Mega test w poprzednim numerze pozwolił nam efektownie i z wielkim hukiem (raczej piskiem) zakończyć temat hamulców. Dzisiaj, zupełnie bez zapowiedzi zaczynamy opowieść o zawieszeniu.

Jak zwykle na początek trochę przemądrzałej teorii. Postaramy się jednak mądrzyć konkretnie. Będzie to trudne, ponieważ temat jest nieporównywalnie bardziej skomplikowany niż hamulce, a z całą teorią musimy się zmieścić w jednym numerze "GT". Pigułka zawiera dziś kluczową, z naszego punktu widzenia, wiedzę o zawieszeniu.

 

Zawieszenie wraz z oponami, jest odpowiedzialne za przyczepność i zachowanie się samochodu podczas jazdy na wprost, pokonywania zakrętów i hamowania. W aucie do jazdy cywilnej ma zapewnić jak najlepszą przyczepność, zarówno na równej jak i wyboistej nawierzchni, a przy tym powinien zostać zachowany jak najwyższy komfort jazdy. Zawieszenie musi też dawać kierowcy poczucie bezpieczeństwa, czyli zachowywać się stabilnie w każdych warunkach. Aby zapewnić kierowcy takie poczucie i precyzję prowadzenia przy zachowaniu niezbędnego komfortu, we współczesnych autach najczęściej mamy kombinację miękkich sprężyn z amortyzatorami o względnie dużej sile tłumienia. Z drugiej strony zdarzają się samochody, które wydają się za miękkie i jakieś takie "mało sportowe", ale nawet gwałtownymi manewrami ciężko je doprowadzić do granicy przyczepności. Dlatego należy tu odróżnić dwie rzeczy: rzeczywistą przyczepność i "dobre prowadzenie". Nie zawsze jedno automatycznie ogranicza drugie!

W samochodzie sportowym trzeba przynajmniej częściowo zrezygnować z komfortu jazdy. Poza tym, zawieszenie powinno być jak najdokładniej dostosowane do typu zawodów, nawierzchni, rozwijanej szybkości i wszystkich innych warunków. Ten wymóg komplikuje sprawę: inny "zawias" jest potrzebny na tor wyścigowy, inny na rajd asfaltowy, szutrowy, a jeszcze inny na śnieg. Pytanie jest banalne: dlaczego? W ramach mądrzenia się, my na to pytanie odpowiemy!

Dlaczego twardsze jest lepsze?
Zacznijmy od sprężyn. Kiedy samochód wjeżdża w zakręt, pod wpływem siły odśrodkowej przechyla się. Jeśli sprężyny są miękkie, auto przechyla się bardziej, jeśli twarde to mniej. Co się wtedy dzieje? Gdy auto jedzie na wprost na każde koło przypada pewna część całkowitej masy samochodu (jest to rozłożenie masy). Załóżmy, że każde koło jest równo obciążone - po 25% masy auta, czyli 50% na każdą stronę. W zakręcie - dajmy na to lewym - koła po wewnętrznej zostają odciążone, a koła po zewnętrznej (czyli prawej) - dociążone. W tym momencie masa nie rozkłada się już po 25% na każde koło. Jeśli mamy zwykłe sprężyny, to prawa strona dźwiga w tej chwili np. 80% masy auta. Oznacza to, że lewe koła toczą się w tym momencie bezużytecznie, a zadanie utrzymania pojazdu w zakręcie spada na dwie prawe, biedne i piszczące z wysiłku opony! Gdybyśmy teraz założyli twardsze sprężyny, to na tym samym lewym zakręcie, prawa strona zostanie obciążona już nie 80-cioma - a dajmy na to - sześćdziesięcioma procentami masy auta. W tej sytuacji lewe i prawe opony są obciążone prawie w równym stopniu i maksymalna prędkość z jaką można pokonać ten zakręt znacznie się zwiększa. Wróćmy na chwilę do tych wymyślonych sprężyn seryjnych: a co będzie kiedy w zakręcie jeszcze przyhamujemy, bądź dodamy gazu? Przy hamowaniu, odpowiednio większa masa "przemieści się" na prawe przednie koło i to właśnie ono pierwsze straci przyczepność. Jeśli dodamy gazu - prawe tylne. Dlaczego więc zamiast sprężyn nie wstawić zwykłych kołków sosnowych? Wtedy masa samochodu w ogóle nie przemieszczałaby się na zewnątrz zakrętu i wszystkie opony pracowałyby równo. Owszem, pomysł jest niezły, ale sprawdziłby się tylko na idealnie równej nawierzchni. Każdy najmniejszy dołek, czy wybój powodowałby utratę przyczepności, gdyż nieruchome zawieszenie nie mogłoby go płynnie "wybrać". Taka koncepcja była swego czasu testowana przez jeden z zespołów Formuły 1. Inżynierowie pomyśleli, że zawieszenie bolidu ugina się na zakrętach nie więcej niż 1 cm, spróbujmy więc pojechać na całkowicie sztywnym! Okazało się jednak, że ten jeden centymetr powoduje kolosalną różnicę i bez niego w ogóle nie da się jeździć!

Zjawisko zmiany nacisku na poszczególne koła podczas skręcania, hamowania i przyspieszania, nazywamy dynamiczną dystrybucją masy - w skrócie DDM. Jest ono kluczowe dla zrozumienia jakie korzyści może dać twarde zawieszenie.

Jednak rzadko które auto ma idealne rozłożenie masy (25% na każde koło). Jeśli więc np. przód jest cieżki (silnik z przodu, napęd na przednie koła), sprężyny przedniego zawieszenia muszą być twardsze niż tylnego. Jeśli wszystkie pozostawimy takie same, to przednie koła na każdym zakręcie bardzo szybko będą traciły przyczepność. Gdybyśmy dłużej pojeździli takim autem (nawet zakładając, że kierowca nie zajmuje się paleniem gumy), to przednie opony zużyją się w tempie błyskawicznym, a tylne "ledwo-co", albo i w ogóle. I odpowiednio na odwrót: w Porsche 911, gdzie około 65% masy spoczywa na tylnych kołach, przednie sprężyny w porównaniu z tylnymi wyglądają jak sprężynki od tapczanu.

Do wywodu o DDM dodamy znaczenie wysokości zawieszenia: jeśli zawieszenie jest obniżone, to środek ciężkości auta spoczywa niżej i karoseria ma mniejszą ochotę przechylać się w zakrętach. Mniejsza jest też DDM i automatycznie szybkość pokonywania zakrętów może wzrosnąć. Samo obniżenie bez utwardzenia daje względnie niewiele, więc nie spodziewajmy się zauważalnej poprawy w wyniku prostego cięcia sprężyn.

Twarde sprężyny wymagają amortyzatorów o odpowiednio zwiększonej sile tłumienia, aby samochód nie wymykał się spod kontroli w krytycznych momentach, jak wejście w zakręt, ostre hamowanie, czy jazda po wybojach. W tym miejscu pora skomplikować nasze rozważania. Wyliczenia DDM podane wyżej, można w pełni zastosować na równym i gładkim torze wyścigowym, albo na jednej z niezwykle licznych polskich autostrad. Kiedy droga jest nierówna, albo kiedy przyczepność jest niewielka, konieczny jest kompromis. Jeśli mamy zamiar poruszać się tuningowanym autem na co dzień, ani sprężyny, ani amortyzatory nie mogą być przesadnie twarde a wóz nie może "siedzieć" za nisko. Najczęstsze jest zastosowanie zasady "jak najniżej, jak najtwardziej". W wyniku takiej filozofii, samochód szybko zaczyna ciągnąć za sobą części podwozia urwane w kontakcie z jezdnią, droga hamowania na wszelkich wybojach niebezpiecznie się wydłuża, a kierowca musi od nowa plombować ubytki w uzębieniu. Aby auto miękko pokonywało nierówności i dobrze hamowało oraz aby jednocześnie było "twardsze" na zakrętach, wymyślono drążki stabilizacyjne. W stopniu zależnym od swojej grubości i masy auta, ograniczają one przechyły nadwozia, a co za tym idzie i DDM na zakrętach.

Geometria teoretyczna i bardzo praktyczna
Samochód styka się z drogą za pośrednictwem czterech opon, przy czym faktyczna powierzchnia styku wszystkich opon z podłożem wynosi kilkanaście do kilkudziesięciu centymetrów kwadratowych. Ponadto opony różnych firm, rozmiarów i kategorii cenowych zapewniają bardzo dużą przyczepność. Odpowiednio dobrane sprężyny i amortyzatory walczą o utrzymanie stałego kontaktu guma-asfalt na dziurach i wybojach, co jak wiemy, we wszystkich krajach prócz Polski, jest łatwe do zrealizowania. Geometria zawieszenia, czyli kąty pod jakimi koła są w czasie jazdy ustawione względem drogi, dba natomiast o to, aby ta powierzchnia styku była możliwie jak największa. Problem polega na tym, że kiedy zawieszenie się ugina, koła zmieniają swoje ustawienie. Podczas ostrego hamowania, w wyniku zjawiska DDM przód samochodu nurkuje, a przednie koła pochylają się górnymi krawędziami do środka. W tym momencie nie są już ustawione prostopadle do nawierzchni i opony nie stykają się z nią całą szerokością bieżnika. Przyczepność dramatycznie wręcz maleje, a akurat teraz najbardziej by się przydała! Efekt to wydłużona droga hamowania, a czym to może grozić, nawet nie chcemy myśleć. Na zakręcie z kolei, koła po zewnętrznej stronie łuku odchylają się górnymi krawędziami na zewnątrz. I znowu najbardziej obciążone opony pracują tylko częścią swej szerokości. Zależność jest tutaj prosta: im twardszy założymy "zawias", tym niekorzystne wahania geometrii będą mniejsze. Ale znowu pamiętajmy, że trzeba zachować poprawkę na pokonywanie nierówności i nie można z utwardzaniem przesadzić!

W tym miejscu znów należy wspomnieć o obniżaniu zawieszenia. Ma ono ścisły związek z geometrią. Na zeszłorocznym zlocie w Toruniu (2002) naszą uwagę zwróciło pewne auto znanej i lubianej bawarskiej marki. Wóz był maksymalnie "rzucony na ziemię" i wyglądał zaiste bardzo efektownie. Jednak w wyniku obniżenia wszystkie koła tego pojazdu (obute w opony nieprawdopodobnej szerokości), były pochylone do wewnątrz pod bardzo dużym kątem. W rezultacie samochód stykał się z drogą wyłącznie wewnętrznymi kantami opon! W takiej sytuacji samochód ma minimalną przyczepność i jeżdżenie nim szybciej niż 40 km/h może być po prostu niebezpieczne. O ile samochód ma nie tylko lepiej wyglądać, ale i lepiej jeździć, nie obniżajmy "na maxa"!

W następnym odcinku zajmiemy się już praktycznym tuningiem zawieszenia.

Źródło: Wojciech Jurecki "Teoria "zawiasów"", GT nr 9 (56), wrzesień 2003, str. 42-43