Skład i właściwości zawieszenia hydropneumatycznego typu Hydractive

Zawieszenia hydropneumatyczne zajmują szczególne miejsce wśród konstrukcji podwozi pojazdów. Jest to dość złożony system, w którym elementem sprężystym jest azot sprężony do ciśnienia ponad 50 atmosfer, ograniczony metalowym korpusem kul roboczych i płynem hydraulicznym przez elastyczną membranę. Ciśnienie jest przenoszone na kulę za pomocą cylindra hydraulicznego, którego tłok jest połączony z wahaczem. Funkcje tłumiące realizują zawory o zmiennym przekroju, umieszczone między tłokiem a cieczą w kuli.

Pojawienie się zawiesiny Hydractive

W samochodach osobowych ten typ jest używany od 1954 roku, po wprowadzeniu go w samochodach Citroën. Początkowo rozwój poszedł od zainstalowania hydropneumatyki tylko na tylnej osi modelu Traction Avant, następnie zintegrowano z nią mechanizmy całego podwozia, w tym układu kierowniczego, skrzyni biegów i hamulców. Później, wraz z rozwojem kierunku, stopień integracji został zmniejszony, ograniczając się do elementów zawieszenia.

Etapy rozwoju

Zmieniały się funkcje systemu, projektanci nieustannie poszukiwali. Istnieją trzy generacje systemu, chociaż było wiele wariantów w zależności od konkretnego modelu samochodu.

Pierwszy występ

Wygląd systemu ukształtował się dość szybko, co wynika z prostoty i logiki jego koncepcji. Niektóre funkcje zostały później usunięte, a niektóre dodane, ale struktura niewiele się zmieniła:

• do regulacji sztywności zawieszenia zastosowano dodatkowe kule pneumohydrauliczne, po jednej na każdą oś;
• aktywacja trybu zwiększonego komfortu Auto została przeprowadzona decyzją jednostki elektronicznej sterującej zaworami na osiach;
• w twardym trybie sportowym zawory były zamknięte, na każdym kole pozostawiono tylko taką ilość sprężonego azotu, która znajdowała się w obszarze odpowiedniego niezależnego zawieszenia.

Z wyglądu dość prymitywne rozwiązanie regulacyjne zapewniało niesamowitą płynność jazdy i szybkie przełączanie trybów. Wysokość zawieszenia można było kontrolować, pompując dodatkowy płyn przez przewody hydrauliczne. Przy stałym ciśnieniu zwiększało to lub zmniejszało prześwit.

Co się zmieniło w drugiej generacji

Dodano kolejną kulę, aby utrzymać ciśnienie w tylnym zawieszeniu, gdy silnik jest wyłączony. Zmieniły się algorytmy kontroli sztywności, a wraz z nimi nazwy trybów. Zasadnicza różnica między nimi prawie zniknęła, po prostu zmieniły się wartości progowe dla uruchomienia zaworu na podstawie sygnałów z czujników. Możliwe stało się szybkie reagowanie na rolki i przechylenia ciała.

Nawadniający 3

Tutaj jest już dużo więcej zmian:

• zamiast wczesnej „wody mineralnej” LHM stosuje się bardziej nowoczesny syntetyczny płyn, taki jak LDS;
• następowało automatyczne przełączanie trybów w zależności od wysokości nadwozia, przy dużych prędkościach obniżało się, a przy określaniu złej drogi zwiększało prześwit;
• sztywność zawieszenia zaczęła być regulowana automatycznie;
• wspólne elementy ze wspomaganiem kierownicy i układem hamulcowym są wyłączone z wyposażenia;
• ponownie zmieniły się nazwy ręcznie wybieranych trybów.

Jeszcze bardziej uzupełniona i udoskonalona wersja otrzymała oznaczenie Hydractive 3+.

Elementy zawieszenia i ich funkcja

System tworzą następujące podstawowe węzły:

• elementy robocze dla każdego koła - kule hydropneumatyczne z separacją azotu i cieczy za pomocą elastycznej membrany;
• pompa mechaniczna, silnikowa lub później elektryczna z akumulatorem ciśnieniowym;
• dodatkowe zbiorniki o różnym przeznaczeniu, które kontrolują sztywność zawieszenia;
• mechanizmy sterujące w postaci zaworów hydraulicznych z napędem elektrycznym;
• rurociągi wysokiego i niskiego ciśnienia rozmieszczone w całym pojeździe;
• elektroniczna jednostka sterująca z czujnikami i interfejsem do innych systemów.

Tłoki cylindrów hydraulicznych każdego koła były połączone ze zwykłymi mechanicznymi kierownicami niezależnych zawieszeń, w tym typu MacPherson, ale bez amortyzatorów i sprężyn. Ich rolę spełniały dławienie zaworów hydraulicznych w przestrzeni nadtłokowej oraz sprężonego gazu w kulach.

Praca w zawieszeniu

Siła z poruszającego się koła poprzez urządzenie prowadzące, pręt i tłok jest przenoszona na ciecz w sferach koła roboczego. Ze względu na swoją nieściśliwość olej pracuje pod takim samym ciśnieniem w całym układzie, pod warunkiem, że zawory sterujące są otwarte. Przeciwnie, gaz w kulach jest sprężany, zmniejszając objętość i zwiększając ciśnienie. Uzyskuje się w ten sposób zwiększenie wytężenia oporu suwu tłoka w cylindrze hydraulicznym, a co za tym idzie przeciwdziałanie ściskaniu zawieszenia.

Dzięki rurociągom ciśnienie może być przenoszone do dowolnego punktu w systemie, a co za tym idzie, może być regulowane na wszystkie koła. Zaimplementowano możliwość przeciwdziałania dziobaniu karoserii, kołysaniu, zmianom prześwitu w zależności od obciążenia pojazdu.

Właściwości sprężonego gazu, które zasadniczo różnią się od właściwości metalu stosowanego w sprężynach, a tym bardziej od sprężyn wielopiórowych podlegających tarciu wewnętrznemu, stały się najbardziej przydatne do poprawy gładkości przebiegu. Dokładność reakcji zawieszenia w trybie dynamicznym zapewnia wbudowany amortyzator w postaci regulowanych otworów dławiących, przez które płyn przepływa od tłoka do membrany wewnątrz kuli.

Dwukrotnie zmieniano również płyn roboczy układu. Pierwszy, czerwony LHS, został opracowany jako alternatywa dla konwencjonalnego płynu hamulcowego, ale zachował niektóre z jego wad, w szczególności zdolność do nasycania wilgocią. Wynikająca z tego korozja zmniejszała trwałość aktywnego zawieszenia. Następnie został zastąpiony zielonym olejem mineralnym typu LHM, który eliminuje tę wadę. Ale jego baza, opracowana na bazie olejów do automatycznych skrzyń biegów, miała swoje własne problemy w postaci szybkiego starzenia. Najnowsze wersje wypełnione są pomarańczowymi syntetykami LDS, które najlepiej spełniają wymagania elementów hydropneumatycznych układu. Ciecze są niekompatybilne i niezamienne, membrany w kulach są zaprojektowane ściśle dla ich rodzaju.

Technologia produkcji najważniejszego elementu zawieszenia hydraulicznego - sfer wypełnionych azotem, zapewnia niemal nieograniczoną żywotność separatorów membranowych. Jednak nieuniknione wycieki azotu przez długi czas prowadzą do ich nadmiernego odkształcenia i pęknięcia. Początkowo przewidywano pompowanie kulek w eksploatacji, następnie zniesiono zawory napełniające. Ale podstawowa możliwość dodania gazu jest nadal dostępna.

Pęknięta membrana zatrzymuje normalną pracę serwisowanego koła, ale ze względów bezpieczeństwa w obszarze prześwitu przewidziano tryb bezpieczeństwa.

Zalety hydropneumatyki

Ten rodzaj zawieszenia od dawna nie ogranicza się do samochodów Citroen. Wyposażone jest w nie wiele modeli premium różnych producentów, gdzie stawiane są szczególne wymagania co do precyzyjnego działania podwozia. Daje to maszynom szczególne właściwości, które są prawie nieosiągalne w inny sposób:

• połączenie komfortu, gładkości i doskonałego prowadzenia;
• opracowywanie zadań na wszystkich typach nawierzchni drogowych;
• elektroniczna kontrola funkcji zawieszenia we wszystkich trybach, od parkowania po szybkie poruszanie się po autostradach;
• automatyczna adaptacja i sterowanie ręczne;
• wysoka niezawodność w najnowszych wersjach, porównywalna z bardziej tradycyjnymi typami zawieszeń.

Jedyną wadą jest duża złożoność, która znacznie wpływa na cenę samochodu. Nie jest to tak zauważalne w klasie premium, ale praktycznie wyklucza zastosowanie w segmentach budżetowych.