A Formula-1 Mercedes Teherautó Futómű Működése és Modern Autótechnológiák
Ebben a cikkben részletesen bemutatjuk a Formula-1-ben használt aktív futóművek működését, a Mercedes-Benz 4MATIC állandó összkerékhajtási rendszerét, valamint a villanymotorok sajátosságait.
Az Aktív Futóművek Története és Működése
Már több mint 30 éve, hogy a Formula-1-ben először vetették be a teljesen aktív felfüggesztést, melyet nagy sikerrel alkalmazott a Williams-Renault csapata. Később ezt a technológiát betiltották a Száguldó Cirkuszban. Az aktív felfüggesztés egyfajta gépjármű-felfüggesztés a járművön, melyek két fő osztályba sorolhatók: valódi aktív felfüggesztések és adaptív vagy félaktív felfüggesztések.
Egy fedélzeti számítógép érzékeli a karosszéria mozgását az érzékelőktől a járműben, és ezen adatok felhasználásával szabályozza az aktív és félaktív felfüggesztések működését. A valódi aktív felfüggesztési rendszerek működtetőműveleteken alapulnak, mivel egy tényleges toronydaru nyilvánvalóan nem praktikus a jelen probléma megoldására.
Az elsőként bevezetett aktív felfüggesztések külön működtetőket használnak, amelyek független erőt tudnak kifejteni a felfüggesztésre a menettulajdonságok javítása érdekében. Ennek a kialakításnak a hátrányai a magas költségek, a berendezés bonyolultsága és tömege, valamint a gyakori karbantartás szükségessége egyes megvalósításoknál.
Hidraulikusan Működtetett Felfüggesztések
A hidraulikusan működtetett felfüggesztések vezérlése hidraulika segítségével történik. Az első példa 1954-ben jelent meg, a hidropneumatikus felfüggesztéssel, amelyet Paul Magès fejlesztett ki a Citroënnél. A hidraulikus nyomást egy nagynyomású radiáldugattyús hidraulikus szivattyú biztosítja.
Mercedes 200D differenciálmű hibaelhárítás
Az érzékelők folyamatosan figyelik a karosszéria mozgását és a jármű menetszintjét, folyamatosan új adatokkal látják el a hidraulikus magasság-korrektorokat. Miközben a számítógép adatokat fogad és feldolgoz, működteti a hidraulikus szervókat, amelyek mindegyik kerék mellé vannak szerelve.
Az F1-es debütálás után az 1999-es Mercedes-Benz CL-osztály (C215) bevezette az Active Body Control-t, ahol a nagynyomású hidraulikus szervókat elektronikus számítástechnika vezérli, és ez a funkció továbbra is elérhető.
Elektromágneses Aktív Felfüggesztés
Az elektromágneses aktív felfüggesztés lineáris elektromágneses motorokat használ minden kerékhez. Rendkívül gyors reagálást biztosít, és lehetővé teszi az elfogyasztott teljesítmény regenerálását a motorok generátorként történő használatával.
Adaptív vagy Félaktív Felfüggesztések
Az adaptív vagy félaktív rendszerek csak a lengéscsillapító viszkózus csillapítási együtthatóját tudják megváltoztatni, és nem adnak energiát a felfüggesztési rendszerhez. Ez a típus a félaktív felfüggesztések leggazdaságosabb és legalapvetőbb típusa.
Ezek egy mágnesszelepből állnak, amely megváltoztatja a hidraulikus közeg áramlását a lengéscsillapítóban, ezáltal megváltoztatja a felfüggesztés csillapítási jellemzőit. Egy másik meglehetősen új módszer a MagneRide márkanévvel ellátott magnetorheológiai lengéscsillapítókat tartalmazza.
A lengéscsillapító folyadék fémrészecskéket tartalmaz. A fedélzeti számítógépen keresztül a lengéscsillapítók megfelelőségi jellemzőit elektromágnes szabályozza. Lényegében a csillapító mágneses áramkörébe áramló áram növelése növeli az áramkör mágneses fluxusát.
Mercedes-Benz 4MATIC: Állandó Összkerékhajtás
A Mercedes-Benz állandó, elektronikusan szabályozott 4x4-es rendszere - a 4MATIC - havas vagy jeges úton lenyűgöző teljesítményt nyújt. Nagy vonóerő-tartalék, kimagasló menetstabilitás, a lehető legmagasabb fokú biztonság és rendkívüli komfort tartozik a legfontosabb előnyei közé.
A felhasználási profiltól függően testre szabott rendszereket alkalmaz a Mercedes-Benz. Az új M-osztály 4MATIC-ja nemcsak a kiépített utakon nyújt biztonságos hajtást, hanem megállja a helyét terepen is. Az E-osztályban viszont olyan rendszer van, amely közúton fejti ki a lehető legnagyobb teljesítményt.
Télidőben alapvetően mindegyik 4MATIC-modellre érvényes, hogy a rendszer csak annyira képes jól dolgozni, amennyire a jármű és az altalaj kapcsolata megengedi. Ezért ezeken is szükséges a megfelelő téli gumiabroncs.
Az M-osztály 4MATIC Rendszere
A kimagasló biztonság, illetve a száraz, vizes vagy télies úton egyaránt kiegyensúlyozott menetkényelem és nagyfokú menetdinamika hozzá tartozik az állandó összkerékhajtású M-osztály harmadik nemzedékének különleges erősségeihez. Az új M-osztály opcionális ON&OFFROAD-csomagja hatféle menetprogrammal optimalizálja a menetdinamikát és a menetbiztonságot: a legkülönbözőbb út- és terepviszonyokra mindig az eszményi hajtóművezérlés szolgál.
Chiptuning a Mercedes E 270 CDI-hez
Egy automatikus program, két különleges terep- valamint három közúti program, a „téli”, a „sport” és az „utánfutó-vontatás” áll rendelkezésre. Ha a szintén opcionális, aktív ACTIVE CURVE SYSTEM (ACS) dőlés-stabilizálással kombinálják az ON&OFFROAD-csomagot, akkor még dinamikusabb vezetési élmény, kimagaslóbb járműkontroll és nagyobb fokú menetbiztonság az eredmény.
Az E-osztály 4MATIC Rendszere
Akárcsak a száraz vagy vizes útra vonatkozó hangolás esetében, télies útviszonyok között is ugyanaz érvényes az E-osztály 4MATIC-hajtással felszerelt modelljeire: mindig a menetstabilitás és az aktív biztonság áll előtérben. Optimális előfeltételeket teremt ehhez a 4MATIC mechanikai alapja: a 45:55 százalék arányú nyomatékelosztás az első és a hátsó tengely között, illetve a központi differenciálmű lamellás tengelykapcsolójának 50 newtonméternyi alap-záróhatása.
Ez az alapkoncepció nagyfokú vonóerő-átvitelt tesz lehetővé, mivel gyorsítás közben dinamikus átterhelődés jön létre a hátsó tengelyre, és ezt kihasználva ott nagyobb hajtónyomaték hasznosítható. A lamellás differenciálzár azonban arra is képes, hogy 30:70, illetve 70:30 arány között változtassa a nyomatékarányt az első és a hátsó tengely között, amennyiben az útviszonyok ezt megkívánják.
Első ízben kapható az E-osztály egy modellje, az E 250 CDI 4MATIC BlueEFFICIENCY, négyhengeres dízelmotorral és 4MATIC hajtással. A 150 kW (204 LE) teljesítményű motor nagyfokú menetkomfortot nyújt, megfelelő menetteljesítményekkel. Mégis csak 5,6 liter per 100 km a NEFZ szabvány szerint mért fogyasztás, miáltal ez a kategória leghatékonyabb összkerékhajtású dízelautója.
A Mercedes-Benz összkerékhajtású kínálata a német piacon jelenleg 49 személyautó-modellt ölel fel, és nagyon sokrétű: az E-osztály és a szintén limuzin-, illetve T-Modell karosszériával kapható C-osztály mellett gazdagítja az S osztály, a CL luxus-kupé, a négyajtós CLS kupé és az R osztály 4MATIC-palettáját is. Ezeket egészíti ki az M-osztály idén bemutatott harmadik nemzedéke, a GLK és a teljes méretű SUV, a GL. A több mint harminc éve gyártott G-osztály előnyei pedig elsősorban terepen érvényesülnek - továbbra is ez számít a világ egyik legjobb terepjárójának.
A Villanymotorok Különlegességei
A villanymotornak (vagy ahogy a szakmában emlegetik, villamos gépeknek) több típusa létezik. Az egyenáramú motor legfontosabb tulajdonsága, hogy közvetlenül egyenáramról, tehát akár akkumulátorról is működtethető. A váltakozó áramúhoz a megfelelő fázisszámú és frekvenciájú villamos energia szükséges. Az univerzális mindkét fajtáról képes működni.
Minden villanymotor tartalmaz álló- és forgórészt. Mindkét résznek rendelkeznie kell valamilyen mágneses térrel, amiből az egyik előállítható állandó mágnesek segítségével, olyankor lesz a motor állandó mágneses. Ha mindkét részben elektromágnes van, akkor gerjesztett a motor.
Az akkumulátoros autókba, ahol alapvetően rendelkezésre áll az akkumulátorból kijövő egyenáram, adná magát, hogy egyenáramú motort tegyünk. A egyenáramú motorok szabályzásának bonyolultsága, a váltakozó áramú motorok jobb karakterisztikája és a kopó alkatrész hiánya viszont az utóbbiak felé terelte a fejlesztőket.
Egy két egyedi építéstől eltekintve a villanyautókban kizárólag szinkron és aszinkron motorokat fogunk találni. Mindkét villamos gép képes motor és generátor üzemben is működni, ez az alapja a regeneratív fékezésnek. Motor üzemben elektromos áram segítségével forgó mozgást készítünk.
Egy rövidre zárt forgórészű aszinkron vagy a gerjesztett szinkron motor gyártásához nincs szükség semmilyen ritka földfémre, mágneses anyagokra (pl neodímiumra). A villanymotor nyomatéka már nulla fordulattól, azaz álló helyzetből maximális, ha nincs bekapcsolva a kipörgésgátló, lazán elforgatja a kerekeket.
Nincs szükség külső erőforrásra a beindításához, nincs alapjárat, nincs nagy veszteség kis fordulaton sem. Cserébe képes hihetetlenül magas, F1-es motorokat megszégyenítő fordulatszámra is! A felső fordulatszámhatárt lényegében a forgó rész átmérője és szilárdsága adja meg.
A villanymotornál tehát kuplungra semmi szükség, mert nem történik semmi, ha a tengelye megáll az autó kerekével együtt. A széles fordulatszám tartomány miatt pedig váltóra sincs szükség, mert egy egyszerű fogaskerék áttétel (ami egyben a differenciálmű is lehet) elegendő a kerék és a motor tengelyének közös nevezőre hozásához.
A nagy sebességnél fellépő nyomaték és hatásfokvesztés miatt elméletileg jobb lenne, ha egy másik áttétellel visszavennénk a fordulatszámot, a gyakorlatban azonban közel akkora veszteség keletkezne azon a fogaskerékpáron, amennyivel nőne a motor hatásfoka. Tehát a semmiért szerelnénk be plusz 20-30 kg tömeget az amúgy sem könnyű villanyautóba. Felesleges!
A villanyautóban természetesen jelentősebb helyet foglal a motorvezérlő elektronika. Sokkal nagyobb áramokat kell kontrollálnia, de nem feltétlenül bonyolultabb a hagyományos autóénál.
A villanymotor működési tartománya nagyon egyszerűen hozzáilleszthető a járművek kerekének forgásához. Képes nagyságrendileg ugyanabban a tartományban működni és a nyomatékleadása is megfelelően egyenletes. A felhasználó természetesnek fogja érezni az autó viselkedését minden sebességtartományban.
A pedállal csak be kell állítani a kívánt gyorsulás mértékét és a motorvezérló elektronika továbbítja a motor felé a megfelelő nagyságú áramot.
Összefoglaló
A modern autótechnológiák, mint az aktív futóművek, a 4MATIC összkerékhajtás és a villanymotorok, jelentősen javítják a járművek teljesítményét, biztonságát és kényelmét. Ezek a fejlesztések folyamatosan fejlődnek, hogy megfeleljenek a felhasználók igényeinek és a környezetvédelmi előírásoknak.
A hihetetlen F1-es felfüggesztés, ami annyira jó volt, hogy betiltották
A hihetetlen F1-es felfüggesztés, ami annyira jó volt, hogy betiltották
Érdemes megnézni egy videót, amely bemutatja, hogyan működik az aktív futómű egy Formula-1 autóban. Ez segít jobban megérteni a technológia előnyeit és működési elvét.
Táblázat: A Mercedes-Benz 4MATIC rendszereinek összehasonlítása
| Jellemző | M-osztály 4MATIC | E-osztály 4MATIC |
|---|---|---|
| Felhasználás | Közúti és terep | Elsősorban közúti |
| Menetprogramok | 6 (automatikus, 2 terep, 3 közúti) | Nincs külön menetprogram |
| Nyomatékelosztás | Változó | 45:55 (alap), 30:70 - 70:30 (változó) |
| Kiegészítő | ON&OFFROAD csomag, ACTIVE CURVE SYSTEM | Nincs külön kiegészítő |