Energia-visszanyerő lengéscsillapító

Az autótechnikában gyökeresen új, szinte meghökkentő műszaki megoldások viszonylag ritkán születnek. Általában mindennek fel lehet lelni az ősi kezdeményét, lángelmű feltalálóknak, konstruktőröknek mintha már minden az eszükbe jutott volna. A gyökeresen újak közé soroljuk a kamera- és radaralapú asszisztenseket, a kifinomult irányító szoftvereket, a régi mechanikákat, melyeket mechatronizáltak, az emissziótechnikát nem is sorolom ide, ezek evolúciós folyamatban születnek. Nem gyökértelen ugyan, de például a KERS-technika meglepően szellemes megoldásokkal tud szolgálni, nekem a MultiAir pár éve igazi meglepetést okozott. Ennyi bevezetés után – mert bevezetésnek illik lennie – nézzünk egy mai meglepőt, az energia-visszanyerésre képes lengéscsillapítót. Egy régi gondolat szellemesen új megoldását.

Hallottunk már régebben is arról, hogy van az autónak egy nyughatatlan, izgő-mozgó alkatrésze, ez a lengéscsillapító, amely munkát végez, hőt termel, ami a környezetbe áramolva számunkra elvész. Sokak fantáziáját felkeltette, miként lehetne ezt a veszteséget visszanyerni. Tanítványaim közül is akadt jó gondolatú újító, aki azt mondta: itt mozgás van, a mozgás lehetne mozgási indukció, tehát áramtermelés. A magyar útminőség eleve ezt predesztinálja. Hallhattunk hírt korábban az USA-ból, a BOSE cégtől elektromágneses, rekuperációra képes lineáris motor/generátor egységgel kombinált szabályozható felfüggesztésről ➊, de ára miatt nagy figyelmet nem kapott.

➊

A hidraulikus lengéscsillapítóban mozgással kényszerített folyadékáram van, a dugattyú egyik oldaláról a másikra és vissza. A folyadék a dugattyúban lévő fojtásokon, szelepeken halad keresztül. A fojtás mértéke határozza meg a csillapítóerőt, melynek mindenkori kívánt értéke sok mindentől függ. Itt hadd említsük meg a sportosság és a komfort ellentmondó csillapítási követelményét, a csillapítás frekvencia- és útfüggőségét. Ezeknek maradéktalanul a dugattyúban lévő szelepekkel nem lehet megfelelni. Ide is kell a folyamatos állítás, jöhet a villamosság, a szabályozás. Igencsak régi történet, hogy a fojtást változtathatóvá kell tenni. Célszerű megoldás az, ha a folyadékot kívül visszük át a dugattyú egyik oldaláról a másikra, miközben a csatorna fojtását tudjuk valamilyen beavatkozóval változtatni.

Folyamatos csillapításvezérlés

Meg is érkeztünk a legkorszerűbb csillapítóerő, illetve karakterisztikaállításhoz. Mivel cikkünk a ZF céghez kötődik, vegyük példaként a ZF technikáját. A Continuous Damping Control (folyamatos csillapításvezérlés), a CDC valósítja ezt meg ➋. A megoldást 1994-ben vezették be a piacra, azóta 14 millió egységet gyártottak belőle. A termelésben rekord év volt a 2011-es, ekkor 2,2 millió került ki a gyárból. Felhasználó az Alpina, Audi, Bentley, BMW, Ferrari, Maserati, Opel Rolls-Royce, Mercedes-Benz, Porsche és a Volkswagen. A ZF 2016-ra már évi 3 milliós darabszámot vár, a CDC nemcsak személyautókba, hanem autóbuszokba, haszongépjárművekbe, mezőgazdasági gépekbe, sőt motorkerékpárokba is bekerül.

➋ ZF CDC lengéscsillapító-konstrukció

A CDC a félaktív futóművek alapeleme, rendkívül gyors állítást tesz lehetővé.

Ezzel ugyan egy problémát szépen, elegánsan megoldottak, de a futómű nem lett teljesen aktív, és az energia-visszanyerés (rekuperálás) sincs.

A teljesen aktív futómű azt (is) jelenti, hogy vele a kocsiszekrénymozgást (ívmeneti dőlést, fékezési, gyorsulási billenést) is kordában lehet tartani. Ehhez jöhet még a szintszabályozás. A félaktívra sok, de a teljesen aktív futóműre is volt és van már több konstrukció, ilyen például a nem kevésbé bonyolult Mercedes ABC (Active Body Control).

➌

➍

Az amerikai Lewant Power (Woburn, Massachusetts) cég fejlesztőinek ötlete szerint a dugattyú két oldala között ide-oda áramló folyadék egy oda illő hidroszivattyún ➌ keresztül áramlik, azt megforgatja. Ha egy szivattyú forog, a dolog adja magát, hogy a tengelye legyen egy generátor forgó részével összekötve (lásd a címképet!), és máris kapunk egy áramforrást. Az egység neve GenShock Activalve ➍, mely neve ellenére nem igazán szelep. A GenShock Activalve a lengéscsillapítóra, a CDC vezérlőszelepe helyére kerül ➎. Megjegyezzük, hogy ezt az elvet először más szerkezeti elrendezésben mutatta be a Lewant Power cég ➏.

➎ Ez a beépítés az USA-ban készült, megelőzte a LewantPower–ZF együttműködést

➏ Az első generációs GenShock konstrukció

(A további magyarázatot megelőzve el kell mondani, hogy mind a Lewant Power, mind a ZF közleményei szűkszavúak, műszaki ember kíváncsiságát ma még messze nem elégítik ki.)

Mit tud a GenShock?

Azt már láttuk, hogy a jármű normál haladásánál, a kerék függőleges mozgása esetén, elektromos áramot szolgáltat, melyet az akkumulátor vesz fel ➐. Ha a csillapítási karakterisztikát kell állítani, akkor a szivattyúval egytengelyű villamos gép a szivattyú forgását immár motoros üzemben befolyásolja, nehezítve vagy könnyítve az átáramlást.

➐ ➒

➑ A rendszerbe bevitt és visszanyert teljesítmény viszonyát mutatja a grafikon

És most jön a hab a tortára! A karosszéria mozgásszabályozását, billenés-, dőléscsökkentését, megszüntetését is a GenShock Activalve végzi. Motoros üzemben a lengéscsillapító dugattyújának azon oldalára nyom be folyadékot, melynek révén a lengéscsillapító a karosszériát süllyeszti vagy emeli. Ezekkel a képességekkel a teljesen aktív felfüggesztés valamennyi követelménye teljesíthető, és ehhez jön még a szintszabályozás lehetősége.

➓ Lengéscsillapító F-n jellegmező

A mechanika pestiesen szólva csak egy dolog, ide elektronika és szoftver kell, és mindennek, a vezérlőjel képzésének és a beavatkozásnak, hallatlanul gyorsnak kell lennie ➑. Az új lengéscsillapító egység mechatronika a javából, hiszen a Gen-Shock Activalve számítógép tudású elektronikát tartalmaz. A négy csillapító egymással CAN-vonalon cserél információt ➒. 
A kocsiszekrény mozgásáról pedig egy ezért felelős rendszer – számos jeladó és jelfeldolgozó agy ad információt az önálló Gen-Shock-rendszernek.

Az aktív futómű a szükséges beavatkozáshoz komoly energiát vesz fel. A hidraulikus rendszernél állandó folyadéknyomást kell a hidraulikatartályban létrehozni, illetve fenntartani, ha pneumatikus, akkor a sűrített levegőt kell előállítani, ha villanymotoros a beavatkozás, jelentős az áramfelvétel. A Lewant Power mérései szerint a Gen-Shock-rendszer aktív futómű szolgáltatással is lehet pozitív energiamérlegű, hiszen van áramtermelő (rekuperáló) üzemállapota. A ➓. ábra a sebességcsillapító erő mezőben piros színnel jelöli az áramtermelés területét.

A ZF Friedrichshafen AG a Lewant Power céggel dolgozik együtt, a ZF-technikába oltott GenShock az intelligens felfüggesztések világában akár komoly áttörést is hozhat, mint megemlítik, a fejlesztés egy motiváló ereje a rendszer kedvező energiaegyensúlya. Miután a ZF cég beszállító, ha a rendszer autóba kerül, erről még nincs hírünk, annak vezérlését az autógyártó fogja kialakítani.

Forrás:

www.bose.com

www.lewantpower.com

Thomas Wenzel, ZFmedia