سیستم تعلیق خودرو چیست؟

یکی از مهم‌ترین بخش‌های خودرو سیستم تعلیق آن است؛ اما این مجموعه در خودرو چه وظیفه‌ای دارد و از چه از قطعاتی تشکیل می‌شود؟ در این بخش از سری مقالات بخش آموزش gsxr به بررسی سیستم تعلیق وسایل نقلیه خواهیم پرداخت.

سیستم تعلیق خودرو چیست و چه وظایفی دارد؟

معمولاً وقتی درباره عملکرد خودرو صحبت می‌کنیم اکثر افراد به اسب بخار، گشتاور و شتاب فکر می‌کنند اما تمامی قدرت تولیدی پیشرانه تا زمانی که راننده نتواند خودرو را کنترل کند بی‌فایده خواهد بود. به همین خاطر است که مهندسان اهمیت زیادی به سیستم تعلیق خودرو می‌دهند. این بخش خودرو باید حداکثر تماس را بین لاستیک‌ها و سطح جاده فراهم کند تا هندلینگ خوبی به دست آید و درعین‌حال سرنشینان نیز سواری راحتی را تجربه نمایند.

سیستم تعلیق خودرو car suspension مجموعه‌ای متشکل از لاستیک‌ها، فنرها، جذب‌کننده‌های شوک و اتصالاتی است که وسیله نقلیه را به چرخ‌ها مرتبط کرده و باعث حرکات نسبی بین آن‌ها می‌شود. سیستم‌های تعلیق بکار رفته در خودروها باید وظیفه سخت و چالش‌برانگیز حفظ هندلینگ و کیفیت سواری را بر دوش بکشند. تماس حداکثری چرخ‌ها با سطح جاده برای سیستم تعلیق اهمیت زیادی دارد و از سوی دیگر این مجموعه به خاطر تنش‌های مداوم و تحمل نیروهای زیاد در معرض استهلاک قرار دارد. باید به این نکته اشاره‌ کنیم که در اکثر خودروها طراحی سیستم تعلیق بخش جلو و عقب آن‌ها متفاوت است.

اگر جاده‌های ما کاملاً تخت و بدون ناهمواری بودند نیازی به سیستم تعلیق نداشتیم اما اصلاً این‌طور نیست و حتی بهترین بزرگراه‌ها نیز دارای ناهمواری‌های ملایمی هستند که می‌توانند با چرخ‌ها تماس داشته باشند. همین ناهمواری‌ها هستند که نیروهای زیادی را به چرخ‌ها وارد می‌کنند. بر اساس قوانین نیوتون، تمامی نیروها دارای جهت و بزرگی هستند و یک دست‌انداز در جاده باعث بالا و پایین رفتن چرخ می‌شود. البته بزرگی نیرو به ابعاد چاله بستگی دارد هرچند به‌طورکلی چرخ خودرو با عبور از دست‌انداز یک شتاب عمودی را تجربه می‌کند.

بدون وجود ساختاری حد واسط تمامی انرژی عمودی چرخ به فریم خودرو وارد خواهد شد. در چنین شرایطی لاستیک‌ها می‌توانند تماس خود با سطح جاده را به‌طور کامل از دست بدهند. پس از آن به خاطر نیروی رو به پایین جاذبه لاستیک‌ها می‌توانند دوباره به سطح جاده برخورد کنند. چیزی که نیاز خواهیم داشت یک سیستم برای جذب شتاب عمودی چرخ است که به فریم و بدنه خودرو اجازه پایداری و راحتی سواری را بدهد. مطالعه نیروهای موجود در یک خودروی متحرک اصطلاحاً دینامیک خودرو نام دارد و شما باید برخی از مفاهیم موجود در این زمینه را جهت درک کار سیستم تعلیق بدانید. اکثر مهندسان صنعت خودرو دینامیک خودروی متحرک را از دو جهت بررسی می‌کنند:

1. سواری: توانایی خودرو در عبور نرم از ناهمواری‌ها و دست‌اندازها
2. هندلینگ: توانایی خودرو در شتاب گیری، ترمز و عبور از پیچ ایمن

سیستم تعلیق خودرو با تمامی ویژگی‌های خود می‌بایست تعادل مناسبی بین این فاکتورها ایجاد کند.

اجزای مختلف سیستم تعلیق خودرو

این سیستم در واقع بخشی از شاسی است که از تمامی مجموعه‌های مهم زیر پوست وسیله نقلیه تشکیل می‌شود. از جمله این سیستم‌های متصل به شاسی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

فریم: قطعه‌ای ساختاری و حامل بار که از پیشرانه و بدنه خودرو پشتیبانی می‌کند.

سیستم تعلیق: مجموعه‌ای که وزن خودرو را تحمل کرده و ناهمواری‌های جاده را جذب می‌کند تا تماس خودرو با مسیر حفظ شود.

سیستم فرمان: مکانیسمی که باعث می‌شود راننده توانایی کنترل و هدایت وسیله نقلیه را داشته باشد.

لاستیک‌ها و رینگ‌ها: قطعاتی که باعث حرکت خودرو شده و چسبندگی و اصطکاک آن با جاده را فراهم می‌کنند.

با در نظر گرفتن این موارد واضح است که سیستم تعلیق خودرو نقش بسیار مهمی در هدایت آن ایفا می‌کند. در ادامه به بخش‌های اصلی سیستم تعلیق شامل فنرها، دامپرها و میل تعادل یا میل موج گیر می‌پردازیم.

سیستم‌های فنربندی امروزی دارای ۴ طراحی اصلی هستند که در زیر به آن‌ها اشاره شده است:

فنرهای پیچشی: معمول‌ترین نوع فنرها به شمار می‌روند و در واقع یک میله تورشن هوی دیوتی هستند که به دور محور می‌پیچند. فنرهای پیچشی برای جذب حرکات چرخ‌ها فشرده و باز می‌شوند.

فنرهای تخت: از چندین لایه فلز متصل به یکدیگر تشکیل می‌شوند تا به عنوان یک واحد عمل کنند. فنرهای تخت اولین بار در کالسکه‌ها بکار رفت و تا سال ۱۹۸۵ در اکثر خودروهای آمریکایی دیده می‌شد. این نوع فنرها هنوز هم در اکثر وانت پیکاپ ها و وسایل نقلیه هوی دیوتی بکار می‌روند.

میله‌های تورشن: در این نوع فنرها از خواص میله فولادی برای ارائه عملکرد مشابه فنر پیچشی استفاده می‌شود. یک انتهای میله به فریم خودرو متصل شده و انتهای دیگر نیز به طبق وصل می‌شود. زمانی که چرخ خودرو به یک ناهمواری می‌رسد حرکت عمودی به طبق منتقل شده و سپس به میله تورشن می‌رسد تا در نهایت با حرکات خود سواری نرمی را فراهم کند. خودروسازان اروپایی به‌صورت گسترده از این نوع طراحی استفاده می‌کنند. پاکارد و کرایسلر نیز در دهه ۵۰ و ۶۰ میلادی از این نوع فنرها استفاده کرده‌اند.

فنرهای بادی: از محفظه‌ای استوانه‌ای دارای هوا که بین چرخ و بدنه نصب شده سود می‌برند. این نوع فنرها برای جذب لرزش‌های چرخ از خواص جالب هوا استفاده کرده‌اند. فنرهای بادی در بسیاری از خودروهای لوکس امروزی وجود دارند اما ایده اولیه آن بیش از ۱ قرن پیش مطرح شده و حتی در کالسکه‌ها نیز وجود داشته است. فنرهای بادی آن دوران از دیافراگم‌های چرمی پر از هوا ساخته شده بودند اما در دهه ۳۰ میلادی جای خود را به فنرهای بادی لاستیکی دادند.

• دامپرها (جذب‌کننده‌های شوک)

تا زمانی که ساختار مناسبی وجود نداشته باشد فنر خودرو باز خواهد شد و انرژی جذب شده از برخورد با دست‌انداز را با سرعتی غیر کنترل شده آزاد خواهد کرد. فنر به بالا و پایین رفتن خود ادامه خواهد داد تا زمانی که تمامی انرژی اولیه بکار رود. یک سیستم تعلیق که فقط با فنر ساخته شده باشد سواری بسیار ناهنجاری را برای خودرو ایجاد می‌کند. با ورود جذب‌کننده‌های شوک به بازار تحولی در این زمینه ایجاد شد. این قطعه حرکات ناخواسته فنرها را از طریق فرایندی که dampening نام دارد کنترل می‌کند. جذب‌کننده‌های شوک یا دامپرها همچنین بزرگی حرکات لرزشی را با تبدیل انرژی جنبشی حرکات سیستم تعلیق به انرژی گرمایی کاهش می‌دهند. این گرما می‌تواند از طریق روغن هیدرولیک پراکنده شود.

برای فهم بهتر این موضوع بهتر است نگاهی به ساختار و عملکرد دامپرها داشته باشیم. دامپر یا جذب‌کننده شوک اساساً پمپ روغنی است که بین فریم و چرخ‌های خودرو قرار می‌گیرد. بخش بالایی شوک به فنر متصل است درحالی‌که بخش پایینی با اکسل و نزدیک چرخ در ارتباط است. تمامی جذب‌کننده‌های شوک مدرن به سرعت حساس هستند و هرچقدر سیستم تعلیق خودرو سریع‌تر حرکت کند مقاومت بیشتری را فراهم می‌کنند. این امر باعث می‌شود شوک‌ها خود را با شرایط جاده تنظیم کرده و تمامی حرکات ناخواسته را کنترل نمایند.

یکی دیگر از ساختارهای دامپر مشهور در خودروها استرات است. استرات یک جذب‌کننده شوک نصب شده داخل فنر پیچشی به شمار می‌رود و دو کارکرد اصلی دارد که شامل عملکرد دامپنینگ مشابه جذب‌کننده‌های شوک و پشتیبانی ساختاری از سیستم تعلیق خودروست به این معنی که استرات بارها وزن خودرو را نیز تحمل می‌کنند اما دامپرها این‌طور نیستند و تنها سرعت را کنترل می‌کنند. به دلیل اینکه شوک‌ها و استرات ها نقش ویژه‌ای در هندلینگ خودرو دارند بنابراین به عنوان ویژگی‌های ایمنی بسیار مهمی در نظر گرفته می‌شوند. شوک‌ها و استرات های معیوب و فرسوده باعث انتقال وزن اضافی خودرو از یک سمت به سمت دیگر و از جلو به عقب شوند که این امر توانایی لاستیک‌ها در چسبیدن به زمین را کاهش داده و روی هندلینگ و ترمز خودرو تأثیر منفی می‌گذارد.

• میل تعادل یا میل موج گیر

میل موج گیرها که با نام آنتی رول بار نیز شناخته می‌شوند در کنار دامپرها یا استرات ها بکار می‌روند تا خودرو پایداری بیشتری داشته باشد. میل تعادل قطعه‌ای فلزی است که در کل اکسل بکار رفته و باعث اتصال سمت‌های مختلف سیستم تعلیق به یکدیگر می‌شود. زمانی که سیستم تعلیق در یک چرخ بالا و پایین می‌رود میل تعادل حرکات را به چرخ دیگر منتقل می‌کند. به‌طور خاص این قطعه از چپ کردن خودرو در پیچ‌ها جلوگیری می‌کند و به همین خاطر تمامی خودروهای امروزی به میل موج گیر مجهز هستند.

انواع سیستم تعلیق خودرو

تاکنون درباره عملکرد بخش‌های مختلف سیستم تعلیق صحبت کردیم اما چهار چرخ وسیله نقلیه با دو سیستم مستقل کار می‌کنند به گونه‌ای که دو چرخ جلو به اکسل جلو و دو چرخ عقب به اکسل عقب متصل هستند. به این ترتیب خودرو می‌تواند دارای سیستم تعلیق متفاوتی در جلو و عقب باشد و معمولاً نیز این‌گونه است. به‌طورکلی نوع سیستم تعلیق بکار رفته در خودروها به توانایی عملکرد مستقل یا غیرمستقل چرخ‌ها نسبت به اکسل بستگی دارد. درصورتی‌که چرخ به اکسل‌ها متصل باشد سیستم تعلیق از نوع غیرمستقل خواهد بود اما درصورتی‌که چرخ بتواند به‌صورت مستقل حرکت کند سیستم تعلیق از نوع مستقل خواهد بود.

• سیستم تعلیق غیرمستقل جلو

در این نوع سیستم شاهد اکسل جلویی هستیم که چرخ‌های جلو را به یکدیگر متصل می‌کند. اساساً این نوع طراحی مشابه یک میله زیر خودرو دیده می‌شود که توسط فنرهای تخت و جذب‌کننده‌های شوک در جای خود قرار دارد. سیستم تعلیق غیرمستقل جلو معمولاً در وانت‌ها و کامیون‌ها بکار می‌رود و در خودروهای امروزی دیده نمی‌شود.

• سیستم تعلیق مستقل جلو

در این نوع سیستم تعلیق، چرخ‌های جلو اجازه دارند به‌صورت مستقل حرکت کنند. استرات مک فرسون که توسط ایرل اس مک فرسون مهندس جنرال موتورز و در سال ۱۹۴۷ معرفی شد به‌طور گسترده در خودروها به ویژه مدل‌های اروپایی بکار می‌رود. استرات مک فرسون از دامپر و فنر پیچشی یکپارچه تشکیل می‌شود تا ابعاد جمع‌وجور و وزن کمتری داشته باشد. از این نوع طراحی می‌توان در خودروهای دیفرانسیل جلو استفاده کرد. سیستم تعلیق دوبل جناغی که با نام A-arm یا کنترل بازو نیز شناخته می‌شود یکی دیگر از انواع شناخته شده سیستم تعلیق مستقل جلوست. اگرچه پیکربندی‌های گوناگونی از سیستم تعلیق دوبل جناغی وجود دارد اما معمولاً از دو بازوی جناغی شکل در چرخ استفاده می‌شود. هر جناغ که دو موقعیت نصب به فریم و چرخ دارد از جذب‌کننده شوک و فنر پیچشی برای جذب ناهمواری‌ها و لرزش‌ها استفاده می‌کند. سیستم‌های دوبل جناغی باعث کنترل بیشتر زاویه کمبر چرخ می‌شوند. همان‌طور که می‌دانید کمبر زاویه بیرون زدگی یا تو رفتگی چرخ را نشان می‌دهد. علاوه بر این سیستم تعلیق دوبل جناغی باعث احساس فرمان بهتری می‌شود و به همین خاطر در بخش جلوی خودروهای بزرگ‌تر به‌طور گسترده نصب می‌شود.

• سیستم تعلیق غیرمستقل عقب

اگر اکسل عقب باعث اتصال چرخ‌های عقب به یکدیگر شود سیستم تعلیق معمولاً بسیار ساده و از نوع فنر تخت یا پیچشی خواهد بود. در طراحی اولیه فنرهای تخت مستقیماً به اکسل متصل می‌شوند. در این نوع طراحی انتهای فنرهای تخت به فریم وصل خواهد شد. خودروسازان آمریکایی مدت‌های زیادی این نوع طراحی را به خاطر سادگی ترجیح می‌داند. همین طراحی ساده را می‌توان با استفاده از فنرهای پیچشی نیز پیاده کرد. در این حالت فنر و جذب‌کننده شوک می‌تواند به عنوان یک واحد مشترک یا جداگانه استفاده شود. درصورتی‌که دامپر و فنر از یکدیگر جدا باشند ابعاد فنرها بسیار کوچک‌تر خواهد بود و بنابراین در استفاده از فضا صرفه‌جویی خواهد شد.

• سیستم تعلیق مستقل عقب

اگر سیستم تعلیق جلو و عقب خودرو از نوع مستقل باشد بنابراین تمامی چرخ‌ها به‌صورت مستقل حرکت می‌کنند و خودروسازان نیز در تبلیغات خود به سیستم تعلیق مستقل چهار چرخ اشاره دارند. هر سیستم تعلیقی که بتواند در بخش جلوی خودرو نصب شود قابلیت استفاده در بخش عقب را نیز خواهد داشت. البته در بخش عقب خودرو جعبه‌فرمان وجود ندارد و بنابراین می‌توان از نسخه ساده‌تر سیستم تعلیق مستقل در این بخش استفاده کرد هرچند اصول مهم هر دو نوع طراحی مشابه هم است. سیستم تعلیق چند اتصالی نیز وجود دارد که در خودروهای امروزی بکار می رود و جهت کسب اطلاعات بیشتر می توانید مقاله مربوط به آن را مطالعه کنید.

طول عمر سیستم تعلیق خودرو

طرز رانندگی و مسیرهایی که خودرو در آن تردد می‌کند تأثیر زیادی روی طول عمر قطعات سیستم تعلیق خواهد داشت اما معمولاً برخی قطعات همچون شوک‌ها و استرات ها را می‌بایست با گذشت حدود ۸۰ هزار کیلومتر از کارکرد خودرو تعویض کرد.

چه عواملی سبب ایجاد مشکل در سیستم تعلیق می‌شوند؟

به خاطر اینکه سیستم یاد شده از قطعات گوناگونی تشکیل شده است بنابراین ایجاد مشکل در آن طبیعی خواهد بود اما برخورد با دست‌اندازها و سرعت‌گیرهای بزرگ می‌تواند باعث آسیب دیدن سیستم تعلیق شود.

نشانه‌های خرابی سیستم تعلیق چیست؟

از جمله این موارد می‌توان به کشیده شدن خودرو به یک سمت در زمان عبور از پیچ‌ها، سواری خشن، سروصدای غیرعادی از زیر خودرو در زمان عبور از دست‌اندازها و همچنین کله کردن وسیله نقلیه در زمان ترمز گرفتن اشاره کرد.

بهترین سیستم تعلیق خودرو جهان

به‌طور خاص نمی‌توان یک نوع طراحی را به عنوان بهترین سیستم تعلیق خودرو در جهان انتخاب کرد چراکه خودروسازان از طراحی‌های مختلفی بسته به نوع خودرو، بازار هدف و هزینه‌ها استفاده می‌کنند اما در کل سیستم‌های تعلیق دوبل جناغی، چند اتصالی، مک فرسون، مستقل و بادی جزو شناخته‌شده‌ترین و رایج ترین سیستم‌های تعلیق بکار رفته در خودروها هستند.

تقویت سیستم تعلیق خودرو

برای بهبود سواری و هندلینگ خودرو می‌توان برخی قطعات استاندارد را با نمونه‌های کاراتر افترمارکتی تعویض کرد هرچند خود خودروسازان نیز نسخه‌های اسپرت و سفارشی از محصولات استاندارد را با سیستم‌های تعلیق بهتر تولید کرده‌اند. برای تقویت سیستم تعلیق می‌بایست کاربری خودرو را در نظر گرفت. اگر به دنبال آفرود بهتر هستید استفاده از فنرها و دامپرهای هوی دیوتی گزینه خوبی خواهد بود اما درصورتی‌که هندلینگ بالایی جهت عبور از پیچ‌ها می‌خواهید تعویض فنرهای پیچشی، استرات بارها و… باعث بهبود کارایی وسیله نقلیه خواهد شد. جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می توانید مقاله اهمیت ارتقای سیستم تعلیق را مطالعه بفرمایید.