Aktivní stabilizátory prý dávají i velkým SUV dynamiku sporťáku. Jak fungují?

Moderní vozy třídy SUV, ale i rozměrné sedany nejvyšší třídy, zejména prémiových značek, si stále více pomáhají k jízdní dynamice moderní technikou. Sem patří nejen složité zavěšení kol, vyspělý pohon všech kol či elektronický stabilizační systém ESP, jenž dokáže zásahy do brzd zlepšovat ovladatelnost vozidla, ale rovněž další, méně obvyklé systémy. Jedním z nejdůležitějších jsou takzvané aktivní stabilizátory.

Jedná se o evoluci klasických stabilizátorů s využitím další techniky a senzoriky. Obecně je stabilizátor tvořený tyčí kruhového průřezu s průměrem většinou od 10 mm výše, který slouží ke stabilizaci vozidla v příčném směru. Při jízdě v zatáčce zmenšuje klopení karoserie směrem k vnější straně zatáčky vzniklé odstředivou silou, která v zatáčce na vozidlo působí. Jeho princip spočívá ve zkracování střední části stabilizátoru, k němuž dochází, pokud jedno z kol téže nápravy propruží více než to druhé. Tímto efektem se zmenšuje takzvané prodloužení nápravy a tím i klopení karoserie. Obecně - čím větší je průměr tyče stabilizátoru, tím je stabilizující účinek vyšší při působení větší odstředivé síle a tedy při rychlejším průjezdu zatáčkou o stejném poloměru.

Nové tlumiče od Audi: Čím více hrbolů, tím nižší spotřeba!

Problém je, že tímto sice vylepšíte jízdní dynamiku a ovladatelnost vozidla, ovšem na úkor jízdního komfortu při přímé jízdě. Při ní stačí, aby jedno z kol nápravy najelo na nerovnost, a také vznikne rozdílné propružení kol téže nápravy. A stejně jako v zatáčce i v tomto případě na to reaguje stabilizátor. Nejvyšší komfort by tak zajišťovalo auto, jehož podvozek by se obešel bez stabilizátorů. Taková auta se ale dnes již nevyrábějí, v minulosti to takto měla vyřešené třeba základní Honda Civic z let 1991 až 1996, která tak nabízela nebývale plavnou jízdu (v rozporu s pověstí vozů značky Honda a obecným povědomím o nich). Žádný golf ani astra v té době takto plavně nejezdily. Jenže když přišly zatáčky, měli jste najednou pocit, že se tahle Honda musí převrátit, jak se její karoserie nakláněla.

Absence stabilizátorů také dovoluje vzájemný protipohyb kol téže nápravy na co možná nejdelší dráze. Jde o takzvanou zkřižitelnost nápravy, což je velmi důležité hlavně u off-roadů. Proto tato auta také běžně nepoužívala stabilizátory a proto byla zároveň nevhodná pro rychlou jízdu v zatáčkách, kde velmi rychle docházelo k nestabilitě vozidla.

Zpočátku pro terén

Stabilizátor nápravy tedy může zajišťovat vždy pouze kompromis mezi jízdním komfortem vozidla v přímém směru a ovladatelností nebo chcete-li agilitou v zatáčkách. Ve snaze posunout hranice tohoto kompromisu a zajistit ještě lepší ovladatelnost v zatáčce a zároveň vyšší jízdní komfort pří jízdě v přímém směru se cesty ubíraly k vývoji aktivních stabilizátorů.

V podstatě se jedná o další aplikaci takzvaných aktivně odpojitelných stabilizátorů. Toto využíval třeba původní Volkswagen Touareg z roku 2003. Při jízdě po silnici pracoval stabilizátor tohoto auta jako každý jiný.

Pokud se ale řidič vydal mimo zpevněné cesty, bylo možné po zmáčknutí tlačítka stabilizátor na obou nápravách odpojit, a to tak, že došlo k přerušení mezi levou a pravou stranou zkrutné tyče stabilizátoru. Stabilizátor byl tudíž rozdělen na dvě části, sbíhající se v elektrohydraulicky ovládané zubové spojce. Odpojení bylo ale možné jen do rychlosti 40 km/h a dále za předpokladu, že příčné zrychlení nebylo větší než 0,5g (půl násobek tíhového zrychlení). V případě odpojení stabilizátoru se u prvního Touaregu zvětšila dráha vzájemného pohybu kol téže nápravy (tedy vůči sobě) až na 60 mm. To znamená, že pokud by se levé kolo odvalovalo po rovné ploše, pravé mohlo najet na předmět vysoký až 60 mm, aniž by kola ztratila kontakt s povrchem, po němž se odvalovala.

Zpočátku hydraulika, dnes elektrika

Aktivní jízdní dynamiku využívající aktivních stabilizátorů nabídla v Evropě například značka BMW pod označením Dynamic Drive. Poprvé se tento systém objevil v řadě 7 čtvrté generace (E65/66) a dále v řadě 5 E60/E61 či první novodobé šestce (E63/64).

Smyslem aktivních stabilizátorů bylo nabídnout vyšší komfort jízdy a zároveň lepší ovladatelnost vozidla v zatáčkách či přesněji agilnější jízdní vlastnosti. Celou myšlenku tvůrci založili na následujících skutečnostech. Při jízdě v zatáčce na vozidlo působí příčné zrychlení vyvolané odstředivou silou v těžišti vozidla. Při tom vzniká klopný moment karoserie vozidla vyvolaný odstředivou silou působící na rameni, které je vzdáleností těžiště vozidla od osy klopení přední, respektive zadní nápravy. Osa klopení náprav je předem dána jejich kinematikou. Uvedené skutečnosti posádka vozidla a jeho řidič pociťují jako naklánění karoserie auta.

Britové staví revoluční zavěšení kol. Je podstatně lehčí a vydrží až milion kilometrů

Aktivní stabilizátory umožňují vytvořit takzvaný kompenzační silový moment, který působí proti klopnému momentu vozidla. Tím dojde k vyvážení sil a momentů působících na karoserii, což posádka pocítí tím, že se karoserie v zatáčkách naklání výrazně méně. V případě systému Dynamic Drive BMW udávalo, že aktivní stabilizátory dokážou kompenzovat klopný moment karoserie až do hodnoty příčného zrychlení 3 m/s2, respektive 0,5g.

Systém BMW Dynamic Drive využíval k tomuto účelu hydraulické jednotky, jimiž byl každý stabilizátor rozdělen na dvě části, podobně jako u výše zmíněného Touaregu. Hydraulické válce byly v tomto případě takzvanými hydraulickými oscilačními motory, jejichž předností je velmi rychlé otáčení hřídelí kolem její osy, ovšem jen zcela výjimečně o celou otáčku. Jelikož je zapotřebí dosáhnout při tom co možná největší akcelerace (decelerace) a dále rychlou změnu směru, nebylo možné toto na přelomu tisíciletí vyřešit elektromotory, jejichž nevýhodou je obecně velká setrvačnost rotoru. BMW proto použilo elektrohydrauliku ovládající zmíněné oscilační motory.

Dnešní technika je ale již dále, takže v současné době se již hydraulika nepoužívá, přičemž ji nahradily elektromotory. Takto to má vyřešené třeba současné Audi SQ7, které v tomto ohledu chytře využívá 48voltovou palubní síť. Právě ta ovládá speciální třífázové elektromotory, které rozdělují na dvě části každý ze stabilizátorů. Celé je to vyřešeno tak, že jedna strana stabilizátoru je připojena ke statoru elektromotoru, druhá k jeho rotoru. Přímé ovládání tyče stabilizátoru by však nebylo možné, proto je do celého systému vložen trojitý planetový převod 1:200. Systém dokáže vyvinout maximální moment až 1200 N.m a výkon 1,5 kW. V případě Audi SQ7 má každá z náprav vlastní ovládací jednotku, obě napojené na jednotku řízení podvozku přes superrychlou datovou sběrnici.

Hra s vyvážením

Aktivní stabilizátory bez ohledu na to, zda jsou ovládány elektricky, nebo elektrohydraulicky, předně aktivně ovlivňují vyvážení vozidla při jízdě v zatáčce. A to od neutrálního chování až k lehce nedotáčivému, samozřejmě napříč rychlostmi. Děje se tak zvyšováním, respektive snižováním stabilizačního momentu na obou nápravách, a sice dodatečným natáčením stabilizátoru přední nebo zadní nápravy. Tímto se aktivně mění klopný moment přední, respektive zadní části karoserie (a tedy příslušné nápravy).

V nízkých rychlostech převládá neutrální chování, které je docilováno stejným stabilizačním momentem na obou nápravách. Kola obou náprav dokážou přenášet stejně velkou odstředivou sílu. Řidič díky tomu pociťuje velmi agilní jízdní vlastnosti vozidla, takže i velká „sedmička“ či Audi SQ7 se chová s trochou nadsázky jako lehoučký sporťák.

Tlumiče pérování na Škodu Octavia II: Jsou opravdu na to samé auto?

Jak rychlost v zatáčce vzrůstá, zvyšuje se nedotáčivost vozidla. To znamená, že kola (pneumatiky) přední nápravy již nedokážou přenášet tak velkou odstředivou sílu jako kola (pneumatiky) zadní nápravy. Auto tedy míří přídí po tečně ven ze zatáčky. K udržení směru je zapotřebí poněkud více natočit volant do zatáčky. Toto ale lze jen do určité rychlosti, dokud ještě dokážou pneumatiky přenášet odstředivou sílu.

V tu chvíli vstoupí do hry aktivní stabilizátory, přičemž ten na přední nápravě zvýší stabilizační moment, čímž zmírní nedotáčivost vozidla. Naopak pokud by hrozila přetáčivost, bude chování stabilizátorů přesně opačné a stabilizační moment se zvýší u stabilizátoru na zadní nápravě.