Adaptív lengéscsillapító karakterisztika kihívásokkal teli terepen
A futómű a gépkocsi és az útfelület között létesít kapcsolatot, melynek egyik fontos eleme a lengéscsillapító. A lengéscsillapító feladata a jármű és az út között folyamatos kapcsolatot biztosítson. A lengéscsillapító feladata a gépjárművek stabilitásának, kormányozhatóságának és kényelmének biztosítása. Elnyeli az alkatrészek rázkódását, illetve az ütéseket is, mindeközben a mechanikus energiát hőenergiává alakítja. A kényelmi faktor mellett elsősorban a vezetés biztonságát szolgálja.
A lengéscsillapító tehát nem a rázkódást akadályozza meg, hanem kontrolláltan lelassítja és elnyeli a felfüggesztés mozgását, így a jármű stabilabban, kiszámíthatóbb viselkedik - különösen fékezéskor, kanyarodáskor vagy rossz minőségű úton. Menet közben az útegyenetlenségek által a kerekeknél gerjesztett periodikus lengő mozgás energiáját 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. Ha például túl kicsi a csillapítás, nem lesz megfelelő a kerekek tapadása az útfelületen, mert erőteljesen változik a dinamikus kerékterhelés. A lengéscsillapító feladata a jármű lengéseinek időbeni korlátozása. Ezért a kocsitest és a futómű közé lengéscsillapítókat építenek be.
A lengéscsillapítók alapelvei és típusai
A lengéscsillapítók működése hidraulikus munkaközeggel, sebességfüggő áramlási ellenállással, különböző hatású szelepekkel érhető el. Ezért tehát a gépjárműveknél elsősorban teleszkóp szerűen kialakított, hidraulikus lengéscsillapítókat alkalmaznak. Ezt a kerék és a felépítmény közé szerelik be, rugalmas rezgés-, és zajcsillapító elemmel (gumi betétekkel) kiegészítve. A lengéscsillapítók tartályházában elhelyeznek egy munkahengert, melyben a dugattyú összenyomáskor lefelé mozogva kiszorítja az olajat az alkatrész alsó rétegeibe. Munkahenger helyett itt egy tartályt találunk, a dugattyú ezáltal két kamrára osztja a lengéscsillapítót.
Mind az olajos, mind pedig a gázos lengéscsillapító hidraulikus alkatrész. Az utóbbi típus gyakorlatilag annyiban tér el a másik változattól, hogy plusz egy nitrogéngáz-tartály is van benne, ami a habosodás megelőzésére szolgál. A lengéscsillapító csőben a dugattyú alatti és feletti folyadék mennyisége a dugattyúrúd térfogatával eltér egymástól. Ennek kiegyenlítését egy rugalmas gázpárna bízzák, melyet a lengéscsillapító belsejében alakítanak ki. Ennél a változatnál a gáz tér a két cső közé kerül, jól elkülönül a folyadéktól. Ez hatékonyan csökkenti a habképződés veszélyét. 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.
Változtatható csillapítási karakterisztika: komfort és biztonság
A másik fontos szempont az, hogy az ellentétes mozgásirányokban (be-, és kirugózáskor) célszerű, ha különböző erősségű csillapítást valósítanak meg. Általánosságban elmondható, hogy hozzávetőleg 30-50%-a a berugózási, a kirugózásinak. Ha pedig gödörbe fut a kerék, nem fog egészen az úthiba legalsó pontjáig elmozdulni, ahonnan ismét gyorsulhat visszafelé.
Sokkal kedvezőbb a változtatható csillapítási karakterisztika. Ez megvalósítható egyszerű módon egy változó keresztmetszetű megkerülő csatornával a dugattyú löket függvényében. Évtizedekkel korábban alkalmaztak gombnyomásra változtatható csillapítású lengéscsillapítókat is, de a változtatás a vezetőre volt bízva. 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.
A lágy csillapítás komfortos utazást biztosít. A szokásosnál keményebb csillapítás ugyan rontja a menetkomfortot, de biztonságosabb vele az autózás. Komfortosabban mindig csak a biztonság rovására lehet autózni. Az igényesebb gépkocsiknál ezt az ellentmondást aktív elektronikus rendszerrel oldják fel. A sportos, mégis megfelelő utazási kényelem gondoskodik a még nagyobb utazási biztonságról. A változtatható csillapítás lehetővé teszi a gépkocsi úttartási és vezetési jellemzőinek optimális értéken tartását.
Érzékelők szerepe az adaptív rendszerekben
Az adaptív rendszerek külső környezethez alkalmazkodva, automatikusan változtatják a csillapítás mértékét. 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. Gyorsulás érzékelők mérik a dinamikus mozgásokat. Kézi kapcsoló, melyet a műszerfalon helyeznek el, lehetőséget ad manuális beavatkozásra is.
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 mindét kondenzátor kapacitása megváltozik. Ilyen módon a kocsiszekrény elmozdulásait ez a program minimalizálja. Ez az elektronikusan szabályozott futómű csökkenti az útfelület felől jövő gerjesztéseket. Különösen előnyös, amikor úthibáktól érkeznek dinamikus hatások. Ilyenkor lágyabb csillapítást állít be az elektronika. Ezzel a komfort szempontjai érvényesülnek. Ez a karakterisztika hátrányos kanyarban, amikor a jármű önkormányzási tulajdonságát kell támogatni, éppen a kemény csillapítás válik szükségessé.
Lengéscsillapító felépítése, részei, működése, hibái
Fejlett elektronikus rendszerek: CDC és "Skyhook" algoritmus
A ZF Sachs elektronikusan szabályozott lengéscsillapító rendszerét 1997-ben mutatták be. A CDC (Continuous Damping Control) előnye a hagyományos lengéscsillapítóval szemben, hogy nem csak egy előre definiált csillapítási jelleggörbéje van, hanem minden menethelyzetben a legmegfelelőbb csillapítást állítja be. Ez elektronikusan szabályozható arányos működésű elektromágneses szeleppel válik lehetővé. Ez a lengéscsillapító csőben az olaj áramlását kisebb, vagy nagyobb értékre állítja be. A CDC minden menethelyzetben a legmegfelelőbb csillapítást állítja be. Ilyen lengéscsillapító változatokat már évtizedek óta alkalmaznak, de világviszonylatban is újnak számít az olyan elektronikus futómű technika, mely intelligens kapcsolatban van a gépkocsi más elektronikus rendszereivel is.
Koni lengéscsillapítók - teszt és összehasonlítás
Az elektronikusan szabályozható, arányos működésű szeleppel az olaj átáramlása folyamatosan állítható kirugózáskor és berugózáskor egyaránt. Ezen kívül a lengéscsillapító dugattyúját mindkét mozgásirányban kiegészítő szelepekkel is ellátták. A CDC2e-nél a lengéscsillapítóba két kiegészítő szelepet építettek be a ki- és a berugózási fokozathoz, mely külön-külön szabályozható. Ezen kívül további szelepek is rendelkezésre állnak a beállításokhoz.
Együttműködés az ESP rendszerrel
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.
Normál utazás során növeli a komfortot, kritikus forgalmi viszonyok között viszont, növeli a menetbiztonságot. 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.
A gyakorlatban a különböző gépkocsi típusoknál többféle megoldással lehet találkozni. A kétcsöves, gáz töltésű lengéscsillapítóba egy előfeszített rugóval zárva tartott szelepet szerelnek be. Ennek közelében helyezik el a működtető tekercset. Árammentes állapotban a szelepet zárva tartja a rugóerő. A csillapítási tényezőt a dugattyúban kialakított szelepek határozzák meg, melyek kemény csillapítást adnak. 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. Az alábbi ábrán kétcsöves gáztöltésű lengéscsillapítót látunk, melynél a csövön kívül helyezték el az elektromágneses szelepet. Néhány milliszekundumon belül lehetőség van a csillapítási karakterisztika változtatására az olajáramlás befolyásolása révén. A CDC szelepen keresztül úgy ki-, mint berugózáskor átáramlik az olaj.
Példák az adaptív rendszerek alkalmazására
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. A 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.
PDC (Pneumatic Damping Control) és MR folyadékos lengéscsillapítók
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.
Az eddigi alkalmazások bizonyítják, hogy alkalmas arra, hogy javítsa a gépkocsik úttartását és vezetési tulajdonságait méghozzá úgy, hogy nem növeli bonyolult megoldásokkal a tömeget. 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 (magnetoreológiai) 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. Ebből a szempontból a lágyvashoz hasonlóan viselkednek ezek a részecskék. 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. „Szemi-aktív” kerék-felfüggesztési rendszer valósul meg, mozgó alkatrészek nélkül. 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. A kanyarban egymástól függetlenül akár minden keréknél is más lehet a lengéscsillapítók keménysége. 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.
Összehasonlító táblázat: Lengéscsillapító típusok
| Típus | Csillapítás állíthatósága | Komplexitás | Fő előnyök |
|---|---|---|---|
| Hagyományos hidraulikus | Nem állítható (fix) | Egyszerű | Költséghatékony, alapvető feladatellátás |
| Gáztöltésű hidraulikus | Nem állítható (fix) | Közepes | Habképződés csökkentése, jobb hőelvezetés |
| Elektronikusan szabályozott (pl. CDC) | Folyamatosan, automatikusan | Magas | Optimalizált komfort és biztonság minden helyzetben |
| Magnetoreológiai (MR) | Rendkívül gyorsan, automatikusan | Magas | Mozgó alkatrészek nélkül, finomhangolás |
| Pneumatikus (PDC) | Hidraulikus szelep révén, légnyomás alapján | Magas | Légrugós rendszerekkel integrálva, terhelésfüggő |
Lengéscsillapító hibák és karbantartás fontossága
A lengéscsillapítók az autó többi alkatrészéhez hasonlóan elkopnak. Az elhasznált lengéscsillapító miatt a gépkocsi stabilitása csökken. Mivel hibás lengéscsillapítóval a kerék nincs folyamatosan az útra szorítva, így fékezéskor ez könnyen kialakulhat. A lengéscsillapító meghibásodása több tényezőre is visszavezethető. Természetesen lehet szó az alkatrészek hibájáról, vagy olajhiányról a tartályban, szimplán csak egy kihagyott, sokáig halasztott szervízelésről. De mindemellett olyan környezeti hatások is elősegíthetik a lengéscsillapító elhasználódását, mint a hirtelen nagy hőmérséklet esés, vagy a nagy mértékű kosz és különféle kémiai anyagok behatása. Ehhez hozzáadódik a mindennapi használat milyensége is.
Minden különösebb probléma nélkül átlag húsz ezer kilométerenként érdemes ellenőriztetni. A hideg idő megterheli az alkatrészt, tavasszal érdemes beiktatni egy szervízelést. A hidraulikus lengéscsillapítók hibájára utal, ha kerékcsere alkalmával a lengéscsillapító házán olajpára vagy olajszivárgás található. Ha a lengéscsillapító szárára felszerelt porvédő harmonika kiszakad, a kerekek által felvert szennyeződések könnyen a lengéscsillapító szárára kerülhetnek. A szennyeződések idővel a lengéscsillapító házában elhelyezkedő tömítés kopását okozzák, aminek hatására a csillapítást végző hidraulika folyadék a külvilága távozik. A lengéscsillapító hibájára utal, ha a gumi futófelületének közepén kagylós kopások fedezhetők fel. A biztonságos közlekedés érdekében az elhasználódott lengéscsillapítót amint lehet cseréljük.
A lengéscsillapító hibájának jelei
A kopott lengéscsillapító nem tud tökéletesen működni, így az autó kanyarokban vagy rosszabb útfelületen erősen rázkódik. A szerkezet hibájára utalhat ha kopogó, kattogó hangot hallunk a motorháztető felől vagy ha fékezéskor az autó kissé húz valamelyik irányba. Ha a gumiabroncs egyenetlenül foltokban kopik, szintén a lengéscsillapító gondolhatunk. Az autó furcsa tartása is árulkodó lehet. Ha üres helyzetben a jármű hátulja nagyon lesüllyed vagy éppen indokolatlanul felemelkedik, annak oka általában a lengéscsillapító helytelen működése. A lengéscsillapító hiba komoly hatással lehet egy autó vezethetőségére és biztonságára, ezért fontos időben felismerni a problémát. Ha ezek az alkatrészek meghibásodnak, az autó instabillá válhat, megnőhet a féktávolság, és az abroncsok is gyorsabban kopnak. A probléma gyakran észrevétlen marad, mert a lengéscsillapítók fokozatosan veszítenek hatékonyságukból, így a sofőr lassan alkalmazkodik a változásokhoz. Az egyik legelső jel a kormányzás pontatlansága vagy az autó irányíthatóságának csökkenése, különösen nagyobb sebességnél vagy kanyarodáskor. Egy másik árulkodó jel a túlzott rugózás, amikor az autó az úthibák után hosszabb ideig "pattog". Ha a lengéscsillapítók hibásak, a fékezési távolság is jelentősen megnőhet, mivel az abroncsok nem maradnak megfelelően az úton. Az egyenetlen abroncskopás szintén egyértelmű jele lehet a problémának, mivel a rosszul működő lengéscsillapítók nem osztják el egyenletesen a terhelést.
A meghibásodás okai és következményei
A lengéscsillapítók elhasználódása természetes folyamat, amely az idő előrehaladtával minden járműnél bekövetkezik. Az egyik leggyakoribb ok a rossz minőségű útfelület, amely fokozott igénybevételnek teszi ki az alkatrészt. A gyakori nagy sebességű közlekedés, az agresszív vezetési stílus, valamint a túlterhelt autó szintén gyorsabb kopáshoz vezethet. A lengéscsillapítók meghibásodása nem csupán a vezetési élményt rontja, hanem komoly biztonsági kockázatot is jelent. Egy rossz állapotú lengéscsillapító jelentősen megnövelheti a féktávolságot, ami vészhelyzetben végzetes lehet. Emellett az autó instabillá válhat kanyarodáskor, különösen nedves vagy csúszós úton. A lengéscsillapítók nem csupán a vezetési stabilitást biztosítják, hanem a futómű többi elemét is védik a túlzott igénybevételtől. Ha a lengéscsillapítók rosszul működnek, az további terhelést jelent a rugókra, a gömbfejekre és a lengőkarokra, ami gyorsabb kopáshoz és drágább javításokhoz vezethet. A legtöbb szakértő azt javasolja, hogy a lengéscsillapítókat 80 000-100 000 kilométerenként ellenőrizzék és szükség esetén cseréljék. Fontos, hogy a lengéscsillapítókat mindig párban cseréljék, hogy az autó stabilitása egyenletes maradjon. A lengéscsillapító hiba komoly hatással lehet a jármű irányíthatóságára, biztonságára és az abroncsok élettartamára. A leggyakoribb jelek közé tartozik a megnövekedett féktávolság, az instabil kanyarodás és az egyenetlen abroncskopás. A problémát leggyakrabban az alkatrész természetes kopása, rossz útviszonyok vagy túlzott terhelés okozza. A rendszeres ellenőrzés és a szükség szerinti csere elengedhetetlen ahhoz, hogy az autó mindig biztonságosan közlekedjen.
Lengéscsillapító rendszer elemei és karbantartása
A lengéscsillapítók csendben, de folyamatosan dolgoznak - észrevétlenül biztosítják a kényelmes utazást, stabil kormányzást és rövid fékutat. A lengéscsillapító nem önálló alkatrész, hanem a futómű része, amelyet több más elem (pl. porvédő, ütköző, rugó) egészít ki. A porvédő megakadályozza, hogy por, víz vagy sár bejusson a lengéscsillapító belső részébe. Az ütköző védi a teleszkópot a végállásban történő túlütéstől. Igen, ajánlott, hogy a porvédőt és az ütközőt is cseréljék, mert ezek védik a lengéscsillapítót a kosztól és a mechanikai sérülésektől.
A hátsó lengéscsillapító a motorkerékpár hátsó futóművének központi eleme. Feladata a rugóval (ami az energiát tárolja) együttműködve a csillapító egység elnyeli a kerék mozgásából eredő energiát, és lelassítja a rugózás sebességét. Ezzel megakadályozza a motor túlzott be- és kirugózását. Jelentősége abban rejlik, hogy fenntartja a hátsó kerék állandó tapadását az úttal, ami kritikus a biztonságos fékezéshez, a gyorsításhoz és a kanyarstabilitáshoz.
tags: #lengescsillapito #karakterisztika #terepre