ZF – rozwiązania dla autobusów miejskich

Dziś nikt już nie potrafi wyobrazić sobie komunikacji miejskiej bez autobusów w pełni niskopodłogowych. Pasażerowie bardzo cenią sobie komfort, jaki zapewniają te konstrukcje w postaci nisko położonej, płaskiej podłogi bez stopni poprzecznych, co zapewnia łatwe wsiadanie i wysiadanie. Pojazdy tego typu zyskały ogromną popularność w krajach Europy i w Kanadzie. Można powiedzieć, że produkcja autobusów w pełni niskopodłogowych oraz ich tak szybkie rozpowszechnienie na całym świecie stało się możliwe dzięki technologii opracowanej przez firmę ZF (Zahnradfabrik Friedrichshafen AG), która należy dziś do czołowych dostawców elementów układów jezdnych i komponentów podwoziowych. Dzięki dostarczanym przez ZF dla wielu rozmaitych producentów autobusów kompletnych i gotowych do zamontowania osi przednich, tylnych oraz wleczonych, życzenie pasażerów staje się faktem.

Krok w przyszłość – niezależne zawieszenie wkracza do autobusów miejskich

Mimo iż pasażerowie autobusów miejskich czy lokalnych nie odbywają nimi wielogodzinnych podróży, oczekują odpowiedniego poziomu komfortu. Z myślą o nich, ZF wprowadza na rynek nową oś przednią RL 75 EC wyposażoną w niezależne zawieszenie (IFS), przeznaczoną do zastosowania w konstrukcjach niskowejściowych oraz całkowicie niskopodłogowych. Do zalet niezależnego zawieszenia przedniego należy zaliczyć wyższy komfort jazdy, ograniczenie przechyłów nadwozia w zakrętach oraz zmniejszenie średnicy zawracania. Pierwszą firmą, która zdecydowała się na zastosowanie osi ZF RL 75 EC w swoich autobusach pod koniec 2003 r. była VDL Bus International. W międzyczasie, także Solaris Bus & Coach zaczął wprowadzać do swoich konstrukcji niezależne zawieszenie osi przedniej ZF.

Pierwsze układy niezależnego przedniego zawieszenia ZF wprowadził w 1992 roku w osiach przeznaczonych do autokarów turystycznych. Wprowadzając pod koniec ub.r. do produkcji osie RL 75 EC, ZF poszerzyła swoją ofertę modułowych konstrukcji osi zawieszonych na podwójnych wahaczach.

Stosowana przez ZF w modelu RL 75 EC koncepcja niezależnego zawieszenia, bazująca na podwójnych wahaczach trójkątnych, charakteryzuje się kilkoma ważnymi zaletami. Dzięki niewielkim rozmiarom, spełnia ona wymagania stawiane autobusom miejskim i lokalnym. Zwiększony skok sprężyn wpływa na poprawę komfortu resorowania, a zastosowane rozwiązania pozwalają uzyskać znacznie większą szerokość przejścia pomiędzy nadkolami przednimi, niż w przypadku innych osi zawieszonych niezależnie. Autobusy wyposażone w oś ZF RL 75 EC mają szerokość przejścia pomiędzy nadkolami przedniej osi wynoszącą ok. 900 mm (przy szerokości nadwozia 2 5500 mm), dzięki czemu spełniają wymogi m.in. Niemieckiego Zrzeszenia Przewoźników (VDV) dotyczące przystosowania autobusów do potrzeb osób niepełnosprawnych.

Duży skok sprężyn zawieszenia, redukcja masy nieresorowanej oraz niezależne zawieszenie kół przedniej osi przyczyniają się do poprawy komfortu podróżowania, jak i bezpieczeństwa. Dodatkowo, oś RL 75 EC zapewnia autobusom zmniejszoną o ok. 1 metr średnicę zawracania. Dzięki temu autobus staje się bardziej zwrotny, co okaże się szczególnie przydatne na liniach biegnących wąskimi uliczkami centrów miast. Kolejnym atutem nowej konstrukcji przedniej osi jest jej wysoka odporność na przechyły, dzięki czemu można było zrezygnować ze stosowania stabilizatora.

Niezależne zawieszenia – zasada działania

Podstawowymi elementami niezależnego zawieszenia IFS są wahacze trójkątne oraz pionowe wsporniki miechów pneumatycznych. Oś RL 75 EC wyposażona jest w dwa wahacze łączące koła z nadwoziem, rozprowadzające siły na przeguby oraz zapewniające karoserii izolację od drgań wywoływanych ruchem kół. Długość wahaczy oraz ich ułożenie wpływa na kinematykę całego zawieszenia, a więc i na prowadzenie pojazdu. Pionowe wsporniki sprężyn pneumatycznych są centralnym elementem zawieszenia osi RL 75 EC. Ich ułożyskowanie w wahaczach odpowiada za zachowanie się zawieszenia podczas uderzenia i odbicia. Do ich funkcji należy prowadzenie koła, przenoszenie sił pionowych oraz uruchamianie miechów pneumatycznych i amortyzatorów. W przeciwieństwie do układów niezależnego zawieszenia znanych z samochodów osobowych, zwrotnica koła obraca się wokół sworznia wyposażonego w ograniczające tarcie łożysko toczne, dzięki czemu ruch koła powodowany napotkaniem nierówności jest skutecznie izolowany od ruchu nadanego przez układ kierowniczy. Umożliwia to uzyskanie optymalnych reakcji zawieszenia i większej precyzji sterowania, a także poprawę stabilności kierunkowej pojazdu.

Podczas gdy oś RL 75 EC wyznacza nowe standardy w dziedzinie komfortu jazdy i prowadzenia, dostępna jest także tradycyjna, sztywna portalowa oś przednia typu RL 85 A. Charakteryzuje ją łatwa obsługa oraz wysoka wytrzymałość, przy czym spełnia ona także wszelkie wymogi dotyczące kinematyki zawieszenia i komfortu resorowania. Dzięki systemowi ZF RAS EC, możliwe jest dostarczenie także dodatkowej, aktywnie sterowanej skrętnej osi wleczonej, współpracującej z osią przednią RL 85 A.

Układ PDC – pneumatyczna regulacja amortyzatorów

To jednak nie koniec nowych propozycji ZF, mających na celu zwiększenie komfortu podróżowania autobusami miejskimi oraz poprawy ich bezpieczeństwa czynnego. Idealnym rozwiązaniem dla konstrukcji tego typu jest połączenie niezależnego zawieszenia przedniego z innowacyjnym układem pneumatycznej regulacji charakterystyki amortyzatorów – PDC (Pneumatic Damping Control).

.Problemem każdego konwencjonalnego amortyzatora stosowanego w autobusach miejskich jest fakt, iż jego działanie musi stanowić kompromis pomiędzy bezpieczeństwem prowadzenia a komfortem jazdy. Jest to wymuszone przez ciągłe zmiany obciążenia tego typu pojazdów związane z wsiadaniem i wysiadaniem pasażerów z pojazdu, czy też fluktuacje liczby przewożonych pasażerów w zależności od pory dnia. Takie wahania obciążeń powodują, że amortyzatory w autobusach miejskich wystawiane są na ciężką próbę. Inżynierowie ZF Sachs znaleźli jednak sposób na to, aby ulżyć nieco ich pracy i opracowali układ PDC, który w sposób dynamiczny reguluje charakterystykę amortyzatorów, dostosowując ją do aktualnego obciążenia pojazdu. Układ PDC stanowi zatem znakomite rozwiązanie konfliktu pomiędzy koniecznością twardszego lub miększego zestrojenia zawieszenia w zależności od obciążenia. Dzięki temu udaje się poprawić komfort jazdy bez jednoczesnego pogorszenia stateczności pojazdu. Pierwsze doświadczenia z nowym układem dynamicznie regulującym charakterystykę zawieszenia przeprowadzono podczas prób terenowych we współpracy z kilkoma przewoźnikami miejskimi.

System PDC ma też kilka innych zalet, które w szczególności docenią miejscy przewoźnicy. Dzięki zredukowaniu siły amortyzacji w pustym lub tylko częściowo obciążonym autobusie, zmniejszają się także siły działające na całą konstrukcję nośną autobusu, co przyczynia się do poprawy jego trwałości, a więc i ograniczenia kosztów eksploatacji. Innym pozytywnym skutkiem zastosowania układu PDC jest zmniejszone zużycie nawierzchni dróg, co z pewnością ucieszy władze miast, które rzadziej będą musiały decydować się na ich remonty.

Układ PDC nie jest połączony z innymi układami elektronicznymi w autobusie, co powoduje, że bez większych kłopotów można go zastosować w starszych generacjach pojazdów. System PDC reaguje na zmiany ciśnienia w miechach zawieszenia pneumatycznego – miech połączony jest za pomocą gumowego przewodu z zewnętrznym zaworem amortyzatora, który reguluje siłę amortyzacji w sposób płynny, w zależności od ciśnienia statycznego powietrza.

Jeśli dodamy zalety systemu PDC do zalet niezależnego zawieszenia przedniej osi, takich jak mniejsze przechyły nadwozia w zakrętach oraz mniejszy promień skrętu, otrzymujemy wręcz idealne rozwiązanie dla autobusów miejskich, podwyższające zarówno komfort jazdy, jak i bezpieczeństwo prowadzenia.

Ecomat 2+

O tym, że autobusy miejskie znalazły się w centrum zainteresowania konstruktorów ZF świadczy kolejna nowość, jaką firma zamierza zaprezentować na IAA w Hanowerze. Chodzi mianowicie o automatyczną skrzynię przekładniową Ecomat 2+. Od października 2001 roku, przepisy dotyczące składu spalin silników wysokoprężnych stały się jeszcze surowsze, a wprowadzenie w silnikach zmian umożliwiających im spełnienie norm Euro 3 spowodowało wzrost temperatury w ich układach chłodzenia. W rezultacie, ponieważ obwody chłodzące skrzyń biegów są zintegrowane z układami chłodzenia silników, także i skrzynie biegów narażone są na pracę w wyższych niż dotąd temperaturach. W celu przystosowania skrzyń przekładniowych rodziny Ecomat do pracy w nowych warunkach, zastosowano w nich pewne modyfikacje. Wykorzystano m.in. nowe zawory sterujące, bardziej odporne na wysokie temperatury materiały uszczelniające, nowe łożyska oraz nową pompę hydrauliczną, charakteryzującą się większą wydajnością. Wprowadzono także nowy elektroniczny układ sterujący. Dzięki temu ostatniemu, możliwe jest zastosowanie skrzyń biegów Ecomat 2+ w pojazdach nie posiadających zintegrowanego systemu komunikacji opartego o szynę danych CAN. Ponadto nowa skrzynia biegów jest także łatwiejsza w diagnostyce, m.in. dzięki większej liczbie zapisywanych informacji eksploatacyjnych. Skrzynia biegów Ecomat 2+j est przystosowana do współpracy z silnikami Euro 3 we wszelkich zastosowaniach.

Dodatkowo, inżynierowie ZF opracowali nowy, w pełni syntetyczny olej przekładniowy „Ecofluid A”. Dzięki tym wszystkim zmianom poprawie uległa stabilność termiczna i oksydacyjna (temperatura w misce olejowej wynosi do 105oC) oraz uzyskano bardziej stabilny poziom tarcia (co ma decydujący wpływ na płynność zmiany przełożeń). Lepiej chronione są teraz także łożyska i elementy uzębione. Zwiększenie lepkości oleju nowej generacji przyczynia się do ogólnej poprawy smarowania. Olej „Ecofluid A” został dokładnie przetestowany pod kątem jego wpływu na wszelkie elementy wykonane z tworzywa, elastomery oraz uszczelki użyte w skrzyni biegów. W zależności od zastosowania, wymianę oleju przewiduje się co 120 – 150 000 kilometrów. Olej „Ecofluid A” będzie stosowany nie tylko w najnowszych, automatycznych skrzyniach Ecomat 2+ (na życzenia klienta napełniany przed opuszczeniem fabryki ZF) – w najbliższej przyszłości będzie go można zastosować we wszystkich przekładniach rodziny Ecomat.

Na tym jednak rozwój automatycznych przekładni do autobusów miejskich się nie kończy. Zbliżający się moment wprowadzenia norm czystości spalin Euro 4 stawia nowe wyzwania nie tylko przed producentami układów napędowych, ale także skrzyń biegów. Dlatego, inżynierowie ZF pracują obecnie nad dalszą modernizacją przekładni z rodziny Ecomat do których planuje się wprowadzenie modyfikacji zależnych od zastosowania pojazdu. W ten sposób powstanie skrzynia biegów Ecomat 4. Przewiduje się, iż seria próbna wejdzie do eksploatacji w lipcu 2005 roku, a seryjna produkcja rozpocznie się w październiku przyszłego roku.

Zdaniem przedstawicieli firmy ZF przyszłość będzie jednak należeć do automatycznych skrzyń 6-przekładniowych, zapewniających zupełnie nową jakość w dziedzinie techniki i ekonomiki. Tym, co otwiera drogę do 6-stopniowych odmian skrzyni Ecomat jest elektroniczny układ sterujący EST146/147. Krótkie przełożenia w połączeniu z 6 dostępnymi biegami umożliwią spadek zużycia paliwa nawet o 8% w porównaniu ze stosowanymi dotychczas automatycznymi przekładniami (w zależności od zagęszczenia ruchu oraz topografii terenu).

Tylne portalowe osie ZF

Jedynie technologia zastosowana w tylnych osiach portalowych ZF AV 132 pozwala uzyskać wysokość podłogi na poziomie 405 milimetrów. Oznacza to, iż pasażerowie mogą wchodzić i wychodzić z autobusu bez konieczności pokonywania stopni nawet w trzecich drzwiach, znajdujących się za mostem napędowym. Brak stopni i podestów w przejściu minimalizuje ryzyko różnego rodzaju urazów, jakich mogą doznać pasażerowie w trakcie jazdy. Zwiększają się także przepływy potoków pasażerskich w wejściach, co przyczynia się do skrócenia czasu postoju na przystankach, a więc do redukcji czasu przejazdu od pętli do pętli. Osie AV 132 od niedawna są wyposażane w nowe piasty kół, które umożliwiły zmniejszenie masy osi o 10 kg. Niskoobsługowe piasty (wyposażone w łożyska kompaktowe) pozwalają także znacznie skrócić czas potrzebny na wymianę elementów układu hamulcowego. Od 1983 r., ponad 60 000 autobusów zostało wyposażonych w portalowe osie ZF, a rocznie liczba ta zwiększa się o ok. 10 000. Osie portalowe ZF są stosowane w produktach takich firm, jak: EvoBus, NeoMAN, Volvo, Scania, Alexander Dennis, IrisBus, Van Hool czy VDL Group.

Do użycia pojedynczego ogumienia, ZF oferuje specjalne mosty portalowe o poszerzonych obudowach (dostępne od 2003 r.). Obliczenia przeprowadzone przez inżynierów z ZF wykazały, iż zastosowanie pojedynczego ogumienia tylnej osi daje oszczędność około 87 kilogramów masy w porównaniu z osiami wyposażonymi w ogumienie bliźniacze.

Jako dostawca kompletnych produktów, ZF opracowuje i dostarcza producentom autobusów kompletne przednie i tylne osie, wyposażone w elementy układu zawieszenia, miechy pneumatyczne, amortyzatory i hamulce, w stanie gotowym do zamontowania. Na ofertę osi ZF przeznaczonych do autobusów miejskich składają się: nowe, niezależnie zawieszone osie przednie RL 75 EC dla konstrukcji niskopodłogowych i niskowejściowych (jako alternatywa wciąż dostępne są także sztywne osie przednie typu RL 85 A) oraz portalowe mosty napędowe AV 132 dla konstrukcji w pełni niskopodłogowych. Autobusy 15-metrowe wyposażane są w aktywnie lub biernie sterowane skrętne osie wleczone, natomiast dla modeli przegubowych, ZF oferuje nie napędzane, portalowe osie środkowe AVN 132.

Działalność ZF nie ogranicza się jednak tylko do produkcji komponentów. Jeden z działów firmy zajmuje się opracowywaniem rozwiązań i systemów dla logistyki, w tym systemów diagnostycznych. Na IAA w Hanowerze ZF przedstawi zatem także najnowsze osiągnięcie w tej dziedzinie, jakim jest system diagnostyki układów jezdnych ZF Testman pro. Więcej na ten temat będzie można przeczytać w kolejnym wydaniu Infobusa (10/2004), w którym szczegółowo zaprezentujemy to nowatorskie urządzenie.