Zawieszenie do samochodu o zmiennej charakterystyce pracy.

W dzisiejszych samochodach jako amortyzację w zawieszeniach pojazdu stosuje się przeważnie tzw. kolumnę McPherson'a. Wynalazek Pana Earla McPherson'a z 1949 roku bardzo prosty i skuteczny. Do dziś w zasadzie nic lepszego nikt nie wymyślił. Może nie jest to do końca prawdą, wymyślono wiele rodzajów zawieszeń, które są o wiele bardziej skuteczne od rozwiązania Pana McPherson'a ale są też dużo bardziej skomplikowane.
Dlaczego i czy w ogóle istnieje potrzeba wymyślać nowe rzeczy w tej materii, skoro w/w zawieszenie sprawdza się od tak dawna? Otóż potrzeba jest i to z wielu powodów. Moim zdaniem najważniejszym powodem jest fakt, że sprężyna w tym zawieszeniu posiada liniową charakterystykę, która jak od dawna wiadomo nie jest pożądana. Kolumna McPherson'a posiada wbudowany amortyzator hydrauliczny, który można powiedzieć, że zmienia charakterystykę pracy zawieszenia a w szczególności tłumi powrót sprężyny dzięki czemu autem nie buja a koło nie traci kontaktu z podłożem. Można by powiedzieć, że mamy wszystko. Niestety nie do końca. Amortyzatory hydrauliczne mają również stałą charakterystykę pracy, mówiąc najprościej nie wiedzą czy koło pokonuje małą czy dużą przeszkodę. W każdych warunkach zachowają się tak samo.

Czy ktoś coś na to poradził?
Czytałem jakiś czas temu o badaniach amerykanów nad cieczą o zmiennej gęstości do zastosowania w amortyzatorach. Ciecz ta zmienia gęstość pod wpływem przyłożonego napięcia i robi to w ułamku sekundy. Stosując ją w amortyzatorach nożna znacznie zwiększyć trakcyjność naszego auta. Wiąże się to z zastosowaniem skomplikowanej elektroniki, która decyduje o chwilowej gęstości cieczy analizując setki parametrów. Niemniej jednak amortyzator taki wie już kiedy koło wpada w większy czy mniejszy dołek i reaguje odpowiednio. Problem tylko w tym, że cenę litra tej cieczy liczy się w tysiącach dolarów, nie wspominając już o skomplikowanych układach sterowania.

Czy naprawdę trzeba tworzyć tak skomplikowane wynalazki aby choć trochę poprawić trakcyjność auta?
Moim zdaniem nie. Wystarczy zastosować amortyzator o zmiennej charakterystyce ugięcie-siła dopasowanej do rodzaju pojazdu, jego przeznaczenia i spodziewanych warunków jazdy.
Łatwo powiedzieć, trudniej zrobić.
Sprężyny o nieliniowej charakterystyce pracy znane są od dawna. Trudno je jednak zastosować do samochodu ze względu na rozmiary i masę. Poza tym bardzo trudno wykonać sprężynę o nieliniowej i do tego jeszcze zmiennej charakterystyce pracy (jaka dokładnie powinna być charakterystyka pracy sprężyny zastosowanej do zawieszenia auta to temat na zupełnie osobny artykuł).

Czy gra jest warta świeczki?
Moim zdaniem tak. Nie musimy przecież budować skomplikowanej sprężyny, możemy zastosować normalną sprężynę o liniowej charakterystyce a wciskać ją poprzez przekładnię o zmiennym przełożeniu liniowym. Znów łatwo powiedzieć trudniej zrobić.

Czy to w ogóle zadziała?
Zadziała zadziała i to jeszcze jak. Każdy w zasadzie może przekonać się o tym niewielkim kosztem na własnej skórze. W jaki sposób? Od kilku lat można dostać na rynku sztycę do roweru z amortyzatorem o nieliniowej charakterystyce. Produkuje je wyłącznie firma SR SUNTOUR, podejrzewam, że posiadają patent na ten wynalazek. Amortyzator ten to wielozawiasowy układ, który zmienia charakterystykę zwykłej sprężyny śrubowej umieszczonej w sztycy. Jeśli nawet mamy u siebie w rowerze tradycyjną sztycę amortyzowaną to po wymianie na wyżej wymienioną odczujemy kolosalną różnicę. Amortyzator ten zbiera wszelkie nierówności, od malutkich po naprawdę duże doły i nie tylko nam uprzyjemnia jazdę ale powoduje też znacznie mniejsze zużywanie się roweru bo znacznie mniejsze siły przekazywane są na jego tylne koło i ramę.
Ale dość tych zachwytów bo do auta rozwiązania tego przenieść się nie da. Pomijając fakt ochrony prawnej trudno będzie zmieścić układ wielozawiasowy w nadkolu, ponadto charakterystyka pracy tego układu amortyzacji choć jest nieliniowa to nie jest regulowana i raczej trudno byłoby dopasować ją do potrzeb samochodu.

Moje rozwiązanie.
Wymyśliłem układ, który zmienia charakterystykę pracy sprężyny liniowej w taką jaka będzie nam potrzebna. Cały układ zamknięty jest w tubie, która znajduje się nad sprężyną. Układ jest dość prosty, niemniej jednak żeby miał dużą niezawodność powinien być wykonany z materiałów wysokiej jakości z odpowiednią dokładnością.
Układ umożliwia zastosowanie amortyzatora hydraulicznego jako tłumika, z tym że tłumik powinien działać wyłącznie przy powrocie sprężyny i z mniejszą siłą niż standardowo.

Układ nie będzie tanim rozwiązaniem, nie znajdzie więc zastosowania we wszystkich autach. Warto jednak zastanowić się nad tym czy nie zastosować go do aut luksusowych, do aut klasy SUW aut terenowych czy aut sportowych.

Czy można poczuć różnicę pomiędzy autem z tradycyjnym zawieszeniem a autem z moim zawieszeniem?
Moim daniem różnica będzie wyraźnie odczuwalna ale nie przekonamy się o tym jak bardzo dopóki prototyp nie ujrzy światła dziennego.

Wykonanie.
Na dzień dzisiejszy zrobione mam tylko obliczenia i szkice. Mimo, że nie mam prototypu to jestem pewien, że będzie działać. Nawet jak się pomylę w doborze charakterystyki to bez większych problemów mogę ją zmienić, podejrzewam że trzeba będzie wykonać kilka prototypów o różnych charakterystykach pracy i doświadczalnie dobrać optymalny zależnie od klasy auta, potrzeb kierowcy, terenu itp.. Sam mechanizm zmiany przełożenia jest na tyle prosty, że nie powinno być większych problemów konstrukcyjnych, trzeba się tylko zastanowić w jaki sposób zamontować w nadkolu ramię przekładni.

Projekt ten jest obecnie zawieszony ze względu na brak czasu. Niemniej jednak zamierzam do niego wrócić i wykonać działający prototyp ale kiedy to się stanie na razie nie wiadomo. Chyba, że ktoś się tym zainteresuje na poważnie i wyjdzie z odpowiednią propozycją to być może priorytety ulegną zmianie.