Ενα σωστά σχεδιασμένο σύστημα θεωρείται αυτό που καταφέρνει να αντιδρά σωστά στις δυνάμεις που ασκούνται επάνω του προσφέροντας άνεση και ασφάλεια. Συνεπώς πρέπει: 1. Να επιτρέπει στους τροχούς τις κατακόρυφες κινήσεις ώστε να ακολουθούν τα εμπόδια που συναντάνε στο δρόμο τους χωρίς να μεταβάλλεται η γεωμετρία τους. 2. Να εξασφαλίζει τη συνεχή επαφή τους με το δρόμο. 3. Να επιτρέπει στους κατευθυντήριους τροχούς να στρίβουν. 4. Να περιορίζει τις κινήσεις τους στο διαμήκη άξονα μεταδίδοντας στο πλαίσιο τις δυνάμεις επιτάχυνσης από τη ροπή στρέψης των κινητήριων τροχών και τις δυνάμεις επιβράδυνσης από τα φρένα. 5. Να απομονώνει την καμπίνα των επιβατών από τις αναταράξεις της κίνησης.
Τα στοιχεία της ανάρτησης
Τα συστήματα αναρτήσεων αποτελούνται από τρία κύρια μέρη: τα οδηγά στοιχεία, τα ελαστικά στοιχεία και τους αποσβεστήρες.
Οδηγά στοιχεία
Τα οδηγά στοιχεία ή οδηγοί παίζουν σημαντικό ρόλο στην οδική συμπεριφορά του οχήματος. Είναι τα μέρη εκείνα που αναλαμβάνουν τη στήριξη των τροχών στο αμάξωμα και τον περιορισμό των κινήσεών τους προς ανεπιθύμητες διευθύνσεις ώστε να είναι εφικτή η μεταφορά και η διανομή δυνάμεων και ροπών μεταξύ αμαξώματος και τροχών. Ανάλογα με τον τύπο του οδηγού οι αναρτήσεις διακρίνονται σε ανεξάρτητες και μη ανεξάρτητες. Οι ανεξάρτητες αναρτήσεις επιτρέπουν την ανεξάρτητη κίνηση κάθε τροχού σε σχέση με τους υπολοίπους και προτιμώνται από τους σύγχρονους κατασκευαστές για τα καλά οδικά χαρακτηριστικά και την άνεση που προσφέρουν. Αντίθετα η μη ανεξάρτητη ανάρτηση, όπως προδίδει και το όνομά της, δεν επιτρέπει την ανεξαρτησία κίνησης των τροχών του ίδιου άξονα, με αποτέλεσμα τη δυσκολία ελέγχου σε κακό οδόστρωμα και την ταλαιπωρία των επιβατών από τις μεγάλες κλίσεις του αμαξώματος. Οι κατασκευάστριες εταιρείες προτιμούν τη μη ανεξάρτητη ανάρτηση σε οχήματα εκτός δρόμου και σε φορτηγά, εκμεταλλευόμενες τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου ανάρτησης: την ικανότητα μεταφοράς μεγάλων φορτίων, την εύκολη διατήρηση του ύψους του αμαξώματος από το έδαφος, τη μεγάλη αντοχή και φυσικά την απλότητα της κατασκευής και το χαμηλό κόστος. Σήμερα συνήθως συναντάμε ανεξάρτητα συστήματα ανάρτησης τα οποία προσφέρουν αυξημένη ασφάλεια και άνεση αφού κάθε φορά που ένας τροχός συναντήσει ένα εμπόδιο ο άλλος δεν θα επηρεαστεί από αυτήν τη μετακίνηση μένοντας εφαπτόμενος στο οδόστρωμα.
Αυτή η ανεξαρτησία κινήσεων ασφαλίζεται με τη χρήση βραχιόνων ή συνδέσμων που ενώνουν τον τροχό με το πλαίσιο. Από τη μεριά του τροχού συνδέονται με σφαιρικούς συνδέσμους ενώ με το πλαίσιο αρθρώνονται μέσω μεταλλικών συνδέσμων με ελαστικό παρέμβυσμα για μειωμένο θόρυβο και καταπόνηση (σάιλεντ-μπλοκ). Οταν οι εν λόγω βραχίονες αρθρώνονται κατά τέτοιο τρόπο ώστε ο άξονας περιστροφής τους να είναι παράλληλος με το διαμήκη άξονα του αυτοκινήτου, τους ονομάζουμε εγκάρσιους ή ψαλίδια. Οταν ο άξονας περιστροφής τους είναι κάθετος ως προς το διαμήκη άξονα του οχήματος, τότε έχουμε διαμήκεις ή υστερούντες βραχίονες (αν ο τροχός σύρεται) και διαμήκεις ή υστερούντες οδηγούς (αν ο τροχός ωθείται). Τέλος αν ο άξονας περιστροφής βρίσκεται υπό οποιαδήποτε άλλη γωνία ως προς το διαμήκη άξονα, τότε μιλάμε για ημιυστερούντες βραχίονες.
Ελαστικά στοιχεία
Το δεύτερο συστατικό της ανάρτησης είναι τα ελαστικά στοιχεία. Ας δούμε όμως ποια είναι η αποστολή τους. Οταν ο τροχός συναντήσει μια ανωμαλία που θα τον αναγκάσει να κινηθεί προς τα επάνω, θα πρέπει να υπάρχει κάποιο σύστημα που αφ' ενός θα απορροφήσει την ενέργεια (μετατρέποντάς την από κινητική σε δυναμική) ώστε να μην τη δεχτούν οι επιβάτες και το αμάξωμα, και αφ' ετέρου να πιέσει γρήγορα τον τροχό προς τα κάτω, ώστε να μην μείνει λόγω αδράνειας στον αέρα ούτε για κλάσματα του δευτερολέπτου. Το ρόλο αυτό παίζουν τα ελατήρια που τα συναντάμε σε διάφορες μορφές όπως ελικοειδή, ημιελλειπτικά φύλλα σούστας και ράβδους στρέψης. Στα σύγχρονα αυτοκίνητα η πιο διαδεδομένη λύση είναι αυτή των ελικοειδών ελατηρίων καθώς τα χαρακτηριστικά τους τα καθιστούν ως την ιδανική λύση για το ρόλο που καλούνται να παίξουν. Επιτρέπουν μεγάλες διαδρομές των τροχών πάνω-κάτω, καταλαμβάνουν λίγο χώρο χάρη στο μικρό τους όγκο, έχουν μεγάλη ικανότητα αποταμίευσης ενέργειας για δεδομένο βάρος και, τέλος, όσο πιο πολύ συμπιέζονται τόσο πιο σκληρά γίνονται προσφέροντας προοδευτικότητα. Η λειτουργία τους είναι απλή: Οταν ο τροχός μετακινείται από μια ανωμαλία του δρόμου, η κίνηση μεταβιβάζεται στο ελατήριο, οι σπείρες του συστρέφονται και προκαλείται η συμπίεση ή αποσυμπίεσή του, ανάλογα με τη φορά του τροχού. Ενα ελικοειδές ελατήριο είναι μια χαλύβδινη ράβδος κυκλικής διατομής στην οποία έχει δοθεί το σχήμα σπείρας. Τα άκρα του είναι πεπλατυσμένα προκειμένου να δρουν σαν μοχλοί στο υπόλοιπο μήκος του. Αλλη μορφή ελατηρίου είναι η ράβδος στρέψης, μια χαλύβδινη βέργα που η μια άκρη της πακτώνεται στο αμάξωμα και η άλλη συνδέεται με το βραχίονα της ανάρτησης και με τη συστροφή της αποθηκεύει την ενέργεια που παράγεται από την κίνηση του τροχού. Πολύ συχνά οι ράβδοι στρέψης χρησιμοποιούνται και σαν αντιστρεπτικές δοκοί (ζανφόρ). Οπως μαρτυρά και η ονομασία τους περιορίζουν τη συστροφή του ενός τροχού σε σχέση με τον άλλο, φαινόμενο που συμβαίνει όταν το αυτοκίνητο γέρνει στις στροφές ή όταν ανεβοκατεβαίνει μόνο ο ένας τροχός. Η κατασκευή και ο τρόπος στήριξης δίνουν τη δυνατότητα να επεμβαίνει μόνο σε αυτές τις περιπτώσεις, αφήνοντας τη να κινείται ελεύθερα χωρίς συμμετοχή στον έλεγχο των αναρτήσεων όταν και οι δύο τροχοί συμπιέζονται ταυτόχρονα. Πρόκειται για μια ράβδο στρέψης με λυγισμένα άκρα, σταθερά συνδεδεμένα με τους βραχίονες των δύο τροχών του ίδιου άξονα και το μεσαίο τμήμα της αρθρωμένο στο πλαίσιο με τέτοιο τρόπο ώστε να μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της. Οταν ο ένας τροχός συμπιέζεται, η μια άκρη της ράβδου συστρέφεται και τείνει να επανέλθει στην αρχική της θέση, προκειμένου να εκτονωθεί, όμως ανασηκώνει το άκρο που συνδέεται με τον απέναντι τροχό του άξονα. Το βάρος του αυτοκινήτου φροντίζει να διατηρηθεί η επαφή του ανασηκωμένου τροχού με το έδαφος με αποτέλεσμα να μειώνεται η κλίση του αμαξώματος. Ισως να αναρωτιέστε γιατί πρέπει να προσθέσουμε ένα ακόμη ελατήριο για να ελέγξουμε τις κλίσεις του αμαξώματος και δεν το κάνουμε χρησιμοποιώντας πιο σκληρά ελατήρια; Ο λόγος είναι ότι η αντιστρεπτική ράβδος συνδυάζει άνεση και ασφάλεια ταυτόχρονα.Τελευταία διαδεδομένη μορφή ελατηρίων είναι τα ημιελλειπτικά φύλλα σούστας. Πρόκειται για χαλύβδινα ελάσματα σχήματος μισής έλλειψης τοποθετημένα το ένα επάνω στο άλλο με το μήκος να μειώνεται διαδοχικά από πάνω προς τα κάτω, τα οποία συγκρατούνται μεταξύ τους από ορισμένες επιδεσμίδες, τα οποία αποταμιεύουν μηχανική ενέργεια κατά την κάμψη τους. Ανάλογα με την τοποθέτηση και τη στήριξή τους αυτά τα συστήματα διακρίνονται σε διαμήκη και εγκάρσια.
Αποσβεστήρες
Οπως ήδη έχουμε δει τα ελαστικά στοιχεία συμπιέζονται και στη συνέχεια έχουν την τάση να θέλουν να επανέλθουν στην αρχική τους κατάσταση. Αυτό δημιουργεί μια ταλάντωση, μια σειρά εκτάσεων και συμπιέσεων, οι οποίες φθίνουν βέβαια λόγω της τριβής των μορίων του μετάλλου του ελατηρίου αλλά μέχρι να συμβεί αυτό έχουν καταστρέψει κάθε έννοια οδικής συμπεριφοράς αλλά και άνεσης. Οταν ο τροχός συναντά ένα εμπόδιο, θα πρέπει το ελατήριο να μπορεί να συμπιεστεί γρήγορα όμως η έκτασή του θα πρέπει να είναι ελεγχόμενη ώστε να αποφεύγονται οι ανεπιθύμητες ταλαντώσεις. Χρειάζεται λοιπόν κάποιο στοιχείο απόσβεσης που να συγκρατεί το ελατήριο από το να δώσει πίσω ανεξέλεγκτα την ενέργεια που έχει συσσωρεύσει κατά τη συμπίεσή του. Αυτή τη δουλειά κάνουν οι αποσβεστήρες ταλαντώσεων ή κατά κόσμον αμορτισέρ.
Η διαδικασία απόσβεσης των ταλαντώσεων περιλαμβάνει δύο φάσεις, αυτή της συμπίεσης και αυτή της αποσυμπίεσης. Οταν ο τροχός κινηθεί απότομα προς τα πάνω το ελατήριο θα πρέπει να μπορεί να συμπιεστεί γρήγορα χωρίς να επηρεάσει την κίνηση του αμαξώματος. Οταν όμως αρχίζει η έκταση του ελατηρίου θα πρέπει να αποφεύγονται οι ανεπιθύμητες ταλαντώσεις.
Εδώ βρίσκεται η χρησιμότητα του αμορτισέρ το οποίο εκμεταλλεύεται τις γνώσεις της υδραυλικής αφού οι τριβές που παρουσιάζει ένα υγρό έχουν τα χαρακτηριστικά που χρειάζονται στην απόσβεση των ταλαντώσεων.
Η υδραυλική επιτρέπει στα αμορτισέρ να έχουν διαφορετική σκληρότητα στη φάση της συμπίεσης από αυτήν της έκτασης. Η βασική ιδέα της λειτουργίας είναι να τίθεται το υγρό σε κίνηση και να αναγκάζεται να περάσει μέσα από μικρές οπές. Οταν το αυτοκίνητο κινείται αργά και ο τροχός συναντήσει μια ανωμαλία το αμορτισέρ κινείται σχετικά αργά προς τα πάνω. Ετσι έχουμε μικρή παροχή υγρού (όγκος υγρού ανά μονάδα χρόνου), συνεπώς και μειωμένες τριβές άρα και μειωμένη αντίσταση.
Οσο η ταχύτητα μεγαλώνει, τόσο μεγαλύτερη ποσότητα υγρού μετακινείται με αποτέλεσμα να αυξάνονται οι τριβές και οι αντιστάσεις.
Η τριβή κατά τη δίοδο παρέχει την απόσβεση μετατρέποντας την κινητική ενέργεια σε θερμική.
Τα ελατήρια τα οποία χρησιμοποιούνται σε όλους τους τύπους των αναρτήσεων έχουν σκοπό να απορροφούν την ενέργεια και να τη μετατρέπουν από κινητική σε δυναμική ενώ παράλληλα πιέζουν τον τροχό έτσι ώστε να μην χάνει την επαφή του με το δρόμο.
Το αμορτισέρ το οποίο λειτουργεί είτε μαζί με το ελατήριο είτε ανεξάρτητα από αυτό ανάλογα με τον τύπο της ανάρτησης ελέγχει την έκταση της συμπίεσης του ελατηρίου έτσι ώστε να "απορροφάει" τις ταλαντώσεις και να κρατάει μακριά από τους επιβάτες τις παραμορφώσεις του οδοστρώματος.
Τα περισσότερα αμορτισέρ είναι υδραυλικά, δηλαδή δουλεύουν με την πίεση που ασκεί το λάδι μέσα στον κύλινδρο του αμορτισέρ ενώ σε πιο "εξεζητημένα" αυτοκίνητα τοποθετούνται πνευματικά αμορτισέρ στα οποία η κίνηση ρυθμίζεται ηλεκτρονικά.
Γεωμετρία αναρτήσεων
Λέγοντας γεωμετρία των αναρτήσεων εννοούμε τον τρόπο με τον οποίο εφάπτονται οι τροχοί στο δρόμο, κάτι ιδιαίτερα σημαντικό αφού καθορίζει την οδική συμπεριφορά, την αίσθηση και την απόκριση του συστήματος διεύθυνσης. Οταν οι τροχοί του ίδιου άξονα είναι στραμμένοι αντίθετα ο ένας με τον άλλο προς τα μέσα ως προς τη διεύθυνση κίνησης, δηλαδή συγκλίνουν, τότε μιλάμε για θετική σύγκλιση. Στην αντίθετη περίπτωση, δηλαδή όταν αποκλίνουν, έχουμε αρνητική σύγκλιση, ενώ όταν είναι εντελώς παράλληλοι έχουμε μηδενική σύγκλιση.
Συστήματα αναρτήσεων
Διπλά ψαλίδιαΠροσφέρει εξαιρετική οδική συμπεριφορά αφού φροντίζει να κρατά τον τροχό πάντα κάθετο στον δρόμο και δεν επιτρέπει μεγάλες κλίσεις. Ο κάθε τροχός ελέγχεται από ένα διπλό βραχίονα, ο οποίος αρθρώνεται με το αμάξωμα στη φαρδιά του άκρη και με την πλήμνη του τροχού στη στενή.
Τα διπλά ψαλίδια είναι ένας ανεξάρτητος τύπος ανάρτησης με πολύ καλό τρόπο λειτουργίας γιατί φροντίζουν πάντα ο τροχός να βρίσκεται κάθετα με το δρόμο αλλά έχουν αυξημένο κόστος.
Γόνατα Μακ Φέρσον με ψαλίδια βάσηςΠρόκειται για ανεξάρτητο σύστημα ανάρτησης που συναντάμε κυρίως στον μπροστινό άξονα. Είναι μια παραλλαγή του συστήματος με τα διπλά ψαλίδια. Είναι ένας μηχανισμός που συνδυάζει ελατήριο και αμορτισέρ. Στο επάνω άκρο του συνδέεται με εύκαμπτη άρθρωση με το πλαίσιο ενώ κάτω συνδέεται με ένα ψαλίδι βάσης το οποίο παραλαμβάνει τις δυνάμεις επιτάχυνσης και επιβράδυνσης.
Τα γόνατα ΜακΦέρσον χρησιμοποιούνται στα περισσότερα αυτοκίνητα κυρίως στον μπροστινό άξονα, έχουν πολύ καλά οδικά χαρακτηριστικά, είναι απλά κατασκευαστικά με χαμηλό κόστος και εξοικονομούν πολύτιμο χώρο.
Ακαμπτος άξοναςΣήμερα το συναντάμε κυρίως σε φορτηγά και εκτός δρόμου οχήματα καθώς είναι ανθεκτικό στη σκληρή χρήση, ενώ εξασφαλίζει σταθερό μετατρόχιο και αμετάβλητη γωνία κάμπερ. Μειονεκτεί όμως στην άνεση.
Υστερούντες και ημιυστερούντες βραχίονεςΟταν οι διαμήκεις βραχίονες που δέχονται τις δυνάμεις των τροχών δεν συνδέονται μεταξύ τους, τότε έχουμε πίσω ανάρτηση με υστερούντες βραχίονες. Αν ο άξονας περιστροφής τους δεν είναι κάθετος στη διεύθυνση κίνησης αλλά βρίσκεται υπό άλλη γωνία, τότε οι βραχίονες λέγονται ημιυστερούντες. Η διαφορά τους είναι ότι οι ημιυστερούντες επιτρέπουν τη μεταβολή του κάμπερ και της σύγκλισης προσφέροντας καλύτερη πλευρική πρόσφυση και σταθεροποίηση της τροχιάς του αυτοκινήτου
Ανάρτηση πολλαπλών συνδέσμωνΕίναι η πιο εξελιγμένη μορφή ανάρτησης, γνωστή και ως multi-link. Είναι μία πολύπλοκη διάταξη με πέντε βραχίονες.Υδροπνευματική ανάρτηση Παρ' όλα αυτά οι Γάλλοι της Citroen τόλμησαν να το επιχειρήσουν παρουσιάζοντας το 1956 την DS, το πρώτο μοντέλο παραγωγής με υδροπνευματική ανάρτηση. Χωρίς ελατήρια και αμορτισέρ αλλά με υδροελαστικές μεταλλικές σφαίρες των οποίων το εσωτερικό καλύπτεται από μια ανθεκτική και ελαστική μεμβράνη. Στο κάτω μέρος βρίσκεται λάδι ενώ στο επάνω αέριο υπό πίεση. Ενα έμβολο συνδεδεμένο με τον τροχό, πιέζει το λάδι και η μεμβράνη διαστέλλεται πιέζοντας με τη σειρά της το αέριο μέσα στη σφαίρα. Η σφαίρα λειτουργεί ως ελατήριο και αμορτισέρ μαζί, αφού το αέριο, μόλις το έμβολο υποχωρήσει, καταλαμβάνει τον αρχικό του όγκο χωρίς να ταλαντώνεται.
Ο πιο εξελιγμένος τύπος ανάρτησης σήμερα είναι ο άξονας πολλαπλών συνδέσμων και τοποθετείται περισσότερο σε ακριβά αυτοκίνητα γιατί προσφέρει πολύ καλή άνεση με άριστη οδική συμπεριφορά αλλά έχει αυξημένο κόστος
Στην υδροπνευματική ανάρτηση, που είναι μια "εφεύρεση" της Citroen, οι μεταλλικές σφαίρες αντικαθιστούν τα ελατήρια και τα αμορτισέρ και μέσα σε αυτές υπάρχει μία ελαστική μεμβράνη ενώ στο πάνω μέρος της βρίσκεται λάδι και στο κάτω αέριο.
Ηλεκτρονικά ελεγχόμενες αναρτήσειςΗλεκτρομαγνητικά ελεγχόμενες βαλβίδες μεταβάλλουν το βαθμό απόσβεσης των αμορτισέρ ανάλογα με τα στοιχεία που συλλέγουν διάφοροι αισθητήρες και επεξεργάζεται μια κεντρική υπολογιστική μονάδα. H Mercedes εξέλιξε το Active Body Control. Ενα πρωτοποριακό σύστημα που βασίζεται σε ένα ισχυρό υδραυλικό κύκλωμα, σε αισθητήρες που μετράνε διάφορες παραμέτρους (στρίψιμο του τιμονιού, κάθετες και πλευρικές επιταχύνσεις, τη θέση του αυτοκινήτου στο δρόμο) και φυσικά μια κεντρική υπολογιστική μονάδα. Αυτά σε συνδυασμό με τους θαλάμους πεπιεσμένου αέρα (αντί ελατηρίων) και των αμορτισέρ, με την ηλεκτρονικά ελεγχόμενη σκληρότητα ανάλογα με τις συνθήκες κίνησης, μας φέρνουν πιο κοντά σε αυτό που κάποτε έμοιαζε με όνειρο. Την ανάρτηση που δεν θα κάνει κανένα συμβιβασμό μεταξύ άνεσης και σωστής οδικής συμπεριφοράς και που πιθανότατα στο άμεσο μέλλον θα είναι μια πραγματικότητα.
Οι ηλεκτρονικά ελεγχόμενες αναρτήσεις της Mercedes ABC (Active Body Control) αποτελούν την πιο προηγμένη λύση σε αυτοκίνητο παραγωγής και βασίζονται σε ένα ισχυρό υδραυλικό κύκλωμα με αισθητήρες που μετράνε συνεχώς διάφορες παραμέτρους και ανάλογα ρυθμίζουν αυτόματα τη σκληρότητα των αμορτισέρ ανάλογα με τις οδηγικές συνθήκες.
