سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک چیست ؟+معایب و مزایا

سیستم تعلیق غیر فعال از فنر و دمپر معمولی ساخته شده است و با وجود عملکرد مناسب به دلیل داشتن خواص ثابت نمی توان از کنترل فیدبک برای ان استفاده کرد و لذا به خوبی پاسخ گوی تغییر شرایط نمی باشد به همین جهت پیشرفت تکنولوژی و تقاضا برای راحتی بهتر در رانندگی باعث شده است که اکثر کمپانی های خودروسازی از سیستم تعلیق خود تنظیم ، نیمه فعال و فعال در خودروهای خود استفاده کنند این در حالی است که عملکرد مناسب این گونه از سیستم تعلیق ها وابسته به روش کنترلی اعمال شده بر آن می باشد به همین جهت روش کنترل مناسب سیستم تعلیق یکی از دغدغه های اصلی تولید کنندگان بزرگ خودرو می باشد . سیستم های تعلیق پیشرفته با بهره گیری از عملگر هیدرولیکی یا پنوماتیکی می تواند با توجه به شرایط و با اندازه گیری حالات سیستم نیروی دلخواه را به سیستم وارد کند لذا از انعطاف پذیری بهتری برخوردار است .

تاریخچه :

کاربرد سیستم های هیدرولیک در طراحی خودروها با جایگزینی ترمز هیدرولیکی به جای ترمز های مکانیکی نوع کابلی و یا اهرمی اغاز شد در این سیستم و با توجه به قابلیت های انعطاف پذیری مایعات و با ایجاد فشار روی مایع امکان انتقال نیروی ترمز به تمام چرخها بوجود آمد .بعد ها از سیستم هیدرولیک و به روش مشابهی با ترمز های هیدرولیکی در مکانیزم کلاچ خودروها استفاده شد . در ادامه روند توسعه ی تکنولوژی  ساخت خودروها کاربرد هیدرولیک وسعت بیشتری یافت و در سیستم های دیگر خودرو مانند جذب کننده ضربات (کمک فنر)،فرمان های هیدرولیکی و گیربکس اتوماتیک به کار گرفته و متداول شد .

ایده ی به کار گیری سیستم هیدرولیک در مکانیزم تعلیق خودروها اولین بار در سال  ۱۹۵۲ میلادی یعنی زمانی که بر روی قسمت عقب خودروی۱۵CV H Traction Avant  نصب شده بود به معرض نمایش گذاشته شد این تعلیق مقدمه تعلیقی بود که در سال ۱۹۵۵ بر روی مدل حیرت انگیز سیتروئنDS19  نصب گردید . طراحان شرکت سیتروئن در طراحی و ساخت سیتروئن مدل DS19 از تمام مکانیزم های هیدرولیکی که تا ان زمان ابداع شده بود استفاده کردند . انواع مختلفی از این سیستم تعلیق بعد ها بر روی سیتروئن های مدل GS در سال ۱۹۷۰ ، SM  در همان سال ، CX ، BX ،XM  و Xantia  نصب گردید . آنها در طرح این خودرو به جای استفاده از سیستم های هیدرولیکی متعدد و مستقل برای هر کدام از مکانیزم ها اقدام به طراحی یک سیستم هیدرولیکی مرکزی نمودند . این طرح باعث اسانتر شدن طراحی و یکپارچگی بیشتر خودرو گردید . در این جا بود که ایده به کارگیری سیستم هیدرولیک در مکانیزم تعلیق نه فقط به عنوان ضربه گیر بلکه به عنوان یک سیستم تعلیق کاملا هیدرولیکی شکل گرفت . طراحان سیتروئن به این فکر افتادند که می توانند به جای استفاده از روش های متداول در سیستم تعلیق یعنی استفاده از انواع فنرها و میله های پیچشی که تا آن زمان به کار می رفت سیستم هیدرولیکی جدیدی را جایگزین کنند که ضمن تحمل بار خودرو عمل ضربه گیری را نیز انجام دهد . این یک طرح ازمایشی بود که در سال ۱۹۵۵ روی خودروی سیتروئن مدل DS19 نصب گردید .  این روش به طور باورنکردنی باعث نرمی خودرو و بی تکان شدن رانندگی شده بود و ویژگی را به وجود آورده بود که به هیچ وجه با روش های متداول سیستم تعلیق قابل تصور نبود

جالب ترین ویژگی در این خودرو امکان تغییر و تنظیم ارتفاع بود . برای این کار با تنظیم حجم روغن ارسالی به جک های هیدرولیکی که جایگزین فنر شده بودند امکان بالا و پایین بردن اتاق خودرو نسبت به سطح جاده بوجود امده بود . از ویزگی های دیگر این خودرو تراز اتوماتیک سطح ماشین هنگام قرار گرفتن در سطوح نا هموار بود و این عمل با توجه به موقعیت بازوهای سیستم تعلیق نسبت به بدنه و تغییر اتوماتیک حجم روغن در جک های خودرو انجام می گردید .

تعلیق محور جلو و عقب :

تعلیق محور جلو متشکل از تعلیق مک فرسون استرات می باشد که در بالایشان گوی های تعلیق هیدروپنوماتیکی ( Hydropeneumatic Suspension Spheres ) قرار گرفته است . هر گوی شامل یک دیافراگم در پشت خود می باشد که مقداری نیتروژن در ان حبس می گردد همچنین یک اصلاح کننده به میله ضد غلتش اضافه شده است تا در هنگامی که باری در خودرو جای گرفته و بدنه را به فرورفتن در زمین وادار می سازد وارد عمل شده و باز کردن سوپاپی اجازه جریان سیال هیدرولیکی تحت فشار را به منظور گسترش دادن استرات ها و تصحیح ارتفاع سواری بدهد . کنترل داخل خودرو نیز به راننده این امکان را به راننده می دهد که در هنگام تعویض چرخ ها تغییر ارتفاع سواری را ممکن سازد .

تعلیق عقب شامل تریلینگ آرم هایی ( میله پیچشی عقب – Trailing Arms ) است که به میله ضد غلتش ( Anti Roll Bar ) با اصلاح کننده ارتفاع ( Height Corrector ) مجهز شده است . قرار گرفتن گوی ها به صورت افقی نیز از فرورفتگی شان در اتا ق خودرو و اشغال فضا و برهم زدن راحتی سرنشین جلوگیری کرده و فضای بیشتری را در اختیار طراح قرار داده است .

اصول کار :

اصول کار سیستم تعلیق هیدرولیکی که در بعضی مواقع به نام هیدروپنوماتیک نیز از آن نام برده می شود بر اصل تراکم پذیری گازها و غیر قابل تراکم بودن مایعات بنا نهاده شده است . هر کدام از جک های به کار برده شده در سیستم تعلیق که جایگزین فنرهای معمولی شده اند شامل یک سیلندر و پیستون ساده و یک مخزن یا انباره که تحت فشار گاز نیتروژن است و در بالای جک نصب می شود هستند . وقتی چرخ روی دست انداز قرار می گیرد پیستون به سمت  بالا حرکت می کند و سیال را ازسیلندر 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 آزاد شده و سیال را از کره به داخل سیلندر هدایت می کند.  در این روش سیالی که وارد کره می شود باعث فشرده  شدن گاز شده در نتیجه مانع وارد شدن نیروها از طرف  ناهمواری های جاده به بدنه می شود.

گوی هیدروپنوماتیکی :

جایگزین کمک فنر می شود و بر پایه یک گاز ( نیتروزن ) و یک مایع عمل می کند . که این مایع در ابتدا LHS بود به خاطر خاصیت جذب آب باعث اکسیداسیون سیستم می گردید . سپس با LHS2 این عیب تا حدودی برطرف شد اما حل نهایی این مشکل با بکار گیری مایع جدیدی تحت عنوان LHM ( Liquide Hydraulique Mineral )  که یک نوع روغن معدنی می باشد در اواسط دهه ۶۰ مسیر گردید و نباید به هیچ عنوان با روغن های دیگر مخلوط شود زیرا به آب بندی سیستم آسیب می رساند .

داخل گوی دیافراگمی از جنس لاستیک مصنوعی وجود دارد که گاز را از مایع جدا می کند و گوی به وسیله پیستون و سیلندری به چرخ متصل می شود . وقتی بار بر روی خودرو گذاشته می شود گاز متراکم و حجم آن کاهش می یابد و با انبساط سیستم به وضعیت اولیه خود باز می گردد .

 

تنظیم کننده ارتفاع :

برای ثابت باقی ماندن ارتفاع پس از بار گذاری خودرو باید مقداری روغن اضافی با فشار بالا به سیستم تزریق کنیم که این عمل را قسمت Height Corrector که یک در جلو و یکی در عقب خودرو موجوداست  با جازه ورود و خروج روغن از گوی  انجام می دهد

اگر خودرو در ارتفاع صحیح باشد هیچ روغنی به سیستم وارد نمی شود و اگر از حالت تعادل خارج شود اهرم متصل به دستگاه تنظیم کننده ارتفاع سوپاپ آن را حرکت داده و اجازه بازگشت روغن از گوی را  می دهد یا عکس آن .

برای نرم عمل کردن آن نیز یک مکانیزم تاخیر دهنده در سیستم وجود دارد که از عکس العمل سریع سیستم جلوگیری می کند .

اهرم داخل خودرو –  دمپر :

برای کنترل نوسانات چرخ ها وبدنه از دمپر که سرعت حرکت روغن را کاهش داده و به دلیل طراحی ساده و موقعیت آن نیازی به تعویض پیدا نمی کند استفاده می شود .

داخل خودرو اهرمی برای تنظیم ارتفاع مثلا در جاده های ناهموار وجود دارد که حد بالای آن برای تعویض چرخ و حد پایین آن برای انجام تعمیرات سیستم مورد استفاهد قرار می گیرد .

پمپ و رگولاتور :

روغن LHM  مخزن به وسیله پمپی که با موتور به حرکت در می آید به انباره اصلی منتقل           می شود.انباره اصلی یک گوی دیگر است که با Regulator  ترکیب شده است و با ورود روغن LHM  به آن گاز داخل آن متراکم شده و در موقع نیاز به صورت یکنواخت و فزاینده روغن را وارد سیستم می کند و فشار را بین ۱۷۰ – ۱۴۰ بار ثابت نگه می دارد .  پمپ زمانی فعال می شود که فشار به کمتر از ۱۴۰ بار افت کند ولی بالاتر از آن به صورت هرز می گردد و روغن  اضافی بدون اینکه به پمپ برود به مخزن برمی گردد

شیر اطمینان :

به منظور حفظ و تامین فشار در سیستم به کار رفته است . دارای دو وظیفه اصلی می باشد :

۱-  فراهم کردن روغن تحت فشار برای سیستم ترمز و سیستم تعلیق ( در این خودرو سیستم ترمز و تعلیق به نوعی با هم وابسته بوده و اولویت با سیستم ترمز می باشد ) .

۲- در صورت معیوب شدن یک مدار فشار کافی برای سایر مدارات را حفظ کند

شمای کلی  :

تمام اجزای دربرگیرنده از مخزن تا شیر اطمینان جزیی از قسمت تامین و حفظ فشار می باشد . از قسمت تامین و حفظ فشار ، روغن LHM به Height Corrector و سپس به گوی های تعلیق   می رود . روغن برگشتی از گوی های تعلیق از طریق تنظیم کننده ارتفاع و از میان لوله های مجزا به مخزن باز می گردد . قسمت تامین و حفظ فشار مستقیما سیستم تعلیق جلو و عقب را تغذیه می کند .

هیدرواکتیو:

این سیستم نخستین بار در سال ۱۹۸۹ بر روی مدل XM از محصولات سیتروئن به صورت انتخابی عرضه  گردید .

کنترل الکترونیکی که به آن هیدرواکتیو می گویند به سیستم  اجازه می دهد که مکانیزم تعلیق آن برای جذب ضربات  متناسب با وضعیت نا همواری جاده تغییر کند .  در اکسل های  به کار گرفته شده در این خودروها به جز انباره های بالای جک ها یک انباره در مرکز اکسل نصب شده است و با وصل شدن یا  قطع شدن ارتباط این انباره به مدار تعلیق هیدرولیکی ماشین  میزان نرمی و سفتی حرکت های بدنه تغییر می کند .  برای این منظور با قرار دادن تعدادی سنسور شرایط مختلف رانندگی مانند سرعت ماشین ، سرعت و میزان فرمان گیری ، نوسانات مربوط به جاده ، شتاب گیری و  یا توقف را دریافت و به کامپیوتر دستگاه ارسال می کنند .

البته تنظیمات سیستم تعلیق به دو حالت نرم و سخت محدود نمی شود چرا که دریچه های زیادی در کره های فشار مرکزی تعبیه شده است و با تغییر تعداد دریچه های باز وبسته می توان ویژگی های مختلفی را برای سیستم تعلیق ایجاد کرد که البته چگونگی انتخاب باز و بسته بودن دریچه ها توسط واحدECU   انجام می پذیرد .

آنچه که نقطه قوت سیستم هیدرواکتیو به شمار می رود  قابلیت واکنش سریع آن می باشد یک  کامپیوتر سریع اطلاعات دریافتی از حساسه های مربوط به سرعت دریچه گاز ترمز ها و سیستم انتقال قدرت را آنالیز کرده و بهترین حالت تعلیق برای خودرو را انتخاب می کند و سپس بر اساس این انتخاب دریچه های سلنوئیدی فعال می کند .

در حالت نرم :

۱- سوپاپ  الکترومغناطیسی  ۲- رگولاتورسختی  ۳- گوی های اضافی ۴- گوی های جلو ۵- گوی های عقب ۶- دمپرهای اضافی  ۷- دمپرها  ۸- کامپیوتر مرکزی  ۹-  سنسورها

نتیجه گیری :

۱- در سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک علاوه بر قابلیت خود تنظیمی سیستم همیشه امکان تنظیم ارتفاع از سوی راننده نیز فراهم می باشد .

۲- سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک عملکرد آرامی دارد .

۳- خودروسازان معمولا از تعلیق هیدروپنوماتیک بر روی خودروهای پیشرفته خود بهره می برند .

۴- سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک می تواند به طور محسوسی راحتی سفر و فرمان پذیری خودرو را بهبود بخشد .

۵- سیستم تعلیق هیدروپنوماتیک قادر است قبل از رسیدن به ناهمواری ها تنظیمات لازم را انجام دهد و چرخه را همیشه در تماس با سطح جاده نگه دارد .

۶- سیستم تعلیق هیدرواکتیو بر روی حالت های نرم تا سفت بر اساس شماره پارامترهای برنامه ریزی شده در داخل برد کامپیوتر خودرو قابل سوئیچ شدن می باشد .

۷- سیستم تعلیق هیدرواکتیو سنسورها ورودی های مورد نیاز کامپیوتر را برای تعیین اینکه در شرایط آتی کدام حالت مناسب است فراهم می کنند .

۸- گوی مرکزی در هر اکسل در دو حالت مدار قابل سوئیچ شدن می باشد تا مقدار حرکت تعلیق و میرایی را تغییر داده و تنظیم کند .

.