Aby osiągnąć lepsze właściwości jezdne, zawieszenie pneumatyczne używane jest zamiast konwencjonalnych sprężyn stalowych w pojazdach ciężkich, takich jak autobusy i ciężarówki, a także w niektórych samochodach osobowych. Stosuje się go również często w naczepach i pociągach, głównie pasażerskich.
Zadaniem zawieszenia pneumatycznego jest dostarczenie najwyższej, stałej jakości komfortu jazdy, ale bywa ono także stosowane jako zawieszenie w pojazdach sportowych. Nowoczesne elektronicznie sterowane systemy w samochodach osobowych i lekkich ciężarówkach prawie zawsze mają funkcję samopoziomowania wraz z funkcjami podnoszenia i opuszczania.
Chociaż tradycyjnie nazywamy je poduszkami powietrznymi lub miechami powietrznymi, prawidłowym terminem jest sprężyna powietrzna (choć terminów tych używa się również do opisania tylko gumowych elementów miechów z płyt końcowych).
Sprężyny powietrzne
Idea płynnej i komfortowej jazdy jest tak stara, jak projektowanie i produkcja samochodów. Na początku motoryzacji, w 1901 roku, Amerykanin William W. Humphreys opatentował pomysł na „pneumatyczną sprężynę do pojazdów". Konstrukcja składała się z lewej i prawej sprężyny pneumatycznej, wzdłużnie poprowadzonej przez prawie całą długość pojazdu. Kanały zagłębiono w celu umieszczenia w nich dwóch długich poduszek pneumatycznych. Każda z nich była zamknięta na jednym końcu i wyposażona w zawór powietrza na drugim.
W 1920 roku Francuz George Messier dostarczył na rynek wtórny systemy zawieszenia „do utrzymania samochodu na czterech pęcherzykach gazu”. Jego własne samochody Messier produkował w latach 1922-1930 i wyposażył je w zawieszenie pneumatyczne.
Podczas II wojny światowej USA opracowało zawieszenie pneumatyczne dla ciężkich samolotów w celu zmniejszenia wagi przy zwartej konstrukcji. Systemy pneumatyczne stosowano również w ciężkich samochodach ciężarowych i samolotach w celu uzyskania samopoziomującego zawieszenia. Dzięki regulowanemu ciśnieniu powietrza, wysokość osi była niezależna od obciążenia pojazdu.
Zawieszenie pneumatyczne w… samolotach?
Dalszy rozwój doprowadził do roku 1954, w którym to Francuz Paul Magès zaprojektował i opracował działające zawieszenie hydropneumatyczne typu powietrze/olej. Łączyło ono w sobie zalety wcześniejszych koncepcji zawieszenia pneumatycznego, ale z wykorzystaniem płynu hydraulicznego, a nie powietrza pod ciśnieniem. Citroën zastąpił konwencjonalne sprężyny stalowe na tylnej osi swojego topowego modelu – Traction Avant 15 Hydraulique.
W 1955 roku w modelu Citroën DS zastosowano zawieszenie hydropneumatyczne czterech kół. Rozwiązanie takie łączyło bardzo miękkie, komfortowe zawieszenie wraz z systemem samopoziomowania, z pełną kontrolą ruchów, pozwalającą na pewne prowadzenie w każdych warunkach. Rolls-Royce wprowadził samopoziomujące zawieszenie w Rolls-Royce Silver Shadow z 1965 roku. Był to system zbudowany na licencji Citroëna. Pierwszym niemieckim pojazdem z samopoziomującym zawieszeniem był Borgward P100 produkowany w 1960 r.
W 1962 roku na platformie Mercedes-Benz W112 pojawiło się zawieszenie pneumatyczne w modelach 300SE. System wykorzystywał zawór główny firmy Bosch z dwoma zaworami osiowymi z przodu i jednym z tyłu. Kontrolowały one stożkową sprężynę powietrzną na każdej osi koła. System utrzymywał stałą wysokość jazdy, wykorzystując zbiornik powietrza, który był napełniany przez jednocylindrową sprężarkę powietrza napędzaną silnikiem. W 1964 r. w Mercedesie 600 zastosowano większe sprężyny powietrzne, a system sprężonego powietrza zasilał również serwo hamulcowe.
W modelu Mercedes-Benz 450SEL 6.9 (1975) zastosowano zawieszenie hydropneumatyczne po wygaśnięciu patentów na tę technologię. Ta konstrukcja zastąpiła drogi, skomplikowany i problematyczny system sprężonego powietrza, nadal stosowany w modelach 600 aż do 1984 roku.
Zawieszenie hydropneumatyczne
Pierwszy elektronicznie sterowany (TEMS) półaktywny system pełnego zawieszenia pneumatycznego (stała sprężyna, zmienna siła tłumienia) wprowadzono w samochodzie Toyota Soarer w 1986 r.
Firma Dunlop Systems Coventry UK była również pionierem w dziedzinie elektronicznie sterowanego zawieszenia pneumatycznego (ECAS) dla pojazdów terenowych. Termin ECAS został z powodzeniem wprowadzony do obrotu handlowego. System ten został po raz pierwszy zastosowany w modelu 93MY Land Rover Range Rover. Obecnie systemy ECAS są szeroko stosowane zarówno w ciężkich pojazdach, takich jak ciężarówki i autobusy, jak i w lekkich kategoriach, takich jak SUV-y, samochody osobowe i lekkie pojazdy użytkowe.
ECAS oferuje zawieszenie o zmiennej wysokości do zastosowań na drodze i w terenie. Pięć typowych wysokości zawieszenia oferowanych przez ECAS to (od najniższej do najwyższej w zakresie wysokości): „Załadunek", „Autostrada", „Standard", „Off-Road" i „Off-Road Rozszerzony". Wysokość kontroluje się automatycznie na podstawie czujników prędkości i podwozia, ale ręczny przełącznik wysokości jazdy pozwala kierowcy kontrolować zawieszenie. Wysokości „Załadunek" i „Off-Road" są dostępne tylko przy prędkościach zazwyczaj mniejszych niż 56 km/h. Ustawienie „Autostrada” nie jest dostępne manualnie. Jest ono ustawiane, gdy pojazd porusza się z prędkością ponad 80 km/h dłużej niż przez 30 sekund. W przeciwieństwie do mechanicznego układu sprężyn (gdzie ugięcie jest proporcjonalne do obciążenia), wysokość można zmieniać niezależnie od obciążenia poprzez zmianę ciśnienia w sprężynach powietrznych.
ECAS – zawieszenie do zadań specjalnych
Zawieszenie pneumatyczne
Sprężyny powietrzne zaprojektowano tak, aby zapewnić płynną jazdę, z dodatkową możliwością podniesienia nadwozia pojazdu w celu uzyskania prześwitu w terenie i obniżenia go w trakcie jazdy po drogach z wyższymi prędkościami. Sprężyny mechaniczne, dla których ugięcie jest proporcjonalne do obciążenia, nie są w stanie tego zrobić; w systemie ECAS wysokość jest w dużym stopniu niezależna od obciążenia. Twórcy systemu ECAS zaprojektowali również LoadSafe. To system powiązany do określania obciążenia i zmian obciążenia w pojazdach dostawczych wyposażonych w resory pneumatyczne.
Technologia sprężyn pneumatycznych dla samochodów pasażerskich oferuje wiele imponujących korzyści w porównaniu z resorami zwojowymi. Po pierwsze, resory pneumatyczne utrzymują pojazd na stałym poziomie, niezależnie od tego, jak duże jest obciążenie. Ponadto, kierowcy mogą dowolnie konfigurować swoje podwozie, na przykład wybierając pomiędzy twardym zawieszeniem sportowym a bardziej komfortowym.
Zawieszenie pneumatycznie ze sprężynami powietrznymi
Vibracoustic, siostrzana firma Corteco, odpowiadająca za dostarczanie rozwiązań z zakresu elementów tłumiących wibracje, dostarcza najlepsze w swojej klasie systemy resorowania pneumatycznego do samochodów osobowych. Czyni ją to głównym światowym dostawcą resorów pneumatycznych. Obecnie co drugi lekki pojazd z zawieszeniem pneumatycznym ma takie resory.
Zawieszenia pneumatyczne Vibracoustic
Mieszek gumowy
Kluczowym elementem w sprężynach powietrznych do pojazdów lekkich jest mieszek gumowy. Decyduje on zasadniczo o komforcie i właściwościach użytkowych. Vibracoustic oferuje trzy różne typy mieszków. Różnią się one pod względem struktury włókien wzmacniających osadzonych w mieszku. W przypadku miechów osiowych, włókna osadzone w elastomerze biegną osiowo w kierunku ugięcia. W przeciwieństwie do tego mieszek poprzeczny posiada dwie przecinające się warstwy elementów wzmacniających. Nie są one połączone, w przeciwieństwie do tkaniny. Nowoopracowany mieszek poprzeczno-osiowy, lub mieszek ZAX, łączy w sobie dobrą zdolność odsprzęgania skrętnego mieszków osiowych ze stabilnością wymiarową mieszków poprzeczno-warstwowych.
Resor pneumatyczny Corteco z technologią miechów osiowych zapewnia optymalny komfort. Niezwykle cienki mieszek resoru pneumatycznego do pojazdów lekkich w połączeniu z osiowo rozciągającym się wzmocnieniem skutkuje bardzo niskim poziomem tarcia. Vibracoustic był pierwszym dostawcą tej specjalnej technologii miechów osiowych i w dlatego miechy osiowe można znaleźć w prawie wszystkich resorach pneumatycznych osi przedniej do pojazdów lekkich Vibracoustic.
W miechach poprzecznych stosowanych głównie na tylnej osi stosuje się dwie warstwy krzyżujących się nośników wzmocnienia (włókien) w ściance miecha. Pokrywa się je wewnątrz i na zewnątrz uszczelniającą lub ochronną warstwą elastomeru. Pomiędzy dwoma warstwami nici znajduje się kolejna warstwa elastomeru, warstwa pośrednia. Warstwa pośrednia definiuje geometryczną spójność obu warstw nici. W przypadku mieszków krzyżowych odporność na nacisk określa nośnik stabilności, podczas gdy właściwości materiałowe warstwy pośredniej wpływają na żywotność i komfort. Zaletami mieszków poprzecznych są wysoka odporność na ciśnienie i stabilność wymiarowa, a także stosunkowo prosta i bezpieczna produkcja.
Miech osiowy – element zawieszenia pneumatycznego
Miech poprzeczny – element zawieszenia pneumatycznego
Zawieszenie pneumatyczne - trójkomorowy system sprężyn powietrznych
Vibracoustic opracował przełączalne sprężyny powietrzne z trójkomorowym systemem dla pojazdów lekkich. To po to, aby rozwiązać problem sprzecznych na pozór celów komfortu i dynamiki jazdy. Poprzez włączanie i wyłączanie poszczególnych komór powietrznych za pomocą inteligentnego sterowania, resory pneumatyczne można ustawić na cztery różne poziomy sztywności w zależności od konkretnej sytuacji na drodze. Dzięki temu jazda staje się bardziej komfortowa lub dynamiczna, a także bezpieczniejsza.
W przypadku pojazdów elektrycznych coraz bardziej popularne staje się zastosowanie resorów pneumatycznych z tyłu lub na wszystkich czterech narożnikach pojazdu. Pozwala to na regulację poziomu samochodu. Jest to szczególnie ważne w przypadku pojazdów z napędem elektrycznym, ponieważ umożliwia prowadzenie strumienia powietrza pod samochodem. Ma to olbrzymi wpływ na układ efektywnego pasywnego chłodzenia akumulatorów, które przeważnie umieszcza się w podłodze samochodu.
Pomysł trójkomorowego systemu sprężyn powietrznych dla lekkich pojazdów jest prosty. Im większa dostępna objętość, tym bardziej miękkie sprężyny, a im mniejsza objętość powietrza, tym sztywniejsze. W obecnych aplikacjach Vibracoustic sztywność sprężyn można praktycznie podwoić, od bardzo miękkiej do ekstremalnie sztywnej, na czterech poziomach nachylenia.
Vibracoustic opracował zupełnie nowe zawory przełączające, które kontrolują skalę przepływu. Odgrywają również ważną rolę w odniesieniu do nowych sprężyn powietrznych. Czasy przełączania muszą być wystarczająco krótkie, a otwór musi być odpowiednio zwymiarowany. Jednak konstruktorzy zminimalizowali również hałas przełączania za pomocą membrany, aby nie był on odczuwalny przez kierowców i pasażerów pojazdu. Ta cecha jest szczególnie ważna w przypadku pojazdów elektrycznych, gdzie nie występuje hałas spalania ani wibracje silnika, które mogłyby pokryć ten rodzaj hałasu.
Vibracoustic będzie również dostarczał przełączalne resory pneumatyczne dla pojazdów lekkich w systemach dwukomorowych. Chociaż systemy te mogą oferować tylko dwa różne poziomy sztywności, odpowiednia regulacja umożliwia również skuteczną stabilizację przechyłu.
Dystrybutor marki
Corteco w Polsce
