Ο σχεδιασµός µιας ανάρτησης αυτοκινήτου υπαγορεύεται από διάφορους παράγοντες όπως το µέγεθος ή η κατηγορία του οχήµατος, µε καθορισµό ειδικότερα του διαθέσιµου χώρου για την εγκατάσταση της ανάρτησης, την κατηγοριοποίηση του στην αγορά και την προτίµηση σχεδιασµού του κατασκευαστή, (για παράδειγµα, η µετάδοση ισχύος στους µπροστινούς τροχούς, τους πίσω τροχούς ή τους τέσσερις τροχούς.

Υπάρχουν διάφοροι τύποι συστηµάτων ανάρτησης. Διαφέρουν ανάλογα µε το αν βρίσκονται στους εµπρόσθιους ή οπίσθιους κινητήριους άξονες του οχήµατος. Όλα αυτά τα συστήµατα µπορούν να χωριστούν σε δύο οµάδες: αναρτήσεις άκαµπτου άξονα και αναρτήσεις ανεξάρτητου άξονα.

Γενικά, ο εµπρόσθιος άξονας είναι εφοδιασµένος µε ανεξάρτητες αναρτήσεις ενώ ο τύπος άκαµπτου άξονα χρησιµοποιείται στους οπίσθιους τροχούς.

Οι κύριοι τύποι αναρτήσεων αυτοκινήτων
Σε αυτή την ενότητα, παρουσιάζουμε μια καταγραφή των πλέον χρησιμοποιούμενων αρχιτεκτονικών ανάρτησης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι συστημάτων ανάρτησης. Διαφέρουν ανάλογα με το αν βρίσκονται στους εμπρόσθιους ή οπίσθιους κινητήριους άξονες του οχήματος. Όλα αυτά τα συστήματα μπορούν να χωριστούν σε δύο ομάδες: αναρτήσεις άκαμπτου άξονα και αναρτήσεις ανεξάρτητου άξονα. Γενικά, ο εμπρόσθιος άξονας είναι εφοδιασμένος με ανεξάρτητες αναρτήσεις ενώ ο τύπος άκαμπτου άξονα χρησιμοποιείται στους οπίσθιους τροχούς.

1. Αναρτήσεις τύπου MacPherson
Το σύστηµα εφευρέθηκε το 1940 και χρησιµοποιήθηκε για πρώτη φορά στο µοντέλο Ford Consul. Εξοπλίζει τα συστήµατα εµπρόσθιας και οπίσθιας µετάδοσης κίνησης. Πρόκειται για µια ανεξάρτητη ανάρτηση, αποτελούµενη από έναν µόνο βραχίονα ανάρτησης (ελατήριο και αποσβεστήρα), µια αντιστρεπτική ράβδο (anti-roll bar) και έναν κάτω βραχίονα.

Το κύριο χαρακτηριστικό αυτού του τύπου ανάρτησης είναι το ενιαίο εξάρτηµα, το οποίο περιλαµβάνει τους µηχανισµούς τριών λειτουργιών και έχει την µορφή κολώνας (στύλου-strut).

Οι 3 λειτουργίες που επιτελεί είναι
– Σύνδεση του αµαξώµατος, σε δύο σηµεία, άνω και κάτω.
– Στήριξη και περιστροφή των τροχών διεύθυνσης προκειµένου να στραφεί το όχηµα.
– Απόσβεση κραδασµών κατά την διάρκεια της κίνησης του οχήµατος.

Η σύνδεση µεταξύ αναρτηµένων και µη αναρτηµένων µαζών πραγµατοποιείται από έναν σφαιρικό σύνδεσµο στην πλευρά του τροχού και έναν πλευρικό άξονα του πλαισίου (για να επιτρέπονται διαφορετικές ρυθµίσεις ανάρτησης). Το σύστηµα ελατηρίου- αποσβεστήρα (επίσης γνωστό ως αντηρίδα – strut) συνδέεται µε άρθρωση µε ράβδο σύνδεσης µε το πλαίσιο. Αυτή ή αντηρίδα – strut λειτουργεί επίσης ως άξονας περιστροφής του συστήµατος διεύθυνσης µέσω σφαιρικού συνδέσµου.

Ο αποσβεστήρας εκτελεί στη συνέχεια δύο αποστολές: απόσβεση των σχετικών κινήσεων µεταξύ του τροχού και του πλαισίου και συµµετοχή στην κινηµατική του επιπέδου κίνησης του τροχού µέσω της αντιστρεπτικής ράβδου και του κάτω βραχίονα.

Η ράβδος αποσβεστήρα είναι µεγαλύτερη σε διάµετρο (25mm) από τον αποσβεστήρα (14mm) που χρησιµοποιείται σε άλλους τύπους αναρτήσεων.

Εμπρόσθια ανάρτηση -πλάγια όψη- σε τομή

1. Ελαστικό κάλυµµα
2. Σφαιρικός σύνδεσµος περιστροφής (Μπαλάκι)
3. Δακτύλιος
4. Παξιµάδι ρουλεµάν κόµβο;
5. Προστατευτικό κάλυµµα
6. Εξωτερική πλήµνη (µουαγιέ)
7. Κώνος ρουλεµάν
8. Ακραξόνιο;
9. Δίσκος φρένου
10. Προστατευτικό φρένων µηχανισµού
11. Περικόχλιο κοχλία ρύθµισης camper
12. Έκκεντρος (ρυθµιζόµενος) κοχλίας
13. Βραχίονας περιστροφής
14. Ελατήριο εµπρόσθιας ανάρτησης;
15. Άξονας αποσβεστήρα (Αµορτισέρ)
16. Πλάκα περιστροφής άνω βάσης
17. Κοχλίες περιστροφής άνω βάσης
18. Περικόχλιο ασφάλισης άξονα αποσβεστήρα (αµορτισέρ)
19. Ρουλεµάν περιστροφής µηχανισµού mac pherson
20. Ελαστική βάση επικάθισης άνω µέρους ελατηρίου
21. Ελαστικός κύλινδρος απόσβεσης διαδροµής εµπρός ανάρτησης;
22. Προστατευτικό κάλυµµα;
23. Κύριο σώµα τηλεσκοπικού αποσβεστήρα
24. Ηµιαξόνιο εµπρόσθιου τροχού;
25. Βάση µε ελαστικούς συνδέσµους αντιστρεπτικής δοκού
26. Ράβδος σταθεροποίησης εµπρόσθιας ανάρτησης
27. Ράβδος σταθεροποιητών αντιστρεπτικής δοκού
28. Ελαστικοί σύνδεσµοι αντιστρεπτικής δοκού
29. Βραχίονας σύνδεσης του αποσβεστήρα κραδασµών µε το πλαίσιο του οχήµατος

Εμπρόσθια ανάρτηση – εμφάνιση στον χώρο

1. Πλήµνη (µουαγιέ)
2. Έκκεντρος κοχλίας ρύθµισης camber
3. Σώµα αποσβεστήρα (αµορτισέρ)
4. Βραχίονας σύνδεσης ανάρτησης Mac Pherson µε το πλαίσιο
5. Αντιστρεπτική δοκός
6. Βάση στερέωσης αντιστρεπτικής δοκού µε ελαστικό σύνδεσµο αντιστρεπτικής δοκού
7. Σύνδεσµοι αντιστρεπτικής δοκού
8. Σφαιρικά ρουλεµάν;
9. Ράβδος σταθεροποίησης
10. Υποστήριγµα ράβδου σταθεροποίησης

Εξαρτήματα ανάρτησης Mac Pherson συνδεδεμένα σε όχημα
1. Βάση στερέωσης αντιστρεπτικής δοκού
2. Ελαστικός σύνδεσμος βάσης στερέωσης αντιστρεπτικής δοκού
3. Αντιστρεπτική δοκός
4. Βραχίονας σύνδεσης ανάρτησης Mac Pherson με το πλαίσιο
5. Σύνδεσμος αντιστρεπτικής δοκού με βραχίονα σύνδεσης
6. Μονάδα ανάρτησης (Στύλος – Strut)
7. Ακραξόνιο;
8. Σφαιρικός σύνδεσμος (μπαλάκι)
9. Ράβδος σταθεροποίησης
10. Υποστήριγμα ράβδου σταθεροποίησηςΑνάρτηση Ψευδό-MacPherson

Η διαφορά µεταξύ ενός» αληθινού «MacPherson και ενός» ψευδο « MacPherson είναι η προσθήκη ενός χαµηλότερου «ψαλιδιού» στην αντηρίδα – strut MacPherson (κάθετος συνδυασµός αποσβεστήρα).

Κατά συνέπεια, η λειτουργία της καθοδήγησης του επιπέδου του τροχού δεν γίνεται πλέον µέσω του χαµηλότερου βραχίονα και  της αντιστρεπτικής ράβδου αλλά από το χαµηλότερο τρίγωνο.

Το πλεονέκτηµα του ψευδό MacPherson είναι ότι επιτρέπει στον κατασκευαστή αυτοκινήτων να παραλείψει την αντιστρεπτική ράβδο, καθώς αυτό δεν έχει καµία λειτουργία στην καθοδήγηση.

Αυτό µειώνει το κόστος παραγωγής και τη µάζα του άξονα. Για τα ελαφρά οχήµατα, η ακαµψία των ελατηρίων µπορεί να είναι επαρκής για να εξασφαλίσει τη σταθερότητα του πλαισίου σε στρέψη.

Εάν υπάρχει µια αντιστρεπτική ράβδος, τότε η τελευταία είναι στερεωµένη σε ράβδους, οι οποίες µε την σειρά τους είναι στερεωµένες στο στήριγµα κάτω από το ελατήριο.

Ανάρτηση ψευδο-MacPherson µε ανεξάρτητο άξονα περιστροφής
Ένα ψευδο-MacPherson µε έναν ανεξάρτητο άξονα περιστροφής έχει το πλεονέκτηµα της αποσύνδεσης των ρυθµίσεων γωνίας camber και της θέσης άξονα περιστροφής. Αυτός ο τύπος ανάρτησης χρησιµοποιείται κυρίως σε αγωνιστικά οχήµατα. Το µειονέκτηµα είναι το υψηλότερο κόστος από ένα τυπικό ψευδο-MacPherson.

Με ένα προσαρµοστικό σύστηµα ανάρτησης, η ανάρτηση αέρα εξασφαλίζει ένα σταθερό επίπεδο και στους δύο άξονες, ανεξάρτητα από το φορτίο. Τέσσερις αισθητήρες ύψους εξασφαλίζουν συνεχή αναγνώριση της απόστασης µεταξύ των αξόνων και του πλαισίου.

Εάν η µονάδα ελέγχου σηµειώνει µια αλλαγή στην καθορισµένη απόσταση, ενεργοποιεί έναν συµπιεστή που εξισορροπεί την πίεση στα εξαρτήµατα του ελατηρίου χρησιµοποιώντας ηλεκτροµαγνητικές βαλβίδες. Μέσα σε λίγα κλάσµατα του δευτερολέπτου, βρίσκεται η καθορισµένη απόσταση.

Με την αποτροπή της κλίσης του οπίσθιου µέρους του οχήµατος κάτω από το βάρος ενός φορτίου, η προσαρµοστική ανάρτηση αυξάνει την ασφάλεια και την άνεση. Οι ευαίσθητες στην ταχύτητα ρυθµίσεις επιπέδου συµβάλλουν επίσης στην εξοικονόµηση καυσίµων βελτιώνοντας παράλληλα το χειρισµό και την απόδοση. Η σταθερότητα στις στροφές βελτιώνεται επίσης µε το κλείδωµα διαφορικού στα ελατήρια άξονα.

3. Ενεργητική Ανάρτηση
Χρησιµοποιείται κυρίως σε οχήµατα υψηλών προδιαγραφών (Audi Q7, Mercedes Airmatic) και παλαιότερα από την Citroën, µια ενεργητική ανάρτηση επιτρέπει τη ρύθµιση των χαρακτηριστικών της ανάρτησης παρέχοντας ενέργεια πίεσης µέσω αντλίας λαδιού ή αεροσυµπιεστή.

Αυτή η παροχή ενέργειας πίεσης καθιστά δυνατή, για παράδειγµα, τη διατήρηση του πλαισίου οριζόντια, ανεξάρτητα από τη φόρτωση του οχήµατος ή τη φάση επιτάχυνσης, πέδησης ή στροφής του και τη ρύθµιση του ύψους του οχήµατος. Είναι εποµένως, µια προσαρµοστική ανάρτηση µε ευρείες δυνατότητες.

Η τελευταία εξέλιξη σε αυτόν τον τύπο ανάρτησης είναι η πρόβλεψη των ανωµαλιών στον δρόµο και η προσαρµογή των χαρακτηριστικών της ανάρτησης σε αυτές, όπως και στο Magic Body Control της Mercedes.

Ο γερµανός κατασκευαστής έχει συνδέσει την ανάρτηση µε µια κάµερα που διαβάζει το προφίλ του δρόµου. Μέχρι ταχύτητα 80 µίλια/ώρα, το όχηµα είναι σε θέση να προβλέψει τις στροφές του δρόµου για να προσαρµόσει ανάλογα τις ιδιότητες της ανάρτησης αέρα (Airmatic air suspension).

4. Ανάρτηση πολλαπλών συνδέσµων

Ανάρτηση πολλαπλών συνδέσμων Audi A3

Η ανάρτηση πολλαπλών συνδέσµων αποτελείται γενικά από πέντε βραχίονες για να εµποδίζει ανεξάρτητα κάθε βαθµό ελευθερίας του τροχού. Μόνο η κατακόρυφη µετατόπιση ελέγχεται από τον αποσβεστήρα. Η ανάπτυξη αυτής της ανάρτησης είναι σχετικά περίπλοκη: οι µη αναρτηµένες µάζες είναι σχετικά µεγάλες και ο όγκος είναι αρκετά µεγάλος.

Πράγµατι, οι αναρτήσεις πολλαπλών συνδέσµων χρησιµοποιούνται γενικά µόνο τόσο εµπρός όσο και πίσω σε sedans. Μόνο µερικά µοντέλα συµπαγών αυτοκινήτων έχουν ανάρτηση πολλαπλών συνδέσµων και µόνο στο πίσω µέρος (Volkswagen Golf µε περισσότερα από 120 ίππους, Ford Focus).

5. Ανάρτηση διπλού ψαλιδιού
Xρησιµοποιείται συνήθως σε αυτοκίνητα αγώνων, σε supercars (Lamborghini Aventador, McLaren 650S) ή σε οχήµατα εκτός δρόµου (Range Rover, Toyota Land Cruiser). Αποτελείται από ένα Άνω Ψαλίδι και ένα Κάτω Ψαλίδι (µε δύο σηµεία προσάρτησης στην πλευρά του πλαισίου και ένα σηµείο προσάρτησης από την πλευρά της πλήµνης) για την καθοδήγηση του τροχού.

McLaren MP4-12C double wishbone suspension system

Με την ανάρτηση διπλού ψαλιδιού, ο άξονας περιστροφής του τροχού στηρίζεται σε δύο τριγωνικούς βραχίονες και µία ράβδο ζεύξης. Η κατακόρυφη σταθερότητα εξασφαλίζεται από τη δοκό που στηρίζεται στο κάτω τρίγωνο. Το πλεονέκτηµα αυτού του τύπου ανάρτησης είναι το χαµηλό ύψος και το ευρύ πλάτος φόρτωσης, τα οποία επιτρέπουν την υιοθέτηση αναρτήσεων που ευνοούν την «σπορ» συµπεριφορά.

Αυτή η κατασκευή έχει ευεργετική επίδραση στην κίνηση και των τεσσάρων τροχών (4κίνηση), την µετάδοση σηµαντικών κινητήριων δυνάµεων και την οδική πρόσφυση. Η ανάρτηση διπλών τριγώνων είναι πολύ συµπαγής, και µε κατάλληλη ράβδο ζεύξης, αποφεύγει τις υπερβολικές πλευρικές µεταφορές φορτίων. Οι παραλλαγές περιλαµβάνουν την εξαιρετικά συµπαγή διαµήκη ανάρτηση διπλού ψαλιδιού και την πίσω ανάρτηση τραπεζοειδούς βραχίονα.

Ο σχεδιασµός διπλών τριγώνων παρέχει υψηλή άνεση οδήγησης, τη δυναµική και τον χειρισµό στροφών του οχήµατος. Ωστόσο, το κόστος κατασκευής του είναι υψηλό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι γενικά σταθερός εξοπλισµός µόνο σε κορυφαία µοντέλα όπως η Mercedes E-Class και η S, Η BMW Σειρά 5 και 7 και η Audi A4.

Αποτέλεσμα χρήσης ανάρτησης MacPherson
Άνεση
Ο πρωταρχικός σκοπός των αναρτήσεων αυτοκινήτων είναι η ανακούφιση των διαταραχών που προκαλούνται από τις οδικές ατέλειες και ιδανικά, η εξάλειψη των υπερβολικών κραδασµών του οχήµατος και των επιβατών, προκειµένου να εξασφαλιστεί καλύτερη άνεση και ευεξία για τους επιβάτες.

Οι επιβάτες µπορεί να αισθάνονται δυσφορία όταν υποβάλλονται σε επιτάχυνση δονήσεων. Για παράδειγµα, σε ορισµένες συχνότητες, οι δονήσεις σε ορισµένα όργανα του ανθρώπινου σώµατος µπορεί να προκαλέσουν δυσφορία.

Επιπλέον, η µακροχρόνια έκθεση σε κραδασµούς αυξάνει την ευαισθησία του ανθρώπινου σώµατος. Σε αυτό το πλαίσιο, προκειµένου να ευρεθεί το ποσό της άνεσης, τα πρότυπα καθορίζουν τα όρια ανοχής του ανθρώπινου σώµατος για κραδασµούς ως συνάρτηση του εύρους, της συχνότητας και της διάρκειας των διαταραχών.

Χειρισµός
Βασικά, ο χειρισµός είναι η ικανότητα του οχήµατος να διατηρεί την πρόσφυση του σε ελεγχόµενη διαδροµή παρά τις δυνάµεις επιτάχυνσης και πέδησης και την φυγόκεντρη δύναµη, ανεξάρτητα από τον τύπο της επιφάνειας του δρόµου και τα µεταφερόµενα φορτία.

Δεδοµένου ότι τα ελαστικά είναι ο µόνος σύνδεσµος µεταξύ του οχήµατος και του δρόµου, η πρόσφυση αρχίζει από αυτά και εποµένως τον σχεδιασµό και την κατάστασή τους.

Αλλά η ικανότητα της ανάρτησης να διατηρεί τα ελαστικά σε επαφή µε το έδαφος έχει επίσης σηµασία. Σε γενικές γραµµές, όσο πιο σφιχτό και πιο εύκαµπτο είναι το πέλµα, τόσο καλύτερη είναι η πρόσφυση του ελαστικού. Ωστόσο, η ευκαµψία του χρησιµοποιούµενου ελαστικού υλικού πρέπει επίσης να είναι περιορισµένη, ώστε να εξασφαλίζεται επαρκώς µεγάλη διάρκεια ζωής του.

Το ελαστικό και το πλέγµα του, κατασκευασµένα από ίνες και χάλυβα, πρέπει επίσης να αντέχουν τη θερµότητα που παράγεται από το τρίψιµο του ελαστικού στον δρόµο και τη συνεχή κάµψη που υφίσταται.

Όταν το όχηµα ταξιδεύει µε σταθερή ταχύτητα και σε ευθεία γραµµή, ο χειρισµός δεν αποτελεί πρόβληµα. Από την άλλη πλευρά, σε ανώµαλο έδαφος ή σε καµπύλη, το ελαστικό πρέπει όχι µόνο να απορροφά τις δυνάµεις που ασκούνται από το όχηµα για να διατηρήσει την πρόσφυση του υπό αυτές τις ειδικές συνθήκες (στις οποίες προστίθεται η δύναµη του ανέµου), αλλά και τις δυνάµεις που προκύπτουν από τη ροπή του κινητήρα και το σύστηµα πέδησης.

Συµπέρασµα
Η ανάρτηση είναι ένα από τα πιο σηµαντικά στοιχεία για την ασφάλεια των οχηµάτων και την οδική συµπεριφορά. Σήµερα, χρησιµοποιούνται διάφοροι τύποι αναρτήσεων (εµπρός και πίσω) σύµφωνα µε τα κριτήρια απόδοσης του οχήµατος που καθορίζουν οι κατασκευαστές αυτοκινήτων (κόστος, συµπεριφορά, άνεση.). Με βάση αυτά τα κριτήρια, οι µηχανικοί µπορούν να επιλέξουν τον τύπο ανάρτησης που θα είναι ο πλέον κατάλληλος (McPherson, Διπλά ψαλίδια, πολλαπλές ράβδοι κ.λπ.και στη συνέχεια να αρχίσουν να εργάζονται στις ρυθµίσεις ανάρτησης.

Εάν οι ανεξάρτητες αναρτήσεις πολλαπλών συνδέσµων έχουν τη φήµη ότι είναι οι πιο προηγµένες, αυτή η δήλωση δεν µπορεί να χαραχθεί σε «µάρµαρο»: η Peugeot και η Porsche είναι τα τέλεια παραδείγµατα.

Οι προσαρµοστικές αναρτήσεις προσδίδουν προστιθέµενη αξία στον οδηγό τους, προτείνοντας διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας.

Ωστόσο, τα αποτελέσµατα είναι περιορισµένα επειδή περιορίζονται στην τροποποίηση των χαρακτηριστικών απόσβεσης. Θα ήταν επικίνδυνο για έναν κατασκευαστή να προτείνει δύο ριζικά διαφορετικούς τρόπους (Αγώνες και άνεση για παράδειγµα), µε κίνδυνο να τροποποιήσει σηµαντικά τα χαρακτηριστικά πρόσφυσης, προκαλώντας απώλεια πρόσφυσης. Σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, η ανταπόκριση του οχήµατος πρέπει να είναι προβλέψιµη ώστε να µην εκπλήσσει τον οδηγό.

Τέλος, οι ενεργές αναρτήσεις αντιπροσωπεύουν την καλύτερη δυνατή συµπεριφορά όσον αφορά την οδική συµπεριφορά: προσαρµόζονται στην τραχύτητα του δρόµου για να µεταφέρουν τους επιβάτες ενός οχήµατος µε τη µεγαλύτερη άνεση, ειδικά όταν η ανάρτηση γνωρίζει πώς να προβλέψει το προφίλ του δρόµου. Οι ενεργές αναρτήσεις είναι λιγότερο κατάλληλες για αθλητικά οχήµατα αγώνων λόγω του εγγενούς βάρους τους.

Facebook

Twitter