Citroën wraca do zawieszenia hydropneumatycznego? Oto technologia Nimbus, wykorzystana przez Stellantis

Jak dowiadujemy się nieoficjalnie, prezydencki opancerzony i luksusowy DS N°7 to praktyczny test technologii, która łączy niezwykły komfort klasycznych Citroënów z prostszą budową, mniejszą liczbą przewodów hydraulicznych i możliwością współpracy z nowoczesną elektroniką. Byłby to logiczny kolejny etap programu Citroën Advanced Comfort. Obecne progresywne ograniczniki hydrauliczne dobrze filtrują nierówności, ale nadal współpracują ze zwykłymi stalowymi sprężynami, natomiast technologia Nimbus, zastosowana w DS N°7 Elysee idzie znacznie dalej: wykorzystuje sprężony azot jako element sprężysty i olej hydrauliczny do kontrolowania ruchu koła. Działa więc na tej samej podstawowej zasadzie fizycznej co legendarna hydropneumatyka Citroëna, ale nie wymaga wszystkich elementów, które znamy z DS, CX, XM, Xantii, C5 czy C6.

Rozwiązanie zastosowane w DS N°7 przygotowała firma Nimbus Suspensions działająca niedaleko Saint-Gaudens, w regionie Tuluzy.  To zawieszenie oleopneumatyczne, czyli łączące olej i sprężony gaz.

W języku polskim podobne rozwiązania zwykle nazywa się zawieszeniami hydropneumatycznymi, choć płynem roboczym nie jest woda, lecz specjalny olej hydrauliczny. Część pneumatyczna, czyli sprężony azot, zastępuje sprężynę, część hydrauliczna, czyli olej przepływający przez zawory, zastępuje amortyzator; obie zaś funkcje mogą zostać zamknięte w jednym zespole przypominającym rozbudowaną kolumnę zawieszenia. Tak samo wyglądała podstawowa zasada konstrukcji hydropneumatycznych Citroënów.

Jak działa zawieszenie Nimbus?

Nimbus zachowuje najważniejszą zasadę Citroëna: samochód jest podtrzymywany lub wspomagany przez sprężony azot, a ruch zawieszenia kontroluje olej hydrauliczny. Producent opisuje dwa podstawowe rodzaje swoich konstrukcji. W pierwszym oleopneumatyczny amortyzator współpracuje z istniejącą sprężyną śrubową, resorem pió Moduł Nimbus przypomina z zewnątrz duży amortyzator, ale wewnątrz wykonuje znacznie więcej zadań. W jednym korpusie znajdują się komora wypełniona azotem, olej hydrauliczny, tłok, tłoczysko i system zaworów kontrolujących przepływ płynu. Kiedy koło najeżdża na nierówność, zawieszenie się skraca. Tłoczysko wsuwa się do wnętrza korpusu, a dostępna objętość dla gazu maleje. Azot zostaje ściśnięty, jego ciśnienie rośnie, a moduł coraz mocniej przeciwstawia się dalszemu ugięciu.

Jednocześnie olej przepływa przez otwory i pakiety elastycznych podkładek zaworowych. Przepływ nie jest swobodny. Powstaje różnica ciśnień po obu stronach tłoka, która hamuje jego ruch. W ten sposób energia ruchu koła zostaje zamieniona w ciepło oddawane przez olej i korpus zawieszenia. Podczas odbicia sytuacja się odwraca. Rozprężający się azot wypycha tłok, ale olej ponownie musi przepłynąć przez odpowiednio skalibrowany układ zaworów. Zawory odbicia mogą mieć inną charakterystykę niż zawory ściskania. Dzięki temu konstruktor może osobno kontrolować reakcję na uderzenie oraz szybkość, z jaką koło wraca do położenia wyjściowego.

Dlaczego azot zachowuje się jak progresywna sprężyna?

Klasyczna sprężyna śrubowa w większości zakresu pracy ma charakterystykę zbliżoną do liniowej. Jeżeli do jej ugięcia o 10 milimetrów potrzeba określonej siły, kolejne 10 milimetrów wymaga zwykle podobnego przyrostu siły. Charakterystykę można zmieniać średnicą drutu, kształtem zwojów i ich rozstawem, ale nadal jest ona ustalona podczas produkcji.

Gaz zachowuje się inaczej. W uproszczonym modelu jego ciśnienie i objętość są powiązane zależnością:

p × Vⁿ = const.

Litera p oznacza ciśnienie, V objętość, a wykładnik n zależy między innymi od szybkości procesu i wymiany ciepła z otoczeniem. Gdy objętość gazu maleje, jego ciśnienie rośnie coraz szybciej.

Siła generowana przez układ zależy od ciśnienia i efektywnej powierzchni roboczej:

F ≈ p × A

Oznacza to, że wraz z ugięciem zawieszenia rośnie nie tylko siła, ale również chwilowa sztywność układu. Na początku skoku zawieszenie może pracować miękko. Im bliżej końca skoku, tym szybciej wzrasta opór, jest to naturalna progresja. Nie wymaga dodatkowego gumowego odbojnika, drugiej sprężyny ani mechanicznego przełączania charakterystyki. Przy małych nierównościach zawieszenie może być delikatne, a przy dużym uderzeniu samo staje się znacznie twardsze. Komfort nie zależy wyłącznie od ogólnej miękkości sprężyny. Bardzo ważne jest tarcie statyczne, czyli siła potrzebna do rozpoczęcia ruchu tłoka. Jeżeli uszczelnienia mocno trzymają tłoczysko, zawieszenie nie reaguje na drobne ruchy. Najpierw musi zostać przekroczona pewna siła, a dopiero później amortyzator zaczyna się poruszać.

Nimbus stosuje tłoczyska z warstwą twardego chromu oraz powłoką z azotku tytanu, oznaczanego symbolem TiN. Złota powierzchnia ma zmniejszać tarcie między tłoczyskiem i uszczelnieniami, poprawiać odporność na zużycie oraz ograniczać ilość ciepła powstającego podczas pracy. Mniejsze tarcie oznacza, że układ może rozpocząć pracę przy niewielkim ruchu koła. To właśnie reakcja na pierwsze milimetry ugięcia decyduje o odczuwaniu poprzecznych łączeń asfaltu, kostki brukowej, niewielkich pęknięć nawierzchni i chropowatego asfaltu.

Gaz i olej mogą tworzyć emulsję

W klasycznych sferach Citroëna azot był oddzielony od płynu elastyczną membraną. Nimbus opisuje inną architekturę. Gaz i olej znajdują się w jednym korpusie i podczas pracy mogą tworzyć kontrolowaną emulsję. W klasycznym amortyzatorze napowietrzenie oleju jest zjawiskiem niepożądanym, ponieważ pęcherzyki gazu mogą powodować spadek siły tłumienia. Nimbus projektuje układ jako całość, uwzględniając mieszanie się gazu z olejem w parametrach zaworów i charakterystyce pracy. Wymaga to bardzo dokładnego doboru lepkości oleju, dodatków przeciwpiennych, ciśnienia gazu, powierzchni tłoka i przepustowości zaworów. Nie wystarczy napełnić zwykłego amortyzatora azotem pod wyższym ciśnieniem. Cała konstrukcja musi być od początku zaprojektowana jako układ oleopneumatyczny.

Nimbus pokazuje obecnie dwie główne architektury. Pierwszą jest Erebus, stosowany w samochodach, w których element resorujący i amortyzator są umieszczone oddzielnie. W wielu takich zastosowaniach samochód zachowuje tradycyjną sprężynę śrubową, drążek skrętny albo resor, natomiast azot wewnątrz modułu Nimbus tworzy dodatkowy, progresywny element sprężysty. Druga konstrukcja to Goliath V2, przeznaczony do osi, na których klasyczny samochód wykorzystuje kolumnę typu coil-over. W takim przypadku zespół oleopneumatyczny może przejąć funkcję przedniej sprężyny i amortyzatora. Nie wiadomo, którą dokładnie architekturę zastosowano w DS N°7 Élysée. DS nie opublikowało przekroju podwozia ani dokładnej specyfikacji elementów. Nie można więc stwierdzić, czy układ całkowicie zastępuje stalowe sprężyny, czy jedynie je wspomaga.

Czego Nimbus nie ma?

Nimbus wykorzystuje tę samą najważniejszą zasadę fizyczną co dawna hydropneumatyka, ale nie odtwarza całego systemu Citroëna.

Największą stratą w porównaniu z klasycznym Citroënem jest brak automatycznego poziomowania i zmiany prześwitu. Największą zaletą jest natomiast prostsza architektura. Uszkodzenie jednego przewodu nie pozbawia ciśnienia całego samochodu, bo nie ma rozbudowanej centralnej sieci hydraulicznej.

Nimbus jako Citroën Advanced Comfort nowej generacji

Citroën zrezygnował za czasów Tavaresa z hydropneumatyki, ale nie zrezygnował z budowania wizerunku marki komfortowej. Obecnie najważniejszym elementem programu Citroën Advanced Comfort jest zawieszenie z progresywnymi ogranicznikami hydraulicznymi. W tradycyjnym amortyzatorze koniec skoku zabezpiecza zwykle gumowy lub piankowy odbojnik. Jego wejście do pracy może być wyraźnie odczuwalne jako uderzenie. Citroën zastosował dodatkowe komory hydrauliczne, które stopniowo wyhamowują ruch zawieszenia przy końcu skoku.

Rozwiązanie jest skuteczne i stosunkowo tanie, ale nadal wykorzystuje tradycyjną stalową sprężynę. Hydraulika poprawia głównie zachowanie zawieszenia w pobliżu końca jego ruchu. Nie zastępuje elementu resorującego. Nimbus byłby logicznym kolejnym krokiem. Azot mógłby przejąć część albo całość funkcji sprężyny, a olej kontrolowałby ruch w całym zakresie skoku. Zamiast hydraulicznego ogranicznika działającego przede wszystkim przy dużym ugięciu otrzymalibyśmy układ oleopneumatyczny pracujący od pierwszego do ostatniego milimetra ruchu koła.

Historia Nimbusa

Historia, do której odwołuje się Nimbus, jest niemal w całości związana z francuską myślą techniczną. Według producenta pierwsze praktyczne zastosowanie układu opracował w 1908 roku francuski inżynier Paul Doumer. Rozwiązanie miało łagodnie pochłaniać odrzut ciężkiej artylerii, pozwalając zachować położenie działa po oddaniu strzału. Kolejny przełom nastąpił w 1925 roku, gdy George Messier przeniósł tę zasadę do samochodu. Stworzył pojazd określany jako samochód bez sprężyn, w którym tradycyjne elementy stalowe zastąpiono układem wykorzystującym ciecz i sprężony gaz. Technologia została następnie rozwinięta w lotnictwie, gdzie oleopneumatyczne golenie podwozia do dziś odpowiadają za pochłanianie ogromnej energii podczas lądowania. Nimbus twierdzi, że oleopneumatyka nadal jako jedyna potrafi połączyć komfort, skuteczność działania i trwałość bez zasadniczego kompromisu, ale pozostaje rzadka z powodu wysokich kosztów produkcji i konieczności posiadania specjalistycznej wiedzy.

Sam Nimbus jest firmą bardzo młodą. Francuska spółka została utworzona w 2023 roku przez Pierre’a-Oliviera Carlesa i jego syna Killiana, a produkcję ulokowano w Labarthe-Inard na południu Francji, niedaleko Saint-Gaudens i Tuluzy – w samym sercu francuskiego przemysłu lotniczego. Producent przedstawia się jako rodzinna manufaktura otwierająca nowy rozdział ponadstuletniej francuskiej historii zawieszeń i chętnie odwołuje się do Citroëna. Co ciekawe, w Nimbusie pracują osoby związane z dawnym PSA.

Nowy Citroën C5 Aircross II Ultra Comfort?

Pierwszym samochodem, który mógłby otrzymać nowe zawieszenie, jest Citroën C5 Aircross II. Zaznaczam wyraźnie, że to już czyste spekulacje, bowiem producent bardzo zazdrośnie ukrywa swoje pomysły, ale marka ma silną potrzebę wyróżnienia się a rozwiązanie Nimbus jest nie tylko komfortowe ale stosunkowo tanie. Co więcej, daje możliwości rozwoju!

W najprostszym wariancie każde koło C5 Aircrossa II otrzymałoby zamknięty moduł gazowo-olejowy. Ciśnienie azotu i charakterystyka zaworów zostałyby dobrane fabrycznie do masy konkretnej wersji samochodu. Taki układ nie potrzebowałby centralnej pompy, zbiornika LDS ani korektorów wysokości. Dla użytkownika wyglądałby podobnie do zwykłego amortyzatora. Podczas obsługi należałoby kontrolować szczelność, stan tłoczyska i ciśnienie gazu.

Wariant zaawansowany mógłby wykorzystywać elektronicznie sterowane zawory. Sterownik zmieniałby przepływ oleju osobno dla każdego koła. Kamera obserwująca nawierzchnię, czujniki przyspieszeń nadwozia i czujniki skoku zawieszenia pozwalałyby przygotować układ na nierówność, zanim koło na nią najedzie. Byłoby to połączenie fizycznej progresji sprężonego gazu z aktywnym sterowaniem tłumieniem. Azot nadal odpowiadałby za resorowanie, natomiast elektronika kontrolowałaby szybkość ruchu zawieszenia.

A za kilka lat? Najbardziej rozbudowana wersja mogłaby otrzymać niewielki układ regulacji ciśnienia albo hydraulicznej objętości roboczej. Pozwoliłoby to na samopoziomowanie samochodu i zmianę prześwitu. Nie musiałby to być jednak powrót do centralnej instalacji z dawnych Citroënów. Każda oś albo każde koło mogłoby mieć własny kompaktowy moduł. Na razie jest to scenariusz inżynierski, a nie zapowiedziany produkt. Prezydencki DS pokazuje jednak, że Stellantis jest gotowy zastosować oleopneumatykę w nowoczesnym samochodzie elektrycznym.

I co więcej, wykorzystanie Nimbusa jest mocno uzasadnione… wagą! Bo C5 Aircross jest dostępny także w wariancie elektrycznym a ta sporo waży.

Dlaczego samochody elektryczne potrzebują lepszych zawieszeń?

Samochody elektryczne są zwykle cięższe od odpowiedników spalinowych. Akumulator umieszczony w podłodze obniża środek ciężkości, ale zwiększa bezwładność całego pojazdu. Podczas przejazdu przez poprzeczną nierówność zawieszenie musi kontrolować większą masę. Proste zwiększenie sztywności sprężyn poprawia kontrolę nadwozia, lecz pogarsza komfort. Miękkie sprężyny dają przyjemniejszą jazdę, ale mogą powodować zbyt duże ruchy ciężkiego nadwozia.

Progresywny element gazowy częściowo rozwiązuje ten problem. W normalnym zakresie pracy pozostaje miękki. Przy większym ugięciu szybko zwiększa siłę. Może więc filtrować drobne nierówności, a jednocześnie ograniczać dobicie podczas przejazdu przez głęboką dziurę albo próg zwalniający. W samochodzie elektrycznym łatwiej jest również zasilić elektroniczne zawory, czujniki i niewielkie pompy. Nowoczesny układ oleopneumatyczny nie musiałby być mechaniczną kopią instalacji z Citroëna DS z 1955 roku. Największą przeszkodą pozostają oczywiście koszty. Precyzyjny korpus, odporne uszczelnienia, specjalistyczny olej, obróbka tłoczyska, zawory oraz indywidualna kalibracja są droższe od masowo produkowanego amortyzatora i sprężyny. Układ wymaga także bardzo wysokiej jakości produkcji. Nawet niewielka utrata azotu może z czasem zmienić wysokość roboczą i charakterystykę zawieszenia. Uszczelnienia muszą zachowywać parametry przy niskiej i wysokiej temperaturze oraz przez setki tysięcy cykli.

Czy będzie to prawdziwy powrót hydropneumatyki?

O układzie hydraulicznym, pompie LHM czy LDS możemy zapomnieć, ale jeżeli przez hydropneumatykę rozumiemy każdy układ wykorzystujący sprężony gaz jako element sprężysty i olej jako medium tłumiące, Nimbus bez wątpienia należy do tej samej rodziny technologii. Nimbus to raczej nowa interpretacja tej samej idei. Zachowano azot i olej, ale usunięto znaczną część centralnej hydrauliki. Zamiast jednego układu obejmującego cały samochód powstały autonomiczne moduły umieszczone przy kołach.

Citroën potrzebuje rozwiązania, którego nie ma konkurencja

Historia Citroëna została zbudowana na rozwiązaniach technicznych, które można było poczuć po przejechaniu pierwszych kilkuset metrów. Napęd na przednie koła w Traction Avant, hydropneumatyka w DS, skrętne reflektory, aktywne zawieszenie Hydractive czy kierunkowa tylna oś w modelu ZX nie były wyłącznie elementami dekoracyjnymi. Samochody coraz częściej korzystają z podobnych platform, silników, akumulatorów i systemów multimedialnych. Sam wygląd nie zawsze wystarcza do zbudowania wyrazistej tożsamości marki. Nowoczesna hydropneumatyka może ponownie dać Citroënowi unikalną cechę, której kierowca doświadcza przy każdej podróży. Nimbus to moim zdaniem logiczny etap rozwoju systemu Advanced Comfort.

Na razie nie mamy oficjalnego potwierdzenia, że zawieszenie prezydenckiego DS N°7 trafi do samochodów seryjnych, jednak Sam fakt zastosowania oleopneumatyki jest jednak niezwykle istotny. Koncern mógł przecież użyć zwykłych wzmocnionych sprężyn, aktywnych amortyzatorów albo zawieszenia pneumatycznego od zewnętrznego dostawcy.

fot. zawieszenia: Nimbus, fot. tytułowa ilustracyjna

Galeria

Galeria dołączonych zdjęć