به گزارش تارک خودرو: تذکر: در این قسمت قبل از آنکه به شرح چند نمونه تعلیق معمول و مرسوم بپردازم، ذکر این نکته را لازم می دانم که سعی اینجانب در کل کتاب و مخصوصا در این بخش بر آن بوده است، که از برگردان های فارسی نامفهوم پرهیز نمایم. زیرا اولا این برگردان ها از کتابی به کتاب دیگر متفاوت می باشد، که همین امر جمع آوری اطلاعات درباره ی یک موضوع مشخص را دشوار می سازد، ثانیا در محیط های صنعتی که به منظور ارتباط و ایجاد زبان مشترک با صنایع خودروسازی مختلف جهان، زبان انگلیسی را اساس کار خود قرار داده اند، یادگیری و مطابقت فارسی به لاتین واژه های نامفهوم بخش های مختلف خودرو، مشکلاتی را به همراه دارد. مثلا برای دو نمونه تعلیق Trailing Arm And Semi-Trailing Arm در کتاب های فارسی کلماتی مانند بازوی آویخته و نیمه آویخته و یا اهرم دو شاخه ای ساده و خم شونده را می توان یافت، که نتیجه ای به جز سر در گمی دانشجو و مشکل عدم پیدایش زبان مشترک در محیط های صنعتی نخواهد داشت.
۱- تعلیق صلب (Solid Suspension)
اگر با استفاده از تعلیق صلب، چرخ های عقب خودرو را به یکدیگر متصل نماییم، آنگاه تعلیق بسیار ساده ای خواهیم داشت، که بر اساس استفاده از فنر برگه ای یا مارپیچی کار خواهد کرد.
در طرح های قدیمی که از فنرهای برگه ای بهره می بردند، وسط فنر را بوسیله ی بست هایی مستقیما به اکسل و دو انتهایش را به فریم خودرو متصل می کردند؛ و با قرار دادن کمک فنر در کنار بست های فنر برگه ای، حالت فنریت اکسل را کنترل می کردند. به دلیل همین ساختمان ساده، این نوع تعلیق برای سالیان زیادی در خودروهای آمریکایی بکار گرفته شد.
طرح اصلی تعلیق صلب را می توانیم بجای فنرهای برگه ای با فنرهای مارپیچی نیز بکار گیریم. در این حالت، فنر مارپیچی و کمک فنر را هم می توان بصورت یکپارچه عرضه کرد و هم می توان بصورت مجزا استفاده نمود. زمانی که از فنر و کمک فنر بصورت جداگانه استفاده می نماییم، فنرها می توانند بسیار کوچکتر انتخاب شوند؛ که این امر به معنای اشغال فضای کم از سوی تعلیق می باشد.
در خودروهای سنگین، برای جلوگیری از تغییر شکل محور صلب و کج شدن فنرهای شمشی به هنگام دور زدن، شتاب گیری و ترمز کردن، از اهرم های مختلفی استفاده می کنند.
در این نوع تعلیق، همانطور که قبلا در معایب تعلیق وابسته ذکر شد، بدلیل آنکه هر دو چرخ به یک محور ثابت متصل می گردند و در یک زمان با هم نوسان می کنند، در صورت قرار گرفتن یک چرخ بر روی یک برآمدگی یا فرو رفتگی، بدنه کاملا منحرف شده، روی چرخ دیگر نیز تاثیر می گذارد.
۲- تعلیق ددیان (De Dion Suspension)
سیستم تعلیق ددیان که در واقع مرز بین تعلیق صلب و سیستم های تعلیق مستقل می باشد، توسط کنت ددیان (Count De Dion) و جورج باتن (George Bouton) اختراع شده است. با وجود آنکه چندین دهه از اختراع تعلیق های مستقل می گذشت، اما تعلیق های غیرمستقل نیز به دلیل ارزان بودن و فرمان پذیری نسبتا خوب (برخلاف سواری ضعیف) تا دهه ی هفتاد میلادی عمومیت زیادی داشتند. از آنجایی که در این سیستم، چرخ ها بسختی توسط اکسل به یکدیگر متصل می گردند، بدون توجه به غلتش بدنه، بطور عمودی بر روی سطح جاده باقی خواهند ماند؛ که همین امر به دور زدن استوار و ایمن خودرو در سر پیچ ها کمک خواهد کرد. این امر برخلاف بسیاری از تعلیق های مستقلی می باشد که با غلتش بدنه، امکان تغییر زاویه ی کمبر نیز وجود دارد.
تعلیق ددیان وزن فنربندی نشده ی کمی دارد؛ زیرا دیفرانسیل و شفت های محرک بصورت صلب به چرخ ها متصل نگشته اند؛ بطوریکه شبیه تعلیق های مستقل، آنها قسمت هایی از بدنه بوده که بطور انعطاف پذیری بوسیله ی مفصل های هرزگرد به چرخ ها متصل گردیده، و جزء وزن فنربندی شده به حساب می آیند.
در تعلیق ددیان، چرخ ها بوسیله ی لوله ای توخالی (Tube) به یکدیگر متصل می شوند؛ که از طریق یک اتصال لغزان (Sliding Joint) امکان تغییرات سمتی در طول حرکات تعلیق برایشان فراهم شده است؛ که این امر به بهبود کیفیت سواری نیز کمک خواهد کرد. لوله ی ددیان (De Dion Tube) در تمامی شرایط، هر دو چرخ را بصورت موازی با یکدیگر نگه می دارد؛ بطوریکه همیشه چرخ ها بدون توجه به غلتش بدنه، عمود بر سطح جاده قرار می گیرند.
- مزایای تعلیق ددیان:
- قیمت تمام شده ی آن بسیار ارزانتر از تعلیق های مستقل می باشد.
- غلتش بدنه (Body Roll) تاثیری بر تغییر زاویه ی کمبر چرخ ها ندارد.
- قابلیت سواری آن نسبت به اکسل صلب بهتر است.
- باعث صرفه جویی در فضای داخلی می شود؛ زیرا در این طرح به ایجاد فضا برای دیفرانسیل در اکسل نیاز نداریم.
- معایب تعلیق ددیان:
- غیرمستقل (Non-Independent) یا به عبارت بهتر نیمه مستقل است.
- سواری آن ضعیفتر از تعلیق های مستقل می باشد.
- هر دو چرخ هنگام عبور از دست انداز کج می شوند.
- احتیاج به میله ی توخالی لغزان دارد؛ که همین امر باعث تولید اصطکاک و اتلاف توان در سیستم می گردد.
۳- تعلیق دابل ویشبون (Double-Wishbone Suspension)
تعلیق دابل ویشبون که گاها به خاطر بازوهای جناقی A شکلی که دارد، تعلیق A-Arm نیز نامیده می شود؛ از جمله تعلیق های مستقلی است که بسیار عمومیت یافته، و عموما در محور جلوی خودرو بکار گرفته می شود. این تعلیق را در کتاب های فارسی گاها تعلیق طبق دار دوبل و یا دو جناقی نامیده اند.
این طرح نوعا از دو بازوی ویشبون شکل (طبق، بازوی جناقی) تشکیل شده است، که یکی از آنها به فریم سیستم شاسی متصل می گردد، و دیگری موقعیتی را برای نصب چرخ، یاتاقان ها، کمک فنر و فنر مارپیچی فراهم می کند.
این تعلیق به دلیل فراهم کردن امکان تغییر زاویه ی کمبر چرخ، میزان غلتش را کاهش داده و احساس فرمان پذیری ثابتی را فراهم می کند؛ که به دلیل وجود همین مشخصه ها، عمومیت زیادی در چرخ های جلوی بسیاری از خودروها یافته است.
ویشبون ها اهرم های مثلث شکلی هستند، که قاعده ی آن ها به رام شاسی و راسشان به وسیله ی مفصل سیبکی به اهرم چرخ متصل می گردد.
معمولا فنر مورد استفاده در این تعلیق از نوع مارپیچی یا پیچشی می باشد. در صورت استفاده از فنر مارپیچی، فنر بر روی ویشبون پایینی، در محل مناسب طراحی شده نصب می شود. در صورت بکار بردن فنر پیچشی نیز، میله ی فنر را به ویشبون پایین متصل می کنند.
در صورت کوچکتر ساختن ویشبون بالا و بزرگتر بودن ویشبون پایین، و همچنین موازی نصب نکردن آنها، می توان هندسه ی چرخ ها را طوری تنظیم کرد که در هنگام دور زدن، سطح اتکای چرخ ها زیاد شود؛ بطوریکه در نتیجه ی آن ایمنی دور زدن افزایش یابد. در صورتیکه ویشبون ها موازی و هم انداز باشند، چرخ ها فقط در صفحه ی قائم نوسان کرده، و تغییر زاویه ای نمی دهند.
۴- تعلیق مک فرسون استرات (MacPherson Strut Suspension)
تعلیق مک فرسون استرات، توسط ارل استیل مک فرسون (Earle S. MacPherson)، مهندس شرکت فورد، در سال ۱۹۴۷ توسعه یافت؛ و به عنوان یکی از مرسوم ترین سیستم های تعلیق جلو، مخصوصا در اروپا، بکار گرفته شد.
اولین خودرویی که این نوع تعلیق بر روی آن نصب گردید، فورد ودت (Ford Vedette) در سال ۱۹۴۹ و پس از آن فورد کنسول (Ford Consul) در سال ۱۹۵۱ بود.
در این نوع تعلیق، یک ویشبون یا بازو در زیر و یک محور نسبتا بلند به نام استرات در بالای محور چرخ قرار می گیرد. استرات که از مجموعه ی فنر، کمک فنر و متعلقات دیگری تشکیل شده است، بوسیله ی فلانچ به زیر گلگیر یاتاقان بندی می شود، و می تواند داخل فلانچ حرکت چرخشی داشته باشد. از طرف پایین نیز، محور چرخ بر روی مفصل بندی ای که فقط یک سیبک دارد، چرخش می کند.
این نوع تعلیق می تواند به عنوان هر دو تعلیق جلو و عقب بکار گرفته شود؛ اما آنرا بیشتر در قسمت جلوی خودروها می توان یافت؛ جایی که تعلیق نصب شده برای چرخ ها، محور فرمان پذیر را نیز فراهم می کند. همچنین این سیستم تعلیق برای استفاده در قسمت جلوی خودروهایی که موتورشان بصورت عرضی قرار گرفته است، مناسب می باشد؛ و در بیشتر خودروهایی که چرخ جلو محرک می باشند، بکار گرفته می شود. لازم به ذکر است، از آنجایی که اتصالات این نوع تعلیق می تواند بطور جداگانه روی بدنه نصب گردد، لذا این سیستم برای خودروهایی که از بدنه ی یکپارچه ساخته شده اند، مناسب می باشد.
در تعلیق مک فرسون، کمک فنر و فنر مارپیچی در یک واحد تحت عنوان استرات (تیر، ستون و پایه) ترکیب شده اند؛ که همین امر باعث بوجود آمدن تعلیقی متراکم، جمع و جور و سبک شده است؛ که قابلیت نصب بر روی خودروهای چرخ جلو محرک را فراهم کرده است.
استرات ها دو وظیفه اصلی بر عهده دارند: اول از همه استرات ها وظیفه ی میراکنندگی را بمانند کمک فنرها بر عهده می گیرند (ذاتا یک استرات شبیه یک کمک فنر می باشد)؛ دوم آنکه یک ساختمان تکیه گاهی را برای تعلیق وسیله ی نقلیه فراهم کرده، و از فنرها حمایت و تایر را در موقعیت مناسبش نگه می دارند.
نوعا استرات ها شامل یک فنر مارپیچی (Coil Spring) برای تحمل وزن خودرو، یک محفظه ی استرات (Strut Housing) برای شکل دادن ساختمانی محکم به منظور محافظت از اجزای استرات و یک واحد میراکننده (Damping Unit) در داخل محفظه ی استرات به منظور کنترل حرکات فنر و تعلیق می باشند.
- در بررسی ساختمان استرات شکل بالا، توجه به نکات زیر لازم می باشد:
- پایین بدنه ی استرات که به سگدست فرمان (Steering Knuckle) متصل می گردد، از طریق سیبک پایینی (Lower Ball Joint) به طبق پایین (Lower Control Arm) مرتبط می شود.
- بالای استرات از طریق محل نصب بالایی استرات (Upper Strut Mount) که در برخی موارد صفحه ی یاتاقان بندی (Bearing Plate) نیز نامیده می شود، به بدنه ی خودرو متصل می گردد. این صفحه ی یاتاقان بندی به استرات اجازه ی هرزگردی حول چرخ در حال گردش را می دهد.
- محفظه ی استرات (Strut Housing)، واحد میراکننده و سیال هیدرولیکی را در خود جای می دهد. این محفظه برای محافظت از اجزای داخل خود و مقاومت در برابر ضربات جاده، از فولاد محکمی ساخته می شود.
- میله ی پیستون (Piston Rod) استرات باید از نظر قطر بسیار بزرگتر از میله ی پیستون کمک فنرهای معمولی باشد؛ بطوریکه بتواند در برابر بارهای جانبی وارده بر استرات مقاومت کند.
- یک فنر مارپیچی (Coil Spring) بین نشیمنگاه های بالایی و پایینی فنر (Upper And Lower Spring Seats) قرار می گیرد. نشیمنگاه پایین فنر، به محفظه ی استرات جوش داده می شود؛ در حالیکه نشیمنگاه بالای فنر، توسط محل نصب بالایی استرات (Upper Strut Mount) در موقعیتش قرار می گیرد.
- استرات، یک ضربه گیر (Bumper) در پایین نشیمنگاه بالایی اش دارد؛ که هدف از بکارگیری آن، محدود کردن حرکت تعلیق بوسیله ی عدم اجازه به اجزای تعلیق در ضربه زدن به یکدیگر می باشد.
- نهایتا یک مهره ی بزرگ در انتهای میله ی استرات (Strut Rod)، همه اجزاء را به یکدیگر متصل می کند.
استرات عقب (Rear Strut) نیز طرح مشابهی است، که با عنوان استرات چاپمن (Chapman Strut) شناخته می شود.
تعلیق مک فرسون بدلیل کاهش در هزینه های تولید و بدلیل ساختمان ساده ای که دارد، بسیار عمومیت یافته است؛ هر چند، در زمینه ی سواری و فرمان پذیری معایبی نیز برای آن متصور می باشند. بطوریکه آنالیز هندسی نشان می دهد که این نوع تعلیق نمی تواند بدون چند درجه تغییر در زاویه ی کمبر، به چرخ هایش اجازه ی حرکت عمودی را بدهد. از معایب دیگر این سیستم می توان به محدودیت طراحان در کاهش ارتفاع سطح کاپوت خودرو اشاره کرد، که به دلیل ارتفاع نسبتا زیاد استرات بوجود می آید.
از مزایای این سیستم تعلیق، تعداد کم قطعات سیستم و همچنین گسترش و انتقال بارهای تعلیق به سطح گسترده ای از ساختار بدنه می باشد.
برای این تعلیق نمی توان به اندازه ی تعلیق دابل ویشبون، فرمان پذیری مناسبی را در نظر داشت؛ زیرا برای طراح، آزادی کمی در میزان تغییرات زاویه کمبر و مرکز غلتش فراهم می کند. ضعف دیگر این تعلیق، انتقال صدا و ارتعاش به بدنه می باشد؛ که در مقایسه با سیستم هایی نظیر دابل ویشبون، سواری ناخوشایندی را بوجود می آورد؛ و سازندگان را ملزم به استفاده از کاهنده های اضافی صدا یا مکانیزم های ایزولاسیون می کند. همچنین به دلیل اندازه ی بزرگ اتصالات و متعلقات تنومند و بزرگی که چرخ را به ساختمان خودرو متصل می کند، زمانی که آب بندی در قسمت داخلی کمک فنر فرسوده می شود، تعویض این قطعه در مقایسه با جایگزینی یک کمک فنر جدید، گرانتر می باشد. اگر چه با وجود این نقایص، به دلیل مزایایی که این نوع تعلیق دارد، مجموعه استرات در خودروهای پیشرفته ی زیادی نظیر Porsche 911، همه ی BMWها بجز X5 2007 و برخی مدل های مرسدس بنز نصب شده است.
- اگر بخواهیم مقایسه ای بین تعلیق دابل ویشبون و مک فرسون انجام دهیم، می توانیم به نکات زیر اشاره نماییم:
۱- در مجموعه ی دابل ویشبون، چرخ کنار سیستم تعلیق قرار گرفته، بوسیله ی دو بازوی A شکل یا ویشبون کنترل می شود. در این سیستم تعلیق، مجموعه ی یکپارچه ی فنر و کمک فنر از قسمت بالا به فریم خودرو و از قسمت پایین به ویشبون پایینی متصل می گردد.
۲- این طرح به سیستم تعلیق اجازه می دهدکه ارتفاع خودرو را پایین آورده، آنرا برای بارهای انتقالی (Transmitting Loads) و فرمان پذیری جاده (Road Handling)، مناسب گرداند. این طرح البته نسبت به مجموعه ی مک فرسون پیچیده تر، و شامل قطعات و قسمت های کوچک زیادی می باشد.
۳- در سیستم تعلیق مک فرسون، چرخ در قسمت پایین مجموعه ی یکپارچه ی فنر و کمک فنر قرار می گیرد. همینطور مجموعه ی فنر و کمک فنر بر روی اتصال گوی مانندی به نام سیبک (Ball Joint) بر روی تک بازوی پایین (Single Lower Arm) که بوسیله ی میل فرمان (Tie Rod) متصل شده است، قرار می گیرند.
۴- در تعلیق مک فرسون، میله ی بالای پیستون کمک فنر به عنوان محور هرزگرد بکار می رود. این کار ضروری است؛ زیرا در تعلیق مک فرسون برخلاف دابل ویشبون، زمانی که چرخ می گردد، سیستم تعلیق نیز همراه با آن حرکت می کند. در تعلیق دابل ویشبون، مجموعه ی چرخ مستقل از مجموعه ی کمک فنر بوده، و زمانی که مجموعه ی چرخ می گردد، مجموعه ی کمک فنر ثابت می ماند.
۵- هر دوی این تعلیق ها از آن جهت که مستقل اند، به یکدیگر شبیه می باشند؛ یعنی تغییرات و حرکات یک طرف خودرو، مستقیما بر طرف دیگر تاثیر نمی گذارد. همچنین در این سیستم ها از فنر مارپیچی استفاده می شود، و مجموعه ی کمک فنر داخل فنر مارپیچی قرار می گیرد.
۶- با توجه به آنکه کارشناسان مختلف خودرو در مورد هر نوع تعلیق نظرات مختلفی را بیان می کنند، و نتیجه ی بحث و استدلال آن ها مشخص نمی کند که کدام تعلیق برنده ی نهایی است، سازندگان خودرو با توجه به عملکرد، مزایا، معایب و کارکرد ویژه، از هر دوی این تعلیق ها استفاده می کنند. برای مثال می توان از نمونه خودروی تویوتا نام برد، که از تعلیق مک فرسون استرات در جلو و از تعلیق دابل ویشبون در عقب خود بهره برده است.
- مزایای تعلیق مک فرسون:
- این تعلیق ساختمان ساده ای دارد، که به منظور تماس بهتر تایر با سطح جاده، امکان تغییرات در آن نیز ممکن می باشد.
- قیمت تمام شده ی تعلیق پایین است.
- چرخ کمتر کج می شود، و لاستیک سایی کمی را موجب می گردد.
- از بین زوایای مختلف، فقط دو زاویه کستر و تواین نیاز به تنظیم دارند.
- معایب تعلیق مک فرسون:
- از آنجایی که استرات به زیر گلگیر فلانچ می شود، نیروی زیادی به این قسمت وارد می گردد، که نیاز به زیرسازی مستحکم را ضروری می نماید.
- ارتعاشات به اتاق خودرو وارد می شود، و گاها در قسمت سرنشینان صداهای ناخواسته ای شنیده می گردد.
- نیروهای عمودی و عرضی وارده به چرخ، استرات را کج می کنند؛ که نتیجه ی آن، کج شدن میله ی پیستون کمک فنر، ضربه زدن تعلیق و افزایش لاستیک سایی می باشد.
۵- تعلیق تریلینگ آرم (Trailing Arm) و سمی تریلینگ آرم (Semi – Trailing Arm):
این تعلیق ها قدیمی می باشند، و قبل از اینکه تعلیق عقب مالتی لینک (Multi-Link Rear Suspension) در دهه ی ۱۹۹۰ عمومیت یابد، در محور عقب خودروهای سدان با قیمت های متوسط به بالا بکار برده می شدند.
(در کتاب های فارسی این دو تعلیق را با نام های مقابل می توان یافت: بازوی نگهدارنده، اهرم دو شاخه ای ساده و خم شونده، بازوهای دنباله ای)
تعلیق تریلینگ آرم (Trailing Arm Suspension) از دو بازوی آویخته (دو اهرم دو شاخه ای) تشکیل شده است، که سر تکی آن یاتاقان بندی می شود، و از داخلش پلوس عبور می کند، و سر دو شاخه ی آن عمود بر محور طولی، در دو نقطه ی شاسی یاتاقان بندی می گردد.
تعلیق تریلینگ آرم از این جهت که یک تکه می باشد، و در سطح بالایی اش تکیه گاهی را برای فنر مارپیچی فراهم می کند، نسبت به سایر بازوهای کنترل تعلیق قابل مقایسه می باشد. البته باید توجه داشت که این نوع تعلیق برای مقابله با دست اندازها فقط به چرخ هایش اجازه ی حرکت به بالا و پایین را می دهد، و از حرکات جانبی و تغییر زاویه ی کمبر نسبت به بدنه ی خودرو خبری نیست؛ در نتیجه، سطح اتکای چرخ ها در هنگام دور زدن و شتاب گیری زیاد نمی شود. با وجود این، زمانی که خودرو در سر پیچی می گردد، بازوی آویخته به همان اندازه حول بدنه گشته، و زاویه ی کمبر را نسبت به سطح جاده تغییر می دهد. اکنون شما می توانید درک کنید که هر دو چرخ به سمت خارج از پیچ می روند، و کم فرمانی (Understeer) را بوجود می آورند (کم فرمانی، تمایل اتومبیل به مستقیم رفتن بیش از انتظار راننده در سر پیچ است). به همین دلیل تریلینگ آرم ساده، مدتها پیش توسط سازندگان خودرو فراموش شده، و بجای آن سمی تریلینگ آرم (بازوی نیمه آویخته) بکار گرفته شده است. از مزایای این سیستم تعلیق مستقل، کاهش جرم فنربندی نشده، به دلیل اتصالات مرتبط با دیفرانسیل می باشد.
تعلیق سمی تریلینگ آرم (Semi – Trailing Arm Suspension) از محور بازوهای آویخته موربی (Trailing Arm Pivot) با زاویه ای در حدود ۵۰ تا ۷۰ درجه تشکیل شده است، وگرنه همان تعلیق تریلینگ آرم است. در این نوع تعلیق، محل یاتاقان بندی دوشاخه ای اهرم ها نسبت به محور عرضی خودرو تحت زاویه قرار می گیرد (Pivot Axis نسبت به محور اکسل، در حدود ۲۵ درجه شیب دارد). با این طراحی، در هنگام شتاب گیری و دور زدن، چرخ ها کج شده، و با زاویه ای کمتر از ۹۰ درجه نسبت به خودرو حرکت می کنند. با این مشخصه، نقطه ی واژگونی و دوران پایین آمده، و ایمنی خودرو در هنگام پیچیدن افزایش می یابد.
در این تعلیق، بازوها نیمه آویخته و نیمه مورب هستند؛ بطوریکه می توان آن ها را با تقسیم بندی در دو جهت، بررسی کرد؛ یکی جزء آویخته و دیگری جزء مورب. جزء آویخته همانطور که قبلا ذکر گردید، باعث کم فرمانی می شود؛ از طرف دیگر جزء مورب نیز در واقع همان تعلیق اکسل در چرخش (Swing Axle Suspension) است. این نوع تعلیق بر خلاف تعلیق دابل ویشبون (Double Wishbones Suspension)، زمانی که چرخ بالا و پایین می رود، دارای تغییر در زاویه ی کمبر است.
از آنجایی که تعلیق های تریلینگ آرم ساده یا سمی تریلینگ آرم، به صورت سخت و انعطاف ناپذیری به چرخ ها متصل می گردند، ارتعاش و صدای زیادی می تواند به بدنه ی خودرو منتقل شود. بعلاوه، وزن فنربندی نشده ی زیادی که در این نوع تعلیق ها وجود دارد، منجر به کاهش قابلیت سواری می گردد. بنابراین بیشتر خودروهای سدان جدید، این نوع تعلیق ها را با مالتی لینک یا دابل ویشبون جایگزین کرده اند.
۶- تعلیق تورژن بیم (Torsion Beam Suspension)
بیشتر خودروهای کوچک تا کلاس C (برای مثال VW Golf) از تورژن بیم (میله ی پیچشی – Torison Beam) در تعلیق عقب استفاده می کنند. این نوع تعلیق در مقایسه با تعلیق های دابل ویشبون (Double Wishbones)، مالتی لینک (Multi-Link) و تریلینگ آرم (Trailing Arm)، پهنای کمتری از خودرو را اشغال کرده، و فضای بیشتری را برای سرنشینان قسمت عقب اتاق خودرو فراهم می کند. علاوه بر این ها، این نوع تعلیق ارزان بوده، و کمک فنرهایش در مقایسه با مک فرسون می تواند بسیار مورب تر از حالت عمودی قرار گیرد، که همین امر نیز منجر به اشغال فضای کمتری از سوی تعلیق می شود.
این نوع تعلیق که درجات آزادی کمی را فراهم می کند، در حقیقت تعلیق نیمه مستقلی می باشد، که از ستونی پیچشی تشکیل شده است، و هر دو چرخ را به یکدیگر متصل می کند. برای برخی خودروهای کوچک، استفاده از این نوع تعلیق نیاز به میله های ضد غلتش (Anti – Roll Bars) را نیز برطرف می نماید.
هر چند که این نوع تعلیق نمی تواند به اندازه ی تعلیق های دابل ویشبون یا مالتی لینک قابلیت سواری و فرمان پذیری فراهم کند؛ اما با این وجود، در مقایسه با تنها رقیب مستقیمش یعنی مک فرسون استرات (MacPherson Strut) در جایگاه بالاتری قرار دارد؛ بطوریکه بیشتر خودروهای فرمان پذیر خوب GTI اروپایی از این نوع تعلیق استفاده می کنند.
۷- تعلیق مالتی لینک (Multi – Link Suspension)
استفاده از این نوع تعلیق از اواخر دهه ی ۸۰ میلادی بطور فزاینده ای در خودروهای سدان و کوپه افزایش یافت؛ بطوریکه اولین کاربردهای این تعلیق در خودروهای نیسان ۲۰۰SX، اینفینیتی Q45، مرسدس کلاس S و BMW سری ۳ بوده است.
شرح ساختمان این نوع تعلیق از آنجایی که محدوده ی مشخصی ندارد، با مشکلاتی همراه است. از لحاظ تئوری، هر تعلیق مستقل ۳ بازوی کنترل یا تعدادی بیشتر مالتی لینک دارد؛ در حالیکه طرح های مختلف، هندسه و مشخصه های مختلفی را موجب می شود. برای مثال، مالتی لینک خودروی BMW شبیه حرف Z است، بطوریکه نامش را اکسل Z گذاشته اند، و یا آنکه مالتی لینک خودروی هوندا آکورد در اصل تعلیق دابل ویشبونی است که پنج بازوی کنترل به آن اضافه شده است.
این نوع تعلیق تقریبا مقدار زیادی فضا اشغال می کند؛ هر چند که فرمان پذیری مناسب از مهمترین مزایای آن نیز می باشد.
اتصالات این سیستم تعلیق بوسیله ی سیبک ها طوری به یکدیگر متصل شده اند، که گشتاور خمشی به اعضاء انتقال نمی یابد. بطور کلی می توان گفت در سیستم تعلیق با استفاده از ۴ میله، نه تنها می توان چرخ ها را در جهت طولی و عرضی کنترل نمود، بلکه می توان عکس العمل در برابر گشتاورهای پیچشی را نیز بهبود بخشید.
در صورتیکه بخواهیم در این سیستم تعلیق از پنج میه (Five-Link) استفاده نماییم، میله ی پنجم وظیفه ی کنترل دقیق چرخ ها را بر عهده خواهد داشت. برای اینکه بتوان با دقت زیادی به این خواسته نائل شد، میله ی مذکور را بوسیله ی بوش هایی نگهداری می کنند، تا میله بتواند به دقت زوایای تو (Toe Angles) را در هنگام دور زدن کنترل کند. استفاده از چندین میله، به طراح این اجازه را می دهد که حرکات مجاز دلخواه را به چرخ ها بدهد.
۸- تعلیق هیدرواستاتیک (Hydrolastic Suspension)
در سیستم تعلیق هیدرواستاتیک از جابجایی سریع روغن استفاده می شود. در این سیستم، در هر چرخ یک واحد هیدرواستاتیک وجود دارد که بر روی اهرم متصل به چرخ قرار گرفته است.
با حرکت چرخ به بالا یا پایین، اهرمی به دیافراگم هیدرواستاتیک نیرو وارد نموده، روغن پشت آنرا جابه جا می کند. روغن ارسال شده از یک چرخ، به چرخ دیگری که در همان سمت قرار دارد، فرستاده می شود. روغن ارسالی تحت فشار پس از رسیدن به واحد هیدرواستاتیک چرخ، فنر لاستیکی بکار رفته در سوپاپ یک طرفه ای را متراکم می کند. تا پس از عبور از آن، دیافراگم را به سمت پایین بفشارد. نیروی دیافراگم نیز به اهرم چرخ وارد می آید، تا در نتیجه شاسی را از مقدار عادی بلندتر کند؛ انرژی پتانسیل نیز به اهرم چرخ وارد می آید، تا در نتیجه شاسی را از مقدار عادی بلندتر کند؛ انرژی پتانسیل نیز برای برگشت به حالت عادی، در شاسی ذخیره می گردد.
تعلیق هیدرواستاتیک، مجموعه ای است که به منظور دست یافتن به سطح عملکردی بهتر خودرو در هنگام رانندگی، سیستم های تعلیق جلو و عقب را به یکدیگر متصل کرده است.
در این سیستم، واحدهای تعلیق جلو و عقب برای هر چرخ یک واحد جابجا کننده ی هیدرواستاتیک (Hydrolastic Displacers) دارند، که به وسیله ی لوله های باریکی به یکدیگر متصل می گردند.
هر جابجاکننده شامل یک فنر لاستیکی و سوپاپی می باشد که میرایی سیستم را فراهم می کند؛ بطوریکه در هنگام منحرف شدن چرخ های جلو، سیال از طریق لوله در واحد تعلیق نظیر و مترادف خود جابجا می شود؛ و باعث سخت شدن میرایی چرخ های عقب و کاهش ارتفاعش می گردد.
تعلیق هیدرواستاتیک بطور محکمی درزبندی می شود؛ و در طول عمر کاری اش به تعمیر و نگهداری زیادی نیاز ندارد.
۹- تعلیق هیدروگاز (Hydragas Suspension)
طراحان برای چندین دهه بر این باور بوده اند که به هم پیوستگی چرخ های جلو و عقب، باعث کاهش دوران ناخواسته و ناخوشایند (Unpleasant Pitch) در خودروهای کوچک سواری می شود. در تعلیق به هم پیوسته، چرخ های جلو و عقب هر طرف خودرو به یکدیگر متصل می شوند؛ و دو سیستم مستقل را شکل می دهند، که ورودی به یک چرخ باعث تولید نیرویی در چرخ دیگر می گردد.
تعلیق هیدروگاز، توسط دکتر الکساندر مولتون (Dr. Alexander Moulton) اهل بریتانیای کبیر، به منظور قابلیت سواری در خودروهای کوچک توسعه یافت. این سیستم تعلیق از گاز نیتروژن به عنوان فنربندی، و از فشار سیال هیدرولیکی به عنوان مکانیزم میراکننده، بهره می برد. محفظه های سیال میراکننده در چرخ های جلو و عقب هر طرف خودرو، از طریق لوله به یکدیگر متصل می گردند؛ بطوریکه یک ورودی در چرخ جلو، سیال را از طریق لوله به چرخ عقب پمپ می کند. افزایش فشار سیال در واحد عقب باعث تولید نیروی رو به بالایی در جرم فنربندی شده (Sprung Mass) می شود؛ که نهایتا منجر به کاهش تفاوت مابین نیروهای تعلیق در قسمت جلو و عقب بدنه ی خودرو می گردد.
تعلیق هیدروگاز، فرم بهبود یافته ی تعلیق هیدرواستاتیک می باشد. در اصل، طرح و نصب هر دو سیستم شبیه یکدیگر بوده، و تفاوت شان در واحدهای جابجا کننده (Displacer) می باشد. در سیستم های قدیمی، به کمک سیال هیدرولیکی موجود در واحد جابجا کننده و فنر لاستیکی، عمل ضربه گیری صورت می گرفت؛ اما در سیستم هیدروگاز، فنر لاستیکی حذف شده است، هر چند سیال هنوز موجود می باشد.
در سیستم فنربندی تعلیق هیدروگاز، یک محفظه ی گوی مانند و آب بندی شده وجود دارد که با گاز نیتروژن تحت فشار پر شده است؛ بطوریکه زیر این محفظه، دیافراگم جداکننده ای (دیافراگم بالایی – Upper Diaphragm) طراحی شده است که پایین آن با روغن پر می گردد. در این سیستم روغن در دو محفظه قرار می گیرد، که توسط سوپاپ ضربه گیری (Damper Valve) از یکدیگر جدا می شوند.
زمانی که چرخ خودرو با دست اندازی مواجه می شود، ضربه ی اهرم چرخ، دیافراگم زیرین را جابجا کرده، روغن بدون مقاومت از محفظه ی اول به محفظه ی دوم راه می یابد؛ بطوریکه روغن محفظه ی بالا، گاز نیتروژن را تحت فشار بیشتر قرار داده، و مانند فنری، ضربه ی چرخ را می گیرد. به هنگام حذف نیروی وارده به چرخ نیز، روغن محفظه ی بالایی از طریق سوراخ های ریز موجود در سوپاپ ضربه گیر، به آهستگی عبور کرده، برگشت (بدون ضربه) چرخ را به حالت اولیه ممکن می سازد.
۱۰- تعلیق هیدروپنوماتیک (Hydropneumatic Suspension)
تعلیق هیدروپنوماتیک اولین بار در سال ۱۹۵۲ میلادی، یعنی زمانی که بر روی قسمت عقب خودروی ۱۵CV H Traction Avant نصب شده بود، به معرض نمایش گذاشته شد. این تعلیق، مقدمه ی تعلیقی بود که در سال ۱۹۵۵ بر روی مدل حیرت انگیز سیتروئن DS19 نصب گردید. انواع مختلفی از این سیستم تعلیق بعدها بر روی سیتروئن های مدل GS در سال ۱۹۷۰، SM در همان سال، XM ،BX ،CX و Xantia نصب گردید.
شکل زیر، نمایی بسیار ساده از سیستم تعلیق هیدروپنوماتیکی را نشان می دهد؛ که در آن گوی هایی وجود دارند، که در قسمت بالای آن ها گاز نیتروژن و در قسمت پایین سیال هیدرولیکی ذخیره شده است.
این سیستم تعلیق از مزیت موجود در حقیقت بهره می برد که در آن شما می توانید گاز نیتروژن را متراکم سازید؛ در صورتی که سیال هیدرولیکی را نمی توانید متراکم کنید. از این رو گاز می تواند وظیفه ای شبیه فنر و سیال هیدرولیکی وظیفه ای شبیه دمپر (کمک فنر) را برای شما انجام دهد.
- در سیستم هیدرولیکی سیتروئن (Citroen’s Hydraulic Systems):
- برخلاف سیستم هیدرواستاتیک، از پمپ مرکزی و محرک موتور برای تراکم سیستم هیدرولیکی، توانایی خود تنظیمی، ارتفاع سواری متغیر، جک کمکی، غلتش صفر (در سیستم های فعال زانتیا) و همچنین برای مدارهای هیدرولیکی ترمز، فرمان و انتقال قدرت استفاده می شود.
- سیستم بر روی حالت های نرم تا سفت، بر اساس شماره پارامترهای برنامه ریزی شده در داخل بورد کامپیوتر خودرو، قابل سوئیچ شدن می باشد.
- سنسورها، ورودی های مورد نیاز کامپیوتر را برای تعیین اینکه در شرایط آتی کدام حالت مناسب است، فراهم می کنند.
- گوی مرکزی در هر اکسل، در دو حالت مدار قابل سوئیچ شدن می باشد، تا مقدار حرکت تعلیق و میرایی را تغییر داده و تنظیم کند.
- در سیستم هیدروپنوماتیک، هر چرخ مستقلا تحت کنترل می باشد، و بوسیله ی لوله ی روغنی با تعلیق دیگر و یا پمپ روغن مرکزی ارتباط دارد.
- زمانی که بار خودرو افزایش می یابد، اهرم چرخ به پایین حرکت کرده، سوپاپ هیدرولیکی را به سمت راست هدایت می کند. با حرکت این سوپاپ، روغن تحت فشار موتور الکتریکی وارد مدار هیدرولیکی شده، و تعلیق را تا ارتفاع لازم بالا می برد.
- زمانی که بار از روی خودرو برداشته می شود، شاسی به سمت بالا حرکت کرده، اهرم چرخ، سوپاپ هیدرولیکی را به سمت چپ حرکت می دهد، و روغن مازاد تعلیق به مخزن روغن برگشت داده می شود.
تعلیق محور جلوی زانتیا متشکل از تعلیق مک فرسون استرات می باشد که در بالایشان گوی های تعلیق هیدروپنوماتیکی (Hydropneumatic Suspension Spheres) قرار گرفته است. هر گوی شامل یک دیافراگم در پشت خود می باشد که مقداری نیتروژن در آن حبس می گردد. همچنین یک اصلاح کننده به میله ی ضد غلتش اضافه شده است، تا در هنگامی که باری در خودرو جای گرفته و بدنه را به فرو رفتن در زمین وادار می سازد، وارد عمل شده، و با باز کردن سوپاپی، اجازه ی جریان سیال هیدرولیکی تحت فشار را به منظور گسترش دادن استرات ها و تصحیح ارتفاع سواری بدهد. کنترل داخل خودرو نیز به راننده این امکان را می دهد که در هنگام تعویض چرخ ها، تغییر ارتفاع سواری را ممکن سازد.
تعلیق عقب زانتیا شامل تریلینگ آرم هایی (میله ی پیچشی عقب – Trailing Arms) است، که به میله ی ضد غلتش (Anti Roll Bar) با اصلاح کننده ی ارتفاع (Height Corrector) مجهز شده است. قرار گرفتن گوی ها به صورت افقی نیز از فرو رفتگی شان در اتاق خودرو و اشغال فضا و برهم زدن راحتی سرنشین جلوگیری کرده، و فضای بیشتری را در اختیار طراح قرار داده است.
۱۱- تعلیق الکترومغناطیسی خطی (Linear Electromagnetic Suspension)
این تعلیق یکی از مدرن ترین تعلیق های موجود است، که اصول ایده ی آن استفاده از یک موتور الکترومغناطیسی خطی (Linear Electromagnetic Motor) و تقویت کننده ی قدرت (Power Amplifier)، به جای مجموعه ی فنر و کمک فنر، در هر چرخ خودرو می باشد.
یکی از بزرگترین مزایای تعلیق الکترومغناطیسی، سرعت عکس العمل این تعلیق در مواجهه با دست اندازها می باشد. بطوریکه پاسخ موتور الکترومغناطیسی خطی به حدی سریع است که برای مقابله با برآمدگی ها و فرورفتگی های سطح جاده کافی می باشد. همچنین این سیستم در دومین وظیفه اش می تواند با سخت کردن تعلیق در سر پیچ ها، از غلتش بدنه جلوگیری کرده، و وظیفه ای مانند بالا و پایین بردن ارتفاع سواری را بطور دینامیکی برعهده داشته باشد.
داخل موتور الکترومغناطیسی خطی، آهن ربا (Magnet) و کویل های سیم پیچی شده ای (Coils Of Wire) وجود دارد، که با ورود جریان الکتریکی به داخل کویل ها، عقب و جلو رفتن موتور، حرکتی بین چرخ و بدنه ی خودرو فراهم می کند.
تقویت کننده ی قدرت در پاسخ به سیگنال های ارسالی از الگوریتم های کنترل، توان الکتریکی را تحویل موتور می دهد. این الگوریتم های ریاضیاتی که در نتیجه ی چندین دهه تحقیقات توسعه یافته اند، با اندازه گیری هایی که توسط سنسورها از اطراف خودرو صورت می گیرد، و با ارسال فرمان به تقویت کننده ی قدرتی که در هر موتور خطی شده، عمل می کنند. بطوریکه ی نتیجه ی استفاده از این الگوریتم های کنترل، فراهم شدن حرکتی نرم، بدون غلتش یا دوران خودرو در حین رانندگی می باشد.
نکته ای که در مورد سیستم هوشمند تقویت کننده ی قدرت وجود دارد، آنست که قابلیت باز تولید را دارا می باشد. برای مثال، زمانی که خودرو با دست اندازی روبرو می گردد، توان الکتریکی برای استفاده در موتور الکترومغناطیسی بکار برده شده، و خودرو در برابر ارتعاش و اغتشاشات ایزوله می شود؛ اما در دست اندازی دورتر، عملکرد موتور مانند ژنراتور شده، و توان الکتریکی را به تقویت کننده باز می گرداند.
در طراحی تعلیق خودرو دو هدف مهم وجود دارد: ۱- راحتی سرنشین ۲- کنترل وسیله ی نقلیه. راحتی بوسیله ی ایزولاسیون سرنشینان خودرو در برابر ارتعاشات و اغتشاشات بوجود آمده در اثر تماس خودرو با سطح جاده حاصل می شود؛ کنترل نیز به وسیله ی مقابله ی بدنه خودرو با غلتش و دوران بیش از حد و همچنین در تماس نگه داشتن تایر با سطح جاده قابل دسترسی می باشد. اما نکته ای که وجود دارد آنست که این اهداف و مشخصه ها گاها مغایر یکدیگر می باشند؛ بطوریکه در یک خودروی سدان لوکس، تعلیق معمولا با تاکید بر راحتی طراحی می شود؛ اما نتیجه ی کار وسیله ای است که در حین رانندگی، دور زدن و ترمز کردن، تمایل به غلتیدن و دوران دارد. از طرف دیگر در خودروهای ورزشی، یعنی جایی که تاکید بر کنترل می باشد، سیستم تعلیق برای کاهش تمایل به غلتیدن و دوران طراحی شده است؛ اما در این حالت نیز راحتی سرنشین قربانی می شود.
در سال ۱۹۸۰ میلادی، دکتر بوس، سرپرست تحقیقی محاسباتی بود، که تعیین می کرد بدون در نظر گرفتن محدودیت های سخت افزاری موجود در سیستم تعلیق، تا چه حدی می توان سیستم تعلیق را بهبود بخشید، و به حد بهینه اش نزدیک کرد. نتایج ۵ سال تحقیقات نشان می داد که امکان بهبود سیستم تعلیق و برداشتن گامی بزرگتر از آنچه اکنون مهیاست، موجود می باشد. بعد از ارزیابی های معمول و متداول و بررسی سیستم های مختلف فنر و دمپر و روش های هیدرولیکی، ایشان به این نتیجه رسیدند که با این روش ها نمی توان به ترکیبی از سرعت، استحکام و بازده دست یافت؛بنابراین همانطور که نتیجه ی مطالعات نشان می داد، تمرکز بر روی روش های الکترومغناطیسی یکی از راهکارهایی بود که می توانست همه ی این خواسته ها را مدنظر قرار دهد.
نیازهای سیستم تعلیق بوس (The Bose Suspension System) در رسیدن به مزایای مهم مورد درخواست، در وجود چهار فاکتور کلیدی خلاصه می شود:
- موتورهای الکترومغناطیس خطی (Linear Electromagnetic Motors)
- تقویت کننده های قدرت (Power Amplifiers)
- الگوریتم های کنترل (Control Algorithms)
- سرعت محاسبه (Computation Speed)
موتور الکترومغناطیس خطی، در هر چرخ خودروی مجهز به سیستم تعلیق بوس (همان سیستم تعلیق الکترومغناطیس خطی) نصب می گردد. درون این موتور، آهن رباها و کویل هایی وجود دارد که به محض تحریک شدن با جریان الکتریکی، حرکت رو به جلو و عقب شان، حرکتی مناسب بین چرخ و بدنه ی خودرو فراهم می کند.
برای این موتور، دو نقطه نصب بسیار ساده طراحی شده است؛ و مجهز به یک کابل برای دریافت توان الکتریکی و اعمال کنترلی نیز باشد.
تقویت کننده های قدرت با قابلیت باز تولید، به توان الکتریکی اجازه ی جریان به موتور الکترومغناطیسی خطی و همچنین اجازه ی برگشت از موتور را می دهند.
این سیستم تعلیق، بوسیله ی یک سری الگوریتم های ریاضیاتی که در طول ۲۴ سال توسعه یافته اند، کنترل می شود. این الگوریتم های کنترلگر، بوسیله ی سنسورهای مشاهده گری که اطراف خودرو را کنترل کرده و سیگنال های فرمان را به تقویت کننده های نصب شده در هر گوشه ی خودرو ارسال می کنند، عملیات مورد نظر سیستم تعلیق را کنترل و اجرا می نمایند.
هدف از بکارگیری این الگوریتم های کنترل، فراهم کردن حرکتی نرم در سطح جاده، بدون غلتش و دوران خودرو در حین رانندگی می باشد.
در خودروهای مجهز به این سیستم تعلیق، در محور جلو از طرح اصلاح شده ی مک فرسون استرات، و در محور عقب خودرو از اتصالات دابل ویشبون، برای اتصال موتور الکترومغناطیس خطی در بین چرخ و بدنه ی خودرو استفاده می گردد؛ همچنین فنرهای پیچشی نیز برای تحمل وزن خودرو بکار گرفته می شوند.
این تعلیق به منظور جلوگیری از جهش های ناخواسته ی تایر در حین رانندگی، مجهز به یک دمپر چرخ (Wheel Damper) در هر چرخ خودرو می باشد. برخلاف دمپرهای مرسوم که ارتعاشات را به اجزای خودرو منتقل کرده، راحتی سرنشین را مختل می کنند، دمپرهای چرخ سیستم تعلیق بوس، بدون هل دادن بدنه ی خودرو، راحتی سرنشین را فراهم می کنند.
اهمیت مراقبت از سیستم تعلیق
موارد بسیاری وجود دارند که بر خودروی در حال حرکت تاثیر گذارند. توزیع وزن، سرعت، شرایط جاده و باد از جمله فاکتورهایی می باشند که حرکت وسیله ی نقلیه در جاده متاثر از آن ها می باشد. با وجود تمام این متغیرها، سیستم تعلیقی که شامل کمک فنرها، استرات ها و فنرهاست، می بایستی در شرایط و وضعیت مناسبی قرار داشته باشد. اجزای فرسوده ی تعلیق، پایداری خودرو و کنترل راننده را کاهش می دهند؛ همچنین ممکن است بر تسریع شدن سایش سایر قطعات تعلیق نیز اثر گذار باشند.
- تعویض کمک فنرها و استرات های فرسوده و بی کیفیت، در حفظ و کنترل مناسب رانندگی، بدلیل فراهم کردن شرایط زیر، کمک فراوانی می کند:
- کنترل حرکت تعلیق و فنر
- فراهم کردن ترمزگیری و شتاب گیری موافق و پایدار
- جلوگیری از سایش زودرس تایر
- کمک به تماس تایر با سطح جاده
- پشتیبانی و حفظ دینامیک زوایای چرخ
- کنترل جهش (Bounce)، غلتیدن (Roll)، تاب خوردن (Sway)، شیرجه زدن (Dive) و چمپاتمه نشستن (Squat) خودرو
- کاهش سایش و فرسایش در سایر سیستم های خودرو
- بالانس کردن تایر و کاهش سایش در اجزای ترمز
- کاهش خستگی راننده
اجزاء و پیکربندی تعلیق، به مرور زمان تغییر کرده و خواهد کرد؛ اما اهداف اساسی از بکارگیری اش همچنان باقی است:
ایجاد تعادل و کنترل باثبات هدایت خودرو، از طریق مشخصه های مناسب فرمان پذیری (Good Handling Characteristics)
افزایش راحتی سرنشین (Maximize Passenger Comfort)
دسترسی به این هدف ها، با وجود تمام متغیرهای موجود در خودروی در حال حرکت، کنترل سواری (Ride Control) نامیده می شود.
منبع: تکنولوژی شاسی خودرو، انتشارات پارتیان، مهندس حسین رمضانی
