Zawieszenie jest jednym z bardziej skomplikowanych systemów w samochodach osobowych. Codzienne doświadczenie mechaników zdaje się temu przeczyć, bo – w porównaniu z silnikiem czy układem przeniesienia napędu – zawieszenie jest zbudowane z niewielkiej liczby stosunkowo prostych części. Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę złożoność zadań, które zawieszenie wykonuje w różnych warunkach, docenimy inwencję konstruktorów oraz wytrzymałość materiałów i jakość wykonania.

Zawieszenie pracuje niezawodnie przez dziesiątki tysięcy kilometrów, mimo że codziennie jest poddawane obciążeniom statycznym i dynamicznym, narażane na kontakt z brudem, uderzenia kamieni, żwiru i innych przedmiotów. Układ zawieszenia utrzymuje optymalną geometrię, pilnując, żeby w każdej konfiguracji pojazdu kontakt kół z nawierzchnią zapewniał największą możliwą przyczepność. Zawieszenie czyni też jazdę w trudnym terenie znośną, a eksploatację w warunkach miejskich komfortową.

Jaki samochód, takie zawieszenie

W zdecydowanej większości pojazdów produkowanych dotychczas zawieszenie jest projektowane z myślą o zaspokojeniu potrzeb „statystycznego” kierowcy eksploatującego konkretny typ pojazdu. Czego innego spodziewamy się po właścicielu miejskiego samochodu klasy A, a czego innego po użytkowniku pick-upa, limuzyny czy samochodu o walorach sportowych albo terenowych. Zazwyczaj te potrzeby są dobrze rozpoznane i uwzględnione już na etapie projektowania.

A jeśli użytkownik zechce zmienić charakter samochodu, np. wyjechać pick-upem w teren, ścigać się samochodem, który opuścił fabrykę jako auto rodzinne, albo wyjechać samochodem terenowym w teren, tyle że o wiele trudniejszy niż przewidziany przez konstruktorów zawieszenia? W takich sytuacjach pozostaje tuning, który zmienia charakterystykę zawieszenia. Może on obejmować: wymianę amortyzatorów, sprężyn, ew. zastosowanie amortyzatorów o zmiennej charakterystyce. Inna opcja to zakup auta wyposażonego w nowoczesne zawieszenie o szerokim zakresie regulacji.

Samochody od początku są produkowane z myślą o bezpieczeństwie i wygodzie właścicieli. Dzisiejsi projektanci mają do dyspozycji technologie i narzędzia, którymi nie dysponowali ich poprzednicy. Zaczęło się od stalowych resorów, a później pojawiły się sprężyny, amortyzatory i kolumny MacPhersona.

Zawieszenie pneumatyczne

Zawieszenie pneumatyczne ma długą historię. Potwierdzono jego przydatność w różnych warunkach i w samochodach o zróżnicowanej masie oraz przeznaczeniu. Stosowano je już w latach 50. i 60. XX wieku w samochodach takich marek, jak: Citroën (w tym DS), Mercedes (300SE, 600), Borgward (P100) czy Rolls-Royce (Silver Shadow).

Dzisiaj, po wielu latach rozwoju, jest to w pełni dojrzała technologia o dużym potencjale. Charakteryzuje się ona doskonałym tłumieniem drgań w różnych warunkach drogowych i terenowych, ale ma też dwie unikalne właściwości: regulację prześwitu (dzięki możliwości zmiany objętości powietrza wtłaczanego do sprężyn gazowych) oraz poziomowania pojazdu przez wypełnienie powietrzem każdej sprężyny w innym stopniu. Dzięki zastosowaniu zawieszenia pneumatycznego – w połączeniu ze sterowaniem elektronicznym – konstruktorzy mogą osiągać doskonałe efekty w samochodach o bardzo różnej masie i przeznaczeniu.

Wrażliwymi elementami zawieszenia pneumatycznego są sprężyny powietrzne. Wykonane są one z elastycznej, zbrojonej gumy, jednak – mimo starań producentów – są narażone na uszkodzenia eksploatacyjne. Dotyka ich także upływ czasu, pogarszając właściwości fizyczne. Prędzej czy później pojazdy z takim zawieszeniem trafią do serwisu z pękniętą poduszką pneumatyczną. Problemem jest tu jednak nie ponadprzeciętna awaryjność, a wyższe ceny części oraz pracochłonność naprawy.

O ile właściciele nowych pojazdów nie powinni mieć z tym problemów, o tyle osoby kupujące auta na rynku wtórnym muszą liczyć się z tym, że do ceny zakupu trzeba będzie doliczyć koszty przeglądu i obsługi zawieszenia pneumatycznego.

Zawieszenie hydrauliczne

Ten rodzaj zawieszenia rzadko można spotkać w samochodach trafiających do warsztatu (chyba że dany warsztat specjalizuje się w obsłudze pojazdów tuningowanych). Tzw. lowridery, spotykane znacznie częściej w USA niż w Europie, swoje unikalne możliwości zawdzięczają siłownikom hydraulicznym, którymi zastępuje się tradycyjne amortyzatory.

Zmiana ciśnienia i poziomu napełnienia każdego z nich z osobna umożliwia regulowanie wysokości zawieszenia, ustawienie auta niesymetrycznie (pochylenie na jedną stronę) itp. W samochodach fabrycznych zawieszenie hydrauliczne można spotkać w autach opancerzonych (limuzynach) oraz pojazdach specjalnego przeznaczenia.

Zawieszenie mieszane, czili hydropneumatyczne, zastosował Citroën w swoim pierwszym aucie DS. W rozwiązaniach tego typu część pneumatyczna odpowiada za tłumienie drgań, natomiast część hydrauliczna reguluje wysokość zawieszenia.

Zawieszenie elektromagnetyczne

Zawieszenie elektromagnetyczne to nowy pomysł, nad którym pracuje między innymi firma Bose, znana z produkcji samochodowych zestawów audio. Elementem tłumiącym drgania i regulującym wysokość zawieszenia elektromagnetycznego są kolumny elektromagnetyczne, a za tłumienie drgań odpowiada poduszka magnetyczna wytwarzana przy użyciu zestawów magnesów trwałych i elektromagnesów.

Regulacja charakterystyki tłumienia drgań odbywa się przez zmianę parametrów prądu elektrycznego zasilającego elektromagnesy. Czas reakcji na zmiany jest zatem bardzo krótki, a charakterystykę można (przynajmniej teoretycznie) kształtować bezstopniowo. Brak medium (powietrza lub oleju) oznacza, że nie ma problemów z wyciekami czy nieszczelnościami. Wadą tego rozwiązania jest jednak prawdopodobnie duże zapotrzebowanie na energię elektryczną. Niepewność wynika stąd, że producent (a właściwie wynalazca) nie udostępnia pełnych danych dotyczących konstrukcji i wyników testów.

To, co można zobaczyć w internecie, wygląda jednak bardzo obiecująco.
Pomysł niewątpliwie jest ciekawy i będzie rozwijany, ale w tej chwili nie stosuje się go ani w produkcji seryjnej, ani przy tuningu.

Zawieszenie aktywne

Rozwiązania, w których charakterystykę zawieszenia można zmieniać, są znane od dawna. Przestawienie trybu pracy amortyzatorów odbywa się za pomocą przełącznika umieszczonego w zasięgu ręki kierowcy i wymaga jego świadomego działania. Dzisiaj można zrobić więcej. Czujniki rozmieszczone w różnych punktach nadwozia mogą w czasie rzeczywistym monitorować takie parametry, jak: wibracje nadwozia, pochylenie pojazdu w osi podłużnej i poprzecznej, stan nawierzchni czy przyspieszenie, a systemy rozpoznawania obrazu potrafią rozpoznać w obrazie z kamery umieszczonej za przednią szybą typ nawierzchni i nierówności, na które pojazd za chwilę najedzie.

Dzięki temu pasywne do tej pory zawieszenie staje się aktywnym elementem reagującym na sytuację na drodze, co nie tylko poprawia komfort, ale także ułatwia wyprowadzenie pojazdu z niebezpiecznych sytuacji. Możliwość wypoziomowania nadwozia podczas jazdy drogą o poprzecznym lub podłużnym nachyleniu niewątpliwie zostanie doceniona zarówno przez kierowcę, jak i pasażerów, a dostosowanie reakcji amortyzatora tak, by utrzymać maksymalną przyczepność przy pokonywaniu przeszkody wykrytej przez kamerę, zwiększa bezpieczeństwo. Zawieszenie aktywne przeciwdziała też występowaniu efektu tzw. nurkowania samochodu podczas intensywnego hamowania, ułatwiając manewr i wspomagając system hamulcowy poprzez rozłożenie masy pojazdu w taki sposób, aby zmniejszyć ryzyko poślizgu.

Zawieszenie aktywne nie musi być wyposażone we własny, odrębny system czujników. Nowoczesne samochody są wyposażane w bardzo wydajne (i skomplikowane) systemy gromadzenia informacji o otoczeniu i zachowaniu pojazdu. Jest to zbieżne z kierunkiem rozwoju motoryzacji: dążeniem do skonstruowania pojazdów całkowicie autonomicznych, poruszających się bezpiecznie w ruchu miejskim bez udziału kierowcy. Dane zbierane na potrzeby autonomii pojazdu (na razie częściowej) z powodzeniem mogą posłużyć do sterowania zawieszeniem.

Dane o drodze pobierane z mapy cyfrowej współpracującej z odbiornikiem GPS mogą być wykorzystane do regulowania charakterystyki zawieszenia z wyprzedzeniem, podobnie jak informacje o aktualnych i prognozowanych warunkach meteorologicznych. Dzięki temu samochód z wyprzedzeniem otrzymuje informację, że należy przygotować się na śliską nawierzchnię, pochyłość terenu czy odcinek drogi o mocno zniszczonej nawierzchni.

Konsekwencje i szanse dla warsztatu

Każdy z opisanych rodzajów zawieszenia jest bardziej skomplikowany niż rozwiązania tradycyjne – zarówno te wykorzystujące amortyzatory o ustalonych parametrach, jak i regulowane. Oprócz elementów wykonawczych mamy tutaj układ zasilania powietrzem lub olejem hydraulicznym zawierający elementy pasywne (przewody) i ruchome (pompa oleju, kompresor). Do tego dochodzą: zawory sterujące, czujniki położenia i elektronika sterująca całym
zawieszeniem.

W takich warunkach identyfikacja usterki na podstawie jej objawów może być pracochłonna; może też wymagać zastosowania specjalistycznych przyrządów i zachowania procedur zalecanych przez producenta. Dla warsztatu oznacza to stosunkowo wysoki koszt początkowy rozszerzenia działalności o naprawę tego typu zawieszeń.

Z drugiej strony możemy spodziewać się zwiększenia sprzedaży samochodów wyposażonych w skomplikowane zawieszenia, w tym zawieszenia adaptacyjne. Będą one współpracowały z systemami pokładowymi pojazdu, wykorzystując dane pochodzące z czujników systemów bezpieczeństwa i jazdy autonomicznej. Pamiętajmy jednak, że każde zawieszenie – bez względu na jakość materiałów i technologie zastosowane w procesie produkcji – prędzej czy później będzie wymagało naprawy.

Warsztaty, które najszybciej opanują obsługę nowoczesnych układów zawieszenia (jeśli nie wszystkich, to wybranych producentów) i będą świadczyć usługi w tym zakresie w rozsądnych cenach, mogą liczyć na stały napływ klientów. Dostępne funkcje i tryby pracy zawieszeń będą zależały w dużej mierze od oprogramowania sterującego ich pracą. Dwa pojazdy o zawieszeniach identycznych pod względem mechanicznym mogą mieć diametralnie różny zestaw dostępnych trybów jazdy. To oznacza, że inwestowanie w wiedzę i umiejętności z zakresu mechatroniki i pokładowych systemów komputerowych jest ekonomicznie uzasadnione, podobnie jak zatrudnianie doświadczonych specjalistów z tej dziedziny.

Piotr Kołaczek