Elektronicznie regulowane systemy tłumienia drgań pojawiły się w pojazdach już na początku lat 80. W trakcie prac nad nimi rozwijano różne koncepcje. Poczynając od prostych, regulowanych ręcznie systemów elektromotorycznych, przez szybkie, elektromagnetyczne systemy ze stopniową regulacją tłumienia, które nadal można spotkać we współczesnych pojazdach. Obecnie najbardziej zaawansowanymi technologicznie systemami są układy o bezstopniowej regulacji siły tłumienia, w tym najnowsza, już czwarta generacja tych układów z proporcjonalnie sterowanymi zaworami.

Koncern ZF wyprodukował do 2013 roku ponad 12 milionów amortyzatorów CDC dostarczanych na pierwszy montaż w pojazdach wielu marek na świecie. Wprowadzenie tych systemów zawdzięczamy dynamicznemu rozwojowi zespołów elektronicznych i obsługujących je czujników wykorzystywanych przez różne podzespoły pojazdu.

Jednym z głównych powodów wprowadzenia systemów aktywnej regulacji tłumienia jest dążenie do dopasowania charakterystyki tłumienia do zmieniających się warunków związanych ze zmianami obciążenia statycznego oraz zmianami obciążeń dynamicznych, oddziałujących na pojazd.
W standardowych amortyzatorach konstruktorzy muszą dążyć do osiągnięcia pewnego rodzaju kompromisu pomiędzy komfortem podróży a sztywnością przekładającą się na bezpieczeństwo i pewność prowadzenia. Amortyzatory z ciągłą regulacją tłumienia CDC poprawiają nie tylko komfort i bezpieczeństwo kierowcy i pasażerów. Przyczyniają się również do polepszenia stabilności pojazdu w czasie jazdy, redukując przechyły boczne oraz ruchy pionowe i wzdłużne karoserii. Ich zastosowanie w pojeździe skraca drogę hamowania, polepszając zachowanie kinematyczne pojazdu oraz pozwala na kontrolę tłumienia w czasie rzeczywistym. Tabela poniżej przedstawia aktywne systemy tłumienia drgań i aktywnej regulacji resorowania dostępne we współczesnych systemach dostarczanych przez koncern ZF na pierwszy montaż. Obrazuje również ich wpływ na komfort oraz bezpieczeństwo podróży.

CDC, ARS i ASC
Wśród systemów montowanych w dzisiejszych pojazdach można wyróżnić: tzw. semiaktywne, automatyczne systemy tłumienia (CDC: Continuous Damping Control – ciągła regulacja tłumienia) oraz w pełni aktywne systemy (dodatkowo z systemami ARS: Anti Roll Stabilisation – aktywna stabilizacja przechyłów, ASC: Active Suspension Control – aktywna regulacja resorowania pojazdu). W pojeździe wyposażonym w system CDC można wprawdzie kontrolować (w ograniczonym zakresie) ruchy nadwozia oraz wahania obciążeń kół w czasie rzeczywistym, ale nie można ich w pełni wyeliminować. Na przeciwdziałanie tym zjawiskom pozwalają dopiero w pełni aktywne systemy (dodatkowo zasilane energią), takie jak ARS czy ASC.
Współczesnym systemom odpowiedzialnym za tłumienie drgań w pojeździe stawiane są wysokie wymagania. Dla dobrej stabilizacji ruchów nadwozia wymagane jest osiągnięcie relatywnie dużych sił tłumienia już przy niskich prędkościach pracy na rozciąganie oraz ściskanie. Dla słabszych wahań obciążeń koła wymagane jest tłumienie o podobnej sile, ale przy większych prędkościach pracy na rozciąganie oraz ściskanie. W ostatnich latach, dzięki nowoczesnym konstrukcjom zawieszeń wykonywanych z lekkich materiałów jak aluminium czy tworzywa sztuczne, znacząco obniżył się udział nieresorowanej masy w pojeździe. Tym samym spadło zapotrzebowanie na wytłumienie drgań masy nieresorowanej w porównaniu ze starszą generacją pojazdów. Stosowane są niższe siły tłumienia związane z lepszą izolacją drgań nadwozia, szczególnie przy małym skoku i wysokiej częstotliwości drgań.

Amortyzator z bezstopniową regulacją tłumienia powinien spełniać co najmniej trzy podstawowe kryteria:
- dobre wytłumienie drgań nadwozia,
- niskie wahania obciążeń kół,
- dobra izolacja drgań już przy małych wzbudzeniach.
Dlatego w dzisiejszych amortyzatorach CDC z ciągłą regulacja tłumienia stosuje się w większości przypadków degresywne charakterystyki tłumienia.

Rodzaje konstrukcji amortyzatorów CDC
W tych samych modelach samochodów dostępne są zarówno amortyzatory konwencjonalne, jak i te z bezstopniową regulacją tłumienia (np.: Audi, BMW, Opel – modele: Astra, Vectra, Insignia). Standardem stosowanym w budowie amortyzatorów jest ich tzw. teleskopowa konstrukcja. Wymusza to na konstruktorach umiejscowienie zaworów proporcjonalnych w amortyzatorach stosowanych w standardzie przy montażu OE. Ze względu na występowanie różnych konstrukcji amortyzatorów teleskopowych – od kolumn McPhersona, przez amortyzatory osi, układy pneumatyczne i układy hydropneumatyczne – w pojazdach stosuje się dwie konstrukcje zabudowy zaworów. Amortyzatory ze zintegrowanym zaworem proporcjonalnym, który występuje jako integralna część wewnątrz tłoka amortyzatora. Pracuje w zasadzie jak normalny amortyzator dwururowy z różnicą bezstopniowej regulacji tłumienia na odbiciu i dobiciu poprzez wewnętrznie zabudowany zawór proporcjonalny w tłoku. Amortyzatory o konstrukcji z zewnętrznie umiejscowionym zaworem proporcjonalnym, gdzie w budowie stosuje się trzecią rurę dla przepływu oleju (tzw. bypass). Tłumienie na odbiciu i dobiciu regulowane jest głównie poprzez proporcjonalny zawór elektromagnetyczny.

Semiaktywny system tłumienia
Obydwie wersje amortyzatorów z zaworami umiejscowionymi zewnętrznie i wewnętrznie mają bardzo krótki czas reakcji liczony w milisekundach. Ze względu na fakt, że w amortyzatorach nie występuje zewnętrzne zasilanie potrzebne do zmiany ciśnienia (amortyzatory te same wytwarzają potrzebne zmiany ciśnienia wewnątrz konstrukcji), mówi się w tym wypadku o pasywnym lub semiaktywnym systemie tłumienia. Przełączanie z charakterystyki miękkiej na twardą jest tym szybsze, im większa jest prędkość pracy tłoka.

Strategia pracy amortyzatorów CDC
Najczęściej stosowaną strategią pracy w amortyzatorach CDC jest tzw. Skyhook, w której charakterystyki tłumienia dobiera się tak, aby uzyskać jak najbardziej stały poziom odniesienia. Układ podczas pracy stara się, aby punkt horyzontalny znajdował się w bezruchu – „uczepiony na haku”. Strategia ta zapewnia zachowanie jak najlepszej przyczepności pojazdu na drodze, która jest dodatkowo wspomagana przez układ CDC m.in. w trakcie takich manewrów jak gwałtowne hamowanie czy skręcanie. Niestety, osiągniecie idealnej równowagi w strategii Skyhook przy semiaktywnych systemach jest w praktyce nieosiągalne. Rozwiązaniem tego problemu są poprawki wprowadzane przez producentów poszczególnych modeli samochodów, które zapewniają konkretne modyfikacje do strategii działania amortyzatorów. Wykorzystują część wspólnych czujników opracowanych pierwotnie dla innych systemów, jak: ESP, ABS, ASR czy elektrycznego wspomagania kierownicy Servoelectric. Elektroniczna jednostka sterująca amortyzatorami CDC wykrywa warunki drogowe w czasie rzeczywistym poprzez czujniki prędkości, przyspieszeń nadwozia oraz położenia kół. Następnie system oblicza za pomocą oprogramowania optymalną siłę tłumienia amortyzatora dla każdego z kół w ciągu kilku milisekund. Sprawia to, że jazda jest w ciągły sposób kontrolowana. Algorytm sterowania automatycznie zmienia ustawienia sterownika w zależności od warunków na drodze, takich jak: hamowanie, stan nawierzchni, przyspieszenie, obciążenie samochodu itp. Układ może pracować w trzech trybach pracy zawieszenia: komfortowym, normalnym lub sportowym. W pojazdach wyposażonych dodatkowo w elektromechaniczną przekładnię kierowniczą Servoelectric i automatyczną skrzynię biegów układ wpływa również na charakterystykę pracy tych układów. Urządzenie sterujące oblicza co dwie milisekundy wymagane natężenie prądu do sterowania siłą tłumienia i odpowiednio zarządza pracą zaworów. Dla obliczania wartości bieżących odczytuje wartości pomiarowe z pięciu czujników przyspieszenia, jak również dane z magistrali CAN pojazdu. Zapisane charakterystyki pracy w mapie sterownika pozwalają na obliczenie przez jednostkę sterującą pożądanej wartości prądu. Urządzenie sterujące zajmuje się też w czasie rzeczywistym diagnozą systemu. Wykrywa wszystkie rodzaje usterek elektrycznych, przechowuje je w pamięci usterek i w razie potrzeby aktywuje tryb pracy awaryjnej. Dodatkową korzyścią z zastosowania systemu CDC w pojeździe jest zmniejszenie przechyłów wzdłużnych i poprzecznych pojazdu, które przekładają się na większą przewidywalność zachowań pojazdu oraz komfort podróżowania. Zwiększa się komfort sprężynowania, skróceniu ulega droga hamowania oraz poprawia się działanie takich systemów, jak: ABS, ARS, ESP, DSR czy układ wspomagania Servoelectric. Wszystkie te elementy przekładają się na polepszenie samosterowności pojazdu oraz wolniejsze zużycie elementów zawieszenia i układu kierowniczego.

Grzegorz Fedorowicz
ekspert z przedstawicielstwa ZF Friedrichshafen AG w Polsce