Грузовики
Вибростенд Volvo Trucks, являющийся самой большой установкой такого рода в мире, помогает моделировать условия тестового полигона.
Автомобильная промышленность — консервативная отрасль с точки зрения новых технологий. Поэтому когда компания Volvo Trucks представила первую независимую переднюю подвеску (IFS) для грузовых автомобилей, удивились многие.
Ведущий инженер Ян Закриссон объясняет, почему независимая передняя подвеска (IFS) наделала столько шума после выхода на рынок осенью 2012 года. «В основе компонентов современных систем подвески лежит принцип технологии конных экипажей 18 века. Независимое перемещение колес переднего шасси, благодаря которому они могут функционировать индивидуально, является революционным решением для автомобилей большой грузоподъемности».
До того, как Ян Закриссон начал работать над системой IFS, он участвовал в проекте по усовершенствованию существующего переднего шасси с пневматической подвеской для нового Volvo FH. В компании Volvo Buses он получил уникальный опыт работы с системами независимой подвески, так как эта технология уже почти 30 лет используется в автобусостроении.
«Современное переднее шасси с системой рессорных и пневматических подвесок настолько хорошо себя зарекомендовало, что в его дальнейшей модернизации практически нет необходимости. С внедрением IFS мы открываем первые главы совершенно новой книги, которая полностью изменит представление водителей об ощущениях при управлении грузовым автомобилем».
С внедрением IFS мы открываем первые главы совершенно новой книги и меняем представление водителей об управляемости грузового автомобиля.
Черновой вариант этой книги, посвященной IFS, был представлен Volvo Trucks более 10 лет назад. К тому моменту были подготовлены чертежи первых прототипов системы, однако реальная опытно-конструкторская работа началась только в 2008 году. Последние пять лет Брор Лундгрен возглавлял проектную команду из 15 специалистов, которая разработала новую технологию.
«Перед нами поставили задачу разработать конструкцию, которая позволила бы сделать грузовики Volvo лучшими в мире с точки зрения управляемости и комфорта. У нас уже был достаточно прочный фундамент для дальнейших разработок, ведь часть работ к тому времени уже была выполнена. Но самый важный этап проектирования — превращение концепции в промышленный проект — все еще впереди», — объясняет Брор Лундгрен.
Так как технология IFS является новинкой для отрасли грузовых автомобилей, систему тестировали на вибростенде Volvo Trucks бесчисленное количество раз.
Выбор Брора Лундгрена в качестве руководителя разработки системы IFS для Volvo Trucks с его уникальным опытом работы с системами независимой подвески в автомобильной промышленности был не случайным.
Принцип действия системы для грузового и легкового автомобиля одинаков — индивидуальная подвеска колес делает автомобиль более устойчивым и предсказуемым на дороге.
Однако, с точки зрения конструкции, между системами есть отличия. Наиболее сложной задачей для инженеров Volvo Trucks стало обеспечение достаточного пространства и жесткости.
На легковом автомобиле проблема жесткости системы решается за счет рамы, к которой крепится мост. Такое решение, к сожалению, совершенно не подходит для грузовика по двум причинам. Во-первых, двигатель установлен там же, где находится подвеска. Во-вторых, несущая конструкция, к которой крепится система, установлена выше по отношению к поверхности дороги. В результате, естественный для легковых автомобилей способ обеспечения жесткости не может применяться в системах грузовых автомобилей.
В качестве решения была выбрана конструкция, в которой движущиеся части системы скреплены вместе двумя подрамниками, расположенными под двигателем.
На полигоне Хэллеред под Гётеборгом, Швеция, тестируемый автомобиль подвергается ряду жестких дорожных испытаний.
«Поперечные смещения конструкции недопустимы, поэтому мы максимально сосредоточились на обеспечении наибольшей жесткости несущей конструкции системы IFS», — объясняет Брор Лундгрен.
«Когда мы прошли стендовые испытания и убедились, что система будет работать так, как предполагалось, это была настоящая победа», — добавляет он.
Стендовые испытания — это серия крайне важных тестов, проводимых отделом разработки компании Volvo Trucks в Гетеборге, Швеция. В испытательном комплексе немного пахнет маслом и повсюду слышен непрерывный гул гидравлической системы, ведущей к гигантскому вибростенду.
«Мы называем его Динозавром. Это самый большой вибростенд в мире. Его общий вес превышает 1 200 тонн», — рассказывает инженер-испытатель Эмиль Скуг, работающий в центре.
Система поршней и цилиндров создает вибрацию моста с различными интервалами, подвергая находящуюся на вибростенде систему IFS экстремальным нагрузкам. Сигналы, управляющие вибрацией, представляют собой данные, зарегистрированные на автомобиле, проходившем испытания на полигоне Volvo Trucks Хэллеред под Гётеборгом.
«На полигоне тестируемый автомобиль подвергается ряду суровых дорожных испытаний. На мост устанавливается несколько датчиков, регистрирующих нагрузку и амплитуду смещений в процессе испытаний», — объясняет Брор Лундгрен.
На вибростенде нагрузки на несущую конструкцию намного выше, чем в реальной жизни, что вселяет в нас уверенность в достаточной прочности системы.
Путем передачи этих данных и их дальнейшего использования на вибростенде можно воссоздавать условия испытательного полигона. Используемые данные моделируют только те участки полигона, на которых тестируемый автомобиль подвергается самым значительным нагрузкам. Таким образом, тесты проводятся в оптимальном режиме и позволяют сократить время, избежать нецелесообразного вождения и различного вида простоев.
«На вибростенде нагрузки на несущую конструкцию намного выше, чем в реальной жизни, что вселяет в нас полную уверенность в достаточной прочности системы», — объясняет Брор Лундгрен.
На протяжении цикла испытаний, продолжающегося 10 недель, мосты сотни раз проходят проверку на вибростенде. Брор Лундгрен бросает взгляд на тестируемый мост, установленный на вибростенде, и объясняет значимость всех испытаний.
На протяжении цикла испытаний, продолжающегося 10 недель, мосты сотни раз проходят проверку на вибростенде.
«Мы несем ответственность перед нашими клиентами, а значит, должны проводить испытания до тех пор, пока не будем уверены, что система готова к запуску в производство. Кроме того, если мы планируем использовать эту новую технологию в будущем, необходимо проверить, как она работает. Важно также задокументировать полученные данные».
Результатом пяти лет проектных работ стала первая в мире серийно изготовленная система IFS для грузовых автомобилей большой грузоподъемности. Все же, какими главными преимуществами обладает эта новая технология?
«Характеристики управляемости просто поразительны. Система позволяет водителю чувствовать себя намного комфортнее и создает совершенно новое ощущение безопасности и устойчивости по сравнению с традиционной передней подвеской», — объясняет Ян Закриссон.
Брор Лундгрен согласен с коллегой и проводит сравнение на примере двух надувных мячей.
«С мостом и рессорной или пневматической подвеской вы сидите на надувном мяче и периодически, опираясь на свои органы чувств, вынуждены совершать движения для сохранения баланса. С подвеской IFS вы как будто находитесь внутри этого мяча и полностью контролируете ситуацию. Благодаря этому, появляется повышенное ощущение безопасности».
Система позволяет водителю чувствовать себя намного комфортнее и создает совершенно новое ощущение безопасности и устойчивости по сравнению с традиционной передней подвеской.
Улучшение отзывчивости руля в результате интеграции в систему рулевого механизма реечного типа — еще одной абсолютно уникальной для отрасли производства грузовых автомобилей технологии — становится решающим фактором при оценке исключительных характеристик управляемости.
Эмиль Скуг начинает ежедневную программу испытаний на вибростенде. Поршни приводятся в движение, и тестируемый мост начинает вибрировать. Поверхность с пневмоподвеской, на которой установлен стенд, движется, и вы ясно ощущаете волнообразные толчки.
«По сравнению с традиционным реечный рулевой механизм представляет собой более жесткую систему управления, что дает более быстрый отклик. Временной интервал между мыслью и действием сокращается, что еще больше усиливает ощущение контроля и безопасности», — добавляет Ян Закриссон.
Брор Лундгрен убежден, что с появлением системы IFS создается совершенно новая глава в истории автомобильного проектирования систем подвесок колес грузовых автомобилей.
«Нам удалось создать новое восприятие от управления грузовиком. Ян Закриссон говорит, что мы открыли первую главу книги под названием IFS. Я убежден, что в книге будет еще очень много других глав».
Система IFS подвергается экстремальным нагрузкам, находясь на вибростенде, где комплекс поршней и цилиндров создает вибрацию моста. Чтобы справляться с нагрузками, вибростенд устанавливается на бетонный блок массой 1 000 тонн на пневматической подвеске.
Перед проектировщиками стояла задача разработки конструкции с несколькими движущимися компонентами, которые могли бы функционировать, как единый механизм. В результате получилось превосходное решение.
1. Усилитель рулевого управления
Перемещения рулевого колеса передаются на рейку через усилитель рулевого управления. Затем перемещение передается на рулевую тягу и шаровые опоры с каждой стороны, после чего — на рычаги рулевого управления. От рулевого рычага перемещение переходит на колесный вал, приводящий в движение колесо.
2. Амортизаторы
Энергия удара поглощается амортизаторами, закрепленными на средней поддерживающей стойке и верхней части рамы шасси.
3. Средняя стойка
Верхний и нижний поперечные рычаги, амортизаторы, колесные валы, пневматические баллоны и система рулевого управления надежно крепятся к средней стойке. Чтобы выдерживать серьезные нагрузки, средняя стойка изготавливается из высокопрочного материала в виде монолитной конструкции. Благодаря правильно установленному углу продольного наклона шкворня, встроенному в конструкцию, обеспечивается превосходная управляемость и минимальный износ шин.
4. Конструкция подрамника
Верхний и нижний поперечные рычаги устанавливаются на подрамник, удерживающий всю конструкцию. Конструкция подрамника, выполненного из чугуна, крепится к раме шасси.
5. Рычаги двойного управления
Передние колеса соединены со средней стойкой с каждой стороны с помощью верхнего и нижнего поперечных рычагов, что позволяет колесам перемещаться независимо друг от друга. Пневматическая рессора, установленная между средней стойкой и несущей конструкцией, выдерживает нагрузку и поглощает динамические перемещения в результате прохождения неровностей дороги во время движения.
