Zawieszenie hydropneumatyczne marki Citroën to system, który do dzisiaj wyznacza standardy w zakresie izolacji drgań i stabilności jazdy. Choć został wyparty przez układy adaptacyjne sterowane elektroniką, to jego zasada działania pozostaje fascynującą lekcją fizyki i konstrukcyjnej finezji. Dzisiaj spojrzymy na to zagadnienie od strony fizycznej.
Każdy pojazd można w uproszczeniu opisać jako układ dwóch mas a dokładnie masy sprężynowanej (nadwozia, wnętrza, pasażerów) oraz masy niesprężynowanej (kół, piast, wahaczy). Każda z nich ma własną częstotliwość drgań naturalnych, które decydują o tym, jak samochód reaguje na nierówności drogi. Badania klasycznych modeli wskazują, że masa sprężynowana drga z częstotliwością ok. 1–1,5 Hz natomiast masa niesprężynowana – z częstotliwością 10–15 Hz (Gillespie, Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE International, 1992).. To właśnie zakres 0,5–15 Hz jest kluczowy dla percepcji komfortu przez człowieka. Drgania poniżej 1 Hz dają wrażenie płynnego kołysania, natomiast powyżej 3–4 Hz zaczynają być odbierane jako szarpanie i wibracje.
W tradycyjnym zawieszeniu sprężyna stalowa ma stałą charakterystykę, a komfort i stabilność to zawsze kompromis. Zbyt miękkie sprężyny – samochód się buja, zbyt twarde – traci komfort. Citroën rozwiązał ten problem już w latach 50. XX wieku najpierw w modelu Traction Avant (na osi tylnej) a potem w całości w DS (na obu osiach), wprowadzając zawieszenie hydropneumatyczne. Zamiast stalowej sprężyny – kula wypełniona sprężonym azotem. Zamiast klasycznego amortyzatora – przepływ cieczy hydraulicznej.
W tym układzie azot pełni rolę sprężyny (ściśliwy gaz gromadzi energię), płyn hydrauliczny to medium przenoszące ciśnienie a zawory i korektory poziomu to tłumik i regulator. Dzięki temu zawieszenie jest w stanie nie tylko znacznie lepiej amortyzować nierówności ale też utrzymywać stałą wysokość nad poziomem drogi. Można też regulować prześwit. Dlaczego jest to tak komfortowe? Bo charakterystyka drgań samochodu jest zupełnie inna. Zawieszenie hydropneumatyczne pracuje w zakresie częstotliwości własnej 0,8–1 Hz, co odpowiada bardzo wolnym, „miękkim” drganiom. Dla porównania – typowe zawieszenie stalowe ma częstotliwość własną ok. 1,5 Hz.
W praktyce redukcja drgań nadwozia (0,5–2 Hz) jest prawie całkowita, izolacja drgań kół (10–15 Hz) – skuteczna dzięki hydraulicznej filtracji a eliminacja rezonansu przy 2–6 Hz odbywa się dzięki zdolności gazu (azotu w kulach) do absorbowania energii. Badania pokazują, że układ hydropneumatyczny jest w stanie optymalnie utrzymać współczynnik tłumienia bliski optymalnemu (ξ ≈ 0,3–0,4) w szerokim zakresie częstotliwości, co zapewnia zarówno stabilność, jak i komfort. Z biegiem lat Citroën rozwijał system, dodając warstwę elektronicznego sterowania (Hydractive I–III+). W modelu C6 (2006) częstotliwość własna nadwozia spadła do ok. 0,8 Hz, co oznacza, że samochód „kołysał się” z częstotliwością zbliżoną do… wagonu TGV lub samolotu pasażerskiego na wysokości przelotowej. Stąd ten komfort!
Bibliografia
- Gillespie, T.D., Fundamentals of Vehicle Dynamics, SAE International, 1992.
- Wong, J.Y., Theory of Ground Vehicles, Wiley, 2008.
- PSA, Formation Technique Hydractive 2, Service Technique Citroën, 1993.
- Smith, M.C., Hydropneumatic Suspension Systems: Performance, Modelling and Design, Vehicle System Dynamics, Vol. 35, 2001.
- PSA, Citroën C6 Technical Presentation, 2005/2006.
