Součástí podvozků, kterými se poslední dobou zabýváme, jsou i stabilizátory. Je to taková těžko uchopitelná věc, kterou často lidé chápou tak nějak povšechně. Tak si o ní řekneme něco víc.
Součástí podvozku jsou i stabilizátory. Jak fungují?
Články na téma vysvětlení pojmů:
- Co je pohon 4x4 a jaké jsou druhy a označení
- Co je to systém auto hold
- Co je neodpružená hmotnost auta
- Co je poloosa u auta
- Vybržďování - co to je a proč k němu dochází
- Je lepší přímý nebo nepřímý vstřik?
- Dvouhmotový setrvačník - projevy závady
- Co je krouticí moment motoru
- Nízkotlaké přeplňování aneb měl Saab pravdu?
- Základy mechaniky řízení: záklon a závlek rejdového čepu
- Základy mechaniky řízení: odklon kola a čepu řízení
- Stabilizátory a jejich úloha v autech - právě čtete
- Řízení auta – jak převést pohyb volantem na kola
- Problémy přímého vstřikování paliva
- Hnací hřídel – co to je?
- Neodpružená hmotnost – opravdu chcete velká kola?
- Funkce Auto Hold – co to je?
Začneme jako obvykle – u historie. Není tak veselá, jako to bylo v případě brzd, ale dlouhá je také. Vždyť patent na zkrutný stabilizátor má první razítko z 22. dubna 1919 a majitelem byl Kanaďan S.L.C. Coleman z Frederictonu v Novém Brunswicku. To je hodně daleký a dost nepravděpodobný kus země, kde bychom čekali nějaké velké vynálezy. Ostatně ani vynálezce nebyl takový typický chlápek, který tvrdě vynalézal. Byl to hoteliér.
A možná i to vedlo k tomu, že vynález nebyl okamžitě převzatý a nedostal se do automobilů prakticky vzápětí, jak to bylo v té době u skoro všech vynálezů. První sériová výroba automobilů s anti-roll-bar tyčí, jak se jmenovala a dodnes jmenuje, bylo až v polovině třicátých let a využil je tehdejší hybatel pokroku Oldsmobile.
Princip náklonu
A jak vlastně takový stabilizátor pracuje? Myšlenka je vlastně strašně jednoduchá. Cílem je totiž zmenšovat naklápění karoserie, zejména při průjezdu zatáčkou. Jde totiž o stabilizaci v příčném, nikoliv podélném směru. Naklopení karoserie při zatáčení vozidla je samozřejmě vždy k vnější straně zatáčky. Příčný stabilizátor je torzní (zkrutná) tyč určitého průměru, tvaru a provedení. Pokud stabilizujeme naklápění karoserie, upravíme také chování vozidla, jako je přetáčivost či nedotáčivost vozu.
Princip stabilizátoru
1) Když automobil přejede překážku na vozovce oběma koly jedné nápravy zároveň, oba konce stabilizátoru se natočí také stejným směrem a nedojde k jeho účinku na odpružení vozidla.
2) Když na nerovnost najede pouze jedno kolo nápravy nebo je jedno kolo nápravy odpruženo více než druhé, natočí se jeden konec stabilizátoru více, čímž se kroutí střední část stabilizátoru. Tímto zkroucením se zmenší prodloužení nápravy a tím naklopení karoserie.
3) Při průjezdu zatáčkou se vnější pružiny stlačují více než pružiny vnitřní. Rameno na vnitřní straně vozidla se kroutí směrem nahoru a svojí tuhostí bude pružinu roztahovat (působí tedy proti pružině). Druhé rameno stabilizátoru, které je nyní na vnější straně zatáčení, se bude zkrucovat také směrem nahoru proti stlačující se pružině, a tím bude zmenšovat naklopení karoserie.
Důležité je definovat, že stabilizátor pracuje s dvojicí sil z namáhání – krutem a ohybem.
Jak to pracuje
Reálně bychom tady seděli celé hodiny a dny, kdybychom vám měli vypočíst jen provedení zkrutných stabilizátorů do tvaru U. Jenže to by byla jen malá část, zkrutné stabilizátory jsou totiž i přímé, připojené pomocí táhla nebo pryžových bloků ke kyvným ramenům nebo je to prostě jednoduchá zkrutná tyč v ose uložení vlečených ramen.
To, co je důležité říct a co se často zapomíná (někdy kvůli marketingu asi i záměrně), je to, že vlečená náprava je vlastně náprava polotuhá, kde samotnou funkci zkrutného stabilizátoru přebírá tuhá příčka mezi rameny! A kdybychom chtěli jít do samého detailu, pak i odpružení listovými pery s příčným uložením a dvoubodovým uchycením splňuje také tento princip.
Když bychom se podívali na všechny ty systémy, pak musíme geometrii jednotlivých systémů rozdělit na pasivní, semi-aktivní a aktivní. Rozdíly jsou v tom, jak aktivně přenášejí dynamiku náklonu na druhou stranu nápravy. Popsat to jde jen velmi těžko. Vždy jde o kompromis mezi komfortem a dynamikou, vstupují do toho charakteristiky pružin, ale také zároveň i stabilizační prvky, jako je ESP. Protože si představte, že automobil sice pojede do zatáčky vysokou rychlostí, tudíž odstředivé čidlo bude pomalu vyskakovat z pozice, ale nebude to korespondovat s náklonem karoserie, a ta zase nebude korespondovat s natočením volantu… Uff… Všechno se musí sladit dohromady a to je velký úkol pro podvozkáře.
Jedna základní věc
Jistě, u motoru jsme vám dávali hodně podrobný popis třeba toho, jak postupuje plamen vpřed a jak difundují do něj spaliny. A tady bychom vás odbyli jen takovými hloupými obecnými řečmi? Ne, nebojte. Alespoň tu základní věc u stabilizátorů si popíšeme trochu vědečtěji.
Jde samozřejmě o tuhost stabilizátoru. Závislost je jasná – čím je stabilizátor tužší (má menší schopnost se kroutit a ohýbat), tím je náklon vozidla menší. To se nám samozřejmě líbí, ale při nadměrné tuhosti dochází k odlehčování vnitřního kola, a tedy i ke snižování stability auta.
Jak tedy definovat tuhost. Normálně je to síla a pak naměřená změna délky zkoušeného tělesa. Půjdeme na to velmi logicky. Jde o ZKRUTNÝ stabilizátor, takže na něj musí působit nějaká kroutící síla, která se vyjadřuje silou na rameni (N.m). Pak tu nemáme změnu délky materiálu, ale my kroutíme, takže nepočítáme délku, nýbrž úhel natočení. Takže hned máme výsledek!
Také čtěte
Tuhost kb = krouticí moment Mk [N·m] / úhel zkroucení α působením síly [°]
Abychom mohli jednotlivé účinky stabilizace porovnávat, musíme se ujednotit na stejných podmínkách. Nejčastěji je zkrutná tuhost vyjadřována v hodnotách Newton metrů na jeden stupeň, případně jeden radián zkroucení stabilizátoru.
Dál raději ne
Dál vás drtit rovnicemi osy a středu klopení, vratné a klopné tuhosti, úhlu klopení, karoserie nebo kol vážně nebudeme. Je to velká mechanika, která potřebuje podrobné vysvětlení, ke kterému jsme se neodhodlali ani v kapitolách o řízení a to bychom tady pro ty základy potřebovali.
Takže raději ještě proberme jednu důležitou věc – jak může mít zkrutný stabilizátor proměnlivý účinek? Jistě jste už o nějakém takovém systému slyšeli. Jsou buď nastavitelné stabilizátory, kdy před jízdou se speciálně nastaví a pak fungují stejně třeba celý závod, nebo upravují svou charakteristiku průběžně.
První verze je většinou tím, že do kinematiky kola se přidávají další členy zkrutného stabilizátoru. Ty jsou pomocí excentrů natáčeny tak, aby měly jinou charakteristiku klidně na každé kolo zvlášť. Pokud je třeba závodní okruh typický obtížnými zatáčkami na jednu stranu a naopak rychlými výjezdy druhým směrem, pak je možné tomu přizpůsobit natavení celého systému, aby na jednu stranu bylo auto tužší než na druhou.
Průběžné úpravy tuhosti byly původně podobné, jako máme třeba u vinutých pružin, kdy se laborovalo s proměnlivou tloušťkou, připojováním dalších členů v určitém úhlu natočení ramen apod. V moderní době je ale jednodušší a lepší vytvořit systém elektronický, kde řídicí jednotka získává informace ze senzorů o bočním zrychlení, úhlu řízení, odstředivé rychlosti a rychlosti vozidla. Na zkrutném stabilizátoru, jakou pak dva hydraulické válce – pro každou stranu jeden. Podle informací ze senzorů dodává hydraulické čerpadlo olej k válcům v určitém tlaku. Ten tlačí na válec a tím mění jeho tuhost.
Zdroj info: Kemka, Kovanda, Krejčí: Silniční vozidla: Vybrané statě z konstrukce a dynamiky vozidel Zdeněk Jan a Bronislav Žďánský: Automobily 1: Podvozky, Researchgate.net, motor-car.net.
Zdroj médií: Mercedes-Benz, Audi, Ford, Cusco.
Zdroj médií: Mercedes-Benz, Audi, Ford, Cusco.
Diskuze (1)
Jiří Unger,
18. 11. 2023 14:02
