Демпфирование подвески

Затухание в подвесках происходит в первую очередь от действия гидравлических амортизаторов. Вопреки своему названию, они не поглощают удары от дорожных сотрясений. Скорее, подвеска принимает удар и функцией амортизатора является рассеивание энергии, введённой в систему неровностью.

Обычный эффект затухания, проиллюстрированный для модели четверти автомобиля коэффициентами усиления отклика, показан на Рисунке 5.19. Процент затухания определяется из коэффициента затухания, определяемого по Формуле (5-11). При очень небольших затуханиях (10%) отклик самый большой с очень высоким откликом на частоте 1 Гц. Этот тип реакции, часто упоминаемый как "плавание" ("float"), заставляет подрессоренную массу усиливать длинные неровности на проезжей части. Хотя это нежелательно, на всех частотах выше резонансной точки достигается преимущество в результате достигнутого высокого затухания.

Рис. 5.19. Влияние затухания на характеристику изоляции от дорожных неровностей подвески.

Кривая для коэффициента затухания 40% является типичным представителем большинства автомобилей, узнаваемая по усилению на резонансной частоте, находящейся в диапазоне от 1.5 до 2.0 Гц. При 100% (критическом) затухании движения при отскоке подрессоренной массы на частоте 1 Гц хорошо контролируются, но при ухудшении изоляции на более высоких частотах. Если затухание больше критического, например, 200%, демпфер становится настолько жестким, что подвеска больше не движется и транспортное средство подпрыгивает на своих шинах, резонируя в диапазоне от 3 до 4 Гц.

Хотя этот аналитический подход предоставляет упрощённую иллюстрацию эффекта демпфирования при езде в подвеске, подгонка амортизаторов для достижения оптимальной характеристики  в современном автомобиле намного более сложна. Амортизаторы должны быть приспособлены не только для достижения желаемых характеристик при езде, но также играют ключевую роль в поддержании хорошего контакта шин с дорогой, необходимого для управляемости и безопасности. В общем, это достигается за счет подбора "клапанной системы" ("valving") в амортизаторе, так что это не простой линейный элемент (с силой, пропорциональной скорости), как предполагалось до сих пор.

Во-первых, затухание в подвеске в направлениях удара (сжатие) и отскока (расширение) не одинаково. Затухание в направлении удара добавляется к силе, передаваемой подрессоренной массе, когда колесо встречает неровность, таким образом, нежелательно иметь высокое демпфирование в этом направлении. С другой стороны, демпфирование в направлении отскока желательно, чтобы рассеять энергию, запасённую в рессоре вследствие удара. Следовательно, типичные амортизаторы имеют двойную характеристику примерно с соотношением один-к-трём затуханием при отскоке и ударе. Помимо этого, для управления демпфированием в обоих направлениях используются описанные ниже регулируемые характеристики.

С середины 1950-х годов для демпфирования в автомобильных подвесках использовались почти исключительно телескопические амортизаторы. Телескопические амортизаторы представляют собой устройство в виде поршня в трубе, один конец которого соединён с подрессоренной массой, а другой - с осью или колесом. Есть два типа телескопических амортизаторов - двухтрубный и однотрубный с газом под давлением, показанные на Рисунке 5.20.

Рис. 5.20. Двухтрубный амортизатор и однотрубный амортизатор с газом под давлением.

Каждый из них имеет свои преимущества, но функционально они похожи. Во время сжатия и растяжения поршень движется через жидкость, проходящую через отверстие в нём. Клапаны в поршне ограничивают поток жидкости через поршень, создавая силу демпфирования. В случае двухтрубного амортизатора, для дальнейшей настройки демпфирования могут быть использованы дополнительные ограничения от клапанной системы в основание трубки.

Для получения желаемых характеристик могут быть использованы совместно два типа клапанной системы. Клапан с простым отверстием создаёт силу демпфирования, которая растёт с квадратом скорости, как показано кривой A на Рисунке 5.21. Когда они предназначены для обеспечения адекватного затухания для контроля движений кузова на низких скоростях, простое управление отверстием даёт слишком большое затухание на высоких скоростях типичных движений оси вверх-вниз. Вторым типом клапанной системы является антипомпажный (продувочный, "blow-off") клапан, в котором проход потока заблокирован подпружиненным клапаном, чтобы он предотвращал поток, пока желаемое давление не достигнуто, и в этот момент он позволяет "выпустить" силу торможения, как показано на кривой B. Благодаря сочетанию управления отверстием и продувкой в последовательных и параллельных схемах, получается типичное поведение демпфирования, такое, как показано на кривой C.

Рис. 5.21. Параметры силы-скорости клапанной системы амортизатора.

Для комплексного подхода при анализе затухания амортизатора при поездке амортизатор должен быть смоделирован как нелинейный элемент. Характеристики силы-скорости, подобные показанным на предыдущем рисунке, могут быть представлены полиномами или прямолинейными отрезками, аппроксимирующими эту кривую. Наконец, эластомерные вкладыши на конце соединений амортизаторов составляют значительную гибкость в системе для небольших высокочастотных движений, типичных для оси, и должны быть приняты во внимание.