انواع سیستمهای تعلیق

[operator]

سیستم تعلیق میله پیچشی (Twist Beam Torsion Beam)

اين سيستم زيرشاخه ای از سيستم Trailing Arm محسوب می گردد که در آن Trailing Arm های دو چرخ بوسيله يک ميله مشابه آنچه در Solid Axle ديده می شود‌ ، به يکديگر متصل هستند . تفاوت بيم يا ميله رابط در اين سيستم با سيستم صلب ( Solid Beam ) در اينجاست که بيم يا ميله در سيستم پيچشی ( Twist Beam ) ، توانايی پيچش مختصری را نيز داراست ، از همين رو آنرا ، Twist Beam يا ميله پيچشی می نامند . Twist Beam سيستمی است نيمه مستقل ، چرا که با وجود قابليت پيچش مختصر محور رابط دو چرخ ، همين اتصال ، خود باعث عدم استقلال چرخها می گردد . اين سيستم بدليل نحوه قرارگيری کمکها ، عدم نياز به ميله موج گير و عدم نياز به فضای عرضی زياد ، فضای بسيار کمی را اشغال می نمايد . همين امر باعث شده ، اين سيستم در اکسل عقب اکثر خودروهای Compact ديفرانسيل جلو ، مورد استفاده قرار گيرد . در ادامه توضيح اين نکته ضروری است که نام اصلی اين سيستم Twist Beam می باشد اما به اشتباه آنرا Torsion Beam که نام ديگر Torsion Bar ( يک نوع فنر خودرو ، که در بخش اول اين مطلب بررسی شد ) است ، نيز می نامند و همين امر نيز باعث اشتباه آن با Torsion Bar که در واقع تنها نوعی فنر محسوب می شود و نه يک نوع از سيستم تعليق ، می گردد . خصوصا در ترجمه فارسی ، که هر دو ، ميله پيچشی ترجمه می شوند و همين امر تشخيص آنها را از يکديگر مشکل می نمايد .

اين سيستم غالبا با دو نوع فنر يافت ميشود ؛ فنر لول و يا Torsion Bar . خودروهايی چون گلف ، فيات پونتو ، پرايد ، ماتيز و .... از سيستم Twist Beam با فنر لول بهره می برند و خودروهايی نظير پژو ۲۰۶ ، هيوندای Getz و بيشتر خودروهای پژو نظير ۴۰۵ نيز دارای سيستم Twist Beam با Torsion Bar می باشند که استفاده از لفظ Torsion Beam برای معرفی اين نوع سيستم تعليق ، چندان هم بی ربط نيست و به اصطلاح تلفيقی از نام لوازم بکار رفته در اين سيستم است ، اما استفاده از اين نام در انواع با فنر لول چندان درست به نظر نمی رسد . اين سيستم ها در مقايسه با ديگر سيستمهايی که برای اکسل عقب خودروها بکار می روند کيفيت چندانی دارا نيستند ، و بيشتر بدليل اشغال کمتر فضا و همچنين ارزان بودنشان در خودروهای با سايز کوچک استفاده می شوند .

[operator]

سیستم تعلیق طبق دار دوبل(A-Arm or Double Wishbone )

تکامل بعدی در سيستم های تعليق طراحی سيستم جناغی يا Double Wishbones بود که در آن دو طَبَق به شکل حرف A ، با طولهايی يکسان و به موازات يکديگر در بالا و پايين مرکز چرخ قرار می گرفتند .

اين سيستم بدليل وجود دو طَبَق قوی ، کنترل بسيار خوبی را دارا بود اما اين سيستم نيز قابليت تغيير زاويه Camber را دارا نبود . همين اشکال ، باعث طراحی نوع جديد سيستم جناغی گرديد . در اين نوع برای اينکه سيستم بتواند ، در هنگام فشردگی زاويه منفی ، و در هنگام باز شدن زاويه مثبت پيدا نمايد ؛ طَبَق بالا کوتاهتر از طَبَق پايين در نظر گرفته شد ، همين امر باعث شد تا طَبَق پايين حين حرکت شعاع کمتری را پيموده و چرخ


هنگام بالا رفتن دچار زاويه منفی گردد که اين امر همانطور که گفته شد از انحراف خودرو در پيچها جلوگيری می نمايد اين سيستم در اکسل جلوی بسياری از خودروهای جديد امروزی ، اکثر خودروهای مسابقه ای از جمله فِراری ، اکثر خودروهای کارخانه هوندا و ... يافت می شود و تقريبا خالی از هر اشکالی است . اين سيستم مستقل ، از فنر لول که کمک فنر نيز درونش واقع شده ، بهره می برد . اما نمی توان برای اين شکل قرارگيری فنر و کمک فنر لفظ Strut استفاده نمود ، چرا که فنر و کمک فنر خاصيت ايفای نقش يک لينک را مانند آنچه در Strut وجود دارد ، ايفا نمی کنند . و کاربرد لفظ Strut ، برای اين شکل قرارگيری ، فقط در نوع McPherson می باشد

تعلیق طبق دار دوبل دو ویژگی آخر را به راحتی دارا می باشد. این سیستم دارای دو رابط عرضی (بازوی کنترل) در هر طرف خودرو می باشد، که روی قاب یا قاب زیرین تعلیق یا بدنه حرکت چرخشی دارند و در

اکسل جلو از بیرون به شغال دست که باعث فرمان دهی چرخ می شود متصل شده اند. فاصله موثرC بزرگتر بین رابطهای عرضی باعث، نیروهای کمتر در بازوهای کنترلی تعلیق و پایه هایشان می شود.

مزیت مهم تعلیق طبق دار دوبل امکانات سینماتیکی آن می باشد. موقعیت بازوهای کنترل تعلیق نسبت به هم – به عبارت دیگر اندازه زوایای β، α (می تواند ارتفاع مرکز غلتش بدنه و ارتفاع قطب pitch ( قطبی که اجزا نسبت به آن حرکت نوسانی دارند) را تعیین کند (زوایایβ ،α علاوه بر این طولهای متفاوت بازو های کنترل می تواند بر زاویه حرکت چرخ مرتجع و چرخ فشرده، تغییر کمبر و غیر از اینها، بر محدوده ی مطمئن تغییر پهنای track( پهنای بین دو چرخ یک محور) اثربگذارد (). اگر بازوی کنترل بالایی کوتاهتر باشد چرخ فشرده کمبر منفی وچرخ مرتجع کمبر مثبت می گیرد، که تغییر کمبر ایجاد شده توسط pitch غلتشی بدنه را بی اثر می کند


اکسل جلو پشت چرخ و در اکسل عقب جلوی چرخ واقع شده است. اگر می توانست روی مرکز چرخ باشد نه تنها مکانیزم ضد شیرجه(anti dive) را بهتر می کرد، بلکه شیرجه در اکسل عقب متحرک را هم کاهش می داد.( به عبارت دیگر اکسل جلو را بلند می کرد).

اینها دلایل استفاده زیاد از تعلیق طبق دار دوبل به عنوان اکسل عقب بدون در نظر گرفتن نوع محرک در خودروهای سواری می باشد، و دلیل اینکه چرا این سیستم به طور گسترده جایگزین اکسل شبه رابط کشنده شده است.

شکل: اکسل جلو در خودروی باری سبکVW,Lt28-35 با چهار ضلعی (square) فرمان معکوس می باشد. عضو میانی به عنوان قاب زیرین به کار می رود واز زیر به شاسی پیچ شده است. فنرها، ضربه گیرها در این مرکز نیرو ساپورت شده اند؛ میله ضد غلتش، جعبه فرمان، بازوی کنترل پایین به اعضای طولی قاب بسته شده اند.

میله ها دارای یاتاقان های بوشی لاستیکی در جلو می باشند که سختی غلتش دینامیکی تایرهای رادیال را می گیرد.

[operator]

سیستم تعلیق محور آونگی (Swing Arm )

پس از آنکه مهندسين خودرو به معايب سيستم Solid Beam پی بردند ؛ کوشش ، برای ساخت اولين سيستم مستقل آغاز شد ، يکی از اين تلاشها به ساخت نوعی با نام Swing Axle انجاميد که امروزه آنرا نه مستقل بلکه نيمه مستقل می دانند . همانگونه که از نام آن پيداست ، اين سيستم اجازه می دهد تا چرخها به صورت محوری به قسمتی در وسط دو چرخ خودرو متصل شده و قابليت بالا و پايين رفتن در قوس مربوط به خود را داشته باشند .

اين سيستم که بعنوان سيستم تعليق عقب در فولکس های Beetle قديمی ( قورباغه ای خودمان ) ديده می شود با وجود سادگی نسبی ، دارای نرمی رانندگی بهتری نسبت به سيستم Solid Axle می باشد . اما با وجود مستقل بودن ، بدليل مشکلی در هندلينگ که آنرا پديده Jacking می نامند و ناشی از بلند شدن چرخ در سر پيچها بدليل ايجاد زاويه Camber مثبت در چرخ خارج از پيچ است ( بايد منفی شود تا تعادل خودرو حفظ شود ) ، اين سيستم از مقبوليت چندانی برخوردار نشد و جای خود را به ديگر سيستمها داد .

[operator]

كمك فنر مغناطيسي MR

• در سيستم تعليق ميزان ميراكنندگي يا به عبارتي مستهلك شدن ارتعاشات مقداري ثابت و امكان مانور بر روي طرح هايي كه بتواند تعادلي را بين راحتي سرنشين از يك طرف و فرمان پذيري خودرو از طرف ديگر ايجاد كنند وجود ندارد در اين سيستم ها هر چند كه خودرو در حين عمليات كاري اش با شرايط مختلفي روبرو مي شود اما سيستم تعليق بر طبق عملكردي ثابت رفتار مي كند و توانايي تطبيق با شرايط مختلف را ندارد و فقط از روي نمودار مشخصي كه در طراحي ان در نظر گرفته شده است پيروي مي كند براي ارتقاي اين نواقص راه كارهاي متفاوتي وجود دارد كه يك از انها استفاده از سيستم تعليق فعال مي باشد اما از انجايي كه اين تعليق هزينه و صرف انرژي زيادي را مي طلبد مي توان راه كارهاي ديگري نيز گشت يكي از اين راه كارها استفاده از كمك فنري است كه ضريب ميراكنندگي متغيري را فراهم مي كند

• مي دانيم كه ضريب ميراكنندگي كمك فنر به ويسگوزيته روغن داخلش بستگي دارد كه با افزايش دما ويسگوزيته اش و بالطبع ضريب ميرايي اش نيز كاهش مي يابد بنابراين اگر بتوانيم سيالي را در داخل كمك فنر داشته باشيم كه توانايي تغيير پذيري در ويسگوزيته اش را دارا باشد به نتيجه مطلوب كه همان تغيير ميرايي است دست يافته ايم

• يكي از طرح هايي كه موجود مي باشد استفاده از نوعي سيال به نام magnetorheological است كه با عنوان مختصر شده MR شناخته مي شود اين سيال در واقع تركيبي از روغن با مقداري ذرات بسيار ريز اهن است هنگامي كه اين سيال درون يك ميدان مغناطيسي قرار مي گيرد ذرات ريز اهن تحت تاثير ميدان مغناطيسي بصورت رنجيره اي يه هم چسبيده در ميايند اين در يك راستا قرار گرفتن و منظم شدن ذرات اهن باعث ايجاد ديوارهاي سخت و افزايش ويسگوزيته سيال مي گردد

• ساختمان اين كمك فنر بسيار شبيه به كمك فنرهاي معمولي مي باشد ميدان مغناطيسي مورد نياز نيز بوسيله چند كويل كوچك در اطراف پيستون كمك فنر قرار گرفته است ايجاد مي شود بطوريكه در زمان عبور سيال از كنار پيستون ميدان مغناطيسي ايجاد شده در ان مقطع از كمك فنر ويسگوزيته سيال را افزايش داده و باعث كند شدن حركت سيال از ميان پيستون مي گردد كه همين امر افزايش ضريب ميرايي را نيز به همراه خواهد داشت


• تكنولوژي سيال MR

• سيالات MR نسبت به ميدان مغناطيسي واكنش نشان داده و تغييرات چشمگيري در رفتارشان مشاهده مي گردد اين سيالات مي توانند در زماني كه تحت تاثير ميدان مغناطيسي قرار دارند بصورت برگشت پذيري فورا از حالت مايعي جاري به نيمه جامدي با استحكام و مقاومت قابل نظارت تغيير حالت دهند در صورتيكه در غياب ميدان مغناطيسي اين سيالات بصورت قابل انتظار رفتاري نزديك به سيالات نيوتني از خود نشان مي دهند

• براي نمونه يك نوع از سيال MR كه تقريبا 20 تا 40 درصد از حجمش خالص است حاوي ذرات اهن با قطر 3 تا 10 ميكرون مي باشد كه در داخل سيالاتي نظير روغن معدني وروغن مصنوعي , اب يا گليكول پخش شده است همچنين افزودني هاي متنوع اختصاصي هر كارخانه نظير انچه در ساير روانكارهاي تجاري وجود دارد به منظور تنظيمات گرانشي و بالا بردن خاصيت معلق ماندن ذرات اضافه مي گردد

• سيالات MR كه از ذرات اهن در داخل شان استفاده شده است ماكزيمم استحكام و مقاومتي در حدود 50 تا 100 كيلو پاسكال را در ميدان مغناطيسي اي در حدود 150 تا 250 KA/M از خود نشان داده اند

• سيالات MR نسبت به رطوبت و الايندهاي كه در حين توليد يا مصرفشان ممكن است داخل انها شده باشد حساس نيستند همچنين به دليل اينكه مكانيزم پلاريزاسيون مغناطيسي متاثر از دما نمي باشد عملكرد دستگاه هايي كه بر اساس تكنولوژي MR بنا شده است نسبت به تغييرات بازه گسترده اي از دما حساس نمي باشد (شامل بازده دمايي موجود در خودرو)


• اولين حق ثبت اختراع در رابطه با تكنولوژي MR كه به دهه 1940 بر مي گردد مربوط به شخصي به نام جانكوب رابينو است به مدت ده سال بعد از ان اين تكنولوژي به كاربردهاي ازمايشگاهي با مصارف عملي كم محدود شد در دهه 1980و 1990 محققان بسيار جدي براي توسعه و عملي شدن قابليت تجاري سيالات MR شروع بكار كردند كم كم اين محصول وارد بازار شد اين موارد مصرف شامل : تعليق هاي ابتدايي خودرو , سيستم صندلي كاميون , وسايل كنترل با سيم فيدبك لمسي , پنوماتيكي و تخفيف اثرات زمين لرزه مي باشد



خودروهاي كه از کمک فنر MR استفاده مي كنند

• Acura MDX

• Audi TT

• Audi R8

• Buick Lucerne

• Cadillac DTS

• Cadillac SLR

• Cadillac SRX

• Cadillac STS

• Chevrolet Corvette

• Ferrari 599GTB

• Holden HSV Commodore

[operator]

تعليق هيدروليکی

کاربرد سیستم های هیدرولیک در طراحی خودروها با جایگزینی ترمز هیدرولیکی بجای ترمزهای مکانیکی نوع کابلی و یا اهرمی آغاز شد. در این سیستم و با توجه به قابلیت های انعطاف پذیری مایعات و با ایجاد فشار روی مایع امکان انتقال نیروی ترمز به تمام چرخها بوجود آمد.

بعدها از سیستم هیدرولیک و به روش مشابهی با ترمزهای هیدرولیکی در مکانیزم کلاچ خودروها استفاده شد. در ادامه روند توسعه تکنولوژی در ساخت خودروها، کاربرد هیدرولیک وسعت بیشتری یافت و در سیستم های دیگر خودرو مانند جذب کننده ضربات (کمک فنر)، فرمانهای هیدرولیکی و گیربکس اتوماتیک بکار گرفته و متداول شد.

ایده بکارگیری سیستم هیدرولیک در مکانیزم تعلیق خودروها اولین بار در سال 1952 در شرکت خودرو سازی سیتروئن مطرح شد. طراحان شرکت سیتروئن در طراحی و ساخت سیتروئن مدل DS19 از تمام مکانیزم های هیدرولیکی که تا آن زمان ابداع شده بود استفاده کردند.

آنها در طرح این خودرو بجای استفاده از سیستم های هیدرولیکی متعدد و مستقل برای هر کدام از مکانیزم ها، اقدام به طراحی یک سیستم هیدرولیکی مرکزی نمودند. به این ترتیب از نصب پمپ، مخزن و روغن و مکانیزم های جداگانه خودداری کرده و یک مجموعه مشترک و اصلی جایگزین تجهیزات فوق گردید. این سیستم هیدرولیک مرکزی و مشترک چندین زیر مجموعه که هر کدام عمل مستقلی در خودرو انجام می دادند را تغذیه می کرد.

این طرح باعث آسانتر شدن طراحی و یکپارچگی بیشتر خودرو گردید. میزان قابل توجه توان هیدرولیکی که توسط موتور برای سیستم هیدرولیک این خودرو در نظر گرفته شده بود به طراحان آزادی عمل و ابتکار بیشتری می داد. در اینجا بود که ایده بکارگیری سیستم هیدرولیک در مکانیزم تعلیق نه فقط بعنوان ضربه گیر (کمک فنر) بلکه بعنوان یک سیستم تعلیق کاملاً هیدرولیکی شکل گرفت.

طراحان سیتروئن به این فکر افتادند که می توانند بجای استفاده از روشهای متداول در سیستم تعلیق، یعنی استفاده از انواع فنرها و یا میله های پیچشی که تا آن زمان بکار می رفت، سیستم هیدرولیکی جدیدی را جایگزین کنند که ضمن تحمل بار خودرو عمل ضربه گیری را نیز انجام دهد.این یک طرح آزمایشی بود که در سال 1955 روی خودروی سیتروئن مدل DS19 نصب گردید.

این روش بطور باورنکردنی باعث نرمی خودرو و بی تکان شدن رانندگی شده بود و ویژگی را بوجود آورده بود که به هیچ وجه با روشهای متداول سیستم تعلیق قابل تصور نبود. جالب ترین ویژگی در این خودرو امکان تغییر و تنظیم ارتفاع بود. برای این کار با تنظیم حجم روغن ارسالی به جک های هیدرولیکی که جایگزین فنر شده بودند امکان بالا و پايین بردن اتاق خودرو نسبت به سطح جاده بوجود آمده بود.

از ویژگیهای دیگر این خودرو تراز اتوماتیک سطح ماشین هنگام قرار گرفتن در سطوح ناهموار بود و این عمل با توجه به موقعیت بازوهای سیستم تعلیق نسبت به بدنه و تغییر اتوماتیک حجم روغن در جک های خودرو انجام می گردید.
طراحان DS19 به مرور زمان تغییرات زیادی در سیستم هیدرولیک نمونه اولیه ایجاد کردند ولی آنچه که اهميت داشت بکارگیری روش کاملاً جدیدی از کاربرد هیدرولیک در خودرو بود که قبلاً هرگز انجام نشده بود.

اصول کار سیستم تعلیق هیدرولیکی که در بعضی مواقع بنام هیدروپنوماتیک نیز از آن نام برده می شود بر اصل تراکم پذیری گازها و غیرقابل تراکم بودن مایعات بنا نهاده شده است. هر کدام از جک های بکار برده شده در سیستم تعلیق که جایگزین فنرهای معمولی شده اند شامل یک سیلندر و پیستون ساده و یک مخزن یا انباره که تحت فشار گاز نیتروژن است و در بالای جک نصب می شود هستند.


روغن هیدرولیک می تواند بین جک و انباره حرکت رفت و برگشت داشته باشد. وزن بدنه خودرو که روی چرخها وارد می شود باعث بالا آمدن پیستون در سیلندر شده و در نتیجه خروج روغن از جک و ورود آن را به انباره در پی خواهد داشت. با اضافه شدن روغن به انباره تراکم گاز نیتروژن حبس شده در داخل انباره افزایش می یابد تا با وزن خودرو به تعادل برسد. به این ترتیب گاز نیتروژن داخل انباره با متراکم شدن بیشتر مانند یک فنر عمل می کند.

با قرار دادن یک اورفیس (مجرای تنگ) بین پیستون و انباره سرعت نوسان پیستون کاهش داده می شود و ضربات ناشی از سطوح ناهموار جذب می گردد، عملی که در خودروهای معمولی توسط کمک فنر انجام می شود.
در مدلهای جدید خودروهای شرکت سیتروئن که با نام زانتیا به بازار معرفی شده اند. نمونه های بسیار پیشرفته و جدیدی از سیستم های هیدرولیکی نصب شده اند در این خودرو قابلیت های متعددی ایجاد گردیده است.


کنترل الکترونیکی زانتیا که به آن هیدرواکتیو می گویند به سیستم اجازه می دهد که مکانیزم تعلیق آن براي جذب ضربات متناسب با وضعیت ناهمواری جاده تغییر کند در اکسل های بکار گرفته شده در این خودروها بجز انباره های بالای جکها یک انباره در مرکز اکسل نصب شده است و با وصل شدن و یا قطع شدن ارتباط این انباره به مدار تعلیق هیدرولیکی ماشین میزان نرمی و یا سفتی حرکتهای بدنه تغییر می کند

برای این منظور با قرار دادن تعدادی سنسور شرایط مختلف رانندگی مانند سرعت ماشین، سرعت و میزان فرمانگیری، نوسانات مربوط به جاده، شتابگیری و یا توقف را دریافت و به کامپیوتر دستگاه ارسال می کنند و بعد از پردازش داده های ورودی سیگنال ارسالی از کامپیوتر به شیر برقی تعبیه شده در مدار هیدرولیک ارسال می شود و از طریق این شیر رگلاتورهای کنترل نرمی (stiffness regulator) مقدار دهانه اورفیس بین جکهای دو طرف اکسل و انباره مرکزی را تغییر می دهند،

در نتیجه مقدار و سرعت تبادل روغن بین جکها و انباره تغییر کرده و به این ترتیب شدت نوسانات جک ها متناسب با شرایط جاده تنظیم می گردد. با این روش ترکیب بی نظیری از سواری راحت و کنترل بالای جاده ای ایجاد می گردد با اضافه شدن امکانات جدید الکترونیکی سطح تراز دستگاه با توجه به سرعت فرمانگیری و پیچ های تند، شتاب گیری و ترمزهای ناگهانی حفظ می گردد و در سخت ترین شرایط رانندگی راحتی سرنشینان و امکان کنترل خودرو را به حداکثر می رساند و تمام این قابلیت ها با توجه به بکارگیری سیستم تعلیق هیدرولیکی خودرو امکان پذیر شده است.

امروزه از سیستم های تعلیق هیدرولیکی در بسیاری از ماشین آلات سنگین و خودروهای نظامی استفاده می شود.
جایي که بکارگیری سیستمهای مرسوم فنری مشکلات فراوانی به همراه دارد و کیفیت و کارایی لازم را نیز نخواهد داشت بگونه ای که تصور عدم استفاده از سیستم تعلیق هیدرولیکی در ماشین آلاتی نظیر کامیونهای معدن و بسیاری از جرثقیل های غول پیکر و تریلرهای بزرگ با تعداد چرخهای فراوان تا حدودی غیرممکن بنظر می رسد.