Пневомоподвеска Audi Q7 (модель 4M) с 2015

Обзор

Для Audi Q7 в качестве дополнительного оборудования предлагается два исполнения ходовой части с адаптивной пневмоподвеской разной конструкции/настройки. Это adaptive air suspension (код комплектации 1BK) и adaptive air suspension sport (код комплектации 2MA).
Она базируется на уже используемых в других моделях Audi системах адаптивной пневмоподвески. Наиболее важное нововведение в ней — использование блока управления ходовой части J775. В этом блоке управления содержится ПО, управляющее работой пневмоподвески и демпфированием.

В будущем он получит регулирующие алгоритмы и для других систем управления ходовой частью. Такая платформа с высокой степенью интеграции позволяет реализовывать разные варианты исполнения ходовой части на базе одной и той же архитектуры блоков управления, открытой для расширения, обходясь для этого меньшим числом различных вариантов аппаратного обеспечения. Кроме того, это делает возможным использование общего аппаратного обеспечения, включая и необходимую концепцию безопасности для различных вариантов ходовой части.

Устройство и принцип действия

Блок управления ходовой части J775

Этот блок управления будет использоваться в качестве универсального устройства для управления различными системами ходовой части на будущих моделях, базирующихся на модульной продольной платформе, начиная с Audi Q7.
В Audi Q7 для этого блока управления предусмотрено ПО, разработанное Audi и регулирующее характеристики жёсткости и демпфирования подвески. Кроме того, в нём размещаются датчики, регистрирующие величину ускорения относительно вертикальной оси (Z), а также скорость поворота относительно продольной (X, движения крена) и поперечной (Y, продольные качки) осей автомобиля.
Блок управления установлен в передней части автомобиля под модулем отопления и климатической установки, находящимся под центральной консолью.
Обмен данными с другими блоками управления осуществляется по шине FlexRay.

 

Модуль подачи воздуха

Компрессор с приводящим его электродвигателем и блок электромагнитных клапанов установлены на общем кронштейне и представляют собой единый компактный узел. Этот узел расположен на кузове автомобиля в наружной его части сзади справа.

Компрессор с блоком электропривода крепится на кронштейне через упругие опоры. Сам кронштейн устанавливается также на упругих резиновых опорах для предотвращения передачи вибраций на кузов. Весь узел в целом закрыт специальным кожухом для защиты его от ударов камней или других воздействий.

Компрессор с электродвигателем привода

Требуемое давление воздуха создаётся с помощью специально разработанного компрессора двухступенчатой схемы (Twin). Привод компрессора осуществляется электродвигателем. Новой является схема включения этого электродвигателя. Вместо использовавшегося прежде механического реле, электродвигатель включается теперь подачей на него напряжения в форме ШИМ-сигнала переменной скважности. Такое решение позволяет обеспечить плавный пуск и остановку электродвигателя и снизить за счёт этого пиковые нагрузки в бортовой сети. Управляющий сигнал генерируется в специальном контроллере, также установленном на общем кронштейне (крепится на фиксаторах). Связь между блоком управления ходовой части и контроллером осуществляется по отдельной шине CAN (CAN Private).

В компрессоре воздух сжимается в два приёма двумя поршнями.
Шатун поршня ступени 1 (малый диаметр) соединён непосредственно с кривошипом приводного вала. Шатун поршня ступени 2 (большой диаметр) соединён с шатуном поршня ступени 1. Оба поршня движутся, таким образом, синхронно, всегда в одном и том же направлении. Такт сжатия цилиндра ступени 1 совпадает с тактом всасывания цилиндра ступени 2.
Цилиндр ступени 1 создаёт давление прим. 4–6 бар, цилиндр ступени 2 создаёт окончательное давление в системе прим. 18 бар.
Система управления контролирует температуру и время работы компрессора. Контроль температуры осуществляется на основе математической температурной модели. Максимальное время включения компрессора составляет 4 минуты, кроме того, в управляющей электронике предусмотрена предохранительная функция, отключающая компрессор в предельном случае после 6 минут работы.

Блок электромагнитных клапанов

Блок состоит из 5 электромагнитных клапанов, обеспечивающих соединение модуля подачи сжатого воздуха с пневмобаллонами и ресиверами, а также соединение между пневмобаллонами и ресиверами.
В блоке электромагнитных клапанов установлен также датчик давления.

Клапаны 2/2 (1–5) в блоке электромагнитных клапанов открывают или перекрывают каналы к ресиверам и к пневмобаллонам. На схеме клапаны показаны в нейтральном, то есть электрически незадействованном, положении. При отсутствии напряжения клапаны закрыты.
Когда система распознаёт необходимость управляющего вмешательства, на тот или иной клапан подаётся напряжение, чтобы впустить или выпустить воздух из соответствующего пневмобаллона.

Датчик давления установлен таким образом, что при соответствующей активации клапанов он может измерять давление как в ресиверах, так и в пневмобаллонах.

Ресиверы (аккумуляторы давления)

Для оптимального использования пространства в Audi Q7 устанавливается 2 отдельных ресивера объёмом 5 л каждый. Ресиверы находятся в области пространства для ног передних сидений с правой и левой стороны автомобиля и соединены между собой магистралью. Они изготовлены из алюминия.
Ресиверы преимущественно используются для улучшения звуковой картины, когда автомобиль стоит или движется с малой скоростью. Начиная со скорости 30 км/ч ресиверы заполняются и пневмосистема переходит к созданию давления с помощью компрессора. Как правило, ресиверы применяются для увеличения давления в пневмобаллонах только тогда, когда давление в ресивере превышает давление в соответствующем пневмобаллоне не менее чем на 3 бар.

Пневматическая стойка передней оси

Манжета пневматической стойки выполнена из натурального каучука с кордным каркасом из полиамида. Она закреплена хомутами внизу на корпусе амортизатора и вверху на опоре амортизатора. Это замкнутое пространство образует воздушную полость пневмобаллона. При сжатии и расширении подвески манжета «обкатывается» по направляющему поршню. Геометрическая форма направляющего поршня при этом определяет характеристику упругости пневмобаллона.
Специальный клапан (клапан поддержания остаточного давления) на штуцере ограничивает минимальное давление в воздушной полости пневмобаллона на уровне прим. 3 бар. При отсутствии избыточного давления в полости манжета может быть повреждена, прежде всего — в области перегиба.

Пневмобаллон задней подвески

Манжета пневмобаллона выполнена из натурального каучука с кордным каркасом из полиамида. Она закреплена хомутами на направляющем поршне и на основании пневмобаллона. Геометрическая форма основания и верхней части пневмобаллона однозначно определяют его монтажное положение в автомобиле, не позволяя установить баллон «вверх ногами».

Забор/выпуск воздуха

Для обеспечения малой шумности работы всасывание воздуха в систему и выпуск из неё производятся через демпфер-глушитель. Демпфер-глушитель установлен в изолированном месте в задней части кузова автомобиля за правой задней колёсной аркой.

Принцип действия системы

Заполнение ресиверов

Начиная со скорости 30 км/ч ресиверы заполняются. Включается электромагнитный клапан 1, открывая канал компрессор — ресивер.

Увеличение дорожного просвета за счёт ресивера (на примере передней оси)

Ресиверы преимущественно используются с целью улучшения звуковой картины, когда автомобиль стоит или движется с малой скоростью.
Как правило, ресиверы применяются для увеличения давления в пневмобаллонах только тогда, когда давление в ресивере превышает давление в соответствующем пневмобаллоне не менее чем на 3 бар.

На схеме пневмосистемы показано включение клапанов для обеспечения увеличения дорожного просвета на передней оси. Напряжение подаётся на клапаны 1 и 2 в блоке электромагнитных клапанов, компрессор не работает (выключен).
Воздух из ресиверов 10 через открытые клапаны 1 и 2 переходит в пневмобаллоны 6 и 7.

Увеличение дорожного просвета за счёт работы компрессора (на примере передней оси)

Начиная со скорости 30 км/ч пневмосистема переходит к преимущественному созданию давления для регулирующих воздействий с помощью компрессора. Для этого подаётся напряжение на соответствующие клапаны в блоке электромагнитных клапанов, открывающие каналы от компрессора к пневмобаллонам.
На схеме показано создание системой давления для увеличения дорожного просвета на передней оси за счёт использования компрессора с функцией Boost.
Функция Boost добавлена в пневмосистему впервые, она позволяет при необходимости очень быстро повышать давление.
В своей работе функция использует давление ресиверов. Сжатый воздух из ресиверов подаётся на впуск ступени сжатия 2 компрессора. Это существенно повышает имеющееся там обычное давление
ступени сжатия 1 (11).

Функция Boost активируется всегда, когда давление в ресиверах само по себе недостаточно для выполнения требуемого процесса регулирования, но превышает 5 бар. Если давление в ходе процесса регулирования станет меньше 5 бар, процесс не отменяется, а выполняется до конца.
Функция Boost увеличивает производительность компрессора. Без этой функции компрессор должен был бы быть существенно больше (а значит, и тяжелее).
Система подаёт напряжение на клапан 13, поэтому сжатый воздух из ресиверов может поступать также на впуск ступени сжатия 2 компрессора.
На выходе из зоны компрессора сжатый воздух проходит через осушитель 14, так что содержавшаяся в воздухе влага остаётся в осушителе.

Уменьшение дорожного просвета (на примере задней оси)

Система подаёт напряжение на клапаны 1–4 в блоке электромагнитных клапанов, открывающие каналы компрессор — пневмобаллоны. Чтобы сжатый воздух мог выходить из пневмобаллонов, пневматический переключающий клапан 11 должен быть открыт. Это достигается подачей напряжения на электромагнитный клапан 12, который открывается и подаёт давление воздуха в управляющий канал пневматического переключающего клапана. Переключающий клапан в результате переводится в положение -открыт-.

Воздух проходит через клапан и выходит из системы через модуль забора/ выпуска воздуха. Перед выходом из пневмосистемы сухой воздух проходит через осушитель, забирая из него накопившуюся там влагу и выводя её за пределы системы.

Алгоритм управления для стандартной подвески 1BK, без прицепа

Для разных вариантов подвески используются различные алгоритмы управления. Кроме того, в алгоритмы вносятся коррективы при буксировании прицепа.

При буксировании прицепа не допускается снижение дорожного просвета до максимально низкого уровня, чтобы избежать колебаний нагрузки на сцепное устройство.

Поясним показанную выше схему алгоритма управления для отдельных режимов. Система управления может обеспечить всего 6 разных положений кузова по высоте (называемых также режимами). Режим offroad реализуется поднятием кузова на 25 мм по сравнению с обычным уровнем. Система автоматически выходит из этого режима сразу же, как только скорость автомобиля превысит 80 км/ч. Если скорость автомобиля затем снизится и достигнет уровня 35 км/ч, режим offroad автоматически включится снова. Самое высокое положение кузова (+60 мм) обеспечивается при активации режима lift. При достижении скорости 30 км/ч этот режим автоматически выключается и вместо него включается режим offroad.
При обычном уровне кузова используются два режима: comfort и auto. В режиме comfort упругие и демпфирующие характеристики подвески настроены так, чтобы обеспечивалась максимальная мягкость хода. При достижении скорости 120 км/ч как в режиме auto, так и в режиме comfort через 30 с кузов опускается на 15 мм (уровень режима dynamic).

Когда скорость в ходе её последующего уменьшения достигнет 70 км/ч, то через 20 с в режиме comfort и через 120 с в режиме auto кузов снова поднимается до базового уровня. Если же после опускания кузова до уровня dynamic скорость затем повысится до 160 км/ч, то в обоих режимах (и auto, и dynamic) кузов опускается ещё на 15 мм (уровень для автомагистрали). При последующем уменьшении скорости через 30 с после того, как скорость станет ниже 130 км/ч, кузов снова поднимается до уровня dynamic. На Audi Q7 имеется также функция, облегчающая загрузку багажного отсека. Для этого задняя часть автомобиля опускается на 55 мм по сравнению с базовым уровнем. Если водитель не выключил режим загрузки сам, то его деактивация происходит автоматически сразу же после того, как скорость автомобиля достигнет 2 км/ч. При этом кузов устанавливается в то положение, которое было настроено последним.

Алгоритм управления для подвески 2MA (спортивная подвеска)

Высота базового уровня уменьшена по сравнению с подвеской 1BK на 15 мм. Высота кузова в режиме dynamic также снижена по сравнению с подвеской 1BK на 15 мм; кроме того, в режиме comfort дополнительное опускание кузова не происходит.

Управление и индикация

На Audi Q7 реализуются различные режимы регулирования упругих и демпфирующих характеристик подвески. Управление осуществляется исключительно выбором соответствующего профиля в Audi drive select. По своему желанию водитель может выбирать между комфортной (comfort), спортивной (dynamic) и сбалансированной (auto) настройками демпфирующих характеристик амортизаторов. Кроме того, при движении по дорогам без твёрдого покрытия или бездорожью можно выбрать режим offroad, а для ещё более трудных отрезков пути — режим lift. Для облегчения загрузки и разгрузки багажного отсека задняя часть автомобиля может опускаться.
При выборе профиля efficiency включается режим auto. В профиле individual, как и всегда, можно комбинировать различные настройки различных систем автомобиля.

Для облегчения загрузки багажного отсека задняя часть автомобиля может опускаться. При этом производится опускание примерно на 55 мм по сравнению с уровнем режима auto.

Условия активации опускания задней части автомобиля:

• все двери (кроме двери багажного отсека) закрыты;
• клемма 15 включена;
• ресиверы пневмосистемы в достаточной степени заполнены.

Опускание начинается при нажатии клавиши в багажном отсеке.

Задняя часть автомобиля снова поднимается в исходное положение:

• при нажатии соответствующей клавиши;
• при выборе другого профиля в Audi drive select;
• при превышении скорости движения прим. 2 км/ч.

На текущее состояние системы указывает контрольная лампа в клавише. Эта контрольная лампа горит при опускании и всё время, пока задняя часть кузова находится в опущенном состоянии. Если давление в ресиверах слишком мало, контрольная лампа быстро мигает 3 раза.

О сбоях/неисправностях в системе водителю сообщает уже знакомая жёлтая или красная предупреждающая пиктограмма, сопровождающаяся текстовым сообщением.

Техническое обслуживание

Диагностический адрес

В диагностическом тестере система имеет адресное слово 74 — Управление ходовой частью.
На блок управления J775 распространяется функция защиты компонентов.
Кодировка выполняется в режиме онлайн.

Программирование рабочего положения подвески

В случае замены, а также снятия и установки блока управления после его кодирования необходимо заново запрограммировать в нём рабочее положение подвески и откалибровать имеющиеся в блоке управления датчики. Это осуществляется с помощью отдельных базовых установок (и диагностического тестера), но может, однако, быть выполнено и как одна общая операция.
Во время выполнения этой операции автомобиль должен оставаться неподвижным (без людей внутри и с закрытыми дверями). Программирование рабочего положения подвески начинается с того, что автомобиль поднимается на подъёмнике до вывешивания его колёс и приведения амортизаторов в крайнее положение отбоя. Измеряемые величины датчиков дорожного просвета анализируются и сохраняются. После этого автомобиль снова ставится на колёса, а блок управления автоматически приводит подвеску в заданное положение.
Механик измеряет значения высоты кузова в этом положении и вводит их в диагностический тестер для соответствующих колёс.
Блок управления устанавливает затем обычный уровень подвески со строгими допусками и включает регулирование.
После этого выполняется автоматическая калибровка нагрузки на оси. После установки обычного уровня подвески выполняется также калибровка имеющихся в блоке управления датчиков. Для этого автомобиль должен стоять неподвижно на ровной горизонтальной поверхности. По завершении калибровки все функции регулирования становятся работоспособными.

Программирование рабочего положения подвески выполняется после следующих действий:

• замена блока управления ходовой части J775;
• снятие или замена одного или нескольких датчиков дорожного просвета;
• работы с ходовой частью, при которых ослаблялась затяжка резьбового соединения тяги датчика дорожного просвета на подрамнике;
• замена или снятие и установка амортизаторов.

Диагностика исполнительных механизмов

Предусмотрены следующие варианты диагностики исполнительных механизмов:

• Опускание автомобиля: проверка манжеты пневмобаллона, подключения магистралей, датчика дорожного просвета на прохождение сигнала и направление перемещения.
• Подача напряжения на клапан демпфирования: электрическая активация амортизаторов.
• Системный тест функции Boost: проверка электромагнитных клапанов функции Boost.
• Системный тест ресивер/компрессор: проверка создания давления, включения компрессора и электромагнитного клапана ресивера.

Перемещение автомобиля

Для перемещения автомобиля с полностью стравленным давлением пневмобаллонов используется новое специальное оборудование — приспособление для перемещения автомобиля VAS 741013. Оно подкатывается под автомобиль, так чтобы один валик приспособления был перед колесом, на котором нет давления в пневмобаллоне, а другой — за этим колесом. Затем, качая педаль приспособления, оба валика сближают друг с другом до тех пор, пока колесо не приподнимется и не потеряет контакт с поверхностью. После этого автомобиль можно перекатывать на колёсиках приспособления и других колёсах автомобиля. В комплект входят 4 показанные на рисунке приспособления для перемещения.

Внимание: при использовании данного приспособления движение автомобиля своим ходом запрещается!

Режим погрузки

При включении режима погрузки система обеспечивает высокий уровень кузова, чтобы создать как можно больший дорожный просвет.
Режим погрузки можно снова деактивировать с помощью диагностического тестера. Кроме того, режим погрузки отключается автоматически при превышении скорости движения автомобиля 100 км/ч или после пробега 50 км.

Режим транспортировки

При включении режима транспортировки никакие регулирующие действия системой больше не выполняются, регулирование демпфирования деактивируется. При пуске двигателя регулирование возобновляется.