نظام تعليق السيارة

يتكون جزء من نظام تعليق السيارة من ممتص الصدمات والمحور والإطار والنابض
جزء من نظام التعليق الأمامي للسيارة وآلية التوجيه : قضيب الربط، ذراع التوجيه، محور دبوس التوجيه (باستخدام مفاصل كروية ).
تعليق سيارة السباق Van Diemen RF01

نظام التعليق هو نظام يتكون من الإطارات، والهواء المضغوط، واليايات، وممتصات الصدمات، والوصلات التي تربط المركبة بعجلاتها وتسمح بالحركة النسبية بينهما . [ 1 ] يجب أن يدعم نظام التعليق كلاً من ثبات المركبة على الطريق وراحة الركوب ، [ 2 ] وهما أمران متعارضان. يتطلب ضبط نظام التعليق إيجاد التوازن الأمثل بينهما. يُعدّ نظام التعليق بالغ الأهمية للحفاظ على تلامس ثابت بين عجلة الطريق وسطح الطريق، حيث تنتقل جميع القوى المؤثرة على المركبة من الطريق أو الأرض عبر مناطق تلامس الإطارات. كما يحمي نظام التعليق المركبة نفسها وأي حمولة أو أمتعة من التلف والتآكل. قد يختلف تصميم نظام التعليق الأمامي عن الخلفي للسيارة. [ 3 ]

تاريخ

عربة نقل أمريكية مزودة بنظام تعليق متطور - لاحظ الأشرطة السوداء أسفل هيكل العربة المنحني

كان أحد أشكال التعليق المبكرة في العربات التي تجرها الثيران يعتمد على تأرجح المنصة بواسطة سلاسل حديدية متصلة بإطار العربة ذي العجلات. وظل هذا النظام أساسًا لمعظم أنظمة التعليق حتى مطلع القرن التاسع عشر، على الرغم من استبدال السلاسل الحديدية بأحزمة جلدية تُعرف باسم "الأحزمة المتينة" بحلول القرن السابع عشر. ولم تستخدم أي سيارة حديثة نظام التعليق هذا.

بحلول عام 1750 تقريبًا، بدأت النوابض الورقية بالظهور في أنواع معينة من العربات، مثل عربة لاندو . [ 4 ]

وبحلول منتصف القرن التاسع عشر، ربما بدأ استخدام النوابض الإهليلجية أيضًا في العربات.

نظام تعليق حديث

مكونات نظام التعليق الأمامي لسيارة فورد موديل تي .

طُوّرت السيارات في البداية كنسخ ذاتية الدفع من المركبات التي تجرها الخيول. ومع ذلك، فقد صُممت المركبات التي تجرها الخيول لسرعات منخفضة نسبيًا، ولم يكن نظام التعليق فيها مناسبًا للسرعات العالية التي يسمح بها محرك الاحتراق الداخلي.

تطلّب أول نظام تعليق زنبركي عملي معرفة ومهارة متقدمة في علم المعادن، ولم يصبح ممكنًا إلا مع ظهور التصنيع . سجّل أوباديا إليوت أول براءة اختراع لمركبة ذات نظام تعليق زنبركي؛ حيث احتوت كل عجلة على زنبركين ورقيين فولاذيين متينين على كل جانب، وثُبِّت هيكل العربة مباشرةً على الزنبركات المتصلة بالمحاور . في غضون عقد من الزمن، زُوِّدت معظم عربات الخيول البريطانية بالزنبركات؛ زنبركات خشبية في حالة العربات الخفيفة التي تجرها خيل واحدة لتجنب الضرائب ، وزنبركات فولاذية في العربات الأكبر حجمًا. غالبًا ما كانت هذه الزنبركات تُصنع من فولاذ منخفض الكربون ، وعادةً ما كانت تأخذ شكل زنبركات ورقية متعددة الطبقات. [ 5 ]

استُخدمت النوابض الورقية منذ عهد المصريين القدماء . استخدمها المهندسون العسكريون القدماء على شكل أقواس لتشغيل آلات الحصار ، ولكن دون جدوى تُذكر في البداية. ثم جرى تطوير استخدامها في المنجنيقات لاحقًا، وأصبح فعالًا بعد سنوات. استُخدم هذا النظام في العربات التي تجرها الخيول وسيارة فورد موديل تي ، ولا يزال يُستخدم حتى اليوم في المركبات الأكبر حجمًا، وخاصةً في نظام التعليق الخلفي. لم تكن النوابض تُصنع من المعدن فقط؛ بل كان من الممكن استخدام غصن شجرة متين كنابض، كما هو الحال في الأقواس. [ 6 ]

كانت النوابض الورقية أول نظام تعليق حديث، وقد بشّرت، إلى جانب التطورات في بناء الطرق ، بأعظم تحسين في النقل البري حتى ظهور السيارة . [ 7 ] لم تكن النوابض الفولاذية البريطانية مناسبة للاستخدام على الطرق الوعرة في أمريكا في ذلك الوقت، لذلك أعادت شركة أبوت-داونينغ في كونكورد، نيو هامبشاير، تقديم نظام التعليق بالأحزمة الجلدية، والذي أعطى حركة متأرجحة بدلاً من الارتجاج لأعلى ولأسفل لنظام التعليق الزنبركي.

هنري فورنييه على دراجته "مورس ماشين" ذات نظام التخميد الفريد والفائزة بالسباقات، صورة التقطت عام 1902

في عام 1901، قام مورس الباريسي بتجهيز سيارة بممتصات صدمات لأول مرة . وبفضل نظام التعليق المخمّد في سيارته "آلة مورس"، فاز هنري فورنييه بسباق باريس-برلين المرموق في 20 يونيو 1901. سجّل فورنييه زمناً قياسياً بلغ 11 ساعة و46 دقيقة و10 ثوانٍ، بينما كان أفضل منافسيه ليونس جيراردو في سيارة بانارد بزمن قدره 12 ساعة و15 دقيقة و40 ثانية. [ 8 ]      

ظهرت النوابض الحلزونية لأول مرة في سيارة إنتاجية عام 1906 في سيارة براش رانابوت التي صنعتها شركة براش موتور. واليوم، تُستخدم النوابض الحلزونية في معظم السيارات.

في عام 1920، استخدمت شركة ليلاند موتورز قضبان الالتواء في نظام التعليق.

في عام 1922، تم ابتكار نظام التعليق الأمامي المستقل في سيارة لانشيا لامبدا ، وأصبح أكثر شيوعًا في سيارات السوق الشامل منذ عام 1932. [ 9 ] اليوم، تحتوي معظم السيارات على نظام تعليق مستقل على جميع العجلات الأربع.

يُطلق على الجزء الذي كانت تُدعم عليه النوابض قبل عام 1950 اسم " الحديد الغبي" .

في عام 2002، اخترع مالكولم سي. سميث مكونًا جديدًا لنظام التعليق السلبي، وهو جهاز القصور الذاتي . يتميز هذا الجهاز بقدرته على زيادة القصور الذاتي الفعال لنظام تعليق العجلات باستخدام دولاب موازنة مسنن، دون إضافة كتلة كبيرة. استُخدم هذا الجهاز في البداية في سباقات الفورمولا 1 سرًا، ثم انتشر استخدامه لاحقًا في رياضة السيارات بشكل أوسع.

الفرق بين نظام التعليق الخلفي ونظام التعليق الأمامي

في سيارات الدفع الأمامي ، لا توجد قيود تُذكر على نظام التعليق الخلفي، وتُستخدم أنواع مختلفة من المحاور الصلبة وأنظمة التعليق المستقلة . أما في سيارات الدفع الخلفي ، فتواجه أنظمة التعليق الخلفي قيودًا كثيرة، مما يجعل تطوير نظام تعليق مستقل متفوق، وإن كان أغلى ثمنًا ، أمرًا صعبًا.

تاريخ

استخدم هنري فورد في سيارته موديل تي أنبوب عزم الدوران للحد من هذه القوة، حيث كان الترس التفاضلي متصلاً بالهيكل بواسطة نابض ورقي جانبي وقضيبين رفيعين. أحاط أنبوب عزم الدوران بعمود الدوران الرئيسي ، ونقل القوة إلى مفصله الكروي في أقصى الجزء الخلفي من ناقل الحركة، المتصل بالمحرك. استُخدمت طريقة مشابهة في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين من قِبل شركة بويك ، وفي سيارة هادسون ذات التصميم الانسيابي عام ١٩٤٨، والتي استخدمت نوابض حلزونية لم تكن قادرة على تحمل الدفع الأمامي والخلفي.

كان نظام هوتشكيس للدفع ، الذي اخترعه ألبرت هوتشكيس، نظام التعليق الخلفي الأكثر شيوعًا في السيارات الأمريكية من ثلاثينيات القرن العشرين وحتى سبعينياته. يعتمد هذا النظام على نوابض ورقية طولية مثبتة أمام وخلف ترس تفاضلي للمحور الصلب ، حيث تنقل هذه النوابض عزم الدوران إلى هيكل السيارة. ورغم استهجان العديد من مصنعي السيارات الأوروبيين له في ذلك الوقت، فقد لاقى قبولًا لدى مصنعي السيارات الأمريكيين نظرًا لانخفاض تكلفة تصنيعه. كما أن الوزن الهائل لسيارات الركاب الأمريكية قبل تطبيق معيار متوسط ​​استهلاك الوقود للشركات (CAFE) ساهم في التغلب على عيوبه الديناميكية.

اخترع فرنسي آخر أنبوب دي ديون ، الذي يُطلق عليه أحيانًا اسم "شبه مستقل". وكما هو الحال في نظام التعليق الخلفي المستقل الحقيقي، يستخدم هذا النظام مفصلين عالميين ، أو ما يُعادلهما، يمتدان من مركز الترس التفاضلي إلى كل عجلة. لكن لا يمكن للعجلات أن ترتفع وتنخفض بشكل مستقل تمامًا عن بعضها البعض؛ إذ ترتبط بواسطة نير يلتف حول الترس التفاضلي، أسفله وخلفه. لم يُستخدم هذا الأسلوب على نطاق واسع في الولايات المتحدة . ولعلّ استخدامه في حوالي عام 1900 كان بسبب رداءة جودة الإطارات، التي كانت تتلف بسرعة. ومن خلال إزالة جزء كبير من الوزن غير المعلق ، كما هو الحال في أنظمة التعليق الخلفي المستقلة، ساهم هذا الأسلوب في إطالة عمر الإطارات.

تستخدم المركبات ذات الدفع الخلفي اليوم في كثير من الأحيان نظام تعليق معقد إلى حد ما ومتعدد الوصلات ومستقل تمامًا لتثبيت العجلات الخلفية بشكل آمن، مع توفير جودة قيادة جيدة .

معدلات الزنبرك والعجلات والدوران

نظام التعليق الهيدروبنيوماتيكي في سيارة سيتروين BX - عرض توضيحي من الحد الأقصى إلى الحد الأدنى

معدل الزنبرك

معدل صلابة النابض (أو معدل التعليق) هو أحد العوامل المؤثرة في تحديد ارتفاع السيارة أو موضعها ضمن شوط التعليق. عند انضغاط النابض أو تمدده، تتناسب القوة التي يبذلها طرديًا مع التغير في طوله. معدل صلابة النابض أو ثابت النابض هو التغير في القوة التي يبذلها مقسومًا على التغير في انحرافه . غالبًا ما تُزود المركبات التي تحمل أحمالًا ثقيلة بنوابض أثقل لتعويض الوزن الزائد الذي قد يؤدي إلى انهيار السيارة عند نهاية شوطها. كما تُستخدم النوابض الأثقل في تطبيقات الأداء العالي، حيث تكون ظروف التحميل أكثر حدة.

تؤدي النوابض شديدة الصلابة أو شديدة الليونة إلى عدم فعالية نظام التعليق، ويعود ذلك في الغالب إلى فشلها في عزل المركبة عن الطريق بشكل صحيح. المركبات التي تتعرض عادةً لأحمال تعليق أثقل من المعتاد، تتميز بنوابض شديدة الصلابة أو قاسية، بمعدل صلابة قريب من الحد الأقصى لوزن المركبة. يسمح هذا للمركبة بالعمل بكفاءة تحت الأحمال الثقيلة، عندما يكون التحكم محدودًا بقصور ذاتي ناتج عن الحمل. قد تكون ركوب شاحنة فارغة مُخصصة لنقل الأحمال غير مريحة للركاب، نظرًا لارتفاع معدل صلابة نوابضها مقارنةً بوزن المركبة. يمكن أيضًا وصف سيارة السباق بأنها ذات نوابض شديدة الصلابة، وستكون قيادتها غير مريحة بسبب المطبات. ومع ذلك، على الرغم من أننا نقول إن كليهما يتميز بنوابض شديدة الصلابة، فإن معدلات صلابة النوابض الفعلية لسيارة سباق وزنها 1000 كجم (2000 رطل) تختلف اختلافًا كبيرًا عن شاحنة وزنها 5000 كجم (10000 رطل) . أما السيارة الفاخرة أو سيارة الأجرة أو حافلة الركاب، فتتميز بنوابض لينة، وذلك لراحة ركابها أو سائقها. تكون المركبات ذات النوابض البالية أو التالفة أقرب إلى الأرض، مما يقلل من مقدار الضغط المتاح لنظام التعليق، ويزيد من ميلان الهيكل. قد تتطلب المركبات عالية الأداء أحيانًا معايير أخرى لمعدل صلابة النوابض غير وزن المركبة وحمولتها.    

معدل العجلات

معدل العجلة هو معدل الزنبرك الفعال عند قياسه عند العجلة، على عكس قياس معدل الزنبرك وحده.

عادةً ما يكون معدل انضغاط العجلة مساويًا لمعدل انضغاط النابض أو أقل منه بكثير. تُركّب النوابض عادةً على أذرع التحكم أو أذرع التأرجح أو أي جزء آخر من أجزاء نظام التعليق المحورية. في المثال السابق، حيث حُسب معدل انضغاط النابض بـ 500  رطل/بوصة (87.5 نيوتن/مم)، إذا حركنا العجلة مسافة 1 بوصة (2.5 سم) (دون تحريك السيارة)، فمن المرجح أن ينضغط النابض بمقدار أقل. إذا تحرك النابض مسافة 0.75 بوصة (19 مم) ، ستكون نسبة ذراع العزم 0.75:1. يُحسب معدل انضغاط العجلة بتربيع النسبة (0.5625) وضربها في معدل انضغاط النابض، فنحصل على 281.25 رطل/بوصة (49.25 نيوتن/مم). تُربّع النسبة لأنها تؤثر على معدل انضغاط العجلة من جانبين: فهي تؤثر على كل من القوة والمسافة المقطوعة.     

معدل اهتزاز العجلات في نظام التعليق المستقل بسيط نسبيًا. مع ذلك، يجب مراعاة بعض تصميمات التعليق غير المستقل. لنأخذ مثال المحور المستقيم. عند النظر من الأمام أو الخلف، يمكن قياس معدل اهتزاز العجلات بالطريقة المذكورة سابقًا. ولكن، نظرًا لعدم استقلالية العجلات، فعند النظر من الجانب أثناء التسارع أو الكبح، تكون نقطة الارتكاز في اللانهاية (لأن كلا العجلتين قد تحركتا) ويكون النابض محاذيًا تمامًا لمنطقة تلامس العجلة. والنتيجة غالبًا هي أن معدل اهتزاز العجلات الفعلي أثناء الانعطاف يختلف عما هو عليه أثناء التسارع والكبح. يمكن تقليل هذا التباين في معدل اهتزاز العجلات بوضع النابض أقرب ما يمكن إلى العجلة.

عادةً ما تُجمع معدلات العجلات وتُقارن بكتلة التعليق في المركبة لإنشاء "معدل الركوب" والتردد الطبيعي المقابل لنظام التعليق أثناء الركوب (يُشار إليه أيضًا باسم "الارتفاع"). يُمكن أن يكون هذا مفيدًا في إنشاء مقياس لصلابة نظام التعليق ومتطلبات مسافة الحركة للمركبة.

معدل الدوران

معدل الدوران الجانبي مشابه لمعدل ثبات المركبة، ولكنه خاص بالحركات التي تتضمن تسارعًا جانبيًا، مما يؤدي إلى دوران كتلة المركبة المعلقة. يُعبر عنه بعزم الدوران لكل درجة دوران لكتلة المركبة المعلقة. ويتأثر بعوامل تشمل، على سبيل المثال لا الحصر، كتلة المركبة المعلقة، وعرض المسار، وارتفاع مركز الثقل، ومعدلات النوابض والمخمدات، وارتفاعات مركز الدوران الأمامي والخلفي، وصلابة قضيب منع الانقلاب، وضغط الإطارات/بنيتها. يمكن، بل ويختلف عادةً، معدل الدوران الجانبي للمركبة من الأمام إلى الخلف، مما يسمح بضبط أداء المركبة للتحكم في الظروف المتغيرة والمستقرة. لا يُغير معدل الدوران الجانبي إجمالي وزن المركبة المنتقل، ولكنه يُغير سرعة ونسبة الوزن المنتقل من محور معين إلى محور آخر عبر هيكل المركبة. بشكل عام، كلما زاد معدل الدوران الجانبي على أحد محاور المركبة، زادت سرعة ونسبة الوزن المنتقل على ذلك المحور .

بحلول عام 2021، كانت بعض المركبات توفر نظام تحكم ديناميكي في الانقلاب مع نظام تعليق هوائي قابل لتعديل ارتفاع الركوب ومخمدات تكيفية. [ 10 ]

نسبة الأزواج

نسبة عزم الدوران هي طريقة مبسطة لوصف توزيع نقل الحمل الجانبي من الأمام إلى الخلف، وبالتالي توازن التوجيه. وهي تمثل معدل دوران كل محور من محاور المركبة كنسبة من معدل دوران المركبة الكلي. ويتم ضبطها عادةً باستخدام قضبان مانعة للانقلاب ، ولكن يمكن تغييرها أيضًا باستخدام نوابض مختلفة.

نقل الوزن

عادة ما يتم حساب انتقال الوزن أثناء الانعطاف أو التسارع أو الكبح لكل عجلة على حدة، ومقارنته بالأوزان الثابتة لنفس العجلات.

لا تتأثر كمية نقل الوزن الإجمالية إلا بأربعة عوامل: المسافة بين مراكز العجلات (قاعدة العجلات في حالة الكبح، أو عرض المسار في حالة الانعطاف)، وارتفاع مركز الثقل، وكتلة السيارة، ومقدار التسارع الذي تتعرض له.

إن سرعة انتقال الوزن، وكذلك المكونات التي ينتقل من خلالها، أمر معقد، ويتم تحديده بواسطة العديد من العوامل؛ بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: ارتفاع مركز الدوران، ومعدلات الزنبرك والمخمد، وصلابة قضيب منع الدوران، والتصميم الحركي لوصلات التعليق.

في معظم التطبيقات التقليدية، عندما يتم نقل الوزن من خلال عناصر مرنة عن قصد، مثل النوابض والمخمدات وقضبان منع الانقلاب، يقال إن نقل الوزن "مرن"، بينما يقال إن الوزن الذي يتم نقله من خلال وصلات تعليق أكثر صلابة، مثل أذرع A ووصلات أصابع القدم، "هندسي".

نقل الوزن غير المعلق

يُحسب نقل الوزن غير المعلق بناءً على وزن مكونات المركبة التي لا تدعمها النوابض. ويشمل ذلك الإطارات والعجلات والمكابح والمحاور ونصف وزن ذراع التحكم، بالإضافة إلى مكونات أخرى. ويُفترض (لأغراض الحساب) أن هذه المكونات متصلة بمركبة ذات وزن معلق صفري، ثم تُخضع لنفس الأحمال الديناميكية.

يُحسب انتقال الوزن عند الانعطاف في الجزء الأمامي بضرب الوزن الأمامي غير المعلق في قوة التسارع الجانبي في ارتفاع مركز الثقل الأمامي غير المعلق، ثم قسمة الناتج على عرض المسار الأمامي. وينطبق الأمر نفسه على الجزء الخلفي.

نقل الوزن الزنبركي

يُقصد بنقل الوزن المعلق الوزنَ المنقول بواسطة وزن المركبة المرتكز على نوابضها فقط، وليس بواسطة وزن المركبة الكلي. يتطلب حساب ذلك معرفة وزن المركبة المعلق (الوزن الكلي مطروحًا منه الوزن غير المعلق)، وارتفاع مركز الدوران الأمامي والخلفي، وارتفاع مركز ثقل المركبة المعلق (المستخدم لحساب طول ذراع عزم الدوران). كما يتطلب حساب نقل الوزن المعلق الأمامي والخلفي معرفة نسبة عزم الدوران.

محور الدوران هو الخط المار بمركزي الدوران الأمامي والخلفي، والذي تدور حوله المركبة أثناء الانعطاف. المسافة من هذا المحور إلى مركز ثقل التعليق هي طول ذراع عزم الدوران. إجمالي نقل وزن التعليق يساوي قوة التسارع مضروبة في وزن التعليق مضروبة في طول ذراع عزم الدوران، مقسومًا على عرض المسار الفعال. يُحسب نقل وزن التعليق الأمامي بضرب نسبة عزم الدوران في إجمالي نقل وزن التعليق. أما الخلفي فهو الإجمالي مطروحًا منه نقل وزن التعليق الأمامي.

قوى الرفع

تمثل قوى الرفع مجموع مركبات القوة الرأسية التي تتعرض لها وصلات التعليق. تعمل القوة الناتجة على رفع الكتلة المعلقة إذا كان مركز الدوران فوق سطح الأرض، أو ضغطها إذا كانت تحت الأرض. وبشكل عام، كلما ارتفع مركز الدوران ، زادت قوة الرفع.

خصائص أخرى

يسافر

يُقاس مدى حركة نظام التعليق بالمسافة من أدنى نقطة في شوط التعليق (كما هو الحال عندما تكون السيارة مرفوعة على رافعة، وتتدلى العجلة بحرية) إلى أعلى نقطة في شوط التعليق (كما هو الحال عندما لا تستطيع عجلة السيارة التحرك لأعلى باتجاه السيارة). قد يؤدي وصول العجلة إلى أدنى نقطة في شوط التعليق أو رفعها إلى مشاكل خطيرة في التحكم، أو إلى تلف مباشر. قد يحدث "وصول العجلة إلى أدنى نقطة في شوط التعليق" نتيجةً لنفاد مساحة الحركة المتاحة لنظام التعليق، أو الإطارات، أو الرفارف، أو غيرها، أو نتيجةً لاصطدام هيكل السيارة أو أجزاء أخرى منها بالطريق. تكون مشاكل التحكم الناتجة عن رفع العجلة أقل حدةً إذا ارتفعت العجلة عندما يصل النابض إلى شكله الطبيعي (بدون ضغط) مقارنةً بما إذا كانت الحركة محدودة بسبب تلامس أجزاء نظام التعليق (انظر Triumph TR3B ).

تستخدم العديد من المركبات المخصصة للطرق الوعرة ، مثل سيارات السباق الصحراوية، أحزمة تُسمى "أحزمة التقييد" للحد من حركة نظام التعليق للأسفل ضمن حدود آمنة للوصلات وممتصات الصدمات. هذا ضروري، لأن هذه الشاحنات مصممة للسير على تضاريس وعرة للغاية بسرعات عالية، بل وقد ترتفع في الهواء أحيانًا. فبدون ما يحد من الحركة، ستتحمل جلبات نظام التعليق كامل القوة عند وصوله إلى أقصى مدى للحركة، وقد يتسبب ذلك في خروج النوابض اللولبية من أماكنها، إذا كانت مثبتة بقوى الضغط فقط. حزام التقييد هو حزام بسيط، غالبًا ما يكون مصنوعًا من النايلون بطول محدد مسبقًا، يوقف الحركة للأسفل عند نقطة محددة قبل الوصول إلى أقصى مدى نظري للحركة. وعلى النقيض من ذلك، يوجد "مانع الصدمات"، الذي يحمي نظام التعليق والمركبة (وكذلك الركاب) من الارتطام العنيف لنظام التعليق، والذي يحدث عندما يتسبب عائق (أو هبوط قوي) في نفاد مدى حركة التعليق للأعلى دون امتصاص طاقة الحركة بالكامل. بدون مصدات الصدمات، ستتعرض المركبة التي "تصل إلى أسفلها" لصدمة قوية للغاية عند ملامسة نظام التعليق لأسفل الهيكل، مما ينتقل إلى الركاب وجميع نقاط التوصيل واللحام في المركبة. غالبًا ما تأتي المركبات المصنعية مزودة بقطع مطاطية بسيطة لامتصاص معظم الصدمات وعزلها. أما مركبات سباقات الصحراء، التي يجب أن تمتص قوى صدمات أعلى بكثير بشكل روتيني، فقد تُزود بمصدات صدمات هوائية أو هيدروليكية هوائية. هذه عبارة عن ممتصات صدمات مصغرة (مخمدات) مثبتة في المركبة في مكان يسمح لنظام التعليق بملامسة طرف المكبس عند اقترابه من حد الحركة الصاعدة. تمتص هذه المصدات الصدمات بكفاءة أعلى بكثير من مصدات الصدمات المطاطية الصلبة، وهذا أمر بالغ الأهمية، لأن مصد الصدمات المطاطي يُعتبر وسيلة عزل طارئة في حالات الاصطدام العرضي لنظام التعليق؛ فهو غير كافٍ تمامًا لامتصاص الصدمات المتكررة والقوية، كما هو الحال في مركبات الطرق الوعرة عالية السرعة.

ممتص للصدمات

التخميد هو التحكم في الحركة أو التذبذب، كما هو الحال عند استخدام البوابات والصمامات الهيدروليكية في ممتص الصدمات بالمركبة. وقد يختلف هذا أيضًا، عمدًا أو سهوًا. ومثل معدل صلابة الزنبرك، قد يكون التخميد الأمثل للراحة أقل منه للتحكم.

يتحكم نظام التخميد في سرعة حركة السيارة ومقاومة نظام التعليق. فالسيارة غير المخمدة تتأرجح صعودًا وهبوطًا. أما مع مستويات التخميد المناسبة، فتعود السيارة إلى وضعها الطبيعي في أقل وقت ممكن. ويمكن التحكم في معظم أنظمة التخميد في السيارات الحديثة عن طريق زيادة أو تقليل مقاومة تدفق السائل في ممتص الصدمات.

التحكم في زاوية الميل

انظر إلى "التابع" و"المستقل" أدناه. تتغير زاوية ميل العجلات نتيجة لحركة العجلات، وميلان هيكل السيارة، وانحراف نظام التعليق أو مرونته. بشكل عام، يكون أداء الإطار من حيث التآكل والكبح في أفضل حالاته عند زاوية ميل تتراوح بين -1 و-2 درجة عن الوضع الرأسي. اعتمادًا على نوع الإطار وسطح الطريق، قد يكون تماسك الإطار مع الطريق أفضل عند زاوية مختلفة قليلاً. يمكن استخدام تغييرات طفيفة في زاوية ميل العجلات، الأمامية والخلفية، لضبط خصائص القيادة. يتم ضبط بعض سيارات السباق بزاوية ميل تتراوح بين -2 و-7 درجات، وذلك حسب نوع التحكم المطلوب وبنية الإطار. غالبًا ما تؤدي زاوية الميل المفرطة إلى انخفاض أداء الكبح نتيجة لانخفاض مساحة التلامس بسبب التغير المفرط في زاوية الميل في هندسة نظام التعليق. يتم تحديد مقدار تغير زاوية الميل عند المرور فوق المطبات من خلال طول ذراع التأرجح الأمامي اللحظي (FVSA) لهندسة نظام التعليق، أو بعبارة أخرى، ميل الإطار إلى الميل للداخل عند انضغاطه فوق المطبات.

ارتفاع مركز الدوران

يُعد ارتفاع مركز الدوران نتاجًا لارتفاعات مركز الدوران اللحظية لنظام التعليق، وهو مقياس مفيد في تحليل تأثيرات نقل الوزن، وميلان الهيكل، وتوزيع صلابة الدوران من الأمام إلى الخلف. عادةً ما يتم ضبط توزيع صلابة الدوران عن طريق تعديل قضبان منع الانقلاب بدلاً من ارتفاع مركز الدوران (حيث يميل كلاهما إلى إحداث تأثير مماثل على الكتلة المعلقة)، ولكن ارتفاع مركز الدوران يُعدّ مهمًا عند النظر في مقدار قوى الرفع التي تتعرض لها السيارة.

مركز فوري

نظراً لأن حركة العجلة والإطار مقيدة بوصلات نظام التعليق في السيارة، فإن حركة مجموعة العجلات في المنظر الأمامي ترسم قوساً وهمياً في الفضاء، مع وجود "مركز دوران لحظي" عند أي نقطة معينة على طول مسارها. ويمكن إيجاد مركز الدوران اللحظي لأي مجموعة عجلات بتتبع خطوط وهمية مرسومة عبر وصلات نظام التعليق إلى نقطة تقاطعها.

يشير أحد مركبات متجه قوة الإطار من منطقة تلامس الإطار مع الأرض إلى المركز اللحظي. كلما زادت قيمة هذه المركبة، قلّت حركة نظام التعليق. نظريًا، إذا كانت محصلة الحمل الرأسي على الإطار والقوة الجانبية الناتجة عنه تشير مباشرةً إلى المركز اللحظي، فلن تتحرك وصلات نظام التعليق. في هذه الحالة، سيكون انتقال الوزن عند ذلك الطرف من المركبة هندسيًا. تُعد هذه المعلومة أساسية في تحديد مركز الدوران القائم على القوة.

في هذا الصدد، تعتبر المراكز اللحظية أكثر أهمية للتحكم في المركبة من مركز الدوران الحركي وحده، حيث يتم تحديد نسبة نقل الوزن الهندسي إلى المرن من خلال القوى المؤثرة على الإطارات واتجاهاتها بالنسبة لموضع مراكزها اللحظية.

مضاد للغوص ومضاد للركوع

نسبة مقاومة الغطس ونسبة مقاومة الانحناء هي نسب مئوية تُشير إلى مدى انخفاض مقدمة السيارة عند الكبح، وانخفاض مؤخرتها عند التسارع. ويمكن اعتبارها نظيرًا للكبح والتسارع، كما هو الحال مع قوى الرفع عند الانعطاف. والسبب الرئيسي لهذا الاختلاف هو اختلاف أهداف تصميم نظام التعليق الأمامي والخلفي، حيث يكون نظام التعليق عادةً متناظرًا بين جانبي السيارة.

تعتمد طريقة تحديد خاصية منع الغطس أو منع الانحناء على ما إذا كانت وصلات نظام التعليق تستجيب لعزم الدوران الناتج عن الكبح والتسارع. على سبيل المثال، مع وجود مكابح داخلية وعجلات خلفية تعمل بنظام نصف عمود، لا تستجيب وصلات نظام التعليق، بينما تستجيب مع وجود مكابح خارجية ونظام نقل حركة بمحور متأرجح.

لتحديد نسبة كبح نظام التعليق الأمامي المضاد للغوص في حالة المكابح الخارجية، يجب أولاً تحديد ظل الزاوية بين خط مرسوم، من المنظر الجانبي، يمر عبر نقطة تلامس الإطار الأمامي ومركز التعليق الأمامي اللحظي، والخط الأفقي. بالإضافة إلى ذلك، يجب معرفة نسبة قوة الكبح على العجلات الأمامية. ثم، يُضرب ظل الزاوية في نسبة قوة الكبح على العجلات الأمامية، ويُقسم الناتج على نسبة ارتفاع مركز الثقل إلى قاعدة العجلات. قيمة 50% تعني أن نصف الوزن ينتقل إلى العجلات الأمامية؛ أثناء الكبح، ينتقل الوزن عبر وصلات نظام التعليق الأمامي، والنصف الآخر ينتقل عبر نوابض نظام التعليق الأمامي.

بالنسبة للفرامل الداخلية، يتم اتباع نفس الإجراء، ولكن باستخدام مركز العجلة بدلاً من مركز منطقة التلامس.

يُحسب معامل مقاومة التسارع الأمامي بطريقة مماثلة، وبنفس العلاقة بين النسبة المئوية ونقل الوزن. تُستخدم قيم مقاومة التسارع التي تبلغ 100% فأكثر عادةً في سباقات السرعة، بينما تُعدّ القيم التي تبلغ 50% أو أقل أكثر شيوعًا في السيارات التي تتعرض لكبح شديد. غالبًا ما تتسبب القيم العالية لمقاومة التسارع في ارتداد العجلات أثناء الكبح. تعني قيمة 100% أن نقل الوزن بالكامل يتم عبر وصلات نظام التعليق. مع ذلك، لا يعني هذا أن نظام التعليق غير قادر على تحمل أحمال إضافية (ديناميكية هوائية، انعطاف، إلخ) أثناء الكبح أو التسارع الأمامي. بعبارة أخرى، لا يُقصد بذلك أي "تقييد" في نظام التعليق. [ 11 ]

مرونة وأنماط اهتزاز عناصر التعليق

في بعض السيارات الحديثة، تكمن المرونة بشكل أساسي في البطانات المطاطية ، التي تتلف بمرور الوقت. أما في أنظمة التعليق عالية التحمل، مثل سيارات الطرق الوعرة، فتتوفر بطانات من البولي يوريثان، والتي توفر عمرًا أطول تحت ضغوط أكبر. ومع ذلك، ونظرًا لاعتبارات الوزن والتكلفة، لا تُصنع الهياكل أكثر صلابة من اللازم. تُظهر بعض المركبات اهتزازات ضارة ناتجة عن انثناء الأجزاء الهيكلية، كما هو الحال عند التسارع أثناء الانعطاف الحاد. كما تُسهم مرونة الهياكل، مثل الإطارات ووصلات التعليق، في امتصاص الصدمات، وخاصةً في تخميد الاهتزازات عالية التردد. وقد ساهمت مرونة العجلات السلكية في انتشارها في الماضي عندما كانت أنظمة التعليق في السيارات أقل تطورًا.

تسوية الأحمال

يمكن تحميل السيارات بأحمال ثقيلة من الأمتعة والركاب والمقطورات، مما يؤدي إلى انخفاض مؤخرة السيارة. لذا، يُعد الحفاظ على مستوى ثابت للهيكل أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق التحكم الأمثل الذي صُممت السيارة من أجله. كذلك، إذا كانت مقدمة السيارة مرتفعة جدًا أثناء القيادة ليلًا، فقد يُعمي ضوء المصابيح الأمامية سائقي السيارات القادمة. يعمل نظام التعليق ذاتي التسوية على معالجة هذه المشكلة عن طريق نفخ أسطوانات في نظام التعليق لرفع الهيكل. [ 12 ]

العزل عن الصدمات عالية التردد

في معظم الحالات، لا يُعدّ وزن مكونات نظام التعليق عاملاً مهماً. ولكن عند الترددات العالية الناتجة عن خشونة سطح الطريق، تعمل الأجزاء المعزولة بواسطة البطانات المطاطية كمرشح متعدد المراحل لكبح الضوضاء والاهتزاز بشكل أفضل مما يمكن تحقيقه باستخدام الإطارات واليايات فقط. (تعمل اليايات بشكل أساسي في الاتجاه الرأسي).

المساهمة في الوزن غير المعلق والوزن الإجمالي

عادة ما تكون هذه صغيرة، باستثناء أن نظام التعليق مرتبط بما إذا كانت الفرامل والتروس التفاضلية مزودة بنابض أم لا.

هذه هي الميزة الوظيفية الرئيسية للعجلات المصنوعة من الألومنيوم مقارنةً بالعجلات المصنوعة من الفولاذ. وقد استُخدمت أجزاء التعليق المصنوعة من الألومنيوم في سيارات الإنتاج، بينما تُستخدم أجزاء التعليق المصنوعة من ألياف الكربون بشكل شائع في سيارات السباق.

المساحة المشغولة

تختلف التصاميم من حيث المساحة التي تشغلها وموقعها. ومن المتعارف عليه عموماً أن دعامات ماكفرسون هي الترتيب الأكثر إحكاماً للسيارات ذات المحرك الأمامي، حيث تكون المساحة بين العجلات ضرورية لوضع المحرك.

من المحتمل تجنب استخدام المكابح الداخلية (التي تقلل من الوزن غير المعلق ) بسبب اعتبارات المساحة أكثر من التكلفة.

توزيع القوة

يجب أن تتطابق وصلة التعليق مع تصميم الإطار من حيث الهندسة والقوة والصلابة.

مقاومة الهواء (السحب)

تتميز بعض المركبات الحديثة بنظام تعليق قابل لتعديل الارتفاع لتحسين الديناميكية الهوائية وكفاءة استهلاك الوقود. وتستخدم سيارات الفورمولا الحديثة ذات العجلات وأنظمة التعليق المكشوفة عادةً أنابيب انسيابية بدلاً من الأنابيب الدائرية البسيطة لأذرع التعليق لتقليل مقاومة الهواء . كما يشيع استخدام أنظمة التعليق من نوع ذراع التأرجح أو قضيب الدفع أو قضيب السحب، والتي تعمل، من بين أمور أخرى، على وضع وحدة الزنبرك/المخمد في الداخل بعيدًا عن مجرى الهواء لتقليل مقاومة الهواء بشكل أكبر.

يكلف

تتحسن أساليب الإنتاج، لكن التكلفة تبقى عاملاً مهماً. ويبدو أن استمرار استخدام المحور الخلفي الصلب، مع الترس التفاضلي غير المعلق، خاصة في المركبات الثقيلة، هو المثال الأوضح على ذلك.

النوابض والمخمدات

تستخدم معظم أنظمة التعليق التقليدية نوابض سلبية لامتصاص الصدمات ومخمدات (أو ممتصات الصدمات) للتحكم في حركة النوابض.

من الاستثناءات البارزة أنظمة الهيدروبنيوماتيك ، التي يمكن اعتبارها وحدة متكاملة من مكونات زنبرك الغاز والتخميد، والتي تستخدمها شركة سيتروين الفرنسية ؛ وأنظمة الهيدرولاستيك والهيدروجاس والمخاريط المطاطية التي تستخدمها شركة بريتيش موتور كوربوريشن ، وخاصة في سيارة ميني . وقد استُخدمت أنواع مختلفة من كل نظام.

أنظمة التعليق السلبية

تُعرف النوابض والمخمدات التقليدية باسم أنظمة التعليق السلبية - يتم تعليق معظم المركبات بهذه الطريقة.

الينابيع

نابض هوائي على نصف مقطورة

تُعلق غالبية المركبات البرية بواسطة نوابض فولاذية من هذه الأنواع:

يدرك مصنعو السيارات القيود المتأصلة في النوابض الفولاذية - وهي أن هذه النوابض تميل إلى إنتاج تذبذبات غير مرغوب فيها، وقد طور مصنعو السيارات أنواعًا أخرى من مواد وآليات التعليق في محاولات لتحسين الأداء:

المخمدات أو ممتصات الصدمات

تُخفف ممتصات الصدمات من حركات السيارة (التي تكون في الأصل حركات توافقية بسيطة) لأعلى ولأسفل على نوابضها. كما يجب أن تُخفف من ارتداد العجلات عندما يرتدّ وزن العجلة والمحور والوصلة، وأحيانًا المكابح والترس التفاضلي ، لأعلى ولأسفل على مرونة الإطار.

المعلقات شبه النشطة والنشطة

إذا كان نظام التعليق يتم التحكم فيه خارجياً، فإنه يكون نظام تعليق شبه نشط أو نشط - حيث يتفاعل نظام التعليق مع الإشارات الواردة من وحدة تحكم إلكترونية.

على سبيل المثال، ستعرف سيارة سيتروين المزودة بنظام تعليق هيدروبنيوماتيكي ارتفاعها الأمثل عن الأرض، وتعيد ضبط نفسها باستمرار لتحقيق هذا الارتفاع، بغض النظر عن الحمولة. مع ذلك، لا يعوض هذا النوع من التعليق بشكل فوري ميلان الهيكل عند المنعطفات. ويضيف نظام سيتروين حوالي 1% إلى تكلفة السيارة مقارنةً بنظام التعليق التقليدي ذي النوابض الفولاذية.

تشمل أنظمة التعليق شبه النشطة أجهزة مثل النوابض الهوائية وممتصات الصدمات القابلة للتبديل، وحلول التسوية الذاتية المختلفة ، بالإضافة إلى أنظمة مثل أنظمة التعليق الهيدروبنيوماتيكية والهيدرولاستيكية والهيدروجاس .

قدمت تويوتا ممتصات صدمات قابلة للتبديل في سيارة سوارير عام 1983. [ 18 ] وتبيع شركة دلفي حاليًا ممتصات صدمات مملوءة بسائل مغناطيسي انسيابي ، يمكن تغيير لزوجته كهرومغناطيسيًا - مما يوفر تحكمًا متغيرًا دون الحاجة إلى تبديل الصمامات، وهو أسرع وبالتالي أكثر فعالية.

تستخدم أنظمة التعليق النشطة بالكامل المراقبة الإلكترونية لحالة السيارة، إلى جانب وسائل تغيير سلوك تعليق السيارة في الوقت الفعلي للتحكم المباشر في حركة السيارة.

قامت شركة لوتس كارز بتطوير العديد من النماذج الأولية منذ عام 1982 فصاعدًا، وقدمتها إلى سباقات الفورمولا 1 ، حيث كانت فعالة إلى حد ما، ولكن تم حظرها الآن.

قدمت نيسان نظام التعليق النشط منخفض النطاق الترددي في عام 1990 تقريبًا كخيار إضافي، مما زاد سعر الطرازات الفاخرة بنسبة 20%. كما طورت سيتروين عدة نماذج من أنظمة التعليق النشط (انظر hydractive ). أما نظام التعليق النشط بالكامل من شركة Bose ، الذي أُعلن عنه في عام 2009، فيستخدم محركات كهربائية خطية [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] بدلاً من المشغلات الهيدروليكية أو الهوائية التي كانت تُستخدم بشكل عام حتى وقت قريب. وقدمت مرسيدس نظام تعليق نشط يُسمى Active Body Control في سيارتها مرسيدس-بنز الفئة CL الفاخرة في عام 1999.

طُوِّرت العديد من أنظمة التعليق الكهرومغناطيسية للمركبات. ومن الأمثلة على ذلك نظام التعليق الكهرومغناطيسي من شركة Bose، ونظام التعليق الكهرومغناطيسي الذي طوره البروفيسور لورينتيو إنسيكا. بالإضافة إلى ذلك، فإن عجلة ميشلان الجديدة المزودة بنظام تعليق مدمج يعمل بمحرك كهربائي تُعدّ مشابهةً أيضاً. [ 24 ]

بفضل نظام التحكم، تُحقق أنظمة التعليق شبه النشطة/النشطة المختلفة تصميمًا مُحسّنًا يُوازن بين أنماط الاهتزاز المختلفة للمركبة، وهي: الارتداد، والتدحرج، والميل، والالتواء. مع ذلك، فإن استخدامات هذه الأنظمة المتطورة محدودة بسبب التكلفة، والحجم، والوزن، والموثوقية، وغيرها من التحديات.

أنظمة تعليق مترابطة

على عكس أنظمة التعليق شبه النشطة/النشطة، يُمكن لنظام التعليق المترابط فصل أنماط اهتزاز المركبة المختلفة بسهولة وبشكل غير فعال. ويمكن تحقيق هذا الترابط بوسائل متنوعة، كالميكانيكية والهيدروليكية والهوائية. وتُعد قضبان منع الانقلاب مثالاً نموذجياً على الترابط الميكانيكي، بينما يُشير البعض إلى أن الترابط الهيدروليكي يوفر إمكانات ومرونة أكبر في تحسين خصائص الصلابة والتخميد.

بالنظر إلى الإمكانيات التجارية الكبيرة لتكنولوجيا الهيدروبنيوماتيك ( كورولا، 1996)، فقد تم استكشاف أنظمة التعليق الهيدروبنيوماتيكية المترابطة في بعض الدراسات الحديثة، وتم إثبات فوائدها المحتملة في تحسين راحة القيادة والتحكم بالمركبة. كما يمكن استخدام نظام التحكم لزيادة تحسين أداء أنظمة التعليق المترابطة. وبعيدًا عن البحث الأكاديمي، حققت شركة كينيتيك الأسترالية [ 25 ] بعض النجاحات مع أنظمة سلبية أو شبه نشطة متنوعة ( بطولة العالم للراليات : ثلاث بطولات؛ رالي داكار : بطولتان؛ سيارة لكزس GX470 لعام 2004 كأفضل سيارة دفع رباعي للعام مع نظام KDSS؛ جائزة PACE لعام 2005). وتقوم هذه الأنظمة من كينيتيك عمومًا بفصل نمطين على الأقل من أنماط حركة المركبة (الدوران، والالتواء (المفصلية)، والميل، و/أو الارتفاع (الارتداد)) للتحكم في صلابة وتخميد كل نمط في آن واحد باستخدام ممتصات صدمات مترابطة، وغيرها من الطرق. وفي عام 1999، استحوذت شركة تينيكو على كينيتيك. طوّرت شركة كروات الكاتالونية لاحقاً نظاماً أبسط يعتمد على أسطوانات أحادية الفعل. وبعد بعض المشاريع التنافسية، تعمل كروات حالياً على توفير أنظمة التحديث لبعض طرازات المركبات.

تاريخيًا، كانت سيارة سيتروين 2CV موديل 1948 أول سيارة إنتاج ضخم مزودة بنظام تعليق ميكانيكي متصل من الأمام إلى الخلف . كان نظام التعليق في 2CV لينًا للغاية، حيث كان الوصل الطولي يُخفف من مقاومة الميلان بدلًا من زيادة مقاومة الانقلاب. وللتعويض عن ذلك، اعتمد النظام على هندسة فائقة لمقاومة الغطس والانخفاض. نتج عن ذلك صلابة أقل عند عبور المحور، وهي صلابة كانت ستتأثر سلبًا بقضبان منع الانقلاب. يتميز نظام التعليق الأمامي/الخلفي المتصل ، ذو الذراع المتأرجح والذراع الأمامي/الخلفي، بالإضافة إلى المكابح الأمامية الداخلية، بوزن غير معلق أقل بكثير من تصميمات النوابض اللولبية أو الورقية الموجودة آنذاك. ينقل هذا النظام المتصل جزءًا من القوة التي تدفع العجلة الأمامية لأعلى عند تجاوز المطبات، لدفع العجلة الخلفية لأسفل على نفس الجانب. وعندما تصطدم العجلة الخلفية بالمطب بعد لحظة، تفعل الشيء نفسه في الاتجاه المعاكس، مما يحافظ على استواء السيارة من الأمام إلى الخلف. صُممت سيارة 2CV لتكون قادرة على السير بسرعة عالية فوق حقل محروث، كما يفعل المزارع عند نقل بيض الدجاج. في البداية، زُوّدت بمخمدات احتكاك ومخمدات كتلة مضبوطة . أما الطرازات اللاحقة، فقد زُوّدت بمخمدات كتلة مضبوطة في الأمام، بالإضافة إلى مخمدات/ممتصات صدمات تلسكوبية في الأمام والخلف.

كانت شركة بريتيش موتور كوربوريشن (BMC) من أوائل الشركات التي تبنت نظام التعليق المترابط. طُرح نظام "هيدرولاستيك" عام 1962 في سيارة موريس 1100 ، واستُخدم لاحقًا في العديد من طرازات BMC. طوّر مهندس التعليق أليكس مولتون نظام "هيدرولاستيك" ، الذي يعتمد على مخاريط مطاطية كوسيط للتعليق (استُخدمت لأول مرة في سيارة ميني عام 1959 )، حيث تتصل وحدات التعليق على كل جانب ببعضها البعض عبر أنبوب مملوء بسائل. ينقل السائل قوة مطبات الطريق من عجلة إلى أخرى (على نفس مبدأ النظام الميكانيكي لسيارة سيتروين 2CV المذكور سابقًا)، ولأن كل وحدة تعليق تحتوي على صمامات للتحكم في تدفق السائل، فإنها تعمل أيضًا كممتص للصدمات. [ 26 ] ثم طوّر مولتون نظامًا بديلًا لنظام "هيدرولاستيك" لشركة بريتيش ليلاند، خليفة BMC . يعمل نظام "هيدراغاس" ، المصنّع بترخيص من شركة دنلوب في كوفنتري، وفقًا للمبدأ نفسه، ولكنه يستخدم كرات معدنية مقسمة داخليًا بغشاء مطاطي بدلًا من وحدات زنبركية مطاطية. يحتوي النصف العلوي على غاز مضغوط، بينما يحتوي النصف السفلي على السائل نفسه المستخدم في نظام "هيدرولاستيك" . ينقل السائل قوى التعليق بين الوحدات على كل جانب، بينما يعمل الغاز كوسيط زنبركي عبر الغشاء. هذا هو نفس مبدأ نظام "سيتروين" الهيدروبنيوماتيكي ، ويوفر جودة قيادة مماثلة ، ولكنه نظام مكتفٍ ذاتيًا، ولا يتطلب مضخة تعمل بمحرك لتوفير الضغط الهيدروليكي. أما عيب "هيدراغاس" ، فهو أنه على عكس نظام "سيتروين"، لا يمكن تعديل ارتفاعه، ولا يتمتع بخاصية التسوية الذاتية. تم تقديم "هيدراغاس" في عام 1973 في سيارة "أوستن أليجرو" ، واستُخدم في العديد من الطرازات. كانت سيارة MG F آخر سيارة تستخدم هذا النظام عام 2002. تم استبدال نظام التعليق بنظام النوابض اللولبية بدلاً من المخمدات لأسباب تتعلق بالتكلفة قرب نهاية عمر السيارة. عندما تم إيقاف تشغيل خط إنتاج Hydragas عام 2006، كان عمره يزيد عن 40 عامًا.

كما تميزت بعض طرازات باكارد الأخيرة التي تم إنتاجها بعد الحرب بنظام تعليق مترابط.

الأنواع

أنواع شائعة عند رؤيتها من الخلف؛ بالترتيب:
  • محور صلب مع وصلة واتس
  • عمود منزلق
  • محور التأرجح
  • نظام تعليق مزدوج الأذرع
  • ماكفرسون
هذا الرسم التخطيطي ليس شاملاً؛ ومن الجدير بالذكر أنه يستبعد عناصر مثل وصلات الذراع الخلفية، وتلك التي تتميز بالمرونة.

يمكن تصنيف أنظمة التعليق بشكل عام إلى مجموعتين فرعيتين: أنظمة التعليق التابعة وأنظمة التعليق المستقلة. يشير هذان المصطلحان إلى قدرة العجلات المتقابلة على الحركة بشكل مستقل عن بعضها البعض. [ 27 ] يتكون نظام التعليق التابع عادةً من عارضة (محور بسيط يشبه محور العربة) أو محور حي (مدفوع) يحمل العجلات بشكل متوازٍ مع بعضها البعض وعمودي على المحور. عندما يتغير ميل إحدى العجلات، يتغير ميل العجلة المقابلة بنفس الطريقة (اصطلاحًا، يكون هذا التغير موجبًا في أحد الجانبين وسالبًا في الجانب الآخر). تندرج أنظمة تعليق دي ديون أيضًا ضمن هذه الفئة، حيث تربط العجلات ببعضها البعض بشكل ثابت.

يسمح نظام التعليق المستقل للعجلات بالارتفاع والانخفاض بشكل مستقل دون التأثير على العجلة المقابلة. أما أنظمة التعليق المزودة بأجهزة أخرى، مثل قضبان التوازن التي تربط العجلات بطريقة ما، فتُصنف أيضاً ضمن أنظمة التعليق المستقلة.

يُعدّ نظام التعليق شبه المستقل نوعًا ثالثًا. في هذه الحالة، تؤثر حركة إحدى العجلات على موضع الأخرى، لكنهما ليستا متصلتين ببعضهما اتصالًا وثيقًا. ويُعدّ نظام التعليق الخلفي ذو العارضة الملتوية مثالًا على هذا النوع من الأنظمة.

أنظمة التعليق التابعة

يمكن تمييز الأنظمة التابعة من خلال نظام الروابط المستخدمة لتحديد مواقعها، سواءً طولياً أو عرضياً. وغالباً ما يتم دمج هاتين الوظيفتين في مجموعة واحدة من الروابط.

تتضمن أمثلة روابط الموقع ما يلي:

  • رابط الحقيبة
  • قضيب بانارد
  • وصلة وات
  • WOBLink
  • وصلة مومفورد
  • تُستخدم النوابض الورقية لتحديد الموقع (العرضي أو الطولي)
    • تحتاج النوابض الإهليلجية الكاملة عادةً إلى وصلات تثبيت إضافية، ولم تعد شائعة الاستخدام.
    • كانت النوابض الطولية شبه الإهليلجية شائعة الاستخدام، ولا تزال تُستخدم في الشاحنات الثقيلة والطائرات. وتتميز هذه النوابض بإمكانية جعل معدل صلابتها تدريجيًا (غير خطي).
    • استخدمت شركة فورد موتور ، قبل الحرب العالمية الثانية وبعدها بفترة وجيزة، نوابض ورقية عرضية مفردة للعجلتين الأماميتين و/أو الخلفيتين، لدعم المحاور الصلبة، حتى في الطرازات باهظة الثمن. وقد تميز هذا التصميم بالبساطة وانخفاض الوزن غير المعلق (مقارنة بتصاميم المحاور الصلبة الأخرى).

في المركبات ذات المحرك الأمامي والدفع الخلفي، يكون نظام التعليق الخلفي إما "محورًا صلبًا" أو محور دي ديون ، وذلك بحسب وجود ترس تفاضلي على المحور من عدمه. يُعدّ المحور الصلب أبسط، لكن الوزن غير المعلق يُسهم في ارتداد العجلات.

نظرًا لأنها تضمن ثبات زاوية ميل العجلات، فإن نظام التعليق التابع (وشبه المستقل) هو الأكثر شيوعًا في المركبات التي تحتاج إلى حمل أحمال كبيرة مقارنة بوزنها، والتي تتميز بنوابض لينة نسبيًا، والتي لا تستخدم أنظمة تعليق نشطة (لأسباب تتعلق بالتكلفة والبساطة). وقد اقتصر استخدام نظام التعليق الأمامي التابع على المركبات التجارية الثقيلة.

نظام تعليق مستقل

نظام تعليق خلفي مستقل في سيارة ذات دفع رباعي .

تتنوع الأنظمة المستقلة بشكل أكبر، وتشمل ما يلي:

نظرًا لعدم تقييد حركة العجلات بالبقاء عمودية على سطح الطريق المسطح أثناء الانعطاف والكبح وظروف التحميل المتغيرة، يُعد التحكم في زاوية ميل العجلة أمرًا بالغ الأهمية. كان نظام التعليق ذو الذراع المتأرجح شائعًا في السيارات الصغيرة ذات النوابض اللينة، والتي كانت قادرة على حمل أحمال كبيرة، لأن زاوية ميل العجلة فيها مستقلة عن الحمل. تحافظ بعض أنظمة التعليق النشطة وشبه النشطة على ارتفاع السيارة، وبالتالي زاوية ميل العجلة، بغض النظر عن الحمل. أما في السيارات الرياضية ، فإن التغيير الأمثل في زاوية ميل العجلة عند الانعطاف يُعد أكثر أهمية.

تتيح وصلات عظم الترقوة والوصلات المتعددة للمهندس مزيدًا من التحكم في الهندسة، للوصول إلى أفضل حل وسط، مقارنة بالمحور المتأرجح أو دعامة ماكفرسون أو الذراع المتأرجح؛ ومع ذلك، قد تكون التكلفة ومتطلبات المساحة أكبر.

يقع ذراع التعليق شبه المتأخر في المنتصف، كونه حلاً وسطاً متغيراً بين هندسة ذراع التعليق المتأرجح ومحور التعليق المتأرجح.

نظام تعليق شبه مستقل

في أنظمة التعليق شبه المستقلة، تتحرك عجلات المحور بالنسبة لبعضها البعض، كما هو الحال في نظام التعليق المستقل، ولكن يؤثر موضع إحدى العجلات على موضع واتجاه العجلة الأخرى. ويتحقق هذا التأثير من خلال التواء أو انحراف أجزاء التعليق تحت تأثير الحمل.

أكثر أنواع أنظمة التعليق شبه المستقلة شيوعاً هو نظام التعليق ذو العارضة الملتوية .

حالات أخرى

نظام التعليق القابل للإمالة

نظام التعليق المائل [ 28 ] (المعروف أيضًا باسم نظام التعليق المائل ) ليس نوعًا أو هندسة بناء مختلفة؛ علاوة على ذلك، فهو إضافة تكنولوجية لنظام التعليق التقليدي.

يتكون هذا النوع من أنظمة التعليق بشكل أساسي من نظام تعليق مستقل (مثل دعامة ماكفرسون ، أو ذراع A ( عظم الترقوة المزدوج )). وبإضافة هذه الأنظمة، توجد آلية إمالة أو ميل إضافية تربط نظام التعليق بهيكل السيارة (الشاسيه).

يُحسّن نظام التعليق المائل من ثبات المركبة، وقوة جرها، ونصف قطر دورانها، وراحة ركابها. عند الانعطاف يمينًا أو يسارًا، يشعر الركاب أو الأجسام الموجودة على المركبة بقوة التسارع أو قوة القصور الذاتي باتجاه نصف قطر الانحناء، ولذلك يميل سائقو الدراجات النارية نحو مركز الانحناء أثناء الانعطاف، مما يُحسّن الثبات ويُقلل من احتمالية الانقلاب. لكن المركبات ذات العجلات المتعددة، والمجهزة بنظام تعليق تقليدي، لا تستطيع فعل ذلك حتى الآن، لذا يشعر الركاب بقوة القصور الذاتي الخارجية، مما يُقلل من ثباتهم وراحتهم. يُعد نظام التعليق المائل هذا حلاً لهذه المشكلة. فإذا لم يكن الطريق شديد الانحدار أو مائلاً، فلن يؤثر ذلك على الراحة، حيث يميل نظام التعليق المركبة وينخفض ​​مركز ثقلها، مما يزيد من ثباتها. يُستخدم هذا النظام أيضًا في المركبات الترفيهية.

تستخدم بعض القطارات أيضًا نظام تعليق مائل ( قطار مائل ) مما يزيد من السرعة عند الانعطاف.

آلية عربة هزازة

نظام التعليق ذو الذراع المتأرجحة هو نظام تعليق يتكون من أذرع سحب مزودة بعجلات توجيه. وبفضل التمفصل بين قسم القيادة والأذرع الداعمة، يتميز هذا النظام بمرونة عالية، مما يجعله مناسبًا للتضاريس الوعرة للغاية.

تم استخدام هذا النوع من نظام التعليق في مركبة كيوريوسيتي الجوالة.

المركبات المجنزرة

تسير بعض المركبات، كالقطارات، على قضبان سكك حديدية طويلة مثبتة على الأرض؛ بينما تسير مركبات أخرى، كالجرارات ومركبات الثلج والدبابات، على مسارات متصلة تُشكل جزءًا من المركبة. ورغم أن كلا النوعين يُسهم في تسهيل السير وتقليل الضغط على الأرض، إلا أن العديد من الاعتبارات نفسها تنطبق عليهما.

نظام تعليق مركبة قتال مدرعة

يحتوي نظام التعليق في دبابة غرانت 1 هذه على عجلات طريق مثبتة على عربات ذات عجلات، أو عربات .

تتطلب المركبات القتالية المدرعة العسكرية ، بما فيها الدبابات ، أنظمة تعليق متخصصة. إذ قد يتجاوز وزنها سبعين طنًا، ويُشترط عليها التحرك بأقصى سرعة ممكنة على الأراضي الوعرة أو الرخوة. ويجب حماية مكونات نظام التعليق فيها من الألغام الأرضية والأسلحة المضادة للدبابات . قد تحتوي المركبات القتالية المدرعة المجنزرة على تسع عجلات طريق على كل جانب. أما المركبات ذات العجلات، فتضم ست أو ثماني عجلات كبيرة. بعضها مزود بنظام نفخ مركزي للإطارات لتقليل الضغط على الأرض في الأسطح غير المستوية. ونظرًا لكبر حجم بعض العجلات وصعوبة دورانها، يُستخدم نظام التوجيه الانزلاقي في بعض المركبات ذات العجلات، وكذلك في المركبات المجنزرة.

كانت الدبابات الأولى في الحرب العالمية الأولى مزودة بنظام تعليق ثابت بدون أي حركة مصممة. وقد تم تحسين هذا الوضع غير المرضي باستخدام أنظمة تعليق ذات نوابض ورقية أو لولبية مأخوذة من الآلات الزراعية أو السيارات أو السكك الحديدية، ولكن حتى هذه الأنظمة كانت ذات نطاق حركة محدود للغاية.

ازدادت السرعات بفضل المحركات الأقوى، وكان لا بد من تحسين جودة القيادة. في ثلاثينيات القرن العشرين، طُوّر نظام تعليق كريستي ، الذي سمح باستخدام نوابض لولبية داخل الهيكل المدرع للمركبة، وذلك بتغيير اتجاه القوة التي تُشوّه النابض، باستخدام ذراع ناقل الحركة . وقد استُمدّ نظام تعليق دبابة T-34 مباشرةً من تصاميم كريستي.

كان نظام تعليق هورستمان نوعًا مختلفًا يستخدم مزيجًا من ذراع التوصيل ونوابض لولبية خارجية، وقد استُخدم من ثلاثينيات القرن العشرين إلى تسعينياته. وكان نظام التعليق في عربات M3 لي /جرانت و M4 شيرمان ، على الرغم من كونه مستقلًا، مشابهًا لنظام هورستمان، حيث كان نظام التعليق معزولًا داخل مسار العربة البيضاوي.

بحلول الحرب العالمية الثانية ، كان النوع الشائع الآخر هو نظام التعليق بقضبان الالتواء ، الذي يستمد قوته من قضبان ملتوية داخل الهيكل. كان هذا النظام يتميز أحيانًا بمدى حركة أقل من نظام كريستي، ولكنه كان أكثر إحكامًا بشكل ملحوظ، مما أتاح مساحة أكبر داخل الهيكل، وبالتالي إمكانية تركيب حلقات برج أكبر، ومن ثم تسليح رئيسي أثقل. وقد ظل نظام التعليق بقضبان الالتواء، الذي يتضمن أحيانًا ممتصات صدمات، هو نظام التعليق السائد للمركبات المدرعة الثقيلة منذ الحرب العالمية الثانية. قد تشغل قضبان الالتواء مساحة أسفل أرضية الدبابة أو بالقرب منها، مما قد يعيق خفض ارتفاعها لتقليل تعرضها للعوامل الخارجية.

كما هو الحال في السيارات، يؤثر مدى حركة العجلات ومعدل صلابة النوابض على مدى اتساع الطريق وسرعة اجتياز التضاريس الوعرة. ومن الجدير بالذكر أن القيادة السلسة، التي غالباً ما ترتبط بالراحة، تزيد من دقة التصويب أثناء الحركة، كما أنها تقلل من الصدمات التي تتعرض لها المناظير والمعدات الأخرى. وقد يحد وزن الأجزاء غير المعلقة ووزن وصلات الجنزير من السرعة على الطرق، ويؤثر على العمر الافتراضي لجنزير المركبة ومكوناتها الأخرى.

معظم المركبات نصف المجنزرة الألمانية التي استُخدمت خلال الحرب العالمية الثانية، ودباباتها التي طُرحت خلال الحرب، مثل دبابة بانثر ، كانت مزودة بعجلات طريق متداخلة، وأحيانًا متشابكة، لتوزيع الحمل بشكل أكثر توازنًا على جنزير الدبابة، وبالتالي على الأرض. وقد ساهم هذا التصميم بشكل ملحوظ في زيادة السرعة والمدى وعمر الجنزير، فضلًا عن توفير حماية مستمرة. لم يُستخدم هذا التصميم منذ نهاية الحرب، ربما بسبب متطلبات صيانة الأجزاء الميكانيكية الأكثر تعقيدًا التي تعمل في الوحل والرمل والصخور والثلج والجليد، بالإضافة إلى التكلفة. غالبًا ما كانت الصخور والطين المتجمد تعلق بين العجلات المتداخلة، مما قد يمنعها من الدوران، أو يتسبب في تلف عجلات الطريق. في حال تلف إحدى عجلات الطريق الداخلية، كان لا بد من إزالة عجلات أخرى للوصول إلى العجلة التالفة، مما يجعل العملية أكثر تعقيدًا وتستغرق وقتًا أطول. [ 29 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. جازار، رضا ن. (2008). ديناميكيات المركبات: النظرية والتطبيقات . ربيع. ص  455. ISBN 9780387742434تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 يونيو 2012 .
  2. "أساسيات نظام التعليق 1 - لماذا نحتاجه؟" . ديف (محرر) . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29 يناير 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2015 .
  3. هوارد، جيفري؛ وايتهيد، جون بيتر؛ باستو، دونالد (2004). تعليق السيارة والتحكم بها ( الطبعة الرابعة). SAE الدولية. 
  4. نوابض الصفائح: خصائصها وطرق تحديد مواصفاتها . ويلكس بار، بنسلفانيا: شركة شيلدون أكسل. 1912. ص 1. نابض صفائحي . 
  5. آدامز، ويليام بريدجز (1837). عربات المتعة الإنجليزية . لندن، المملكة المتحدة: تشارلز نايت وشركاه.
  6. 1 2 "أساسيات نظام التعليق 3 - النوابض الورقية" . ديف (محرر) . مؤرشف من الأصل بتاريخ 8 مايو 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2015 .
  7. "عربة وعربة تجرها الخيول" . موسوعة بريتانيكا.
  8. "صحيفة واشنطن تايمز" . chroniclingamerica.loc.gov. 30 يونيو 1901. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2012 .
  9. جاين، ك.ك.؛ أستانا، ر.ب. (2002). هندسة السيارات . لندن: تاتا ماكجرو هيل. ص 293-294 . ISBN  0-07-044529-X.
  10. مولوني، توم (28 سبتمبر 2021). "مراجعة القيادة الأولى لسيارة ريفيان R1T موديل 2022: هيمنة السيارات الكهربائية على الطرق الوعرة" . InsideEVs . تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 أكتوبر 2021 .
  11. ميلكين، ويليام؛ ميلكين، دوغلاس (1994). ديناميكيات مركبات سيارات السباق . جمعية مهندسي السيارات الدولية. الصفحات 617-620 . ISBN  978-1560915263.
  12. "دليل بي إم دبليو التقني : نظام التعليق ذاتي التسوية" . بي إم دبليو. مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 مايو 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مايو 2018 . 
  13. "أساسيات نظام التعليق 4 - نوابض قضيب الالتواء" . تأليف: ديف . مؤرشف من الأصل بتاريخ 10 مايو 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2015 .
  14. "أساسيات نظام التعليق 5 - النوابض اللولبية" . تأليف: ديف . مؤرشف من الأصل بتاريخ 1 مايو 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2015 .
  15. "أساسيات نظام التعليق 6 - النوابض المطاطية" . تأليف: ديف . مؤرشف من الأصل بتاريخ 28 نوفمبر 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2015 .
  16. "أساسيات نظام التعليق 8 - النوابض الهوائية" . تأليف: ديف . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29 يناير 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2015 .
  17. "أساسيات نظام التعليق 9 - النوابض الهيدروبنيوماتيكية" . تأليف: ديف . مؤرشف من الأصل بتاريخ 29 يناير 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2015 .
  18. "التطوير التقني | الهيكل" . 75 عامًا من تويوتا . تويوتا. 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 مايو 2018 .
  19. هوارد، بيل (15 نوفمبر 2017). "بوز تبيع نظام التعليق الكهرومغناطيسي الثوري" . إكستريم تك . الولايات المتحدة . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2020 .
  20. تشيرومشا، كايل (22 مايو 2018). "نظام تعليق السيارة 'السجادة السحرية' من Bose يتجه أخيرًا نحو الإنتاج" . ذا درايف .
  21. تشين، كريس (21 مايو 2018)، "نظام التعليق التكيفي الثوري من Bose يحصل على إعادة تصميم لعام 2019" ، Digital Trends ، الولايات المتحدة ، تم الاطلاع عليه في 29 يناير 2020
  22. "كيف تعمل أنظمة تعليق السيارات" . HowStuffWorks . 11 مايو 2005.
  23. "بعد 30 عامًا، ستدخل تقنية التعليق التي طورتها شركة Bose حيز الإنتاج" . Motor Authority . 15 مايو 2018.
  24. "التعليق الكهرومغناطيسي" . Amt.nl. ١٩ نوفمبر ٢٠٠٨. مؤرشف من الأصل في ٤ يناير ٢٠١٠. تم الاطلاع عليه في ١٦ أغسطس ٢٠١٢ .
  25. "تقنية التعليق الحركي" . أستراليا: كينيتيك. مؤرشف من الأصل في 11 أبريل 2009.
  26. "أليكس مولتون إم جي إف هيدراجاس" . Mgfcar.de . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أغسطس 2012 .
  27. هاريس، ويليام (11 مايو 2005). "كيف تعمل أنظمة تعليق السيارات" . HowStuffWorks . الولايات المتحدة . تم الاطلاع عليه في 6 فبراير 2020 .
  28. "مركبة مائلة ذات عجلات أمامية قابلة للإمالة ونظام تعليق لذلك US 8317207 B2" .
  29. بيتر تشامبرلين وهيلاري دويل، موسوعة الدبابات الألمانية في الحرب العالمية الثانية ، 1978، 1999

للمزيد من القراءة

  • باستو، دونالد (2004). تعليق السيارة والتحكم بها . جيفري هوارد، جون ب. وايتهيد (  الطبعة الرابعة). وارينديل، بنسلفانيا: SAE International. ISBN 978-1-4686-0339-2. OCLC 1269617688 . 
  • شنوبل، مارك (2020). أنظمة التعليق والتوجيه في السيارات (  الطبعة السابعة). أستراليا. ISBN 978-1-337-56733-6. OCLC 1084318123 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  • سبندر، جوليان (2019). نظام تعليق السيارة  : الإصلاح والصيانة والتعديل . ويلتشير [إنجلترا]. ISBN 978-1-78500-661-6. OCLC 1137029310 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )