Športové podvozky automobilov

Opäť sa budem zaoberať najmä ich možným vplyvom na zmenu zatáčavosti automobilu tak, aby sa montážou vhodných alternatív získal prínos pre jazdné vlastnosti. Základnou úlohou podvozku je zabezpečiť čo najlepší kontakt pneumatík s vozovkou, a tak využiť v čo najväčšej miere ich schopnosti. V tejto súvislosti bude vhodné si pripomenúť jednu zo základných charakteristík pneumatík – závislosť jej prenesiteľnej bočnej sily od zvislého zaťaženia pri určitom uhle smerovej odchýlky a (obr. 1). Z grafu je zrejmé, že smerová tuhosť nápravy je tým menšia, čím väčší je rozdiel zvislých zaťažení vonkajšieho a vnútorného kolesa. Nelineárnu charakteristiku využívajú okrem už spomínaných pružín najmä priečne stabilizátory a čiastočne tlmiče pruženia.

Vplyv tlmičov na jazdné vlastnosti

Tlmiče pruženia majú v systéme zavesenia kolies dve významné funkcie. V prvom rade znižujú rozkmitanie (maximálnu výchylku) a skracujú čas dokmitávania už kmitajúcej odpruženej časti vozidla (nadstavby, karosérie) pri prejazde cez cestné nerovnosti, čím zabezpečujú jazdné pohodlie posádky. Druhou úlohou je dosiahnutie rýchleho útlmu kmitania kolies a častí zavesenia s nimi spojenými (neodpružených hmôt) po jeho vybudení nerovnosťami, vďaka čomu sa znižuje kolísanie zvislej dynamickej sily pritláčajúcej pneumatiku k ceste, teda zlepšuje sa jej kontakt s povrchom. Frekvencia kmitania neodpružených hmôt (kolies a zavesenia) je výrazne väčšia ako odpružených (karosérie), obe sú však vzájomne nezávislé.

Opotrebované tlmiče s nedostatočnou účinnosťou majú výrazný vplyv na zhoršenie jazdných vlastností (odskakovanie kolies od cesty, zhoršená účinnosť brzdenia, zhoršenie smerovej stability v zákrute) aj komfortu jazdy (dlhší čas dokmitávania po prejazde nerovnosti, veľké výchylky a zrýchlenia karosérie, jej rozkmitanie pri prejazde série nerovností). Životnosť tlmičov v bežných podmienkach je zopár desiatok tisíc kilometrov, no čo je najhoršie, ich účinnosť sa znižuje postupne, a tak si vodič na ňu priebežne zvyká. Výmena vás teda tak či tak neminie, tak prečo sa pri tej príležitosti nepoobzerať po niečom s vyhovujúcejšími parametrami? A to už nehovorím o tom, že v niektorých prípadoch sa dá kompletná športová sada od renomovaného výrobcu kúpiť za sumu neprevyšujúcu cenu originálnych dielov.

Pri návrhu, prípadne voľbe tuhosti tlmičov je potrebné rozhodnúť sa pre jednu z priorít – pohodlie alebo jazdné vlastnosti. Zatiaľ čo z hľadiska komfortu sú vhodné skôr nízke tlmiace sily, požiadavka na jazdné vlastnosti si jednoznačne vyžaduje vyššiu tuhosť tlmenia zabezpečujúcu menšie pružiace pohyby kolies, a tým ich lepšie silové spojenie s cestou.

Veľkosť sily vyvodenej hydraulickým tlmičom nie je závislá od dĺžky stlačenia (ako je to v prípade pružiny), ale od rýchlosti jeho stláčania. Tlmič je, samozrejme, činný pri oboch svojich zdvihoch, kompresnom aj expanznom, v oboch prípadoch však má tlmenie (v štandardných vyhotoveniach) rozdielny priebeh. Tlmiaca sila pri stláčaní (útlm) pôsobiaca proti sile pružiny je menšia ako sila (spätný útlm) pri rozťahovaní. Práve spätný útlm je však ten parameter tlmiča, ktorý v najväčšej miere rozhoduje o veľkosti dynamickej sily, a teda aj o jeho vplyve na jazdné vlastnosti. Závislosť tlmiacich síl od rýchlosti stláčania, resp. expanzie - charakteristiku tlmiča (v tomto prípade s nastaviteľnou tuhosťou) – znázorňuje obrázok 2. Oblasť označená „A“ zahŕňa rýchlosti spôsobené jazdnými manévrami – zrýchľovaním, brzdením či zatáčaním –, v oblasti „B“ tlmič dosahuje rýchlosti pri kmitaní vyvolanom nerovnosťami cesty. Uvedená charakteristika s pozvoľnejším nárastom pri veľkých rýchlostiach a pomer tlmiacich síl v oboch smeroch zabezpečuje mimoriadne dobré tlmenie odpružených aj neodpružených hmôt pri akceptovateľnej ujme na komforte.

Ak sa rozhodneme použiť tvrdšie tlmiče, máme v zásade tri možnosti voľby.

Prvou sú nenastaviteľné tlmiče so všeobecne tvrdšou charakteristikou ako sériové. Montáž kratších a tuhších pružín by sme rozhodne mali doplniť aspoň jednotkami z tejto skupiny. Hoci pri bežných zníženiach (maximálne 30 – 40 mm) bežné tlmiče ešte spoluprácu ako-tak zvládajú, od ideálu má táto kombinácia ďaleko. Tvrdšia pružina v sebe pri stlačení akumuluje viac energie, a tak má aj väčšiu chuť expandovať na pôvodný rozmer, čo, samozrejme, na tlmič kladie vyššie nároky. Ak nedokáže jej „narovnanie“ dostatočne zachytiť väčším spätným útlmom, výsledkom je auto poskakujúce po prejazde každej nerovnosti. Nevhodná kombinácia sa okrem rezervy v jazdných vlastnostiach prejaví aj kratšou životnosťou tlmičov, pracujúcich navyše v základnej polohe posunutej o pár desiatok milimetrov zníženia.

Druhým možným riešením sú tlmiče, ktorých konštrukcia umožňuje nastaviť veľkosť tlmiacej sily. V skutočnosti sa ich prestavovaním v absolútnej väčšine prípadov mení iba spätný útlm, bez akéhokoľvek vplyvu na útlm pri kompresnom zdvihu. Vďaka možnosti ovplyvňovania najpodstatnejšieho parametra tlmenia je práve tento typ pre bežných tunerov najvhodnejší.

Tretia skupina poskytuje možnosť samostatného nastavenia ako útlmu, tak aj spätného útlmu. Množstvo variácií parametrov tlmenia, doplnených často možnosťami nastavenia rôznych charakteristík pruženia (tlmiče sú väčšinou súčasťou združených jednotiek „coilover“), ich však jednoznačne posúva do oblasti motoršportu, kde sa vhodná kombinácia nastavení rodí ako výsledok tisícok testovacích kilometrov, hodín skúšania a meraní.

Podľa konštrukcie môžeme tlmiče rozdeliť na dve základné skupiny – dvojplášťové a jednoplášťové (nazývané tiež plynové, alebo plynokvapalinové). Z hľadiska funkčnosti sú významnými výhodami jednoplášťovej koncepcie stály tlak, ktorým pôsobí plyn na kvapalinu a zlepšuje reakčnú schopnosť tlmiča, lepšie tlmia kmitania s malými zdvihmi a veľkými frekvenciami, a keďže plášť pracovného priestoru je priamo obtekaný vzduchom, zabezpečuje sa tak lepší prestup tepla do atmosféry a kvapalina sa lepšie chladí. Ich jediným známym nedostatkom je vyššia cena.

Vplyv tlmičov na charakter zatáčavosti automobilu je zanedbateľný v porovnaní s parametrami ostatných preberaných komponentov, najmä s tuhosťou pružín, či ďalej spomínaných stabilizátorov. Svoju úlohu však zohrávajú napríklad pri prechodových jazdných manévroch – nájazdoch do oblúkov, či pri cikcakovom prechode (slalome) z jednej strany na druhú. Pri riešení pretáčavosti, resp. nedotáčavosti s využitím tuhosti tlmičov (konkrétne veľkosťou ich spätného útlmu) v podstate korigujeme vplyv tuhosti pruženia, založený na nelineárnom správaní sa zaťažených pneumatík (obr. 1). Automobil sa v zákrute pod vplyvom odstredivej sily nakláňa, čím sa pružiny na vonkajšej strane stláčajú a na vnútornej odľahčujú. Pôsobením tlmiča na rozťahujúcu sa pružinu tak vlastne zvyšujeme rozdiel zvislých síl na kolesách danej nápravy, čím v konečnom dôsledku znižujeme jej smerovú tuhosť.

Ak má auto pri jazde v zákrute pretáčavú tendenciu, posun k neutralite, prípadne až k nedotáčavosti, dosiahneme zvýšením spätného útlmu tlmičov prednej nápravy. Analogicky zvýšenie spätného útlmu zadných tlmičov vedie k menšej smerovej tuhosti zadnej nápravy, teda k zníženiu nedotáčavosti, resp. pri väčších zmenách narastá sklon k pretáčavosti. Tuhosť tlmičov na jednej náprave je, samozrejme, potrebné nastaviť rovnako.

Všeobecným pravidlom pri výbere tlmičov je voľba produktov od renomovaných výrobcov. Z hľadiska spolupráce s pružinami je vhodné využívať odporúčané kombinácie, pretože väčšinou vznikajú po vzájomnej spolupráci jednotlivých firiem, alebo aspoň jeden z výrobcov prispôsobuje charakteristiku svojho komponentu už existujúcemu. Najlepším riešením je isto voľba kompletnej podvozkovej sady pružín a tlmičov.

Priečne stabilizátory

Zo všetkých zatiaľ spomínaných dielov podvozku majú na veľkosť smerových odchýlok najväčší vplyv pružiny. Dosiahnuť žiadané vyladenie charakteru zatáčavosti iba optimalizáciou pruženia ale nie je úplne možné, pretože jeho tuhosť ovplyvňuje viacero ďalších parametrov, najmä pohodlie jazdy. Je preto vhodné použiť také pružiny, ktoré sú v činnosti iba počas jazdy v zákrute a nevplývajú na tuhosť pruženia pri prejazde nerovnosti súčasne oboma kolesami. Vhodným prostriedkom je priečny skrutný stabilizátor nápravy.

Stabilizátor je tvorený skrutnou tyčou, ktorá je voľne otočne uložená v karosérii, no pevne spojená s ľavým a pravým ramenom zavesenia. Pri jazde v zákrute potom zaťažené vonkajšie koleso okrem stláčania pružiny tiež skrúca stabilizátor, to znamená pôsobí proti väčšiemu odporu, či z opačného pohľadu, je viac pritláčané k ceste. Zvislá sila tak dosiahne vyššiu hodnotu ako pri konštrukcii bez stabilizátora, čomu zodpovedá (pri danom uhle smerovej odchýlky) aj príslušná veľkosť prene-siteľnej bočnej sily, nižšia v porovnaní s pôvodným zaťažením (obr. 1). Odľahčené vnútorné koleso je naopak priťahované bližšie ku karosérii a jeho zvislá sila a jej úmerná bočná sila sú opäť menšie ako bez stabilizátora. Náprava ale musí preniesť stále rovnako veľkú bočnú silu, a tak sa zväčší uhol jej smerovej odchýlky. Smerová tuhosť nápravy sa znižuje so zväčšujúcim sa rozdielom zvislých zaťažení tým výraznejšie, čím je zaťaženie kolies väčšie, teda bližšie k vrcholu charakteristiky na obrázku 1.

Výrazný vplyv stabilizátorov na smerovú tuhosť náprav z neho robí ideálny prostriedok na konečné doladenie zatáčavosti automobilu. Korekciu nadmernej pretáčavosti (veľkej smerovej odchýlky zadnej nápravy) dosiahneme zväčšením smerovej odchýlky prednej nápravy, čiže montážou stabilizátora s väčšou tuhosťou dopredu. Naopak pri nadmernej nedotáčavosti môžeme montážou stabilizátora s väčšou tuhosťou dozadu posunúť charakter bližšie k neutralite, či dokonca pretáčavosti.

Okrem vplyvu na smerovú tuhosť nápravy tiež stabilizátor vďaka vratnému momentu znižuje nakláňanie karosérie. Prínosom pre jazdné vlastnosti je potom menšia zmena polohy (zvýšenia a posunutia v smere odstredivej sily) ťažiska automobilu, čím sa znižuje možnosť jeho prevrátenia sa.

Na dosiahnutie čo najväčšej účinnosti či už tlmičov, alebo stabilizátorov je, samozrejme, potrebné ich čo najtuhšie spojenie s karosériou, resp. s príslušným dielom mechanizmu zavesenia. Optimálnou voľbou sú aj v tomto prípade kvalitné tvrdšie, najlepšie polyuretánové silentbloky.

Autor: Tomáš NEUSCHL, foto: archív autora a redakcia