Automobilová prvenství II: Kdo měl jako první protiprokluzový systém, diesel s přímým vstřikováním nebo bezpečnostní pásy?

Protiprokluzová soustava

V prvním díle našeho seriálu jsme se obšírněji věnovali počátkům zavádění protiblokovacího systému brzd, tedy ABS. Jeho jakousi nadstavbou, pracující vlastně obráceně, je systém zabraňující prokluzu kol. Zatímco u běžných aut se uplatní zejména při prudším rozjezdu na povrchu se sníženým součinitelem smykového tření (adhezí), u výkonných vozů vám jeho typická kontrolka, tvořená u prvních systémů oranžovým trojúhelníkem, u pozdějších s ESP „autem ve smyku“, bliká mnohem častěji.

Protiprokluzové systémy mají na rozdíl od protiblokovacích různá označení. Kromě ASC (Automatic Stability Control, případně z němčiny Automatische Stabilitäts Kontrol) je snad ještě známější označení ASR (z němčiny Antischlupf-Regelung případně Antriebschlupf-Regelung). Prvně jmenované je spojováno historicky s BMW, druhé s Mercedesem. A konečně se lze setkat také se zkratkami ETC (Electronic Traction Control). Na rozdíl od ABS nabízí protiprokluzová soustava poněkud větší výběr z pohledu způsobu regulace záběrových sil.

Jako první nabídli tento systém Američané, konkrétně firma Buick, a to u luxusního kupé Riviera. Stalo se tak v roce 1970 pro modelový rok 1971, přičemž systém je známý jako „Max Trac“. Aktivní byl už v okamžiku, kdy byl prokluz jednoho kola zadní nápravy větší než 10 procent. Pro vysvětlení, reálným otáčkám kol odpovídala v danou chvíli skutečná rychlost vozu větší o 10 procent. Systém pracoval v součinnosti se samosvorným diferenciálem na principu krátkodobého vypínání zapalování. Při tom ovšem stále docházelo k dodávce paliva do válců. Jeho nespalováním vznikaly jednak vysoké emise a zároveň docházelo k tepelnému zatížení katalyzátoru, který byl už tehdy v USA na pořadu dne.

Zajímavé je, že již o dva roky dříve si dal protiprokluzový systém patentovat Daimler-Benz. Na rozdíl od Buicka reguloval prokluz kola sice také omezením výkonu motoru, nicméně mnohem efektivněji, a to zmenšením otevření škrticí klapky, tedy stejně jako se to děje dnes. Ale to není vše. Navíc se k tomu přidávalo i přibrzdění příslušného, tedy prokluzujícího kola. Opět stejně jako dnes. Bohužel dlouho zůstalo jen u prototypů. V sérii se u mercedesů první ASR regulující hnací sílu oběma popsanými způsoby objevilo v roce 1986 coby příplatkové vybavení řad E124 a W126.

Stejně jako Mercedes-Benz nezahálel ani bavorský konkurent BMW. Ten svůj prototyp předvedl poprvé v roce 1973. Na rozdíl od stuttgartského soka se rozhodl pro jednodušší řešení v podobě pouhé regulace výkonu motoru. Bylo to logické, neboť BMW bylo pionýrem v zavádění systémů Motronic v řízení motoru, přičemž právě Motronic tento typ regulace umožňuje nejlépe dosáhnout. Zkoušky tehdy probíhaly na modelu 3.0 Si (řada E3, předchůdce řady 7 E23).

I přes značnou invenci švábských a bavorských konstruktérů je nakonec předběhli Švédové. Konkrétně firma Volvo. Ta prototyp takového zařízení pojmenovaného ETC a poprvé předvedla v roce 1982 na modelu 760. Od roku 1985 šlo o volitelné vybavení vrcholné 760 Turbo s manuální převodovkou a ABS. Důvodem byl fakt, že ETC využívalo jeho snímače, ačkoliv pracovalo pouze s omezováním výkonu motoru. První prototypová verze počítala s vícestupňovou regulací. V první fázi se snižoval plnicí tlak turbodmychadla až na atmosférický. Pokud to nestačilo, omezovala se dodávka paliva nejprve vynecháním každého druhého zdvihu vstřikovacího ventilu, případně dále se zamezovalo dodávce benzínu u druhého a třetího válce. Ve finální fázi regulace, pokud ani předchozí opatření nestačila, dostával palivo pouze jeden válec, a to navíc jen poloviční dávku. V sériové verzi se opustilo od prvního stupně, tedy omezování plnicího tlaku turbodmychadla, a zůstala jen regulace dodávkou paliva (v sedmi stupních). Navíc jej bylo možné deaktivovat, třeba kvůli vyjetí vozidla ze závěje. Ve Švédsku rozhodně věc dost podstatná.

Od roku 1987 nabízí protiprokluzový systém ASC volitelně také BMW, a to u typu 735i E32. První generace pracovala pouze s omezováním výkonu motoru. Od roku 1989 s příchodem kupé 850i E31 je v nabídce vyspělejší verze ASC+T, využívající regulaci výkonem motoru i brzdami.

Dnes je systém zabraňující protáčení kola a tedy usnadňující rozjezd a zvyšující aktivní bezpečnost vozidla, nedílnou součástí systémů ESP a ABS a většina řidičů mnohdy ani neví, že ho v autě má.

Vznětový motor s přímým vstřikováním nafty u osobního automobilu

Vznětový motor, u něhož by se nafta nevstřikovala do litinové komůrky v hlavě válců, ale přímo do spalovacího prostoru, byl znám už v padesátých letech. Tato technologie však byla doménou těžkých užitkových vozů, jejichž motory měly vždy minimálně šest válců, často však i více.

Hlavním důvodem, proč se přímé vstřikování nafty dostalo do vznětových motorů pro osobní vozy s takovým zpožděním, byla značná hlučnost. Ta vyplývala z faktu, že u přímého vstřikování dochází k mnohem prudšímu (rychlejšímu) nárůstu expanzního tlaku ve válci než v případě nepřímého. U něho je přestup vznícené nafty z komůrky do hlavního spalovacího prostoru poněkud omezován poměrně úzkou propojovací štěrbinou. Mimo to, že je motor s přímým vstřikem o poznání hlučnější, se v případě malého počtu válců jeví jeho chod mírně acyklický, což se projeví výraznějšími vibracemi.

V polovině osmdesátých let se postupně začaly objevovat snahy konstruktérů zkusit aplikovat přímé vstřikování i na malé motory osobních automobilů. Pečlivou konstrukcí se podařilo uspokojivě eliminovat výše zmíněné nectnosti natolik, aby již nebyly překážkou v sériové produkci. Naopak, začaly převládat i některé výhody, zahrnující vyšší účinnost a z ní pramenící vyšší měrný výkon, nižší spotřebu paliva a emise a v neposlední řadě též snížené tepelné namáhání hlavy válců. Tím se podařilo výrazně eliminovat její dřívější sklony k praskání.

Ač prvenství v zavádění vznětového motoru s přímým vstřikováním v osobním autě je obvykle přisuzováno společnosti Audi a jejím motorům TDI, pravda je ta, že tento pionýrský a ve své podstatě revoluční čin, je dílem italské automobilky Fiat. Ta už v roce 1988, tedy rok před uvedením pětiválce Audi 2.5 TDI, představila světu agregát 1.9 Turbodiesel i.d. Písmena „i d“ v tomto případě znamenají „injection direkt“ nebo italsky „iniezione dirreto“, čili „přímé vstřikování“. Svůj podíl na této technologii měla i firma Bosch, která Fiatu dodala rotační čerpadlo s axiálním výtlakem VE/R 286. Výkon pokrokového čtyřválce o objemu 1,9 litru činil 66 kW při 4200 min^-1.

Bohužel, oč více invence měli konstruktéři, o to hůře pracovalo marketingové oddělení Fiatu. Je až tristní, jak málo z tohoto činu značka po této stránce vytěžila. Když rok poté přišlo s obdobným řešením Audi, dělalo se kolem toho podobné haló jaké o pár let dříve při představení systému Quattro. Němečtí marketingoví stratégové brilantně využili zaspání svých italských soků a dokázali světu vštípit názor, že technologie přímého vstřiku u rychloběžných vznětových motorů vhodných pro pohon osobních vozů pochází z jejich dílen. Na obhajobu německé automobilky je ale třeba říci, že na rozdíl od koncernu Fiat dokázala skupina novou technologii v poměrně krátkém čase uplatnit u většího množství agregátů. Uplynulo sotva pár let a trojice písmen TDI se vyjímala na zádi téměř každé modelové řady koncernu Volkswagen.

Víceprvková zadní náprava s elastokinematickým efektem

Zcela nezávislé zavěšení zadních kol, kdy každé vede několik různě dlouhých a zároveň prostorově jinak vedených ramen, je dnes jedním z nejdůležitějších faktorů, které určují jízdní vlastnosti vozidla. Jak známo, čím lepší je poměr „handling/ride“, tím jsou jízdní vlastnosti vozidla vnímané řidičem či posádkou jako celek lepší. Ano, auta s tuhým pérováním nabízejí často lepší složku „handling“, tedy ovladatelnost, ovšem na úkor jízdní kvality, tedy „ride“. A obráceně je tomu u komfortně odladěných aut.

Mottem k vývoji víceprvkové zadní nápravy ale toto kupodivu nebylo. Už od 60. let mají auta zcela nezávislé zavěšení kol zadní nápravy. To bylo často řešeno trojúhelníkovými rameny se šikmou osou kývání (také nazývanou jako kyvadlovo-úhlová náprava). Ta sice umožňovala relativně komfortní jízdu a také zachování dobré směrové stability i při jízdě po rozbité silnici, avšak měla jednu negativní vlastnost.

Jak údajně prokázal rozbor dopravních nehod uskutečněný v 60. a 70. letech 20. století, k řadě karambolů v zatáčce nedocházelo z důvodu, že vůz svoji odstředivou silou překonal boční adhezi pneumatik, ale kvůli tomu, že u něj došlo ke ztrátě stability při jeho průjezdu po předem zvolené kruhové dráze. To se stávalo, pokud řidič v zatáčce při vysoké rychlosti náhle ubral plyn nebo dokonce přibrzdil. Tento manévr je většině řidičů vlastní, byť je z pohledu ovládání vozidla nesprávný. Zde jasně hraje roli instinkt a ten jak známo nemusí být vždy správný. Popsaný manévr vede ke vzniku stáčení vozidla do zatáčky a tedy ke vzniku přetáčivosti.

Důvodů je samozřejmě více. Kromě přesunu hmotnosti vpřed z důvodu setrvačnosti, je to také vlastnost někdejšího nezávislého zavěšení zadních kol. Kyvná trojúhelníková ramena byla uložena prostřednictvím pružných lůžek (silentbloků), aby se zamezilo přenosu chvění od odvalujícího se kola do karoserie, což je zvláště citelné u radiálních pneumatik. Při popsané jízdní situaci, tedy přibrzdění, docházelo u zmíněného typu náprav k negativní změně jejich sbíhavosti, tedy vlastně k rozbíhavosti, takže jejich přední konce kol (pneumatik) byly déle od podélné osy symetrie vozidla než ty zadní. Popsaný jev je známý jako tuck-in efekt.

Eliminaci tohoto nebezpečného jevu jako první vyřešila firma Porsche u modelu 928 v roce 1977 použitím zadní nápravy pojmenované Weissach. Původně se jedná o oblast v Badensko-Württembersku, v níž zároveň sídlí vývojové středisko firmy Porsche. V případě zadní nápravy ale Weissach znamená také akronym Winkel-Einstellende-Selbststeuernde-Ausgleichs-Charakteristik.

U nápravy Weissach se využívá pružnosti uložení podélných ramen ke kompenzaci výše popsaného jevu, přičemž při zmíněném manévru dochází naopak ke zvětšování sbíhavosti zadních kol.

Vývoj nápravy Weissach začal v roce 1972. Nicméně zkušenosti s elastokinematikou sbírali inženýři firmy Porsche už od roku 1966. Při vývoji modelu 928 sloužilo u Porsche několik Opelů Admiral. Jeden z nich (známý jako mula V2) byl osazen nápravami z budoucího modelu a jeho zvláštností bylo, že měl dva volanty. Ten druhý se nacházel v zadní části vozidla a působil tedy na zadní nápravu. Smyslem bylo sbírat co možná nejpřesnější data o postavení zadních kol při záměrně vyvolaných dynamických změnách jízdy v zatáčce.

Náprava Weissach je tříprvkovým zavěšením, kdy na každé straně je dvojice nestejně dlouhých příčných ramen, které doplňuje již zmíněné pružně uložené podélné, tedy vodicí rameno. Obdobnou konstrukci nabídlo od roku 1988 BMW pod označením Z-Axle v roadsteru Z1, od roku 1990 v řadě 3 s kódovým označením E36. Od roku 1982 dodává Mercedes-Benz dokonce pětiprvkovou zadní nápravu, která slavila premiéru v takzvaném „baby-benzu“, řadě 190 W201. A od roku 1989 máme první generaci takzvané integrální nápravy, tedy také pětiprvkového zavěšení (ale jiného, než jaké používal v té době Mercedes-Benz), a to díky BMW řady 8 E31.

V poslední době zájem o tento druh zavěšení poněkud upadá, neboť je drahé a složité. Mnozí výrobci si myslí, že dosáhnou stejných jízdních vlastností s polonezávislým zavěšením, tedy torzní příčkou. To však vyhovuje pouze u vozidel do určité hmotnosti. Z pohledu konstruktéra jej lze tolerovat ještě v segmentu C, avšak v „déčku“ již nikoliv. Závěr nechť si udělá každý sám.

Bezpečnostní pásy

Jeden z vůbec nejdůležitějších systémů zvyšujících ochranu posádky v případě nárazu vozidla představují bezpečnostní pásy. Dnes jde o zcela samozřejmou věc. Cesta k nim byla trnitá, podobně jako třeba u airbagu.

Bezpečnostní pásy v podobě, jak je známe dnes (tedy tříbodové) poprvé nabídla firma Volvo v roce 1959. Konkrétně šlo o řadu 122. Za jejich tvůrce je považován Švéd Niels Bohlin. Ten ještě před tím, než přišel k Volvu, na nich pracoval u konkurenční společnosti Saab. Ne však na autech, nýbrž v letecké divizi. Konkrétně se zabýval katapultovacími sedadly v někdejších stíhacích letounech. A u nich jsou bezpečnostní pásy nezbytné.

Původní bezpečnostní pásy od Volva byly sice tříbodové, ovšem statické. Šlo tedy vždy o kompromis v upoutání osoby v sedadle. Statické pásy si možná pamatujete ze starých automobilů z 80. let. Třeba z takové Škody 120. Aby bezpečnostní pás plnil dobře svoji funkci, musí k tělu upoutané osoby přiléhat co možná nejtěsněji. Kdysi se uvádělo, že mezera mezi pásem vedeným přes trup a rovinou těla by neměla být větší než na „plochou dlaň“.

To se však u statických pásů dařilo plnit jen s obtížemi, neboť každá osoba si je musela před jízdou upravit. Při střídání řidičů byla tato operace trochu protivná a z vlastní zkušenosti vím, že ji málokdo podstupoval. Pás tak na člověku doslova plandal. Utažený sice dobře plnil svoji úlohu, avšak neumožňoval tělu pohyb vpřed. Třeba se vyklonit, když jste měli zakrytý výhled.

Oba popsané neduhy vyřešily až takzvané automatické bezpečnostní pásy, lidově nazývané samonavíjecí. Poprvé je předvedl Volkswagen v roce 1972 na konceptu vozidla ESV (ESV je zkratka Experimental Safety Vehicle, tedy vývojové bezpečné vozidlo). Na přelomu 60. a 70. let vznikla takových bezpečnostních aut celá řada a prakticky každá automobilka měla své.

Umožňují volný pohyb a perfektně obepínají upoutanou osobu. Při větším zpoždění a tedy při pohybu osoby vpřed dojde k zablokování jejich cívky díky rohatce a kuličkovému mechanismu. Ani toto řešení však nebylo ideální. Důvodem je takzvaný cívkový efekt, kdy při působení síly dochází k utahování pásu navinutého na ni. Tím se pás o něco prodlouží, což může v okamžiku pravdy rozhodovat.

Na začátku 90. let se tak ve větší míře objevilo doplňkové zařízení pásů v podobě napínače. Nicméně jako první jej nabídl Mercedes-Benz v roce 1981 ve třídě S W126 coby doplňkové zařízení k airbagu. Napínač byl zprvu pružinový, později řešený jako pyropatrona. Oboje umožnilo v případě čelního nárazu (nebo nárazu vedeného přídí šikmo v úhlu maximálně plus/mínus 30 stupňů) zkrátit pás přibližně o 10 cm. Rychlost nárazu na pevnou překážku ale musela být větší než 15 km/h a k odpálení pyropatrony muselo dojít do 24 milisekund od prvního kontaktu přídě s překážkou.

V průběhu 80. let se objevuje výškové nastavování horního úchytu bezpečnostních pásů, přičemž v roce 1986 představuje BMW již zmíněnou druhou generaci řady 7 E32, u níž se horní úchyt měnil v závislosti na posuvu sedadla. Pokud se pohybovalo dopředu, výška se snižovala, dozadu naopak zvyšovala. Vše bylo mechanické.

Tři roky nato, tedy v roce 1989, uvádí Mercedes-Benz (SL R129) a záhy také BMW (řada 8 E31) takzvaná integrální sedadla. U nich jsou všechny tři úchyty pásu jeho nedílnou součástí. A od roku 2012 máme pásy s nafukovacím polštářem (airbagem), a to díky Fordu. V Evropě jsou od roku 2014 vzadu v současném Mondeu.