Odpružení automobilu - Car suspension

Součástí systému odpružení automobilu je tlumič, náprava, rám a pružina
Část předního odpružení a mechanismu řízení : táhlo, rameno řízení, osa čepu čepu (pomocí kulových čepů ).
Odpružení závodního vozu Van Diemen RF01.

Suspension je systém pneumatik , vzduchu v pneumatikách, pružin , tlumičů a táhel, který spojuje vozidlo s koly a umožňuje relativní pohyb mezi nimi. Systémy odpružení musí podporovat jak jízdní vlastnosti/ ovladatelnost, tak jízdní vlastnosti , které jsou navzájem v rozporu. Vyladění pozastavení zahrnuje nalezení správného kompromisu. Je důležité, aby odpružení udrželo silniční kolo v co největším kontaktu s povrchem vozovky, protože všechny silniční nebo pozemní síly působící na vozidlo tak činí prostřednictvím kontaktních záplat pneumatik . Odpružení také chrání samotné vozidlo a jakýkoli náklad nebo zavazadla před poškozením a opotřebením. Konstrukce předního a zadního zavěšení automobilu se může lišit.

Dějiny

Americký kočár představující odpružení průvlaku - všimněte si černých popruhů, které se táhnou po boku podvozku

Raná forma zavěšení na vozech tažených býky měla plošinu houpající se na železných řetězech připevněnou k rámu kola vozíku. Tento systém zůstal základem pro většinu závěsných systémů až do přelomu 19. století, přestože železné řetězy byly 17. stoletím nahrazeny použitím kožených řemínků zvaných důkladná. Žádný moderní automobil nepoužil systém odpružení.

Přibližně v roce 1750 se na určitých typech přeprav, jako je Landau, začaly objevovat listové pružiny .

V polovině 19. století by se eliptické pružiny mohly navíc začít používat na vozech.

Moderní odpružení

Přední zavěšení komponenty Ford model T .

Automobily byly původně vyvinuty jako verze koňských vozidel s vlastním pohonem. Konská vozidla však byla navržena pro relativně nízké rychlosti a jejich zavěšení nebylo vhodné pro vyšší rychlosti povolené spalovacím motorem.

První funkční pružinové zavěšení vyžadovalo pokročilé metalurgické znalosti a dovednosti a bylo možné až s příchodem industrializace . Obadiah Elliott zaregistroval první patent na vozidlo s pružinovým odpružením; každé kolo mělo na každé straně dvě trvanlivé ocelové listové pružiny a tělo vozíku bylo připevněno přímo k pružinám, které byly připevněny k nápravám . Během deseti let byla většina britských koňských povozů vybavena pružinami; dřevěné pružiny v případě lehkých jednokoňových vozidel, aby se zabránilo zdanění , a ocelové pružiny ve větších vozidlech. Ty byly často vyrobeny z nízkouhlíkové oceli a obvykle měly podobu vícevrstvých listových pružin.

Listové prameny tu byly od raných Egypťanů . Starověcí vojenští inženýři používali listové pružiny ve formě luků k pohonu svých obléhacích motorů , zpočátku s malým úspěchem. Použití listových pružin v katapultech bylo později zdokonaleno a po letech zprovozněno. Pružiny nebyly jen kovové; robustní větev stromu mohla být použita jako pružina, například s úklonou. Koňské povozy a Ford Model T tento systém používaly a dodnes se používá ve větších vozidlech, uložených hlavně v zadním odpružení.

Listové pružiny byly prvním moderním systémem odpružení a spolu s pokroky ve výstavbě silnic předznamenaly jediné největší zlepšení v silniční dopravě až do příchodu automobilu . Britské ocelové pružiny nebyly příliš vhodné pro použití na tehdejších amerických drsných silnicích, takže společnost Abbot-Downing Company of Concord, New Hampshire znovu zavedla odpružení koženého řemene, které místo škubání dávalo kyvný pohyb- a dolů odpružení.

Henri Fournier na svém unikátně utlumeném závodním stroji „Mors Machine“, fotografie z roku 1902

V roce 1901 Mors of Paris poprvé vybavil automobil tlumiči nárazů . S výhodou systému tlumeného odpružení na svém stroji „Mors Machine“ vyhrál Henri Fournier 20. června 1901 prestižní závod Paříž-Berlín. Fournierův vynikající čas byl 11 hodin 46 minut 10 sekund, zatímco nejlepším konkurentem byla Léonce Girardotová v Panhard s časem 12 hodin, 15 minut a 40 sekund.

Vinuté pružiny se poprvé objevily na sériovém vozidle v roce 1906 v Brush Runabout od Brush Motor Company. Dnes se ve většině automobilů používají vinuté pružiny.

V roce 1920 společnost Leyland Motors použila torzní tyče v závěsném systému.

V roce 1922 bylo na Lancii Lambda propagováno nezávislé přední zavěšení a od roku 1932 se stalo běžnějším v automobilech pro masový trh. Dnes má většina vozů nezávislé zavěšení na všech čtyřech kolech.

V roce 2002 vynalezl Malcolm C. Smith novou komponentu pasivního odpružení, inerter . To má schopnost zvýšit efektivní setrvačnost zavěšení kol pomocí ozubeného setrvačníku, ale bez přidání významné hmotnosti. Původně byl ve formuli 1 používán v utajení, ale od té doby se rozšířil do širšího motoristického sportu.

Rozdíl mezi zadním a předním odpružením

Jakékoli vozidlo s pohonem všech kol (4WD/AWD) potřebuje zavěšení předních i zadních kol, ale u vozidel s pohonem dvou kol může existovat zcela odlišná konfigurace. Pro pohon předních kol vozidla , zadní odpružení má několik omezení, a paleta svazku náprav a nezávislých suspenze jsou používány. U vozů s pohonem zadních kol má zadní odpružení mnoho omezení a vývoj nadřazeného, ​​ale dražšího nezávislého uspořádání odpružení byl obtížný. Pohon všech čtyř kol má často zavěšení, která jsou podobná jak pro přední, tak pro zadní kola.

Dějiny

Henry Ford je model T používá torzní tyč pro zachycení této síly, protože jeho rozdíl byl připojen k podvozku prostřednictvím boční listovou pružinou a dvěma úzkými tyče. Točivá momentová trubka obklopila skutečný hnací hřídel a vyvinula sílu na svůj kulový kloub v extrémní zadní části převodovky, která byla připevněna k motoru. Podobný způsob jako je tento byl použit v pozdních 1930 Buick a Hudson je vana automobilu v roce 1948, který používal spirálové pružiny, která nemohla dopředu a dozadu tah.

Pohon Hotchkiss , vynalezený Albertem Hotchkissem, byl nejpopulárnějším systémem zadního odpružení používaným v amerických automobilech od 30. do 70. let minulého století. Systém využívá podélné listové pružiny připevněné jak před, tak za diferenciálem živé nápravy . Tyto pružiny přenášejí točivý moment na rám. Ačkoli byl opovrhován mnoha evropskými výrobci automobilů té doby, byl přijat americkými výrobci automobilů, protože jeho výroba byla levná . Také dynamické vady této konstrukce byly potlačeny obrovskou hmotností amerických osobních vozidel před zavedením standardu CAFE ( Corporate Average Fuel Economy ).

Další Francouz vynalezl trubku De Dion , které se někdy říká „polo nezávislá“. Jako skutečné nezávislé zadní zavěšení využívá dva univerzální klouby nebo jejich ekvivalent od středu diferenciálu ke každému kolu. Kola ale nemohou zcela stoupat a klesat nezávisle na sobě; jsou svázáni třmenem, který obchází diferenciál, pod ním a za ním. Tato metoda má ve Spojených státech jen málo využití . Jeho použití kolem roku 1900 bylo pravděpodobně způsobeno špatnou kvalitou pneumatik, které se rychle opotřebovaly. Odstraněním velké části neodpružené hmotnosti , jak to dělají nezávislá zadní odpružení, se prodloužila jejich životnost.

Vozidla s pohonem zadních kol dnes často používají poměrně složité, zcela nezávislé, víceprvkové zavěšení, které bezpečně lokalizuje zadní kola a přitom poskytuje slušnou kvalitu jízdy .

Ceny pružin, kol a válců

Jarní sazba

Rychlost pružiny (nebo míra odpružení) je součástí nastavení světlé výšky vozidla nebo jeho umístění v zdvihu odpružení. Když je pružina stlačena nebo natažena, síla, kterou působí, je úměrná její změně délky. Rychlost pružiny nebo pružinová konstanta pružiny je změna síly, kterou vyvíjí, vydělená změnou výchylky pružiny. Vozidla, která přepravují těžká břemena, budou mít často těžší pružiny, aby kompenzovaly dodatečnou hmotnost, která by jinak zhroutila vozidlo na konec jeho zdvihu (zdvih). Těžší pružiny se používají také ve výkonnostních aplikacích, kde jsou výraznější podmínky zatížení.

Pružiny, které jsou příliš tvrdé nebo příliš měkké, způsobují, že odpružení je neúčinné - většinou proto, že nedokážou správně izolovat vozidlo od vozovky. Vozidla, která běžně zažívají zatížení odpružení těžší než obvykle, mají těžké nebo tvrdé pružiny, přičemž rychlost pružiny se blíží horní hranici hmotnosti daného vozidla. To umožňuje vozidlu správně fungovat při velkém zatížení, když je ovládání omezeno setrvačností nákladu. Jízda v prázdném kamionu určeném k přepravě nákladů může být pro cestující nepohodlná, protože je vzhledem k hmotnosti vozidla vysoká pružina. Závodní auto by také mohlo být popsáno jako těžké pružiny a také by bylo nepříjemně hrbolaté. I když říkáme, že oba mají těžké pružiny, skutečné sazby pružiny u závodního vozu 2 000 liber (910 kg) a nákladního vozu 10 000 liber (4500 kg) se velmi liší. Luxusní auto, taxi nebo osobní autobus by byly pro pohodlí cestujících nebo řidiče popsány jako měkké pružiny. Vozidla s opotřebovanými nebo poškozenými pružinami jezdí níže k zemi, což snižuje celkové množství stlačeného vzduchu, které má zavěšení k dispozici, a zvyšuje objem opření těla. Výkonná vozidla mohou mít někdy jiné požadavky na pružinu než hmotnost a zatížení vozidla.

Kolo sazba

Rychlost kola je efektivní rychlost pružiny měřená na kole, na rozdíl od jednoduchého měření rychlosti pružiny samotné.

Rychlost kola je obvykle stejná nebo výrazně nižší než rychlost pružiny. Pružiny jsou obvykle namontovány na ovládací ramena, kyvná ramena nebo nějaký jiný otočný závěsný prvek. Vezměme si výše uvedený příklad, kde byla rychlost pružiny vypočítána na 500 lbs/palec (87,5 N/mm), pokud by se mělo pohnout kolem kola o 2,5 cm (bez pohybu auta), pružina se více než pravděpodobně stlačí menší částku. Pokud by se pružina pohybovala o 19 mm, byl by poměr ramene páky 0,75: 1. Rychlost kola se vypočítá tak, že se vezme druhá mocnina poměru (0,5625) krát pružiny, čímž se získá 49,25 N/mm (281,25 lbs/palec). Vyrovnávací poměr je, protože poměr má dva účinky na rychlost kola: poměr platí jak pro sílu, tak pro ujetou vzdálenost.

Rychlost kol u nezávislého odpružení je poměrně jednoduchá. Zvláštní pozornost je však třeba věnovat některým nezávislým konstrukcím zavěšení. Vezměte si případ přímé nápravy. Při pohledu zepředu nebo zezadu lze rychlost kola měřit výše uvedenými prostředky. Přesto, protože kola nejsou nezávislá, při pohledu ze strany při zrychlování nebo brzdění je bod otáčení v nekonečnu (protože se obě kola posunula) a pružina je přímo v linii s kontaktní plochou kola. Výsledkem je často, že efektivní rychlost kola v zatáčkách se liší od rychlosti při zrychlování a brzdění. Tuto změnu rychlosti kola lze minimalizovat umístěním pružiny co nejblíže kolu.

Sazby kol jsou obvykle sečteny a porovnány s odpruženou hmotou vozidla, aby se vytvořila „jízdní rychlost“ a odpovídající přirozená frekvence odpružení za jízdy (označovaná také jako „zvedání“). To může být užitečné při vytváření metriky pro tuhost odpružení a požadavky na pojezd vozidla.

Roll rate

Rychlost náklonu je analogická rychlosti jízdy vozidla, ale u akcí, které zahrnují příčné zrychlení, což způsobí odvalování odpružené hmoty vozidla. Je vyjádřen jako točivý moment na stupeň odpružení odpružené hmoty vozidla. Je ovlivněn faktory, mezi které patří mimo jiné odpružená hmotnost vozidla, šířka rozchodu, výška těžiště, pružiny a tlumiče, výšky předního a zadního převrácení, tuhost stabilizátoru a tlak/konstrukce pneumatiky. Rychlost náklonu vozidla se může a obvykle liší zepředu dozadu, což umožňuje tuningovou schopnost vozidla pro přechodné a ustálené ovládání. Rychlost náklonu vozidla nemění celkový objem přenosu hmotnosti na vozidlo, ale posouvá rychlost a procento hmotnosti přenesené na konkrétní nápravě na jinou nápravu prostřednictvím podvozku vozidla. Obecně platí, že čím vyšší je rychlost náklonu na nápravu vozidla, tím rychlejší a vyšší procento je přenos hmotnosti na tuto nápravu .

Do roku 2021 některá vozidla nabízela dynamické ovládání náklonu s nastavitelným vzduchovým odpružením podle výšky jízdy a adaptivními tlumiči.

Hodit pár procent

Procento párů rolí je zjednodušená metoda popisu rozložení bočního přenosu zatížení zepředu dozadu a následně manipulace s vyvážením. Je to efektivní rychlost kola v náklonu každé nápravy vozidla jako poměr celkové rychlosti valení vozidla. Běžně se nastavuje pomocí ochranných rámů proti převrácení , ale lze jej také změnit použitím různých pružin.

Přenos hmotnosti

Přenos hmotnosti v zatáčkách, zrychlení nebo brzdění se obvykle vypočítává na jednotlivá kola a porovnává se se statickými hmotnostmi stejných kol.

Celkové množství přenosu hmotnosti ovlivňují pouze čtyři faktory: vzdálenost mezi středy kol (rozvor v případě brzdění nebo šířka rozchodu v zatáčkách), výška těžiště, hmotnost vozidla, a množství zažitého zrychlení.

Rychlost, jakou dochází k přenosu hmotnosti, a také prostřednictvím kterých složek přenáší, je složitá a je dána mnoha faktory; včetně, ale bez omezení na: výšky středu valení, rychlosti pružin a tlumičů, tuhosti stabilizátoru a kinematického designu závěsných ramen.

Ve většině konvenčních aplikací, kdy je hmotnost přenášena prostřednictvím záměrně vyhovujících prvků, jako jsou pružiny, tlumiče a stabilizátory, se říká, že přenos hmotnosti je „elastický“, zatímco hmotnost, která je přenášena přes tuhší závěsné články, jako je jako A-paže a prsty odkazy, je řekl, aby byl “geometrický”.

Neodpružený přenos hmotnosti

Přenos neodpružené hmotnosti se vypočítá na základě hmotnosti součástí vozidla, které nejsou podepřeny pružinami. To zahrnuje pneumatiky, kola, brzdy, vřetena, poloviční hmotnost ovládacího ramene a další komponenty. Tyto součásti se pak (pro účely výpočtu) předpokládají, že jsou připojeny k vozidlu s nulovou odpruženou hmotností. Poté jsou vystaveny stejným dynamickým zatížením.

Přenos hmotnosti při zatáčení vpředu by se rovnal celkové neodpružené přední hmotnosti krát G-síla krát přední neodpružené výšce těžiště děleno šířkou přední stopy. Totéž platí pro zadní část.

Odpružený přenos hmotnosti

Odpružený přenos hmotnosti je hmotnost přenesená pouze hmotností vozidla spočívajícího na jeho pružinách, a nikoli celkovou hmotností vozidla. Výpočet vyžaduje znalost odpružené hmotnosti vozidla (celková hmotnost snížená o neodpruženou hmotnost), výšek předního a zadního výkyvu a výšky odpruženého těžiště (používá se k výpočtu délky ramene krouticího momentu). Výpočet přenosu hmotnosti odpruženého předního a zadního kola bude také vyžadovat znát procento převrácení.

Osa náklonu je čára procházející středy předních a zadních válců, kterou se vozidlo otáčí v zatáčkách. Vzdálenost od této osy k výšce odpruženého těžiště je délkou ramene krouticího momentu. Celkový přenos odpružené hmotnosti se rovná síle G krát odpružená hmotnost krát doba ramene krouticího momentu děleno efektivní šířkou stopy. Přední odpružený přenos hmotnosti se vypočítá vynásobením procentuálního podílu rolí k celkovému přenosu odpružené hmotnosti. Zadní část je celková minus přední převodovka.

Zvedací síly

Síly při zvedání jsou součtem složek svislé síly, které zažívají závěsné články. Výsledná síla působí tak, že odpruženou hmotu zvedne, je -li střed převrácení nad zemí, nebo ji stlačí, je -li pod zemí. Obecně platí, že čím vyšší je střed náklonu , tím větší je síla zvedání.

Další vlastnosti

Cestovat

Pojezd je míra vzdálenosti od spodní části zdvihu odpružení (například když je vozidlo na zvedáku a kolo volně visí) k horní části zdvihu odpružení (například když kolo vozidla již nemůže cestovat v směrem nahoru k vozidlu). Sesunutí nebo zvednutí kola může způsobit vážné problémy s ovládáním nebo přímo způsobit poškození. „Spuštění“ může být způsobeno nedostatkem prostoru v podvozku, pneumatikách, náraznících atd. Nebo nárazem karoserie nebo jiných součástí automobilu na vozovku. Problémy s ovládáním způsobené zvedáním kola jsou méně závažné, pokud se kolo zvedne, když pružina dosáhne svého nezatíženého tvaru, než jsou, pokud je dráha omezena kontaktem závěsných prvků (viz Triumph TR3B .)

Mnoho terénních vozidel , jako jsou pouštní závodníci, používá popruhy nazývané „omezující popruhy“ k omezení pohybu podvozku směrem dolů do bodu v bezpečných mezích pro spojky a tlumiče. To je nezbytné, protože tyto kamiony jsou určeny k jízdě velmi drsným terénem při vysokých rychlostech a dokonce se občas mohou dostat do vzduchu. Bez něčeho, co by omezovalo dráhu, by závěsná pouzdra vzala veškerou sílu, když odpružení dosáhne „plného poklesu“, a může dokonce způsobit, že vinuté pružiny vyjdou ze svých „kbelíků“, pokud jsou drženy pouze kompresními silami . Omezující popruh je jednoduchý popruh, často z nylonu o předem stanovené délce, který zastaví pohyb směrem dolů v předem nastaveném bodě před dosažením teoretického maximálního zdvihu. Opakem toho je „nárazový doraz“, který chrání odpružení a vozidlo (stejně jako cestující) před násilným „spuštěním“ zavěšení, způsobeným, když překážka (nebo tvrdé přistání) způsobí odpružení z pohybu nahoru, aniž by plně absorboval energii zdvihu. Bez nárazových zarážek vozidlo, které „vystoupí“, zažije velmi tvrdý šok, když se zavěšení dotkne spodní části rámu nebo karoserie, které se přenese na cestující a každý konektor a svar na vozidle. Tovární vozidla často přicházejí s obyčejnými gumovými „výstřižky“, které absorbují nejhorší síly a izolují otřesy. Pouštní závodní vozidlo, které musí běžně absorbovat mnohem vyšší nárazové síly, může být vybaveno pneumatickými nebo hydro-pneumatickými dorazy. Jedná se v podstatě o miniaturní tlumiče (tlumiče), které jsou připevněny k vozidlu v takovém místě, že se zavěšení dotkne konce pístu, když se přiblíží k limitu zdvihu. Ty pohlcují náraz mnohem účinněji, než bude nezbytný pevný gumový nárazový doraz, protože gumový nárazový doraz je považován za nouzový izolátor „posledního příkopu“ pro příležitostné náhodné spuštění zavěšení; je zcela nedostatečné absorbovat opakovaná a těžká dna, jako jsou vysokorychlostní terénní vozidla.

Tlumení

Tlumení je řízení pohybu nebo oscilace, jak je vidět na použití hydraulických bran a ventilů v tlumiči nárazů vozidla. To se může také lišit, záměrně nebo neúmyslně. Stejně jako rychlost pružiny může být optimální tlumení pro pohodlí menší než pro ovládání.

Tlumení ovládá rychlost jízdy a odpor odpružení vozidla. Netlumené auto bude oscilovat nahoru a dolů. Při správných úrovních tlumení se vůz v minimálním čase vrátí do normálního stavu. Většinu tlumení v moderních vozidlech lze ovládat zvýšením nebo snížením odporu proti proudění kapaliny v tlumiči.

Ovládání odklonu

Viz závislé a nezávislé níže. Klenutí změny v důsledku kola cestování, naklánění a vychylování v podmíněném systému nebo plnění. Obecně se pneumatika opotřebovává a brzdí nejlépe při -1 až -2 ° odklonu od vertikály. V závislosti na pneumatice a povrchu vozovky může držet silnici nejlépe v trochu jiném úhlu. Malé změny odklonu, přední a zadní, lze použít k vyladění ovládání. Některá závodní auta jsou laděna s odklonem -2 až -7 °, v závislosti na požadovaném typu ovládání a konstrukci pneumatik. Příliš mnoho odklonu často povede ke snížení brzdného účinku v důsledku zmenšení velikosti kontaktní plochy v důsledku nadměrných změn odklonu v geometrii odpružení. Velikost změny odklonu při nárazu je dána délkou geometrie zavěšení předního kyvného ramene (FVSA) nebo jinými slovy tendencí pneumatiky k prohnutí dovnitř, když je stlačena při nárazu.

Výška středu role

Výška středu náklonu je výsledkem okamžitých výšek odpružení a je užitečnou metrikou při analýze účinků přenosu hmotnosti, převrácení karoserie a rozdělení tuhosti mezi předními a zadními válci. Tradičně je rozdělení tuhosti valení upraveno spíše upravením příčných tyčí než výškou středu válce (protože oba mají podobný účinek na odpruženou hmotu), ale výška středu role je významná, když vezmeme v úvahu množství sil na zvedání.

Okamžité centrum

Vzhledem k tomu, že pohyb kola a pneumatiky je omezen závěsnými články vozidla, pohyb balíku kol v pohledu zepředu zapíše pomyslný oblouk v prostoru s „okamžitým středem“ rotace v daném bodě podél jeho dráhy . Okamžitý střed pro jakýkoli balíček kol lze nalézt sledováním imaginárních čar nakreslených závěsnými články k jejich průsečíku.

Součást vektoru síly pneumatiky směřuje od kontaktní plochy pneumatiky přes okamžitý střed. Čím větší je tato součást, tím menší bude pohyb zavěšení. Teoreticky, pokud výslednice svislého zatížení pneumatiky a boční síly, kterou generuje, ukazuje přímo do okamžitého středu, závěsné články se nepohybují. V tomto případě bude veškerý přenos hmotnosti na tomto konci vozidla geometrický. Toto jsou klíčové informace, které se používají také při hledání středu role založeného na síle.

V tomto ohledu jsou okamžitá středy pro ovládání vozidla důležitější než samotný kinematický válec, protože poměr přenosu hmotnosti mezi geometrií a pružností je určen silami v pneumatikách a jejich směry ve vztahu k pozice příslušných okamžitých center.

Proti ponoru a proti dřepu

Anti-dive a anti-squat jsou procenta, která udávají, do jaké míry se přední při brzdění ponoří a zadní při zrychlení. Mohou být považovány za protějšky pro brzdění a zrychlování, protože síly při zvedání jsou v zatáčkách. Hlavním důvodem rozdílu jsou různé konstrukční cíle mezi předním a zadním zavěšením, zatímco odpružení je obvykle symetrické mezi levou a pravou stranou vozidla.

Metoda stanovení proti ponoru nebo proti dřepu závisí na tom, zda závěsy závěsu reagují na točivý moment při brzdění a zrychlování. Například u vnitřních brzd a zadních kol poháněných polovičním hřídelem závěsy nereagují, ale u přívěsných brzd a hnacího ústrojí s kyvnou nápravou ano.

Chcete-li určit procento brzdného pedálu proti potápění u přívěsných brzd, je nejprve nutné určit tangens úhlu mezi čárou nakreslenou v bočním pohledu skrz náplast přední pneumatiky a okamžitým středem předního odpružení a horizontální . Kromě toho musí být znát procento brzdné síly na předních kolech. Poté vynásobte tangens procentem brzdné síly předního kola a vydělte poměrem výšky těžiště k rozvoru. Hodnota 50% by znamenala, že polovina přenosu hmotnosti na přední kola; při brzdění se přenáší prostřednictvím závěsu předního zavěšení a polovina je přenášena pružinami předního zavěšení.

U vnitřních brzd se postupuje stejným způsobem, ale místo středu kontaktních ploch se používá střed kola.

Anti-squat pro dopředné zrychlení se vypočítává podobným způsobem a se stejným vztahem mezi procenty a přenosem hmotnosti. Hodnoty proti dřepu 100% a více se běžně používají v drag racing, ale hodnoty 50% a méně jsou běžnější u automobilů, které musí projít prudkým brzděním. Vyšší hodnoty anti-squatu běžně způsobují poskakování kol při brzdění. Je důležité si uvědomit, že hodnota 100% znamená, že veškerý přenos hmotnosti se provádí prostřednictvím závěsného závěsu. To však neznamená, že odpružení není schopno nést další zatížení (aerodynamické, v zatáčkách atd.) Během epizody brzdění nebo zrychlování vpřed. Jinými slovy, žádné „vázání“ pozastavení nesmí být implikováno.

Flexibilita a vibrační režimy závěsných prvků

U některých moderních automobilů je flexibilita hlavně v gumových pouzdrech , která časem podléhají rozkladu. Pro vysoce namáhaná odpružení, jako jsou terénní vozidla, jsou k dispozici polyuretanová pouzdra, která nabízejí delší životnost při větším namáhání. Kvůli úvahám o hmotnosti a nákladech však nejsou konstrukce pevnější, než je nutné. Některá vozidla vykazují škodlivé vibrace zahrnující ohýbání konstrukčních částí, například při zrychlování při prudkém zatáčení. Flexibilita struktur, jako jsou rámy a závěsné články, může také přispět k pružení, zejména k tlumení vysokofrekvenčních vibrací. Flexibilita drátěných kol přispěla k jejich popularitě v dobách, kdy auta měla méně pokročilé zavěšení.

Vyrovnávání zátěže

Automobily mohou být těžce naloženy zavazadly, cestujícími a přívěsy. Toto zatížení způsobí, že ocas vozidla klesne dolů. Udržování stabilní úrovně podvozku je zásadní pro dosažení správné ovladatelnosti, pro kterou bylo vozidlo navrženo. Protijedoucí řidiče lze oslepit paprskem světlometů. Samonivelační odpružení tomu čelí nafouknutím válců v odpružení, aby se podvozek zvedl výše.

Izolace od vysokofrekvenčního šoku

Pro většinu účelů není hmotnost součástí odpružení důležitá. Ale při vysokých frekvencích způsobených drsností povrchu vozovky fungují části izolované gumovými pouzdry jako vícestupňový filtr, který potlačuje hluk a vibrace lépe, než lze dosáhnout pouze u pneumatik a pružin. (Pružiny pracují hlavně ve svislém směru.)

Příspěvek k neodpružené hmotnosti a celkové hmotnosti

Ty jsou obvykle malé, kromě toho, že odpružení souvisí s tím, zda jsou brzdy a diferenciály odpruženy.

To je hlavní funkční výhoda hliníkových kol oproti ocelovým. Ve výrobních automobilech byly použity hliníkové díly odpružení a v závodních vozech jsou běžné díly zavěšení z uhlíkových vláken.

Prostor obsazen

Návrhy se liší v tom, kolik místa zabírají a kde se nachází. Obecně se uznává, že vzpěry MacPherson jsou nejkompaktnějším uspořádáním pro vozidla s motorem vpředu, kde je k umístění motoru nutný prostor mezi koly.

Vestavěným brzdám (které snižují neodpruženou hmotnost) se pravděpodobně více vyhýbáme prostorovým úvahám než nákladům.

Rozložení sil

Uchycení zavěšení musí odpovídat konstrukci rámu z hlediska geometrie, pevnosti a tuhosti.

Odpor vzduchu (odpor)

Některá moderní vozidla mají výškově nastavitelné odpružení za účelem zlepšení aerodynamiky a úspory paliva. Moderní formule auta, která mají odhalená kola a odpružení, obvykle používají pro svá ramena zavěšení spíše aerodynamické trubky než jednoduché kulaté trubky ke snížení aerodynamického odporu . Typické je také použití vahadel, tlačných tyčí nebo závěsů typu táhlo, které mimo jiné umístí pružinovou/tlumicí jednotku dovnitř a ven z proudu vzduchu, aby se dále snížil odpor vzduchu.

Náklady

Výrobní metody se zlepšují, ale vždy hraje roli cena. Pokračující používání pevné zadní nápravy s neodpruženým diferenciálem, zejména u těžkých vozidel, se zdá být nejzjevnějším příkladem.

Pružiny a tlumiče

Většina konvenčních zavěšení používá pasivní pružiny k tlumení nárazů a tlumiče (nebo tlumiče) k ovládání pohybů pružin.

Některé pozoruhodné výjimky jsou hydropneumatické systémy, které lze považovat za integrovanou jednotku plynových pružin a tlumicích komponent, používanou francouzským výrobcem Citroën ; a hydrolastické , hydragasové a gumové kuželové systémy používané společností British Motor Corporation , zejména na Mini . Byla použita řada různých typů každého z nich:

Pasivní pozastavení

Tradiční pružiny a tlumiče se označují jako pasivní odpružení - většina vozidel je tímto způsobem odpružena.

Pružiny

Pneumatická pružina na návěsu

Většina pozemních vozidel je odpružena ocelovými pružinami těchto typů:

Výrobci automobilů si uvědomují inherentní omezení ocelových pružin - že tyto pružiny mají tendenci vytvářet nežádoucí kmity a výrobci automobilů vyvinuli jiné typy závěsných materiálů a mechanismů ve snaze zlepšit výkon:

Tlumiče nebo tlumiče

Tlumiče tlumí (jinak jednoduché harmonické) pohyby vozidla nahoru a dolů na jeho pružinách. Musí také tlumit velkou část odskoku kola, když neodpružená hmotnost kola, náboje, nápravy a někdy brzdí a diferenciál se odráží nahoru a dolů na pružnost pneumatiky.

Poloaktivní a aktivní suspenze

Pokud je odpružení ovládáno externě, pak se jedná o poloaktivní nebo aktivní odpružení-odpružení reaguje na signály z elektronického ovladače.

Například hydropneumatický Citroën „bude vědět“, jak daleko má auto stát, a neustále se resetuje, aby dosáhl této úrovně, bez ohledu na zatížení. Tento typ odpružení však nebude okamžitě kompenzovat naklánění karoserie v důsledku zatáčení. Systém Citroën zvyšuje náklady na auto oproti pasivním ocelovým pružinám.

Mezi poloaktivní suspenze patří zařízení, jako jsou vzduchové pružiny a přepínatelné tlumiče nárazů, různá samonivelační řešení a také systémy, jako jsou hydropneumatické , hydrolastické a hydragasové suspenze.

Toyota představila přepínatelné tlumiče v roce 1983 Soarer. Společnost Delphi v současné době prodává tlumiče naplněné magneto-reologickou kapalinou , jejíž viskozitu lze měnit elektromagneticky-čímž poskytuje variabilní ovládání bez přepínání ventilů, což je rychlejší a tím účinnější.

Plně aktivní systémy odpružení využívají elektronické monitorování stavu vozidla ve spojení s prostředky ke změně chování odpružení vozidla v reálném čase k přímému řízení pohybu vozu.

Lotus Cars vyvinul od roku 1982 několik prototypů a představil je Formuli 1 , kde byly poměrně účinné, ale nyní byly zakázány.

Společnost Nissan představila aktivní zavěšení s nízkou šířkou pásma kolem roku 1990 jako možnost, která přidala dalších 20% k ceně luxusních modelů. Citroën také vyvinul několik modelů aktivního odpružení (viz hydractive ). Plně aktivní systém od společnosti Bose Corporation , oznámený v roce 2009, používá namísto hydraulických nebo pneumatických pohonů lineární elektromotory, které se až donedávna obecně používaly. Mercedes představil v roce 1999 ve své špičkové třídě Mercedes-Benz CL aktivní systém odpružení zvaný Active Body Control .

Pro vozidla bylo také vyvinuto několik elektromagnetických závěsů . Příklady zahrnují elektromagnetické zavěšení Bose a elektromagnetické zavěšení vyvinuté prof. Laurentiu Encica. Podobné je také nové kolo Michelin s integrovaným odpružením fungující na elektromotoru.

S pomocí řídicího systému realizují různé poloaktivní/aktivní odpružení vylepšený konstrukční kompromis mezi různými vibračními režimy vozidla; jmenovitě: bounce, roll, pitch a warp režimy. Aplikace těchto pokročilých suspenzí jsou však omezeny náklady, balením, hmotností, spolehlivostí a/nebo jinými výzvami.

Propojená pozastavení

Propojené odpružení, na rozdíl od poloaktivních/aktivních závěsů, mohlo snadno pasivně odpojit různé režimy vibrací vozidla. Propojení lze realizovat různými způsoby, například mechanickými, hydraulickými a pneumatickými. Stabilizátory jsou jedním z typických příkladů mechanického propojení, i když bylo uvedeno, že fluidní propojení nabízí větší potenciál a flexibilitu při zlepšování vlastností tuhosti i tlumení.

S ohledem na značný komerční potenciál hydro-pneumatické technologie (Corolla, 1996) byly v některých nedávných studiích prozkoumány také propojené hydropneumatické závěsy a byly prokázány jejich potenciální výhody při zlepšování jízdy a ovladatelnosti vozidla. Řídicí systém lze také použít k dalšímu zlepšení výkonu propojených závěsů. Kromě akademického výzkumu měla australská společnost Kinetic určitý úspěch s různými pasivními nebo poloaktivními systémy ( WRC : tři mistrovství; Rallye Dakar : dvě mistrovství; Lexus GX470 2004 jako 4 × 4 roku s KDSS; 2005 PACE cena). Tyto systémy od společnosti Kinetic obecně oddělují nejméně dva režimy vozidla (náklon, deformace (artikulace), rozteč a/nebo zdvih (odraz)), aby současně řídily tuhost a tlumení každého režimu pomocí propojených tlumičů a dalších metod. V roce 1999 Kinetic koupila společnost Tenneco. Pozdější vývoj katalánské společnosti Creuat vymyslel jednodušší konstrukci systému založenou na jednočinných válcích. Po několika soutěžních projektech je Creuat aktivní v poskytování retrofitních systémů pro některé modely vozidel.

Historicky prvním sériově vyráběným automobilem s mechanicky propojeným předním odpružením byl Citroën 2CV z roku 1948 . Odpružení u 2CV bylo extrémně měkké - podélný článek dělal rozteč měkčí, místo aby byl válec tužší. Aby to kompenzoval, spoléhal na extrémní geometrii proti ponoru a proti dřepu. To mělo za následek měkčí tuhost křížení náprav, kterou by jinak stabilizační tyče jinak ohrozily. Přední rameno / výkyvné rameno výkyvné rameno , závěsný systém spojený dopředu a dozadu, spolu s integrovanými předními brzdami, měly mnohem menší neodpruženou hmotnost než stávající konstrukce vinuté pružiny nebo listu. Propojení přenášelo část síly vychylující přední kolo nahoru přes náraz, aby zatlačilo zadní kolo dolů na stejnou stranu. Když o chvíli později narazilo zadní kolo na ten náraz, udělalo to samé při couvání a udrželo auto v rovině zepředu dozadu. 2CV měl konstrukční instruktáž, aby mohl být řízen rychlostí přes zorané pole, například farmář přepravující slepičí vejce. Původně představoval tlumiče tření a vyladěné tlumiče hmotnosti . Pozdější modely měly vyladěné masové tlumiče vpředu s teleskopickými tlumiči/tlumiči vpředu i vzadu.

British Motor Corporation byla také jedním z prvních uživatelů propojeného odpružení. Systém nazvaný Hydrolastic byl představen v roce 1962 na Morris 1100 a pokračoval být používán na různých modelech BMC. Hydrolastic vyvinul závěsný inženýr Alex Moulton a jako pružící médium použil gumové kužely (ty byly poprvé použity u Mini 1959 ) se závěsnými jednotkami na každé straně navzájem propojenými trubkou naplněnou tekutinou. Tekutina přenášela sílu silničních nerovností z jednoho kola na druhé (na stejném principu jako výše popsaný mechanický systém Citroën 2CV), a protože každá závěsná jednotka obsahovala ventily omezující tok tekutiny, sloužila také jako tlumič nárazů. Moulton pokračoval ve vývoji náhrady za Hydrolastic za nástupce BMC British Leyland . Tento systém, licenčně vyráběný společností Dunlop v Coventry, nazvaný Hydragas , fungoval na stejném principu, ale místo gumových pružinových jednotek používal kovové koule vnitřně dělené gumovou membránou. Horní polovina obsahovala stlačený plyn a spodní polovina stejné kapaliny, jaká byla použita v systému Hydrolastic . Tekutinou přenášené síly zavěšení mezi jednotkami na každé straně, zatímco plyn působil jako pružící médium přes membránu. Toto je stejný princip jako hydropneumatický systém Citroën a poskytuje podobnou jízdní kvalitu , ale je soběstačný a nevyžaduje hydraulické čerpadlo poháněné motorem. Temnější stránkou je, že Hydragas není, na rozdíl od systému Citroën, výškově nastavitelný ani samonivelační. Hydragas byl představen v roce 1973 na Austinu Allegro a byl použit na několika modelech; poslední vůz, který jej používal, byl MG F v roce 2002. Systém byl z důvodu nákladů ke konci životnosti vozidla změněn ve prospěch vinutých pružin nad tlumiči. Když byla v roce 2006 vyřazena z provozu, výrobní linka Hydragas měla více než 40 let.

Některé z posledních poválečných modelů Packard také obsahovaly propojené zavěšení.

Typy

Běžné typy pozorované zezadu; v pořádku:
  • Živá náprava s Wattovým článkem
  • Posuvný sloupek
  • Otočná náprava
  • Dvojité lichoběžníkové zavěšení
  • MacPherson
Tento diagram není vyčerpávající; zejména vylučuje prvky, jako jsou odkazy vlečených ramen a ty, které jsou flexibilní.

Závěsné systémy lze obecně rozdělit do dvou podskupin: závislé a nezávislé. Tyto termíny označují schopnost opačných kol pohybovat se nezávisle na sobě. Závislá suspenze normálně má nosník (jednoduchý ‚vozík‘ nápravy) nebo (řízený) Tuhá náprava , která drží kola vzájemně rovnoběžné a kolmé k nápravě. Když se změní odklonění jednoho kola, změní se odklonění protilehlého kola stejným způsobem (podle konvence je to na jedné straně pozitivní změna odklonu a na druhé straně je to negativní změna). Do této kategorie patří také odpružení De Dion , která pevně spojují kola dohromady.

Nezávislé odpružení umožňuje kolům samovolně stoupat a klesat, aniž by to ovlivnilo protilehlé kolo. Odpružení s jinými zařízeními, jako jsou výkyvné tyče, které nějakým způsobem spojují kola, jsou stále klasifikována jako nezávislá.

Polozávislé zavěšení je třetím typem. V tomto případě pohyb jednoho kola ovlivňuje polohu druhého, ale nejsou k sobě pevně připevněny. Twist-beam zadní odpružení je takový systém.

Závislá pozastavení

Závislé systémy mohou být rozlišeny systémem vazeb použitých k jejich lokalizaci, a to jak podélně, tak příčně. Obě funkce jsou často kombinovány v sadě vazeb.

Mezi příklady lokačních vazeb patří:

  • Odkaz na Satchell
  • Panhardský prut
  • Wattovo spojení
  • WOBLink
  • Mumfordovo spojení
  • Listové pružiny používané k umístění (příčné nebo podélné)
    • Plně eliptické pružiny obvykle vyžadují doplňkové odkazy na umístění a již se běžně nepoužívají
    • Podélné poloeliptické pružiny bývaly běžné a stále se používají v těžkých nákladních automobilech a letadlech. Mají tu výhodu, že rychlost pružiny lze snadno provést progresivní (nelineární).
    • Jednu příčnou listovou pružinu pro obě přední kola a/nebo obě zadní kola, nesoucí pevné nápravy, používala společnost Ford Motor Company , před a brzy po druhé světové válce , a to i na drahých modelech. To mělo výhody jednoduchosti a nízké neodpružené hmotnosti (ve srovnání s jinými pevnými nápravami).

U vozidla se zadním pohonem s předním motorem je závislé zadní zavěšení buď „živá náprava“, nebo náprava deDion , v závislosti na tom, zda je na nápravě nesen diferenciál. Živá náprava je jednodušší, ale neodrazená hmotnost přispívá k odskoku kol.

Protože zajišťuje konstantní odklon, závislé (a polonezávislé) odpružení je nejběžnější u vozidel, která potřebují nést velké náklady v poměru k hmotnosti vozidla, která mají relativně měkké pružiny a která (z důvodů nákladů a jednoduchosti) nepoužívají aktivní pozastavení. Použití závislého předního zavěšení se omezilo na těžší užitková vozidla.

Nezávislá pozastavení

Nezávislé zavěšení zadních kol u vozu AWD .

Rozmanitost nezávislých systémů je větší a zahrnuje:

Protože kola nejsou nucena zůstat kolmá k rovnému povrchu vozovky při zatáčení, brzdění a různých podmínkách zatížení, je ovládání odklonu kola důležitou otázkou. Kyvné rameno bylo běžné u malých vozů, které byly pružně odpružené a mohly nést velké náklady, protože odklonění je nezávislé na zatížení. Některá aktivní a poloaktivní odpružení udržují světlou výšku, a tedy i odklon, nezávisle na zatížení. U sportovních vozů je důležitější optimální změna odklonu při zatáčení.

Wishbone a multi-link umožňují inženýrovi větší kontrolu nad geometrií a dosažení nejlepšího kompromisu než kyvná náprava, vzpěra MacPherson nebo kyvné rameno; náklady a prostorové požadavky však mohou být vyšší.

Poloviční vlečené rameno je mezi tím, což je variabilní kompromis mezi geometrií kyvného ramene a kyvné nápravy.

Polo nezávislé zavěšení

V semi-nezávislých závěsech se kola nápravy mohou pohybovat vůči sobě navzájem, jako v nezávislém zavěšení, ale poloha jednoho kola má vliv na polohu a polohu druhého kola. Tohoto účinku je dosaženo zkroucením nebo vychýlením částí zavěšení pod zatížením.

Nejběžnějším typem polonezávislého zavěšení je kroucený paprsek .

Jiné případy

Naklápěcí závěsný systém

Systém naklápěcího zavěšení (také známý jako systém šikmého zavěšení ) není jiný typ nebo geometrie konstrukce; navíc jde o technologický doplněk konvenčního systému odpružení.

Tento druh závěsného systému se skládá hlavně z nezávislého zavěšení (např. Vzpěra MacPherson , rameno A ( dvojité lichoběžníkové rameno )). Po přidání těchto systémů odpružení existuje další sklápěcí nebo naklápěcí mechanismus, který spojuje závěsný systém s karoserií (podvozkem) vozidla.

Systém naklápění zavěšení zlepšuje stabilitu, trakci, poloměr otáčení vozidla a také pohodlí jezdců. Při odbočování doprava nebo doleva pociťují cestující nebo předměty ve vozidle sílu G nebo setrvačnou sílu směrem ven poloměru zakřivení, a proto se jezdci na dvoukolkách (motocyklech) při otáčení naklánějí do středu zakřivení, což zlepšuje stabilitu a snižuje šance na svržení. Ale vozidla s více než dvěma koly a vybavená konvenčním systémem odpružení dosud nemohla dělat totéž, takže cestující cítí vnější setrvačnou sílu, která snižuje stabilitu jezdců a také jejich pohodlí. Tento druh naklápěcího závěsného systému je řešením problému. Pokud silnice nemá nadmořskou výšku nebo sklon, neovlivní to pohodlí s tímto systémem odpružení, náklon vozidla a snížení výšky těžiště se zvýšením stability. Toto odpružení se používá také v zábavných vozidlech.

Některé vlaky také používají naklápěcí odpružení ( Tilting Train ), které zvyšuje rychlost v zatáčkách.

Mechanismus kolébkového podvozku

Systém kolébkového podvozku je uspořádání odpružení, ve kterém jsou některá vlečená ramena vybavena některými volnoběžnými koly. Díky kloubu mezi hnací částí a následovníky je toto odpružení velmi flexibilní. Tento typ odpružení je vhodný pro extrémně drsný terén.

Tento druh zavěšení byl použit v roveru Curiosity .

Pásová vozidla

Některá vozidla, například vlaky, jezdí po dlouhých kolejích upevněných na zemi; a některé, například traktory, sněhová vozidla a tanky, jezdí po souvislých kolejích, které jsou součástí vozidla. Ačkoli každé řazení pomáhá vyhladit dráhu a snížit tlak na půdu, platí mnoho stejných úvah.

Odpružení obrněného bojového vozidla

Letošní Grant I odpružení tanku má silniční kola namontovaná na kola nákladních automobilů, nebo podvozků .

Vojenská obrněná bojová vozidla (AFV), včetně tanků , mají speciální požadavky na zavěšení. Mohou vážit více než sedmdesát tun a musí se pohybovat co nejrychleji po velmi drsném nebo měkkém povrchu. Jejich komponenty zavěšení musí být chráněny před pozemními minami a protitankovými zbraněmi. Pásové AFV mohou mít až devět silničních kol na každé straně. Mnoho kolových AFV má šest nebo osm velkých kol. Některé mají centrální systém huštění pneumatik, který snižuje zatížení země na špatných površích. Některá kola jsou příliš velká a příliš zatočená, takže se u některých kolových i pásových vozidel používá smykové řízení.

Nejranější tanky první světové války měly pevné odpružení bez jakéhokoli navrženého pohybu. Tato neuspokojivá situace byla vylepšena zavěšením listových pružin nebo vinutých pružin přijatých ze zemědělských, automobilových nebo železničních strojů, ale i tyto měly velmi omezený zdvih.

Rychlosti se zvýšily díky silnějším motorům a bylo nutné zlepšit kvalitu jízdy. Ve 30. letech 20. století bylo vyvinuto odpružení Christie , které umožňovalo použití vinutých pružin uvnitř obrněného trupu vozidla změnou směru síly deformující pružinu pomocí zvonové kliky . T-34 suspenze je se přímo pocházející z Christie vzorů.

Zavěšení Horstmann byla variací, která používala kombinaci zvonové kliky a vnějších vinutých pružin, používaná od 30. do 90. let minulého století. Podvozek , ale přesto nezávislý, suspenze M3 Lee / Grant a M4 Sherman vozidel byl podobný typ Hortsmann s zavěšení oddělený uvnitř kolejového oválu.

Do druhé světové války bylo dalším běžným typem zavěšení torzní tyče , které dostalo pružinovou sílu z otočných tyčí uvnitř trupu - to někdy mělo menší zdvih než typ Christie, ale bylo výrazně kompaktnější, což umožňovalo více prostoru uvnitř trupu, s následným možnost instalace větších prstenů věže, a tím i těžší hlavní výzbroj. Odpružení torzní tyčí, někdy včetně tlumičů, je od druhé světové války dominantním odpružením těžkých obrněných vozidel. Torzní tyče mohou zabírat prostor pod podlahou nebo v její blízkosti, což může interferovat se snížením expozice nádrže.

Stejně jako u automobilů ovlivňuje pohyb kola a rychlost pružení nerovnost jízdy a rychlost, s jakou lze vyjednávat nerovný terén. Může být významné, že hladká jízda, která je často spojena s pohodlím, zvyšuje přesnost při střelbě za pohybu. Snižuje také otřesy na optice a dalším vybavení. Odpružená hmotnost a hmotnost kolejového článku mohou omezovat rychlost na silnicích a mohou ovlivnit užitečnou životnost dráhy vozidla a jeho dalších součástí.

Většina německých polovičních kolejí a jejich tanků zavedených během války, jako například tank Panther , měla překrývající se a někdy prokládaná silniční kola, aby rovnoměrněji rozložila náklad na dráhu tanku, a tedy i na zem. To zjevně významně přispělo k rychlosti, doletu a životnosti trati a také k zajištění nepřetržitého ochranného pásma. Od konce této války nebyl používán, pravděpodobně kvůli požadavkům na údržbu složitějších mechanických částí pracujících v blátě, písku, skalách, sněhu a ledu; stejně jako kvůli nákladům. Skály a zmrzlé bláto často uvízly mezi překrývajícími se koly, což jim mohlo zabránit v otáčení nebo by mohlo dojít k poškození kol na silnici. Pokud by došlo k poškození jednoho z vnitřních silničních kol, vyžadovalo by to vyjmutí dalších silničních kol, aby byl přístup k poškozenému silničnímu kolu, čímž by byl tento proces komplikovanější a časově náročnější.

Viz také

Reference

externí odkazy