Amortyzatory o zmiennej charakterystyce – MagneRide

Zawieszenia aktywne można właściwie podzielić na trzy grupy: hydropneumatyczne (np. Citroën C5), mechaniczno-hydrauliczne (np. Mercedes klasy S) i pneumatyczne (np. Range Rover). Takie układy zawieszeń zmieniają swoją charakterystykę w czasie rzeczywistym na podstawie odczytów z wielu czujników, mogą także regulować prześwit auta i wiele innych ustawień. Są to jednak rozwiązania skomplikowane, a co za tym idzie - kosztowne. Znacznie mniej kosztują zawieszenia półaktywne wyposażone w specjalne amortyzatory.

Amortyzatory o regulowanej charakterystyce pozwalają na zbudowanie zawieszenia o zmiennym tłumieniu. Sposobów, w jaki można uzyskać zmianę tłumienia amortyzatora w czasie rzeczywistym, jest kilka. Obecnie na rynku wyróżnić można dwie główne grupy. Do pierwszej z nich zaliczamy amortyzatory, w których zmiana charakterystyki tłumienia odbywa się dzięki różnego rodzaju zaworom, które mogą być sterowane pneumatycznie lub elektromagnetycznie. Druga grupa amortyzatorów wykorzystuje zmienne w zależności od natężenia pola magnetycznego własności reologiczne specjalnych cieczy stosowanych w amortyzatorach zamiast standardowego oleju.

W tym artykule zajmę się opisem rozwiązania drugiego typu, które zostało rozpowszechnione przez firmę Delphi. Ciecz do amortyzatorów MagneRide, bo taką właśnie noszą nazwę, dostarcza amerykańska firma Lord Corp., a jej dokładny skład jest ściśle chroniony. W przeciwieństwie do wspomnianych rozwiązań pierwszego typu w budowie amortyzatorów MagneRide nie występują żadne zaworki przelewowe, tylko odpowiedniej średnicy kanały, przez które przetłaczana jest ciecz magnetoreologiczna.

Ciecz ta jest syntetycznym olejem z zawieszonymi w nim ferromagnetycznymi cząstkami (mogą być nimi np. żelazo). Na skutek działania pola magnetycznego zmienia one swoje właściwości fizyczne. I tak jeśli ciecz nie jest poddania działaniu pola magnetycznego, zachowuje się jak normalny olej. Z kolei w polu magnetycznym wykazuje właściwości charakterystyczne dla cieczy plastyczno-lepkiej. W jaki sposób wykorzystana jest ona w amortyzatorach MagneRide?

Głównym elementem budowy amortyzatorów MagneRide jest tłok z kanałami o stałej średnicy - brak tutaj jakichkolwiek elementów ruchomych, a więc ograniczono też liczbę części, jaka może się zepsuć. Między kanałami wbudowana jest cewka, która emituje pole magnetyczne. Wraz ze wzrostem natężenia pola magnetycznego opór hydrauliczny płynu magnetoreologicznego również rośnie, a tym samym zmienia się charakterystyka amortyzatora. Przepływ nie jest zatem dławiony za pomocą zaworów, tylko dzięki zmianom właściwości płynu roboczego. Zmiana właściwości cieczy następuje w czasie poniżej 0,1 ms! W skrajnych przypadkach, kiedy wymagane jest przejście z minimalnej siły tłumienia do maksymalnej (lub na odwrót), pożądaną charakterystykę uzyskuje się w maksymalnie kilka milisekund.

Zależność pomiędzy siłą tłumienia a wartością natężenia prądu, który generuje pole magnetyczne, jest właściwie liniowa, co ułatwia sterowanie pracą amortyzatora. Zakres możliwych do uzyskania wartości sił tłumienia jest dosyć szeroki. Maksymalna siła tłumienia przy danym natężeniu pola magnetycznego może być nawet 14 razy większa niż siła generowana przy nieobecności pola.

Natężenie pola magnetycznego jest sterowane za pomocą odpowiedniego sterownika, który otrzymuje sygnały z dziesiątek czujników w całym samochodzie. W przypadku MagneRide w skład układu zawieszenia wchodzą cztery dodatkowe czujniki ugięcia zawieszenia. Sygnały odczytywane są także z czujników przyspieszeń, prędkości, kąta obrotu kierownicy, układu napędowego, układu hamulcowego i systemów wspomagających oraz kontrolujących jazdę, jak np. ESP, ABS itp.

Reakcja amortyzatorów jest natychmiastowa i zachodzi z dużą czułością nawet przy niewielkich zmianach warunków drogowych. Amortyzatory MagneRide są bardzo zbliżone gabarytowo do tradycyjnych odpowiedników, choć płyn magnetoreologiczy waży nieco więcej niż standardowy olej. Mimo wszystko amortyzatory Delphi są lżejsze od innych modeli opartych na zaworach elektromagnetycznych. Co więcej, są również prostsze w konstrukcji, dzięki czemu także mniej awaryjne.

Przyspieszone testy trwałościowe oraz monitoring danych serwisowych z sieci dilerskich wykazały, że obecne konstrukcje są w stanie pracować prawidłowo przez ok. 200 000 km. Taki wynik nie byłby możliwy bez zastosowania odpowiednich materiałów. Elementy wewnętrzne amortyzatora MagneRide muszą mieć zwiększoną odporność na ścieranie, wyższą twardość, a równocześnie niski współczynnik tarcia. Sama ciecz robocza jest stabilna i odporna na degradację w szerokim zakresie temperatur.

Pierwsze modele amortyzatorów Delphi z cieczą magnetoreologiczną zastosowano po raz pierwszy w seryjnie produkowanych Cadillacach Seville i Chevroletach Corvette C5 z lat 2002-2003. Aktualnie MagneRide montowane są także w najnowszej Corvette C6, niektórych Cadillacach, Audi TT i R8, a nawet Ferrari 599 GTB.