Všechny typy adaptivního odpružení: V čem se liší?
Bez ohledu na to o jaký druh pérování se jedná, úkol je vždy stejný. Zajistit co nejlepší kompromis mezi jízdním komfortem (kvalitou jízdy) a ovladatelností. Tedy dvou odlišných složek, kterým říkáme jízdní vlastnosti. Vysoký jízdní komfort (kvalitu jízdy) mají obyčejně auta s měkkým odpružením. Nerovnosti vozovky dokáže jejich šasi skvěle pohltit, ovšem už pouze svižná jízda v zatáčkách znamená často citelné stranové náklony karoserie, které obecně při nájezdu do zatáčky zvyšují nedotáčivost. Ve snaze ji korigovat může dojít naopak ke ztrátě stability auta a tedy vzniku přetáčivosti.
Naopak tuhé odpružení obecně redukuje jízdní komfort, avšak kladem je vyšší aktivní bezpečnost vozidla při rychlé jízdě. Zásluhou menších pohybů karoserie nedochází při jízdě v zatáčkách k tak výrazným náklonům a tedy k přenosům hmotnosti odpružených částí vozidla jakožto důsledek setrvačné síly. Takto odpérované auto má lepší předpoklady k tomu měnit rychleji směr, a to i při vyšších rychlostech. Na druhou stranu pohodlí na výmolech si posádka mnoho neužije.
Napsané rozdělení je pouze rámcové a ovlivňuje jej celá řada dalších aspektů. Jízdní dynamika vozidla je poměrně složitá disciplína. Ve snaze splnit výše popsané protichůdné požadavky, začali výrobci aut nabízet proměnné nebo také variabilní odpružení, přesněji jeho tlumiče. Nejde o žádnou novinku. Už auta v 80. letech tímto mohla disponovat, byť je otázkou, jak to z dnešního pohledu v praxi fungovalo. Vše totiž bylo řízeno pulzním elektrickým signálem (PWM), nikoliv datovými sběrnicemi CAN (Controlled Area Network) a jinými, jako je tomu dnes. Nejnověji existuje dokonce sběrnice FlexRay, která je řádově ještě rychlejší než takzvaný rychlý CAN. Pojďme si tedy stručně ukázat, jaké jsou rozdíly mezi jednotlivými typy a zároveň si něco říci o výhodách a nevýhodách jednotlivých verzí.
Pasivní adaptivní odpružení – s vyloučením elektroniky
Základem pasivního adaptivního odpružení jsou variabilní tlumiče. Ty existují ve dvouplášťové i jednoplášťové verzi. Variabilní tlumiče pracují výhradně na mechanicko-hydraulickém principu. Není zde tedy žádná elektronika. Dodává je třeba firma ZF, přičemž tady se jmenují příznačně „Stroke-Dependent Damping“. Pojmenování přímo vystihuje podstatu jejich funkce, neboť tyto tlumiče vlastně tuhnou v závislosti na zdvihu pístu, pohybujícího se v nich. Zpravidla pracují ve dvou stupních. Při mírném stlačení jsou měkčí, naopak v okamžiku, kdy se přesáhne určitá hranice zdvihu pístu, skokově ztuhnou. Při jízdě po běžných nerovnostech si tak podvozek auta zachovává vítanou měkkost, takže dobře tlumí nerovnosti vozovky, pokud ale vletíte rychle do zatáčky, tlumiče, konkrétně ty na vnější straně oblouku, se více stlačí. A tudíž ztuhnou a karoserie se tak o ně může lépe přít.
Variabilní tlumiče využívají za tímto účelem přidanou drážku v plášti. Při malém stlačení pístu proudí olej jednak obvyklými škrticími ventily v pístu a také zmíněnou drážkou. Jakmile se zvětší zdvih pístu, dojde k jeho posunutí za hranici drážky, takže olej v tu chvíli „škrtí“ pouze ventily v pístu a tedy již drážkou vlastně neproudí.
Obdobný efekt mají tlumiče citlivé nikoliv na zdvih, nýbrž přímo na sílu stlačení. Za tímto účelem mají dvě sady škrticích ventilů. Jednak ty v pístu (pístnici) a rovněž přídavné v dalším pomocném pístu, který je s hlavním spojen pružinou. Při malém stlačení škrtí protékající olej pouze hlavní ventily. Při větším se zapojí jinak tvarované přídavné ventily, umístěné na pomocném pístu pod hlavním pístem.
Výhody
- Cena
- Jednoduchost
- Spolehlivost
Nevýhody
- Pouze pasivní změny tuhosti odpružení
- Tuhost tlumiče ovlivňuje pouze jeden faktor (stlačení, nebo síla)
Semi-aktivní odpružení: To samé co adaptivní?
S využitím magnetoreologického jevu
Systém využívající magnetoreologického jevu se označuje jako polo-aktivní, což je to stejné co adaptivní. Jeho princip si popíšeme na systému Audi magnetic ride. Tlumiče měnící tuhost s využitím magnetoreologického jevu jsou naplněny speciálním olejem na bázi hydrokarbonu. V kapalině jsou volně rozptýlené částice o rozměru 3 až 10 mikrometrů.
Systém pracuje tak, že uvnitř pístu tlumiče je uložen elektromagnet (cívka). Po přivedení proudu dojde k vytvoření magnetického pole, jež přímo ovlivňuje chování zmíněných částic v oleji. Ty jsou umístěny jak v prostoru nad pístem, tak i pod ním.
Zní to možná neuvěřitelně, ale tlumiče využívající magnetoreologický jev jsou v principu jednodušší než konvenční tlumiče, tedy bez proměnného tlumení. V magnetoreologických tlumičích tak nenajdete klasické škrticí ventily. Ty jsou nahrazeny pouze vyvrtanými otvory v pístech, přičemž i v nich se nacházejí zmíněné částice.
Řidič může tlačítkem navolit dvě základní nastavení: sportovní a komfortní. Navíc je zde ale ještě spojitá regulace v závislosti na jízdní situaci. Na starosti to má řídicí jednotka tlumičů (u Audi magnetic ride označená ECD). Ta umí dokonce měnit tuhost u každého z tlumičů samostatně.
Výhody
- Rychlost reakce
- Překvapivá jednoduchost
- Umí řídit každý z tlumičů zvlášť
Nevýhody
- I přes jednoduchost vysoká cena
- Pouze dvě přednastavené polohy (sportovní a komfortní)
S využitím solenoidového nastavovače
Starší alternativou k magnetoreologickému tlumiči je systém využívající k regulaci tuhosti tlumení změny ve škrcení protékající kapaliny. Historicky jde vlastně o první zařízení tohoto druhu, auta jej tudíž používají již desítky let.
V konvenčním tlumiči kapalina protéká při stlačení pístu tlumiče z prostoru pod pístem do prostoru nad pístem a obráceně. Jde o takzvané dvojčinné tlumiče, které se dnes nejen v osobních autech používají téměř výhradně.
Solenoidový nastavovač, jímž se mění průřez škrticích ventilů tlumiče, najdete u systému CDC (Continously Damping Control) od firmy ZF. V modifikované podobě jej využívá skupina VW (DCC), Ford (IVDC) či Opel (FlexRide).
Existují dvě verze těchto adaptivních tlumičů, lišící se uspořádáním elektromagnetického nastavovače. Bud může být uložený vně tlumiče a je tedy k němu připevněný ze strany, nebo může být součástí pístu tlumiče. I pokud je vně tlumiče, v případě jeho selhání se mění tlumič jako celek. Nastavovač coby samostatný díl se nedodává.
A jak to vlastně funguje? Nastavovač vlastně mění průřez škrticích ventilů. Tímto se buď zvyšuje, nebo naopak klesá odpor vůči v tlumiči proudícímu oleji a tím se mění jeho tuhost.
Výhody
- Široký rozsah změn tlumení
- Příznivá cena
- Rychlost reakce
- Tři základní nastavení (komfort, normal, sport)
Nevýhody
- Magnetoreologické tlumiče jsou konstrukčně jednodušší
- Při selhání nastavovače se mění tlumiče jako celek
Aktivní odpružení – Omezuje náklony karoserie
Aktivní nebo pro zpřesnění plně aktivní odpružení, údajně dokáže řídit svislé pohyby každého kola vůči karoserii či podvozku. Naproti tomu semi-aktivní systém pracuje výhradně s pohyby kol od vozovky. Toto vysvětlení podávané některými učebnicemi automobilové techniky je však až příliš obecné.
Spíše bychom to chápali tak, že plně aktivní systém umožňuje jednak změnu tuhosti tlumení podle okamžitých jízdních podmínek - tedy v reálném čase, a také dokáže navíc eliminovat náklony karoserie v rychle projížděných zatáčkách. Pracuje tedy navíc s aktivními stabilizátory. Když opomeneme poněkud nekonvenční systém Citroënu, použitý pouze na modelu Xantia Activa a pracující s plynokapalinovým odpružením, pak nejznámějšími systémy tohoto druhu využívaných v sérii, jsou ABC (Active Body Control) od Mercedesu-Benzu a Dynamic Drive od BMW.
Základem systému ABC je pružicí jednotka s integrovanou pružinou a tlumičem. Navíc ale ještě s hydraulickým pracovním válcem. Vše řídí dva proporcionální ventily, které ovládají tok oleje mezi pružicími jednotkami a tedy hydraulickými válci.
Naproti tomu konkurenční BMW a jeho Dynamic Drive využívá aktivních stabilizátorů na přední i zadní nápravě. Jejich součástí jsou hydraulické aktuátory. I tady k řízení slouží dva elektromagneticky ovládané solenoidové ventily.
Skyhook – Jako v letadle
Občas se lze v literatuře setkat s pojmem „Skyhook“. Jde teoreticky vzato a naprosto ideální odpružení vozidla. Jeho smyslem je zajistit posádce auta takový jízdní komfort, jaký poskytuje let letadlem za ideálního počasí (bez turbulencí), případně jízda lodí po zcela klidném moři. Tedy vlastně naprostý vrchol pohodlí při cestování. Vzhledem k nerovnostem vozovek lze takový stav u auta navodit jen velmi obtížně.
Systém Skyhook má toto řešit, přičemž smyslem je udržovat karoserii vozidla po celou dobu jízdy v konstantní poloze. Bez ohledu na stav vozovky či profil terénu. S odpružením Skyhook by se tak auto jakoby vznášelo nad vozovkou. Ač odpružení některých automobilů, dokonce už v minulosti bylo k řešení Skyhook přirovnáváno, ve skutečnosti šlo a jde pouze o marketing. V praxi popsané chování žádný sériově vyráběný automobil zatím nepředvedl. Vše je jen ve fázi teorií a prototypů, které se vysněnému ideálu snaží přiblížit.
Asi nejblíže je myšlence Skyhook současný Mercedes-Benz třídy S (W222). Ten nabízí navíc dosud nejvyspělejší odpružení pojmenované Magic Body Control. Kombinuje již známý a výše zmíněný systém ABC s funkcí Road Surface Scan. O co jde? Jde o první “předvídatelné” odpružení, použité v osobním voze. Základem systému je vyspělá stereokamera, umístěná za čelním sklem. Ta mimo jiné snímá povrch vozovky před autem a na základě získaných údajů tak dokáže odpružení vlastně připravit na to, po jakém povrchu kola auta v nejbližší době pojedou. Výsledkem je opravdu fenomenální jízdní komfort a zároveň skvělá ovladatelnost.
Výhody
- Naprostá úroveň pohodlí byť zatím jen teoretická (Skyhook)
- Teoreticky vyšší rychlost průjezdu zatáčkou (ABC, Dynamic Drive)
- Extrémně rychlá reakce na změnu jízdních podmínek (sofistikovaná elektronika, využívající u posledních modelů Mercedesu a BMW sběrnici FlexRay
Nevýhody
- Rychlá jízda s ABC a Dynamic Drive vyžaduje zvyk
- Pro vyspělého řidiče příliš mnoho proměnných v jízdním chování auta (obtížný případný odhad limitů vozidla)
- Může dobře fungovat jen v součinnosti s ESP. Jeho absence by jistě vedla k haváriím, což dokázal zmíněný byť konstrukčně odlišný systém Activa od Citroënu (Xantia ESP neměla)
Škoda
Volkswagen
Cupra
Mercedes-Benz
Ford
BMW
Audi
Opel
Renault
Toyota
Mazda
Fiat