Elementy zawieszeń samochodowych nie ulegały zasadniczym zmianom w ponad stuletniej historii tego środka transportu. Resory wypierane były stopniowo przez sprężyny, stosowano drążki skrętne i pneumatyczne miechy, a amortyzatory cierne w szczycie ich rozwoju zaczęły być zastępowane przez dźwigniowe, wypierane następnie przez teleskopowe.
Ryszard Romanowski
Okresy stosowania poszczególnych rozwiązań trwały przez dziesięciolecia. Pracowano głównie nad doskonaleniem istniejącego rozwiązania, a nie nad zastąpieniem go czymś innym. Istniały oczywiście w pewnych markach zawieszenia hydropneumatyczne, a w ciężkich pojazdach stosowało i stosuje się pneumatyczne miechy, ale większość poruszających się po drogach pojazdów korzystało w różnych latach z wymienionych rozwiązań. Współcześnie królują amortyzatory teleskopowe, w których czynnikiem roboczym jest olej lub olej i gaz.
Tłumią one drgania układu resorowego, dbając o stateczność ruchu i komfort jadących. Możliwe jest to jedynie poprzez usunięcie z układu drgającego energii, która w nim tkwi.
Generator prądu z amortyzatora Genshock firmy Levant Power
Obecnie konstruktorzy amortyzatorów teleskopowych doszli do perfekcji. Urządzenia te potrafią zapewnić komfort wytłumiając drgania, a jednocześnie zadbać o to, aby koło zawsze dotykało drogi. Najbardziej wysublimowane rozwiązania pozwalają na zmianę charakterystyki zawieszenia podczas jazdy, a nawet na pewną korektę prześwitu samochodu.
Gerotor – część amortyzatora GenShock
Nie rozwiązano jednak problemu odzyskania ogromnej energii, którą pochłania amortyzator. Jest ona przez ten element rozpraszana. Rozwiązania prototypowe dotąd nie trafiły do seryjnej produkcji. Można przypuszczać, że obecne dążenie do jak największej oszczędności paliw, a przy tym – ochrony środowiska, spowodują intensyfikację prac. Szczególnie, że jedną z dróg rozwoju samochodu są napędy elektryczne i hybrydowe. Energię kinetyczną absorbowaną przez amortyzator najłatwiej przetworzyć na energię elektryczną.
Sygnały o skręcaniu kół bądź hamowaniu, przetwarzane są i rozprowadzane do każdego z amortyzatorów GenShock, co umożliwia kontrolę kół.
Jednym z rozwiązań jest umieszczenie niewielkiego turbogeneratora w amortyzatorze olejowym. Intensywny przepływ oleju podczas pracy amortyzatorów powoduje produkcję prądu. Według obliczeń, stosując to rozwiązanie można by zrezygnować z alternatora. Jeszcze sprawniejszy pod tym względem jest amortyzator pneumatyczny, który podczas pracy wytwarza sprężone powietrze zdolne napędzać generator. Według opracowania Macieja Kuchara i Krzysztofa Siczka z Politechniki Łódzkiej amortyzator pneumatyczny, jako źródło sprężonego powietrza może wytworzyć 7,2 kW prądu. Oczywiście taka ilość powstanie podczas jazdy po bardzo nierównym terenie. Na normalnych, względnie równych drogach zadowolić się trzeba 60 W energii elektrycznej, co również jest wartością nie do pogardzenia.
Auta osobowe, ciężarówki, pojazdy wojskowe i off-road wymagają innych konfiguracji amortyzatorów i systemów zabudowy. System Levant Power można zastosować we wszystkich przypadkach.
Amortyzatory wykorzystujące podobne rozwiązanie kilka lat temu zaprezentowała firma Levant Power z Massachusetts, zapowiadając wprowadzenie do masowej produkcji. Amortyzator pozwala na konfigurację zawieszenia i zawiera bardzo sprawny silnik hydrauliczny, który napędza prądnicę. Firma nadal udoskonala rozwiązanie oferując amortyzatory nazwane GenShock do samochodów osobowych i ciężarowych. Daleko jednak do ich upowszechnienia i na razie musimy zadowolić się tradycyjnymi rozwiązaniami. Amortyzatorami GenShock na razie nie zainteresował się wielki przemysł samochodowy.
Modelowanie wykonano zarówno na poziomie elementów jak i całego systemu, by zoptymalizować każdy aspekt działania GenShock. Pomiary wykazały precyzję analiz komputerowych z dokładnością do 1%.
Sytuacja może się zmienić za sprawą rosnącej konkurencji wielkich koncernów produkujących samochody hybrydowe. W konstrukcjach tych ważne są nawet najmniejsze źródła energii elektrycznej, a z amortyzatorów można pozyskać dość pokaźną jej ilość. Szczególnie w lansowanych ostatnio tzw. przyjaznych niskonapięciowych hybrydach, których napięcie wynosi 48 V. Taki układ hybrydowy oferuje od niedawna Delphi i zapewne w przyszłym roku odbędą się prezentacje niskonapięciowych aut kilku marek. Warto przypomnieć, że przed rokiem, podczas salonu w Genewie, elektryczny Quantino firmy nanoFlowcell napędzany był prądem o napięciu 48 V.
GenShock generuje prąd elektryczny w trybie pół-aktywnym i zużywa go w trybie aktywnym
Samochody najnowszej generacji dobrze byłoby ustawić na takich amortyzatorach, które zajmują znacznie mniej miejsca niż teleskopowe, a przy tym gwarantują dobrą charakterystykę z możliwością jej zmiany, w zależności od warunków drogowych i stylu jazdy kierowcy. Amortyzator taki musiałby również zapewniać odzyskiwanie energii.
Niedawno, członek zarządu Audi do spraw rozwoju technicznego – Stefan Knirch przedstawił prototyp eROT, w którym elektromechaniczne amortyzatory obrotowe zastępują amortyzatory hydrauliczne. System wykorzystuje energię kinetyczną, która w hydraulicznych amortyzatorach jest absorbowana i oddawana w postaci ciepła. System wykorzystuje ją w całości, zamieniając na energię elektryczną i przesyłając do instalacji auta o napięciu 48 V. Dodatkowo daje całkowicie nowe możliwości regulacji podwozia, reagując bardzo szybko, z niemal niezauważalną inercją. Aktywnie reagujące zawieszenie idealnie dopasowuje się do nierówności drogi i stylu jazdy kierowcy.
Schemat systemu eROT firmy Audi
Charakterystyka pracy amortyzatorów ustalana jest za pomocą odpowiedniego oprogramowania. Eliminowana jest wzajemna zależność stopnia odbicia i ciśnienia, ograniczająca dotychczas używane amortyzatory hydrauliczne. System pozwala na taką konfigurację stopnia kompresji amortyzatora, by ten pracował komfortowo i miękko, bez przechodzenia do fazy „twardości” podczas odbicia tłoka. Ponadto, montowane poziomo przy tylnej osi prądnice, zastępują pionowe amortyzatory teleskopowe, co pozwala znacznie zwiększyć pojemność bagażnika i optymalnie go skonfigurować.
Obrotowy amortyzator elektromechaniczny Audi
– Oczywiście system może konwertować energię kinetyczną wytwarzaną podczas faz kompresji i odbicia w energię elektryczną. By taka konwersja nastąpiła, ramię dźwigni musi przejąć ruch piasty koła. Ramię transmituje następnie ten ruch za pomocą zespołu przekładni i kół zębatych do prądnicy, która przemienia je w prąd. Wydajność systemu rekuperacji wynosiła w testach prowadzonych na niemieckich drogach średnio od 100 do 150 W. Rozpiętość faktyczna jest większa: od 3 W na autostradzie z nowym asfaltem do 613 W na bocznej, wyboistej drodze – mówił dr inż. Knirch.
eROT: demonstrator technologii
Warunkiem umożliwiającym zastosowanie systemu eROT jest wysokowydajna instalacja elektryczna o napięciu 48 V. W swej obecnej konfiguracji akumulator litowo-jonowy instalacji oferuje 0,5 kilowatogodziny pojemności energii i 13 kilowatów mocy wyjściowej. Przetwornik napięcia stałego łączy instalację 48 V z główną instalacją pokładową 12 V, w której pracuje wysoko wydajny generator dużej mocy.
– Pierwsze wyniki testów techniki eROT są bardzo obiecujące i dlatego jej seryjny montaż w przyszłości w samochodach marki Audi jest bardzo prawdopodobny. Warunkiem jest tu jednak instalacja elektryczna 48 V, będąca głównym elementem strategii elektryfikacji Audi. Jej druga wersja, planowana do wprowadzenia w roku 2017, będzie już główną siecią elektryczną samochodu, a jednocześnie elementem napędu hybrydowego. Napęd taki pozwoli na oszczędność paliwa rzędu 0,7 litra na 100 km – mówił Stefan Knirch.
Działające rozwiązania istnieją już nie tylko w fazie prototypu i być może niebawem będziemy świadkami przełomu w konstrukcji amortyzatorów.
Ryszard Romanowski
Źródła:
www.audi.press-bank.pl
M. Kuchar, K. Siczek: Ocena możliwości odzyskiwania energii z układu zawieszenia przy wykorzystaniu amortyzatora pneumatycznego, Archiwum Motoryzacji, 2/2011
www.levantpower.com
artykuł pochodzi z wydania 9 (108) wrzesień 2016
