Tema: 15 Controlul caroseriei asistate electronic (ABC)
Embedded Files
După studierea acestei teme, elevul va fi capabil:
- să identifice rolul și destinația sistemului de control al caroseriei asistat electronic (ABC);
- să explice construcția, componentele principale și principiul de funcționare al sistemului ABC;
- să descrie operațiile de diagnosticare tehnică, verificare și mentenanță ale sistemului de control al caroseriei asistat electronic.
15.1 Rolul sistemului de control al caroseriei asistat electronic (ABC)
Spre deosebire de suspensia pneumatică, care utilizează perne de aer pentru susținerea și reglarea nivelului caroseriei și are un caracter preponderent semi-activ, sistemul ABC (Active Body Control) este o suspensie complet activă, ce nu folosește aer ca element elastic principal, ci presiune hidraulică controlată electronic, capabilă să genereze forțe proprii de compensare și să reacționeze instantaneu la solicitările dinamice, indiferent de sarcina vehiculului sau starea drumului.
În timpul deplasării vehiculului, asupra caroseriei acționează forțe și momente dinamice care tind să o încline sau să o balanseze:
- La accelerare apare tangajul pozitiv, prin care partea frontală a caroseriei tinde să se ridice, iar partea din spate să se coboare, ceea ce conduce la reducerea sarcinii pe roțile față și la diminuarea aderenței și stabilității direcționale (Figura 15.1). Pentru a contracara acest efect, suspensia hidraulică activă crește presiunea în cilindrii hidraulici ai punții spate și o reduce pe puntea față, generând un moment de compensare care limitează ridicarea părții frontale și tasarea părții spate, menținând caroseria într-o poziție aproape orizontală.
Figura 15.1 Funcționarea suspensiei suspensia hidraulică activă la accelerare
- La frânare apare tangajul negativ, prin care partea frontală a caroseriei tinde să se scufunde iar partea din spate să se ridice, ceea ce ar provoca scufundarea excesivă a părții frontale, reducerea confortului și instabilitate la frânări puternice, motiv pentru care suspensia hidraulică activă ABC mărește presiunea în cilindrii punții față, generând o forță verticală suplimentară care susține caroseria și limitează scufundarea părții frontale.
- În viraje apare ruliul caroseriei, prin care aceasta tinde să se încline spre exteriorul curbei, ceea ce ar duce la pierderea aderenței, reducerea stabilității laterale și disconfort pentru pasageri, motiv pentru care suspensia hidraulică activă ABC crește presiunea în cilindrii roților exterioare curbei și o reduce pe cele interioare, generând un moment opus ruliului și menținând caroseria aproape dreaptă (Figura 15.2).
Figura 15.2 Funcționarea suspensiei ABC în viraje
Sistemul ABC, pe lângă funcțiile de susținere și amortizare, permite controlul automat al gărzii la sol în timpul deplasării vehiculului. Acest lucru contribuie la creșterea gărzii la sol atunci când automobilul se deplasează pe drumuri denivelate sau teren accidentat, precum și la coborârea caroseriei la viteze mai mari, pentru îmbunătățirea aerodinamicii, stabilității și siguranței în exploatare (Figura 15.3).
Figura 15.3 Adaptarea automată a înălțimii autovehiculului la deplasarea pe diferite tipuri de drum
15.2 Construcția și principiul de funcționare al sistemului ABC
Sistemul ABC (Active Body Control) este utilizat în principal de constructorul Mercedes-Benz, bazat pe principii de suspensie hidraulică dezvoltate inițial de compania Citroën.
Sistemul Active Body Control (ABC) este un sistem de suspensie activă, complet portantă, care menține nivelul caroseriei constant atâta timp cât motorul este în funcțiune, independent de sarcina vehiculului.
Menținerea nivelului și controlul mișcărilor caroseriei sunt realizate prin intermediul pompei hidraulice cu pistoane radiale, care alimentează cu ulei sub presiune unitățile de supape și amortizoarele active ale suspensiei, până la stabilizarea poziției vehiculului (Figura 15.4).
Figura 15.4 Vedere generală a sistemului ABC
Circuitul hidraulic al sistemului ABC este un circuit de înaltă presiune, proiectat să funcționeze în regim normal la 180–200 bar, și este alcătuit din următoarele componente principale (Figura 15.5):
1. Pompa hidraulică cu pistoane radiale (pompa tandem)
Pompa ABC este o pompă cu pistoane radiale, integrată în pompa tandem, comună cu sistemul de servodirecție. Aceasta este antrenată mecanic de motor prin intermediul unei curele de transmisie.
Pompa aspiră uleiul hidraulic din rezervorul de ulei și îl comprimă pentru a furniza presiunea necesară funcționării sistemului ABC. Pe conducta de aspirație a pompei este montată o supapă de restricție controlată electronic. Prin această supapă se realizează controlul presiunii de alimentare, evitând suprapresiunile și reducând consumul de energie.
2. Unitatea de supape pentru alimentarea cu presiune
Uleiul sub presiune este livrat către unitatea de supape de alimentare, care îndeplinește mai multe funcții esențiale:
- distribuția uleiului către puntea față și puntea spate;
- limitarea presiunii maxime prin intermediul supapei de limitare, care previne depășirea valorii de 200 bar;
- amortizarea pulsațiilor de presiune printr-un amortizor de pulsații montat pe unitate.
Vârfurile de presiune sunt deviate direct către circuitul de retur, protejând astfel componentele sistemului.
3. Unitățile de valve ale punții față și punții spate
După unitatea de alimentare, uleiul este direcționat către:
- unitatea de supape a punții față;
- unitatea de valve a punții spate.
Fiecărui amortizor îi este alocată o supapă de control, care permite:
- alimentarea cilindrului hidraulic din amortizor (creșterea presiunii);
- evacuarea uleiului către retur (scăderea presiunii).
Supapele sunt închise în stare nealimentată electric, asigurând o funcție de siguranță. În serie cu supapele de control sunt montate supape de închidere (shut-off valves), care:
- previn coborârea vehiculului în timpul staționării;
- comută sistemul în regim pasiv în cazul unei defecțiuni.
Figura 15.5 Schema circuitului hidraulic ABC
4. Amortizoarele active (cilindrii hidraulici de poziționare)
Fiecare ansamblu arc–amortizor este echipat cu un cilindru hidraulic de poziționare, alimentat prin o singură conductă hidraulică.
În interiorul amortizorului există două camere hidraulice, iar prin modificarea presiunii uleiului, cilindrul:
- modifică poziția punctului de reazem al arcului elicoidal;
- generează forțe active pentru controlul caroseriei.
1. Acumulatoarele de presiune
La fiecare unitate de valve este conectat un acumulator hidraulic, care:
- stochează energie hidraulică;
- asigură debit suplimentar în cazul cererilor rapide de presiune;
- stabilizează funcționarea sistemului.
6. Circuitul de retur
Uleiul evacuat din amortizoare se întoarce prin circuitul de retur, trecând prin:
- răcitorul de ulei;
- filtrul de ulei;
- rezervorul de compensare.
Pe retur este montat:
- senzorul de temperatură a uleiului;
- supapa de preîncărcare, care menține o presiune minimă de aproximativ 10 bar atunci când motorul este în funcțiune.
Principiul de funcționare al circuitului electric ABC constă în transmiterea continuă a datelor de la senzori către ECU, care procesează aceste semnale și determină ajustările necesare pentru fiecare cilindru hidraulic (Figura 15.6). ECU transmite comenzi către supape și pompa hidraulică pentru reglarea presiunii și poziției fiecărui amortizor, iar circuitele de siguranță monitorizează permanent tensiunea, nivelul și presiunea, prevenind defectarea sistemului și protejând caroseria.
Figura 15.6 Schema circuitului hidraulic ABC
O evoluție a sistemului ACTIVE BODY CONTROL (ABC) este sistemul E-ACTIVE BODY CONTROL, dezvoltat de compania Mercedes-Benz. Acest sistem funcționează pe același principiu electro-hidraulic ca și suspensia activă utilizată de Audi RS e-tron, ambele având motoare electrice pentru generarea presiunii hidraulice și cilindri integrați în amortizoare, controlați prin supape electronice pentru reglarea precisă a poziției și a mișcărilor caroseriei.
La aceste suspensii, pompele electrice înlocuiesc pompa mecanică clasică, permițând reglaje foarte rapide și precise (Figura 15.7). Senzorii de accelerație și de nivel detectează mișcările verticale, laterale și longitudinale ale caroseriei și ale roților, iar datele sunt transmise unității de control a suspensiei. Motoarele electrice cu pompă generează presiunea hidraulică necesară, care este distribuită prin conductele de înaltă presiune către supapele de compresie și revenire. Aceste supape reglează debitul de ulei către cilindri, permițând suspensiei active să atenueze balansul caroseriei, aplecarea la frânare sau accelerație și să mențină nivelul constant al vehiculului. Fiecare roată este controlată independent, iar sistemul poate suprapune forțe hidropneumatice peste suspensia cu aer (AIRMATIC la Mercedes-Benz) pentru o stabilizare optimă și confort sporit.
Figura 15.7 Construcția suspensiei active din puntea din față Audi RS e-tron
La puntea spate a sistemului de suspensie activă de pe Audi RS e-tron, se utilizează tot un sistem electro-hidraulic. Practic, principiul este similar cu cel de la puntea față: fiecare roată are amortizoare cu supape controlate electronic, iar pompele și unitățile de comandă reglează presiunea și fluxul hidraulic în timp real (Figura 15.8).
Figura 15.8 Construcția suspensiei active din puntea din spate Audi RS e-tron
O importanță deosebită în funcționarea suspensiei ABC o au senzorii de nivel ai caroseriei și senzorii de accelerație, care furnizează unității de comandă informațiile necesare pentru reglarea precisă a poziției caroseriei și controlul mișcărilor acesteia.
Senzorii de nivel ai caroseriei
Mișcarea caroseriei este transmisă către senzor printr-un mecanism de brațe de legătură, care transformă variațiile nivelului caroseriei în rotații ale brațelor senzorului.
Construcția celor patru senzori de nivel este identică, diferențele fiind doar la suporturile de montaj și cinematica brațelor de acționare, adaptate pentru fiecare parte și axă a vehiculului.
Mișcarea manivelelor stânga-dreapta are direcții opuse, ceea ce determină modificarea corespunzătoare a semnalelor de ieșire. Astfel, la scăderea gărzii la sol, semnalul de la un senzor crește, iar de la celălalt scade.
Construcția senzorilor de nivel (Figura 15.9), componentele esențiale ale senzorului sunt statorul și rotorul. Statorul cuprinde o placă multistrat pe care se află bobina de excitație, trei bobine receptor și circuitul integrat de comandă și procesare a semnalului. Cele trei bobine receptoare sunt în formă de stea și sunt decalate una față de cealaltă. Bobina de excitație este localizată pe spatele plăcii (stator). Rotorul este conectat la pârghia de acționare și se mișcă odată cu ea, iar pârghia rotorului se mișcă sub acțiunea brațelor de legătură dintre un punct fix al șasiului și caroseria vehiculului.
Figura 15.9 Construcția senzoriilor de nivel ai caroseriei
Un curent electric alternativ traversează bobina de excitație, generând un câmp electromagnetic variabil în jurul acesteia. Acest câmp pătrunde în discul conductor al rotorului, unde induce un curent electric. Curentul indus în discul conductor al rotorului generează, la rândul său, un câmp electromagnetic alternativ secundar în jurul rotorului (Figura 15.10).
Câmpurile electromagnetice alternative, atât cel al bobinei de excitație, cât și cel al rotorului, acționează asupra celor trei bobine receptoare, inducând în acestea tensiuni alternative a căror valoare depinde de poziția lor față de rotor.
Deoarece inducția electromagnetică în rotor este independentă de poziția unghiulară a acestuia, iar inducția în bobinele receptoare este dependentă de distanța dintre bobine și rotor, tensiunile induse sunt influențate direct de poziția unghiulară a rotorului. Astfel, pe măsură ce rotorul se rotește, amplitudinea tensiunilor induse în bobinele receptoare variază în funcție de această poziție unghiulară.
Unitatea electronică de evaluare rectifică și amplifică tensiunile alternative provenite de la bobinele receptoare și le compară printr-o metodă de măsurare proporțională. În urma procesării, rezultatul este transformat în semnale de ieșire ale senzorului de nivel, care sunt transmise către unitățile de comandă ale vehiculului pentru procesarea ulterioară.
Figura 15.10 Amplitudinile tensiunilor induse în bobinele receptoare variază în funcție de poziția relativă a rotorului față de fiecare bobină, un exemplu fiind prezentat pentru una dintre pozițiile posibile ale rotorului.
Senzorul de nivel al caroseriei este alimentat cu curent continuu (DC), de regulă cu 5 V sau 12 V. Curentul alternativ este generat exclusiv în interiorul senzorului, fiind utilizat pentru funcționarea circuitului inductiv de măsurare.
Senzorii de accelerație ai caroseriei (Figura 15.11).
Senzorii de accelerație ai caroseriei măsoară accelerațiile verticale, longitudinale și laterale ale caroseriei și transmit aceste informații unității de comandă ABC, care le utilizează pentru controlul activ al mișcărilor caroseriei (ridicare, tangaj și ruliu).
Senzorii de accelerație ai caroseriei se bazează pe măsurarea variației capacității electrice.
Între plăcile unui condensator se află o masă elastic suspendată(m), care îndeplinește rolul de electrod central. În timpul funcționării, masa suspendată oscilează sub acțiunea accelerațiilor, determinând modificarea sincronă a capacităților celor două condensatoare C₁ și C₂.
Distanța d₁ dintre plăcile unuia dintre condensatoare crește în aceeași măsură în care distanța d₂ a celuilalt condensator scade. Ca urmare, capacitățile ambelor condensatoare se modifică, proporțional cu accelerația aplicată.
După prelucrarea electronică a semnalelor de măsurare, către unitatea de comandă a nivelului caroseriei este transmis un semnal de tensiune analogică, proporțional cu accelerația măsurată.
Figura 15.11 Construcția și principiul de funcționare a senzoriilor de accelerație ai caroseriei
15.3 Diagnosticarea tehnică și mentenanța sistemului Active Body Control (ABC)
Diagnosticarea sistemului ABC are ca scop identificarea rapidă a defecțiunilor hidraulice, electronice sau mecanice care pot afecta stabilitatea și confortul automobilului, iar mentenanța urmărește menținerea parametrilor de funcționare în limitele prescrise de producător.
Diagnosticarea electronică a sistemului ABC se realizează prin funcția de autodiagnoză integrată în unitatea de control, care monitorizează permanent tensiunea de alimentare, semnalele senzorilor, presiunea hidraulică și funcționarea supapelor și a pompei. În cazul detectării unei defecțiuni, ECU memorează coduri de eroare (DTC), activează modul de avarie și, dacă este necesar, dezactivează funcția activă a suspensiei. Diagnosticarea avansată se efectuează cu ajutorul unui tester de diagnoză compatibil, prin citirea codurilor de eroare, analiza parametrilor în timp real (live data), verificarea presiunii hidraulice și testarea acționării supapelor și a cilindrilor, fiind monitorizați parametri precum poziția fiecărei roți, accelerațiile caroseriei, presiunea din circuitul hidraulic și curentul absorbit de supape și de pompă.
Diagnosticarea pe elemente a senzorilor și actuatoarelor presupune cunoașterea exactă a componentelor cu care este echipat sistemul de suspensie Active Body Control (ABC). Pentru stabilirea parametrilor de verificare ai fiecărui element este necesară consultarea schemelor electrice furnizate de producător. Pe baza acestor scheme, precum și în funcție de construcția și principiul de funcționare al senzorilor și actuatoarelor, pot fi verificate valorile electrice și funcționale specificate de producător, asigurând astfel o diagnosticare corectă și precisă a sistemului (Figura 15.12 și Figura 15.13).
Figura 15.12 Exemplu zona 1 de schemă electrică a suspensiei Active Body Control (ABC)
Figura 15.13 Exemplu zona 2 de schemă electrică a suspensiei Active Body Control (ABC)
Diagnosticarea subsistemului hidraulic al sistemului ABC vizează verificarea pompei hidraulice de înaltă presiune, care asigură presiunea necesară funcționării cilindrilor hidraulici și a cărei stare este monitorizată permanent de ECU, simptomele tipice de defect fiind zgomotul excesiv, presiunea insuficientă, supraîncălzirea sau apariția codurilor de eroare legate de presiunea sistemului; de asemenea, se verifică acumulatorul hidraulic (sfera cu azot), care amortizează pulsațiile de presiune și permite reacții rapide ale suspensiei, iar pierderea presiunii sau defectarea membranei acestuia conduce la rigiditate excesivă și răspuns întârziat al sistemului; în final, se controlează cilindrii hidraulici integrați în amortizoare și conductele de înaltă presiune, principalele defecțiuni fiind scurgerile de ulei, pierderile de presiune, uzura internă și deteriorarea conductelor, motiv pentru care inspecția vizuală este obligatorie în cadrul mentenanței periodice.
Mentenanța sistemului Active Body Control (ABC) cuprinde operații periodice precum verificarea nivelului și a calității lichidului hidraulic, controlul etanșeității circuitului, verificarea stării senzorilor și a cablajului electric, precum și citirea preventivă a codurilor de eroare, iar după orice intervenție asupra sistemului sunt obligatorii proceduri speciale, cum ar fi aerisirea circuitului hidraulic, calibrarea senzorilor de nivel, efectuarea procedurii de „basic setting” cu ajutorul testerului de diagnoză și respectarea strictă a presiunilor nominale, deoarece nerespectarea acestor proceduri poate conduce la deteriorarea componentelor sau la funcționarea incorectă a sistemului ABC.
https://www.youtube.com/watch?v=Vs6AOjUXWTM
https://hatchillustrations.com/car-and-driver-porsche-technology
https://www.youtube.com/watch?v=Df2mM5jP1W0&t=67s
https://www.youtube.com/watch?v=XkuWxwetQCI
https://en.ppt-online.org/336324
https://ro.scribd.com/document/707422548/ASSP0068520-Nr-685-Audi-Q4-e-tron-typ-F4
https://vwts.ru/forum/topic/192806/
https://www.youtube.com/watch?v=03qbIb8-Jfs&t=57s
https://remzo.wmsite.ru/fotoalbomy/razbornyj-sharnir/remont-amortizatorov-abc/
https://electrichasgoneaudi.net/nb/models/e-tron-gt/drivetrain/suspension/
Page updated
Google Sites
Report abuse