Как от Porsche разбират законите на физиката

08 Aug 2024

Инженерите на Porsche използват различни решения на стабилизиране на каросерията за разнообразната гама на Porsche, включваща както модели като 911, така и на Cayenne. А високоволтовата система Active Ride прави и невъзможното.    

Високотехнологичната и прецизна конструкция на ходовата част е важен приоритет за инженерите на Porsche и много ярък израз на германския експертен опит в тази област. Тя включва различни системи, една от които е технологията за активно стабилизиране.    

Стабилизиращите щанги са третият основен компонент на ходовата част, който влияе върху поведението на автомобила на пътя, след самото окачване (включващо пружините) и амортисьорите. Обикновено проектирани като еластични торсионни пръти, те свързват носачите на колелата и ограничават страничния наклон на автомобила при завиване. Идеята е че стабилизиращата щанга има едно основно положение и при всяко извиване и усукване се стреми да се върне към него. Освен това, когато свиващото се окачване от външната страна на завоя завърти стабилизиращата щанга нагоре, тя се стреми да се повдигне и от другата страна стремейки се да свие пружината на окачването от вътрешната страна на завоя. Тоест, на практика от една страна се появяват сили, които произтичат от стремежа на стабилизиращата щанга да заеме нормалното си положение, когато не е усукана, а от друга, изместването на единия и край навътре води до предаване на завъртането и повдигане на другия край със съответния стремеж за свиване на окачването от външната страна и последващото намаляване на накланянето на автомобила. Твърдостта на стабилизиращата щанга, респективно материалът и дебелината и определят в каква степен тя може да поеме усукване. По-„стегнатите“ стабилизиращи щанги предават по- директно усилието към окачването на вътрешното колело. Настройката на предната и задната ос се съобразява с характера на автомобила, а балансът между настройките на двете може да играе ролята на фактор за компенсиране на недозавиване или презавиване.

 

Активните стабилизиращи системи на Porsche

Всички стабилизиращите щанги обаче са компромис между стабилност в завой и комфорт. Това е така, защото при шофиране през неравности по пътната настилка, засягащи само едната страна на автомобила, стабилизиращата щанга прехвърля силите към другата страна със съответните последствия по отношение на комфорта.  За разлика от пасивните стабилизиращи щанги, активното стабилизиране може да премахне този конфликт на цели и в зависимост от настройката почти напълно да компенсира страничния наклон. Обикновено това става с разделяне на щангата на две части. Porsche използва различни технологични решения за реализация на системи за стабилност стабилизиращи щанги в зависимост от моделната линия. Всички те използват задвижващи механизми за активно генериране на сили върху стабилизиращите щанги.

В Panamera например системата Porsche Dynamic Chassis Control Sport (PDCC Sport) подобрява динамиката на шофиране чрез интегриране на електромеханично задействани стабилизиращи щанги. Един електромеханичен задвижващ механизъм – състоящ се от постояннотоков двигател и тристепенна планетарна предавка – на всеки мост свързва двете половини на централно разделената стабилизираща щанга. В зависимост от страничното ускорение, задвижващият механизъм завърта двете половини на стабилизиращата щанга в противоположни посоки с различна сила, в резултат на което страничният наклон на каросерията се компенсира в голяма степен. Електромеханичната система реагира значително по-бързо от решенията с хидравлични активатори, но изисква 48-волтово захранване поради високата динамика и сили на задвижването.

За разлика от тази система, в моделите до 2018 г. PDCC в Cayenne бе базиран именно на хидравлични задвижващи механизми. В зависимост от позицията на волана и нивото на странично ускорение, хидравличните активатори на двете части на активната стабилизираща щанга, съответно на предния и задния мост създават сили, които противодействат на страничния наклон на автомобила. Системата позволява и активиране на офроуд режим. На неравни повърхности половините на стабилизиращата щанга се освобождават, което им позволява да се завъртат по-лесно, за да осигурят подобрено сцепление и по-добра артикулация на осите. Колелата остават на земята за по-дълъг период от време, което означава, че могат да предават по-голяма степен на сила. От 2018 г. Cayenne също се сдоби с електрохидравлична система заради по-голямото и бързодействие, подобна е системата използвана в Taycan.   

 

Третият вариант на PDCC се използва в 911. Вместо разделени стабилизиращи щанги и завъртащ мотор, в този вариант се използва система, специално разработена за концепцията на спортния автомобил. Тя включва активно регулируеми хидравлични цилиндри, позиционирани директно върху окачването на колелата. Тази система спестява тегло и е проектирана с оглед на ограниченията на пространството. Хидравличните цилиндри заменят твърдите съединителни пръти (така наречените биелети), които обикновено се използват за свързване на стабилизиращите щанги. Долната част на хидравличните цилиндри е свързана към външната точка на закрепване на стабилизиращите щанги, докато горната част е прикачена към съответния шенкел на колелото. Електронно контролираното пълнене на хидравличните цилиндри с масло променя хода на цилиндрите и води до предварително натоварване на съответния стабилизатор в по-голяма или по-малка степен. В допълнение, в зависимост от ситуацията на шофиране, интелигентната система за управление на PDCC е в състояние да задейства индивидуално хидравличните задвижващи механизми, като по този начин подобрява стабилността на автомобила.

Porsche Active Ride

Всички тези описани системи са свързани по един или друг начин с въздействие върху стабилизиращите щанги. Отделно от тях системите включват амортисьори с променливи характеристики и регулируеми въздушни възглавници. Така наречените двуклапанни амортисьори позволяват различно поведение на автомобила при „нискочестотни“ и „високочестотни“ колебания на каросерията. В първия случай става дума за вибрациите свързани с преминаване на неравности, а във втория – с накланянето на автомобила в завои. При последния автомобилът трябва да „втвърди“ външните амортисьори за да се противопостави на силите на накланяне. Особено интересна обаче е новата системата Active Ride, която Porsche използва са Plug-in версиите на Panamera и за електрическия модел Taycan, тъй като системата изисква голямо количество електрическа енергия за работата си.

За какво всъщност става дума? Разбира се Porsche не е първият модел с подобни решения за активно окачване – класик в тази сфера е Citroen, който има дълга история на любовни отношения с хидропневматично окачване, а особено впечатляващ в това отношение бе моделът Xantia Activa. Спомняме си и Mercedes с неговия Active Body Control. Системата на Porsche обаче е най-мощната и бързодействаща технология, използвана в серийни автомобили и е създадена съвместно с германската компания ZF, чиято базова технология се нарича CDC (continuous damping control). Цялата композиция от пружина (въздушна, стоманена или композитна) и амортисьор е заменена от активен хидравличен елемент, свързан с електрически задвижвана помпа, която споделя общ корпус със своя електрически мотор. Въпросният корпус е монтиран на мястото, където по принцип се прикрепва стабилизиращата щанга, като всяко колело се контролира независимо от отделна система. Системите мотор-помпа се захранват с 400 V при Е-Hybrid версиите на Panamera и при новия Taycan, като при последния се налага преобразувател DC-DC да свали работното напрежение от 800 V на 400 V. Хидравличните кръгове свързват горната и долната камери на системата, а създаденото налягане свива или разтяга активния елемент. Към системата се добавя и еднокамерна въздушна възглавница на всяко колело. Последната има ролята по-скоро на буфер. При нормалното въздушно окачване без Active Ride въздушната възглавница е двукамерна или трикамерна в зависимост от модела. Теоретично активната система може да поддържа автомобила и без въздушната възглавница, но тя ще изисква енергия – в противен случай автомобилът ще се спуска надолу при престой като старите модели на Citroen.

Интересно е да се отбележи че при развойната работа инженерите са успявали да накарат автомобила да стои буквално като залепен на пътя без да се накланя в завои, при спиране и потегляне. Въпросът е в това че в гумите все пак има елемент на сгъване, освен това почти пълната липса на накланяне може да подобри сцеплението на композицията от гуми и окачване с пътя, но в известна степен се губи усещането от страна на водача. Затова настройката в края на краищата позволява известно накланяне, освен това софтуерът е така настроен че системата симулира наличие на пружини като поведение. Звучи малко сложно, но на практика инженерите от Porsche правят всичко възможно автомобилът да създава усещането на конвенционално окачване, но без неговите недостатъци.

Системата може предварително да настои окачването в зависимост от динамиката на автомобила и на базата на данните от навигацията. Тя може да симулира липса на стабилизираща щанга, или на доста стегната такава. Според Porsche Active Ride осигурява по-добро сцепление от конвенционалните системи, като успява да позиционира колелото и гумата така че да запази сцеплението на някои места на които конвенционалните го губят. От компанията наричат това “dynamic wheel-load distribution”, другояче казано способността окачването на разпредели силите към всичките четири колела интелигентно. Задържайки автомобила максимално хоризонтален системата дава възможност колелата във вътрешната страна на завоя могат да получат необходимата доза натоварване и сцепление. Характеристиките се променят 13 пъти за секунда на базата на множество датчици, като системата е интегрирана в общата система за контрол на автомобила заедно с двойното предаване, задвижването, системи за стабилизиране и т.н. и отчита във всеки момент и склонността на гумите към загуба на сцепление. Разбира се тази изключителна гъвкавост има своята цена – бързодействието на системата се осигурява от електромотори, които в дадени момент могат да прилагат мощност от до 34 к.с. за да стабилиpзират автомобила.                  

• Tweet
• Pin it
• Share