Podvozek je jedna z nejsložitějších a také nejdůležitějších částí auta. Jeho naladění má vliv na komfort posádky, ovladatelnost, a tím přeneseně i bezpečnost. Sloučení protichůdných požadavků, tedy aby jízda byla pohodlná a reakce na změnu směru rychlé a co nejplynulejší, je po desetiletí jednou z největších výzev konstruktérů.
Moderní trendy vše komplikují ještě více. V kurzu jsou velká kola s nízkým profilem pneumatiky, která dobře vypadají, umožňují instalaci velkých brzd a na hladkém povrchu jsou zárukou stability a hbitých reakcí na otočení volantem – například v losím testu, v němž si dnes nemůže dovolit pohořet žádný model. Jenže velký disk je těžký a nízká pneumatika neutlumí z nerovností pod kolem téměř nic.
Vedle adaptivních tlumičů konstruktéři podvozků hledají i další, levnější a jednodušší cesty, jak současně zlepšit ovladatelnost a komfort jízdy. Jednou z možností, kterou používá Nissan, jsou tlumiče se zdvojenými písty. Soustava dvojice pístů se stará o tlumení nízkofrekvenčních i vysokofrekvenčních vibrací. Toto řešení se původně objevovalo ve vozech Infiniti, dnes je dostupné u Nissanu Qashqai s pohonem předních kol. Další možností jsou zdvojené dorazy, které nabízí Citroën pro modernizovaný C4 Cactus pod názvem Progressive Hydraulic Cushions (viz obrázek). Hydraulické „polštáře“ doplněné o pružiny na obou koncích tlumiče se starají a plynulé dotlumení rázů. Tlumiče tedy mohou mít měkčí charakteristiku při zachování srovnatelné odolnosti proti odskakování kol. Obdobný systém (avšak bez pružin) využívá i nový Renault Mégane R.S. Praktické zkušenosti však ukazují, že se tyto ryze mechanické postupy v praxi nevyrovnávají adaptivním tlumičům.
Ideálem je podvozek, který se na kvalitním povrchu pohybuje v dlouhých amplitudách, na ostré nerovnosti nebo ve výmolu ale přejezdem vyvolaný ráz stejně plynule utlumí a udrží kontakt kola s vozovkou. Hlavní díl práce u tohoto úkolu leží na tlumiči, přičemž konvenční tlumič není pro dosažení co nejlepšího výsledku vhodný – jeho naladění bude vždy kompromisem, který se snaží jednou charakteristikou postihnout co nejširší spektrum jízdních situací. Proto existuje hned několik způsobů, jak zajistit, aby tlumiče za různých podmínek měly různou charakteristiku.
Dva podvozky v jednom
Adaptivní tlumiče mají několik konstrukčních variant. Tím nejjednodušším provedením je pasivní tlumič s přídavným přepouštěcím kanálem, který mění svoji charakteristiku v závislosti na intenzitě stlačení. Po překročení určité hranice tlumič skokově ztuhne, a tak může při ostrých manévrech nebo na rozbité silnici nabídnout více jistoty, než by odpovídalo základní, měkké charakteristice. Toto řešení využívá například dnes již nevyráběná Honda Accord osmé generace.
Tuhost takového tlumiče je samozřejmě možné ovlivnit i aktivně. V takovém případě je tlumič vybaven elektromagnetickým ventilem, který ve dvou stupních reguluje průtok oleje kolem pístu. Řidič může stisknutím tlačítka v interiéru kdykoliv přepnout mezi dvěma charakteristikami – zpravidla pojmenovanými Comfort a Sport. Tlumiče tohoto typu se dodávají do Volkswagenu Polo nebo Seatu Ibiza, nově jimi bude moct být vybavena i Škoda Scala.
Výhody i nevýhody takových tlumičů, ať už pasivních nebo aktivně ovládaných, jsou zřejmé. Na jednu stranu nabídnou více možností než konvenční tlumiče a obejdou se bez složité elektroniky, na stranu druhou se však nejsou schopny přizpůsobit konkrétní situaci.
Pod dohledem počítače
Mnohem více možností nabídnou tlumiče spojené s palubní elektronikou. Takzvaný semiaktivní podvozek je tím, co se běžně rozumí pod označením adaptivní tlumiče. I u nich se mění tuhost tlumiče regulací průtoku oleje, to má typicky na starosti ventil, který z tlumiče vybíhá do boku – takový tlumič tedy snadno poznáte na první pohled. Méně rozšířenou možností je umístění regulačního ventilu přímo do tlumiče.
Aby vše fungovalo tak, jak má, musí být tlumič schopen měnit svoji charakteristiku plynule v závislosti na pokynech řídicí jednotky. Nároky na přesnost a technické možnosti tlumiče jsou tedy větší než u jednoduchých nastavitelných tlumičů. Ale vzhledem k tomu, že řídicí jednotka bere v potaz údaje o náklonech karoserie, přetížení, natočení volantu nebo intenzitě sešlápnutí pedálu, dokáže se takový adaptivní tlumič mnohem lépe přizpůsobit konkrétní situaci. Nezbytnou podmínkou správné funkce je ale samozřejmě důkladné naladění elektroniky.
I tento systém může nabídnout přepínání mezi několika jízdními režimy – není to sice podmínkou, ale většina aut to umožňuje. Přesto se ale charakteristika tlumení přizpůsobuje aktuálním podmínkách. Tedy například i v komfortním režimu tlumiče při prudkém výhybném manévru v zájmu zlepšení ovladatelnosti ztuhnou.
Prvním autem s elektricky ovládanými tlumiči bylo šestiválcové kupé Toyota Soarer v roce 1983, prodávané pouze v Japonsku. Na přelomu milénia se adaptivní tlumiče začaly ve velkém objevovat v modelech prémiových značek. O jejich rozšíření mezi širší vrstvy motoristů se postaral Opel, který v roce 2004 nabídl elektronicky řízené tlumiče v třetí generace Astry, a to pod obchodní značkou FlexRide. Dnes jsou adaptivní tlumiče běžně dostupnou příplatkovou výbavou u aut od nižší střední třídy výš. Pořídit si je můžete do Škody Octavia, Fordu Mondeo nebo libovolného BMW.
Opel nabídl adaptivní tlumiče s plynule měnitelnou charakteristikou v kompaktní třídě už před patnácti lety
Infografika Audi vyjadřuje posun jízdních charakteristik mezi komfortním, automatickým a sportovním režimemElektronicky řízené tlumiče se obecně označují zkratkami CCD (Continuously Controlled Damping), CDC (Continuous Damping Control) nebo EDC (Electronic Damping Control), což jsou různě variace anglického popisu základní funkce. Některé značky pak používají vlastní obchodní označení, vedle výše zmíněného FlexRide je to třeba DCC u značek skupiny Volkswagen, Four-C u Volva nebo DDC u BMW.
V moderních autech se vyskytují dva základní typy tlumičů. Běžnější jsou tlumiče dvouplášťové, v nichž pohyb pístu při stlačení vytlačuje olej z vnitřní trubky přes ventil do vnější. Výhodou tohoto uspořádání je, že je tlumič naplněn vzduchem o nízkém tlaku. To snižuje nároky na výrobu. Nevýhodou je horší odolnost proti přehřívání, riziko napěnění oleje a nutnost instalovat tlumiče svisle. Tyto nedostatky překonávají jednoplášťové tlumiče. V nich je nad pracovním pístem ještě jeden plovoucí píst, přes něj se při tlumení stlačuje vzduchová náplň tlumiče. Vzduch musí být naplněn pod vysokým tlakem, a konstrukce tlumiče proto musí být robustnější. Jednoplášťové tlumiče mají ale i nevýhody: jsou dražší na výrobu, obecně vzato jsou tužší a je u nich větší riziko mechanického poškození nebo selhání.
Zjevnou nevýhodou elektronicky řízených tlumičů je komplexnost celého systému. Správné fungování závisí na mnoha vstupních údajích a jejich zpracování. To se samozřejmě odráží v náročnosti vývoje i výrobních nákladech. Řešením by měl být v blízké budoucnosti systém DRiV od společnosti Tenneco (ta vyrábí adaptivní tlumiče mimo jiné pro VW a BMW). DRiV nebude potřebovat vlastní řídicí jednotku, každý tlumič bude fungovat samostatně – výrobce slibuje ve srovnání se současným řešením 75% účinnost při polovičních nákladech.
Elektromagnety a kosmická technologie
Existuje však ještě jedna možnost, jak v reálném čase ovládat charakteristiku tlumičů. Říká se jim magnetoreologické tlumiče a jsou naplněny magnetickou kapalinou – v oleji uvnitř tlumiče jsou přimíchány magnetické nanočástice. Píst tlumiče je doplněn o elektromagnet, který při průchodu elektrického proudu vytváří ve svém okolí magnetické pole působící na částice v oleji. Změnou orientace nanočástic podle magnetického pole olej mění svoji viskozitu, a tím se mění tuhost tlumiče.
Schéma funkce magnetoreologických tlumičů: Při aktivaci magnetického pole se částečky dosud náhodně rozptýlené v kapalině uspořádají podle siločar. Tím fakticky dochází ke změně viskozity hydraulické kapalinyTento princip původně vyvíjela v 60. letech NASA pro řízení toku tekutých materiálů ve stavu beztíže. O aplikaci magnetorheologického principu v tlumičích se postaral koncern GM ve spolupráci s Delphi. Prvním autem vybaveným magnetorheologické tlumiči byl Cadillac Seville STS z roku 2002. O rok později se dočkal i Chevrolet Corvette. Systém pojmenovaný MagneRide se postupně dostal do všech modelů Cadillacu a některých Chevroletů, Buicků a Holdenů. Na stejném principu fungují adaptivní tlumiče ve všech Ferrari uvedených od roku 2006 dále a elektromagnetické tlumiče najdeme i v Audi TT a R8, nejnovějším Fordu Mustang, Hondě NSX nebo Lamborghini Aventador.
Z výčtu aplikací je zřejmé, jaká je hlavní nevýhoda těchto tlumičů: vysoká cena. Tu ještě podporuje skutečnost, že magnetorheologické tlumiče mají složitější jednoplášťovou konstrukci. Jinak ale převažují samé výhody. Neexistuje rychlejší a přesnější způsob regulace charakteristiky tlumení, díky absenci regulačních ventilů je systém v principu velmi jednoduchý a má teoreticky nekonečnou životnost.
Plně aktivní podvozek je vrchol složitosti
Vedle zdokonalování vlastnosti samotných tlumičů existuje ještě jeden možný přístup: sloučit funkce tlumení a odpružení do jednoho celku. Průkopníkem v této oblasti byl již v 50. letech Citroën, který se však dlouhá desetiletí obešel bez elektronické regulace a až na výjimky sledoval trochu jiné cíle – udržení konstantní výšky a maximální komfort.
V 80. letech se vývojem plně aktivního podvozku zabývaly firmy Lotus a Bose. I přes slibné výsledky se ani jeden z těchto vývojových programů nedočkal přímé realizace.
Prvním sériovým autem s plně aktivním podvozkem tak bylo v roce 1991 Infiniti Q45 a o tři roky později následoval známější Citroën Xantia Activa. Opravdovým úspěchem se ale stal až v roce 1999 systém Active Body Control od Mercedesu – od té doby vždy nabízený ve vrcholných verzích tříd CL, S a SL.
Tlumiče a pružiny v tomto případě nahrazuje jediná jednotka u každého kola. Poněkud překvapivě je pružina běžná vinutá a tlumič sice adaptivní, ale jednoduchý pasivní. Ke karoserii jsou připevněny přes hydraulický člen, který působí proti náklonům karoserie a vynucuje změnu charakteristiky zavěšení na konkrétním kole. Díky tomu se aktivní podvozek v této podobě dokonce obejde bez stabilizátorů, zároveň však potřebuje komplexní soustavu senzorů a vysokotlaký hydraulický okruh.
Ve dvou nejnovějších variantách je pak aktivní podvozek Mercedesu spojen s kamerou pod čelním sklem, která sleduje nerovnosti na silnici (Magic Body Control), resp. schopností aktivně se naklánět do zatáček podobně jako rychlovlak a tím potlačovat boční přetížení (Active Curve Tilting). Díky těmto schopnostem je podvozek ve vrcholných modelech Mercedesu nejblíž dokonalosti, v běžné automobilové produkci nicméně patří budoucnost jednodušším systémům, které nejsou tak technicky náročné.