سیستم‌های تعلیق در خودرو(Car suspension system)

مقدمه

سیستم تعلیق خودرو یکی از اجزای حیاتی و پیچیده در هر وسیله نقلیه است که نقش مهمی در کیفیت رانندگی، کنترل و ایمنی خودرو ایفا می‌کند. این سیستم وظیفۀ جذب ضربات ناشی از ناهمواری‌های جاده و حفظ تعادل خودرو در هنگام حرکت را بر عهده دارد. سیستم تعلیق به‌طور کلی شامل قطعات مختلفی مانند فنرها، کمک فنرها، بازوها و مفاصل می‌شود که همه این اجزا با هم کار می‌کنند تا ثبات و راحتی خودرو را تضمین کنند. این سیستم در هر خودرو به‌گونه‌ای طراحی می‌شود که هم از سرنشینان در برابر تکان‌های شدید محافظت کند و هم به خودرو کمک کند تا به‌شکلی بهینه به سطح جاده بچسبد.

در این متن، به بررسی کاربردها، انواع سیستم‌های تعلیق و نحوۀ عملکرد هر یک خواهیم پرداخت.

کاربرد سیستم تعلیق در خودرو

1. بهبود راحتی سرنشینان:
یکی از مهم‌ترین کاربردهای سیستم تعلیق، کاهش انتقال ارتعاشات و ضربات به کابین خودرو است. خودروها در جاده‌هایی با سطح ناهموار حرکت می‌کنند و این ناهمواری‌ها می‌توانند باعث ایجاد لرزش و ضربات ناگهانی شوند. سیستم تعلیق وظیفه دارد این ضربات را جذب و آنها را به انرژی قابل تحمل برای سرنشینان تبدیل کند.

2. بهبود کنترل و پایداری خودرو:
یکی دیگر از کاربردهای سیستم تعلیق، بهبود کنترل خودرو است. در هنگام حرکت در پیچ‌ها یا در هنگام ترمزگیری، سیستم تعلیق کمک می‌کند تا خودرو به صورت پایدار و بدون تغییر ناگهانی در جهت حرکت خود باقی بماند. این پایداری در کنترل خودرو در سرعت‌های بالا و شرایط جاده‌های لغزنده نیز اهمیت ویژه‌ای دارد.

3. حفظ تماس چرخ‌ها با جاده:
برای اطمینان از اینکه خودرو می‌تواند به درستی ترمز کند و با ثبات بالا حرکت کند، تماس چرخ‌ها با جاده باید حفظ شود. سیستم تعلیق با جذب ضربات و تغییرات ارتفاع جاده، اطمینان می‌دهد که چرخ‌ها همیشه در تماس با سطح جاده هستند.

4. افزایش عمر قطعات خودرو:
سیستم تعلیق با جذب ارتعاشات ناشی از ناهمواری‌های جاده‌ای به‌طور مؤثری عمر قطعات مختلف خودرو را افزایش می‌دهد. این سیستم از آسیب به قطعات دیگر مانند شاسی، موتور و سیستم ترمز جلوگیری می‌کند و هزینه‌های نگهداری و تعمیر را کاهش می‌دهد.

انواع سیستم‌های تعلیق

سیستم‌های تعلیق به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند: سیستم‌های تعلیق مستقل و سیستم‌های تعلیق غیر مستقل. در ادامه به توضیح این دو دسته و زیرمجموعه‌های آن‌ها می‌پردازیم.

1. سیستم تعلیق مستقل

سیستم‌های تعلیق مستقل به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که هر چرخ به‌صورت مستقل از چرخ‌های دیگر حرکت می‌کند. این نوع سیستم باعث بهبود راحتی رانندگی و کنترل خودرو می‌شود، چرا که هر چرخ می‌تواند به‌صورت جداگانه به تغییرات جاده پاسخ دهد.

مزایا :بهبود راحتی سرنشینان، افزایش کنترل و فرمان‌پذیری خودرو، پایداری بهتر در پیچ‌های تند

معایب: پیچیدگی و هزینه بالاتر، نیاز به نگهداری و تعمیرات دقیق‌تر

زیر مجموعه اول سیستم تعلیق مستقل( سیستم تعلیق مک فرسون MacPherson Strut )
سیستم مک فرسون یکی از رایج‌ترین انواع سیستم‌های تعلیق مستقل است. این سیستم ساده، سبک و کم هزینه است و بیشتر در خودروهای سواری استفاده می‌شود. در این سیستم، کمک‌فنر به صورت مستقیم به شاسی خودرو متصل می‌شود و چرخ را در موقعیت خود نگه می‌دارد. سیستم مک فرسون از چندین قطعه شامل یک فنر مارپیچ، یک کمک‌فنر و یک بازوی کنترل تشکیل شده است. این سیستم علاوه بر بهبود راحتی سرنشینان، فضای کمتری نیز اشغال می‌کند.

زیر مجموعه دوم سیستم تعلیق مستقل (سیستم تعلیق دوجناغی Double Wishbone )
این سیستم که به نام تعلیق دو بازویی نیز شناخته می‌شود، از دو بازوی جناغی بالا و پایین تشکیل شده است. این بازوها به شاسی متصل شده و چرخ را در موقعیت خود ثابت نگه می‌دارند. مزیت اصلی این سیستم، کنترل بهتر زوایای چرخ‌ها به‌خصوص در پیچ‌های تند و حرکت‌های ناگهانی است. سیستم دو جناغی، به‌طور معمول در خودروهای اسپرت و گران‌قیمت استفاده می‌شود چرا که این سیستم دقت بیشتری در کنترل خودرو ایجاد می‌کند.

زیر مجموعه سوم سیستم تعلیق مستقل (سیستم تعلیق چند اتصالیMulti-Link )
این سیستم ترکیبی از چند بازوی مستقل است که به چرخ‌ها و شاسی متصل شده‌اند. سیستم چند اتصالی پیچیده‌تر از سیستم‌های دیگر است اما در عوض کنترل دقیق‌تری بر حرکات چرخ‌ها دارد. این سیستم به‌ویژه در خودروهای گران‌قیمت و خودروهای مسابقه‌ای استفاده می‌شود، چرا که عملکرد بسیار بالایی در حفظ پایداری و کنترل خودرو ارائه می‌دهد.

2. سیستم تعلیق غیرمستقل

در سیستم‌های تعلیق غیرمستقل، چرخ‌های یک محور به هم متصل هستند و هر گونه حرکت یا تغییر در یک چرخ، بر چرخ دیگر نیز تاثیر می‌گذارد. این سیستم‌ها ساده‌تر و ارزان‌تر از سیستم‌های مستقل هستند اما در شرایط خاص مانند جاده‌های ناهموار عملکرد ضعیف‌تری دارند.

مزایا: طراحی ساده‌تر و ارزان‌تر، مقاومت بالا در برابر بارهای سنگین، نیاز به تعمیرات کمتر

معایب: کاهش کنترل و پایداری خودرو، انتقال ارتعاشات و ضربات بیشتر به سرنشینان

زیر مجموعه اول سیستم تعلیق غیرمستقل (محور صلب Solid Axle)
در این سیستم، چرخ‌های یک محور به یک محور مشترک متصل هستند. این سیستم معمولاً در خودروهای سنگین مانند کامیون‌ها و SUVها استفاده می‌شود چرا که ساختار آن ساده و مقاوم است و می‌تواند بارهای سنگین را تحمل کند. با این حال، این سیستم در کنترل خودرو در سرعت‌های بالا و در جاده‌های پیچیده ضعیف‌تر عمل می‌کند.

3. سیستم تعلیق نیمه‌مستقل(Semi-Independent):
در این سیستم، چرخ‌های یک محور به هم متصل هستند اما دارای آزادی حرکت نسبی هستند. این سیستم به‌طور معمول در خودروهای اقتصادی و کوچک استفاده می‌شود، چرا که هم عملکرد مناسبی در جاده‌های شهری دارد و هم هزینه تولید آن کم است. یک مثال رایج از سیستم‌های نیمه‌مستقل، سیستم تعلیق میله پیچشی (Twist Beam) است که در بسیاری از خودروهای اقتصادی دیده می‌شود.

سیستم‌های تعلیق فعال و نیمه‌فعال

علاوه بر سیستم‌های تعلیق مستقل و غیرمستقل، سیستم‌های تعلیق دیگری نیز وجود دارند که به کمک فناوری‌های مدرن عملکرد بهتری ارائه می‌دهند. این سیستم‌ها شامل سیستم‌های تعلیق فعال و نیمه‌فعال هستند.

· سیستم تعلیق فعال (Active Suspension):
در این سیستم، از حسگرها و کامپیوترهای پیشرفته برای کنترل لحظه‌ای رفتار سیستم تعلیق استفاده می‌شود. سیستم تعلیق فعال به صورت خودکار و بر اساس شرایط جاده و رفتار راننده، ارتفاع خودرو و سختی کمک‌فنرها را تنظیم می‌کند. این سیستم در خودروهای گران‌قیمت و پیشرفته مانند مرسدس بنز و BMW استفاده می‌شود و بهبود قابل توجهی در راحتی رانندگی و پایداری خودرو به همراه دارد.

مزایا: تنظیم خودکار براساس شرایط جاده و رفتار راننده، بهبود فوق‌العاده در راحتی و پایداری خودرو، افزایش امنیت در شرایط جاده‌ای مختلف

معایب: هزینه بسیار بالا، پیچیدگی زیاد در نگهداری و تعمیر

· سیستم تعلیق نیمه‌فعال (Semi-Active Suspension):
سیستم‌های تعلیق نیمه‌فعال عملکردی مشابه سیستم‌های تعلیق فعال دارند با این تفاوت که تنظیمات آنها کمتر و محدودتر است. در این سیستم‌ها، تنها سختی کمک‌فنرها قابل تنظیم است و این تنظیمات به‌صورت پیوسته و بر اساس شرایط جاده انجام می‌شود. این سیستم در خودروهای میان‌رده و برخی خودروهای گران‌قیمت مورد استفاده قرار می‌گیرد و ترکیبی از عملکرد خوب و قیمت مقرون‌به‌صرفه را ارائه می‌دهد.

مزایا: عملکرد بهتر نسبت به سیستم‌های معمولی، هزینه کمتر نسبت به سیستم‌های تعلیق فعال، مناسب برای خودروهای میان‌رده و گران‌قیمت.

معایب: تنظیمات محدودتر نسبت به سیستم تعلیق فعال، پیچیدگی بیشتری نسبت به سیستم‌های سنتی دارد.

دسته بندی براساس نیروی محرک:

سیستم تعلیق هیدرولیک و پنوماتیک (Hydraulic and Pneumatic Suspension)

سیستم تعلیق هیدرولیک از مایع هیدرولیک (روغن) برای کنترل و تنظیم فشار در کمک‌فنرها استفاده می‌کند. این مایع تحت فشار از طریق پمپ‌های هیدرولیکی به اجزای سیستم منتقل می‌شود و تغییرات لازم برای تنظیم ارتفاع و سختی سیستم تعلیق ایجاد می‌شود.

سیستم تعلیق پنوماتیک از هوای فشرده استفاده می‌کند. در این سیستم، کمپرسورهای هوا هوای فشرده را به بادکنک‌های بادی (Airbags) یا مخازن بادی موجود در سیستم تعلیق می‌فرستند. این هوای فشرده باعث تنظیم ارتفاع و جذب ضربات می‌شود.

سیستم‌های تعلیق هیدرولیکو پنوماتیک هر دو به منظور بهبود راحتی، پایداری و کنترل خودرو در شرایط مختلف طراحی شده‌اند، اما تفاوت‌های کلیدی در ساختار و عملکرد آن‌ها وجود دارد. در ادامه به مقایسه این دو نوع سیستم تعلیق می‌پردازیم:

1. تنظیم ارتفاع

• تعلیق هیدرولیک:
  سیستم هیدرولیک می‌تواند به صورت دقیق و سریع ارتفاع خودرو را تنظیم کند. این سیستم‌ها معمولاً قادر به تنظیم لحظه‌ای ارتفاع هستند و واکنش سریعی به تغییرات جاده‌ای نشان می‌دهند. علاوه بر تنظیم ارتفاع در شرایط رانندگی مختلف، سیستم‌های هیدرولیک می‌توانند زاویه‌های خودرو را نیز تنظیم کنند.
• تعلیق پنوماتیک:
  سیستم پنوماتیک نیز قابلیت تنظیم ارتفاع را دارد اما این تنظیمات بر پایه هوای فشرده انجام می‌شود. کمپرسورهای هوا، هوا را به بادکنک‌های بادی ارسال می‌کنند و ارتفاع خودرو را تنظیم می‌کنند. این تنظیمات به اندازه سیستم هیدرولیک سریع نیستند ولی همچنان قابلیت تغییر ارتفاع در شرایط مختلف جاده را دارند.

2. پایداری و جذب ضربات

• تعلیق هیدرولیک:
  سیستم هیدرولیک به دلیل استفاده از مایع هیدرولیک، توانایی جذب ضربات قوی‌تر و یکنواخت‌تر را دارد. این سیستم‌ها معمولاً در شرایط سخت جاده‌ای و بارهای سنگین بهتر عمل می‌کنند و پایداری بیشتری به خودرو می‌دهند. همچنین به‌دلیل فشار مایع، خودرو واکنش سریع‌تری به تغییرات جاده نشان می‌دهد.
• تعلیق پنوماتیک:
  سیستم پنوماتیک نیز عملکرد خوبی در جذب ضربات دارد، اما ممکن است در مقایسه با سیستم هیدرولیک کمی نرم‌تر باشد. این سیستم‌ها بیشتر بر اساس هوا عمل می‌کنند که نسبت به مایع هیدرولیک چگالی کمتری دارد، بنابراین ضربات به‌صورت نرم‌تر جذب می‌شوند. این موضوع باعث می‌شود که سیستم پنوماتیک برای خودروهای گران‌قیمت که به نرمی و راحتی اولویت دارند، مناسب باشد.

3. هزینه و پیچیدگی

• تعلیق هیدرولیک:
  سیستم‌های هیدرولیک پیچیدگی بیشتری دارند و نیاز به پمپ‌های هیدرولیک، خطوط مایع و سنسورهای متعدد برای کنترل دقیق سیستم دارند. این پیچیدگی باعث افزایش هزینه تولید و نگهداری سیستم می‌شود. همچنین تعمیرات این سیستم‌ها ممکن است زمان بیشتری ببرد.
• تعلیق پنوماتیک:
  سیستم پنوماتیک به دلیل استفاده از هوا و کمپرسورهای هوا ساختار ساده‌تری نسبت به سیستم‌های هیدرولیک دارد. این سیستم‌ها معمولاً هزینه کمتری در تولید و نگهداری دارند. با این حال، خراب شدن کمپرسور یا نشت هوا از بادکنک‌های بادی ممکن است چالش‌هایی در تعمیر و نگهداری ایجاد کند.

4. پایداری در شرایط بار سنگین

• تعلیق هیدرولیک:
  سیستم هیدرولیک به دلیل استفاده از مایع که چگالی بالاتری نسبت به هوا دارد، توانایی بهتری در حمل و تنظیم بارهای سنگین دارد. این ویژگی باعث می‌شود که سیستم هیدرولیک در خودروهای سنگین، کامیون‌ها و خودروهای با قابلیت حمل بار بالا عملکرد بهتری داشته باشد.
• تعلیق پنوماتیک:
  سیستم پنوماتیک نیز می‌تواند بارهای سنگین را مدیریت کند اما نسبت به سیستم هیدرولیک در این زمینه عملکرد کمتری دارد. این سیستم معمولاً در خودروهایی که بارهای متوسط حمل می‌کنند یا در شرایط جاده‌ای معمولی استفاده می‌شود.

5. کاربرد تعلیق هیدرولیک:
این نوع سیستم بیشتر در خودروهای سنگین و پرقدرت مانند خودروهای آفرود، کامیون‌ها و خودروهای گران‌قیمت با قابلیت‌های پیشرفته استفاده می‌شود. این سیستم‌ها به دلیل تنظیمات دقیق و واکنش سریع، به خودروهای ورزشی امکانات بیشتری ارائه می‌دهند.

• تعلیق پنوماتیک:
  سیستم پنوماتیک بیشتر در خودروهای گران‌قیمت و خودروهای خانوادگی که راحتی اولویت دارد، استفاده می‌شود. همچنین در خودروهای شاسی بلند و SUVها که نیاز به تنظیم ارتفاع در شرایط مختلف جاده دارند، این سیستم رایج است.

6. واکنش به تغییرات جاده

• تعلیق هیدرولیک:
  سیستم‌های هیدرولیک به‌دلیل استفاده از مایع، سرعت واکنش سریع‌تری به تغییرات ناگهانی جاده دارند. این سیستم‌ها می‌توانند به سرعت فشار مایع را تغییر داده و ارتفاع یا سختی تعلیق را تنظیم کنند.
• تعلیق پنوماتیک:
  سیستم پنوماتیک کمی کندتر از سیستم هیدرولیک است زیرا تنظیم فشار هوا در بادکنک‌ها و مخازن زمان بیشتری نسبت به جریان مایع هیدرولیک نیاز دارد. با این حال، این سیستم همچنان قابلیت واکنش به شرایط مختلف جاده را دارد.

7. افزایش راحتی سرنشینان

· تعلیق هیدرولیک:
به‌طور کلی، سیستم تعلیق هیدرولیک تجربه رانندگی نرم‌تر و راحت‌تری برای سرنشینان ایجاد می‌کند. ضربات جاده و ارتعاشات ناشی از ناهنجاری‌های سطحی به حداقل می‌رسد و باعث می‌شود سرنشینان در سفرهای طولانی‌تر با بارسنگین‌تر، خستگی کمتری احساس کنند.

· تعلیق پنوماتیک:
تعلیق پنوماتیک به دلیل استفاده از هوای فشرده در کمک‌فنرها، واکنش سریع‌تری نسبت به سیستم‌های تعلیق سنتی ارائه می‌دهد و باعث می‌شود که سرنشینان حتی در شرایط نامساعد جاده، راحتی بیشتری احساس کنند. به همین دلیل این سیستم بیشتر در خودروهای گران‌قیمت و خانوادگی استفاده می‌شود.

منابع:

https://www.ameg.ir/ : وبسایت ایمگ

https://www.uti.edu/ : وبسایت Universal Technical Institute

http://blogs.youwheel.com/ : وبلاگ یو ویل

https://www.autodesk.com/ : وبسایت اتودسک

https://www.dubizzle.com/ : وبسایت Dubizzle

https://www.mahindraadventure.com/ : وبسایت MahindraAdventure

https://bpwagrar.com/ : وبسایت BPwagrar