Συστημα αναρτησης 101: μαθημα τριτο

Στο τριτο και τελευταιο κομματι του θεματος της αναρτησης θα αναφερθω στα στοιχεια που λαμβανονται υποψιν κατα τον σχεδιασμο και την τελικη επιλογη των παραμετρων ενος συστηματος αναρτησης.
Κατα την σχεδιαση μιας αναρτησης οι παραγοντες που πρεπει να ληφθουν υποψιν αλλα και οι περιορισμοι που μας επιβαλονται μας αναγκαζουν να κανουμε καποιες υποχωρησεις. Σκοπος μας ειναι η καλυτερη δυνατη επαφη του ελαστικου κατα τις διαφορες (και ποικιλες) κινησεις του οχηματος. Αυτο μεταφραζεται στο ποσο "παταει" το ιχνος του ελαστικου στον δρομο κατα την κινηση του οχηματος. Το ιχνος οπως ειπα και στο πρωτο ποστ καθοριζεται κυριως απο την γωνια καμπερ και καστερ, στην πραξη ομως παιζει και το ελαστικο τον ρολο του διοτι αυξανει (λογω παραμορφωσης) το ιχνος. Το ποσο και πως επηρεαζει το ελαστικο καθοριζεται απο τις ιδιοτητες των υλικων του (μαλακη-σκληρη γομα κλπ).
Φυσικα οπως ειπα και στην αρχη στο πρωτο ποστ το συστημα αναρτησης δεν δουλευει μονο του. Βρισκεται σε απολυτη συνεργασια και με το συστημα διευθυνσης, μαλιστα κατα την φαση του σχεδιασμου μελετατε και το πως και ποσο το συστημα διευθυνσης επηρεαζει τα στοιχεια της αναρτησης (π.χ. bump steer - η συγκλιση ή η αποκλιση των τροχων κατα την αναπηδηση η/και των κλυδωνισμο του οχηματος).
Ενα αλλο σημαντικο στοιχειο ειναι τα γεωμετρικα χαρ/κα* του ιδιου του οχηματος και κυριως το μετατροχιο(track) και το μεταξονιο(wheelbase) (εδω θα μπορουσε καποιος να πει οτι το
μετατροχιο και το μεταξονιο αποτελουν στοιχεια του συστηματος αναρτησης, ομως στην παρουσα φαση τα θεωρω ξεχωριστα) που διαμορφωνουν την συνολικη δυναμικη συμπεριφορα του οχηματος.
Συγκεκριμενα μας ενδιαφερει κυριως ο λογος μετατροχιου/μεταξονιου, οι δυο αυτοι παραγοντες επηρεαζουν την ευσταθεια και την κατευθυντικοτητα** του οχηματος (οσο μεγαλυτερος ο λογος τοσο πιο υπερστροφικο και ευελικτο το οχημα - μικρα μεταξονια προκαλουν μια "νευρικοτητα" κατα την αλλαγη πορειας λογω κυριως των μικρων ακτινων στροφης).
Τελος εξισου σημαντικα ειναι:

• Η μαζα του οχηματος, 
• η κατανομη του βαρους, 
• το υψος του κεντρου βαρους,
• και η μεταδοση του οχηματος (στον μπροστα η στον πισω αξονα η και στους 2 κλπ). 

Εδω θελω να επισημανω οτι η μεταδοση παιζει αρκετα σημαντικο ρολο καθως καθοριζει την συγκλιση των τροχων αλλα και την υπολοιπη γεωμετρια της αναρτησης για να αποφευχθουν φαινομενα torque steering, ειδικα στα οχηματα με κινηση στους εμπροσθιους τροχους.
Ομως ολα τα παραπανω δεν ειναι δυνατον να καθοριστουν απο την αρχη και οπως ειναι φυσιολογικο ενας μηχανικος δεν μπορει απλα να μαντεψει το πως θα σχεδιασει την αναρτηση. Ο σχεδιαστης-μηχανικος λοιπον ξεκιναει με ενα αρχικο πλανο συμφωνα παντα με τους περιορισμους και τις δυνατοτητες της αναρτησης που θελει να πετυχει. Στην συνεχεια διαφορα λογισμικα (μαθηματικα μοντελα), που αναλυουν τα δεδομενα και μεσω διαφορων επιλυσεων, θα βγαλουν τα απαραιτητα διαγραμματα και στοιχεια που θα βοηθησουν τον μηχανικο στην επιλογη των καταλληλων χαρ/κων. Η ολη διαδικασια επαναλαμβανεται πολλες φορες καθως η παραμικρη αλλαγη σε μια παραμετρο (π.χ. στο μεγεθος της γωνιας kingpin, η κατα τον υπολοιπο σχεδιασμο του οχηματος αν αλλαξει το βαρος η το μεταξονιο κλπ) αλλαζει κατα πολυ την συμπεριφορα της αναρτησης. Επειτα και εφοσον εχει τελειωσει η φαση της (θεωρητικης) μελετης, παντα το οχημα δοκιμαζεται διοτι οπως αναφεραμε υπαρχουν και αλλοι παραγοντες που επηρεαζουν την οδηγικη συμπεριφορα του οχηματος, οπως π.χ. πλευρικες δυναμεις κατω απο διαφορερες ταχυτητες, γωνιες κλπ, το ιδιο το ελαστικο κ.ο.κ., και συμφωνα με τα αποτελεσματα των δοκιμων γινονται οι απαραιτητες ρυθμισεις, ενω παντα υπαρχει και η υπολογιστικη αποκλιση.
Κλεινοντας θελω να αναφερθω σε 2 χαρακτηριστικα του συστηματος αναρτησης που δεν σχολιασα  καθολου. Αυτα ειναι:

• Τα ελατηρια (σταθερα ελατηριου)
• και οι αποσβεστηρες (σταθερα αποσβεσης)

ελαστικου (το ελαστικο εχει κι αυτο μια στιβαροτητα και μια σταθερα αποσβεσης που λαμβανεται μερικως υποψιν) και συστηματος αναρτησης που καθοριζουν την συχνοτητα και το ευρος των ταλαντωσεων του οχηματος (αναρτωμενης μαζας) κατα την αλλαγη πορειας η την αναπηδηση λογω ανωμαλιων.Τα συγκεκριμενα μεγεθη ειναι πολυ σημαντικα γιατι παιζουν πολυ σημαντικο ρολο στην οδηγικη συμπεριφορα του οχηματος αλλα και στην ανεση των επιβατων, που δεν πρεπει ποτε να αμελειται.

Ο γενικος κανονας (που ακουγεται κυριως απο συνεργεια) ειναι οτι οσο πιο σκληρο το ελατηριο τοσο πιο καλο το κρατημα, επειδη το ελατηριο κραταει τον τροχο κατω (λογω της μεγαλυτερης δυναμης που απαιτειται για να παραμορφωθει), κατι που, εν μερη, δεν ειναι σωστο, διοτι

Διαγραμματα σταθερας αποσβεσης
ισχυει: a<b<c

αλλαζει το ευρος και τη συχνοτητα συντονισμου της ταλαντωσης του συστηματος. Παραλληλα σκληρος αποσβεστηρας ο οποιος μειωνει την ταλαντωση του οχηματος επιφερει μεγαλυτερες καταπονησεις στους συνδεσμους και στα σημεια στηριξης (π.χ.θολους)των αποσβεστηρων και κατ επεκταση στο πλαισιο του οχηματος. Σε υπερβολικο βαθμο μαλιστα η ιδιοτητα του συστηματος για

την απορροφηση κραδασμων αναστελεται μερικως και τελικα το συστημα αναρτησης δεν μπορει να εκπληρωσει τον σκοπο του που ειναι η συνεχης επαφη του ελαστικου με τον δρομο.
Και τα δυο μεγεθη λοιπον πρεπει να μελετηθουν και να ληφθουν υποψιν κατα την μελετη της δυναμικης συμπεριφορας του οχηματος.


* Εκτος απο το λογο μετατροχιου/μεταξονιου στα γεωμετρικα χαρ/κα μας ενδιαφερει η ροπη αδρανειας του οχηματος.
**κατευθυντικοτητα (μπορει να το δουμε και ως συντελεστης κατευθυντικοτητας): εκφραζει την ταση του οχηματος να επιστρεψει στην πορεια του μετα απο την μεταβολη αυτης


Βιβλιογραφια*:
Racing car vehicle dynamics - Milliken/Milliken
Διδακτορικη διατριβη "Αρχικος σχεδιασμος οχηματων με κριτηριο την ευσταθεια" - Καραογλανιδης Γεωργιος

*για τον σκοπο των αρθρων εχουν επιλεγει καποιοι ορισμοι απο τα συγκεκριμενα βιβλια. που πιστευω οτι βοηθησαν περισσοτερο στην κατανοηση καποιων εννοιων, και οχι κειμενα και εικονες.