Az Audi adaptív lengéscsillapító technológiája és a futóműszabályozás
Mert gyakran a csak alig észrevehető innovációk hoznak változást. Ilyen például az igény szerint elérhető adaptív futóműszabályozás, amely ma már számos modern gépjárműben megtalálható. Az adaptív szó alkalmazkodást jelent. Ebből következőleg az adaptív lengéscsillapító is aktívan alkalmazkodik a környezeti körülmények változásához.
Miért fontos a lengéscsillapító?
A futómű a gépkocsi és az útfelület között létesít kapcsolatot, melynek egyik fontos eleme a lengéscsillapító. Egy személyautóban általában négy darab lengéscsillapító található, egy-egy minden keréknél. Ezek az alkatrészek a karosszéria és a futómű közötti kapcsolatot szabályozzák oly módon, hogy elnyelik a rugózásból eredő mozgási energiát.
Amikor az autó egyenetlen útfelületen halad, a kerekek fel-le mozognak, amit a rugók közvetítenek a karosszéria felé. A lengéscsillapító tehát nem a rázkódást akadályozza meg, hanem kontrolláltan lelassítja és elnyeli a felfüggesztés mozgását, így a jármű stabilabban, kiszámíthatóbbán viselkedik - különösen fékezéskor, kanyarodáskor vagy rossz minőségű úton. Menet közben az útegyenetlenségek által a kerekeknél gerjesztett periodikus lengő mozgás energiáját a lengéscsillapító alakítja át hőenergiává. Ennek köszönhetően a kerékterhelés dinamikus változása gyorsabban lecseng, egyenletesebb lehet a gumiabroncs és a kerekek között az útfelület síkjában átvihető erő.
A lengéscsillapítók nemcsak a komfortért, hanem a biztonságos fékezésért, kanyarodásért és stabil iránytartásért is felelnek. Ha például túl kicsi a csillapítás, nem lesz megfelelő a kerekek tapadása az útfelületen, mert erőteljesen változik a dinamikus kerékterhelés. A szokásosnál keményebb csillapítás ugyan rontja a menetkomfortot, de biztonságosabb vele az autózás. Komfortosabban mindig csak a biztonság rovására lehet autózni.
Hagyományos lengéscsillapítók kontra adaptív rendszerek
Sportos vagy komfortos: ha autónk futóműve kerül szóba, általában ezt a két kifejezést használjuk. A hagyományos futóműveknél ez vagy-vagy, tehát vagy kényelmesen „ringatózó” típust választunk, vagy kemény, sportos modellt. Az, hogy egy futómű milyen komfortot nyújt, nagy szerepe van a lengéscsillapítónak. Ennek oka, hogy a hagyományos lengéscsillapítók karakterisztikája nem változtatható, az alkatrész mindig úgy viselkedik, ahogyan a tervezői megálmodták. Ez leegyszerűsítve leginkább attól függ, hogy a ki- és berugózás során milyen csillapítóerő valósul meg.
Audi felni választás: Ramses 18
A komfortos, vagyis lágy lengéscsillapítóknál a lengés amplitúdója lassan csökken, vagyis az autó szépen „átringatózik” az úthibákon. A sportos, csak kemény lengéscsillapítónak nevezett típusoknál ez gyorsan végbemegy, vagyis a lengéscsillapító hamar visszaáll eredeti pozíciójába. A lágy csillapítás komfortos utazást biztosít. Ez a karakterisztika hátrányos kanyarban, amikor a jármű önkormányzási tulajdonságát kell támogatni, éppen a kemény csillapítás válik szükségessé.
Arra az autógyártók már viszonylag régen rájöttek, hogy ez annyira nem jó, ezért már több évtizede elérhetők olyan lengéscsillapítók, amelyek gombnyomásra képesek karakterisztikájuk megváltoztatására. Évtizedekkel korábban alkalmaztak gombnyomásra változtatható csillapítású lengéscsillapítókat is, de a változtatás a vezetőre volt bízva. Az igényesebb gépkocsiknál ezt az ellentmondást aktív elektronikus rendszerrel oldják fel.
Az adaptív rendszerek előnyei
Napjainkban azonban, amikor egy autó belső hangulatvilágvilágítása 30 féleképp változtatható, meglepő lenne, ha pont a futóműnél nem lenne lehetőségünk folyamatos karakterisztika-változtatásra. Pontosan ezt nyújtják az adaptív futóművek, amelyek nevükhöz méltóan képesek alkalmazkodni a megváltozott útviszonyokhoz vagy a sofőr igényeihez.
Az adaptív lengéscsillapító azonnal képes alkalmazkodni eltérő minőségű útra érve, így biztosítva a tökéletes kanyarodást, legrövidebb féktávolságot és még a hirtelen irány módosítást is. Ezáltal az elektromos lengéscsillapítók lényegesen javítják a vezetési élményt, egyúttal pedig nagyobb menetkomfortot nyújtanak. Továbbá képesek a megváltozott út- és terepviszonyokhoz való igazodásra is, illetve alkalmazkodnak a megnövekedett terheléshez is, például akkor, amikor több utast vagy csomagot szállítunk.
Az új Passat - DCC Pro adaptív futómű-vezérléssel
Hogyan működnek az adaptív lengéscsillapítók?
Az adaptív futómű központi elemei az elektromos lengéscsillapítók, amelyek az elektronikus vezérlőegység utasításai alapján a gépjármű sebességének és az útfelület állapotának függvényében változtatják a lengéscsillapítás-karakterisztikájukat. Sokkal hatékonyabb, ha a csillapítást az érzékelők jelei alapján automatikusan állítja be az elektronika. A memóriában tárolt referencia értékekkel összehasonlítja a mért értékeket és ez alapján adja ki a parancsokat a beavatkozó egységnek.
Részletes összehasonlító teszt: Audi Q7 és Mercedes GLS
Szenzorok és vezérlőegység
Ahhoz, hogy a vezérlőegység pontosan „képben legyen”, több szenzor adataira támaszkodik: többek között a kerékfordulatszám, a gyorsulás mértéke, a karosszéria magassága, a pillangószelep helyzete vagy épp a kormánykerék állása is befolyásolja, hogy hogyan dönt az elektronika. Gyorsulás érzékelők, kézi kapcsoló, melyet a műszerfalon helyeznek el, mind fontos adatokkal látják el a rendszert.
Az érzékelők szerkezeti kialakítása általában azonos, de méréshatáruk és érzékenységük jelentősen eltér egymástól. A kerekeknél alkalmazottaknak a méréshatára például tízszerese a kocsiszekrényre szereltekének. Az érzékelő belsejében egy rugólapra szerelik fel az „m” tömeget, mely nyugalmi helyzetben előre meghatározott távolságban van a két szélső álló fegyverzettől. A d1 és a d2 távolságok egy - egy kapacitást határoznak meg. Amikor az érzékelőre gyorsulás hat a tömeg a rugó ellenében elmozdul és emiatt mindkét kondenzátor kapacitása megváltozik.
A vezérlőegységet a környezeti behatásokkal szemben védetten, többnyire alumínium dobozba a kocsiszekrénybe szerelik be. Általában az első utas ülés lábterében, vagy alatta helyezik el. Az elektromos hálózat sokpólusú csatlakozóval létesít kapcsolatot az elektronikával. Az öndiagnosztikát a gyújtás bekapcsolásakor az elektronika néhány másodperc alatt elvégzi. Ez a teljes elektronikusan változtatható lengéscsillapító rendszer elektromos hálózatára vonatkozik. Ez idő alatt az ellenőrzőlámpa folyamatosan világít, ha a rendszerben nincs elektromos hiba, kialszik a lámpa. Meghibásodott áramköri elem esetén az ellenőrzőlámpa villog. Például, ha karosszéria magasság érzékelője hibásodott meg és a gépkocsi sebessége kisebb 100 km/h-nál a normál csillapítási karakterisztika valósul meg.
A csillapítás megvalósítása: szelepek és folyadékok
Ezt elektronikai vezérléssel kétféleképpen valósították meg. Egyik megoldás, a ki- és berugózáshoz elektromágneses szelepeket építenek be, majd ezt vezérli az elektronika. A másik megoldás szerint az úgynevezett “egyszelepes” rendszereknél a hidraulikus folyadék csupán egy, másodpercenként akár több százszor nyitni-zárni képes szelepen halad keresztül húzó és nyomó fokozatban egyaránt.
A lengéscsillapító csőben a dugattyú alatti és feletti folyadék mennyisége a dugattyúrúd térfogatával eltér egymástól. Ennek kiegyenlítését egy rugalmas gázpárnára bízzák, melyet a lengéscsillapító belsejében alakítanak ki. Ez a változat a működés közben képződő hőt gyorsabban és közvetlenebbül át tudja adni a környezetnek, de a gáz és a folyadék tér szétválasztásához a két közeget egymástól szétválasztó dugattyút kell beszerelni. Ennél a változatnál a gáz tér a két cső közé kerül, jól elkülönül a folyadéktól. Ez hatékonyan csökkenti a habképződés veszélyét.
ABK motor főtengely jeladó problémák
A tekercsre kapcsolt gerjesztő áram mágneses hatása a szelepre erőt fejt ki, mely a rugóerő ellenében érvényesül. Ha a belső hidraulikus nyomásból származó erő és a mágnes erejének összege nagyobb a rugóerőnél, elmozdul és nyit a szelep. A legnagyobb csillapítás árammentes állapotban valósul meg. Ez az állapot az elektronikus rendszer meghibásodás esetén is. Néhány milliszekundumon belül lehetőség van a csillapítási karakterisztika változtatására az olajáramlás befolyásolása révén.
MR folyadékos rendszerek
Ugyanezt az elvet alkalmazza az amerikai Delphi Magneride rendszere, de itt nem a szelep, hanem a folyadék különleges: erős mágneses térben a viselkedése megváltozik, látszólag megnő a viszkozitása (belső súrlódása). A különleges lengéscsillapítóval megvalósított, elektronikusan szabályozott kerék-felfüggesztési rendszer hatékonyan megvalósítja a kompromisszumot a komfortos és a biztonságos futómű között. Egyszerű szerkezeti kialakítású lengéscsillapítót alkalmaz, melynek karakterisztikáját a mágneses erőtér hatására a különleges, úgynevezett MR szintetikus szénhidrogén alapú folyadék révén tudja változtatni.
Ez az anyag speciális, szénhidrogén alapú, szintetikus folyadék, mely 3-10 µm átmérőjű mágnesezhető részecskéket tartalmaz, de azok gyorsan és csak a mágneses erőtér működéséig mágnesezhetők. A mágnesezhető részecskék a folyadékban egyenletesen, véletlenszerűen oszlanak el. Ilyenkor ki és berugózáskor a dugattyú elmozdulásakor a csillapító erő annak furataiban kialakuló hidraulikus fojtástól függ. A gerjesztő áram hatására az áramlási jellemzői megváltoztathatók anélkül, hogy más lenne a viszkozitása. Így tehát különböző lengéscsillapító karakterisztikák állíthatók be rendkívül gyorsan és zajhatásoktól mentesen.
A „szemi-aktív” kerék-felfüggesztési rendszer mozgó alkatrészek nélkül valósul meg, minimális a holt löket. Az elektronika nagy sebességgel kiértékeli a kerekek és a felépítmény elmozdulásait, figyelembe veszi a vezető kívánságait, és ezek alapján széles határok között folyamatosan változtatja a lengéscsillapítást. Az érzékelő jelei, illetve az ESP rendszertől kapott információk alapján állítja be a dugattyúkba szerelt tekercs gerjesztő áramát. Ennél a rendszernél szoftveresen állítható a csillapítási tényező.
Fejlett adaptív rendszerek és integráció
Természetesen az elektromos lengéscsillapítók egy komplex rendszer részeként működnek a leghatékonyabban. A gépkocsi más elektronikus rendszereinek érzékelőitől származó adatokat, mint például a gépkocsi sebessége, a kormánykerék pillanatnyi helyzete, a hossz- és kereszt irányú gyorsulások, a futómű elektronika felhasználja a szabályozható stabilizátor és a lengéscsillapító beállításához is. Ilyen módon a kocsiszekrény elmozdulásait ez a program minimalizálja.
Ráadásul olyan, veszélyes helyzetekben is számíthatunk rájuk, mint egy hirtelen kikerülési manőver vagy épp vészfékezés: ilyenkor a vezérlőelektronika gyors reakciójának köszönhetően az adaptív lengéscsillapítók képesek az autó stabilizálására. A már említett veszélyhelyzet során például a gépjármű nemcsak a lengéscsillapítókat szabályozza, de szükség esetén bekapcsolja a blokkolásgátlót vagy a menetstabilizátort, változtat a motorteljesítményen vagy a kormányzás rásegítésén.
CDC (Continuous Damping Control) és Skyhook algoritmus
A ZF Sachs elektronikusan szabályozott lengéscsillapító rendszerét 1997-ben mutatták be. Először az Audi A8-ba, ezt követően a Ferrari Maranello-ba építették be. A CDC előnye a hagyományos lengéscsillapítóval szemben, hogy nem csak egy előre definiált csillapítási jelleggörbéje van, mely macskaköves úton, lassú menetben is ugyanazt a csillapítást adja, mint gyorsan haladva kanyarodáskor. A CDC minden menethelyzetben a legmegfelelőbb csillapítást állítja be. Ez elektronikusan szabályozható arányos működésű elektromágneses szeleppel valósul meg, amely a lengéscsillapító csőben az olaj áramlását változtatja.
A CDC képes kifogástalan együttműködésre az ESP rendszerrel. Ez a CAN hálózat révén valósulhat meg. Amikor például az ESP aktívvá válik és kormányzási beavatkozással, vagy az egyik kerék fékezésével, és ezzel párhuzamosan a motor nyomatékának csökkentésével stabilizálja a gépkocsit, a CAN hálózaton keresztül utasítást ad a CDC elektronikának és az keményebbre állítja a lengéscsillapítót annál a keréknél, amelyiknél ez szükségessé válik. Így a két elektronikus rendszer támogatja egymás hatását. Kritikus manővereknél is megtartja forgalmi sávját a gépkocsi. A tapasztalatok szerint a CDC-vel szerelt gépkocsiknál az ESP csak ritkábban avatkozik be. Ugyanis a kellő pillanatban keményre állított lengéscsillapító nyomon tartja a gépkocsit.
A jármű úgy halad el az útegyenetlenségek felett, legyen az kisebb gödör, vagy éppen kiemelkedés, akár a jelzőlámpák előtt meghullámosított útburkolat, hogy a felépítmény szinte semmilyen függőleges irányú mozgást nem végez. Ezt a hatást nem úgy érik el, hogy gyárilag jó kemény lengéscsillapítót szerelnek a gépkocsiba, hanem ez a CDC rendszer elektronikájába beprogramozott úgynevezett „Skyhook” szabályozási algoritmusnak köszönhető. Ez minden pillanatban az optimális lengéscsillapítást állítja be. Amikor lehetséges komfortosan lágy, de amikor szükséges a sportosnál is keményebb csillapításra vált át. Az elnevezés onnan ered, hogy igyekeznek azt a hatást elérni, mintha a kocsiszekrény magasan az égben lenne felfüggesztve és a föld felszínével párhuzamosan suhanna tova. Így az útfelület egyenlőtlenségei kiegyenlítődnek. Ezt a szabályozási algoritmust a ZF Sachs fejlesztette ki és 2005-ben több Opel típusban is már bevezették.
PDC (Pneumatic Damping Control)
A légrugóval szerelt gépkocsiknál alkalmazzák a PDC (Pneumatic Damping Control) lengéscsillapítókat. A csillapító erő egy hidraulikus szelep segítségével változtatható. A légrugó pillanatnyi nyomása a mindenkori tengelyterheléssel arányos. Ezt a nyomást használják fel a csillapítási karakterisztika beállítására egy fojtó furaton keresztül. A PDC szelepet közvetlenül a lengéscsillapítóra szerelik fel. Kis légrugó nyomásnál a PDC szelep nyitott kicsi lesz az áramlási ellenállás és a csillapítás is, mert a nyitott szelepen keresztül az olaj egy része meg tudja kerülni a dugattyúba szerelt szelepeket.
Alkalmazások és fejlesztések
A kényelmi és biztonsági előnyei miatt napjainkban egyre népszerűbbek az elektromos lengéscsillapítók, mára ott tartunk, hogy egy alsó-középkategóriás típusban (például a Skoda Octavia 3. generációja) is elérhető a technológia. Sőt, a közép- és felső kategóriában egyenesen megszokottnak számít. Adaptív lengéscsillapítóval még egyelőre csak a drágább kategóriájú autók rendelkeznek, ami még elérhető kategória az egyszerű ember számára az új Skoda Octavia.
A DCC Pro adaptív futóműszabályozás az új Passatban a hosszabb tengelytáv révén még nagyobb kényelmet és menetkényelmet biztosít. De ne gondoljuk, hogy adaptív futóművet csak új vagy nagyon fiatal használt autókban találunk: a Mercedes C-osztályának előző, W204-es generációjában, vagy épp a Volvo S60-as első generációjában is elérhető volt ez az extra, ezek az autók pedig nemritkán 10-15 évesek.
A 2008-as év autója címet elnyert Opel futóművét is a ZF Sachs CDC, vagyis az elektronikusan változtatható lengéscsillapító rendszere teszi különlegessé. Így valósulhat meg az, hogy a sportos vezetési stílus is összeegyeztethetővé válik a komforttal. A fejlesztőmérnököknek mindig komoly fejtörést okoz a két ellentétes szempont között megtalálni az arany középutat. Neoplan Starliner 2 (14 tonnás turista autóbusz) menetdinamikájára kedvező hatással van a CDC független kerékfelfüggesztés. A 13 m hosszú autóbuszt havas úton is könnyű a forgalmi sávban tartani. 60 km/h sebességnél is stabilan végre lehet hajtani az előzési manővert. A kerekek folyamatosan az útfelületen maradnak. Nincs billenés. A lengéscsillapítás a pillanatnyi menetviszonyokhoz folyamatosan hozzá van igazítva.
A változtatható csillapítás lehetővé teszi a gépkocsi úttartási és vezetési jellemzőinek optimális értéken tartását. A kanyarban egymástól függetlenül akár minden keréknél is más lehet a lengéscsillapítók keménysége. Elsőként 2002-ben a Cadillac Seville STS-be építették be, majd a Chevrolet Corvette-be. A jelenlegi fejlesztések arra irányulnak, hogy a kemény karakterisztikát még keményebbé tegyék, illetve a lágy még lágyabb legyen. Törekszenek a kisebb reakcióidőre és a kisebb súrlódásra a lengéscsillapító mozgó részeinél. Precízebb és gyorsabb adatnyerést és kiértékelő algoritmust szeretnének megvalósítani.
Karbantartás és meghibásodás
Egy valamire természetesen figyelni kell: mivel ezek a lengéscsillapítók felépítésüket tekintve bonyolultabbak a hagyományos modelleknél, ezért a javításuknál kiemelt figyelmet kell szentelni annak, hogy csak olyan alkatrészt építsenek be a műhelyben, ami a gyári alkatrész tulajdonságait hozza. Ilyenkor két lehetőség van: vagy gyári vagy gyári beszállítótól származó utángyártott alkatrészt választunk. A páros csere menetstabilitási és garanciális szempontból is kötelező, mivel azonos karakterisztikájú csillapítás szükséges az egyensúly fenntartásához.
A lengéscsillapító hibáját gyakran nehezen vesszük észre, pedig kopott állapotban a futómű stabilitását, a fékutat és a jármű menetbiztonságát is veszélyeztetheti. Ha imbolygást, egyenlőtlen gumikopást, hosszabb fékutat vagy olajfoltot tapasztalunk, érdemes minél előbb szakemberhez fordulni!
tags: #audi #adaptiv #lengescsillapito #információk