Was ist und wie funktioniert die adaptive Federung?

Eine Möglichkeit, die Federung eines Autos zu verbessern, besteht darin, sie an die Beschaffenheit der Straße, die Geschwindigkeit oder den Fahrstil anzupassen. Es ist möglich, dies durch den Einsatz von elektronischen Geräten und elektromagnetischen, pneumatischen und hydraulischen Hochgeschwindigkeitsaktuatoren zu implementieren. Dasselbe Auto kann mit einer schnellen Änderung der Federungseigenschaften individuelle Fähigkeiten eines Straßensportwagens, eines SUV oder eines leichten Lastwagens erlangen. Oder einfach den Fahrgastkomfort deutlich verbessern.

Grundlagen der Organisation von Anpassung

Um die Fähigkeit zur Anpassung an äußere Einflüsse oder Fahrerbefehle zu erhalten, muss die Federung einen aktiven Charakter erlangen. Passive Mechanismen reagieren immer eindeutig auf bestimmte Einflüsse. Aktive können ihre Eigenschaften ändern. Dazu verfügen sie über eine Steuerelektronik, einen Computer, der Informationen von Sensoren und anderen Fahrzeugsystemen sammelt, Anweisungen vom Fahrer erhält und nach der Verarbeitung den Modus für die Aktuatoren einstellt.

Wie Sie wissen, besteht die Aufhängung aus elastischen Elementen, Dämpfungsvorrichtungen und einer Leitschaufel. Theoretisch ist es möglich, alle diese Komponenten zu steuern, aber in der Praxis reicht es völlig aus, die Eigenschaften von Dämpfern (Stoßdämpfern) zu verändern. Dies ist bei akzeptabler Leistung relativ einfach zu bewerkstelligen. Wird zwar die Reaktionsgeschwindigkeit nicht benötigt, beispielsweise der Parkmodus, die Lüftspieländerung oder die statische Steifigkeit angepasst, so ist es durchaus möglich, die Fahrwerksauslegung für alle ihre Komponenten anzupassen.

Für die Betriebsanpassung müssen viele Eingangsparameter berücksichtigt werden:

• Daten über Straßenoberflächenunregelmäßigkeiten, sowohl aktuelle als auch zukünftige;
• Bewegungsgeschwindigkeit;
• Richtung, dh der Drehwinkel der gelenkten Räder und die Winkelbeschleunigung des gesamten Fahrzeugs;
• Position und Drehgeschwindigkeit des Lenkrads;
• die Anforderungen des Fahrers gemäß der Analyse seines Fahrstils sowie die im manuellen Modus eingegebenen;
• die Position des Körpers relativ zur Straße, die Parameter seiner Änderung im Laufe der Zeit;
• radarartige Sensorsignale, die den Zustand der Abdeckung vor dem Auto analysieren;
• Längs- und Querbeschleunigungen der Betriebsarten Auto, Motor und Bremsanlage.

Das Steuerblockprogramm enthält Algorithmen zum Antworten auf alle eingehenden Signale und zum Sammeln von Informationen. Befehle werden typischerweise an die elektrisch gesteuerten Stoßdämpfer aller Räder, für jedes einzeln, sowie an die aktiven Kupplungen der Stabilisatoren gesendet. Oder zu Geräten, die sie ersetzen, wenn sie als Teil vollhydraulisch gesteuerter Aufhängungen arbeiten, sowie zu den meisten Hightech-Produkten, die ausschließlich auf elektromagnetischer Wechselwirkung arbeiten. Im letzteren Fall ist die Reaktionsgeschwindigkeit so hoch, dass ein nahezu ideales Verhalten aus dem Betrieb der Federung erreicht werden kann.

Systemaufbau

Der Komplex umfasst Geräte, die Arbeiten zur Regulierung der Dämpfungseigenschaften und der dynamischen Steifigkeit sowie zur Minimierung des Wankens des Körpers ermöglichen:

• Federungssteuerung mit Mikroprozessor, Speicher und E/A-Schaltkreisen;
• aktive Mechanismen zum Abwehren der Rolle (gesteuerte Stabilisatoren);
• Komplex von Sensoren;
• Stoßdämpfer, die eine elektronische Steuerung der Steifigkeit ermöglichen.

Die Armaturenbrettsteuerung, meistens handelt es sich dabei um ein interaktives On-Board-Display, kann der Fahrer einen der Betriebsmodi nach seinen Vorlieben einstellen. Komfort, Sportlichkeit oder Geländegängigkeit sind ebenso erlaubt wie eine erweiterte Anpassung der Funktionen mit Modusspeicher. Die kumulierte Anpassung kann umgehend auf die ursprünglichen Einstellungen zurückgesetzt werden.

Anforderungen an Querstabilisatoren sind immer wieder umstritten. Einerseits sollen sie ein minimales Wanken des Körpers gewährleisten. Dadurch bekommt die Federung aber einen Abhängigkeitscharakter, was zu Komforteinbußen führt. Bei Fahrten auf schlechten Straßen wird es noch wertvoller sein, noch mehr Freiheiten der einzelnen Räder zu haben, um eine maximale Artikulation der Achsen zu erreichen. Nur so werden alle Federwegsreserven voll ausgenutzt, um einen ständigen Kontakt der Reifen mit der Beschichtung zu gewährleisten. Ein Stabilisator mit konstanter Steifigkeit, in der Regel ein einfacher Stab aus Federstahl, der nach dem Prinzip eines Torsionsstabs arbeitet, wird nicht unter allen Bedingungen gleich gute Dienste leisten können.

Bei aktiven Fahrwerken ist der Stabilisator geteilt, mit der Möglichkeit der elektronischen Regelung. Verschiedene Prinzipien können verwendet werden, um die verringerte Steifigkeit zu kontrollieren. Einige Hersteller verwenden eine Vorspannung zum Verdrehen durch einen Elektromotor mit Getriebe, andere verwenden ein hydraulisches Verfahren, indem sie Hydraulikzylinder an einem Stabilisator oder seiner Befestigung an der Karosserie installieren. Es ist auch möglich, den Stabilisator vollständig nachzubilden, indem einzelne Hydraulikzylinder parallel zu den elastischen Elementen arbeiten.

Einstellbare Stoßdämpfer

Ein herkömmlicher Stoßdämpfer hat die Eigenschaft, seine dynamische Steifigkeit in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit und Beschleunigung der Stangenbewegung zu ändern. Dies wird durch ein System von Drosselventilen erreicht, durch die Dämpfungsflüssigkeit fließt.

Zur Betriebssteuerung von Bypass-Drosseln sind zwei Möglichkeiten möglich - der Einbau von elektromagnetischen Schieberventilen oder die Änderung der Eigenschaften der Flüssigkeit in einem Magnetfeld. Hersteller verwenden beide Methoden, die zweite seltener, da eine spezielle Flüssigkeit erforderlich ist, die ihre Viskosität in einem Magnetfeld ändert.

Die wichtigsten betrieblichen Unterschiede adaptiver Aufhängungen

Aktive Aufhängungen mit der Eigenschaft der Anpassung bieten die Möglichkeit, die Verbraucherqualitäten eines Autos auf jeder Straße programmgesteuert zu steuern:

• die Karosserie behält immer eine bestimmte Position relativ zur Straße bei, Abweichungen davon werden nur durch die Geschwindigkeit des Anpassungssystems bestimmt;
• die Räder haben den maximal erreichbaren ständigen Kontakt mit der Beschichtung;
• das Beschleunigungsniveau in der Kabine bei Unebenheiten ist viel geringer als bei einer herkömmlichen Federung, was den Fahrkomfort erhöht;
• das Auto ist bei hohen Geschwindigkeiten besser kontrolliert und stabiler;
• Die fortschrittlichsten Systeme können Unebenheiten vorhersehen, indem sie die Straße vor den Rädern scannen und die Dämpfer im Voraus einstellen.

Der Nachteil ist, wie bei allen komplexen Systemen, einer - hohe Komplexität und die damit verbundenen Zuverlässigkeits- und Kostenindikatoren. Daher werden adaptive Fahrwerke im Premiumsegment oder als Sonderausstattung eingesetzt.

Arbeitsalgorithmen und eine Reihe von Geräten werden ständig komplexer und verbessert. Das Hauptziel der Entwicklungen auf dem Gebiet der aktiven adaptiven Fahrwerke ist es, eine maximale Ruhe der Karosserie zu erreichen, unabhängig davon, was mit den Rädern und den damit verbundenen ungefederten Massen passiert. In diesem Fall müssen alle vier Räder ständig Kontakt mit der Straße halten und das Auto auf einer bestimmten Bahn halten.