فصل اول (سیستم تعلیق)
سیستم تعلیق چیست ؟ این سیستم متصل کننده چرخ به بدنه است و درجات آزادی را به 2 یا 3 کاهش می دهد.
درجات آزادی برای چرخ فرمان پذیر
جابجایی عمودی
جابجایی چرخشی
جابجایی حول محور Kingpin برای فرمان دهی
درجات آزادی برای چرخ غیر فرمان پذیر
جابجایی عمودی
جابجایی چرخشی
لازم به ذکر است که در سایر جهات ، حرکت سینماتیکی نداریم و تغییراتی مثل تغییر Camber یا تغییر Scrub از نوع انعطاف پذیری هستند.
Δγ
ΔY
Rotation
Vertical
Steering
فصل اول (سیستم تعلیق)
وظایف سیستم تعلیق
جداسازی خودرو و سرنشین آن از ارتعاشات (Isolation)
پایداری (Stability)
حفظ تماس موثر چرخ با جاده (Road Holding)
فصل اول (سیستم تعلیق)
جداسازی خودرو و سرنشین آن از ارتعاشات (Isolation)
یکی از وظایف مهم سیستم تعلیق فیلتر کردن ارتعاشات جاده و یا به عبارتی حذف یا حداقل کردن ارتعاشات انتقالی به سرنشین خودرو جهت حفظ آسایش سواری می باشد. لازم به ذکر است که ارتعاشات دیگری ناشی از موتور ، سیستم انتقال قدرت ،آئرودینامیک (باد) و ارتعاشات ناشی از شکل آئینه که بیشتر از نوع صدا هستند نیز در خودرو وجود دارند.
انواع ارتعاشات
فرکانس پایین Vibration ( ارتعاش هم دیده می شود و هم حس می شود)
فرکانس متوسط Harshness (ارتعاش دیده نمی شود اما حس می شود)
فرکانس بالا Noise (ارتعاش نه حس شده و نه دیده می شود بلکه شنیده می شود)
در خودرو هر سه نوع ارتعاشات را داریم. جاده هم هر سه نوع را ایجاد می کند. عمده فرکانس جاده از نوع Vibration است که معمولا با فنر و دمپر مهار می شود و فرکانس های بالاتر با Bushing و تایر مهار می شوند.
فصل اول (سیستم تعلیق)
انرژی یک منبع تخریب است. بنابراین هر چه انرژی ناشی از ارتعاشات جاده بیشتر باشد ، سیستم تعلیق باید در مهار و دمپ کردن این انرژی قوی تر باشد.
وقتی دامنه ارتعاشات بزرگ است ، باید فرکانس را کم کرد (سرعت کاهش یابد) تا انرژی کمتری وارد شود و کار سیستم تعلیق کمتر شود.
انواع دامنه
جاده آسفالتی
جاده سنگ فرشی (موزائیکی)
در فاضلاب
سرعت گیر یا دست انداز
off-road
پایداری (Stability)
حفط خودرو در هنگام دور زدن و یا افتادن در دست انداز نا متقارن و کنترل میزان رول جرم فنر بندی شده از جمله وظایف سیستم تعلیق می باشد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
حفظ تماس موثر چرخ با جاده (Road Holding)
نبود یک تماس موثر چرخ با جاده منجر به عدم تامین مناسب نیروی طولی (Fx) و نیروی عرضی (Fy) در محل تماس تایر با جاده می شود که این خود در نداشتن ترمز موثر، دور زدن موثر و در نتیجه نداشتن Handling مناسب تاثیرگذار خواهد بود.
داشتن این سه مشخصه سیستم تعلیق برای خودرو به طور همزمان و به شکل ایده آل ، امکان پذیر نخواهد بود.
اجزای اصلی سیستم تعلیق
المان کنترل کننده حرکت مسیر (المان محدود کننده درجات آزادی) که به آن مکانیزم تعلیق یا هندسه تعلیق می گویند. (Suspension Mechanism)
المان ذخیره کننده (تنظیم کننده) انرژی که همان فنر است.(Spring)
المان مستهلک کننده انرژی که همان کمک فنر یا دمپر است.(Shock Absorber)
در بعضی تقسیم بندی ها ، تکیه گاه های انعطاف پذیر (Bushing) را هم جداگانه در نظر می گیرند اما در بیشتر موارد ، آنها را عضو مکانیزم (گروه اول) به حساب می آورند.
فصل اول (سیستم تعلیق)
Mechanism
Shock Absorber
Spring
Wheel & Tire
فصل اول (سیستم تعلیق)
ویژگی های سیستم تعلیق
استقلال
Independency
استقرار صحیح چرخ روی جاده
راندمان حجمی سیستم تعلیق
Space Efficiency
راندمان سازه ای سیستم
تعلیق
Structural Efficiency
انعطاف پذیری و تحمل مناسب نیروهای طولی و
عرضی
Good Compliance
کنترل مناسب ارتعاشات
و صدا
Good NVH Control
وزن کم
(Low Weight)
عمر (Life)
قیمت (Price)
فصل اول (سیستم تعلیق)
1) استقلال (Independency)
استقلال بدین معنی است که وقتی یک چرخ بالا می رود ، کمترین تاثیر را در چرخ دیگر و بدنه داشته باشد ، یعنی دو چرخ از هم مستقل باشند.
تعلیق غیر مستقل
تعلیق مستقل
استقلال یک مفهوم است که هم در Ride و هم در Handling خودرو تاثیر می گذارد و آن ها را بهتر می کند.
تعلیق مستقل ابتدا در اکسل جلو مورد استفاده قرار گرفت. در گذشته که هر دو اکسل از نوع صلب می بود گاها موتور را عقب تر از اکسل قرار می دادند (مثل پاترول) و گاها روی اکسل قرار می دادند (مثل کامیون)
فصل اول (سیستم تعلیق)
2) استقرار صحیح چرخ روی جاده
با روی دادن دو حالت زیر ، یک سری تغییراتی در زوایای مختلف چرخ خواهیم داشت :
Wheel Bump
Body Roll
که این تغییرات عبارتند از :
Camber
Change
Steer Angle Error
Scrub Motion
یک سیستم تعلیق خوب سیستمی است که بتواند این تغییرات را مهار کرده و یا حداقل کند و به عبارت کلی حرکت های طولی و عرضی و دورانی چرخ را کنترل کند.
همچنین سیستم تعلیق باید در مهار و کنترل زوایا و حرکات بدنه نیز موثر باشد. مثلا حرکت Roll را به خوبی کنترل کند. همان طور که می دانیم سختی Roll ، دمپینگ Roll و فاصله مرکز Roll تا مرکز ثقل در کنترل Roll موثر هستند که تمامی این پارامتر ها به سیستم تعلیق وابسته هستند.
فصل اول (سیستم تعلیق)
3) راندمان حجمی سیستم تعلیق (Space Efficiency)
عبارت است از میزان فضایی که سیستم تعلیق اشغال می کند. سیستم تعلیق خوب سیستمی است که فضای کمی را در طول و عرض و ارتفاع اشغال کند.
تعلیق جاگیر در جلو (اگر خودرو FWD باشد) باعث کاهش فضای موتور می شود و تعلیق جاگیر در عقب سبب کاهش فضای صندوق عقب و اذیت شدن سرنشین عقب می شود.
4) راندمان سازه ای سیستم تعلیق (Structural Efficiency)
هر چه قدر نیروها غیرمتمرکزتر و گسترده تر از طریق سیستم تعلیق به بدنه وارد شود ، بهتر است. در غیر این صورت نیاز به یک سازه قدرتمند خواهد بود ، ضمن اینکه انعطاف پذیری سیستم تعلیق به اندازه مناسب نخواهد بود.
فصل اول (سیستم تعلیق)
5) انعطاف پذیری و تحمل مناسب نیروهای طولی و عرضی (Good Compliance)
یک سیستم تعلیق مناسب باید نیروهای طولی و عرضی وارده را به خوبی تحمل کند. همچنین تغییرات زوایای سر چرخ در اثر نیروهای وارده باید به خوبی توسط سیستم تعلیق کنترل شود.
6) کنترل مناسب ارتعاشات و صدا (Good NVH Control)
سیستم تعلیق علاوه بر کنترل ارتعاشات بدنه ، باید ارتعاشات چرخ را نیز کنترل کند (جرم فنر بندی شده + جرم فنر بندی نشده). این کنترل باید در تمام حوزه های فرکانسی باید انجام شود.
7) وزن کم (Low Weight)
راه های سبک تر کردن سیستم تعلیق :
1) به کار بردن مکانیزم های سبک تر ( هندسه های بهینه)
2) بهینه کردن نوع مواد در جهت سبک کردن
هر چه وزن جرم فنر بندی نشده کمتر باشد ، نیروی اینرسی و ضربه کمتر خواهد بود. سبک کردن سیستم تعلیق در فرکانس پایین بسیار مفید است اما در فرکانس بالا ، چندان جالب نیست. در مجموع تعلیق سبک دارای عملکرد بهتری است. مقدار بهینه جرم فنر بندی نشده به جرم فنر بندی شده برابر 0.1 می باشد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
8) عمر (Life)
عمر سیستم تعلیق باید به نحوی باشد که در طول عمر خودرو جوابگو باشد.
قطعاتی که در طول مدت کارکرد سیستم تعلیق مستعد خرابی هستند :
Bushing ها : چون در حین کارکردن به خصوص در رانندگی طولانی مدت در مسیر غیر هموار گرم می شوند و این گرما باعث ایجاد ترک در bushing ها شده که نهایتا منجر به پارگی آن ها می شود.
کمک فنر ها : چون اجزا و قطعاتی در کمک فنرها هستند که مدام تحت سایش هستند.
9) قیمت (Price)
به طور طبیعی سیستم تعلیقی مطلوب است که دارای قیمت پایینی باشد. لازم به ذکر است که همواره سیستم تعلیق در خودروسازی نسبت به سایر قسمت ها ارزان تر تمام می شود ، چون تقابل مستقیمی با راننده و سرنشین ندارد و دیده نمی شود (حتی در خودروهای گران قیمت) ، در صورتیکه بخش اعظمی از Ride و Handling خوب در گرو خوب بودن سیستم تعلیق است.
فصل اول (سیستم تعلیق)
انواع طبقه بندی سیستم تعلیق
غیر فعال
(Passive)
فعال/ نیمه فعال
(Active/Semi-Active)
ارتفاع متغیر
(Self Leveling)
غیر فعال (Passive)
سیستمی است که از عناصر مکانیکی شناخته شده تشکیل شده است. اعمال کنترل و تغییری روی سیستم در این حالت نداریم و آرایش سیستم ثابت است.
فصل اول (سیستم تعلیق)
فعال/ نیمه فعال (Active/Semi-Active)
در این حالت ، شرایط سیستم یا آرایش سیستم (ضریب فنریت ، ضریب دمپینگ و…) تغییر می کند. این تغییرات ممکن است توسط سیستم های هیدرولیکی ، نیوماتیکی یا الکتریکی ایجاد شوند . این سیستم ها دارای عملکرد بالاتری نسبت به دسته قبل می باشند اما گران تر نیز می باشند.
سیستم نیمه فعال :
این سیستم می تواند تناقض بین Ride و Handling و همچنین تناقض بین طیف های مختلف فرکانس ها راحذف کند.
فصل اول (سیستم تعلیق)
سیستم های فعال : این سیستم ها به سه دسته تقسیم می شوند:
Slow Active
Full Active
Active Geometry Suspension (AGS)
Ride
Oriented
Handling
Oriented
فصل اول (سیستم تعلیق)
در کل سیستم بسیار خوبی می باشد اما بحث انرژی در اینجا بسیار مورد توجه می باشد. انرژی مورد استفاده در این سیستم بسیار زیاد می باشد (در حدود 30 KW) به همین دلیل کاربرد این سیستم در خودروهای امروزی بسیار محدود است ، اما در خودروهای نظامی مثل تانک یا نفربر (یا سایر خودروهای خاص) مورد استفاده قرار می گیرد.
توان مصرفی این سیستم در فرکانس های بالا بسیار زیاد می باشد. از این سیستم بهتر است در فرکانس های پایین استفاده شود.
سیستم Full Active :
تاثیر عمده این سیستم روی Ride است اما تاثیر آن روی Handling چندان چشمگیر نیست. تاثیر آن در Handling به اندازه کنترلی که روی Holding Force دارد ، می باشد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
سیستم Slow Active :
این سیستم به نحوی است که در فرکانس های پایین سیستم Full Active کار می کند و در فرکانس های بالا ، سیستم تعلیق معمولی کار می کند.
مصرف انرژی این سیستم از قبلی بسیار کمتر است.
ECU
Ms
Sensor
Sensor
فصل اول (سیستم تعلیق)
سیستم AGS :
این سیستم کاری به فنر و دمپر ندارد بلکه تکیه گاه ها و محل Mounting ها را تغییر می دهد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
سیستم Self Leveling :
در این سیستم فقط می توان ارتفاع Ride را ، آن هم به شکل کند تغییر داد. این سیستم معمولا در اتوبوس ها و قطارها کاربرد دارد. در سواری یک شرکت (Citroen) در گذشته از این سیستم استفاده می کرده است. ویژگی های عملکردی این دسته به دو دسته قبل نمی رسد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
ساختار قوای محرکه (Power train Configuration) :
Drive Axle
Engine
Position
بعضی خودروها نیز دارای ساختار Mid Engine هستند اما تعداد آن ها زیاد نیست.
ساختار قوای محرکه بسیار روی سیستم تعلیق موثر است.
فصل اول (سیستم تعلیق)
آرایش FR :
این آرایش در گذشته بسیار مورد استفاده قرار می گرفته است. ( تا حدی که این سیستم را به عنوان استاندارد می شناختند)
این سیستم تقریبا Under steer ضعیف و یا Neutral steer است ، چرا که مرکز ثقل تقریبا وسط است. امروزه کاربرد این آرایش در خودروهای کوچک و سواری معمولی و حتی تقریبا بزرگ ، کاملا منسوخ شده است.
فصل اول (سیستم تعلیق)
آرایش FF :
در این آرایش ، موتور جلو و محور جلو محرک است. این آرایش نیازمند موتور کوچک و قوای محرکه جمع و جور است. مونتاژ کردن خودرو با این آرایش ، ساده تر است. Noise و حرارت در این آرایش راحت تر کنترل می شود و از نظر اقتصادی به صرفه تر است. خودرو با این آرایش شدیدا Under steer است ، زیرا مرکز ثقل رو به جلو دارد. در این آرایش نمی توان یک موتور قوی در خودرو داشت ، پس برای موتورهای بزرگ محدودیت وجود دارد.
این آرایش به تعلیقی نیاز دارد که در جهت عرضی جاگیر نباشد زیرا در این آرایش موتور معمولا به صورت عرضی نصب می شود.
چون رانش در محور جلو است ، خودرو با این آرایش در شیب روی دچار مشکل است. چنین آرایشی برای وانت شدن و پیکاپ شدن مناسب نمی باشد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
آرایش RR :
در این آرایش موتور (که معمولا قوی می باشد) در عقب نصب می شود و محور عقب نیز محرک می باشد. خودرو با این آرایش به شدت Over steer می باشد ، پس ناچار به بالانس کردن هستیم که یکی از راه های آن پهن کردن تایرهای عقب می باشد.
اتوبوس هم یک خودرو با آرایش RR و نصب موتور به صورت عرضی است. اتومبیل های Formula 1 و Sport مانند مازارتی ، لامبورگینی و … نیز دارای این آرایش هستند.
در خودروهای کنونی ، خودرویی با آرایش RF وجود ندارد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
خودروی Four Wheel Drive (4WD) :
در این آرایش خودرو در هر چهار چرخ خود محرک می باشد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
انواع سیستم های تعلیق متداول
سیستم تعلیق
Solid Axle
Leaf Spring
Shock Absorber
Solid Axle
این سیستم تعلیق ، یک سازه تیر مانند است که به چرخ متصل است و با فنر به سازه خودرو متصل می شود. اکسل صلب فرمان ناپذیر و محرک (Live Axle) از نوع متداول ترین اکسل صلب می باشد. صنعت خودرو با این تعلیق آغاز شده است.
اکسل صلب معمولا با فنر شمشی مورد استفاده قرار می گیرد که در واقع فنر همان مکانیزم سیستم تعلیق می باشد. مکانیزم بودن فنر زمانی تامین می شود که فنر خیلی سخت باشد. لازم به ذکر است که قابلیت مهار نیروهای طولی و عرضی نیز وابسته به سختی فنر ها می باشد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
اکسل صلب به صورت غیر محرک و فرمان پذیر (Dead Axle) نیز در وانت ها ، 4WD ها ، Truck ها و کامیون های سنگین دیده می شود.
در این تعلیق در جهت z ، تغییر شکل داریم اما در دو جهت دیگر نباید داشته باشیم.
این تعلیق یک تعلیق غیر مستقل است که این یک نقطه ضعف برای این سیستم تعلیق است.
نحوه استقرار چرخ روی جاده نسبت به Roll تاثیر قابل توجهی ندارد اما Bump به شدت استقرار این اکسل را تحت تاثیر قرار می دهد.
وزن این تعلیق خیلی زیاد است و چون سنگین بوده و فنر را نمی توان نرم کرد ، Isolation این تعلیق مشکل دار است. (نرم کردن فنرها باعث بروز مشکل در Handling خودرو می شود.) این تعلیق حجم زیادی دارد و نیروی متمرکز را در 4 نقطه روی شاسی می فرستد.
این تعلیق دارای باربری و ظرفیت تحمل بالا ، عمر طولانی و قیمت مناسب می باشد.
در مجموع این تعلیق دارای Ride ضعیف و Handling متوسط است.
فصل اول (سیستم تعلیق)
Solid Axle بهبود یافته
Pan hard Arm برای تحمل نیروهای عرضی و Trailing Arm وظیفه تحمل نیروهای طولی را دارد.
از دید سینماتیکی این مکانیزم قفل است چون Pan hard Arm دارای 2 مکان هندسی حرکت است اما با در نظر گرفتن انعطاف پذیری اتصالات ، دیگر قفل نیست.
در یک مسیر نا متقارن ، اکسل هم می تواند بالا پایین برود و هم می تواند چپ و راست حرکت کند که هر چه Pan hard Arm به افق نزدیکتر باشد ، اختلاف این دو حرکت کمتر خواهد بود.
Trailing Arm
Rubber Mounting
Pan hard Arm
فصل اول (سیستم تعلیق)
همچنین می توان از مکانیزم Watling Cage در اکسل صلب استفاده کرد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
Torsion(Twist) Beam
Trailing Arm
Pan hard Arm
این تعلیق نه فرمان پذیر است و نه قابلیت محرک شدن را دارا می باشد. قابلیت تحمل نیروی طولی و عرضی آن نسبت به حالت مستقل بیشتر است اما لینک وسط همانند یک اکسل صلب شده است.
این سیستم تعلیق ، سیستمی است که جنبه اقتصادی آن بسیار بارز است ، عمر بالایی داشته و حجم و وزن زیادی نیز ندارد .
نحوه استقرار چرخ روی جاده در این تعلیق خوب است ولی خیلی عالی نیست. این سیستم یک شرایط متوسطی دارد که منجر به Handling متوسط می شود. ( گاهی اوقات رو به ضعیف ) Ride این سیستم به طور نسبی خوب است اما در حد عالی نیست.
در برخی خودروها جهت بهبود Handling ، این تعلیق را با یک Pan hard Arm به کار می برند. ( همانند ریو و ماتیز ، اما پراید ندارد.)
فصل اول (سیستم تعلیق)
این تعلیق معمولا با فنر Coil و دمپر معمولی همراه است. این سیستم فقط دارای دو Bushing است و NVH متوسطی دارد.
تیر پیچشی این سیستم تعلیق باید از فولاد فنری ساخته شود چون در هنگام کار کردن مدام در حال پیچیده شدن است.
در خودروهای بزرگ این سیستم توانایی تحمل خوب Fy را نداشته و Ride مناسبی ارائه نمی دهد. ضمن اینکه Handling آن نیز دارای مشکل می باشد.
با باز کردن مقطع لینک وسط باعث قوی شدن آن در پیچش می شود و یک حالت نیمه مستقل به تعلیق می دهد.
این تعلیق برای خودروهای محور جلو محرک تا کلاس کوچک و متوسط کاربرد دارد.
مکانیزم معادل این سیستم در حالت باز کردن مقطع میله رابط :
فصل اول (سیستم تعلیق)
Swing Axle
این سیستم تعلیق غیر فرمان پذیر است اما می تواند هم محرک و هم غیر محرک می باشد و به عنوان تعلیق عقب استفاده می شود.
از نظر کنترل استقرار چرخ روی جاده خیلی تعلیق خوبی نیست و حتی از تعلیق های غیر مستقل هم بدتر است.
این سیستم تعلیق اصلا Handling خوبی ندارد چرا که دارای تغییرات شدید Δδ و ΔZ می باشد. همچنین دارای Scrub Motion زیادی نیز می باشد.
این تعلیق وزن کمی داشته و در نتیجه Ride خوبی دارد.
از نظر تحمل و انتقال نیروها به بدنه تعلیق خوبی نیست چون نقاط اتصال آن به بدنه 2 تا می باشد.
این تعلیق جزو اولین تعلیق های مستقل مورد استفاده بوده و امروزه دیگر در هیچ خودرویی مورد استفاده قرار نمی گیرد.
فولکس قورباغه ای در تعلیق عقب خود دارای این تعلیق بود.
فصل دوم (سیستم تعلیق)
K
K
b
a
Δ
Δ
θ
Fx
f ‘
f ‘
f
f
زاویه فرمان ناشی از انعطاف پذیری
با بزرگتر بودن اندازه b ، θ کمتر می شود اما این عمل باعث می شود که طبق بزرگتر شده ، فضا بیشتر بگیرد ، جرم فنر بندی نشده بیشتر شده و همچنین تعلیق گران تر شود.
هر چه K سخت تر شود ، θ کمتر می شود اما Ride خراب می شود.
هر چه a بزرگتر شود ، θ بزرگتر می شود اما این عمل سبب می شود که محل تماس تایر با جاده (N) روی یک خط راست حرکت کند که این خوب است.
تحلیل سینماتیکی Swing Axle
فصل اول (سیستم تعلیق)
Trailing Arm
این سیستم تعلیق غیر فرمان پذیر می باشد و هم می تواند محرک و هم غیر محرک باشد.
این تعلیق Camber by Roll شدیدی دارد اما Camber by Bump آن چندان زیاد نیست.
این سیستم در Directional Stability خوب است اما در سر پیچ و در هنگام Roll خوب نیست.
این تعلیق هم قابلیت کار کردن با فنر Coil و هم قابلیت کار کردن با فنر Torsion Bar را دارد (مانند مرسدس های قدیمی).
این تعلیق پیچیده و گران قیمت است.
Ride و Handling که این تعلیق ارائه می دهد در حد خودروهای کوچک و ارزان قیمت زیادی است و برای ماشین های لوکس و بزرگ به انداره کافی کیفیت ندارد.
L1 هرچه بزرگتر باشد و L2 هر چه کوچکتر باشد مهار نیروها بهتر بوده و به نفع می باشد اما کوچک بودن L2 روی تغییر Wheel base تاثیر بسیار زیادی دارد.
L2
L1
فصل اول (سیستم تعلیق)
Semi-Trailing Arm
در این سیستم تعلیق تغییر کمبر در اثر Bump مثل Trailing Arm صفر نیست اما تغییر کمبر در اثر Roll کمتر از Trailing Arm است.
این تعلیق یک سیستم با کیفیت خوب می باشد که معمولا به عنوان اکسل محرک خودروهای لوکس در محور عقب استفاده می شود.
فصل اول (سیستم تعلیق)
Double Wishbone
Upper A-Arm
Lower A-Arm
این سیستم تعلیق هم می تواند فرمان پذیر ، هم غیر فرمان پذیر باشد. هم می تواند محرک و هم غیر محرک باشد.
در مکانیزم Parallel این تعلیق میزان Camber Change صفر می باشد ، اما در مکانیزم Short Long Arm (SLA) میزان تغییرات کمبر و Scrub غیر صفر می باشد.
این تعلیق هم می تواند با فنر Coil و هم می تواند با فنر Torsion (همانند رنو5 و نیسان زامیاد) کار کند.
Revelot Joint
Ball Joint
فصل اول (سیستم تعلیق)
این سیستم تعلیق یک سیستم کاملا مستقل است و بهترین تعلیق در کنترل زوایای مختلف چرخ است.
از نظر مهار نیروهای طولی و عرضی جزء بهترین تعلیق هاست چرا که در 4 نقطه دارای 4 تکیه گاه خیلی خوب است.
این تعلیق بهترین Handling را در بین تعلیق های کلاسیک دارا می باشد. خیلی از خودروهای F1 در تعلیق جلوی خود دارای این تعلیق هستند.
این سیستم تعلیق در جهت عرضی جاگیر می باشد (به خصوص اگر Parallel باشد) اما هوندا توانسته است این تعلیق را با نصب عرضی موتور جانمایی کند.
این سیستم جرم فنر بندی بالایی دارد پس Ride آن نسبت به Handling آن ضعیف تر است. (نمره Ride آن متوسط به بالا است.)
قیمت این سیستم تعلیق گران می باشد و از نظر عمر هم چون اعضا و اتصالات آسیب پذیر در آن زیاد است ، خیلی عمر بالایی ندارد.
این سیستم تعلیق یک سیستم گران قیمت بوده و کمتر در ماشین های ارزان قیمت دیده می شود.
استفاده از این سیستم در FWD های کوچک کمی محدود است.
در خودروهای قدیمی آمریکایی معمولا تعلیق عقب از نوع Solid و تعلیق جلو از نوع Double Wishbone می بود.
در بعضی طرح های این سیستم ، Upper Arm را جهت جاگیری کمتر در جهت عرضی 90 درجه می چرخانند که این کار باعث پایین آمدن توانایی این سیستم در مهار نیروها می شود.
فصل اول (سیستم تعلیق)
Mc Pherson
این سیستم می تواند هم فرمان پذیر و هم غیر فرمان پذیر ، هم محرک و هم غیر محرک باشد.
این سیستم اصلاح شده Double Wishbone می باشد و در اکثر خودروهای دنیا مورد استفاده قرار می گیرد.
به دلیل حذف Arm بالا و کم شدن تعدادی از اتصالات مشکل جاگیری عرضی این سیستم حل شد ، سبکتر شد، ارزان شد ، ضمن اینکه مشکل عدم انطباق آن با Coil Spring حل شد.
اینرسی دوار سیستم فرمان در این تعلیق نسبت به Double Wishbone بیشتر است و فرمان سفت تر می شود.
این سیستم مثل Double Wishbone قابلیت کنترل زوایای چرخ را ندارد و پارامترهای طراحی به شدت کاهش یافته اند.
به دلیل کاهش یافتن تعداد اتصالات به بدنه ، کنترل نیروهای طولی و عرضی ضعیف شده است.
فصل اول (سیستم تعلیق)
Handling این تعلیق به شدت از Double Wishbone ضعیف تر است اما Ride خوبی دارد.
این تعلیق نسبت به Double Wishbone ارزان تر بوده ، عمر بالاتری دارد و مناسب برای خودروهای محور جلو محرک و اقتصادی می باشد.
این سیستم تعلیق اصلا برای محور عقب مناسب نیست چون به شدت بر روی Handling تاثیر منفی می گذارد.
در سیستم Double Wishbone تمام نیروها توسط خود مکانیزم مهار می شود و برای کمک فنر وظیفه تحمل نیرو تعریف کمی شود ( جز نیروی محوری ) اما در سیستم McPherson کمک فنر وظیفه تحمل نیرو را دارد.
در این سیستم Lower Arm می تواند به اشکال زیر باشد :
Lower Arm
A-Arm
L-Arm
Two Individual I-Arm
مثل تمام خانواده پژو و اکثر خودروهای جدید
(به دلیل سبکی و جاگیری کمتر و مقاومت بالاتر)
مثل پیکان (در پراید هم این چنین است اما به جای لینک دوم Anti Roll Bar وصل شده است.)
فصل اول (سیستم تعلیق)
Multi Link
در تعلیق های Multi Link ممکن است مکانیزم هایی دیده شود که عملا قفل هستند اما با در نظر گرفتن انعطاف پذیری اتصالات این مکانیزم ها قابل کار کردن هستند.(تحلیل Elasto Kinematics)
در این سیستم ها از مکانیزم های فضایی به جای مکانیزم های صفحه ای بهره برده می شود.
در این سیستم ها میزان سختی اتصالات روی Ride و Handling تاثیر گذار است.
تعلیق های Multi Link جلو بسیار پیچیده تر از تعلیق های Multi Link عقب هستند.
هدف در این سیستم ها : کمترین عناصر تحت خمش مورد نیاز باشد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
هندسه چرخ :
در رابطه با هندسه چرخ سه بحث مطرح می شود :
هندسه چرخ
Self Centering
Steering Effort
Directional Stability
خاصیت بازگشت فرمان به حالت وسط(چرخ ها در حالت مستقیم)
میزان گشتاوری که باید جهت فرمان دادن به غربیلک وارد شود.
Z
Z
King pin Axis
Inclination
Angle
Caster Angle(+)
Caster offset(+)
Scrub(-)
فصل اول (سیستم تعلیق)
مقدار زاویه Caster و Inclination Angle با Self Centering و Steering Effort رابطه مستقیم دارد یعنی به طور مثال با افزایش Caster تمایل Self Centering بیشتر می شود ، همچنین میزان نیروی بیشتری جهت فرمان دادن لازم است.
اگر Caster کوچک باشد در هنگام رانندگی خودرو تمایل به فرمان گرفتن دارد که باعث ناپایداری می شود. (Caster منفی
= چرخ ناپایدار)
هدف طراحی در خودروهای جدید :
Caster بزرگ و فرمان هیدرولیک تا Steering Effort کمتری داشته باشد و در نهایت Self Centering خوبی داشته باشد.
تاثیر Scrub بر پایداری خودرو در حالت μ-Split (در حین ترمزگیری یا شتابگیری) :
Positive Scrub
Scrub مثبت منجر به Toe-Out در تایرها در هنگام ترمزگیری یا شتابگیری می شود.
High μ
Low μ
x
y
Mzb (t)
Mzs(t)
Toe-out بیشتر
Scrub (+)
فصل اول (سیستم تعلیق)
Negative Scrub
High μ
x
y
Mzb (t)
Mzs(t)
Low μ
Toe-in بیشتر
Scrub (-)
Scrub منفی منجر به Toe-in در تایرها در هنگام ترمزگیری یا شتابگیری می شود.
Scrub منفی به حفظ پایداری جهتی در هنگام ترمزگیری و یا شتایگیری کمک می کند. Scrub منفی به مرکز چرخ و زاویه Inclination Angle بستگی دارد. هر چه Inclination Angle بزرگتر باشد ، به Scrub منفی خواهیم رسید.
پهن کردن تایر در صورتیکه محور مرکزی تایر به سمت خارج جابجا شود سبب کوچک شدن Scrub می شود که باعث کاهش پایداری جهتی می شود.(در روزهای بارانی اگر ترمز شدید زده شود موجب چرخیدن خودرو به دور خود می شود)
فصل اول (سیستم تعلیق)
تکنولوژی فنر
دو دسته فنر در سیستم های تعلیق داریم :
فنرهای مکانیکی
فنرهای بادی
Coil Spring
Leaf Spring
Torsion Bar
Anti Roll Bar
ایجاد سختی تعلیق در جهت Z
ایجاد سختی پیچشی حول محور X خودرو
وظیفه فنر مدیریت انرژی است.
فصل اول (سیستم تعلیق)
در حال حاضر استفاده از Torsion bar رو به کاهش است و بیشتر از Coil Spring استفاده می شود.
فنر های Torsion bar و Coli Spring دارای عملکرد پیچشی و Leaf Spring دارای عملکرد خمشی است.
با استفاده از Coil Spring می توان سختی مورد نظر را مدیریت کرد :
با پیچیدن فنر به شکل مخروط یا بشکه ای(D متغیر)
با تغییر گام (L متغیر)
با تغییر قطر سیم فنر(d متغیر)
در فنرها همواره خاصیت غیر خطی سخت شونده مد نظر است.
فنرهای مکانیکی دارای استفاده بیشتری نسبت به فنرهای بادی هستند. در جائیکه بار خودرو مدام در حال تغییر است و تغییر ارتفاع نیز مد نظر می باشد از فنزهای بادی استفاده می شود. انواع هیدرونیوماتیک این فنرها را می توان در تعلیق Self Leveling مشاهده کرد.
فنرهای بادی در خاصیت فیلتر کردن ارتعاشات فرکانس بالا بسیار خوب هستند. این فنرها در تغییر شکل کوتاهی سختی مورد نیاز را فراهم می کنند و می توانند active یا passive باشند ، همچنین دارای خاصیت دمپینگ نیز می باشند.
این فنرها بیشتر در اتوبوس ها و قطارها استفاده می شوند و گران قیمت هم هستند.
فصل اول (سیستم تعلیق)
سبک بوده و در نتیجه جرم فنربندی شده کمتر می شود.
در مقابل خوردگی مقاوم هستند.
امروزه فنرهای کامپوزیتی نیز استفاده می شوند :
شکست فنر از نوع شکست خستگی است و ترد می شکند. فولادهای فنری عمر خستگی بالایی دارند. عمر فنر باید معادل عمر خودرو باشد.
فصل اول (سیستم تعلیق)
تکنولوژی کمک فنر
وظیفه کمک فنر استهلاک انرژی است.
استهلاک مکانیکی انواع مختلفی دارند که عبارتند از :
استهلاک خشک
استهلاک ویسکوز
استهلاک Electro Magnetic
منشا آن اصطکاک خشک است.
یک سیال با ویسکوزیته مشخص گذرنده از یک مجاری انرژی را دمپ می کند.
اولین کمک فنرها از نوع اصطکاک خشک بودند.
فصل اول (سیستم تعلیق)
در استهلاک ویسکوز استاندارد نیرو می تواند با سرعت یا توان دوم آن رابطه مستقیم داشته باشد :
Or
P1
P2
F
M
F
X=Asinωt
همانطور که مشاهده می شود می توان دید که در فرکانس های بالای ارتعاشی ، دامنه نیرو بسیار زیاد شده و در نتیجه کمک فنر کاملا صلب می شود.
فصل اول (سیستم تعلیق)
M
High Frequency
M
از نظر Ride اصلا چیز خوبی نیست اما از نظر Handling جیز بدی نیست. (حفظ تماس مستمر با جاده ، دمپ کردن Roll)
در فرکانس های پایین به دمپینگ نیاز داریم اما در فرکانس های بالا نیاز چندانی به دمپینگ نداریم.
در مورد کمک فنر در ماشین های Handling محور مثل فراری از مشخصه افزاینده ، در خودروهای SUV از مشخصه خطی و در ماشین های سواری شهری ازمشخصه کاهنده استفاده می کنند. ( این عمل با یک اریفیس ساده شدنی نیست و ترکیبی از یک اریفیس و یک Valve مورد نیاز است.)
مقدار موثر فضا در سرعت کم
مقدار موثر فضا در سرعت بالا
فصل اول (سیستم تعلیق)
انواع کمک فنر
Twin Tube
(هیدرولیکی)
Single Tube
(گازی)
فصل اول (سیستم تعلیق)
این کمک فنر دارای 2 جداره است و روغن بین جداره اول و دوم مبادله می شود و بدین ترتیب می تواند دمپینگ فراهم کند.
این کمک فنر دمپینگ بالایی فراهم کرده ، سنگین بوده و در فرکانس های بالا و جابجایی های کوچک خیلی خوب کار نمی کند.
این کمک فنر را نمی توان سروته نصب کرد (اگر N2 تحت فشار نباشد) ، همچنین این کمک فنر را نمی توان مایل نصب کرد.
Twin Tube
(هیدرولیکی)
فصل اول (سیستم تعلیق)
Single Tube
(گازی)
این کمک فنر علاوه بر فرکانس های پایین ، به علت داشتن بالشتک هوا فرکانس های بالا را هم به خوبی فیلتر می کند. همچنین دارای NVH بهتری نیز می باشد.
Rate های خیلی بالا را تامین نمی کند و دارای ارتفاع بلندی است که ممکن است در جانمایی دچار مشکل شود. ( برای تعلیق McPherson خیلی خوب است اما برای Trailing Arm کمی مشکل است و باید مایل نصب شود.)
به علت وجود گاز ، عملکرد آن به درجه حرارت حساس است و به علت آب بندی کردن گاز به نسبت قبلی دارای تکنولوژی پیچیده تر و گران تری است.