Εκείνη λοιπόν την αρχαία εποχή, που τα περισσότερα αυτοκίνητα ήταν «γαλλομαθή», η κατασκευαστική τους μελέτη άρχιζε από το μηχανολογικό μέρος και ο σχεδιαστής του αμαξώματος ήταν υποχρεωμένος να προσαρμόσει το αμάξωμα στο σασί. Από τη στιγμή όμως (γύρω στο 1920), που έκανε την εμφάνισή του το πρώτο ενοποιημένο σασοαμάξωμα, τα πράγματα άρχισαν να παίρνουν άλλη τροπή. Τον πρώτο λόγο στην κατασκευή ενός αυτοκινήτου άρχισε να τον έχει ο σχεδιαστής του αμαξώματος, και ο μηχανολόγος ήταν πια υποχρεωμένος να προσαρμόσει κάθε εξάρτημα και μηχανισμό του αυτοκινήτου σ’ αυτό.
Παρόλο που σήμερα, λοιπόν, κανένα επιβατικό αυτοκίνητο δρόμου (αλλά και αρκετά SUV) δεν διαθέτει αυτοδύναμο μεταλλικό πλαίσιο, η λέξη σασί χρησιμοποιείται ακόμα. Όταν μιλάμε για σχεδιασμό του σασί ενός αυτοκινήτου, εννοούμε το σχεδιασμό όλων των εξαρτημάτων και μηχανισμών που ενώνουν το αμάξωμα με το δρόμο και που φροντίζουν για τη δυνατότητα του οδηγού να ελέγξει το όχημα. Δηλαδή το σασί σήμερα δεν είναι παρά οι αναρτήσεις, οι τροχοί με τα λάστιχα, το τιμόνι και τα φρένα, αλλά βέβαια και ο τρόπος συναρμογής και διασύνδεσής τους έτσι που να αποτελέσουν ένα συμπαγές και καλοελεγχόμενο σύνολο.
- p06_0554_big.jpg (83.6 KiB) 5006 προβολές
17.1 Η άνεση των αναρτήσεων
Μια βασική διαφορά που υπάρχει ανάμεσα σε ένα οποιοδήποτε αυτοκίνητο και σε ένα οποιοδήποτε καροτσάκι του σουπερμάρκετ είναι ότι οι επιβάτες του αυτοκινήτου, μαζί με τον κινητήρα, το κιβώτιο ταχυτήτων, τις αποσκευές τους και πολλά άλλα, πρέπει να «καθίσουν» μέσα σε ένα χώρο, ένα μεταλλικό κουτί, στο οποίο να μεταφέρεται το ελάχιστο δυνατό ποσόν από κραδασμούς, θορύβους και ταλαντώσεις (και καθόλου, φυσικά, κρύο και βροχή).
- 74352_big.jpg (75.07 KiB) 5006 προβολές
Ανάμεσα στο μεταλλικό αυτό κουτί και το οδόστρωμα βρίσκονται οι τροχοί που μπορούν να κυλήσουν είτε στην ολοκαίνουρια επίπεδη άσφαλτο της εθνικής οδού, είτε να περάσουν πάνω από κάθε τρύπα, λακκούβα, σαμαράκι ή καπάκι υπονόμου που θα συναντήσουν. Ας μη μιλήσουμε για την όποια πιθανή εκτός δρόμου διαδρομή τους.
Η σύνδεση των τροχών με την καμπίνα γίνεται μέσω ενός συστήματος βαρχιόνων, αρθρώσεων, ελατηρίων και υδραυλικών αποσβεστήρων (αμορτισέρ) που αποτελούν το σύστημα ανάρτησης.
- _vol2365_big.jpg (147.08 KiB) 5006 προβολές
Όσον αφορά λοιπόν το ζήτημα της άνεσης, το σύστημα της ανάρτησης πρέπει να επιτρέπει στους τροχούς να κινούνται όσο γίνεται πιο ελεύθερα, έτσι ώστε να σκαρφαλώνουν στα σαμαράκια και να βυθίζονται στις λακκούβες μεταδίδοντας τη λιγότερη δυνατή από την κίνησή τους στην καμπίνα που βρίσκεται από πάνω. Έτσι, το αναρτημένο αμάξωμα (πάνω σε τέσσερις ελατηριωτούς τροχούς) μπορεί να ταλαντωθεί ως προς τρεις κατευθύνσεις: πάνω κάτω, μπρος πίσω και δεξιά αριστερά.
17.2 Το βάρος το κρεμαστό και το ξεκρέμαστο
Μιλώντας για αναρτήσεις, δεν πρέπει ποτέ κανείς να ξεχνάει έναν βασικό διαχωρισμό, μια διάκριση ανάμεσα στα αναρτημένα και τα μη αναρτημένα μέρη του αυτοκινήτου. Όταν λοιπόν κάποιο, οποιοδήποτε, εξάρτημα μεταδίδει το βάρος του στους τροχούς μέσω του ελατηριωτού συστήματος της ανάρτησης, τότε αυτό ονομάζεται αναρτημένο εξάρτημα (αυτό είναι το κρεμαστό βάρος). Όταν όμως το εξάρτημα αυτό βρίσκεται κάτω από το σύστημα της ανάρτησης και μεταδίδει το βάρος του κατευθείαν στους τροχούς, λέγεται μη αναρτημένο εξάρτημα (βάρος ξεκρέμαστο).
- drivingdynamics24_big.jpg (81.56 KiB) 5006 προβολές
Τα μη αναρτημένα εξαρτήματα ενός αυτοκινήτου είναι οι ζάντες, τα λάστιχα, τα δισκόφρενα (ή τα ταμπούρα) και βέβαια οποιοδήποτε άλλο κομμάτι βραχιόνων, ημιαξονίων και ακρόμπαρων βρίσκεται σε άμεση «κινηματική επαφή» με το οδόστρωμα. Όταν ένας τροχός περνάει πάνω από ένα σαμαράκι δεν θα κινηθεί μόνο προς τα επάνω, αλλά θα τείνει μέσω του ελατηρίου της ανάρτησης να σπρώξει (να μετακινήσει) προς τα πάνω κι ολόκληρο το αυτοκίνητο.
Ο βαθμός επιτυχίας που θα έχει στο σπρώξιμο αυτό, εξαρτάται από τη σχέση του αναρτημένου βάρους του αυτοκινήτου, ως προς το μη αναρτημένο βάρος του τροχού και των εξαρτημάτων που του κάνουν παρέα. Όσο πιο μεγάλο είναι το βάρος των μη αναρτημένων εξαρτημάτων, τόσο ευκολότερα θα σπρώχνουν (δηλαδή θα μεταδίδουν την ταλάντωσή τους) σε ολόκληρο το αναρτημένο αυτοκίνητο.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η εξέλιξη του σχεδιασμού των αναρτήσεων οδήγησε στην εγκατάλειψη του ενιαίου μη αναρτημένου άξονα που συνέδεε τους τροχούς και που στο κέντρο του είχε και ολόκληρη την τελική μετάδοση, μαζί με το διαφορικό. Η προσπάθεια, δηλαδή, για μείωση του μη αναρτημένου βάρους έκανε απαραίτητη την εφαρμογή της ανεξάρτητης ανάρτησης, στην οποία το μόνο μη αναρτημένο σώμα είναι ο τροχός (και οτιδήποτε είναι βιδωμένο πάνω του).
17.3 Το μη αναρτημένο βάρος και η πρόσφυση
Η μεγάλη διαφορά ανάμεσα στο αναρτημένο και το μη αναρτημένο βάρος δεν μειώνει μόνο την παρενόχληση της καμπίνας των επιβατών, αλλά βοηθάει και τα ίδια τα λάστιχα στο δύσκολο έργο τους. Δηλαδή βελτιώνει το κράτημα.
- fiesta031_01_hr_big.jpg (59.21 KiB) 5006 προβολές
Όσο πιο βαρύ είναι το αναρτημένο σώμα ολόκληρου του αυτοκινήτου σχετικά με τον μη αναρτημένο τροχό, τόσο πιο γρήγορα θα τον αναγκάζει να κατεβαίνει και να πατάει στο έδαφος, μετά από οποιαδήποτε αναπήδησή του. Κάτι τέτοιο μπορεί να μας φαίνεται σχεδόν αυτονόητο σήμερα, αλλά στα πρώτα χρόνια της αυτοκίνησης τα πράγματα δεν ήταν καθόλου έτσι.
Πολλοί οδηγοί αγώνων φόρτωναν τα μη αναρτημένα εξαρτήματα (άξονες, ζάντες κ.τ.λ.) με βάρος, πιστεύοντας ότι αυτό βοηθάει τους τροχούς να «κάθονται» καλύτερα στο δρόμο. Όπως καταλαβαίνετε βέβαια, δεν κατάφερναν παρά να καταστρέψουν το όποιο κράτημα είχε το αυτοκίνητό τους ώς τη στιγμή εκείνη. Όσο για «άνεση», ας μη μιλήσουμε καλύτερα.
Ακόμα και σήμερα όμως, γίνεται κάτι αντίστοιχο από τους πορωμένους του φαρδιού ζαντολάστιχου, που πιστεύουν ότι βελτιώνουν την πρόσφυση στο δρόμο. Με φαρδύτερα (άρα και βαρύτερα) λάστιχα, κάτι τέτοιο μπορεί να συμβαίνει στα κομμάτια της απόλυτα λείας ασφάλτου, αλλά οπουδήποτε αλλού το αποτέλεσμα είναι ακριβώς το αντίθετο, γιατί καταστρέφεται η πρόσφυση, αλλά συχνότατα και το τιμόνι.
17.4 Η αθόρυβη σταθερότητα
Ένα πολύ σοβαρό σχεδιαστικό ζήτημα, που αφορά τα εξαρτήματα του σασί και σχετίζεται με την άνεση των επιβατών, είναι η μείωση του θορύβου και των υψίσυχνων ταλαντώσεων – που δεν δημιουργούνται όμως από τα ανεβοκατεβάσματα των τροχών σε λακκούβες και σαμαράκια, αλλά από την κύλιση των ίδιων των λάστιχων στο δρόμο.
- p06_0543_big.jpg (65.15 KiB) 5006 προβολές
Μιλάμε για το γάργαρο βουητό που αισθάνεται κανείς να μεταδίδεται σε ολόκληρο το αυτοκίνητο και που είναι τόσο πιο έντονο, όσο πιο καινούρια και άγρια είναι η άσφαλτος. Η δημιουργία του θορύβου αυτού δεν οφείλεται στην πάνω κάτω κίνηση των τροχών, αλλά στην εμπρός πίσω μικροταλάντωσή τους, η οποία προκαλείται από την κάθε ζαρωματιά, σχισμή, ή το προεξέχον πετραδάκι του οδοστρώματος. Όλα αυτά αποτελούν εμπόδια στην ελεύθερη κύλιση του τροχού, που τελικά βέβαια τα ξεπερνάει, αλλά για να το πετύχει… κάνει θόρυβο.
Γι’ αυτό, η έδραση των αναρτήσεων σε κάθε σύγχρονο αυτοκίνητο σχεδιάζεται έτσι που να επιτρέπει στους τροχούς μια ελάχιστη μπρος πίσω κινητικότητα, ώστε να μειώνεται το εισερχόμενο στην καμπίνα βουητό, χωρίς βέβαια να χάνεται η συνολική ακρίβεια της κύριας κατεύθυνσής τους.
- 06freestyle_09_hr_big.jpg (74.86 KiB) 5006 προβολές
Αν οι τροχοί ήταν απολύτως ελεύθεροι να κινηθούν προς όποια κατεύθυνση ήθελαν, η σταθερότητα του αυτοκινήτου θα καταστρεφόταν και μάλιστα με τρόπο εντελώς απρόβλεπτο. (Μιλάμε για την πάνω κάτω και μπρος πίσω ελευθερία, και όχι για τη δεξιά αριστερά που αφορά το τιμόνι.) Άλλωστε, το πρώτο και βασικό μέλημα των σχεδιαστών της ανάρτησης είναι η σταθερότητα του αυτοκινήτου, γι’ αυτό δεν θα είχε κανένα νόημα η σχεδίαση μιας απολύτως απορροφητικής ανάρτησης, η οποία κάνει το αυτοκίνητο ασταθές.
Οπότε, επαναδιατυπώνοντας το σχεδιαστικό στοίχημα των αναρτήσεων θα λέγαμε ότι οι τροχοί πρέπει να μπορούν να κινηθούν ελεύθερα προς δύο κατευθύνσεις (πολύ πάνω κάτω και λίγο μπρος πίσω), αλλά να έχουν τη μέγιστη σταθερότητα και ακρίβεια στη δεξιά αριστερά τοποθέτησή τους, άσχετα από το φορτίο του αυτοκινήτου και τις επιδόσεις του κινητήρα του.
17.5 Ευρύχωρο, ελαφρύ, άκαμπτο
Αν και οι βασικοί στόχοι του σχεδιασμού του σασί είναι η άνεση των επιβατών και η οδηγησιμότητα του αυτοκινήτου, υπάρχουν και δύο ακόμα παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Ο πρώτος είναι η ευρυχωρία.
- 06mount_irs_big.jpg (60.87 KiB) 5006 προβολές
Το καθένα από τα συστήματα του σασί (όπως βέβαια –και κυρίως– οι αρθρώσεις των αναρτήσεων), πρέπει να περιβάλλει την καμπίνα και το χώρο των αποσκευών χωρίς να μπερδεύεται συνεχώς στα πόδια τους (των επιβατών, όχι των αποσκευών). Ούτε βέβαια να εμποδίζει τη λειτουργία του κινητήρα.
Μόνο σε αυστηρά ειδικευμένα αγωνιστικά αυτοκίνητα μπορεί κανείς να επιτρέψει σε ένα μηχανισμό, π.χ. της ανάρτησης, να «εισχωρεί» στο χώρο των επιβατών. Αλλά είπαμε, ο χώρος των αγώνων είναι ίσως ο μοναδικός όπου ο μηχανολόγος του πολυτεχνείου μπορεί ακόμα να υπερτερεί εκείνου του τρελού σχεδιαστή, που τελευταία γίνεται όλο και περισσότερο το «δεξί χέρι» του αφεντικού στα εργοστάσια παραγωγής.
Ο δεύτερος βασικός παράγων είναι η μελέτη του σασί για αντοχή, ακαμψία και μικρό βάρος. Μια τέτοια μελέτη ήταν δεδομένη κι εύκολη όταν το σασί έμοιαζε με σιδερένια ξαπλωτή σκάλα, αλλά όταν όλα τα φορτία πρέπει να τα επωμιστούν καμπυλωτές λαμαρίνες με ηλεκτροπονταριστά ντουμπλαρίσματα και στραντζαριστά ενισχυτικά νεύρα, τότε το πράγμα είναι αρκετά πιο περίπλοκο, αλλά, όπως φαίνεται, όχι ακατόρθωτο.
Τα σημεία έδρασης των αναρτήσεων πιέζουν το αμάξωμα σε κατάλληλα προεπιλεγμένα σημεία, τα οποία, έχοντας τις ελάχιστες απαραίτητες ενισχύσεις, του επιτρέπουν να γίνει ελαφρύτερο, αλλά και πιο γερό. Αν για παράδειγμα πρέπει να εδράσουμε την ανάρτηση σε πολλά, διάσπαρτα και αποστασιοποιημένα μεταξύ τους σημεία (όπως συμβαίνει σε όλα τα κατά τα άλλα αξιοθαύμαστα συστήματα αναρτήσεων με διπλά ψαλίδια), πιθανότατα το τίμημα σε συνολικό βάρος του αμαξώματος να είναι αρκετά μεγάλο.
17.6 Η οδηγησιμότητα
Ακριβές τιμόνεμα, καλό κράτημα και ελεγχόμενη οδική συμπεριφορά. Αυτές είναι οι τρεις κύριες παράμετροι της οδηγησιμότητας ενός οποιουδήποτε τροχοφόρου (με ή χωρίς κινητήρα) φιλοδοξεί να κινηθεί και να μεταφέρει εχέφρονες επιβάτες. Και οι τρεις αυτές παράμετροι έχουν να κάνουν με τη λειτουργικότητα των μηχανισμών του σασί.
Ο μηχανισμός του τιμονιού είναι σχετικά απλό πράγμα, αφού η αποτελεσματικότητά του κρίνεται μόνο από την ευκολία με την οποία ο οδηγός λέει στο αυτοκίνητο προς τα πού να πάει.
- 06zephyr_73_big.jpg (70.43 KiB) 5006 προβολές
Το κράτημα είναι επίσης κάτι πολύ απλό (κι ας μη συγχέεται με την οδική συμπεριφορά και τον έλεγχό της), εφόσον αναφέρεται μόνο στη σχέση πρόσφυσης ανάμεσα στα λάστιχα και το δρόμο, κυρίως κατά τη διάρκεια μιας στροφής.
Η οδική συμπεριφορά είναι η έννοια που περιγράφει τη συνολική συμπεριφορά ενός αυτοκινήτου όταν αλλάζει πορεία, δηλαδή όταν στρίβει. Με το τιμόνι δίνουμε απλώς την αρχική εντολή για αλλαγή πορείας και αυτό που ακολουθεί λέγεται οδική συμπεριφορά.
Το αυτοκίνητο μπορεί να στρίψει γρήγορα, ή αργά, μπορεί να στηθεί με ακρίβεια και σταθερότητα στη σωστή γραμμή που θα του υποδείξουμε, ή μπορεί και ν’ αρχίσει να κουνάει σαν βάρκα πέρα δώθε, ή να χάσει την ακρίβεια της μούρης ή την ουρά. Κι όταν κληθεί να επιστρέψει στην αρχική ευθεία, μπορεί να το κάνει λιγότερο ή περισσότερο πρόθυμα.
17.7 Η οδική συμπεριφορά του σασί
Η οδική συμπεριφορά ενός αυτοκινήτου (και όχι μόνο ο μηχανισμός του τιμονιού) είναι αυτό που μας δείχνει πόσο εύκολο ή δύσκολο είναι για τον οδηγό να ελέγξει την κίνησή του. Η οδική συμπεριφορά ενός αυτοκινήτου εξαρτάται από πολλούς παράγοντες –εκτός από τη σχεδίαση των αναρτήσεων–, όπως είναι η κατανομή του βάρους και η πίεση των ελαστικών, αλλά και τα χαρακτηριστικά των ίδιων των ελαστικών.
Στον έλεγχο της οδικής συμπεριφοράς είχαμε αναφερθεί βέβαια κι όταν μιλούσαμε για τα ηλεκτρονικά συστήματα ελέγχου της σταθερότητας, αλλά αυτά δεν ασχολούνται παρά με το να διορθώνουν κάποια ήδη υπάρχοντα προβλήματα.
Ο σχεδιασμός του σασί –που προηγείται των ηλεκτρονικών βοηθημάτων– δεν επιδιώκει παρά να μειώσει, όσο γίνεται περισσότερο, τα προβλήματα της οδικής συμπεριφοράς πριν αυτά αρχίσουν να δημιουργούνται. Ο καλύτερος ίσως τρόπος για να διευκρινίσουμε τις έννοιες του τιμονέματος, του κρατήματος και της οδικής συμπεριφοράς είναι η παρατήρηση αυτοκινήτων με καλό κράτημα αλλά κακή οδική συμπεριφορά.
- 76120_big.jpg (79.73 KiB) 5006 προβολές
Το Citroen 2CV είναι ίσως το καλύτερο τέτοιο παράδειγμα. Κατά τη διαγραφή μιας καμπύλης πορείας, οι τροχοί δεν έχαναν την πρόσφυσή τους με τίποτα, αλλά αν κανείς επιχειρούσε μια σειρά διαδοχικών ελιγμών, άρχιζαν τα γέλια. Μπορούμε επίσης να παρατηρήσουμε αυτοκίνητα με θαυμάσια οδική συμπεριφορά αλλά περιορισμένο κράτημα, πράγμα το οποίο μπορεί να συμβεί σε οποιοδήποτε τεχνολογικά υπερεξελιγμένο supercar, όταν τα λάστιχά του μείνουν δέκα χρόνια στον ήλιο.
Αντίστοιχα, υπάρχουν κι αυτοκίνητα με καλή ίσως οδική συμπεριφορά και κράτημα, αλλά με ασαφέστατο και ανακριβές τιμόνι – στο σημείο αυτό (όπως και σε πολλά άλλα) εντοπίζεται η ανεκτίμητη αξία της δουλειάς των δημοσιογράφων-δοκιμαστών και της επαγγελματικής σοβαρότητάς τους. Γιατί αυτοί είναι που δοκιμάζουν τα αυτοκίνητα πριν από μας για μας και χρειάζεται να είναι αρκετά γενναίοι ώστε να μπορούν να είναι πάντα ειλικρινείς.
17.8 Υπερστροφή και υποστροφή: από τη διασκέδαση στην ασφάλεια
Στα προηγούμενα κεφάλαια του «Αυτοκινήτου από το Α ώς το Ω», μιλώντας για τα διαφορικά, το ESP και την ενεργό μετάδοση, αναγκαστήκαμε να χρησιμοποιήσουμε τους όρους υπερστροφή και υποστροφή, αλλά τώρα –νομίζω– ήρθε η καταλληλότερη στιγμή να τους δούμε λίγο πιο επιστημονικά.
Υποστροφή λοιπόν είναι το στρίβειν, όχι δια του αρραβώνος, αλλά με τη γωνία ολίσθησης των μπροστινών τροχών να είναι μεγαλύτερη από τη γωνία ολίσθησης των πίσω τροχών.
Γωνία ολίσθησης; Τι είναι η γωνία ολίσθησης;
Η γωνία ολίσθησης είναι η γωνία που σχηματίζεται ανάμεσα στην κατεύθυνση κίνησης ενός τροχού και στην κατεύθυνση που ο τροχός αυτός σημαδεύει. Δηλαδή η γωνία ολίσθησης ορίζει το ποσόν του πηγαιμού ενός τροχού με την πάντα. Στην υποστροφή, λοιπόν, οι μπροστινοί τροχοί πηγαίνουν με την πάντα πιο πολύ απ’ ό,τι πηγαίνουν οι πίσω, και η μούρη του αυτοκινήτου τείνει να βγει έξω από την καμπύλη που επιλέξαμε για να κινηθούμε. Σαφές;
Στην υπερστροφή, αντίθετα, η γωνία ολίσθησης των πίσω τροχών είναι μεγαλύτερη, δηλαδή οι πίσω τροχοί πηγαίνουν με την πάντα πιο πολύ από τους μπροστινούς και η μούρη του αυτοκινήτου τείνει να δείχνει το εσωτερικό της επιλεγμένης καμπύλης.
Ο τύπος ζυγίσματος του αυτοκινήτου που κρίνεται ασφαλέστερος από τους σχεδιαστές –για τους περισσότερους καθημερινούς οδηγούς– είναι αυτός που παρουσιάζει μια διαρκή τάση υποστροφής κάτω από οποιεσδήποτε συνθήκες.
Ο λόγος για την επιλογή των «υποστροφικών» αυτοκινήτων είναι ότι σε κάθε περίπτωση κακής εκτίμησης (δηλαδή εισόδου σε μια στροφή με πιο «πολλά» χιλιόμετρα από τα «σωστά»), η διόρθωση γίνεται απλά, με το σήκωμα του ποδιού απ’ το γκάζι. Ενώ σε περίπτωση υπερστροφικού αυτοκινήτου πρέπει, εκτός από το πεντάλ του γκαζιού, να χειριστούμε και το τιμόνι με γρήγορα αντανακλαστικά και αρκετή δεξιοτεχνία.
Είναι πάντα πιθανό να σχεδιαστεί ένα αυτοκίνητο ουδέτερο σε στροφική συμπεριφορά, χωρίς δηλαδή τάσεις υποστροφής ή υπερστροφής. Αλλά μια τέτοια κατάσταση δεν μπορεί, με ακρίβεια, να διατηρηθεί σε κάθε περίπτωση και σε κάθε συνθήκη, και πάντα θα υπάρχει κίνδυνος να πάει το πράγμα προς την υπερστροφή και ο οδηγός να πιαστεί στον ύπνο, δηλαδή να βρεθεί ανέτοιμος για ένα ξαφνικά χρειαζούμενο ανάποδο τιμόνι.
Το ανάποδο τιμόνι υπηρετεί αδιαμφισβήτητα τη διασκέδαση και το θέαμα, αλλά νομίζω ότι το αληθινά κρίσιμο σημείο βρίσκεται στους χειρισμούς ελέγχου του ποσού της υπερστροφής και της κατοπινής ελεγχόμενης (κι επιταχυνόμενης) εξόδου ενός αυτοκινήτου στην ευθεία.
Πηγή: http://www.drive.gr
? Updates every