3. fejezet - Rugózás és stabilizátorok

Tartalom
3.1. Futómű a biztonság záloga
3.1.1. A futóművek feladatai sokrétűek
3.1.2. Egy adott futómű tulajdonságai
3.2. A személygépkocsik rugózása
3.2.1. A gépkocsi, mint két tömegű lengőrendszer
3.2.2. A személygépkocsiknál menet közben kialakuló lengések
3.2.3. Rugózott és rugózatlan tömegek
3.3. A gépjárműveknél alkalmazott rugó fajták
3.4. Stabilizátor kialakítása és feladata
3.4.1. Aktív és félig aktív stabilizátorok
3.4.2. Porsche Cayenne és VW Touareg –nél alkalmazott aktív stabilizátor
3.4.3. BMW „Dynamic Drive” aktív stabilizátor
3.4.4. Teneco Kinetic
3.5. Személygépkocsik légrugózással
3.5.1. VW Passat légrugózással és elektronikus szintszabályzással
3.5.1.1. A légrugó
3.5.1.2. Kompresszor és elektronika
3.5.1.3. Szintérzékelő
3.5.1.4. A tengelyterhelés függő fékerő módosító működése
3.5.1.5. A személygépkocsiknál alkalmazott légrugók
3.5.2. Audi A6 légrugós futóművel
3.5.2.1. Sűrített levegő ellátás
3.5.2.2. HALL elemes szint érzékelő
3.5.3. Audi Allroad Qattro
3.5.3.1. Sűrített levegő ellátó egység
3.5.3.2. Szint érzékelő
3.6. Aktív kerékfelfüggesztés
3.6.1. Mitsubishi Galant szemi-aktív kerékfelfüggesztés
3.6.2. Citroën hidraktív kerékfelfüggesztés
3.6.3. Mercedes Activ Body Controll (ABC)
3.7. Haszonjárművek elektronikus légrugózása
3.7.1. A fejlesztések főbb céljai
3.7.2. A haszonjárműveknél alkalmazott légrugók
3.7.3. Légrugó szintállító szelepek
3.7.4. Légrugó és laprugó kombinációja
3.7.5. Elektronika a légrugózásnál
3.7.5.1. Wabco ECAS
3.7.5.2. Elektronikus légrugózás, lengéscsillapítással kombinálva ESAC
3.7.5.3. A pótkocsihoz ELM
3.7.5.4. Intelligens légrugózás új érzékelővel
3.7.5.5. Vezetőfülke rugózás és lengéscsillapítás sűrített levegővel
3.7.5.6. Knorr-Bremse ELC 4
3.7.5.6.1. Szintérzékelő
3.7.5.6.2. Az ELC elektronikája
3.7.5.6.3. Elektromágneses szelep egységek
3.7.5.6.4. Kapcsolók és ellenőrző lámpák

3.1. Futómű a biztonság záloga

Az utóbbi évek baleseti statisztikai adatait elemezve megállapítható, hogy Németországban a halálos kimenetelű balesetek harmad része azért következik be, mert a gépkocsi elhagyta az útpályát. Ennek okait tovább kutatva az derült ki, hogy ezekben az esetekben a következő tényezők játszanak fontos szerepet:

  • a gépkocsivezető figyelmetlensége,

  • a körülményekhez képest túl nagy a sebesség,

  • a rossz minőségű útburkolat.

Annak valószínűsége, hogy a gépkocsi az úton marad, annál nagyobb, minél biztonságosabban működik a futómű. Ebben a konstrukciós kialakításon kívül fontos szerepet játszik az üzemeltetés során végzett karbantartás is.

A rugózás és a következő fejezetben tárgyalandó lengéscsillapítás a futómű fontos részét képezik, ezért jelentős hatása van a közlekedésbiztonságra.

A futóműnek azért nagy a jelentősége, mert ez létesít kapcsolatot a gépkocsi és az útfelület között, tehát elsődlegesen felelős az útpályán maradásért.

A tömegből adódó tehetetlenségi erőkön, a vonó- és a fékező erőn kívül még aerodinamikai erők is létrejönnek a kocsiszekrényen. Ezen külső erők és nyomatékainak hatását a gumiabroncsok felfekvő felületei és az útfelület között ébredő reakcióerők ellensúlyozzák.

3.1.1. A futóművek feladatai sokrétűek

  • Rugózott módon hordozza a gépkocsi és rakományának tömegét.

  • A kerekeknek csapágyazott felfüggesztést biztosít.

  • Lehetővé teszi a gépkocsi biztonságos és komfortos haladását.

  • Menet közben az út egyenetlensége által gerjesztett lengéseket és rezgéseket csillapítja.

  • A mozgáson kívül, ha szükséges lehetővé teszi a biztonságos megállást.

  • Lehetővé teszi a vonóerő és a fékező erő biztonságos átvitelét.

  • Haladás közben a jól megszerkesztett futómű hozzájárul a nyomtartó haladáshoz.

  • Kiküszöböli a zavaró körülmények hatásait a gépkocsira, mint például az oldalszél.

Röviden összefoglalva a futómű teszi lehetővé:

  • a biztonságos közlekedést és

  • a komfortos utazást,

Az utazási komfort

Ezen a kifejezésen azt értjük, hogy menet közben az útegyenetlenségeket a vezető és az utasok egyáltalán nem érezik, mint lengéseket, vagy rezgéseket. Ennek érdekében a kerekek függőleges irányban előre definiált módon ki tudnak térni. Elinduláskor, illetve fékezéskor nem következik be a karosszériánál bólintó mozgás, a kanyarban pedig a kocsiszekrény megdőlése.

A menetbiztonság

Ez alatt azt értjük, hogy menet közben a kerekeknek előre meghatározott módon olyan helyzetben kell lenniük, hogy képesek legyenek az ébredő erőket (pl. oldalvezető erőt, fékező, vagy vonóerőt) biztonságosan átvinni az útfelületre. A kerékfelfüggesztés rugózatlan tömegei lehetőleg kicsik legyenek.

3.1.2. Egy adott futómű tulajdonságai

A vezető szubjektív véleményén túl az alábbi menetviselkedések alapján minősíthető a futómű:

  • egyenes meneti viselkedés,

  • állandó sebességű haladás kör pályán,

  • viselkedés átmeneti körülmények között,

  • terhelés változás ívmenetben,

  • fékezés kanyarban,

  • oldalszél érzékenység,

  • alul-, illetve túlkormányzott viselkedés.

Ebben a fejezetben az elektronikus működésű rugózási és lengéscsillapítási rendszerekről adunk áttekintést. Sok esetben alkalmaznak elektronikus működésű változtatható karakterisztikájú lengéscsillapítókat. Ezek együttesen pedig már a szemiaktív és az aktív kerékfelfüggesztés részei.

3.2. A személygépkocsik rugózása

A gépkocsi kerekei és a kocsiszekrény közé a minél komfortosabb utazás érdekében rugókat szerelnek. A fúvott gumiabroncsok rugalmassága is ezt a célt szolgálja, de önmagában nem tudják a komfort igényeket kielégíteni. Az utasok kényelmét az ülések rugózása tovább fokozza. Ezeket a rugalmas elemeket egymással össze kell hangolni.

A rugózás révén a gépkocsi több tömegű lengő rendszerré válik. Saját lengésszámát a saját tömeg, a rugó- és a lengéscsillapító karakterisztikák határozzák meg.

3.2.1. A gépkocsi, mint két tömegű lengőrendszer

A matematikai modellalkotásnál a gépkocsi tömegét két részre osztjuk. A kerekek, a kerékfékszerkezet, a kerékfelfüggesztés és a hajtó féltengely tömegének egy része alkotják a rugózatlan tömeget. A rugózott tömeg pedig a karosszéria és az abba szerelt egységek.

A két tömegű lengő rendszer matematikai modellje.
3.1. ábra - A két tömegű lengő rendszer matematikai modellje.


A kéttömegű lengőrendszer mozgási egyenletei

A fenti kettébontásnak megfelelően írhatjuk fel az egyes részekre a mozgásegyenleteket.

A mozgásegyenletek összevonásából adódik a következő összefüggés:

Az egyenletrendszer megoldása és grafikus ábrázolása után vizsgálhatók, elemezhetők a különféle futómű konstrukciók viselkedése.

Az egyenlet megoldásaként adódik a felépítmény gyorsulás és a dinamikus kerékterhelés nagyítási tényezője. A következő ábra az egyszerű lengő rendszerre vonatkozó összehasonlításokat teszi meg. A kéttömegű lengő rendszerként modellezett „D” változatnál két rezonancia csúcs mutatkozik. Az egyik a felépítmény saját frekvenciájánál, a másik pedig a futómű saját frekvenciájánál. Jelentős különbség látszik az „A” és a „B” modellnél, melyeknél nincs rugózás a felépítménynél sem és a keréknél sem, illetve az utóbbinál ahol a keréknél nincs rugózás. A felépítmény gyorsulás és a dinamikus kerékterhelés változás végtelen nagy. A frekvencia növekedésével véges értékű marad. Ez a probléma a rugózott fúvott abroncsokkal megszűnik. A „C” modellnél már a menetkomfort és a menetbiztonság is kedvezőbbé válik. Csak a „D” modellnél lesz kisebb a nagyítási tényező a rezonancia frekvenciáknál. Ez a jármű 240 km/h sebességgel is közlekedhet anélkül, hogy kerékpattogás lépne fel. biztonsági okból a „C” jelű modellnek megfelelő jármű csak 8 km/h sebességgel közlekedhet.

A különböző futómű konstrukcióknál a dinamikus kerékterhelések változása.
3.2. ábra - A különböző futómű konstrukcióknál a dinamikus kerékterhelések változása.


3.2.2. A személygépkocsiknál menet közben kialakuló lengések

Menet közben, amikor a gépkocsi kereke az útfelület mélyedésein, vagy kiemelkedésein gördül át, a kerekek és a karosszéria is lengéseket végeznek. Ha a kerék felfelé mozdul, összenyomja a rugót, ezért a rugóerő felfelé gyorsítja a kocsiszekrényt. A kirugózáskor során csökken a rugóerő és lassul a karosszéria, majd eléri a felső holtpontot. A rugóerő csökkenésekor a nehézségi erő a karosszériát függőlegesen felfelé gyorsítja, és áthalad a nyugalmi helyzeten. Ennek során a rugó összenyomódik, a létrejövő rugóerő a karosszéria mozgását az alsó holtpontig lefékezi. A felsőtől az alsó holtpontig tartó utat a lengés amplitúdójának nevezik. Ez a mozgásfolyamat addig ismétlődik, ameddig a rugó és a kerékfelfüggesztés elemeinek belső súrlódása és a beépített lengéscsillapító a mozgási energiát hővé alakítja. A csillapító fontos szerepet játszik a lengés amplitúdójának mérséklésében.

A személygépkocsi rugózó elemei.

A gumiabroncsok, a futómű és a kocsiszekrény közötti és az ülésekbe beépített rugók.

3.3. ábra - A személygépkocsi rugózó elemei.


3.2.3. Rugózott és rugózatlan tömegek

A gépjármű rugózott tömege a kocsiszekrény, az utasok és szállítmány együttes tömege. Ennek a résznek az önfrekvenciája személygépkocsiknál 10 – 16 Hz közötti tartományban van. A rugózatlan tömeg a kerék, a kerékagy, a fékszerkezet és a kerékfelfüggesztés elemeinek egyes részéből adódik össze. Ennek a résznek az önfrekvenciája 1 – 1,5 Hz közötti tartományban van. Ezeket a frekvenciákat elsődlegesen a tömegek és a rugóállandók határozzák meg. A nagyobb tömeg és a lágyabb rugó kisebb frekvenciát eredményez. Az előzőekben említett részeket a rugók kapcsolják egymáshoz. Emiatt azok kölcsönösen hatnak egymásra. A két tömeg egymástól függetlenül különböző frekvencia tartományokban leng. A két tömeg közé szerelt lengéscsillapító csökkenti az amplitúdót és a lengés lecsengése rövidebb lesz.

Fontos, hogy a rugózatlan tömeg minél kisebb legyen, mivel így csökken a tehetetlenségi erő és a periodikusan ható erők miatt a kerék nem fog elválni az útfelületről. Ha ez mégis megtörténik, azért veszélyes, mert ilyenkor a gumiabroncs nem tud erőt átadni az útfelületre.

A személygépkocsi rugózott és a rugózatlan részei és az ott ébredő lengések.
3.4. ábra - A személygépkocsi rugózott és a rugózatlan részei és az ott ébredő lengések.


A kényelem szempontjából a lágy rugózás kedvező, de ennél a kocsiszekrény terhelésének kis változása (pl. csomagok elhelyezése) nagy rugóelmozdulást okoz. Lineáris karakterisztikájú rugónál a deformáció egyenesen arányos a terhelés tömegével. Progresszív rugót alkalmazva lassabban nő az alakváltozás a terheléstől függően. Állandó felépítmény magasságot (pl. rakodásnál) csak szintszabályozással lehet megvalósítani. Ehhez például pneumatika, vagy hidraulika alkalmazása válik szükségessé.

A tömeg hatása a rugózásra.
3.5. ábra - A tömeg hatása a rugózásra.


A rugózás miatt kialakuló kellemetlen hatások közé sorolandó, hogy vízszintes irányú erő következtében a jármű megbillen, megdől. Ez történik kanyarodáskor, amikor a centrifugális erő hatására a karosszéria kifelé billen, valamint amikor a jármű gyorsításkor hátul, illetve fékezéskor elől lesüllyed (bólintó mozgás). A kanyarban bekövetkező billenést stabilizátorok beszerelésével és a súlypont alacsonyabbra helyezésével, illetve a nyomtáv növelésével lehet csökkenteni.

A karosszéria önlengésszáma a kerekeket megtámasztó rugók jellemzőiről tájékoztat. A lengésszám tengelyenként határozható meg, a kocsi első és hátsó részének lenyomásával és elengedésével, tehát lengetésével. Egy teljes lengés be- és kirugózásból áll, a percenkénti lengések száma adja meg a karosszéria lengésszámát. A lengéscsillapítók a lengésszámot nem befolyásolják, csak be- és kirugózás számára jelentenek ellenállást, aminek következtében az amplitúdó csökken. Nagy szerepe van viszont a tömegnek. Minél nehezebb a jármű, illetve a rakomány, annál kisebb a lengésszám.

A percenként hatvannál kisebb lengésszám a nagyon lágy rugózás jellemzője, egyes embereknél rosszullétet okoz. Az erős csillapítás megakadályozza, hogy a rugó több teljes lengést végezhessen, és így a rosszullét oka megszűnik. Kemény, percenként 90 körüli lengésszámú rugózás rázza a gerincet, a hátsó futómű nagy terhelhetősége miatt mégis gyakran szükséges. Harmonikusan hangolt csillapítással azonban még ebben az esetben is megvalósítható a kényelmes rugózás. A saját tömeg és a maximális terhelés kedvezőtlen aránya miatt kisebb kocsikban keményebb rugózást kell alkalmazni, aminek mérsékelt utazási komfort a következménye (percenként száznál nagyobb lengésszám). Leginkább a nagy és nehéz járművek esetében fordulnak elő a kis lengésszámok.

3.3. A gépjárműveknél alkalmazott rugó fajták

  • Laprugók

    • Hagyományos laprugó köteg

    • Parabola laprugó

    • Kompozit műanyagból készült laprugó

  • Tekercsrugó

  • Torziós rugó

  • Gumirugó

  • Légrugó

    • Légrugó, és tekercsrugó kombinációja (személygépkocsiknál)

    • Légrugó, és laprugó kombinációja (haszonjárműveknél)

Ezek közül a légrugó alkalmas a leginkább a karakterisztika menet közbeni egyszerű megváltoztatására például segédkamra hozzá és lekapcsolásával. A légrugózás másik előnye, hogy viszonylag egyszerűen megvalósítható a szintszabályozás a nyomás változtatásával. Ezért nem csak a haszonjárműveknél, hanem újabban a felsőbb osztályba tartozó személygépkocsiknál is egyre gyakrabban alkalmazzák annak ellenére, hogy ezeknél a járműveknél még a sűrített levegő ellátást és tárolást is meg kell oldani.

Meg kell jegyezni továbbá a futómű konstrukció szempontjából azt a fontos tényt, hogy a tekercsrugók és a légrugók csupán a szimmetriatengelyükkel megegyező irányú erők átvitelére alkalmasak ezért az ettől eltérő irányú erők és az általuk keltett nyomatékok miatt lengőkarok beépítése válik szükségessé. Emiatt ezeknél a futóműveknél egy kicsit bonyolultabbá válik a kerékfelfüggesztés.

3.4. Stabilizátor kialakítása és feladata

Kanyarodáskor a gépkocsi tömegközéppontjában ható centrifugális erő nyomatéka megbillenti a kocsiszekrényt. A kanyarbelső kerekek ilyenkor kirugóznak, a kanyarkülsők pedig berugóznak. Az oldal irányú dőlés csökkentésére építik be a stabilizátort. Ezt a feladatot többnyire torziósrugó látja el, mely a karosszéria dőlési szög merevséget növeli. Ennek mellékhatása, hogy a rugó karakterisztikát is keményebbé teszi abban az esetben, ha például a két első kerék nem egyszerre rugózik ki-, vagy be.

A stabilizátor a kerékterhelések változtatása révén befolyásolja a gépkocsi önkormányzási tulajdonságát. Ha például elöl merevebb a stabilizátor az a gépkocsi alulkormányzási hajlamát növelni fogja. Ha pedig hátulra kerül merevebb a stabilizátor, inkább túlkormányzottá fog válni a gépkocsi. Ha kanyarodáskor a belső kerekek terhelése csökken, ezzel az oldalvezető erő is csökken, ezért kis tapadási tényező esetén a gépkocsi kisodródhat. A rugó, a lengéscsillapító, és a stabilizátor megfelelő méretezésével és összehangolásával lehet gondoskodni arról, hogy a kerekek megfelelő oldalerő átvitelére legyenek képesek.

A stabilizátor beépítésének másik fontos szempontja, a menetkomfort növelése. Ezzel ugyanis csökkenthető a kocsiszekrény oldal irányú billenése. Nem csak a független kerék felfüggesztésű, hanem a merevhidas futóműveknél is alkalmaznak stabilizátorokat. Általában négy helyen rugalmas gumielemekkel rögzítik a torziós rugót az alsó lengőkarhoz. Lehet azonban két helyen a futómű testhez, két helyen pedig a lengőkarhoz rögzíteni. Alkalmaznak olyan beépítési módot is, ahol kiegészítő rudazattal a lengéscsillapítóhoz csatlakoztatják a stabilizátort. Ilyen esetben a lengőkarok karcsúbbak és könnyebbek lehetnek, mert kisebb lesz a terhelésük. Ez egyúttal lehetőséget kínál a rugózatlan tömeg részarányának csökkentésére is.

A stabilizátor alkalmazásának hátrányos következményei:

  • a stabilizátor tömege növeli a futómű tömegét,

  • a beszerelésének van egy bizonyos helyigénye,

  • ha az első kerekek nem egymással párhuzamosan mozognak, növeli a rugómerevséget,

  • megváltoztatja a kerekek terhelését.

A stabilizátor alkalmazásának előnyei:

  • a stabilizátorral a kívánalmaknak megfelelően befolyásolható a gépkocsi önkormányzási tulajdonsága.

Az alábbi ábrán a hagyományos passzív stabilizátorra látunk példákat. Korszerű futóműveknél elektronika által működtetett, úgynevezett aktív stabilizátorokat építenek be, melyek a villanymotoros, vagy hidraulikus beavatkozó egység segítségével akár aktív nyomaték kifejtésére is képesek és a legkülönbözőbb menetviszonyok között is meg tudják akadályozni a kocsiszekrény billenését, továbbá kedvező módon befolyásolják a gépkocsi önkormányzási tulajdonságát.

Különböző kivitelű stabilizátorok.
3.6. ábra - Különböző kivitelű stabilizátorok.


3.4.1. Aktív és félig aktív stabilizátorok

A személygépkocsiknál eddig alkalmazott legtöbb aktív stabilizátor hidraulikával működik. Ugyanis az elektromos beavatkozó egységek nagy teljesítmény igényük miatt nagyon megterhelnék a gépkocsi jelenleg még általánosan elterjedt 12 V-os elektromos hálózatát, mert nagy az áramfelvételük.

A különböző autógyárak által jelenleg alkalmazott aktív-, és fél aktív stabilizátorok:

  • BMW Dynamic Drive

  • Porsche Cayenne / VW Touareg ORS (Off Road Stabilisator)

  • Land Rover ACE (Active Cornering Enchancement)

  • Jeep Grand Cherokee

  • Nissan Patrol

  • Mercedes ABC (Active Body Control)

  • Citroën AFS (Aktive Fahrwerk Stabilisierung)

  • Bose Lineármotoros kerékfelfüggesztés

  • Michelin Active Wheel

  • Audi DRC (Dynamic Ride Control)

  • Teneco-Kinetic XX, H2, RFS

3.4.2. Porsche Cayenne és VW Touareg –nél alkalmazott aktív stabilizátor

Az utóbbi évtizedekben a SUV (Sport Utillity Vehicle) (sport célú gépkocsik) és a terepjárók egyre kedveltebbé váltak és egyre többet adnak el belőlük. Ugyanolyan jól kell teljesítsenek a terepen, is legalább úgy, mint közúton. A terepjáró képesség fokozása érdekében a nagyobb has-magasság miatt feljebb került az autó tömegközéppontja és az ülések is. Terepjáró képességük jó, az összkerékhajtás és a szokásosnál nagyobb első és hátsó terepszögek miatt. Nem engedhető meg azonban, hogy menet közben billegjenek, imbolyogjanak. Ezért ez a járműkategória nagy figyelmet igényel a futómű fejlesztőktől. A szilárd burkolatú úton „feszes rugózás” szükséges egy megfelelően erős csillapítással együtt. Ezzel ellentétben terepen jó, ha a kerekek lágy rugózásúak, mert így egyik kerék sem veszíti el kapcsolatát a talajjal.

A Tyssenkrupp Automotive Mechatronics új fejlesztése hatékonyan köti össze a terepen és közúton történő autózást. Az új stabilizátort a VW és a Porsche együttműködésében létrehozott luxusterepjáróba építették be először. (VW Touareg és Porsche Cayenne modellek).

A fejlesztés abból a szempontból is sikeres, hogy lehetővé teszi a nagy sebességű autózást (Porsche Cayenne Turbo 266 km/h) úgy, hogy megfelelő marad az oldalstabilitás. Ez főleg kanyarmenetben lényeges, mert a centrifugális erő jelentős oldal irányú dőlést okozhat. Ekkor a stabilizátor két felét a beavatkozó egység segítségével összekapcsolja az elektronika. Terepen viszont szétkapcsolja, így megszűnik a hagyományos stabilizátor hatása.

Az aktív stabilizátor szétkapcsolt állapotban a bal oldalon, és összekapcsolt állapotban a jobb oldalon.
3.7. ábra - Az aktív stabilizátor szétkapcsolt állapotban a bal oldalon, és összekapcsolt állapotban a jobb oldalon.


Ezzel az Off-Road Stabilisator System-el (ORS System) rendelhető a Porsche Cayenne. Ezt kiegészíti mindkét futóműhöz tartozó önzáró differenciálmű.

Az alkalmazott hidraulikarendszer előnye, hogy a villanymotorral hajtott fogaskerekes olajszivattyú csak akkor kapcsol be, amikor a nyomás az előírt érték alá csökken. Egyébként a nyomástárolók biztosítják az energia ellátást. A szivattyúházra szerelik a szelep egységet. A teljes hidraulika rendszert a gépkocsi hátuljába szerelik be. Az aktív stabilizátor nyitónyomása 110 bar. A szivattyú addig működik, amíg a rendszer el nem éri a 145 bar-t és a nyomástároló is feltöltődik. Ha a stabilizátor összezárt állapotban van, és a rendszernyomás 70 bar alatti, a hátsótengely kapcsolására sokat kell várni.

Az aktív stabilizátort működtető hidraulikus tápegység a nyomástárolóval és az elektromágneses szelepekkel
3.8. ábra - Az aktív stabilizátort működtető hidraulikus tápegység a nyomástárolóval és az elektromágneses szelepekkel


A rendszer automatikusan összekapcsolja mindkét futóműnél a stabilizátor feleket ha:

  • a sebesség nagyobb 50 km/h –nál,

  • a keresztirányú gyorsulás nagyobb 0,9 g –nél és a sebesség nagyobb 35 km/h-nál.

Az aktív stabilizátor előnye:

  • ez a konstrukció egyaránt jól kielégíti az elvárásokat terepen és közúton nagy sebességnél,

  • egyszerű, jól használható tekercs- és légrugós futóműveknél egyaránt,

  • szennyeződésekre nem érzékeny,

  • nagy kerékmozgásokat tesz lehetővé.

Hátránya:

  • a passzív stabilizátor hatásán kívül nem alkalmas más karosszériamozgások csökkentésére,

  • kedvezőtlen ár/érték arány,

  • villanymotoros hajtású szivattyú egységet kell felszerelni,

3.4.3. BMW „Dynamic Drive” aktív stabilizátor

Ennek a beavatkozó egysége egy olyan hidraulikus állítómű, amely közvetlenül csavaró nyomaték kifejtésére alkalmas. A stabilizátor egyik fele, a belső, a házhoz képest elforduló részhez kapcsolódik, a másik fele pedig a házhoz. Így a kocsiszekrény billenése előtt már az ellen ható aktív nyomaték hozható létre. Elfordulási szögtartománya ±38˚.

Az aktív stabilizátor nyomaték kifejtésére  alkalmas hidraulikus beavatkozó egységgel
3.9. ábra - Az aktív stabilizátor nyomaték kifejtésére  alkalmas hidraulikus beavatkozó egységgel


BMW 7 Dynamik Drive (2001) aktív stabilizátor a hátsó futóműnél
3.10. ábra - BMW 7 Dynamik Drive (2001) aktív stabilizátor a hátsó futóműnél


A Teneco aktív stabilizátor változatai
3.11. ábra - A Teneco aktív stabilizátor változatai


3.4.4. Teneco Kinetic

A Teneco Vállalat három hasonló aktív stabilizátor rendszert fejlesztett ki, melyeket a H2, XX, RFS nevekkel különböztetik meg egymástól. Ezek a konstrukciók úgy képzelhetők el, mintha a stabilizátor rúdját kettévágták volna. A különböző átmérőjű két rész egymásba illeszkedik és egymáshoz képest el tud forogni. Az egyik részhez a hidraulikus munkahenger, a másikhoz a benne lévő dugattyú és annak rúdja csatlakozik.

A stabilizátor két végének egymáshoz képesti elfordulásakor a dugattyú a hengerben elmozdul. A henger azonban olajjal fel van töltve, így amikor a szelepek zárva vannak a folyadék zárt térbe kerül és ez megakadályozza a stabilizátor felek egymáshoz képesti elfordulását. A teljes hidraulikus egység merev testként viselkedik. Ilyenkor olyanná válik, mint egy hagyományos stabilizátor. Kanyarodáskor az egyik végén keletkező csavaró nyomaték megjelenik a másik végén is.

Nyitott szelepeknél viszont a folyadék szabadon áramolhat, ezért a stabilizátor mindkét vége elmozdulhat. Nem alakul ki csavaró nyomaték a torziós rúdban ezt az állapotot célszerű használni terepen.

A stabilizátor felek közötti hidraulikus kapcsolat
3.12. ábra - A stabilizátor felek közötti hidraulikus kapcsolat


Az első és a hátsó futómű stabilizátorai közötti hidraulikus összeköttetés hidraulikus kapcsolat
3.13. ábra - Az első és a hátsó futómű stabilizátorai közötti hidraulikus összeköttetés hidraulikus kapcsolat


Egy elektronikus szabályzó rendszer gondoskodik arról, hogy a munkahenger olajterei mindig a pillanatnyi helyzetnek megfelelően legyenek nyitva vagy zárva. TENECO Automotive két stabilizátor hengereinek tereit összekötötte. Így a dugattyú alatti és feletti tér között az olaj szabadon áramolhat. Ez az állapot terepen haladáskor következik be, amikor például két-két kerék átlósan emelkedik meg, illetve süllyed le.

Ívmenetben mindkét stabilizátorban ugyanolyan irányú csavaró nyomaték alakul ki, mindkét munkahengerben azonos irányban mozdulna el a dugattyú, de a folyadék nem tud átáramlani egyikből a másikba. A stabilizátor két fele mereven összekapcsolódik, mintha nem is két darabból lenne. A csavaró nyomaték átadódik a másik oldalra, a kocsiszekrény dőlése mérsékelt marad.

Az előző két eseten kívül a valóságban végtelen sokféle kombináció fordulhat elő, mint például kanyarodás terepen, vagy nem egyforma kerék elmozdulások. Ezért tehát a szerkezet nem mindig működik ideálisan, de mindig jobban, mint a hagyományos stabilizátor.

3.5. Személygépkocsik légrugózással

A személygépkocsik futóműveire elsősorban az acélrugók beépítése jellemző, de ennek ellenére a légrugózás kínálta kedvező lehetőségeket a személygépkocsi gyártók is évtizedek óta igyekeznek kihasználni. Az első légrugó alkalmazások a személygépkocsiknál a 60-as évek elején a Mercedesnél kezdődtek. Leggyakrabban az acél és a légrugók kombinációival találkozunk. Az alkalmazott légrugók általában gördülőmembránosak és a helytakarékosság miatt a lengéscsillapítóval koncentrikusan helyezik el. A személygépkocsiknál a sűrített levegő ellátáshoz gondoskodni kell a légszárításról és a nyomásszabályozással és légtartállyal ellátott villanymotorral hajtott kompresszorról. Az egyes feladatok ellátása mechatronikai egységekkel valósul meg legyen az akár az energia ellátás, vagy a működési paraméterek beállítása, illetve a szintszabályozás. Meg kell jegyezni azonban, hogy személygépkocsiknál a légrugós futómű konstrukció jelenleg még elsősorban a felsőbb géposztály jellemzője.

A csomagtartóban elhelyezett sűrített levegő ellátó és tároló egység, a gördülőmembrános légrugó a lengéscsillapítóval kombinálva.
3.14. ábra - A csomagtartóban elhelyezett sűrített levegő ellátó és tároló egység, a gördülőmembrános légrugó a lengéscsillapítóval kombinálva.


3.5.1. VW Passat légrugózással és elektronikus szintszabályzással

A VW Passat –ot már 1989 után elektronikus szintszabályzással ellátott légrugós futóművel is lehetett rendelni. Ez még akkor nem volt széria kialakítás. A terhelésétől függetlenül a felépítmény magasságát ez a rendszer automatikusan előre meghatározott helyzetben tartja. Ehhez hasonló továbbfejlesztett futóműveket építettek be évtizedekkel később a VW és az Audi több modellébe is (Audi A6, Audi Allroad) .

Az elektronikus szintszabályzásos légrugózás előnyei

  • Terhelt gépkocsiknál is nagyobb lehet a menetkomfort még rossz úton is,

  • A teljes rugóút kihasználható.

  • A kerékdőlés és a kerékösszetartás nem változik.

  • Nem „ágaskodik” a gépkocsi gyorsításkor, ezért nem romlik a cw érték.

  • A fényszóró nem vakítja a szemből jövő gépkocsi vezetőjét, amikor a csomagtartót megterhelték.

  • Nagyobb lehet a szabad has-magasság terhelt gépkocsinál is.

  • Nagyobb a gépkocsi terhelhetősége.

3.5.1.1. A légrugó

A gáztöltésű lengéscsillapítóra szerelik fel a segédtérrel is ellátott, gördülőmembrános légrugót. A teljes terhelést a légrugó viseli.

A rugómerevség arányos a terheléssel.

 

 

A felépítmény saját frekvenciája nem változik.

3.5.1.2. Kompresszor és elektronika

A légrugókat egy kis méretű, a csomagtérben elhelyezett, villanymotorral hajtott kompresszor látja el sűrített levegővel. A levegő szállítása 30 l/perc, 15 bar nyomás esetén. A rendszer üzemi nyomását a szabályozó egység 13 bar-ra állítja be. Egy biztonsági szeleppel is ellátják az egységet. A villanymotor áramkörét a túlterheléstől egy áramkör védi, mely 120C hőmérséklet felett kikapcsol, és csak a kompresszor lehűlése után kapcsol vissza. Automatikus regenerációval ellátott légszárító gondoskodik arról, hogy páramentes levegő kerüljön a légrugó rendszerbe és így ne képződhessen kondezvíz.

A szabályzó elektronika és a kapcsoló, mellyel a különböző üzemállapotokat lehet kiválasztani a kompresszorral egy kompakt egységet alkot. Az elektronikától függetlenül ki és be lehet kapcsolni a kompresszort, és a normálnál 10 mm -el nagyobb, illetve kisebb utazási szintet lehet beállítani.

3.5.1.3. Szintérzékelő

Az mechanikus kapcsolatot nélkülöző, induktív érzékelő vasmagja maga a futóműre szerelt lengéscsillapító, melyet egy tekercs vesz körül. Csak a baloldali lengéscsillapítót látják el ezzel a szintérzékelővel. Az elektronika folyamatosan figyeli az érzékelő induktivitását. A terhelés növekedésével a lengéscsillapító beljebb kerül a tekercs belsejébe és nő az induktivitása. Ezért az elektronika növeli a nyomást, ha kell, bekapcsolja a kompresszort. Ha csökken a terhelés, az elektronika az elektromágneses szelepet kinyitva csökkenti a nyomást.

A kompresszor meghibásodása esetén egy erre a célra beépített abroncstöltő szelepen keresztül kívülről feltölthető a rendszer. Terheletlen gépkocsinál 5 bar, terhelve 10 bar nyomás szükséges. Így feltöltve a rendszert a legközelebbi műhelyt fel lehet keresni a javítás céljából. Javítás, szerelés előtt ez a szelep nyomásmentesítésre is használható.

3.5.1.4. A tengelyterhelés függő fékerő módosító működése

A nagy tengelyterhelés változások miatt, volt szükséges a fékerő módosító ennél a régi változatnál, hiszen a futómű és a kocsiszekrény között nincs távolság változás a szintszabályozás miatt. Ez tehát nem használható a fékerő módosító működtetésére. Ezzel a konstrukciós megoldással megakadályozható terheletlen gépkocsiknál a hátsó kerekek túlfékezettségét. Terhelt gépkocsinál viszont lehetővé teszi a legnagyobb fékerő kivezérlését. A szintszabályozás miatt a fékerő módosító kapcsolópontját egy sűrített levegős munkahenger segítségével a légrugó nyomással közvetetten a tengelyterheléssel arányosan változtatja.

A korszerű gépkocsiknál a fékerő módosító feladatát az ABS egyik részprogramja az elektronikus fékerő felosztás vette át.

3.5.1.5. A személygépkocsiknál alkalmazott légrugók

Jó minőségű elasztomert és poliamid szálakból készült szövetvázat használnak fel a személygépkocsik légrugóinak gyártásához. A légrugó karakterisztikáját az effektív felület nagysága és a nyomás határozza meg. Nagy rugótérfogat lapos, progresszív karakterisztikát eredményez, ilyen a lágy rugó. Kis térfogatú légrugó meredekebb progresszív karakterisztikájú. A légrugó karakterisztikájának progresszivitását a dugattyú alakja is befolyásolja. Ezzel a progresszivitás tovább növelhető. Az alábbi ábrák a személygépkocsiknál alkalmazott kétféle légrugót szemléltetik.

Légrugó a lengéscsillapító körül koaxiálisan elhelyezve (első futómű).
3.15. ábra - Légrugó a lengéscsillapító körül koaxiálisan elhelyezve (első futómű).


Légrugó a lengéscsillapítótól függetlenül beszerelve (hátsó futóműnél).
3.16. ábra - Légrugó a lengéscsillapítótól függetlenül beszerelve (hátsó futóműnél).


Különböző térfogatú légrugók karakterisztikái.
3.17. ábra - Különböző térfogatú légrugók karakterisztikái.


3.5.2. Audi A6 légrugós futóművel

Ezt a típust első kerék hajtású és Quattro, vagyis összkerékhajtású változatban is gyártják. A hátsó futóművet látták el légrugós kerékfelfüggesztéssel. Ennek közelében helyezik el a HALL elemes szintérzékelőt, melyet egy rudazat köt össze a futóművel és működtet. A hátsó futómű és a kocsiszekrény közötti távolság változását érzékeli. A csomagtartóba szerelik be a sűrített levegő ellátó egységet.

3.5.2.1. Sűrített levegő ellátás

Légszárítóval ellátott, egyhengeres villanymotorral hajtott olajmentes kompresszor biztosítja a légrugóknak a megfelelő nyomású sűrített levegőt. A kompresszor csapágyazása zsír kenésű és a dugattyúgyűrű teflonból készül, ezért nem igényel kenőolajat. A nyomásszabályozó egység a légszárító részét képezi. Egy bizonyos nyomás elérésekor az elektronika lekapcsolja a hajtó motor tápfeszültségét. Ugyan ez történik akkor is, amikor túlmelegszik a kompresszor.

A villanymotorral hajtott kompresszor egység az elektronikával és a légrugók nyomását beállító elektromágneses szelepek.
3.18. ábra - A villanymotorral hajtott kompresszor egység az elektronikával és a légrugók nyomását beállító elektromágneses szelepek.


Az olajmentes egyhengeres villanymotorral hajtott kompresszor metszete a légszárítóval együtt.
3.19. ábra - Az olajmentes egyhengeres villanymotorral hajtott kompresszor metszete a légszárítóval együtt.


A hátsó légrugók nyomását a terhelésnek megfelelően 2 db elektromágneses szelep állítja be, melyeket a kompresszor egységre szerelnek. Ezek 2/2 –es kivitelű szelepek, ami azt jelenti, hogy két működési helyzetük van és két csőszakasz között létesítenek kapcsolatot.

3.5.2.2. HALL elemes szint érzékelő

Ezt az érzékelőt a kocsiszekrényre szerelik és a működtető karja egy csuklós rudazattal csatlakozik a hátsó futóműhöz. A kocsiszekrény és a futómű között a távolság változásakor azzal arányosan fog elfordulni a mágnesezett gyűrű, melyet az érzékelő belsejébe szerelnek. Az álló rész osztott, kivitelű lágyvasból készült testében a kialakuló erővonalak az ábra szerint megváltoznak attól függően, hogy ballra, vagy jobbra történik az elmozdulás. Ez a HALL érzékelőben feszültség változást fog eredményezni. Az érzékelő kimeneti feszültsége az ábrán látható lineáris karakterisztikájú. A jel feszültsége arányos a mozgó rész pillanatnyi szöghelyzetével, vagyis a karosszéria és a futómű közötti távolsággal.

Az első kerék hajtású modellnél a szintérzékelő elhelyezése a hátsó futómű közelében.
3.20. ábra - Az első kerék hajtású modellnél a szintérzékelő elhelyezése a hátsó futómű közelében.


A HALL elemes szintérzékelő működési elve és a jel.
3.21. ábra - A HALL elemes szintérzékelő működési elve és a jel.


A hátsó légrugós futómű és a szintszabályozó rendszer elvi ábrája.
3.22. ábra - A hátsó légrugós futómű és a szintszabályozó rendszer elvi ábrája.


3.5.3. Audi Allroad Qattro

Ennél a típusnál már mind a négy keréknél elektronikus szintszabályozással ellátott légrugókat alkalmaznak. A normál utazási szinthez képest a gépkocsi sebességétől függően a gépkocsivezető további két magasabb és egy alacsonyabb szintet állíthat be nyomógomb segítségével. Az ESP rendszerrel megvalósuló adatcsere révén kanyarodás közben a szintállítás nem lehetséges.

Az első és a hátsó légrugók is gördülőmembránosak és a lengéscsillapítóval koncentrikus elrendezésűek. A hátsó lengéscsillapítók PDC kivitelűek (Pneumatic Damping Control).

Audi Allroad Quattro légrugós futóművekkel.
3.23. ábra - Audi Allroad Quattro légrugós futóművekkel.


3.5.3.1. Sűrített levegő ellátó egység

A kompresszor csak akkor működik, amikor üzemel a belsőégésű motor. A légrugó rendszert 6,5 l –es, 16 bar maximálisan megengedett nyomású légtartállyal is ellátják. A kompresszor hengerfején helyeik el a hőmérséklet érzékelőt, mely védelmet nyújt túlmelegedés esetén. A nyomásérzékelő a szelepegység részét képezi. 6 percenként küld jelet az elektronikának.

Audi Allroad Quattro kompresszor egység.
3.24. ábra - Audi Allroad Quattro kompresszor egység.


Audi Allroad Quattro légrugó rendszere
3.25. ábra - Audi Allroad Quattro légrugó rendszere


3.5.3.2. Szint érzékelő

Ezt a gépkocsit egy újabb fejlesztésű, szintén érintésmentes működésű szintérzékelővel látták el, mely indukciós elven működik. Mindkét futóműre kettőt – kettőt szerelnek fel. Tápfeszültséggel a szintszabályozó elektronika látja el. Két egymástól független jelet adnak az elektronikáknak. Az egyik PWM jelet a 4 db légrugó nyomásának szabályozásához, a másik feszültség jelet pedig a megvilágítási távolság beállításához használja fel a fényszóró elektronikája.

A futóműre szerelt szint érzékelő belső szerkezete.
3.26. ábra - A futóműre szerelt szint érzékelő belső szerkezete.


Az érzékelő álló részére szerelt gerjesztő tekercsre kapcsolt váltakozó feszültség a mozgó rész vezető hurkában feszültséget indukál. Abban egy másodlagos elektromágneses teret hoz létre. Ez a két elektromágneses mező együttesen hatást gyakorol a vevő tekercsekre. A szintén az álló részre szerelt úgynevezett „fogadó” tekercsekben indukált feszültségek és frekvenciájuk a mozgó rész helyzetétől függ. Ezeket a jeleket fogadja és értékeli ki az érzékelőbe szerelt elektronika. Így állapítja meg a mozgó rész pillanatnyi szöghelyzetét és ennek megfelelő jelet ad a futómű elektronikáknak.

Indukciós elven működő szint érzékelő szerkezeti kialakítása és a vevő tekercsekben indukálódott jelek működés közben.
3.27. ábra - Indukciós elven működő szint érzékelő szerkezeti kialakítása és a vevő tekercsekben indukálódott jelek működés közben.


Több személygépkocsi típusnak is beszállítója a villanymotoros kompresszor területén a Wabco.

A villanymotorral hajtott egyhengeres „száraz” kompresszor egy egységet képez a légszárítóval és a nyomásszabályozó egységgel.

Villanymotoros Wabco kompresszor légrugózású személygépkocsikhoz.
3.28. ábra - Villanymotoros Wabco kompresszor légrugózású személygépkocsikhoz.


3.6. Aktív kerékfelfüggesztés

A hetvenes évekig kevés kivétellel passzív rugókat és lengéscsillapítókat szereltek a gépkocsikba. Ezeknél menet közben nincs lehetőség a karakterisztika megváltoztatására.

A menetkomfort és a biztonságos autózás közötti ellentmondás feloldásának lehetőségét az aktív kerékfelfüggesztés kínálja. Ez a pillanatnyi menetviszonyoknak megfelelően egyrészt folyamatosan az optimális értékre állítja be a rugó és a lengéscsillapító karakterisztikáját, másrészt viszont különböző módon a kocsiszekrényre ható erőket igyekeznek kiegyenlíteni. Az a beavatkozás a leghatékonyabb, amely a ható erő keletkezésének pillanatában, például a kocsiszekrény megbillenésekor, illetve bólintásakor, létre tudja hozni a megfelelő nagyságú és irányú ellenerőt. A legtöbb megvalósított rendszer adaptív működésű, hiszen folyamatosan és a vezető beavatkozása nélkül, automatikusan alkalmazkodik a menetviszonyok változásaihoz.

A digitális elektronika műszaki fejlesztései tették lehetővé a menetviszonyokhoz és a vezetési stílushoz folyamatosan alkalmazkodó aktív kerékfelfüggesztés alkalmazását. Ezt általában a karosszéria automatikus szintszabályzásával is kiegészítik. Így tehát az aktív kerékfelfüggesztés jelentősen növeli a gépkocsi aktív biztonságát.

A gépkocsira menet közben ható erők, hatásukra létrejövő elmozdulások és elfordulások.
3.29. ábra - A gépkocsira menet közben ható erők, hatásukra létrejövő elmozdulások és elfordulások.


A gépkocsira menet közben különböző erők hatnak. Ezek a gépkocsi karosszériájának különböző irányú elmozdulásait és elfordulásait okozzák. Ezt igyekeznek az aktív kerékfelfüggesztéssel megakadályozni illetve mérsékelni, úgy hogy az ne veszélyeztesse a biztonságos autózást, illetve ne érintse hátrányosan az utazási komfortot és a kettő közötti ellentmondást minél kisebb kompromisszum árán lehessen kiegyenlíteni.

Az elmúlt időszakban a különböző autógyárak fejlesztési irányai egymástól eltérőek voltak. Ezért ugyanazt a célt különböző módon igyekeztek elérni, mint például pneumatikus, vagy hidraulikus, aktív illetve szemi-aktív futómű rendszerekkel.

A legtöbb változatnál az aktív futóműveknél az elektronikus rendszer specifikus érzékelők jeleit dolgozza fel, melyeket különböző jellegmezőkkel hasonlít össze és ez alapján adja ki a beavatkozó egységeknek a parancsokat. A kifogástalan működéshez azonban meg kell határozni, illetve az elektronikában tárolni is kell, hogy mely esetekben milyen beavatkozásra van szükség. Ennek megfelelően kell nagyon rövid időn belül kiadni a beavatkozási parancsokat.

Az aktív kerékfelfüggesztésnél használatos szabályozási algoritmusok:

  • küszöbértékek alapján megvalósuló szabályozás

    Ennél érzékelőkkel figyeli az elektronika a pillanatnyi menetviszonyokat és az út állapotát. Ennek megfelelően történik a csillapítási karakterisztika változtatása egy bizonyos küszöbérték átlépésekor egy előre meghatározott stratégia alapján. A cél a menetkomfort növelése. Ez a módszer nem állít különösebb követelményeket az érzékelőkkel szemben. Ez a szabályozás tovább finomítható a sebességfüggő elkormányzási szög, a kereszt irányú gyorsulás, és a fékező nyomás érzékelésével. Így csökkenthető a kocsiszekrény billenése, bólintása és növelhető a menetbiztonság a csillapítási fokozat keményítésével.

  • skyhook szabályozás.

    Ennél a szabályozási változatnál megszűntetik a kapcsolatot a menet közben útról adódó gerjesztés és a felépítmény között. A karosszéria nyugodtan marad az adott helyzetben, mert a különböző beavatkozásokkal ellene hatnak a zavaró gerjesztéseknek. Ennél egy járulékos kerék csillapítás valósul meg. Olyan a szabályozás stratégiája, mintha a kocsiszekrény horgokkal (hook) az égbe (sky) lenne felfüggesztve. A kocsiszekrény periodikus emelésével és süllyesztésével a zavaró gerjesztések ellenében avatkoznak be. Ezzel párhuzamosan a rendszer képes gyorsan és hatékonyan a csillapítási karakterisztikát is megváltoztatni. Ennek érdekében kiegészítő érzékelőket kell szerelni a kocsiszekrényre és a futóműre is. Egy speciális szabályozási algoritmust fejlesztettek ki a működéséhez. Ennél a szabályozási változatnál az érzékelőkkel szemben fokozottabb követelményeket támasztanak.

A fentiekben összefoglalt rendszerek teljes elektronikus működését az öndiagnosztika felügyeli, melyet hibakód tárolóval is ellátnak. Ez meghibásodás esetén könnyebbé teszi a diagnosztikát és a szükségessé váló javítást. Különös gondot fordítanak a vezető tájékoztatására, mely az elektronikus ember-gép (HMI) kapcsolat révén valósul meg. A megalkotott rendszerek szép példái a mechatronika alkalmazásának, hiszen a mechanikus működésű beavatkozó egységeket elektronika segítségével működtetik.

Az aktív kerékfelfüggesztésnél alkalmazott szabályozási elv működésének vázlata.
3.30. ábra - Az aktív kerékfelfüggesztésnél alkalmazott szabályozási elv működésének vázlata.


Szemi-aktív futómű

A viszonylag lassabb működésű aktív rendszereket szokták „szemi-aktív” változatnak nevezni. Ezek a felépítmény elmozdulásokat és a kerékterhelések változását csak némi késlekedéssel tudják mérsékelni, illetve elhárítani.

Aktív futómű

A teljesen aktív futóművek jelenleg még fejlesztés alatt állnak. Hátrányos tulajdonságuk, hogy működésükhöz folyamatos energiaellátás szükséges. A teljesítmény igénye 7 – 20 kW közötti. Ezért eddig még nem terjedtek el. Jellemzőjük a folyamatos gyors beavatkozás.

Vannak olyan rendszerek is, melyek egy bizonyos sebességtartományban teljesen aktív kerékfelfüggesztésként működnek, és a gyorsabb haladásnál az úgynevezett szemi-aktív működésre váltanak át.

3.6.1. Mitsubishi Galant szemi-aktív kerékfelfüggesztés

A nyolcvanas évek végén jelent meg az európai piacon a Mitsubishi Galant Royal és a Sapporo. Ezek voltak az elő nagyobb sorozatban gyártott aktív kerék-felfüggesztésű típusok. A Galant-ot még ezen kívül összkerék hajtással (4WD), összkerék kormányozással és széria ABS-el is ellátták.

A futóműveknél tekercsrugó és kétkamrás gördülőmembrános légrugó kombinációja látja el a rugózás feladatát. A csomagtartóban helyezték a villanymotorral hajtott kompresszort, a légszárítóval és a légtartállyal, melyet elektronikus nyomásszabályozással is elláttak.

A szintszabályozás,

Ennek működése egyrészt a terheléstől, másrészt a gépkocsi sebességétől függ. Ezt a feladatot a légrugó nyomásának változtatásával valósították meg. A futóműre elektromos szintérzékelőt szerelnek. Ennek jele alapján történnek a beavatkozások, melyek a légrugó nyomásának változtatását jelentik. Ehhez a légtartályban tárolt sűrített levegő ad megfelelő tartalékot.

Két fokozatban változtatható a rugó karakterisztika

A légrugó közelében egy segédteret is kialakítottak. Ez a fő térhez hozzá, vagy lekapcsolható. Hatására változik a légrugó térfogata és ezzel a rugó karakterisztikája is. A beavatkozás villanymotorral és mechanikus áttétellel elfordítható cső végére szerelt körtolattyú segítségével történik. Egy összeköti, vagy szétválasztja a légrugó két terét. Ez az állító villanymotor a lengéscsillapító felső bekötési pontjánál van elhelyezve és kar áttétellel fordítja el a tolattyút és ezzel változtatja a légrugó karakterisztikáját. A légrugóval párhuzamosan egy tekercsrugót is beszerelnek. Nyomásmentes állapotban ez viseli a karosszéria tömegét és látja el a rugózás feladatát. A légrugó és a tekercsrugó együtt határozza meg a futómű rugókarakterisztikáját.

A kétcsöves változtatható karakterisztikájú lengéscsillapító

A kétféle csillapítási fokozatot a pillanatnyi menetviszonyoknak megfelelően az elektronika állítja be az érzékelők jelei alapján. A lágyabb, vagy keményebb csillapítási fokozat a lengéscsillapító dugattyúrúdjának elfordításával egy körtolattyú segítségével változtatható. Ezt a műveletet is az elektronika végzi a pillanatnyi menetállapotnak megfelelően egy állítómotor segítségével. Egy kiegészítő szelepet kapcsol hozzá a kemény fokozatban, vagy megkerüli azt az olaj áramlása a lágy fokozatban. Például a gyorsulásérzékelő és a féklámpa kapcsoló jelére a lengéscsillapító karakterisztikáját az elektronika keményebbre állítja, így a kocsiszekrény billenése megakadályozható.

Mitsubishi Galant aktív kerék-felfüggesztés, mely megvalósítja a - szintszabályozást, - változtatja a rugó karakterisztikát, - változtatja a lengéscsillapító karakterisztikát
3.31. ábra - Mitsubishi Galant aktív kerék-felfüggesztés, mely megvalósítja a - szintszabályozást, - változtatja a rugó karakterisztikát, - változtatja a lengéscsillapító karakterisztikát


3.6.2. Citroën hidraktív kerékfelfüggesztés

A hidro-pneumatikus kerékfelfüggesztés elválaszthatatlan a Citroën műszaki hagyományaitól. 1989-ben szereltek először az XM típusba a „hidraktív” futóműveket. 1993-ban a Xantiába már a második generációs változatot alkalmazták. 1994 őszén mutatták be a Párizsi Autószalonon a Citroën Xantia Activa automatikus futómű stabilizáló rendszerét, melyet a szakirodalom AFS rövidítéssel nevezett el. Ez a német elnevezésből ered (Automatischen Fahrwerk Stabilisierung). Az új AFS rendszert kombinálták a Citroën XM -nél és a Xantiánál már jól bevált hidraktív kerékfelfüggesztéssel.

Hamarosan követte ezt a C5-ben alkalmazott harmadik generáció. Ezeknél a gépkocsiknál a rugó-, és a lengéscsillapító karakterisztika változtatása, valamint a szintszabályozás a hidraulika rendszer segítségével valósul meg. Az aktív erőkifejtére alkalmas elem a stabilizátor. A Hidraktív 3 ++ változatot már ESP működéssel is ellátták.

Citroën C5 a hidraktív kerék-felfüggesztés, harmadik generációja.
3.32. ábra - Citroën C5 a hidraktív kerék-felfüggesztés, harmadik generációja.


A rugómerevség a terhelés növekedésével négyzetesen arányos

 

 

ahol:

 

C(z)

rugómerevség a berugózási út (z) függvényében

 

A

a dugattyú felülete

 

n

politrópikus kitevő

 

p(z)

berugózáskor a nyomás

 

h

rugóhossz a munkapontban

 

p 1

belső nyomás a munkapontban

Az alkalmazott hidropneumatika előnye, az hogy a szintszabályozáson kívül a hidraulikus csillapítás is több fokozatban valósulhat meg.

A Hidraktív kerékfelfüggesztésnél alkalmazott központi nyomástároló és az első futómű kiegészítő gázrugója továbbá az aktív stabilizátor nyomástárolója az elő futómű alatt elhelyezve.
3.33. ábra - A Hidraktív kerékfelfüggesztésnél alkalmazott központi nyomástároló és az első futómű kiegészítő gázrugója továbbá az aktív stabilizátor nyomástárolója az elő futómű alatt elhelyezve.


A hidraktív kerékfelfüggesztés alkalmazásának célja:

  • A kerék kövesse az útprofilt anélkül, hogy a kocsiszekrénynek nagy lökéseket adna át.

  • Ne szakadjon meg a kerék és az útfelület közötti kapcsolat.

  • Az utastérnek átadódó rezgések és lengések minél jobban csillapítottak legyenek.

A kerékfelfüggesztés műszaki jellemzőit a rugó és a lengéscsillapító kombinációja befolyásolja. Alapvetően meghatározzák például a futómű önlengésszámát. Az elektronikusan szabályozott aktív hidro-pneumatikus kerékfelfüggesztést röviden hidraktív futóműnek nevezik.

A hidraktív rendszer érzékelői

Kormánykerék elfordítás érzékelő

A Valeo gyártmányú kompakt kormánykerék elfordítás érzékelő egység. Az opto-elektronikus jeladót a kormánykerék tengelyére szerelik. Ennek belsejében a kormánykerékkel együtt 28 nyílással ellátott tárcsa fordul el. A mozgás irányról, a szögsebességéről és az elfordítási szöghelyzetről ad információt az elektronikának.

A két opto-elektronikus érzékelő egymáshoz képest 90°-kal, és egy fél nyílásnyival van elhelyezve. Az 5 V-os tápfeszültség hatására „ablakonként” egy impulzus keletkezik. A két érzékelő egymáshoz viszonyított helyzete teszi lehetővé, hogy az elektronika az ehhez kifejlesztett algoritmus segítségével képes legyen megállapítani, hogy melyik irányban fordították el a kormánykereket. További fontos információ az elfordítás mértéke és szögsebessége. Ezeket az elektronika állapítja meg és értékeli ki.

Gázpedál elmozdulás érzékelő

A Valeo gyártmányú potenciométerrel ellátott érzékelő rudazattal kapcsolódik a gázpedálhoz. Működéséhez az elektronika adja az 5 V-os tápfeszültséget. A pedál elmozdításával arányosan változik az ellenállása és ennek megfelelően a kimeneti feszültség. A működés szempontjából fontos információ a pedál lenyomásának, illetve a visszaengedésének a gyorsasága is.

Az elektronika azt érzékeli, hogy mennyi idő szükséges a gázpedál teljes elmozdulásának 10%-ához. Mielőtt még a menetdinamikai változás hatására a kocsiszekrény helyzete megváltozna az elektronikának lehetősége lesz a ezt megelőző beavatkozás megvalósítására, (például a csillapítási tényező keményebbre állítása).

Fékező nyomás érzékelő

A Bendix gyártmányú érzékelőt az első fékkörhöz csatlakoztatják. Fékoldáskor és kis pedálerőnél zárt az áramkör. 30 bar-nál nagyobb nyomás esetén pedig nyit. Egy előre meghatározott nyomásküszöb felett keményebb rugózási fokozatot állít be az elektronika.

Kocsiszekrény elmozdulás érzékelő

Az első futómű kereszt-stabilizátorára szerelik, mely annak elfordulását optikai úton érzékeli. Ez arányos a felépítmény elmozdulásával és annak sebességével. Ki- és be-rugózáskor például, ha a lengés amplitúdója egy bizonyos küszöböt átlép, keményebb csillapítási fokozatot állít be.

Működési elve azonos a kormánykerék elfordítás érzékelőével, tehát ez is egy opto-elektronikus változat. Ez azonban 12 V tápfeszültséggel működik és több, azaz 45 db ablakkal látják el az érzékelő tárcsáját. Az elektronika ennek az érzékelőnek a jele alapján határozza meg a felépítmény elmozdulásának irányát, sebességét és mértékét. Átkapcsolás keményebb fokozatra akkor következik be, ha a karosszéria elmozdulásának amplitúdója egy bizonyos értéknél nagyobb.

Menetsebesség érzékelő

A régebbi típusoknál a Hall elemes érzékelőt a sebességváltóra szerelték. A 12 V-os tápfeszültség rákapcsolásakor fordulatonként 8, megtett méterenként pedig 5 impulzust ad. A jel frekvenciája arányos a gépkocsi sebességével. Jele alapján számítja ki az elektronika a gépkocsi gyorsulását és lassulását, mely adatokat a tárolt küszöbértékekkel hasonlítja össze. Így a különböző beavatkozások egyrészt egy bizonyos prioritást, másrészt pedig sebességfüggést kaphatnak. A gépkocsi kis sebességénél például az elsődleges beavatkozási jelet a kocsiszekrény elmozdulás érzékelője, nagy járműsebességnél viszont a kormánykerék elfordulás érzékelője adja a beavatkozáshoz szükséges alapinformációt. Ezt az érzékelőt az újabb gépkocsi típusoknál már a CAN hálózaton keresztül érkező ABS kerékfordulatszám érzékelők jelei helyettesítik.

Ajtó és csomagtartó fedél nyitásérzékelő

Ha valamelyik ajtót kinyitották, az elektronika a futóművet lágy rugózásra kapcsolja. Ezzel megakadályozható, hogy terhelésváltozás után a gyújtáskulcsot elfordítva ne következzen be hirtelen felépítmény elmozdulás. Ha az ajtó nyitva marad, az elektromágneses szelep vezérlése 10 perc elteltével lekapcsol.

A hidraulika rendszer

A hagyományos hidro-pneumatikus rendszerhez hasonló egységek:

  • gázrugók

  • lengéscsillapító szelepek

  • A szintszabályzó szelep, melyet a stabilizátor közepére felszerelt rudazat működtet. A terhelés függvényében ez szabályozza a lengéscsillapítókban a nyomást.

A nagynyomású csövek keresztmetszetét az alap rendszerhez képest jelentősen megnövelték. Ez alapján ismerhető  fel a Hydractive felfüggesztés, ha nyitva van a motorháztető.

Kiegészítető egységek:

Futóművenként egy kiegészítő gázrugót és lengéscsillapító szelepet szerelnek be. Ez kiegészül még az elektromágnessel működtetett tolattyús átkapcsoló szeleppel, mellyel az elektronika a rugózási és a csillapítási fokozatokat tudja beállítani.

Az alkalmazott rugózási és csillapítási és fokozatok:

Keményebb rugózási fokozat

Az elektromágneses szelep nyugalmi helyzetben van, mert árammentes. Ez az alaphelyzet, így elektromos hiba esetén ezzel a kevésbé kényelmes, de biztonságos fokozattal lehet autózni. A tolattyúk leválasztják a rendszerről a középső kiegészítő gázrugó elemeket és lengéscsillapító szelepeket. Optimális útfekvés, rövid rugóút, keményebb csillapítás jellemzi ezt az állapotot. Kanyarban kisebb lesz a kocsiszekrény dőlése, mert a bal- és a jobboldali rugók és lengéscsillapítók hidraulikus terei egymástól elválasztódnak. Fékezéskor és gyorsításkor a rugózási és csillapítási paraméterek ilyen beállítása mellett csökken a kocsiszekrény bólintása.

Lágyabb rugózás, komfort fokozat

Ha az útviszonyok és a vezetési stílus lehetővé teszi, az elektronika bekapcsolja az elektromágneses szelepet. A beépített rugó ellenében a tolattyú ennek hatására elmozdul és futóművenként egy-egy gázrugót és lengéscsillapító szelepet hozzákapcsol a futómű hidraulikus rendszeréhez. Ezért nagyobb lesz a gázrugó térfogata, így lágyabb lesz a rugózás. A lengéscsillapító szelepekkel párhuzamosan még egy-egy bekapcsolódik, ezért növekszik az átáramlási keresztmetszet és a csillapítás lágyabbra változik. A jobb-, és bal oldali kerékfelfüggesztések hidraulika terei egymással összekapcsolódnak. Hosszabb rugóút és kisebb csillapítás jellemzi ezt az állapotot.

Kapcsoló a műszerfalon

A gépkocsivezető sport, és automatikus működés között választhat ezzel a kapcsolóval. A sport fokozatban az elektromágneses szelep alaphelyzetben marad. Ekkor a rugózás és a csillapítás kemény lesz. Automatikus fokozatban az elektromágneses szelep gerjesztést kap, és így lágy rugókarakterisztikára és kis csillapításra kapcsol. Ha menet közben a menetdinamikai körülmények megváltozása miatt az érzékelők jelei alapján az elektronika a tárolt jellegmezőkkel történő összehasonlítás alapján szükségesnek ítéli meg automatikusan átkapcsol kemény fokozatra.

Menetdinamikai jellemzők

A széria gépkocsikkal általában 0,9 g keresztirányú gyorsulással szoktak kanyarodni. A Cirtroën Xantia Activa -val gond nélkül elérhető az 1,2 g kereszt irányú gyorsulás is, miközben a kocsiszekrény csupán 1,5°-ot dől meg. Sportos vezetés esetén, a fizikai lehetőségek határán autózva, az elektronikus rendszer érzékeli a veszélyhelyzetet és a kocsiszekrényt néhányszor keresztirányban megbillentve figyelmeztet.

A hidraktív kerékfelfüggesztés és a vele megvalósított szintszabályzás, a menetbiztonság és a kényelmes utazás közötti kompromisszumot hatásosan alakítja ki. Az alkalmazott aktív stabilizátor, a futóművenként beszerelt kettős működésű hidraulikus munkahengerekkel változtatja a torziós rúd nyomatékát. Ezzel megakadályozza a kocsiszekrény bólintó és billenő mozgását.

A Hidraktív kerékfelfüggesztés az egyik futóműnél kemény fokozatban megrajzolva.

1.-futómű elektronika, 14.-szintállító szelep, 19.-kiegészítő elektromágneses szelep egység, 25.-lengéscsillapító szelep, 26.-szintszabályozás csatlakozása, 27.-kiegészítő gázrugó.

3.34. ábra - A Hidraktív kerékfelfüggesztés az egyik futóműnél kemény fokozatban megrajzolva.


A hidraulikaszivattyú

A hidraktív futómű működéshez szükséges energiát több fokozatú radiál-dugattyús hidraulikaszivattyú biztosítja. (korábban támolygó tárcsás axiál-dugattyús változatot alkalmaztak). A szivattyú hajtása ékszíjjal a motor főtengelyéről történt. A dugattyúkat excenter mozgatja.

Ennél a gépkocsinál a kerékfelfüggesztésnek, a szervokormánynak, és a fékrendszernek közös hidraulika rendszere van. A biztonság érdekében az egyik, hat szivattyúelemből álló fokozat a szervokormányt látja el tápnyomással a másik, két szivattyúelemből álló fokozat pedig a fékrendszert és a kerékfelfüggesztést működteti.

Az újabb C5 típusnál villanymotorral hajtott támolygó tárcsás 5 elemből összeállított axiál-dugattyús szivattyút alkalmaznak. Változott a hidraulika folyadék is. Újabban LDS (Liquide Direction Suspension), narancssárga színű és teljesen szintetikus anyagot alkalmaznak. A korábbi neonzöld színű LHM 3, illetve LHM 3 PLUS helyett.

A Citroën C5 hidraulika tápegység

1.-elektonika, 2.-hidraulikus szelepek, 6.-szívó cső, 11.-elektromos csatlakozó, 12.-villanymotor elektromos csatlakozó, 13.-villanymotor vezérlő relé csatlakozója, 14.-villanymotor.

3.35. ábra - A Citroën C5 hidraulika tápegység


A Citroën C5 hidraulika szivattyúja és a gáztöltésű nyomástároló.

4.-nyomástároló, 5.-biztonsági szelep, 6.-szívó cső, 7.-hajtó tengely, 8.-szivattyú elem, 9.-nyomó szelep, 9 gáz töltet.

3.36. ábra - A Citroën C5 hidraulika szivattyúja és a gáztöltésű nyomástároló.


Központi nyomásszabályzó és tároló egység

A rugó ellenében elmozduló tolattyúval működő nyomásszabályzó egység lekapcsolási nyomása 170 bar, a bekapcsolási nyomás pedig 145 bar. A 400 cm3-es gömb alakú nyomástároló 62 bar táranyomású nitrogénnel van feltöltve. A gáz töltettől gumimembrán választja el a hidraulika folyadékot. Ugyan olyan belső kialakítású gömböt alkalmaznak a nyomástárolási és a rugózási feladat ellátására. A gázrugó gömbök nyak részébe szerelik be a lengéscsillapító szelepeket. A nyomástárolónál viszont ez a szelep hiányzik.

Az hidraulika rendszer LHM 3 hidraulikafolyadék tartálya a motortérben, mellette a bal első lengéscsillapítóra szerelt gázrugó gömb.
3.37. ábra - Az hidraulika rendszer LHM 3 hidraulikafolyadék tartálya a motortérben, mellette a bal első lengéscsillapítóra szerelt gázrugó gömb.


Rugók és működtető elemei

Mindegyik lengéscsillapítóhoz a korábbiaknál nagyobb átmérőjű csővel egy gömb alakú rugóelem csatlakozik. Ennek szerkezete hasonlít a központi nyomástárolóéhoz, azonban a nyak részbe beépítik a lengéscsillapító szelepet is. Ezen kívül futóművenként egy újabb kiegészítő gázrugót csatlakoztatnak, melybe két újabb csillapító szelepet szerelnek. Ezeket az elektronika elektromágneses szelepekkel működtetett három csövet összekötő tolattyúk segítségével szabályozza. Hozzá, vagy lekapcsolja a rugóelemekhez. A bal- és a jobboldali rugóelemeket egymástól hidraulikusan elkülöníthetők, illetve összekapcsolhatók. A jobb és baloldali kerékfelfüggesztés egymással hidraulikusan kapcsolatba van a gépkocsi használatának 80%-ában. Az elválasztás akkor szűnik meg, amikor a szintszabályzás beavatkozik. Fékezéskor és gyorsításkor a rugózási és a csillapítási paraméterek megváltozásának köszönhetően csökken a kocsiszekrény bólintása. A gépkocsi használata során az út 15%-át ilyen körülmények között teszik meg. Lágy rugózást, vagyis komfort fokozatot kapcsol az elektronika, ha az útviszonyok és a vezetési stílus ezt lehetővé teszi.

„Leülés”- gátló

A hidropneumatikus felfüggesztés korábbi változatainál a gépkocsi leállítása után, amikor megszűnik a folyamatos nyomás ellátás, a hátsó futóműnél előbb, az elsőnél később lecsökken a has-magasság. Ezt akadályozza meg S.C./M.A.C. (Systeme Citroën / De Maintien en Assiette Constante) magyarul nyomástartó rendszer állandó szabad has-magassághoz. Elkülöníti a rugózást a hidraulikarendszer többi elemétől, ha annak nyomása kisebb lesz, mint ami a kerékfelfüggesztésnél van. Járó motornál, amikor a hidraulikarendszer nyomása nagyobb, mint a szelep nyitónyomása, a rugóelemek ismét kapcsolatba kerülnek a szintszabályzó szeleppel. A motor leállítása után, amikor lecsökken a rendszernyomás a szelep bezár. Ekkor a rugóelemek összeköttetése megszűnik a hidraulikarendszerrel. A felépítmény szintmagassága ezért nem csökken.

A hátsó futómű gázrugói és a kiegészítő rugó, továbbá az aktív stabilizátor és a leülés gátló nyomástárolói. A lengéscsillapító vízszintes beépítésű.
3.38. ábra - A hátsó futómű gázrugói és a kiegészítő rugó, továbbá az aktív stabilizátor és a leülés gátló nyomástárolói. A lengéscsillapító vízszintes beépítésű.


Az elektronika

A francia Valeo gyártmányú elektronikát alumínium dobozba szerelik. 2 db 15 pólusú elektromos csatlakozóval kapcsolódik az elektromos hálózathoz. Áramfelvétele csukott ajtók és a csomagtartó esetén 2 mA. Azonban amikor valami nyitva van 100 mA. Menet közben a mikroprocesszor folyamatosan összehasonlítja az érzékelők jelét a memóriában tárol jellegmezőkkel. Eltérés észlelése esetén a végfokozaton keresztül beavatkozó jelet továbbít az elektromágneses szelepekhez. Ezzel megváltoztatja a felfüggesztés paramétereit. Az elektronikát ellátták öndiagnosztikai-, és hibakód tároló áramkörrel is. Az elektromos rendszer bizonyos hibái esetén átkapcsol az úgynevezett szükség működésre.

A működéséhez a tápfeszültséget a gyújtás bekapcsolása után kapja meg, de memóriája folyamatosan tárolja a jellegmezőket, melyekkel a mikroprocesszor folyamatosan összehasonlítja a futómű rendszer érzékelőinek jeleit. Ez alapján tudja megállapítani, hogy mikor kell változtatni a felfüggesztés paraméterein. A végfokozaton keresztül 0,05 másodpercen belül adja ki a beavatkozási parancsokat, melyekkel működteti a különböző elektromágneses szelepeket.

A rugózás előválasztó kapcsoló

A kézifékkar mellett elhelyezett kapcsolóval két futómű állapot közül választhat a gépkocsivezető. A tényleges kapcsolást az elektronika végzi, bizonyos feltételek teljesülése esetén. Sport fokozatban a rugózás és a csillapítás kemény, ekkor világít a visszajelző lámpa. Normál fokozatban lágy rugókarakterisztikára és kis csillapítás valósul meg.

Sport fokozat visszajelző

A műszerfalon elhelyezett ellenőrzőlámpa sport fokozatban folyamatosan világít. Hibátlan rendszer esetén a gyújtás bekapcsolásakor néhány másodpercre felvillan, meghibásodáskor azonban folyamatosan villog.

Aktív futómű stabilizátor

A Citroën 1995-ben mutatta be a Xantia Activa modellben az aktív stabilizátort (AFS). Ívmenetben a gépkocsi tömegközéppontjában ható centrifugális erő billenti a kocsiszekrényt. Ez annál jelentősebb, minél nagyobb a sebesség, illetve minél kisebb a kanyarodási sugár. Ez a jelenség rontja a menetkényelmet, csökkenti a menetbiztonságot és a korlátozza a megvalósítható vonóerőt is. Az autógyárak konstruktőrei olyan megoldásokat igyekeznek kifejleszteni, melyek csökkentik ezeket a biztonságot is veszélyeztető jelenségeket.

Az aktív stabilizátor hidraulika rendszere

1. –elektronika, 9.-nyomástároló, 14.-szintszabályozó szelep, 15.-munkahenger az első futóműnél, 16. munkahenger a hátsó futóműnél, 20 és 21. működtető szelepegység az elektromágneses szeleppel.

3.39. ábra - Az aktív stabilizátor hidraulika rendszere


Az aktív stabilizátor hidraulikus munkahengere a lengéscsillapító mellett az első futóműnél.
3.40. ábra - Az aktív stabilizátor hidraulikus munkahengere a lengéscsillapító mellett az első futóműnél.


Az AFS rendszer részei:

  • érzékelők: gépkocsi sebesség, és kormánykerék szöghelyzet

  • elektronika

  • mechanikus elemek: stabilizátorok, az első 28 mm, a hátsó 25 mm átmérőjű. A stabilizátor rudazattal és a kettős működésű hidraulikus munkahengerrel csatlakozik a lengéscsillapítóhoz.

  • hidraulikus elemek.

Az aktív stabilizátornál két darab kettős működésű hidraulikus munkahengert szerelnek fel átlósan, a bal első és jobb hátsó kerékhez, a lengéscsillapítóval párhuzamosan. Ezek a lengéscsillapító és a stabilizátor egyik vége között létesítenek kapcsolatot. A munkahengerben, amikor a dugattyú szabadon elmozdulhat, a stabilizátor nem visz át nyomatékot. Ez az állapot akkor jön létre, amikor az elektromágneses szelep nyitott és lehetővé teszi a hidraulika folyadék szabad áramlását.

Billenési korrektor, mely a kocsiszekrény oldal irányú billenését érzékeli és a hidraulikus munkahengerekben nyomásnövekedést eredményez az elektromágneses szelep működtetésével.

Az aktív stabilizátor működése:

A kormánykerék elfordítást érzékelővel figyeli az elektronika. Így felismerhető az ívmenet. A másik fontos bemeneti jellemző a gépkocsi sebessége. A beavatkozás két fokozatban történik.

Az első fokozatban lekapcsolás

Az elektronika az AFS gázrugó gömböket kiiktatja a rendszerből. Ezzel gyorsan megnöveli a rugómerevséget. Elzárja a két hidraulikus munkahenger csőcsatlakozóit, ezért azok merev testként viselkedik, és a stabilizátor megakadályozza a kocsiszekrény dőlését.

A második fázisban aktív beavatkozás:

Az előző fokozatban viszonylag merevvé váló stabilizátorok ellenére kicsit megbillen a kocsiszekrény. Ha a dőlésszög 0,5 -nál nagyobb, melyet az első futómű korrektora érzékel, az elektronika az elektromágneses szelepekkel változtatja az aktív stabilizátor hidraulikus munkahengerének nyomását. Ez úgy történik, hogy a kocsiszekrény billenése ellen hasson. A munkahenger egy aktív csavaró nyomatékot hoz létre a stabilizátornál.

A rugó és a csillapítási karakterisztika pillanatnyi változtatásával kanyarban, gyorsításkor, lassításkor és rossz úton mérsékli a felépítmény elmozdulását.
3.41. ábra - A rugó és a csillapítási karakterisztika pillanatnyi változtatásával kanyarban, gyorsításkor, lassításkor és rossz úton mérsékli a felépítmény elmozdulását.


3.6.3. Mercedes Activ Body Controll (ABC)

A Mercedes-Benz 1999 őszén mutatta be a CL-Coupé-ban, mit széria felszereltséget és az S-osztályban, mit rendelhető tartozékot a részlegesen aktív új futóművet. 2001-ben az SL 500 típusban is széria tartozék lett az ABC (Active Body Control), az új elektrohidraulikus kerék felfüggesztési rendszer. 2005-ben már a második generációt szerelték be az S-osztályba.

A fejlesztés célja a menetdinamika és a menetkomfort további növelése volt. A kis frekvenciás kocsiszekrény mozgásokat jelentősen csökkenti ez a futómű. A manővereknél bekövetkező kocsiszekrény billenés és bólintás szinte teljesen kiküszöbölhetővé válik ezzel a futóművel. Ez a rendszer a karosszériát minden útviszonyok között azonos helyzetben tartja. Ezen kívül a lengéscsillapító-karakterisztikát, és a rugózást is szabályozza. A gépkocsi terhelésétől függetlenül azonos marad a karosszéria magassága. A vezető rossz minőségű úton, vagy mély hóban további két magasabb utazási szintet is be tud állítani. Nagy sebességnél viszont az utazási magasság automatikusan csökken, hogy mérséklődjön a légellenállás. A vezető nyomódombokkal sportos és komfortos utazási körülmények között tud választani.

A Mercedes ABC futómű rendszer
3.42. ábra - A Mercedes ABC futómű rendszer


Különleges szoftver alkalmazása révén a vezető különböző körülményekhez optimalizált futómű tulajdonságokat programozhat be. Nagyon sportos, kevésbé sportos, vagy komfortos változatok közül választhat. Ezek mindegyikénél a gépkocsi biztonságos marad. Olyanok a futóművek konstrukciói, hogy valamennyi rugóhoz kettős működésű hidraulikus munkahengert szerelnek, amivel nagyon érzékeny szintszabályzást lehet megvalósítani. Ezekkel a hidraulikus munkahengerekkel menet közben a kerekek és a felépítmény között ébredő erőket tudják megváltoztatni. Ezzel befolyásolható a rugózás és a csillapítás. Egy olyan szabályozási folyamatot valósítanak meg, amely folyamatosan figyelembe veszi az érzékelők jeleit.

A részlegesen aktív rendszer elemei

Az aktív és a passzív rugóelemek egy tekercsrugóból és egy vele sorban bekötött hidraulikus munkahengerből állnak. A tekercsrugó a hagyományos futóműveknél alkalmazottnál lényegesen keményebb. Ez hátrányosan érinti a rugózási komfortot. Ezt azonban aktív beavatkozásokkal egyenlítik ki. Ezekkel az elemekkel párhuzamosan kötik be a lengéscsillapítót, ami viszont a szokásosnál lényegesen lágyabb. Ennél a futóműnél nem alkalmaznak stabilizátort. A kocsiszekrény billenését az egyszeres működésű hidraulikus munkahenger aktív beavatkozásával akadályozzák meg. A részlegesen aktív rendszernek megfelelően a kocsiszekrény önfrekvenciájának csak az 1-2 Hz közötti tartományában aktívan befolyásoltak a futómű tulajdonságai. Ez a tartomány maximum 5 Hz ig tart. A kerekek csillapítása 14 Hz frekvenciáig passzív elemekkel történik. Így mérsékelt marad az energiaigény.

Ennek a rugózási rendszernek az előnyei:

  • menet közben folyamatosan kiegyenlíti a kocsiszekrény mozgásokat, mint például a billenést, dőlést és a be-, és kirugózást.

  • a stabilizátor hiányát a hidraulikus munkahengernél ellentétes nyomásváltozásokkal egyenlítik ki a bal és a jobb oldalon.

  • a gépkocsi vezetési tulajdonsága független a terheléstől.

  • manuális és automatikus szintállítás és folyamatos szabályozás valósítható meg.

  • a vezető gombnyomással választhat a sportos és a komfortos autózás között.

Az ABC futómű hidraulika rendszerének elvi felépítése
3.43. ábra - Az ABC futómű hidraulika rendszerének elvi felépítése


A részlegesen aktív futómű működésének fontosabb alapadatai:

  • a perdülés szögsebessége,

  • a hosszanti gyorsulás

  • a kereszt irányú gyorsulás,

  • a felépítmény függőleges irányú gyorsulásai,

  • a kerék és a felépítmény közötti relatív elmozdulás.

Ezek a paraméterek folyamatosan kiegyenlítődnek. Kanyarban például nem dől meg a kocsiszekrény, de elmarad a bólintás a hirtelen fékezéskor, vagy lassításkor.

Ahhoz, hogy a kocsiszekrény három tengelye körüli elfordulásokat érzékelni lehessen a következő egységeket kell beszerelni:

  • kerékfordulatszám érzékelő (az ESP-től érkezik CAN hálózaton)

  • kormány elfordítási szög és sebesség

  • hossz és keresztirányú gyorsulás

  • szintérzékelés

A hidraulikus tápegység

A futómű aktív beavatkozásaihoz szükséges energiát a hidraulikus tápegység biztosítja. A rendszert radiál dugattyús olajszivattyú látja el, melyet a közepes térfogatáram igénynek (2 l/perc) megfelelően méreteztek. A szivattyú hajtásának energia igénye 0,3 l/100 km többlet tüzelőanyag fogyasztást okoz. Közös egységet alkot a szervo-szivattyúval. Az üzemi nyomás 200 bar. A hidraulika egységbe egy nyomáspulzálás kiegyenlítő és zaj csillapító egységet és nyomásérzékelőt is beszerelnek.

Az ABC futómű hidraulikaszivattyúja a nyomástárolóval.
3.44. ábra - Az ABC futómű hidraulikaszivattyúja a nyomástárolóval.


Mindkét futóműhöz beépítenek egy-egy szelep egységet. Ezeket nyomástárolóval is ellátják, melyek az energia igény csúcsokat hivatottak kiegyenlíteni.

Mercedes ABC futómű hidraulika rendszere
3.45. ábra - Mercedes ABC futómű hidraulika rendszere


Kerekenként egy 3/3-as elektromágneses szelep végzi a működtetéseket. Árammentes állapotban a középső helyzetben van. A gépkocsi álló helyzetében pedig egy záró szelep akadályozza meg a nyomás gyors megszűnését.

Mercedes ABC első futómű szeleptömbje
3.46. ábra - Mercedes ABC első futómű szeleptömbje


Ez a szelep egyúttal része a biztonsági koncepciónak is, mert meghibásodás esetén lezár és lehetővé teszi a gépkocsi passzív futóművel történő tovább haladását.

A szintszabályzás úgy valósul meg, hogy mind a négy kerékhez hidraulikus állítóhengert szereljenek be. Az olaj nyomás változtatásával a rugó előfeszítése változtatható. A dugattyúrúd pillanatnyi helyzetének megállapításához elmozdulás érzékelőt szerelnek be.

Az olajnyomást az elektronika a futóműveknél elhelyezett elektromágneses szelepekkel automatikusan szabályozza. Nyomás növelésre és csökkentésre egyaránt van lehetőség. A szelep zárva van, ha árammentes pl: álló motornál, vagy hiba esetén.

Az ABC futómű kanyarodás közben
3.47. ábra - Az ABC futómű kanyarodás közben


Működés:

A vezető felőli ajtó kinyitásakor az elektronika aktívvá válik és az aktuális körülményeknek megfelelő kocsiszekrény magasságot állítja be. Az ABC elektronika menet közben folyamatosan összesen 13 érzékelő jelét dolgozza fel, melyek a következők:

  • a kerék és a felépítmény közötti relatív elmozdulás

  • függőleges irányú gyorsulás a kocsiszekrény négy pontján

  • kereszt irányú gyorsulás

  • olajnyomás és hőmérséklet

Gyorsításkor és fékezéskor egyaránt elvégzi a kocsiszekrény szintkiegyenlítését úgy, hogy a futóműveknél a szükséges mértékben, de ha kell eltérő mértékben növeli, illetve csökkenti a rugók előfeszítését.

Egyenes menetben nagyobb sebességnél csökkenti a kocsiszekrény magasságát (az első és a hátsó futóműnél egyaránt). Ez a beavatkozás csökkenti a gépkocsi légellenállását.

Kanyarodáskor a keresztirányú gyorsulásérzékelő jele alapján az elektronika az elektromágneses szelep működtetésével csökkenti a hidraulika nyomást a kanyarbelső rugóstagon és növeli a kanyar külsőnél. Így kanyarodás közben kiegyenlíti az oldaldőlést.

Az ABC futómű változat előnyei:

  • csekély többletfogyasztás

  • kis tömeg

  • a hidraulika meghibásodása esetén passzív stabilizátorként működik

  • sport illetve komfortfokozat választható

Hátrányok:

  • Ez csak félig aktív rendszer.

  • A lengéscsillapító karakterisztika nem változik a pillanatnyi rugóerőnek megfelelően.

  • A tudásához és a nyújtott szolgáltatáshoz képest drága

  • Sok, bonyolult karbantartás igényes alkatrészt tartalmaz.

A rugós tagok

A tekercsrugó, az egyszeres működésű hidraulikus munkahenger, mely a szintállítást végzi, a lengéscsillapító és a szintérzékelő egyetlen közös egységet alkot. A tekercsrugó egyik vége a lengéscsillapítóhoz rögzített rugótányérhoz, a másik vége pedig a tolattyúra támaszkodik.

Mercedes ABC futómű első lengéscsillapító
3.48. ábra - Mercedes ABC futómű első lengéscsillapító


Az elektronika és a szoftver

Az ABC elektronika fogadja, szűri és digitalizálja a bemeneti jeleket és a szoftverben meghatározottak szerinti az algoritmussal beavatkozási jeleket ad ki. Folyamatosan figyeli a rendszer valamennyi elemének működését. Hiba esetén szükségfutási parancsot ad ki és tájékoztatja a vezetőt az ellenőrzőlámpa segítségével. Több mikroprocesszorból álló rendszert alkalmaznak.

A szoftver három szabályozási stratégiát valósít meg, melyek a gépkocsi menetdinamikai viselkedését befolyásolják:

  1. Aktív kocsiszekrény kontrol, ez az algoritmus írja le a kocsiszekrény pillanatnyi helyzetét és mozgását.

  2. Skyhook szabályozás, melynél nagy jelentősége van a jel gyorsaságának. Ez befolyásolja ugyanis a kocsiszekrénynél a csillapítást. A szabályozás bemeneti információi a három helyen mért függőleges elmozdulások és gyorsulások. Ezeket a lehető legkisebb értéken tartja. Ezzel érhető el a lehető legnagyobb komfort.

  3. Reagálás a hossz- és a kereszt irányú gyorsulásokra. A kereszt irányú gyorsulások figyelése révén lehet a megfelelő beavatkozással megakadályozni a kocsiszekrény billenését, ami például dinamikus kormánymozdulatoknál szokott bekövetkezni. A szintszabályozás ugyanis nagyon lassan reagál az ilyen változásokra. A kereszt irányú gyorsulással lesz arányos a hidraulikus munkahengerekben az elektromágneses szelepekkel beállított nyomás, mert ezzel egyenlíthető ki a kocsiszekrény billenése. Hasonló módon avatkozik be a hosszirányú gyorsulás, illetve lassulás esetén is, amikor a kocsiszekrény bólintó mozgását kompenzálja.

A szabályozási stratégiák összehangolása

Menet közben az elektronika az előzőekben ismertetett különböző részműködéseket a pillanatnyi helyzetnek és a gépkocsi sebességének megfelelően súlyozza. Az aktuális paraméterek beállítása attól függ majd, hogy a vezető a sportos, vagy a komfortos utazást választotta. Az így meghatározott paraméterektől függ majd az elektromágneses szelepekre kapcsolt gerjesztő áram.

Mercedes ABC futómű szoftverévek részei és a működési vázlat.
3.49. ábra - Mercedes ABC futómű szoftverévek részei és a működési vázlat.


Az ABC futómű fékezés közben
3.50. ábra - Az ABC futómű fékezés közben


Az ABC futómű működésének előnyös tulajdonságai az állandó sebességű körpályán, a szlalom menetben, és a hirtelen kormánymozdulatoknál a legszembetűnőbb. Azonos körülmények között ívmenetben a hagyományos futóművel szerelt S-osztályú Mercedes billenési szöge 3,1˚ volt az ABC futóművel szerelt változatnál csupán 1,2˚.

3.7. Haszonjárművek elektronikus légrugózása

Az utasok kényelme, az áruk kíméletesebb szállítása miatt a haszonjárműveknél széles körűen alkalmazzák a légrugózást. Ezen a területen egyre nagyobb a jelentősége az elektronikus működésű változatnak.

A járműfelépítmények rezgéseit és lengéseit az útegyenetlenségek a kerekek tömegére gyakorolt periodikus hatása váltja ki. Intenzitása elsődlegesen a gépkocsi sebességétől függ. A függőleges irányú felépítmény elmozdulásokat a rugózás és a lengéscsillapítás révén igyekeznek megfelelő értékek között tartani. Az utazási kényelmet, azaz a gyorsulások az emberi szervezetre gyakorolt hatását kísérletekkel megállapított mérőszámokkal jellemzik, melynél a frekvencia és az amplitúdó együttes hatását veszik figyelembe (VDI görbék).

Az is hozzájárult a haszonjárműveknél a légrugózás széles körű elterjedéséhez, hogy a sűrített levegő ellátó és tároló rendszer a nagyobb ősz-gördülőtömegű járműveknél a fékrendszer révén már rendelkezésre áll, csupán a kapacitását kell kissé megnövelni, a légrugók sűrített levegő fogyasztásának megfelelően.

Kedvelt a szintszabályozás lehetősége, a progresszív és változtatható karakterisztika miatt.

3.7.1. A fejlesztések főbb céljai

  • Menet közben a futómű, illetve a kocsiszekrény rezonancia frekvenciája közelében minél kisebb, azaz csak jól elviselhető felépítmény gyorsulások lépjenek fel.

  • Minél jobb legyen a jármű menetdinamikája a teljes terhelési tartományban (üresen és teljes terhelésnél ne változzon észrevehetően a rugózás).

  • A kerékfelfüggesztésnél alkalmazott szerkezeti elemek belső súrlódása ne tegye keményebbé a rugózást.

  • A karosszériának minél nagyobb legyen a kanyarstabilitása, ami ellentétes szempont a lágy komfortos rugózással.

  • Minél hatékonyabb legyen a gumiabroncs és az útfelület közötti kapcsolat. Ezért a függőleges irányú dinamikus kerékterhelés változás minél kisebb legyen. A jelentős változások korlátozzák a fékezés és a kormányzás lehetőségeit.

  • Turista buszoknál a fel- és leszállás az egyik ajtónál a légrugó nyomásának csökkentésével, az úgynevezett letérdepeltetéssel legyen megkönnyíthető.

  • Tehergépkocsiknál a rakodás megkönnyítésére minél tágabb határok között legyen változtatható a padlómagasság. Kedvező, ha a rámpa magasságának megfelelően a padlómagasság a ki és berakodás közben automatikusan tartható.

  • A különböző, szélsőséges terhelés változások ne okozzanak felépítmény magasság változást.

A felsoroltak közül számos szempont egymással ellentétes konstrukciós kialakításokat igényel. Ezek között kell kompromisszumok révén megtalálni az optimális megoldási lehetőségeket.

3.7.2. A haszonjárműveknél alkalmazott légrugók

A jármű statikus terhelésétől független állandó térfogat és terheléstől függő nyomás jellemzi. A szintszabályozásnak köszönhetően a padlómagasság, illetve a felépítmény lengésszáma a terheléstől függetlenül közel állandó. A sűrített levegőben bekövetkező nyomás- és az emiatt bekövetkező termodinamikai állapotváltozások miatti progresszív karakterisztikájú. Ezért a légrugós kerékfelfüggesztés nagyobb kényelmet biztosít, és nagyobb menetstabilitást eredményez. A futóműre szerelt különböző speciális tartószerkezetek kialakításával széles határok között változtatható a rugóbázis, ami alapvetően meghatározza a jármű kanyarstabilitását. Kis hely- és karbantartási igény jellemzi a légrugókat.

Speciális hosszú löketű légrugókat alkalmaznak az úgynevezett liftes tengely mozgatására, azaz emelésére, illetve süllyesztésére. Az alvázon csapágyazott karokat is felszerelnek ilyen konstrukciókhoz. Ehhez kézi-, és/vagy automatikus működésű szelepet is felszerelnek.

A gyűrűs légrugó

Acélgyűrűk segítségével kialakított kettő, vagy több részes tórusz alakú, szövetváz erősítésű gumitömlőből áll. Sűrített levegővel töltött rugalmas párnák elvén működik. Kis térfogatnál karakterisztikája meredekebb. Térfogata segédtér kialakításával növelhető. Korábban általában kisebb terhelésű helyeken alkalmazzák, mint például vezetőülés, vagy a vezetőfülke rugózása. Jelenleg a gördülőmembrános változatok már kiszorították a gyűrűs légrugókat.

Gyűrűs légrugó metszete
3.51. ábra - Gyűrűs légrugó metszete


SAF haszonjármű futóműbe szerelt gyűrűs légrugó metszete
3.52. ábra - SAF haszonjármű futóműbe szerelt gyűrűs légrugó metszete


Gördülőmembrános légrugó

A membrán több rétegű kord, vagy nylon szálakból készített szövetváz erősítésű gumiból készül. Ez a gumianyag öregedésálló a hajtogatást és a nyíró erőket jól viselő összetételű. A belső gumiréteg légzáró és olajálló kivitelű, amire a kompresszor kenéséhez használt olaj sűrített levegőbe kerülése miatt van szükség. A gumimembrán létesít kapcsolatot a fedél és a dugattyúszerűen kialakított alsó rész között. Működés közben az elnevezésének megfelelően alsó részen az erő hatására legördül. A korábbi kiviteleknél külső felületét acél szalagból készített gyűrű fogta át, mely mechanikai védelmet is nyújtott.

Haszonjárművekbe szerelt gördülőmembrános légrugó metszete
3.53. ábra - Haszonjárművekbe szerelt gördülőmembrános légrugó metszete


A felső fémből készült fedél zárja le és adja át a terhelést a légrugónak. Itt alakítják ki a sűrített levegő cső csatlakozását. Belülről erre szerelik a löket határoló gumirugót. Nyomásmentes állapotában támasztja meg a jármű felépítményt.

A légrugó alsó részét dugattyú szerűen alakítják ki, mely a térfogat növelő résszel is kiegészülhet. Ezt a részt szerelik a futóműre. A külső palást felületének alakjával a légrugó karakterisztikája még progresszívebbé tehető. (például felülről lefelé fokozatosan növekvő átmérővel). Ekkor az elmozdulás függvényében a lapos lineáris szakaszt meredekebb erősen progresszív rész követi. Leggyakrabban haszonjárművek felépítményének rugózására használják. A kanyarodáskor az oldalerők hatására bekövetkező billenést jobban elviseli, mint a gyűrűs légrugó.

3.7.3. Légrugó szintállító szelepek

A légrugó szintállító szelepet a jármű felépítményére szerelik és beállítható hosszúságú karok segítségével a futóműhöz csatlakozik. Csövekkel a légtartályhoz (1-es csatlakozó), illetve a légrugóhoz (2-es) csatlakoztatják. Nyomáscsökkentéskor a szelep alsó részén (3) áramlik a sűrített levegő a szabadba.

Belsejébe kettős szelepet építenek. Az egyik a légrugó nyomását állítja be a másik a légtartály csatlakozóját zárja le.

Pneumatikus térdepeltetéses szintállító szelep.
3.54. ábra - Pneumatikus térdepeltetéses szintállító szelep.


A jármű terhelésének növekedésekor a felépítmény lejjebb mozdul. Hatására a kar elfordul és egy excentikus csap segítségével nyitja a nyomásnövelő szelepet. A nyomásnövekedés visszaállítja az eredeti felépítmény magasságot. Ekkor a kar elfordulása zárja a szelepet. A jármű terhelésének csökkenésekor a másik szelep nyit és sűrített levegő áramlik a légrugóból a szabadba. Ez a felépítmény szintjének csökkenését okozza. Hatására a szintállító szelep karja ellentétes irányba mozdul és visszazár a nyomáscsökkentő szelep. Az átömlő keresztmetszetek viszonylag kicsik, 1-1,5 mm átmérőjűek.

A felépítmény rugómozgásai miatt állandóan mozog az állítókar. Ez koptatja a szelep belső szerkezetét. Az újabb szintállító szelepeket kopásnak ellenálló kerámia betéttel látják el. Normál útviszonyoknál a rugómozgások nem okoznak nyomásváltozást. Ez csak nagyobb elmozdulásnál következik be. Az ilyen kivitelű változat sűrített levegő felhasználása kevesebb. A kanyarodáskor, sávváltáskor bekövetkező kedvezőtlen kereszt irányú lengések elkerülése miatt gyakran az első futóműnél középen egy szintállító szelepet alkalmaznak, a hátsónál pedig mindkét oldalon egyet-egyet. Kiegészítő pneumatikus egységgel válik lehetővé a „letérdepeltetés”.

3.7.4. Légrugó és laprugó kombinációja

A teherautóknál alkalmazzák egy futóművön belül a légrugó és a laprugó kombinációját. A légrugó a futómű, illetve a felépítmény felől szimmetriatengelyükkel párhuzamos, függőleges irányú erőket vesznek fel. A menet irányú és az oldal irányú erőket, valamint a fékezéskor a futóműre ható nyomatékot a laprugó veszi fel, mely leggyakrabban egyenszilárdságú kivitelű. Így részt vesz a kerék vezetésében is. A két rugóelemet összehangolják egymással.

Egyenszilárdságú laprugó és gördülőmembrános légrugó kombinációja.
3.55. ábra - Egyenszilárdságú laprugó és gördülőmembrános légrugó kombinációja.


3.7.5. Elektronika a légrugózásnál

Az első elektronikus légrugó rendszert a Wabco valósította meg. 1986-ban kezdődött az ECAS (Electronically Controlled Air Suspension) sorozatgyártása. A jelentősebb haszonjármű gyártók közül egyre többen kezdték alkalmazni. 1996-ban jelent meg pótkocsikhoz kifejlesztett újabb változat. Ezt követően a vezetőfülkéknél is alkalmaztak hasonló újabb rendszereket.

A moduláris felépítésű, könnyen áttekinthető elektronikus légrugózási rendszer számos előnyt kínál úgy a járművek gyártóinak, mint üzemeltetőinek. A laprugós járműveknél lényegesen komfortosabb utazást, illetve szállítást tesz lehetővé. A felépítmény magassága a terheléstől függetlenül állandó értéken tartható.

Az elektronika számos kiegészítő működést tesz lehetővé, mint például:

  • A felemelhető tengely (liftes tengely) vezérlése,

  • Elindulási segítség, melynél az ASR működésekor az automatikusan felemelt segédtengely nagyobb kerékterheléseket hoz létre a hajtott kerekeknél, ami csúszós úton megkönnyíti az elindulást. Ezt a működést az Európai előírásoknak megfelelően konfigurálható.

  • Lehetővé teszi az előre beállított felépítmény magasság tartását, függetlenül a terhelés változásától.

  • A nagy átömlő keresztmetszetű szelepek gyors szintváltoztatást tesznek lehetővé úgy az emelés, mint a süllyesztés irányában.

  • Előzetesen meghatározott különböző utazási szintek állíthatók be.

3.7.5.1. Wabco ECAS

A Wabco ECAS rendszer az alváz és a futómű közé szerelt elmozdulás érzékelőből, öndiagnosztikai rendszerrel ellátott elektronikából és elektromágneses szelepcsoportokból áll. Az alkalmazott érzékelők a felépítmény és a futómű közötti távolsággal arányos elektromos jelet adnak az elektronikának. Ha, az különbséget észlel az előre megadott távolság és a pillanatnyi érték között, aktiválja a megfelelő elektromágneses szelepeket, melyek segítségével a megfelelő szint beáll. Ennek megfelelően a légrugó nyomását növeli, vagy csökkenti az eltéréstől függően. Az útegyenetlenségek miatt bekövetkező érzékelő elmozdulásokat az elektronika a szintszabályozás szempontjából nem veszi figyelembe.

A távirányító segítségével a felépítmény magassági helyzete a vezetőfülkéből, illetve azon kívülről is kézzel állítható. Így például a rakodórámpának megfelelő magasság felépítmény magasság beállítható és a ki, illetve berakodás folyamán ezt a szintet automatikusan tartja is a rendszer. Lehetőség adódik a felemelhető segédtengely helyzetének manuális beállítására is. Ha azonban a tengelyterhelés átlépi a hatóságilag megengedett határértéket, melyről a légrugókhoz csatlakozó nyomásérzékelők adnak információt, az elektronika automatikusan aktiválja a segédtengely lebocsátását az útfelületre.

Wabco ECAS rendszer részegységei.
3.56. ábra - Wabco ECAS rendszer részegységei.


A diagnosztika az ISO 9141, illetve a KWP 2000 szabványok szerinti protokollal lehetséges az erre a célra kifejlesztett számítógépes szoftver segítségével. A rendszer eleme a kézi működtető egység, mely a kiviteltől függően a vezetőfülkébe, illetve az alvázon elhelyezett dugaszoló aljzatokhoz csatlakoztatható. Más elektronikus rendszerekkel a gépkocsi CAN hálózatán keresztül létesít kapcsolatot. Felszerelése egyszerűen és gyorsan végezhető.

Lehet csak a hátsó futómű, illetve mindkettő elektronikus légrugóval ellátott, illetve kiterjeszthető ez a kiegészítő segédtengelyre is.

Wabco ECAS elektromágneses szelepcsoport első generációja.
3.57. ábra - Wabco ECAS elektromágneses szelepcsoport első generációja.


Wabco ECAS elektromágneses szelepcsoport második generációja.
3.58. ábra - Wabco ECAS elektromágneses szelepcsoport második generációja.


3.7.5.2. Elektronikus légrugózás, lengéscsillapítással kombinálva ESAC

A menetkomfort további növelése érdekében a Wabco egy integrális rendszert is kínál a járműgyártóknak, melynél nem csak a légrugózás elektronikus működésű, hanem a lengéscsillapítás karakterisztikája is hasonló módon automatikusan változik. Ezt a kombinált rendszert ESAC- nak nevezik, mely az angol megnevezésből képzett mozaik szó (Electronic Shock Absorber Control).

Az ESAC-nál alkalmazott érzékelők nem csak a jármű terhelését figyelik, hanem az út profilját, a légrugó nyomását, a felépítmény mozgását, a kereszt irányú gyorsulást, a gépkocsi sebességét, a fékezőnyomás pillanatnyi értékét és a menetpedál helyzetét is.

Az elektronika az aktuális menetállapotnak megfelelő lengéscsillapítási karakterisztikát állítja be, milliszekundumon belül, az elektromágneses szelepek segítségével. A rendszerhez szükséges állítható karakterisztikájú lengéscsillapítókat a ZF Sachs fejlesztette ki és szállítja.

A fontosabb előnyök közé tartozik: a még jobb menetkomforton kívül, a jobb menetstabilitás, különösen a nagyobb sebességű kanyarvételeknél. A csillapítási karakterisztika változtatásával csökkenthető a felépítmény dőlése kanyarokban, de csökkenthető a fékezéskor, illetve elinduláskor bekövetkező bólintó mozgás is, különösen a rövid tengelytávolságú járműveknél fontos, mint például a nyerges vontatók. Természetesen az útburkolatot is kíméli a légrugós kerékfelfüggesztés révén.

3.7.5.3. A pótkocsihoz ELM

A pótkocsikhoz kifejlesztett kompakt elektronikus légrugó rendszernél közös egységbe került a szintérzékelő és az elektronika. Az alvázra pedig egy nyomógombokkal ellátott kiszolgáló egységet szerelnek fel, mely a kézi szintbeállításokat teszi lehetővé. A sebességjelet a VCS-től, vagyis a pótkocsi ABS rendszertől (Vario Compact System), illetve az EBS rendszertől a CAN hálózaton keresztül érkezik.

Wabco ELM pótkocsihoz.
3.59. ábra - Wabco ELM pótkocsihoz.


3.7.5.4. Intelligens légrugózás új érzékelővel

Az elektronikus légrugózási rendszereknél különböző elven működő érzékelőket alkalmaznak, melyek a rugóúttal arányos elektromos jelet adnak az elektronikának. A felépítményre szerelt érzékelő két részes rudazattal csatlakozik a futóműhöz. Ez szükségessé teszi a beállítást, további hátránya, hogy ki van téve mechanikus sérüléseknek. A bekövetkező deformáció hátrányosan érinti a rendszer működését. A Conti-Tech Luftfedersysteme GmbH. célul tűzte ki egy olyan érzékelő kifejlesztését az elektronikus légrugózáshoz, mely mechanikus kapcsolat nélkül, kopásmentesen működik.

A légrugó belsejébe szerelhető kombinált nyomás és elmozdulás érzékelő.
3.60. ábra - A légrugó belsejébe szerelhető kombinált nyomás és elmozdulás érzékelő.


A kísérletek során radar és optikai elven működő érzékelőket is kipróbáltak, de a költségek és a műszaki lehetőségek szempontjából a legkedvezőbbnek az ultrahangos bizonyult.

Mivel a pillanatnyi légrugó nyomást is célszerű mérni, ennél az új érzékelőnél ultrahangos elmozdulás jeladót kombinálják a nyomásérzékelővel és közvetlenül a légrugó felső részébe építik be. A beépített jelgenerátor hozza létre az ultrahangot, mely a légrugó alsó részén kialakított dugattyú felületéről verődik vissza. Az elektronika a kibocsátás pillanata és a visszaverődés között eltelt idő alapján határozza meg a felépítmény és a futómű közötti távolságot. Mechanikus sérüléseknek kitett alkatrészeket ez az egység nem tartalmaz és a különböző szennyeződésektől védett módon szerelik be. Helyigénye minimális. Az érzékelőt a pontosságellenőrzés után a légrugó felső részébe építik be. Egy elektromos csatlakozó bekötése után mindkét érzékelő jelátvitele biztosított, így a felszerelés gyorsan megvalósítható.

Az elmozdulás mérése azonban a gyakorlatban nem annyira egyszerűen valósítható meg. Az ultrahang terjedési sebességét ugyanis befolyásolja a légrugó belsejében uralkodó pillanatnyi nyomás és a hőmérséklet is. A kiértékelő elektronikát el kell tehát látni ennek megfelelő kompenzálását végző áramkörrel.

A gyártó szerint az új érzékelő kompatibilis valamennyi jelenleg gyártásban lévő elektronikus légrugózási rendszer elektronikájával.

3.7.5.5. Vezetőfülke rugózás és lengéscsillapítás sűrített levegővel

A vezetőfülke egymással jól összehangolt rugózása és lengéscsillapítása gondoskodik arról, hogy a vezető hosszú úton is minél később fáradjon ki a mechanikai igénybevételek miatt.

Légrugós vezetőfülke.
3.61. ábra - Légrugós vezetőfülke.


A Conti-Tech Luftfedersysteme GmbH. A légrugós vezetőfülke felfüggesztést sűrített levegővel működő lengéscsillapítóval kombinálta. Nem csak az egyetlen közös, kompakt szerkezeti elem előnyét lehet kihasználni, hanem biztosított az adaptív lengéscsillapítás is. Mivel az alkalmazott munkaközeg nem olaj, hanem sűrített levegő, ez a megoldás környezetvédelmi előnyökkel is jár. Továbbá az olajszivárgás miatti lengéscsillapító élettartama nem korlátozott.

Légrugó és sűrített levegős lengéscsillapító kombinációja vezető fülkéhez.
3.62. ábra - Légrugó és sűrített levegős lengéscsillapító kombinációja vezető fülkéhez.


A légrugó-lengéscsillapító egység három- vagy két sűrített levegővel töltött kamrából áll, melyek egymással kapcsolatban állnak. A rugóelem egy gördülőmembrános légrugó. A csillapítást a dugattyúba szerelt szelepek végzik melyeken keresztül az áramlást a kamrák a ki és berugózás közbeni térfogat változása hozza létre. A fizikai törvényszerűségek biztosítják az újabb előnyt ennél a lengéscsillapítónál. A csillapító közegnek, a sűrített levegőnek, a sűrűsége a terhelés növekedésével arányosan növekszik. Így a rugózási és a lengéscsillapítási karakterisztika egyaránt automatikusan igazodik a terhelése függvényében. Minél nagyobb a tömeg, annál nagyobb a lengéscsillapítási teljesítmény. Ez lehetővé teszi például, hogy különböző vezetőfülke változatokat, ugyanarra a rugó - lengéscsillapító egységre szereljenek fel. Ennek más vonatkozású előnye az, hogy csökken a javításokhoz raktáron tartandó alkatrészek száma. Az új rendszer különösen előnyös a nagy frekvenciájú rezgések tartományában, melyet például a macskaköves útburkolat jelent. Lényegesen kedvezőbb csillapítást biztosít, mint az összenyomhatatlan közeggel, az olajjal működő lengéscsillapítók. Megvalósították ennek a légrugó-lengéscsillapító egységnek a rövidebb, kétkamrás változatát is, melynél a dugattyú alatti tér közös a légrugóval. Kisebb mérete miatt ez a változat arra is alkalmas, hogy vezető ülésbe beépítsék.

CALM

A vezetőfülkékhez a Wabco által kifejlesztett légrugó és lengéscsillapító modul angol elnevezésének (Cabin Air Leveling Module) megfelelő mozaikszó a CALM. A ZF Sachs -al együttműködve fejlesztették ki és szabadalmaztatták. A közös légrugó és lengéscsillapító egységbe szerelik be a kerámia alkatrészekből készített szintállító szelepet is. Felszerelésének időszükséglete kevesebb a hagyományos rendszerekénél, mivel kevesebb egységből áll és helyigénye is kisebb. A vezetőfülke két első felfüggesztési pontját valamint egy hátsót alkotják a CALM egységek. Hátra még egy hagyományos légrugó-lengéscsillapító egységet is felszerelnek. A vezetőfülke és az alváz közötti relatív elmozdulást befolyásolják ezek a felfüggesztő elemek.

Wabco CALM a vezetőfülke légrugó és lengéscsillapító egység a szeleppel kombinálva.
3.63. ábra - Wabco CALM a vezetőfülke légrugó és lengéscsillapító egység a szeleppel kombinálva.


3.7.5.6. Knorr-Bremse ELC 4

Az elektronikus rendszernél szintérzékelők jelei alapján működteti az elektronika az elektromágneses szelepcsoportokat, melyek a légrugók nyomását állítják be a pillanatnyi menetviszonyoknak megfelelően.

Knorr-Bremse elektronikus légrugó rendszer szintérzékelői, nyomásmoduljai és az elektronika.
3.64. ábra - Knorr-Bremse elektronikus légrugó rendszer szintérzékelői, nyomásmoduljai és az elektronika.


Az elektronikus légrugózás részegységei

3.7.5.6.1. Szintérzékelő

Az elektronika bemeneti információja a felépítmény és a futómű közötti távolság. Az ezzel arányos jelet szintérzékelő közvetíti. Belsejébe a környezeti behatásoktól védetten potenciométert építenek be. Az elektronika bemeneti információja az ellenállás változása. A lineáris karakterisztika megkönnyíti a kiértékelést.

Az első futóműnél középre általában egy szintérzékelőt, a hátsó futómű két szélén egy-egy darabot szerelnek fel. Ha a „letérdeltetést” is meg akarják valósítani, az érzékelők elhelyezése és száma ettől el fog térni. A szintérzékelő elfordítható része egy beállítható hosszúságú vízszintes rudazattal és ugyancsak állítható hosszúságú függőleges karral csatlakozik a futóműhöz. A felszereléskor a potenciométert az összejelölt középső helyzetbe kell állítani. A jármű felépítménye a gyártó által előírt normál menet magasságban kell legyen ilyenkor. Ennek megfelelően kell a rudazatot beszerelni. Ezt követően a jármű gyártója által meghatározott különböző szinteket lehet beszabályozni. Ezeket az értékeket az elektronika memóriája tárolja. Megadásához, illetve beállításához a diagnosztikai laptop és kiegészítő egységei szükségesek.

A szintérzékelő felszerelve az autóbuszra.
3.65. ábra - A szintérzékelő felszerelve az autóbuszra.


Felszerelési alaphelyzetben a ház és a mozgó rész furata egymással szemben kell legyenek.
3.66. ábra - Felszerelési alaphelyzetben a ház és a mozgó rész furata egymással szemben kell legyenek.


3.7.5.6.2. Az ELC elektronikája

Az elektronikát a járműbe védett helyre, vagy az utastérbe, vagy valamelyik oldalládába, illetve a mennyezet alatti levegőcsatornákba szerelik. A gyárilag alumínium dobozba beépített elektronika a hagyományosnak tekinthető, 35 pólusú csatlakozón keresztül létesít kapcsolatot az elektronikus légrugó rendszer perifériájával, azaz az érzékelőkkel, kapcsolókkal és a szelepcsoportokkal. Az újabb változatoknál már több csatlakozós, úgynevezett moduláris rendszert alkalmaznak.

Az indítókulcs elfordítását követően az elektronika automatikusan végrehajtja a rendszer ellenőrzést, eközben a kontrollámpa világít. A folyamat során az elektronika rövid impulzusokat küld a működtető elektromágnesek tekercseinek, amivel ellenőrzi ezeket az áramköröket. Ha a rendszer hibátlan az ellenőrzőlámpák kialszanak. Ha a légtartályban a rendszer működéshez nem elegendő a nyomás, az ellenőrző lámpa villog. Ehhez a jelet a légtartály közelében elhelyezett nyomásérzékelő adja.

Működés során az elektronika tápfeszültséggel látja el a szintérzékelő potenciométereket, és fogadja az onnan érkező feszültség jeleket, továbbá a vezető által a kapcsolókkal közvetített szintállítási parancsokat. Kiértékeli ezeket a jeleket, eredményeként beavatkozási parancsot ad ki. Működése során folyamatosan ellenőrzi a rendszer elemeinek állapotát. Ha a szintállítás szükségessé válik, áramot kapcsol a megfelelő szelepcsoport elektromágneseire.

Beállíthatók az egyes működtetésekhez az ezeknek megfelelő sebességküszöbök, például a különböző szintek aktiválására, illetve a térdepeltetés visszakapcsolására.

Az elektronika a légrugók nyomásának változtatását némi késedelemmel végzi azért, hogy a rossz úton bekövetkező futómű lengések ne okozzanak túl nagy sűrített levegő felhasználást.

A kanyarodást az elektronika a jobb és bal oldali szintérzékelők ellentétes elmozdulása alapján ismeri fel, ilyenkor a jobb és baloldali légrugók egymástól leválaszthatók az elektromágneses szelepek segítségével. Ezt nevezik keresztzárásnak, ami csökkenti a felépítmény billenését.

A különböző országok előírásainak megfelelő működési paraméterek programozhatók be az elektronikába.

A hibakódok kiolvasása és törlése diagnosztikai számítógéppel lehetséges. A diagnosztikai vizsgálatnál lehetőség van a villogókód aktiválására is.

Csuklós autóbuszoknál a régebbi változatnál még kettő, megfelelően konfigurált (master ésslaver) elektronika szükséges, melyek működés közben egymással adatátviteli kapcsolatban állnak.

3.7.5.6.3. Elektromágneses szelep egységek

Menet közben ezek a szelepcsoportok szabályozzák a sűrített levegő áramlását annak érdekében, hogy a felépítmény feljebb, vagy lejjebb mozduljon, illetve megakadályozható legyen a kocsiszekrény billenése, vagy a ki- és beszállás megkönnyítéséhez letérdepeltethető legyen az autóbusz.

A hátsó futómű szelep egysége:

Három elővezérlő elektromágnesből és az azokhoz csatlakozó relé-szelepekből áll. Az elektromágneses szelepek alaphelyzetben árammentesek. A fenti I. II. és a III.-as jelű kamrákban nincs sűrített levegő nyomás. A relé-szelepek dugattyúi (7, 8, 9) alaphelyzetben vannak. Az alsó részbe szerelt kettős szelepek (10, 11, 12) zárnak az ülékekhez. Az „A” -jelű 3/2-es, vagyis három csőcsatlakozó között két működési állapotban kapcsolatot létesítő központi szelep növeli, vagy csökkenti a nyomást a légrugóban, attól függően, hogy a légtartállyal, vagy a környezettel van kapcsolatban.

A hátsó futómű szelep egysége.
3.67. ábra - A hátsó futómű szelep egysége.


A másik két „B” és „C” -jelű 2/2-es elektromágneses szelepek a bal és a jobb oldali légrugók kiválasztására adnak lehetőséget. Ha növekszik a gépkocsi terhelése, a tekercsek gerjesztő áramot kapnak. Az I. II. és a III. kamrákba sűrített levegő kerül és a relé-szelep dugattyúk lefelé mozdulnak.

Az „A” -jelű szelep megszűnteti az összeköttetést a környezettel és a kettős-szelep nyitásával sűrített levegőt enged a „IV” térbe. A 8-as és a 9-es relé-szelepek dugattyúinak elmozdulása lehetővé teszi, hogy a 21-es és a 22-es csatlakozó furatokon keresztül sűrített levegő áramoljon a bal és a jobb hátsó légrugókba. Ha az egyik, vagy a másik légrugó nyomását nem szükséges növelni, az természetesen lezárható.

Ha az „A” -jelű szelep tekercse árammentes, a „B” és a „C” –jelű szelepekkel kiválasztott légrugók nyomása hasonló módon változtatható, de most nyomáscsökkentésnek megfelelően.

Az első tengelynél alkalmazott, „letérdeltetést” is lehetővé tevő szelepváltozat (autóbusz)

Ezt az egységet a szeleptömb felső részébe szerelt három elektromágnes működteti. A bal, valamint a jobb oldali légrugók kimenetei között a szeleptömbön belül egy fojtófuratot alakítottak ki (6).

Az „A” –jelű központi elektromágneses szelep alaphelyzetben árammentes. Ilyenkor a légrugók nyomásának csökkentésére válik lehetőség. A gerjesztő áram hatására működteti az alatta lévő relé-szelepet, ami lehetővé teszi a légrugók nyomásának növelését.

A „B” –jelű elektromágnes a 21-es illetve a 22-es kimeneti csatlakozókhoz engedi a sűrített levegőt, vagy azok ürítését teszi lehetővé. A „C” –jelű elektromágneses szelep a szintállításhoz nem használatos. A „letérdepentetés”, vagyis az utasok fel és leszállását megkönnyítő belépőszint csökkentés az ajtó felőli oldalon a B és a C elektromágnesek működtetésével lehetséges. A C zárja a 22-es csatlakozót, melynél nem lesz nyomásváltozás. A nyomáscsökkentést a 21-es kimeneten a B elektromágnes gerjesztése hozza létre a relé-szelep segítségével. Ez az előre meghatározott és pontosan beállított szintig engedi csökkenni az autóbusz fellépő magasságát.

Az első futómű szelep egysége.
3.68. ábra - Az első futómű szelep egysége.


3.7.5.6.4. Kapcsolók és ellenőrző lámpák

Ha az indítókulcsot a vezető elfordítja az elektronikus légrugó rendszer automatikusan beállítja a jármű gyártója által meghatározott, úgynevezett „normál” szintet.

Ezt a kapcsolók segítségével meg lehet változtatni, ennél alacsonyabb, vagy magasabb szint is beállítható. Ehhez általában háromállású kapcsolót szerelnek fel. Ettől függetlenül egy másik kapcsoló aktiválja a letérdepeltetést. Ez viszont csak a normál szintből kapcsolható. A véghelyzet elérése előtt, ha a vezető visszaengedi a nyomva tartott kapcsolót, biztonsági okból visszaáll a normál szint. Az esetleges személyi, vagy jármű sérülések elkerülése érdekében a rendszer felszerelhető az úgynevezett „járdaszegély kapcsolóval”. Ez egy hosszan a küszöb alatt elhelyezett érzékelő, mely megszakítja a további szintcsökkentést, ha valakinek a lábfeje, vagy más tárgy, például egy kő, vagy a járdaszegély megközelítette a fenéklemezt. Az ellenőrzőlámpák a szintállítás közben folyamatosan világítanak.

Mercedes autóbusz elejének „letérdeltetése”.
3.69. ábra - Mercedes autóbusz elejének „letérdeltetése”.