انواع سیستم تعلیق

سیستم تعلیق و فنربندی خودرو که قسمت متحرکی بین اتاق خودرو و چرخ‌ها است،  وظیفه جذب کردن انرژی منتقل شده از ناهمواری‌های سطح جاده به چرخ خودرو را دارد تا مانع از انتقال این ضربات و تکانه‌ها به اتاق خودرو و سرنشینان شود.

سیستم تعلیق خودرو موجب راحتی سرنشینان در داخل خودرو و آرام و بی صدا ماندن اتاق خودرو در مسیرهای ناهموار می‌شود و همچنین تاثیر به سزایی در هندلینگ خودرو، پایداری خودرو و لذت سواری دارد.  سیستم تعلیق با پیشرفت صنعت خودروسازی توسعه یافته و امروزه شاهد استفاده از فناوری‌های مدرن در طراحی و تولید سیستم‌های تعلیق بر روی خودروهای مختلف هستیم.

 

 

انواع سیستم فنربندی مستقل

فنربندی مک‌فرسون

سیستم تعلیق مک‌فرسون (MacPherson Suspension Strut) در سال ۱۹۴۷ میلادی توسط یکی از مهندسان جنرال موتورز، ارل اس. مک‌فرسون (Earle S. MacPherson) ابداع شد. این سیستم در بسیاری از خودروهای امروزی یافت می‌شود، اما استفاده از آن در خودروهای اروپایی شایع‌تر است. به‌طور ساده در این سیستم کمک‌فنر داخل فنر لول تعبیه شده است و این دو به‌صورت واحدی یکپارچه عمل می‌کنند. از این سیستم بیشتر در خودروهای محور جلو محرک استفاده می‌شود. مزیت سیستم فنربندی مک‌فرسون کاهش حجم و وزن سیستم فنربندی مستقل برای محور جلوی خودرو است.

 

فنربندی دو جناغی

سیستم فنربندی دو جناغی (Double Wishbone) از دو قطعه‌ی جناغی شکل (A-Arm) تشکیل شده است که با فاصله‌ای عمودی روی هم و در راستای یکدیگر قرار می‌گیرند. یک سر قطعات جناغی به چرخ و سر دیگرشان به ساختار خودرو متصل می‌شود. در میان دو قطعه‌ی جناغی از فنر و کمک فنر استفاده می‌شود تا ضربات وارد شده خنثی شود. این سیستم کنترل بسیار خوبی روی حرکت چرخ‌ها به‌خصوص زاوایای کمبر اعمال می‌کند و امروزه در خودروهای بسیاری نظیر آئودی، فراری، هوندا و... مورد استفاده قرار می‌گیرد. سیستم فنربندی دو جناغی خود دارای انواع مختلفی است که هر یک برای موارد خاصی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

فنربندی بازوی نگهدارنده/تریلینگ آرم

سیستم فنربندی بازوی نگهدارنده (Trailing arm Suspension) به‌دلیل مشکلات زیاد در کنترل خودرو هنگام عبور از پیچ‌ها مدت‌ها پیش توسط خودروسازان فراموش شده است. این سیستم که در فارسی به‌ نام‌های مختلفی همچون بازوی نگهدارنده، بازوهای دنباله‌ای و اهرم دو شاخه‌ای ساده و خم‌شونده شناخته می‌شود، بسیار شبیه سیستم دو جناغی عمل می‌کند با این تفاوت که شکل خاص بازوها سبب می‌شود تا یک سر آن‌ها به شاسی خودرو متصل شود. این سیستم در هنگام عبور از ناهمواری‌ها تنها اجازه‌ی حرکت عمودی را به چرخ‌ها می‌دهد و درنتیجه از تغییر زاویه‌ی کمبر در هنگام شتاب‌گیری و عبور از پیچ‌ها خبری نیست. به همین دلیل حفظ سطح اتکای مناسب در چرخ‌ها امکان‌پذیر نیست و درنتیجه کنترل خودرو با اشکال مواجه می‌شود. این سیستم فنربندی در فولکس‌واگن بیتل استفاده می‌شد.

 

فنربندی تیر کشانش دوقلو

سیستم فنربندی تیر کشانش دوقلو (Twin I-beam Suspension) به‌طور انحصاری توسط فورد و در وانت‌های سری F به کار گرفته شد. این سیستم تلفیقی از سیستم‌های مستقل و وابسته است که از ترکیب سیستم فنربندی بازوی نگهدارنده و سیستم اکسل صلب ابداع شده است. این سیستم از نصب دو تیر در جلوی خودرو تشکیل شده است. یک سر هر تیر به چرخ و سر دیگر روی یک محور قرار می‌گیرد. این دو تیر تا حدی همپوشانی دارند و در مرکز به یکدیگر متصل می‌شوند اما خللی در حرکت مستقل آن‌ها پدید نمی‌آید. روی هر دو تیر و در سر نزدیک به چرخ مجموعه‌ی فنر و کمک فنر قرار می‌گیرد که سبب جذب و دفع ضربات می‌شود.

 

فنربندی لاستیکی مولتون

سیستم تعلیق لاستیکی مولتون (Moulton Rubber Suspension) در سال ۱۹۵۹ توسط یکی از مهندسان طراح مینی، دکتر آلکس مولتون معرفی شد. این سیستم براساس تراکم یک جسم جامد لاستیکی عمل می‌کند و با حذف فنر و کمک فنر یک قطعه‌ی لاستیکی را جایگزین می‌کند. این سیستم کم‌حجم و کم‌هزینه است و در حال حاضر از آن در دوچرخه‌های کوهستان استفاده می‌شود.

 

فنربندی طبق‌دار عرضی

سیستم تعلیق طبق‌دار عرضی (Transverse leaf spring Suspension) از ترکیب سیستم دوجناغی با فنر برگی (طبق) ابداع شده است. با حذف فنر لول در سیستم دوجناغی و استفاده از یک طبق عرضی که به جناغ پایینی چرخ‌های روی یک محور متصل است، سیستم فنربندی طبق‌دار عرضی به‌وجود می‌آید. وسط طبق عرضی روی اکسل خودروی قرار می‌گیرد و به چرخ‌ها اجازه می‌دهد تا به‌طور مستقل حرکت کنند. از این سیستم در شورولت کوروت استفاده شده است.

 

 

فنربندی وابسته/غیرمستقل

استفاده از سیستم فنربندی وابسته در خودروهای امروزی اغلب محدود به محور عقب است. دلیل این امر عدم نیاز به فرمان‌پذیری چرخ‌های عقب و درنتیجه تأثیر اندک محور عقب در کنترل خودرو در شرایط عادی است. با این حال استفاده از سیستم‌های مستقل سبب راحتی و آسایش بیشتر سرنشینان خواهد شد. در ادامه مروری بر چهار سیستم فنربندی وابسته خواهیم داشت که بعضی از آن‌ها هنوز هم در خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

فنربندی اکسل صلب

سیستم فنربندی اکسل صلب (Solid axle) یکی از ساده‌ترین و در عین حال ارزان‌ترین سیستم‌های وابسته است. در این سیستم چرخ‌های روی یک محور توسط یک تیر افقی به یکدیگر متصل و فنرها روی این تیر نصب شده و به‌طور مستقیم به شاسی خودرو وصل می‌شوند. در این سیستم می‌توان از طبق یا فنرهای لول استفاده کرد. با استفاده از فنرهای لول استفاده از بازوهای کنترلی جهت حمایت از فنرها الزامی است.

 

فنربندی اکسل تیری شکل

سیستم فنربندی اکسل تیری شکل (Beam axle) نمونه‌ی بهبودیافته از سیستم فنربندی اکسل صلب است. در سیستم اکسل صلب خودرو در حرکات افقی دچار لغزش و مشکل می‌شود که برای حل این معضل دو تیر از مرکز اکسل به‌صورت مورب به چرخ‌ها متصل می‌شود تا حرکات جانبی را به حداقل برساند.

 

فنربندی چهار میله‌ای

سیستم فنربندی چهار میله‌ای (۴bar) می‌تواند در محور جلو و عقب به‌کار گرفته شود. این سیستم که به دو دسته‌ی قطری و مثلثی تقسیم می‌شود، شامل چهار میله است که با زاویه‌های مختلف به اکسل و بدنه متصل شده‌اند. در این سیستم میله‌های چهارگانه وظیفه‌ی حفظ مرکزیت اکسل را برعهده دارند که این امر در پیچ‌ها و شرایط گوناگون رانندگی از اهمیت به‌سزایی برخوردار است.

 

فنربندی دِدیون

در سیستم فنربندی دِدیون (De Dion Suspension) یک میله‌ی صلب که چرخ روی یک محور را به هم متصل می‌کند و اتصالاتی از هر چرخ به دیفرانسیل متصل می‌شود که سبب حرکت آزادانه‌ی چرخ نسبت به دیفرانسیل می‌گردد. این سیستم درحقیقت ترکیبی پیچیده از سیستم تریلینگ آرم و محور صلب است. از مزایای این سیستم می‌توان به افزایش اصطکاک تایرها با سطح جاده و کاهش جرم فنربندی‌نشده اشاره کرد. با وجود این مزایا، افزایش وزن و پیچیدگی‌های فنی این سیستم سبب شده است تا استقبال زیادی از آن به عمل نیاید.

 

 

فنربندی چند اتصاله

نخستین بار در اواخر دهه‌ی ۶۰ میلادی مرسدس بنز از سیستم فنربندی چنداتصاله (Multi-link Suspension) در مدل C111 استفاده کرد. این سیستم بدون شک بهترین سیستم تعلیق مستقل ساخته‌شده تاکنون است که علاوه بر فراهم‌کردن آسایش حداکثری برای سرنشینان، کنترل بی‌نظیر خودو در شرایط مختلف جاده و رانندگی را رقم می‌زند.

این سیستم درحقیقت از سیستم فنربندی دوجناغی مشتق شده است که در آن با حذف بازوهای جناغی و جایگزینی آن‌ها با میله‌های طولی و افقی ضربات عمودی واردشده توسط دمپرها میرا می‌شود. در این سیستم حداقل سه میله‌ی کنترلی به چرخ متصل است که طول‌های متفاوتی دارند که از طریق بوش‌ها و اتصالات مفصلی به دیگر اجزا متصل می‌شوند.

 

در خودروهای فرمول یک به‌دلیل مزایای بی‌شمار از سیستم فنربندی چنداتصالی استفاده می‌شود تا علاوه بر افزایش کنترل خودرو، در کاهش فضای اشغالی توسط سیستم تعلیق اقدام شود. در این خودروها فنرهای لول و دمپرها به‌جای قرارگیری مستقیم و عمودی روی اتصالات به‌صورت افقی تعبیه شده‌اند تا ضربات سطح جاده را به حرکات افقی و رفت‌وبرگشتی تبدیل و میرا کنند.

 

فنربندی فروفلوید یا دمپرهای مجهز به سیال مگنتو رئولوژی

در سال ۲۰۰۶، آئودی از مدل TTرونمایی کرد. این خودرو از جهات بسیاری یکی از پرچمداران مهندسی خودرو به شمار می‌رفت، اما در این بخش تمرکز ما بر سیستم فنربندی انقلابی خودروی مذکور معطوف است. در سیستم فنربندی آئودی TT برای نخستین بار در تاریخ خودروسازی از سیالی آهنربایی استفاده شده است که به سیال مگنتو رئولوژی (Magneto-rheological fluid)، تغییر شکل‌پذیر به‌واسطه‌ی خاصیت آهنربایی مشهور است. این سیستم فنربندی از مکانیزم تطبیق‌پذیر پیوسته بهره می‌برد که در آن سیستم فنربندی باتوجه به شرایط رانندگی، سطح جاده و نحوه‌ی تغییر دنده در کسری از ثانیه خود را با شرایط جدید تطبیق می‌دهد تا در هر لحظه بهینه‌ترین حالت ایجاد شود.

در این سیستم با جایگزینی سیال هیدرولیکی معمول در دمپرها با یک سیال سینتتیک هیدروکربنی که حاوی نانو ذرات آهنربایی است و اعمال ولتاژ در سر پیستون‌های دمپر، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که می‌تواند جهت حرکت نانو ذرات آهنربایی و درنتیجه خواص روغن جدید را تغییر دهد. تغییرات لحظه‌ای در میدان مغناطیسی به‌طور پیوسته خاصیت روغن جدید را دستخوش تغییر قرار می‌دهد و در شرایط مختلف گرانروی روغن را کنترل می‌کند. کنترل گرانروی باعث می‌شود که روغن در هنگام عبور از سوراخ‌های موجود روی سطح داخلی پیستون دمپر گاهی به‌راحتی و گاهی به‌سختی عبور کند و درنتیجه سیستم فنربندی در هر لحظه باتوجه به شرایط به نرمی یا سفتی عمل کند.

 

فنربندی خطی الکترومغناطیسی

شرکت بوز (Bose)، که در زمینه‌ی فناوری‌های صوتی فعال است، چند سالی است که روی یک ایده‌ی انقلابی در زمینه‌ی سیستم فنربندی خودروها کار می‌کند. این شرکت با حذف تمام قطعات معمول در یک سیستم فنربندی و جایگزینی آن‌ها با یک موتور خطی الکترومغناطیسی ایده‌ای کاملا نوآورانه و انقلابی را عملی کرده است.

سیستم ابداعی بوز به‌لطف موتور الکترومغناطیسی به‌طور پیوسته ضربات وارده از سطح جاده را جذب می‌کند و در هر لحظه تنظیمات لازم برای حداکثر کنترل و آسایش را فراهم می‌کند. در این سیستم با هر بار جمع‌شدن و جذب ضربات و به‌واسطه‌ی تقویت‌کننده‌ی موجود، انرژی الکتریکی مورد نیاز سیستم تأمین می‌شود. این سیستم همچنین می‌تواند حرکات بدنه‌ی خودرو در پیچ‌ها و شرایط ناهموار را به حداقل برساند.

طول عمر سیستم فنربندی

سیستم فنربندی خودروها با درنظرگرفتن طول عمری ۱۰ ساله ساخته می‌شوند. با این حال این طول عمر به عوامل زیادی نظیر شرایط استفاده از خودرو، شرایط رانندگی و کیفیت سطح جاده‌ها بستگی دارد. به‌طور معمول برای خودرویی که هر روز مورد استفاده قرار می‌گیرد طول عمر سیستم تعلیق به ۶۰ تا ۸۰ هزار کیلومتر محدود می‌شود. پیشنهاد می‌شود که در هر ۶۰ هزار کیلومتر فنربندی خودرو به‌طور کامل مورد بازرسی قرار گیرد تا در صورت لزوم بخش‌هایی از آن تعمیر یا تعویض شود.

از شاخص‌ترین نشانه‌های بروز خرابی در سیستم فنربندی پارگی قطعات لاستیکی، وجود روغن روی کمک فنرها، وجود روغن روی بوشینگ‌ها، کوبش بیش از حد و سروصدای غیرمتعارف است.