4. fejezet - Lengéscsillapítás

4. fejezet - Lengéscsillapítás
Vissza		Előre

4.1. A gépjárművek lengéscsillapítóinak feladata és műszaki jellemzői

Menet közben az útegyenetlenségek által a kerekeknél gerjesztett periodikus lengő mozgás energiáját lengéscsillapító alakítja át hőenergiává. Ennek köszönhetően a kerékterhelés dinamikus változása gyorsabban lecseng, egyenletesebb lehet a gumiabroncs és a kerekek között az útfelület síkjában átvihető erő. Ezért a lengéscsillapító fontos szerepet tölt be a közlekedésbiztonság területén.

4.1. ábra - A kocsiszekrény és a kerék lengései lengéscsillapító nélkül és lengéscsillapítóval.

Ki- és berugózáskor egy azonos mértékű energiaátalakítás súrlódással is megvalósítható lenne. Régebben, az autózás kezdetén alkalmaztak is ilyen lengéscsillapítókat. Ezek csillapítása azonban nem sebességfüggő, és a másik hátránya az, hogy keményebbé teszi a rugókarakterisztikát. Nem felel meg a jelenlegi menetkényelmi szempontoknak.

A másik fontos szempont az, hogy az ellentétes mozgásirányokban (be-, és kirugózáskor) célszerű, ha különböző erősségű csillapítást valósítanak meg. Ez hidraulikus munkaközeggel, sebesség függő áramlási ellenállással, különböző hatású szelepekkel érhető el. Ezért tehát a gépjárműveknél elsősorban teleszkóp szerűen kialakított, hidraulikus lengéscsillapítókat alkalmaznak. Ezt a kerék és a felépítmény közé szerelik be, rugalmas rezgés-, és zajcsillapító elemmel (gumi betétekkel) kiegészítve. A futóműbe szerelt úgynevezett „hord rugót” és a lengéscsillapítót össze kell hangolni egymással.

Ha például túl kicsi a csillapítás, nem lesz megfelelő a kerekek tapadása az útfelületen, mert erőteljesen változik a dinamikus kerékterhelés. A szükségesnél kisebb csillapításnál, (lágy lengéscsillapító) a felépítmény függőleges gyorsulása növekszik, a futóműnél az amplitúdó kissé csökken a dinamikus kerékterhelés változás növekszik.
Amennyiben a szükségesnél nagyobb a csillapítás a felépítmény függőleges gyorsulása csökken, a futóműnél a gyorsulás pedig növekszik, a dinamikus kerékterhelés változás csökkenni fog.

4.2. Egy és kétcsöves hidraulikus lengéscsillapítók

A lengéscsillapító csőben a dugattyú alatti és feletti folyadék mennyisége a dugattyúrúd térfogatával eltér egymástól. Ennek kiegyenlítését egy rugalmas gázpárna bízzák, melyet a lengéscsillapító belsejében alakítanak ki. Kedvezőtlen azonban, ha működés közben a gáz és a folyadék buborékok formájában egymással keveredik, mert csökken a csillapítás és növekszik a kavitáció veszélye.

A gáz- és a folyadék terek szétválasztása szempontjából a következő lengéscsillapító változatokat különböztethetjük meg:

egycsöves lengéscsillapítók

Ez a változat a működés közben képződő hőt gyorsabban és közvetlenebbül át tudja adni a környezetnek, de a gáz és a folyadék tér szétválasztásához a két közeget egymástól szétválasztó dugattyút kell beszerelni. A nagyobb igénybevételű sport lengéscsillapítók általában egycsövesek,ezért kedvezőbb lesz a hűlése.
kétcsöves lengéscsillapítók

Ennél a változatnál a gáz tér a két cső közé kerül, jól elkülönül a folyadéktól. Ez hatékonyan csökkenti a habképződés veszélyét. Az a hátránya viszont, hogy rosszabb a hőátadási tulajdonsága.

4.2. ábra - Egycsöves gáztöltésű lengéscsillapító be-, és kirugózás közben.

4.3. ábra - Kétcsöves gáztöltésű lengéscsillapító be-, és kirugózás közben.

Mindkét változatnál túlnyomást is szoktak alkalmazni, ami tovább csökkenti a buborékképződés veszélyét és a kavitáció lehetőségét.

4.3. Lengéscsillapító karakterisztikák

A lengéscsillapítóknál két tényező határozza meg a csillapítási karakterisztikát.

Egyrészt a dugattyúba szerelt a szelepekben, illetve furataiban létrejövő fojtás.
Másrészt a bizonyos előfeszítésű rugók elmozdulásakor kinyíló furatok által képviselt fojtás. Ez utóbbi egy bizonyos nyomásnál intenzívebb áramlást tesz lehetővé. Ilyen kialakítható a dugattyúban, de készülhet fenékszelepként is a külső és a belső cső között a kétcsöves lengéscsillapítónál.

Ezen két csillapítási lehetőség egymással történő összehangolásával különböző lengéscsillapító karakterisztikák valósíthatók meg.

A berugózási és a kirugózási karakterisztika egymástól jelentősen eltérnek

Általánosságban elmondható, hogy hozzávetőleg 30-50%-a a berugózási, a kirugózásinak. Berugózásnál kisebb-, kirugózásnál nagyobb a csillapító erőt valósítanak meg a különböző hidraulikus szelepekkel.

Így ha az útegyenetlenség kiemelkedik a síkból, berugózáskor a kocsiszekrényt kisebb ütés éri, illetve mérsékeltebb lesz a kerék gyorsulása, csökkentett lesz a felépítmény gyorsulása is.

Ha pedig gödörbe fut a kerék, nem fog egészen az úthiba legalsó pontjáig elmozdulni, ahonnan ismét gyorsulhat visszafelé. A lengéscsillapító karakterisztikája egyrészt a menetkomfortot, másrészt pedig a kerékterhelés dinamikus változását befolyásolja és ezzel a biztonságos közlekedést.

4.4. ábra - A kerék mozgása normál haladáskor és a különböző útegyenetlenségeknél.

Változtatható lengéscsillapító karakterisztika:

Amikor egy gépkocsinál fixen előre meghatározzák a csillapítási tényezőt, ez minden esetben kompromisszumot jelent a komfort és a menetbiztonság között.

Sokkal kedvezőbb a változtatható csillapítási karakterisztika. Ez megvalósítható egyszerű módon egy változó keresztmetszetű megkerülő csatornával a dugattyú löket függvényében. Évtizedekkel korábban alkalmaztak gombnyomásra változtatható csillapítású lengéscsillapítókat is, de a változtatás a vezetőre volt bízva. Sokkal hatékonyabb, ha a csillapítást az érzékelők jelei alapján automatikusan állítja be az elektronika. A memóriában tárolt referencia értékekkel összehasonlítja a mért értékeket és ez alapján adja ki a parancsokat a beavatkozó egységnek. Ez a beavatkozás már a vezetőtől függetlenül, automatikusan fog bekövetkezni.

A lengés lecsengésének gyorsasága alapján megkülönböztetünk egymástól:

- lágy lengéscsillapítót, melynél csak lassan csökken a lengés amplitúdója

- kemény lengéscsillapítót, melynél gyorsan csökken a lengés amplitúdója

4.5. ábra - A lágy és a kemény csillapításnál a lengés lecsengése.

A lágy csillapítás komfortos utazást biztosít. A kemény csillapítás inkább a közlekedésbiztonságot szolgála.

4.6. ábra - A lengéscsillapító karakterisztikája ki-,és berugózáskor a löket függvényében.

Csak az elektronikusan változtatható adaptív, a menetviszonyokhoz folyamatosan alkalmazkodó csillapítás oldhatja fel a menetkomfort és a biztonság közötti ellentmondást.

Gyakran alkalmazzák a szemi-aktív szabályozást, melynél a csillapítási tényező a gépkocsi sebességétől függ.

4.7. ábra - A lengéscsillapító karakterisztikája ki-, és berugózáskor a dugattyúsebesség függvényében.

4.4. 4. Elektronikusan változtatható karakterisztikájú lengéscsillapító

A szokásosnál keményebb csillapítás ugyan rontja a menetkomfortot, de biztonságosabb vele az autózás. Komfortosabban mindig csak a biztonság rovására lehet autózni. Az igényesebb gépkocsiknál ezt az ellentmondást aktív elektronikus rendszerrel oldják fel. Az érzékelők jelei alapján az elektronika felismeri a veszélyes menetállapotot és ilyenkor keményebb csillapítást valósít meg.

A kocsiszekrényen tapasztalható menetdinamikai jelenségek:

Rossz úton elöl és hátul váltakozva ható függőleges gyorsulások miatt a gépkocsi karosszériája hullámzó mozgást végez.
Hosszirányú gyorsulás, vagy lassulás hatására a gépkocsi úgynevezett bólintó mozgást végez, fékezésnél a hátulja felemelkedik, az eleje pedig lesüllyed.
Keresztirányú gyorsulás hatására a kocsiszekrény egyik, vagy másik irányban megbillen.

Ezek, az előzőekben összefoglalt nem kívánatos jelenségek automatikusan csökkenthetők, vagy akár teljesen kiküszöbölhetők elektronikus rendszerek alkalmazása révén, mely adaptív módon, automatikusan változtatja a csillapítási tényezőt.

4.4.1. Az elektronikusan változtatott lengéscsillapítóknál alkalmazott érzékelők összefoglalása

Menetsebesség érzékelő régebbi személygépkocsiknál a sebességváltóra szerelt jeladó, újabban az ABS kerékfordulatszám érzékelő jele használatos, mely a CAN hálózaton keresztül érkezik.
Gyorsulás érzékelők. Ezeket a lengéscsillapítókon és a kocsiszekrényen is el szoktak helyezni.
Karosszéria magasság érzékelő (elmozdulás érzékelő), újabban induktív változatot alkalmaznak.
Információk a motormenedzsment rendszertől (motorelektronikától)

pillangószelep helyzet, és elmozdulási sebesség
Kormánykerék elfordítás érzékelő

az elfordítás iránya, szöghelyzet, szögsebesség, és szöggyorsulás a fontosabb bemeneti információk.
Kézi kapcsoló, melyet a műszerfalon helyeznek el. Ennek segítségével a gépkocsivezető választhatja a vezetési stílust, mely lehet:

"Komfortos, vagy AUTOMATIKUS" fokozat és,

"SPORT" fokozat.

4.4.2. Gyorsulás érzékelő

A kapacitív elven működő gyorsulás érzékelő

kocsiszekrény gyorsulását mérik:
- a menet irányban,
- arra merőlegesen és
- a futóművek közelében függőleges irányban szerelik fel.
a kerekek gyorsulását a lengéscsillapítóra felszerelt érzékelők mérik.

Az érzékelők szerkezeti kialakítása általában azonos, de méréshatáruk és érzékenységük jelentősen eltér egymástól. A kerekeknél alkalmazottaknak a méréshatára például tízszerese a kocsiszekrényre szereltekének. A kocsiszekrénynél általában 1,0 – 1,5 g közötti, a lengéscsillapítónál 1 – 15 g közötti változatot használnak.

Az érzékelő belsejében egy rugólapra szerelik fel az „m” tömeget, mely nyugalmi helyzetben előre meghatározott távolságban van a két szélső álló fegyverzettől. A d₁ és a d₂ távolságok egy – egy kapacitást határoznak meg. Amikor az érzékelőre gyorsulás hat a tömeg a rugó ellenében elmozdul és emiatt mindét kondenzátor kapacitása megváltozik. Ez alapján méri az elektronika a pillanatnyilag ható gyorsulást.

4.8. ábra - A futóműveknél alkalmazott kapacitív gyorsulás érzékelő működési elve.

4.4.3. A lengéscsillapító karakterisztikáját beállító elektronika

A környezeti behatásokkal szemben védetten, többnyire alumínium dobozba a kocsiszekrénybe szerelik be. Általában az első utas ülés lábterében, vagy alatta helyezik el. Az elektromos hálózat sokpólusú csatlakozóval létesít kapcsolatot az elektronikával. A működéshez szükséges tápfeszültséget a gyújtás bekapcsolása után kapja meg.

Az öndiagnosztikát a gyújtás bekapcsolásakor az elektronika néhány másodperc alatt elvégzi. Ez a teljes elektronikusan változtatható lengéscsillapító rendszer elektromos hálózatára vonatkozik. Ez idő alatt az ellenőrzőlámpa folyamatosan világít, ha a rendszerben nincs elektromos hiba, kialszik a lámpa. Meghibásodott áramköri elem esetén az ellenőrzőlámpa villog. A hiba jellegétől függően szükségállapotban is működhet a rendszer, melyet elsősorban a gépkocsi sebessége befolyásol.

Például, ha karosszéria magasság érzékelője hibásodott meg és a gépkocsi sebessége kisebb 100 km/h-nál a normál csillapítási karakterisztika valósul meg. Ha nagyobb a sebesség, mint a küszöbérték (100 km/h), akkor az úgynevezett „szükség működés” aktiválódik és az elektronika automatikusan sport üzemmódba kapcsol.

A diagnosztikai áramkör általában az alábbi részegységek állapotát figyeli:

állítómotorok,
kormánykerék elfordítás érzékelő,
kocsiszekrény magasság érzékelő,
sebesség érzékelő,
pillangószelep helyzet érzékelő,
elektronika.

A diagnosztikai áramkör azon kívül, hogy a meghibásodott részegység kódját megjegyzi, további két információt rendel hozzá:

a kilométer számláló állása,
a gépkocsi sebessége a hiba bekövetkezésekor.

Az elektronikus rendszer lehetővé teszi:

az elektronika azonosítását,
a működési paraméterek mérését,
az állítómotor működésének ellenőrzését,
országúti vizsgálatot.

4.3 A lengéscsillapító beavatkozó egysége i

lengéscsillapítóra szelepet állító motorok, elektromágnesek.
ellenőrzőlámpa a műszerfalon
diagnosztikai csatlakozó (EOBD)

4.9. ábra - Légrugós szintállítás és elektronikusan változtatható lengéscsillapítási rendszer egyik lehetséges változata.

4.5. CDC lengéscsillapító (continous damping control)

A ZF Sachs elektronikusan szabályozott lengéscsillapító rendszerét 1997-ben mutatták be. Először az Audi A8-ba, ezt követően a Ferrari Maranello-ba építették be. A közelmúltban megjelent már a középosztályban is és 2004-től a kompakt osztályban is találkozhatunk vele. Például az Opel több típusában is alkalmazzák, mint extra tartozékot. Normál körülmények között növeli a komfortot, veszélyes helyzetekben pedig a biztonságot. Skyhook szabályzási algoritmusnak nevezik azt a programot, amelyet a ZF Sachs fejlesztett ki a lengéscsillapító karakterisztika beállítására.

A lengéscsillapítónak ezt a változatát elsősorban az alsó középosztályban alkalmazzák. A rövidítés a „continous damping control” angol elnevezésből származik, ami folyamatosan ellenőrzött lengéscsillapításnak nevezhető magyarul.

A CDC előnye a hagyományos lengéscsillapítóval szemben, hogy nem csak egy előre definiált csillapítási jelleggörbéje van, mely macskaköves úton, lassú menetben is ugyanazt a csillapítást adja, mint gyorsan haladva kanyarodáskor. A CDC minden menethelyzetben a legmegfelelőbb csillapítást állítja be. Ez elektronikusan szabályozható arányos működésű elektromágneses szeleppel válik lehetővé. Ez a lengéscsillapító csőben az olaj áramlását kisebb, vagy nagyobb értékre állítja be. Ha csökken az olaj áramlása a lengéscsillapító keményebb lesz, ha nagyobb lesz az olaj térfogatáram a lengéscsillapító lágyabb karakterisztikájú lesz.

1- CDC lengéscsillapító, 2 – A kocsiszekrényre szerelt gyorsulás érzékelő, 3 – A kerék közelében elhelyezett gyorsulás érzékelő, 4 – CDC szelep a lengéscsillapítón 5 – Működtető elektronika

4.10. ábra - Haszonjármű CDC lengéscsillapítóval.

Ilyen lengéscsillapító változatokat már évtizedek óta alkalmaznak, de világviszonylatban is újnak számít az olyan elektronikus futómű technika, mely intelligens kapcsolatban van a gépkocsi más elektronikus rendszereivel is. ZF Sachs az „Active Roll Stabilization” ARS, a CDC és a CDC_2e rendszereket gyártja és ajánlja az autógyáraknak.

Az utóbbit a BMW 7-es sorozatában alkalmazzák. Az elektronikusan szabályozható, arányos működésű szeleppel az olaj átáramlása folyamatosan állítható kirugózáskor és berugózáskor egyaránt. Ezen kívül a lengéscsillapító dugattyúját mindkét mozgásirányban kiegészítő szelepekkel is ellátták. Ez számos beállítási lehetőséget kínál.

A gépkocsi más elektronikus rendszereinek érzékelőitől származó adatokat, mint például a gépkocsi sebessége, a kormánykerék pillanatnyi helyzete, a hossz- és kereszt irányú gyorsulások, a futómű elektronika felhasználja a szabályozható stabilizátor és a lengéscsillapító beállításához is. Ilyen módon a kocsiszekrény elmozdulásait ez a program minimalizálja. Ezzel a gépkocsi dinamikai tulajdonságai javulnak, például kisebb lesz az oldal irányú dőlése és lényegesen jobb lesz a menetkomfort is.

Ez az elektronikusan szabályozott futómű csökkenti az útfelület felől jövő gerjesztéseket. Különösen előnyös, amikor úthibáktól érkeznek dinamikus hatások. Ilyenkor lágyabb csillapítást állít be az elektronika. Ezzel a komfort szempontjai érvényesülnek. Ez a karakterisztika hátrányos kanyarban, amikor a jármű önkormányzási tulajdonságát kell támogatni, éppen a kemény csillapítás válik szükségessé. Ez a két ellentétes kívánság jól teljesíthető a lengéscsillapítóba beépített arányos működésű szelep átállításával, amit az elektronika automatikusan végez.

4.11. ábra - Autóbusznál a CDC lengéscsillapítóra szerelt elektromágneses szeleppel változtatja az elektronika a csillapítási tényezőt.

4.12. ábra - Hagyományos futóművekkel és CDC-vel szerelt haszonjárművek azonos sebességgel, azonos ívben történő kanyarodáskor.

4.5.1. CDC2e lengéscsillapító

A CDC (Continuous Damping Control) előnye a hagyományos lengéscsillapítóval szemben, hogy nem csak egy előre definiált csillapítási jelleggörbéje van, hanem minden menethelyzetben a legmegfelelőbb csillapítást állítja be. Ez elektronikusan szabályozható arányos működésű elektromágneses szeleppel valósul meg. Ez a lengéscsillapító csőben az olaj áramlását változtatja. Ha csökken az áramlás, keményebb lesz a lengéscsillapító, ha nagyobb lesz az olaj térfogatáram a lengéscsillapító lágyabb karakterisztikájú lesz.

A CDC_2e-nél a lengéscsillapítóba két kiegészítő szelepet építettek be a ki- és a berugózási fokozathoz, mely külön-külön szabályozható. Ezen kívül további szelepek is rendelkezésre állnak a beállításokhoz. A lengéscsillapítóhoz tartozó elektronikával együtt ez a szeleprendszer egyszerre biztosít kiváló menetdinamikát és rendkívül jó menetkomfortot.

4.5.2. Együttműködés a CDC és az ESP között

A CDC képes kifogástalan együttműködésre az ESP rendszerrel. Ez a CAN hálózat révén valósulhat meg. Amikor például az ESP aktívvá válik és kormányzási beavatkozással, vagy az egyik kerék fékezésével, és ezzel párhuzamosan a motor nyomatékának csökkentésével stabilizálja a gépkocsit, a CAN hálózaton keresztül utasítást ad a CDC elektronikának és az keményebbre állítja a lengéscsillapítót annál a keréknél, amelyiknél ez szükségessé válik. Így a két elektronikus rendszer támogatja egymás hatását. Kritikus manővereknél is megtartja forgalmi sávját a gépkocsi. A tapasztalatok szerint a CDC-vel szerelt gépkocsiknál az ESP csak ritkábban avatkozik be. Ugyanis a kellő pillanatban keményre állított lengéscsillapító nyomon tartja a gépkocsit. Az ABS beavatkozással történő fékezéseknél a CDC további centiméterekkel képes rövidíteni a fékutat, mert fékezés közben jobb lesz a kerék érintkezése az útfelülettel. Így nagyobb fékerő valósulhat meg.

4.5.3. A CDC előnyei folyamatosan élvezhetők

A járművek biztonságát növelő műszaki megoldások csak kritikus körülmények között avatkoznak be. Normál utazás közben jelenlétükről általában nem is veszünk tudomást.

Bár az előzőekben leírtak alapján a CDC rendszer is tekinthető biztonsági berendezésnek, hiszen növeli a jármű aktív biztonságát, de hatékony jelenlétét a teljes utazás során élvezhetjük. Normál utazás során növeli a komfortot, kritikus forgalmi viszonyok között viszont, növeli a menetbiztonságot. A jármű úgy halad el az útegyenetlenségek felett, legyen az kisebb gödör, vagy éppen kiemelkedés, akár a jelzőlámpák előtt meghullámosított útburkolat, hogy a felépítmény szinte semmilyen függőleges irányú mozgást nem végez. Ezt a hatást nem úgy érik el, hogy gyárilag jó kemény lengéscsillapítót szerelnek a gépkocsiba, hanem ez a CDC rendszer elektronikájába beprogramozott úgynevezett „Skyhook” szabályozási algoritmusnak köszönhető. Ez minden pillanatban az optimális lengéscsillapítást állítja be. Amikor lehetséges komfortosan lágy, de amikor szükséges a sportosnál is keményebb csillapításra vált át. Az elnevezés onnan ered, hogy igyekeznek azt a hatást elérni, mintha a kocsiszekrény magasan az égben lenne felfüggesztve és a föld felszínével párhuzamosan suhanna tova. Így az útfelület egyenlőtlenségei kiegyenlítődnek. Ezt a szabályozási algoritmust a ZF Sachs fejlesztette ki és 2005-ben több Opel típusban is már bevezették. Ezt hamarosan követte az „Advanced Skyhook” algoritmus, mely elődjénél még jobban képes megvalósítani a kitűzött célt.

4.13. ábra - Így képzelhető el a Skyhook algoritmus.

4.5.4. A Skyhook szabályozásnak megfelelő lengéscsillapító karakterisztika

A Skyhook szabályozásnak megfelelő lengéscsillapító karakterisztika, melyet az elektronika az állító szelepre kapcsolt áramerősség szabályozásával állít be.

4.14. ábra - A lengéscsillapító karakterisztika változtatása a szelep áramának szabályozásával

4.5.5. A lengéscsillapító karakterisztika elektromos változtatása

A gyakorlatban a különböző gépkocsi típusoknál többféle megoldással lehet találkozni. Ezek közül egyik egyszerű változat elvi működését foglaljuk össze.

A kétcsöves, gáz töltésű lengéscsillapítóba egy előfeszített rugóval zárva tartott szelepet szerelnek be. Ennek közelében helyezik el a működtető tekercset. Árammentes állapotban a szelepet zárva tartja a rugóerő. A csillapítási tényezőt a dugattyúban kialakított szelepek határozzák meg, melyek kemény csillapítást adnak. A dugattyú mozgási sebessége berugózáskor az ábrán jelölt „v”.

A tekercsre kapcsolt gerjesztő áram mágneses hatása a szelepre (3) erőt fejt ki, mely a rugóerő (F_F) ellenében érvényesül. Ha a belső hidraulikus nyomásból származó erő (F_p) és a mágnes erejének (F_M) összege nagyobb a rugóerőnél (F_F), elmozdul és nyit a szelep. A csillapítási tényező tehát az elektromágnesre kapcsolt gerjesztő árammal lesz arányos, mert az elmozduló szelep kúpos felülete egy folyamatosan változó fojtást fog eredményezni.

4.5.5.1. A lengéscsillapító belsejébe szerelt elektromágneses szeleppel

1 –elektromágneses szelep, 2 –lengéscsillapító cső, 3 –szelep, 4 –rugó, 5 –tekercs,

4.15. ábra - A lengéscsillapító karakterisztika változtatása a gerjesztő áram változtatásával.

A legnagyobb csillapítás árammentes állapotban valósul meg. Ez az állapot az elektronikus rendszer meghibásodás esetén is. A leglágyabb csillapítás pedig akkor lesz, amikor a gerjesztő áram 1,8 A körüli értékű.

A fenti elvi ábra a működési elv megismeréséhez jó, de a valóságos szerkezet ettől kissé eltér. A következő ábra már egy valóságos kivitelről készült metszetet mutat.

4.16. ábra - A lengéscsillapító karakterisztika változtatása a gerjesztő áram változtatásával.

4.5.5.2. A lengéscsillapító csövén kívül elhelyezett elektromágneses szeleppel

Az alábbi ábrán kétcsöves gáztöltésű lengéscsillapítót látunk, melynél a csövön kívül helyezték el az elektromágneses szelepet. Néhány milliszekundumon belül lehetőség van a csillapítási karakterisztika változtatására az olajáramlás befolyásolása révén. A CDC szelepen keresztül úgy ki-, mint berugózáskor átáramlik az olaj. A pillanatnyi menetviszonyoknak megfelelő jellegmezők az elektronikában vannak tárolva.

4.17. ábra - A karakterisztika változtatása a lengéscsillapítón kívüli szeleppel.

4.5.6. Alkalmazási példák személygépkocsinál és autóbusznál

A CDC lengéscsillapítást a VW és az Audi több modelljénél is alkalmazzák, de más gyártmányú gépkocsiknál is találkozunk vele.

FlexRide az Opel Insigna adaptív futóműve

A 2008-as év autója címet elnyert Opel futóművét is a ZF Sachs CDC, vagyis az elektronikusan változtatható lengéscsillapító rendszere teszi különlegessé. Így valósulhat meg az, hogy a sportos vezetési stílus is összeegyeztethetővé válik a komforttal. A fejlesztőmérnököknek mindig komoly fejtörést okoz a két ellentétes szempont között megtalálni az arany középutat. Egyszerűbben meg lehetett oldani ezt a feladatot az Opel Insigna-nál.

Autóbusz CDC-vel

Neoplan Starliner 2 (14 tonnás turista autóbusz) menetdinamikájára kedvező hatással van a CDC független kerékfelfüggesztés. A 13 m hosszú autóbuszt havas úton is könnyű a forgalmi sávban tartani. 60 km/h sebességnél is stabilan végre lehet hajtani az előzési manővert. A kerekek folyamatosan az útfelületen maradnak. Nincs billenés. A lengéscsillapítás a pillanatnyi menetviszonyokhoz folyamatosan hozzá van igazítva. Kisebb a gumiabroncs kopása, kisebb a futómű egyes alkatrészeinek a kopása, komfortosabb az utazás.

4.6. PDC lengéscsillapító

A légrugóval szerelt gépkocsiknál alkalmazzák a PDC (Pneumatic Damping Control) lengéscsillapítókat. A csillapító erő egy hidraulikus szelep segítségével változtatható. A légrugó pillanatnyi nyomása a mindenkori tengelyterheléssel arányos. Ezt a nyomást használják fel a csillapítási karakterisztika beállítására egy fojtó furaton keresztül. A PDC szelepet közvetlenül a lengéscsillapítóra szerelik fel. Kis légrugó nyomásnál a PDC szelep nyitott kicsi lesz az áramlási ellenállás és a csillapítás is, mert a nyitott szelepen keresztül az olaj egy része meg tudja kerülni a dugattyúba szerelt szelepeket. Nagy légrugó nyomásnál záródik a PDC szelep és nagyobb lesz a csillapítás, mert a teljes olaj mennyiség átáramlik a dugattyú szelepein.

4.18. ábra - A PDC lengéscsillapító metszete a pneumatikus működtetésű szeleppel.

Az következő diagram a csillapító erőket ábrázolja a lengéscsillapító dugattyúsebessége függvényében a paraméterek pedig a különböző légrugó nyomások.

4.19. ábra - PDC lengéscsillapító karakterisztikája ki-, és berugózáskor a dugattyúsebesség függvényében.

4.7. Magneto-rheologiai lengéscsillapítás

A Delphi által kifejlesztett lengéscsillapítókba magneto-rheologiai folyadékot töltenek, ennek megfelelően a MagnaRide™ elnevezést kapták. Az eddigi alkalmazások bizonyítják, hogy alkalmas arra, hogy javítsa a gépkocsik úttartását és vezetési tulajdonságait méghozzá úgy, hogy nem növeli bonyolult megoldásokkal a tömeget. A különleges lengéscsillapítóval megvalósított, elektronikusan szabályozott kerék-felfüggesztési rendszer hatékonyan megvalósítja a kompromisszumot a komfortos és a biztonságos futómű között. Olyan veszélyes helyzetekben segít hatékonyan, mint például az egyidejű kanyarodás és fékezés.

A MagneRide™ jelenleg a világon a legígéretesebb szabályozott kerék-felfüggesztési rendszer megvalósítását teszi lehetővé. Egyszerű szerkezeti kialakítású lengéscsillapítót alkalmaz, melynek karakterisztikáját a mágneses erőtér hatására a különleges, úgynevezett MR szintetikus szénhidrogén alapú folyadék révén tudja változtatni. Ez az anyag speciális, szénhidrogén alapú, szintetikus folyadék, mely 3-10 µm átmérőjű mágnesezhető részecskéket tartalmaz, de azok gyorsan és csak a mágneses erőtér működéséig mágnesezhetők. A folyadék stabilizálásához adalékokat kevernek.

A mágnesezhető részecskék a folyadékban egyenletesen, véletlenszerűen oszlanak el. Ilyenkor ki és berugózáskor a dugattyú elmozdulásakor a csillapító erő annak furataiban kialakuló hidraulikus fojtástól függ. Viszonylag kicsi az ellenállás, hasonló, a karakterisztika, mint a hagyományos lágy lengéscsillapítónál.

Ebből a szempontból a lágyvashoz hasonlóan viselkednek ezek a részecskék. A gerjesztő áram hatására az áramlási jellemzői megváltoztathatók anélkül, hogy más lenne a viszkozitása. Így tehát különböző lengéscsillapító karakterisztikák állíthatók be rendkívül gyorsan és zajhatásoktól mentesen. Különösen jól alkalmazható a futóművekre jellemző frekvencia tartományban.

4.20. ábra - A mágnesezhető részecskék elhelyezkedése a folyadékban a mágneses erőtér hatására

A változtatható csillapítás lehetővé teszi a gépkocsi úttartási és vezetési jellemzőinek optimális értéken tartását. „szemi-aktív” kerék-felfüggesztési rendszer valósul meg, mozgó alkatrészek nélkül. Más változtatható karakterisztikájú lengéscsillapítóknál különböző elektromechanikus szelepeket építenek be, gyakran a lengéscsillapító külsejére, ami növeli a helyigényt, a tömeget és a sérülékenységet is.

A MagneRide™ lengéscsillapító 46 mm átmérőjű dugattyújába szerelt tekercs energia felvétele 20 W. Minimális a holt löket. A folyadék és a gáz a belső térben egymástól elkülönített.

Az elektronika nagy sebességgel kiértékeli a kerekek és a felépítmény elmozdulásait, figyelembe veszi a vezető kívánságait, és ezek alapján széles határok között folyamatosan változtatja a lengéscsillapítást. Az érzékelő jelei, illetve az ESP rendszertől kapott információk alapján, állítja be a dugattyúkba szerelt tekercs gerjesztő áramát. Ennél a rendszernél szoftveresen állítható a csillapítási tényező. A kanyarban egymástól függetlenül akár minden keréknél is más lehet a lengéscsillapítók keménysége. A MagneRide™ rendszer egyaránt beépíthető a prémium szegmens autóiba, a sport kategóriába, és a kisteherautókba is.

Elsőként 2002-ben a Cadillac Seville STS-be építették be, majd a Chevrolet Corvette-be. Az európai személygépkocsik közül az Audi TT Coupé, Audi R8, Ferrari 599 GTB Fiorano, Ferrari California alkalmazza.

A jelenlegi fejlesztések arra irányulnak, hogy a kemény karakterisztikát még keményebbé tegyék, illetve a lágy még lágyabb legyen. Törekszenek a kisebb reakcióidőre és a kisebb súrlódásra a lengéscsillapító mozgó részeinél. Precízebb és gyorsabb adatnyerést és kiértékelő algoritmust szeretnének megvalósítani. Egy új valós idejű csillapító erőt generáló modellel igyekeznek a reakcióidőt csökkenteni és így jobban kihasználni az alkalmazott, különleges folyadékban rejlő tulajdonságokat.

Az MR folyadékot alkalmazó motorfelfüggesztés is előnyös a rezonancia elkerülése és a rezgések továbbterjedésének megakadályozása szempontjából.

4.21. ábra - Az Audi TT Coupé MagneRide™ kerék ífelfüggesztési rendszer.

4.7.1. Audi TT Magnetic Ride

Az Audi „magnetic ride”-nak nevezte el ezt az új lengéscsillapítót és Audi TT-be szerelte be először. Így egy „semi-active” kerék-felfüggesztési rendszer valósult meg az elektronikusan szabályozott lengéscsillapítók révén. A sebességváltó karnál lévő gombbal a „komfort”-ról átkapcsolható sport fokozatra, amit LED dióda jelez vissza. A műszerfalon az ellenőrzőlámpa hiba esetén világít. A lengéscsillapítók magneto rheologiai elven működnek.

4.7.2. Mágneses erőtér hatása a lengéscsillapítóra

Ha a dugattyúba beépített tekercsben áram folyik, kialakul a mágneses erőtér. Ennek hatására a lengéscsillapítóban a folyadék alapvető tulajdonságai megváltoznak. Az erőtér hatására a parányi mágnesezhető részecskék a fluxusnak megfelelően sorba rendeződnek és hosszú láncot alkotnak. Ezek a láncok a dugattyú furatára merőlegesen alakulnak ki a tekercs helyzetének megfelelően. Emiatt a ki és berugózáskor az elmozdulás lefékeződik, megnő a hidraulikus ellenállás és vele arányosan a csillapítási tényező is. A lengéscsillapító keményedése a mágneses erőtér változásával arányos.

4.22. ábra - A magneto rheológiai lengéscsillapító karakterisztikája a mágneses erőtérrel arányosan változik.

Szerkezetét tekintve egyszerűbb a hagyományos lengéscsillapítóknál. Egycsöves változatban készül, összetett szeleprendszerre nincs szükség. A dugattyúban kialakított furatok, a belsejébe szerelt tekercs, a változtatható mágneses erőtér, és a különleges folyadék helyettesíti. A csőszerű dugattyúrúdba fűzik be az elektromos vezetéket. Az elektronika az áramot a pillanatnyi igényeknek megfelelően szabályozza, így a lengéscsillapító karakterisztikája széles határok között változik a másodperc töredéke alatt.

4.7.3. Az EDC elektronikus rendszere

Az angol elnevezése EDC (Electronically Controlled Damping = elektronikusan szabályozott csillapítás). Az Audi TT-ben a futómű elektronikát a jobb első ülés alatt helyezték el.

A legfontosabb bemeneti információ az első futóműre szerelt elmozdulás érzékelőtől érkezik. A mintavételi rátája 800 Hz. A gépkocsi pillanatnyi menetállapotra vonatkozó információ az ESP elektronikától érkezik a CAN hálózaton keresztül. Az elektronika az információk kiértékelése alapján dönti el, hogy éppen milyen csillapítás lesz a legoptimálisabb.

4.23. ábra - Az Audi TT Coupé MagneRide™ kerék felfüggesztésének elektronikája.

4.24. ábra - Az Audi TT Coupé MagneRide™ kerék felfüggesztésének elmozdulás érzékelője.

A hőmérséklet kompenzáció az elektronika szoftverének integrális részét képezi. A növekvő folyadékhőmérsékletet növekvő gerjesztő árammal egyenlíti ki. Téli hidegben pedig csökkenti a gerjesztő áramot. A hőmérséklet mérését indirekt módon végzi. A gerjesztő tekercs ellenállásának változása alapján állapíthatja meg. A tekercs hőmérsékletét természetesen a rákapcsolt áram is befolyásolja, amit a kalkulációnál figyelembe kell venni. Ha huzamosabb ideig a „sport” fokozatban működnek a lengéscsillapítók, a tekercs túlmelegedhet. Ha a hőmérséklet túllépi a 90ºC küszöbértéket, tovább nem maradhat bekapcsolva a sport fokozat. Ha a tekercsnél a hőmérséklet meghaladja a 110ºC-ot az elektronika a teljes rendszert lekapcsolja. Mindegyik lengéscsillapítót egyedileg állítja be. A lengéscsillapítók nincsenek aktiválva, amikor a gépkocsi áll. Az alapbeállítás a komfort karakterisztika. Ezen a sebességváltó kar közelében elhelyezett gombbal lehet változtatni. A gomb megnyomásával a sport fokozat kapcsolódik be. Az ellenőrző lámpa világít hiba, vagy nem megfelelő kódolás esetén.

4.25. ábra - Különböző lengéscsillapítók karakterisztikáinak összehasonlítása

Lengéscsillapító vizsgálat a MagneRide rendszernél:

Ha az aktív lengéscsillapító nyomógombját 5 másodpercnél hosszabb ideig nyomva tartjuk, akkor a dugattyúkba beépített tekercseket az elektronika egy a gyártó által előre meghatározott árammal táplálja. Ekkor a nyomógombba beépített LED villog. Ilyen állapotban kell a lengéscsillapító próbapadi vizsgálatát elvégezni.

Ebből az üzemmódból ki lehet lépni, ha:

a nyomógombot ismételten megnyomják,
a gyújtást ki-, majd ismét bekapcsolják,
ha átlépik a 10 km/h küszöbsebességet.

A MagneRide rendszer előnyös tulajdonságai:

Csökkenti a felépítmény függőleges mozgását a rossz úton
Csökkenti a felépítmény billenését, borulási hajlamát
Optimalizálja a rezgési tulajdonságokat
Optimalizálja a gépkocsi úttartását
Javítja a kormányzási jellemzőket.

4.26. ábra - Az Audi TT lengéscsillapítási karakterisztika változtatása

Vissza		Előre
3. fejezet - Rugózás és stabilizátorok	Főoldal	5. fejezet - Differenciálzárak elektronikus működtetése