Tłumienie drgań w

samochodach

Arkadiusz Kubik

Źródła drgań w

samochodach

Drgania mechaniczne w przypadku
samochodów mogą pochodzić od:
-układu napędowego i silnika
-nierówności drogi
-niewyrównoważenia kół

Tradycyjne elementy tłumiące

drgania

• mortyzator pełni w samochodzie dwie zasadnicze funkcje: tłumi drgania, przez co komfort jazdy

wzrasta, i zwiększa przyczepność koła do podłoża. Samochód jako złożony układ dynamiczny
charakteryzuje się wieloma częstotliwościami własnymi i własnymi postaciami drgań. Te
podstawowe, związane z podskakiwaniem nadwozia, przybierają częstotliwości w zakresie od 1
do 1,5 Hz (czasami nawet do 3 Hz). Drgania samych kół leżą w paśmie 12-20 Hz. Pierwszy
zakres dotyczy mas resorowanych, a drugi – mas nieresorowanych, czyli wszystkich elementów
podwozia drgających wraz z kołami.

• Dobór amortyzatora ze względu na tylko jeden zakres drgań może spowodować znaczne

pogorszenie własności dynamicznych w innym. Z punktu widzenia komfortu ważniejsze jest
pasmo >0 do 2 Hz, a dla przyczepności kół do nawierzchni – pasmo 12 do 20 Hz. Wybór
własności amortyzatora musi być więc kompromisem między wymaganiami związanymi z tymi
pasmami częstotliwości. Dlatego używane w pojazdach samochodowych amortyzatory
hydrauliczne mają zazwyczaj nieliniową charakterystykę, czyli wykres zależności siły tłumienia
od względnej prędkości przemieszczania się amortyzatorowego tłoka. Charakterystykę tę
ujmuje następująca zależność:

• P

T

 = c

i

 v

i

• gdzie:
• P

T

– siła tłumienia,

• v – prędkość tłoka,
• c

i

– współczynnik tłumienia,

• i – wykładnik zależny od amplitudy prędkości.

Resory piórowe

Resory piórowe pomimo, że znane są od wielu lat, nadal
znajdują zastosowanie w niektórych typach samochodów.
Resor piórowy spełniać może dwie funkcje – resorującą oraz
tłumiącą za sprawą sił tarcia pomiędzy poszczególnymi
piórami, jakie powstają przy jego pracy.

Poduszki silnika i skrzyni

biegów

Silnik oraz układ napędowy samochodu nie mogą być
przytwierdzone do nadwozia w sposób sztywny ze względu na
generowane przez nie drgania, które nie powinny być
przenoszone na nadwozie. By temu zapobiec stosuje się tuleje
metalowo-gumowe i specjalnie dobranym kształcie oraz
współczynniku tłumienia drgań zwane potocznie poduszkami.

UKŁAD NAPĘDOWY I
SILNIK

Układ napędowy i silnik

Drgania przenoszone na układ napędowy spowodowane są
nierównomierną pracą silnika czterosuwowego. Wynika ona z
faktu, iż energia do wału korbowego jest dostarczana tylko
podczas jednego z czterech suwów tłoka. W pozostałych
trzech jest ona częściowo oddawana na pokonanie
zróżnicowanych oporów ssania, sprężania i wydechu spalin.
W obecnych konstrukcjach silników tę nierównomierność
zwiększają dodatkowo:
-wyższe rozwijane momenty obrotowe
-wyższe ciśnienia sprężania
-rozwiązania modyfikujące przebieg procesów spalania dla
spełnienia coraz bardziej rygorystycznych norm emisji spalin.

Układ napędowy i silnik

Drgania tego typu mają charakter
drgań skrętnych i ich tłumienie ma na
celu:
-zapewnienie odpowiedniego komfortu
jazdy
-płynnej pracy silnika
-wydłużenie żywotności skrzyni biegów

Tłumiki drgań w tarczy

sprzęgła

By sprostać powyższym wymaganiom, stosowanie
zwykłych tłumików drgań w tarczy sprzęgłowej
okazuje się niewystarczające, głównie ze względu
na brak przestrzeni konstrukcyjnej dla większych
sprężyn obwodowych

Dwumasowe koło

zamachowe

Problem drgań skrętnych wału korbowego w
wznacznym stopniu jest eliminowany za
pomocą dwumasowego koła zamachowego.

Dwumasowe koło

zamachowe

DKZ – budowa i działanie

• Masa takiego koła zamachowego podzielona została na

współosiowe części:  pierwotną i wtórną. Pierwsza z nich
przytwierdzona jest sztywno do wału korbowego i ma na swym
obwodzie wieniec zębaty rozrusznika. Druga jest ułożyskowana w
tej pierwszej za pomocą oddzielnych łożysk: osiowego i
promieniowego. Obie mogą się więc wzajemnie przemieszczać
kątowo. Swobodę tych przemieszczeń ogranicza jednak
wysokowydajny, wypełniony smarem układ sprężynująco-tłumiący z
różnymi rodzajami sprężyn spiralnych prowadzonych przez siodełka
i płozy sprężynowe.

• Działanie koła dwumasowego ma charakterystykę wielostopniową.

W pierwszym stopniu uczestniczą miękkie sprężyny, zapewniające
doskonałe tłumienie drgań skrętnych przy uruchamianiu i
wyłączaniu silnika. Drugi stopień wykorzystujący twardsze sprężyny
umożliwia skuteczną izolację drgań skrętnych podczas pracy układu
napędowego.

Korzyści wynikające z zastosowania

DKZ

-redukcja zużycia paliwa poprzez pracę
silnika z niższymi prędkościami obrotowymi
na biegu jałowym oraz na wysokich biegach
-zmniejszenie „szarpania” układu
napędowego przy niskich prędkościach
obrotowych wału korbowego
-eliminacja drgań pozwala na zwiększenie
komfortu jazdy oraz niższą emisję hałasu
emitowanego przez układ napędowy.

Koło pasowe TVD

TVD to z j. angielskiego Torsional Vibration Damper czyli tłumik
drgań skrętnych, w który wyposażone są obecnie koła pasowe
w napędzie osprzętu silników wysokoprężnych spełniających
normy Euro 4, 5 i 6. Drgania skrętne pochodzące od wału
korbowego są odpowiedzialne za przyspieszone zużycie
pasków, łożysk napędu pomocniczego.

Elementem tłumiącym jest tutaj
guma oddzielająca część
zewnętrzną współpracującą z
paskiem od części wewnętrznej,
osadzonej na wale korbowym.

Koło pasowe TVD

Koła pasowe TVD dzielą się na dwa typy:
- Otwarte do silników ZI
- Zamknięte do silników ZS

Koło pasowe TVD - podróbki

Koło pasowe alternatora

W nowoczesnych konstrukcjach silników
wysokoprężnych oprócz silnych drgań
skrętnych pochodzących od wału
korbowego, duże znaczenie mają także
zjawiska powodujące nierównomierną pracę
alternatora spowodowane stale rosnącą
masą ich wirników. Rozwiązaniem tego
problemu jest koło pasowe alternatora
wyposażone w sprzęgło jednokierunkowe.

Koło pasowe alternatora

Tradycyjne koło pasowe

Koło z systemem OWC Koło z

systemem OAD

Różnice pomiędzy OWC a

OAD

W obu rozwiązaniach celem jest rozłączenie
napędu alternatora w przypadku, gdy
prędkość alternatora jest wyższa od
prędkości paska.
OWC (z ang. One Way Clutch) –
Wykorzystuje sprzęgło jednokierunkowe
OAD (z ang. Overruning Alternator
Decoupler) – pozwala na niewielki obrót koła
w kierunku przeciwnym, co jest korzystne
przy wyłączaniu silnika lub zmianie biegów.

NIERÓWNOŚCI DROGI

Adaptacyjne zawieszenie

FlexRide

Oprócz standardowych elementów
tłumiących drgania w samochodach,
takich jak amortyzatory czy elementy
metalowo-gumowe warto wspomnieć o
układach zawieszeń o zmiennej sile
tłumienia. Przykładem takiego
rozwiązania jest system FlexRide
stosowany przez koncern General
Motors w Oplu Astra oraz Insignia

Adaptacyjne zawieszenie

FlexRide

1. czujniki, 2. elektrozawory, 3. elektroniczna
jednostka sterująca

FlexRide – zasada działania

Zawieszenie to zostało opracowane przez firmę ZF Sachs i
fachowo nosi nazwę CDC (Continous Damping Control, ang. ciągła
kontrola tłumienia)
• Zawieszenie FlexRide zintegrowane jest dodatkowo

z elektronicznymi systemami wspomagającymi oraz ze skrzynią
biegów, co zapewnia optymalne tłumienie drgań w każdych
warunkach drogowych.

• Czujniki systemu Sachs CDC rejestrują dane dotyczące

warunków na drodze oraz prędkości pojazdu, a następnie za
pomocą magistrali CAN przekazują je do elektronicznej jednostki
sterującej (ECU), której procesor co 5 milisekund oblicza
optymalną w danym momencie siłę tłumienia. Na tej podstawie
do elektrozaworów w amortyzatorach każdego koła kierowane
są odpowiednie impulsy wykonawcze, sterujące dławieniem
przepływu cieczy roboczej pomiędzy obiema stronami tłoka.

MagneRide

Innym wartym uwagi rozwiązaniem mającym na celu
dostosowanie charakterystyki tłumienia drgań do chwilowych
warunków jest opracowane przez firmę Delphi zawieszenie o
nazwie MagneRide. W przeciwieństwie do innych rozwiązań,
amortyzatory wchodzące w skład tego układu nie posiadają
zaworów dławiących przepływ cieczy pomiędzy komorami.

MagneRide

Zamiast dławienia cieczy hydraulicznej, w tym
przypadku postawiono na ciecz
magnetoreologiczną. Medium to zmienia swoją
gęstość pod wpływem pola magnetycznego,
zwiększając tym samym współczynnik
tłumienia amortyzatora.

MagneRide - właściwości

• Zmiana właściwości cieczy następuje w czasie

poniżej 0,1 ms!

• W skrajnych przypadkach, kiedy wymagane

jest przejście z minimalnej siły tłumienia do
maksymalnej (lub na odwrót), pożądaną
charakterystykę uzyskuje się w maksymalnie
kilka milisekund.

• Maksymalna siła tłumienia przy danym

natężeniu pola magnetycznego może być
nawet 14 razy większa niż siła generowana
przy nieobecności pola.

Dziękuję za uwagę