MODALITĂŢI PRIVIND DIMINUAREA VIBRAŢIILOR LA SISTEMUL DE SUSPENSIE AL AUTOVEHICULELOR

Sistemul de suspensie are rolul, de a asigura confortul pasagerilor şi de a proteja încărcătura şi organele componente ale autovehiculului, pe durata deplasării acestuia, împotriva şocurilor, trepidaţiilor şi oscilaţiilor, cauzate de neregularităţile drumului. Sistemul de suspensie cuprinde elemente elastice, dispozitive de ghidare, amortizoare şi stabilizatoare.

Deplasarea automobilului în orice regim, pe orice categorie de drum, este însoţită de apariţia şocurilor şi a vibraţiilor. De altfel, automobilul constituie în totalitatea lui surse de şocuri şi vibraţii dintre cele mai dăunătoare, ce se manifestă asupra maselor suspendate (cadru, caroserie) şi ne suspendate (punţi, roţi).

Oscilaţiile şi şocurile, la care sunt supuse autovehiculele, au o mare influenţă asupra confortabilităţii ocupanţilor, integrităţii mărfurilor transportate precum şi asupra funcţionării şi durabilităţii principalelor agregate componente, ca motor, transmisie şi caroserie.

Oscilaţiile automobilului, au efecte nocive asupra omului, conducând la apariţia oboselii, a senzaţiei de disconfort a pasagerilor şi conducătorului auto. De asemenea, în timpul transportului, în special pe drumuri proaste, dacă nu se iau măsuri suplimentare de protecţie, mărfurile transportate pot suferi degradări considerabile. În timpul funcţionării automobilului, datorită oscilaţiilor şi şocurilor la care acesta este supus, apar în unele organe ale transmisiei, suspensiei, solicitări dinamice, care au, de cele mai multe ori, caracter variabil, ducând la scăderea rezistenţei lor, prin oboseală.

Reducerea şocurilor şi a oscilaţiilor automobilelor în scopul îmbunătăţirii confortabilităţii acestora este o problemă destul de complexă ce necesită o analiză a cauzelor generatoare. Şocurile şi oscilaţiile la care sunt supuse automobilele provin din surse exterioare şi interioare.

Mişcarea vibratorie într-un punct al unui sistem elastic poate fi răspunsul la o excitaţie aplicată sistemului, caracteristicile mişcării depinzând de proprietăţile dinamice ale acestuia. Excitaţia poate fi dinamică, exprimată prin acţiunea denivelărilor drumului asupra roţilor automobilului producând vibraţii.

Măsurarea vibraţiilor poate fi clasificată în trei mari categorii: măsurarea răspunsurilor, măsurarea excitaţiilor şi măsurarea simultană a excitaţiei şi a răspunsului.

Măsurarea răspunsului presupune înregistrarea şi analiza evoluţiei în timp a vibraţiilor produse la autovehicule, în timpul deplasării acestora. Comparând valorile măsurate cu anumite nivele limită
admisibile, stabilite prin standarde şi norme, se poate aprecia efectul lor, asupra omului şi asupra organelor componente ale automobilului. Încercarea suspensiei automobilului în condiţii reale de exploatare permite pe lângă determinarea caracteristicilor elasto-amortizoare ale acesteia şi studiul transferului oscilaţiilor în anvelope.

Dezavantajele principale ale metodei constau în faptul că necesită montarea şi transportul în automobil a întregii aparaturi utilizate la încercare şi nu se poate asigura simularea exactă a condiţiilor de încercare. Măsurarea parametrilor vibraţiilor automobilului, în scopul determinării indicelui de confort al acestuia, presupune înregistrarea pe bandă magnetică a semnalelor date de traductoarele de acceleraţie, urmată de o prelucrare analogică sau numerică a datelor în laborator. În acest scop, traductoarele se vor amplasa în primul rând pe masele suspendate (cadru, platformă) şi ne suspendate (punţi, roţi), precum şi în alte puncte caracteristice ale caroseriei automobilului. Numărul punctelor de măsurare depinde de aparatura avută la dispoziţie şi de scopul în care se fac determinările.

Punctele principale de măsură se stabilesc astfel încât să se afle pe aceeaşi verticală ce trece prin articulaţiile de prindere a amortizoarelor.

Această amplasare a traductoarelor permite compararea directă a datelor obţinute prin prelucrarea măsurătorilor experimentale cu cele calculate pe baza modelelor simplificate.

Amplasarea unui traductor pe scaunul conducătorului se face cu scopul determinării nivelului de vibraţii la care este supus omul. Celelalte puncte de măsură se stabilesc pe caroseria automobilului în funcţie de scopul urmărit.

Suspensia autovehiculului

În timpul deplasării forțele externe și de impact acționează asupra vehiculului producând mișcări și vibrații în direcția celor 3 axe ale vehiculului (transversală, longitudinală și verticală). Scopul este să se minimizeze impactul acestor forțe asupra confortului la conducere și siguranței funcționale, prin păstrarea unui raport
echilibrat între sistemul de suspensie și sistemul de amortizare. Se poate face o distincție fundamentală între sistemul de suspensie și sistemul de amortizare: sarcina ambelor sisteme este de a absorbi și a reduce efectul forțelor externe și dacă este posibil de a minimiza influența lor asupra caroseriei.

Siguranța la conducere: Pentru direcție și frână este importantă menținerea contactului cu șoseaua.
Confortul conducerii: Pasagerii sunt feriți de vibrații neplăcute sau dăunătoare, iar bagajul rămâne intact.
Siguranța funcțională: Caroseria și ansamblurile sunt protejate împotriva impacturilor puternice și a vibrațiilor.

Vibraţiile constau în următoarele trei elemente:
-Sursa – cauza vibraţiei;
-Calea de transfer – calea pe care se deplasează vibraţia prin vehicul;
-Pneu, ce prezintă pe suprafaţa de rulare o deformaţie, ce transmite în mecanismul de direcţie vibraţii, pe
durata deplasării vehiculului.


Calea de transfer, o reprezintă traseul pe care îl parcurg vibraţiile prin sistemul de suspensie al vehiculului şi prin coloana de direcţie. Răspunzătorul este volanul, pe care conducătorul auto îl simte că vibrând. De regulă, eliminarea oricăruia din aceste trei elemente va determina remedierea problemei.

Vibraţii şi forţe ce acţionează asupra autovehiculului

În afară de mişcările sus-jos ale autovehiculului, în timpul mersului apar vibraţii în jurul şi în direcţia celor trei axe (transversală longitudinală și verticală).

Pentru descrierea vibraţiilor şi forţelor ce acţionează asupra autovehiculului sunt folosiţi următorii termeni:

1. Acceleraţie longitudinală: Vibraţie pe direcţia axei longitudinale (tremur).
   Ruliu: Vibraţii torsionale în jurul axei longitudinale.
2. Acceleraţie transversală: Vibraţii în direcţia axei transversale
   Tangaj: Vibraţii torsionale în jurul axei transversale.
3. Acceleraţie verticală: Vibraţii în direcţia axei verticale (vibraţii verticale).

Giraţie: Vibraţii torsionale în jurul axei verticale.

Întregul sistem este format din: cauciucuri, elemente de suspensie, caroserie, scaune, este supus vibrațiilor, de exemplu când o forță externă, o denivelare în șosea acționează asupra sistemului, el oscilează în jurul poziției de echilibru.

Aceste vibrații se repetă până când se amortizează, datorită frecării interne. Vibrațiile sunt caracterizate de amplitudine şi frecvență. Pentru determinarea valorilor geometrice ale trenului de rulare, o importanță deosebită o are frecvența proprie a vehiculului. O frecvență a caroseriei mai mică de 1 Hz poate produce greață anumitor persoane. Frecvențe de peste 1,5 Hz sunt dăunătoare confortului la conducere și peste 5 Hz reprezintă șocuri. Frecvența proprie este în mod esențial determinate de caracteristica arcului și de mărimea masei inerțiale.

Modul de eliminare a vibraţiilor autovehiculelor în funcţie de sistemul de suspensie.

Scopul principal al amortizării autovehiculelor este acela, de a păstra masele în mişcare cât mai mică.
Aceasta minimizează interferenţa oscilaţiei cu caroseria şi îmbunătăţeşte reacţia suspensiei şi confortul la conducere.

Ca elemente elastice pot fi utilizate de exemplu:
– Suspensie pe arcuri de oțel (foaie, elicoidal, bara de torsiune);
– Suspensie pneumatică;
– Suspensie auto reglabilă.

La automobil se face o diferenţă între:

• Masa în mişcare (roşi, frâne, axe antrenare şi butucul roţii şi fuzetei);
• Masa fixă (caroseria cu părti din suspensie şi din sistemul de antrenare).

Următoarele componente contribuie la reducerea maselor în mişcare:
– Piese de suspensie din aliaje uşoare;
– Discuri de frână din aliaje uşoare;
– Jenţi din aliaj uşor;
– Cauciucuri cu greutate optimă.

Suspensie pasivă este cea pe elemente elastice (arcuri)
Se obţin prin aplicarea unei forţe crescânde, unui arc, într-o presă şi reprezentând grafic forţa în funcţie de deformare.

Elementele elastice pot fi:
● arcuri în foi – solicitarea principală fiind încovoierea;
● arcuri spirale – solicitarea principală e torsiunea, dar şi încovoierea e importantă;

Suspensie din spate cu bare de torsiune transversale cu pretensionare reglabilă prin rotirea unei came:

Suspensie pentru tandem de punţi spate rigide, cu elemente combinate în serie:

Arcuri din cauciuc – solicitări principale sunt: întindere-forfecare.

Caracteristica unui arc elicoidal poate fi influenţată de următori parametrii:

• Diametrul arcului;
• Diametrul spirei;
• Numărul de spire. Întindere-torsiune, comprimare;

Arcurile cu caracteristică progresivă mai cuprind si alti parametrii: 1 – pasul inegal al spirelor, 2 – spirală de formă conică, 3 – forma conică a barei din care este construit arcul; – combinaţia mai multor elemente de arc.

Suspensie semi-activă sau pneumatică
Suspensia pneumatică este un sistem de suspensie cu înălţime variabilă a vehiculului și poate fi combinată cu sisteme de amortizare controlată. Un sistem de suspensie pneumatic autoreglabil este relativ ușor de realizat. Prin suspensia auto reglabilă dorim să păstram caroseria vehiculului la un nivel constant (poziţia reglată – o distanţă constantă între centrul roţii și partea inferioară a aripii) adică la o distanţa fixă, prestabilită, faţă de pământ. Prin adaptarea presiunii în arcul pneumatic și modificarea volumului de aer în retur este reglat nivelul vehiculului.
Comprimarea statică este întotdeauna considerată nulă.

Avantajele reglării nivelului sunt:

• Vehiculul se poate “descarca” confortabil;
• Nivelul static al vehiculului este constant indiferent de încărcare;
• Uzarea redusă a cauciucurilor;
• Coeficientul de rezistenţă la înaintare constant;
• Păstrarea unei comprimări și decomprimări maxime a arcului indiferent de încărcare;
• Păstrarea distanţei până la sol constantă (chiar și la încărcare maximă);
• Nu există modificări ale convergenţei și căderii în funcţie de modificările încărcării.

Construcţia unei suspensii pneumatice
Se poate face o distincţie între cele 2 variante de suspensii pneumatice:

• “suspensie parţială”;
• “suspensie totală “.

În varianta cu încărcare parţială, o combinaţie de suspensie cu arc sau pneumatică, generează forţă de încărcare a suspensiei pneumatice.

Suspensia pneumatică se compune în principal din:
– O carcasă superioară cu ghidaj exterior;
– Burduf cu pernă de aer;
– Piston deformabil (carcasă inferioară);
– Acumulator auxiliar;

COMPONENTELE SUSPENSIEI PNEUMATICE

Burduf
Burduful cu pernă de aer este format dintr-un material elastomer multistrat special, de calitate superioară cu cord de poliamidă ca material de întărire. Materialul de întărire absoarbe forţele care apar în suspensia pneumatică. Stratul de deasupra, interior, este proiectat special pentru etanșarea aerului. O combinaţie specială de straturi individuale conferă burdufului suspensiei pneumatice caracteristici bune de rulare precum și un răspuns precis al suspensiei. Materialele sunt rezistente la toate influenţele externe în gama de temperatură –35 grade C până la +90 grade C. Dacă tubul metalic al ghidajului exterior folosit pentru a absorbi forţele circulare lipsește, atunci vorbim despre suspensie pneumatică ghidată extern, spre deosebire de suspensia pneumatică fără ghidaj.

Condiţia tehnică de atenuare a vibraţiilor
In cazul suspensiei pneumatice, se face cu ajutorul amortizorului de vibraţii. Sarcina amortizorului de vibraţii (denumit și amortizor de șocuri) este aceea de a reduce energia de vibraţie a oscilaţiilor structurii și roţii cât mai rapid posibil prin transformarea energiei vibraţiilor în căldură.

Sunt mai multe tipuri de amortizări de vibraţi:

Amortizor de vibraţii pneumatic cu un singur tub
La această variantă de amortizor, camera de lucru și rezervorul de ulei se găsesc într-un singur cilindru (amortizor cu un tub). Modificările din volumul uleiului, datorită variaţiilor de temperatură și introducerii tijei pistonului când arcurile sunt comprimate, sunt compensate de către gazul din pernă de gaz presurizată (25 până la 30 bar.). Supapele amortizorului pentru compresie sunt integrate în piston.

Amortizor de vibraţii pneumatice cu două tuburi
Această variantă de amortizor s-a impus ca amortizor de vibraţii standard. Așa cum indică și numele, constă din două tuburi introduse unul în celălalt (amortizor cu două tuburi). Tubul interior acţionează drept cameră de lucru. El este complet umplut cu ulei hidraulic. Pistoanele împreună cu supapele și cu tija se mișcă în sus și în jos în interiorul camerei de lucru. Partea inferioară a camerei de lucru cuprinde supapele inferioare și placa inferioară. Tubul exterior înconjoară rezervorul de ulei. El este numai parţial umplut cu ulei. Deasupra uleiului este o pernă de gaz. Rezervorul de ulei compensează modificarea volumului de ulei din camera de lucru. Vibraţiile sunt amortizate prin două supape de amortizare care sunt localizate pe piston în partea inferioară a camerei de lucru. Ele se compun dintr-un sistem cu găuri calibrate.
În timpul comprimării (tensionare) amortizarea este definită de către supapa inferioară și parţial de rezistenţa la înaintare a pistonului. În timpul decomprimării (detensionare) vibraţiile sunt amortizate numai de către supapa pistonului. Această valvă produce o anumită rezistenţă a uleiului în timp ce acesta curge.

Reglarea amortizării
La amortizoare se face o diferenţă între stadiul de compresie și cel de detensionare. Forţa de amortizare este mai mică în timpul compresiei decât al decompresiei. Ca urmare, șocurile produse de drumurile proaste, se transmit într-un grad mai mic către vehicul deoarece acordarea amortizării este fixă, există o relaţie strânsă între confortul la conducere și siguranţă la conducere. La vehiculele de lux sunt montate amortizoare cu reglarea amortizării ajustabilă și cu reglare continuă.

Calculatorul stabilește în câteva milisecunde gradul de amortizare necesar și roată la care este necesar. Rata amortizării și gradul de amortizare arătat cât de repede trebuie reduse oscilaţiile. Aceasta depinde de forţa de amortizare a amortizorului și de mărimea maselor inerţiale. Creșterea masei inerţiale reduce gradul de amortizare, adică oscilaţiile sunt amortizate mai încet.

Suspensie activă este cea auto-reglabilă
Reglarea ei se face din autovehicul, apăsând butonul pentru suspensie auto reglabilă. Rotind butonul, șoferul poate alege între nivelul de suspensie ridicat sau nivelul de suspensie normal. Pe ecran este afişat nivelul ales.

Strategia de reglare a nivelului suspensiei
Prin 4 senzori de nivel este măsurată poziţia caroseriei faţă de roată și comparată cu poziţia standard pentru fiecare roată, aceasta fiind memorată în calculator. Senzorii sunt localizaţi între suporţii axelor și braţele inferioare. Aceste valori standard trebuie “învăţate” de către calculatorul vehiculului.

În mod normal aerul necesar pentru autoreglare este furnizat de un compresor (presiune maxim 16 bar). La viteze de peste 35 km/h reglările sunt controlate de către compresor. Dacă este necesar rezervorul de presiune se va reumple.
La viteze sub 35 km/h reglajele sunt controlate de către acumulatorul de presiune (capacitate 5 l). În acest scop, este necesară o diferenţă de presiune suficientă (circa 3 bari) între acumulatorul de presiune și suspensia pneumatică.

Dacă înălţimea vehiculului faţă de șosea se modifică datorită procesului de încărcare sau descărcare, calculatorul aduce înălţimea vehiculului la nivelul nominal. Pentru aceasta aerul este dirijat printr-o supapă pneumatică, sau eliminat printr-o supapă de drenare. Funcţionarea compresorului pentru umplerea acumulatorului de presiune este independentă de reglările nivelului.

Moduri speciale ale suspensiei auto-reglabile
Dezactivarea sistemului suspensiei auto-reglabile
În situaţii speciale, poate fi necesar să se dezactiveze suspensia, de exemplu pentru a schimba o roată sau pentru a face reparaţii la vehicul când acesta este ridicat pe o platformă.
Apăsând simultan tastele pentru reglarea nivelului (suspensiei auto-reglabile) și reglarea amortizării timp de 5 secunde se dezactivează suspensia auto-reglabilă. Un mesaj despre dezactivarea suspensiei autoreglabile apare în panoul ceasurilor de bord.

Activarea sistemului suspensiei autoreglabile.
Sistemul de suspensie se reactivează apăsând ambele taste aproximativ 5 secunde sau automat când calculatorul stabilește ca vehiculul se deplasează cu o viteză V > 10 km/h.

Platforma de ridicare
Când vehiculul este ridicat pe o platforma de ridicare în punctele de fixare a platformei de ridicare, aerul este eliberat din cele 4 suspensii pneumatice până când calculatorul stabilește că vehiculul este ridicat.
Suspensia auto-reglabilă detectează la început când vehiculul este prea sus faţă de roţi și în consecinţă reglează înălţimea vehiculului eliberând aerul din suspensia pneumatică. Drept urmare, vehiculul poate fi la înălţime foarte mică față de sol atunci când este coborât.
Vehiculul este automat ridicat din nou la nivelul normal după ce motorul și compresorul funcţionează puțin timp. Deci pentru a evita eliberarea aerului, suspensia auto-reglabila trebuie dezactivată înainte de a începe ridicarea vehiculului.

Reglarea amortizării vibraţiilor
Sistemul de comandă a amortizării înregistrează starea carosabilului și mișcările vehiculului, prin intermediul a 4 senzori pentru acceleraţia roţii și 3 senzori pentru acceleraţia caroseriei. Caracteristicile amortizoarelor individuale sunt ajustate în funcţie de necesităţile de amortizare calculate. In acest caz, amortizoarele funcţionează drept componente semi active în timpul ciclurilor de comprimare/decomprimare.

Reglarea continuă a amortizării se bazează pe amortizoarele de vibraţii ale căror caracteristici sunt reglabile electric. Aceste amortizoare, sunt integraţi în suspensia pneumatică. Forţa de amortizare poate fi stabilită în funcţie de graficul caracteristic, prin supapa liniară ce se află în amortizorul de vibrații. Drept urmare, forţa de amortizare se poate adapta la condiţiile de condus și la starea carosabilului în câteva milisecunde.
Reglarea amortizorului se face în funcţie de acceleraţiile verticale ale roților și caroseriei. În cazul ideal, reglarea amortizării se face ca și cum caroseria ar fi suspendată și ar plana deasupra drumului, aproape fără să atingă carosabilul:
· amortizare fermă se obține la o comandă de curent mică;
· amortizare moale se obține la o comandă de curent mare.