensionen ned i sving. Dette vil resultere i et fladere drev og reduceret karosserirulning rundt om hjørner, hvilket igen betyder mere sikker håndteringsdynamik.

Adaptiv og semi-aktiv

Adaptive eller semi-aktive systemer kan kun ændre viskose dæmpningskoefficient af støddæmperen , og ikke tilføje energi til suspensionen system. Selvom adaptive suspensioner generelt har en langsom tidsrespons og et begrænset antal dæmpningskoefficientværdier, har semi-aktive suspensioner tidsrespons tæt på et par millisekunder og kan give en bred vifte af dæmpningsværdier. Derfor foreslår adaptive affjedringer normalt kun forskellige køremåder (komfort, normal, sport ...) svarende til forskellige dæmpningskoefficienter, mens semi-aktive affjedringer ændrer dæmpningen i realtid, afhængigt af vejforholdene og bilens dynamik. Selvom det er begrænset i deres indgreb (f.eks. Kan styrekraften aldrig have en anden retning end suspensionens nuværende hastighedsvektor), er semi-aktive suspensioner billigere at designe og forbruger langt mindre energi. I nyere tid er forskningen i semi-aktive suspensioner fortsat med at udvikle sig med hensyn til deres kapaciteter, hvilket mindsker kløften mellem semi-aktive og fuldt aktive suspensionssystemer.

Magnetventil/ventil aktiveret

Denne type er den mest økonomiske og grundlæggende type semi-aktive suspensioner. De består af en magnetventil, der ændrer strømmen af ​​det hydrauliske medium inde i støddæmperen , og ændrer derfor dæmpningskarakteristika for affjedringsopsætningen. Magnetventilerne er forbundet til den styrende computer, som sender dem kommandoer afhængigt af kontrolalgoritmen (normalt den såkaldte "Sky-Hook" -teknik). Denne type system bruges i Cadillac's Computer Command Ride (CCR) affjedringssystem. Den første produktionsbil var Toyota Soarer med semi-aktiv Toyota Electronic Modulated Suspension , fra 1983.

Magnetoreologisk spjæld

Hovedartikel: Magnetorheologisk spjæld

En anden forholdsvis ny metode indeholder magnetorheologiske dæmpere med et mærke MagneRide . Det blev oprindeligt udviklet af Delphi Corporation til GM og var som mange andre nye teknologier standard for Cadillac STS (fra model 2002) og på nogle andre GM-modeller fra 2003. Dette var en opgradering til semi-aktive systemer ("automatisk vej -sensing suspensioner ") brugt i fornemme GM -køretøjer i årtier. Det tillader, sammen med hurtigere moderne computere, at ændre stivheden på alle hjulophæng uafhængigt. Disse dæmpere finder øget brug i USA og lejer allerede til nogle udenlandske mærker, for det meste i dyrere køretøjer.

Dette system var under udvikling i 25 år. Spjældvæsken indeholder metalliske partikler. Gennem den indbyggede computer styres spjældets overholdelsesegenskaber af en elektromagnet . I det væsentlige øger strømmen til spjældets magnetiske kredsløb kredsløbets magnetiske flux. Dette får igen metalpartiklerne til at ændre deres justering, hvilket øger væskens viskositet og derved øger kompressions-/reboundhastighederne, mens et fald blødgør effekten af ​​spjældene ved at justere partiklerne i den modsatte retning. Hvis vi forestiller os metalpartiklerne som middagstallerkener, mens de er justeret, så de er på kanten - minimeres viskositeten. I den anden ende af spektret vil de blive justeret ved 90 grader så flade. Således gør væsken meget mere tyktflydende. Det er det elektriske felt, der produceres af elektromagneten, der ændrer justeringen af ​​metalpartiklerne. Oplysninger fra hjulsensorer (om forlængelse af affjedring), styring, accelerationssensorer - og andre data, bruges til at beregne den optimale stivhed på det tidspunkt. Systemets hurtige reaktion (millisekunder) tillader for eksempel en blødere passage af et enkelt hjul over en bump i vejen på et bestemt tidspunkt.

Produktionskøretøjer

Efter kalenderår:

Se også

Referencer