Bilstein Airmatic
Bilstein
Sprężyny stalowe dają się zastępować pneumatycznymi bez zasadniczych zmian konstrukcji podwozia samochodu
Zawieszenia większości modeli współczesnych samochodów osobowych mają bardzo podobną budowę, lecz nie są dzięki temu doskonałe, więc inżynierowie firmy Bilstein już od dawna próbują eliminować ich wady.
W typowym zawieszeniu występuje zawsze układ przegubowo połączonych wahaczy, element sprężysty, czyli przeważnie sprężyna śrubowa, rzadziej drążek skrętny lub resor piórowy i hydrauliczny amortyzator. Elementy te w poszczególnych konstrukcjach pojazdów mniej lub bardziej różnią się między sobą, jednak zasada działania całego układu pozostaje niezmienna. Wahacze zapewniają stabilny kierunek prowadzenia koła, zadaniem elementów sprężystych jest elastyczne przenoszenie ciężaru samochodu przez koła na podłoże, amortyzatory zaś tłumią pionowe drgania kół wzbudzane nierównościami drogi, aby utrzymywać możliwie stałą przyczepność opon do jej nawierzchni.
Niezadowalające kompromisy
Użytkowe cechy zawieszeń, takie jak ich roboczy skok i tzw. prześwit, czyli wysokość podwozia nad jezdnią, zależą głównie od fizycznych właściwości sprężyn. Większe wartości tych parametrów ułatwiają bezpieczne pokonywanie wybojów, a mniejsze ograniczają niebezpieczną tendencję do przechyłów nadwozia na zakrętach. Z kolei mniejsza siła tłumiąca amortyzatorów zwiększa komfort jazdy, a większa decyduje o lepszym kontakcie kół z drogą, a więc o bezpieczeństwie jazdy. W standardowych zawieszeniach tak dobiera się sprężyny i amortyzatory, by spełniać te rozbieżne wymogi na jakimś pośrednim, kompromisowym poziomie.
Klasyczne systemy zmiany parametrów zawieszeń stosowane przez firmę Bilstein. Z lewej – mechaniczna regulacja spiralnej sprężyny, z prawej – elektroniczne sterowanie siły tłumienia amortyzatora
Istota kompromisowych rozwiązań sprowadza się jednak do tego, iż rzadko okazują się optymalne w konkretnych warunkach. Dlatego w samochodach sportowych i tuningowanych stosuje się zawieszenia o mniejszym skoku i z silniej tłumiącymi, "twardszymi" amortyzatorami, co ogranicza ich przydatność do jazdy po gorszych nawierzchniach. Niedogodność tę w znacznym stopniu łagodzą sprężyny i amortyzatory o zmiennych charakterystykach, regulowanych manualnie z osobna dla każdego koła, a więc wyłącznie na postojach. Wyjątek stanowią tu nowoczesne amortyzatory z samoczynnie działającą centralną, elektroniczną regulacją ich wewnętrznych zaworów.
Tuningowe modyfikacje zawieszeń
W konstruowaniu wszelkich tego rodzaju systemów regulacyjnych firma Bilstein ma bardzo bogate doświadczenie, lecz ze zrozumiałych względów nie daje się ono (poza wspomnianymi elektrozaworami) przenieść bezpośrednio do pojazdów luksusowych. Jednak wieloletnia współpraca z projektantami i producentami samochodów marki Mercedes pozwala poznać dogłębnie oczekiwania i preferencje ich użytkowników. W efekcie inżynierowie obu zainteresowanych firm połączyli zalety znanego skądinąd zawieszenia ze sprężynami pneumatycznymi oraz amortyzatorów z regulowaną siłą tłumienia w zintegrowanym podzespole resorująco-tłumiącym, nazwanym Airmatic Dual Control z racji podwójnego sterowania jego sprężystością i tłumieniem.
Zalety i wady pneumatycznych resorów
Sprężyny stalowe mają stałą, konstrukcyjnie nadaną im charakterystykę, czyli zależność ich ugięcia od wartości działającej na nie siły ściskającej. Przeważnie ma ona przebieg liniowy, wprost proporcjonalny. Tylko w niektórych wykonaniach specjalnych nadaje się im charakterystykę zmienną, głównie progresywną o sztywności zwiększającej się wraz ze wzrostem obciążenia. Efekt ten uzyskuje się dzięki zastosowaniu kilku kolejnych spiral zwiniętych z drutów sprężystych o różnych przekrojach albo poprzez zwinięcie jednej spirali z pręta o zmiennym przekroju, zwężającego się ku końcom.
Pneumatyczny element sprężysty działa na zasadzie sprężenia i rozprężenia gazu wypełniającego elastyczny miech (w ciężkich pojazdach użytkowych) lub cylinder szczelnie zamknięty ruchomym tłokiem, sprzężonym kinematycznie z wahaczem zawieszenia. W jednym i drugim wariancie istnieje możliwość zmiany początkowego (spoczynkowego) ciśnienia panującego wewnątrz pneumatycznej sprężyny za pomocą zewnętrznej sprężarki i zaworu upustowego.
Kolumna z elektronicznie sterowanym amortyzatorem i pneumatyczną sprężyną o regulowanym ciśnieniu wewnętrznym, obok: konstrukcja pneumatycznej kolumny amortyzująco-resorującej Bilstein
Ciśnienie wyższe element ten usztywnia i wydłuża, a niższe – zmiękcza i skraca. Przy stałej ilości gazu pneumatyczne resory mają nieliniową charakterystykę, zależną nie tylko od wartości obciążenia, lecz także od szybkości jego zmian oraz od skuteczności chłodzenia.
Dlatego konstruowanie nowoczesnych zawieszeń pneumatycznych nie jest tak proste, jak się na pozór wydaje, gdyż musi ono uwzględniać skomplikowane zależności fizyczne i termodynamiczne zachodzące w sprężanych gazach, a oprócz tego wykorzystywać specjalne systemy zabezpieczające przed groźnymi skutkami awaryjnej utraty szczelności układu.
Dodatkowe funkcje nowej konstrukcji
Zawieszenie Airmatic wprowadzone zostało do seryjnie produkowanego modelu Mercedes E. Zastosowano w nim pneumatyczne elementy resorujące, których wewnętrzne ciśnienie regulowane jest indywidualnie przez centralny, sterowany procesorem system. Tak powstała konstrukcja zawieszenia zapewniająca równocześnie bardzo wysoki komfort podróżowania po dowolnych nawierzchniach i doskonałe parametry jezdne.
Rozwiązanie to umożliwia poza tym samoczynne korygowanie przechyłów nadwozia (także przy szybkim pokonywaniu zakrętów) i automatyczne utrzymywanie stałego prześwitu przy zmiennych obciążeniach pojazdu, dzięki czemu przestają być potrzebne zmiany ustawienia reflektorów. Kierowca może w pewnym zakresie ustalać ręcznie wielkość przedniego lub tylnego prześwitu według swych indywidualnych upodobań, a system sam obniża wysokość wszystkich zawieszeń o 15 mm po przekroczeniu prędkości 140 km/h, poprawiając w ten sposób stabilność ruchu i obniżając opór aerodynamiczny.
Porównanie sprężyn stalowych ze sprężynami powietrznymi
Wszystkie cztery elementy pneumatyczne sterowane są na podstawie sygnałów odbieranych przez procesor z czujników ugięcia wahaczy algorytmem skyhook, czyli hak z nieba. Nazwa ta wyraża istotę działania systemu, w którym nadwozie sprawia wrażenie stabilnie podwieszonego na niewidzialnym zaczepie, gdyż nie przenoszą się na nie ruchy kół i zawieszeń.
Aktywne sterowanie pneumatycznych sprężyn współpracuje w tej konstrukcji z adaptacyjnym systemem tłumienia ADS, który wykorzystuje również sygnały czujników ugięcia zawieszeń i ich przebiegi w czasie rzeczywistym do indywidualnej, elektronicznej regulacji amortyzatorów poszczególnych kół. W ciągu pojedynczych milisekund dostosowuje on przepustowość zaworów płynu amortyzatorowego, czyli siłę tłumienia do rodzaju nawierzchni drogi, sposobu jazdy kierowcy, wielkości i rozkładu obciążenia pojazdu. Zawieszenia typu Airmatic Dual Control współpracują też z systemami kontroli toru jazdy ESP.
Mercedes-Benz klasy S z zawieszeniem pneumatycznym Bilstein
Nietrudno przewidzieć, iż moduły zawieszeń pneumatycznych wykorzystywane obecnie w luksusowych limuzynach i modnych samochodach terenowych, będą z racji swych niezaprzeczalnych zalet stopniowo trafiać do popularniejszych modeli. Zwiększają one bowiem nie tylko komfort podróżowania, lecz również bezpieczeństwo jazdy, zwłaszcza w sytuacjach zaskakujących kierowcę nagłą zmianą rodzaju lub stanu nawierzchni.
0 komentarzy dodaj komentarz