انواع مکانیزم سیستم تعلیق خودرو (جلوبندی) + بررسی کامل ساختار و عملکرد

سیستم تعلیق یا همان جلوبندی خودرو، مجموعه‌ای از مکانیزم‌های مهندسی است که چرخ‌ها را زیر بدنه خودرو مهار می‌کند و در عین حال اجازه می‌دهد چرخ‌ها حرکات ضروری مانند دوران، حرکت عمودی، فرمان‌پذیری و تغییر زوایای کمبر و کستر را انجام دهند. طراحی صحیح این سیستم تأثیر مستقیم بر پایداری، ایمنی و راحتی سرنشین دارد.

مکانیزم سیستم تعلیق از دیدگاه مکانیزمی : سیستم تعلیق که جلوبندی هم گفته می‌شود مکانیزمی است که ضمن مهار چرخ در زیر بدنه خودرو، اجازه ایجاد حرکت‌های مطلوب به چرخ (دوران چرخ، حرکت عمودی، فرمان پذیری، تغییر کمبر، کستر و…) را داده تا منجر به افزایش پایداری خودرو و راحتی سرنشین گردد.

شرکت در دوره مکانیک خودرو از پایه با مدرک معتبر از دانشگاه صنعتی شریف

سیستم تعلیق از دیدگاه مکانیزمی

با توجه به این دیدگاه، مکانیزم‌های تعلیق به صورت زیر دسته بندی می‌شوند:

• صلب یا یکپارچه(Rigid Axle)
• نیمه مستقل(Semi-Independent)
• مستقل(Independent) شامل:

1. مک فرسون(McPherson Strut)
2. طبق دار دوبل(Double Wishbone)
3. بازوی کشنده(Trailing Arm)
4. شبه بازوی کشنده(Semi-Trailing Arm)

انواع مکانیزم سیستم تعلیق خودرو

  مکانیزم صلب یا یکپارچه

این نوع مکانیزم سیستم تعلیق در شکل زیر نشان داده شده است.

1- پوسته دیفرانسیل 2- بازوهای کنترل نیروهای طولی 3- بوش‌های لاستیکی 4- بازوی کنترل نیروی عرضی که به Panhard Arm معروف می باشد 5- میله ضد غلتش
مکانیزم تعلیق صلب به همراه فنر مارپیچ در خودرو میتسوبیشی پاجرو

در این نوع مکانیزم سیستم تعلیق مطابق شکل فوق، چرخ سمت چپ و راست توسط یک عضو فلزی محکم و صلب ، به یکدیگر وصل شده اند، از اینرو انحراف در حرکت یک چرخ بر روی چرخ دیگر نیز تاثیر می گذارد.
از این نوع مکانیزم تعلیق به همراه فنر شمشی در تعلیق عقب پیکان، تعلیق عقب و جلو نیسان پاترول تعلیق عقب و جلو کامیون ولو 12F و غیره استفاده شده است.

این نوع مکانیزم سیستم تعلیق که برای افزایش پایداری خودرو و راحتی سرنشین در آن از فنر مارپیچ استفاده شده در تعلیق عقب خودرو میتسوبیشی پاجرو، موسو، شورلت رویال، تویوتا پرادو، لندکروز و غیره استفاده شده است.

 مکانیزم سیستم تعلیق نیمه مستقل

شکل زیر نوعی از این مکانیزم که Compound Crank axle و یا Twist Beam نامیده شده است را نشان می دهد و در خودروهای(1997) IV Golf VW ، (1999)Bora VW و(1996) 3A Audi مورد استفاده قرار گرفته است.

1- فنر 2- کمک فنر 3- بازوهای کشنده 4- عضو پیچشی که وظیفه میله ضدغلتش را برعهده دارد.
مکانیزم تعلیق نیمه مستقل

نوع ساده‌تر این مکانیزم که کمک فنر درون فنر قرار گرفته است در خودروهای پراید، ریو، تندر90، مگان، بسیاری از خودروهای چینی و غیره بکار گرفته شده است.
بزرگترین مزیت این مکانیزم سادگی و ارزان بودن آن است، ضمن آنکه قطعه (4)، عضوی با مقطع باز (open section)(مانند حرف c ) بوده که خاصیت پیچشی دارد و وظیفه میله ضد غلتش را برعهده دارد.

در حالیکه بزرگترین عیب این مکانیزم تعلیق، تمایل به فرمان بیشتر گرفتن خودرو در سرپیچ ها (Over Steer)می باشد، که برای کنترل این مشکل، باید از روش های مطلوبی که باعث افزایش هزینه طراحی و ساخت نیز می شوند، استفاده نمود.
از این نوع مکانیزم تعلیق، فقط در تعلیق غیرمحرک عقب می توان استفاده نمود.

 مکانیزم سیستم تعلیق مستقل

در مکانیزم‌های تعلیق مستقل، ارتباطی بین چرخ چپ و راست وجود ندارد. بنابراین حرکت چرخ چپ و راست مستقل از یکدیگر بوده و حرکت یک چرخ تاثیری بر چرخ سمت دیگر نداشته و از اینرو پایداری خودرو با این نوع از مکانیزم‌های تعلیق افزایش می یابد.

 مکانیزم سیستم تعلیق طبق‌دار دوبل

شکل زیر نوع پیشرفته این مکانیزم، که به مکانیزم تعلیق چند میله‌ای (Multi Link) معروف است را نشان می دهد.
این مکانیزم تعلیق در تعلیق عقب محرک خودرو BMW سری 5 و مشابه آن در خودرو هیوندای سانتافه مورد استفاده قرار گرفته است.

1- رام 2- محل اتصال رام به بدنه خودرو 3- تکیه گاه دیفرانسیل به رام 4- دیفرانسیل 5- طبق پایین 6- میله پاندولی میله ضد غلتش 7- طبق بالا 8- طبق بالا 9- میلة واسطه بین طبق پایین و سگدست 10- محل مفصل طبق پایین روی رام 11- محل اتصال فنر و کمک فنرل به سگدست

استفاده از مکانیزم سیستم تعلیق طبق دار دوبل پیشرفته درتعلیق عقب خودروBMW سری5(1996, 39E)

این نوع مکانیزم سیستم تعلیق به لحاظ استفاده از میله‌های متعدد با طول‌ها و زوایای متفاوت، دارای خصوصیات سینماتیکی بسیار مطلوبی بوده از اینرو در عین گران قیمت بودن در خودروهای زیادی از جمله
Quattro4Audi A ، Ford Werke AG ،7 BMW Series ، BMW Touter، برخی مدل‌های مرسدس بنز، هیوندای جنسیس، سانتافه، آزرا و سوناتا و غیره استفاده شده است.

با توجه به شکل زیر که شماتیک دو بعدی مکانیزم تعلیق طبق دار دوبل می باشد، یکی از مشخصات اصلی این مکانیزم تعلیق، کوتاه تر بودن طول طبق بالا نسبت به طول طبق پایین می باشد، که این موضوع باعث تغییر مطلوب زاویه کمبر چرخ (زاویه محور تایر نسبت به قائم در دید از روبرو) شده و پایداری خودرو را در پیچ‌ها به شدت افزایش می دهد.

1- طبق بالا 2- طبق پایین 3- سگدست 4- چرخ
شماتیک دوبعدی مکانیزم طبق دار دوبل ساده

نوع ساده شده این مکانیزم که تقریباً یک مکانیزم چهار میله‌ای می باشد، در تعلیق جلوی خودرو رنو 5، تعلیق جلوی وانت نیسان، چهار چرخ هوندا سیویک، آکورد و تعلیق جلوی مدل های متعددی از شورلت استفاده شده است.
مکانیزم تعلیق طبق دار دوبل در تعلیق عقب و جلو، به صورت محرک یا متحرک قابل استفاده می باشد.

مکانیزم سیستم تعلیق مک فرسون

این مکانیزم در واقع نوع ساده شده مکانیزم طبق دار دوبل می باشد به نحوی که اگر در یک مکانیزم طبق دار دوبل، طول طبق بالا را صفر در نظر گرفته و فنر و کمک فنر نیز بین سگدست و بدنه خودرو قرار گیرد، مطابق شکل زیر، مکانیزم تعلیق مک فرسون بدست می آید.

1- فنر 2- جعبه فرمان 3- میل فرمان 4- پلوس 5- طبق پایین 6- میله ضد غلتش که وظیفه کنترل نیروهای طولی نیز برعهده دارد.

مکانیزم سیستم تعلیق مک فرسون

این مکانیزم به خاطر اینکه فضای عرضی کمی را اشغال می کند، به خصوص در خودروهایی که جلو محرک بوده و موتور نیز به صورت عرضی نصب شده است، کاربرد وافری دارد، از اینرو از این مکانیزم در تعلیق جلوی خودروهای4Carrera 911 Porsche،6Audi ،Opel Omega،3 BMW Road ster Z، Vauxhall Corsa ، Lancia Thema، پیکان، پراید، ریو، دوو، هیوندای ورنا، آوانته، سانتافه، پژو 206، 405، پارس، سمند، سیتروئن زانتیا و غیره استفاده شده است.

مکانیزم سیستم تعلیق بازوی کشنده

این نوع مکانیزم تعلیق در شکل زیر قابل ملاحظه می باشد. چنانچه در این نوع مکانیزم تعلیق، از فنر پیچشی شود و کمک فنرها نیز به صورت مایل نصب گردند، فضای بسیار کمی را اشغال کرده، از اینرو فضای صندوق عقب و صندلی عقب بسیار وسیع و بدون برآمدگی می باشد. این نوع مکانیزم تعلیق، فقط در تعلیق های عقب و غیر محرک قابل استفاده می باشد.
از این نوع مکانیزم در تعلیق عقب خودروهای پژو 206، 405، پارس، سمند و برخی مدل‌های رنو استفاده شده است.

  سیستم تعلیق شبه کشنده

این مکانیزم در شکل زیر ملاحظه می شود. این نوع مکانیزم نیز مانند مکانیزم بازوی کشنده فقط در تعلیق عقب استفاده می شود ولی هم در تعلیق های عقب محرک و هم در تعلیق های عقب متحرک کاربرد دارد.

1- کمک فنر 2- فنرهوایی 3- بازوی دو شاخه‌ای کشنده چرخ 4- محل اتصال بازوی دو شاخه‌ای به بدنه خودرو
مکانیزم تعلیق شبه کشنده

از این نوع تعلیق در قسمت عقب غیر محرک خودرو مرسدس بنز کلاسV استفاده شده است در حالیکه برخی از خودرو سازان برای کاهش هزینه طراحی و تولید، به جای استفاده از تعلیق طبق دار دوبل در تعلیق عقب و محرک، از مکانیزم شبه کشنده مطابق شکل زیر استفاده می کنند.
این نوع مکانیزم سیستم تعلیق، در تعلیق عقب و محرک خودروهای Opel Omega، VW Transporter، 2002 BMW ، 518 BMW و پژو 504 استفاده شده است.

1- رام 2 ، 3 ، 4 و5- محل اتصال رام به بدنه خودرو 6- محل اتصال میله ضد غلتش به رام 7- دیفرانسیل 8- محل اتصال یکی از شاخه‌های اهرم دو شاخه‌ای به رام 9- فنر 10- کمک فنر 11- میله کنترل نیروهای عرضی
مکانیزم سیستم تعلیق شبه کشنده در تعلیق عقب و محرک خودرو

لازم به ذکر است که این مکانیزم دارای خصوصیات سینماتیکی نامطلوبی بوده و به همین دلیل، امروزه خودروسازان مکانیزم چند میله‌ای (Multi Link) را با وجود هزینه زیاد آن، به این مکانیزم ترجیح می دهند.

 میله ضد غلتش

با توجه به شکل‌های فوق، میله ضد غلتش، میله U شکلی است که جنس آن فولاد فنر می باشد و مانند فنر نوع پیچشی عمل می کند. این میله از دو نقطه به بدنه خودرو و از دو نقطه دیگر به دو مکانیزم تعلیق چپ و راست وصل می‌شود و از اینرو ارتباط نیرویی بین چرخ چپ و چرخ راست ایجاد می شود و وظایف زیر را بر عهده می گیرد:

1. با انتقال مقدار نیروی عمودی از چرخ بیرون پیچ (به خاطر دوران بدنه خودرو حول محور طولی یا حرکت Roll) به چرخ داخل پیچ جدایش تایر داخل پیچ از زمین به تعویق می افتد.
2. با توزیع یکسان تر نیروی عمودی روی چرخ چپ و راست، لغزش چرخ‌های جلو در جهت عرض جاده زیادتر شده و از اینرو خودرو تمایل به بیرون رفتن از پیچ را دارد که اصطلاحاً کم فرمانی یاUnder Steer شدن خودرو می گویند. در این صورت شعاع دوران حرکت خودرو به تدریج زیاد شده و بنابراین نیروی جانب مرکز اعمالی به خودرو کاهش یافته و باعث پایدار شدن خودرو می شود،

   ضمن آنکه راننده از حرکت تدریجی خودرو به سمت بیرون پیچ مطلع شده و نسبت به کاهش سرعت خودرو اقدام می کند در حالیکه اگر خودرو بیش فرمان یا Over Steer باشد، روند بر عکس شده و جلوی خودرو به سمت داخل پیج منحرف شده که باعث کاهش شعاع دوران حرکت خودرو در پیچ شده و بنابراین افزایش ناگهانی نیروی جانب مرکز را در پی خواهد داشت

   که نهایتاً منجر به ناپایداری خودرو می گردد. لازم به ذکر است که این حالت کاملاً ناگهانی بوده و در صورت وقوع، راننده عمدتاً توانایی کنترل خودرو را از دست می دهد. لازم به ذکر است که تمامی خودروها باید پس از طراحی و ساخت، آزمایش Under Steer بودن را انجام داده و نمره مناسب از این آزمایش دریافت کند در غیر این صورت اجازة تولید و ورود به جاده را نخواهد داشت.

3. آخرین وظيفه میله ضد غلتش، تبدیل حرکت Roll بدنه خودرو به حرکت عمودی می‌باشد. از اینرو جلوی بدنه خودرو در ناهمواریهای غیر متقارن به جای حرکت دورانی Roll، حرکت عمودی به سمت بالا و پایین انجام داده که باعث افزایش راحتی سرنشین می شود.

روش‌های تقویت مکانیزم سیستم تعلیق

برای تقویت جلوبندی یا مکانیزم تعلیق خودرو بسته به انتظاراتی که از خودرو مدنظر می‌باشد می‌توان از راهکارهای مختلفی به شرح ذیل استفاده کرد:

استفاده از استرس بار(Stress Bar)

با توجه به شکل زیر، استرس بار که Strut Tower Bar نیز نامیده می شود، میله‌ای از جنس فولاد مقاوم می باشد که بخش هایی از دو سمت بدنه خودرو را به هم متصل می‌کند و باعث افزایش استحکام پیچشی بدنه خودرو می شود که قابلیت مانورپذیری خودرو در جاده های پرپیچ و خم را ارتقا می دهد.

استفاده از استرس بار برای افزایش استحکام پیچشی جلوی خودرو(اتصال پالونی های کمک فنرهای جلو)

استفاده از استرس بار برای افزایش استحکام پیچشی عقب خودرو

از استرس بار حتی در بخش های زیرین جلو یا عقب خودرو نیز استفاده می شود.

 استفاده از فنر و کمک فنرهای اسپرت

برای تقویت و ارتقای وضعیت جلوبندی یا مکانیزم تعلیق خودروهایی که در مسابقات ورزشی یا جاده های ناهموار که اصطلاحا Off Road نیز نامیده می شود نیاز است تا از فنرها و کمک فنرهای اسپرت استفاده شود. عمدتا سختی این نوع فنرها و ضریب مستهلک سازی ارتعاشات این نوع کمک فنرها زیادتر می باشد که با افزایش قابلیت مانورپذیری و پایداری خودرو ارتعاشات نیز افزایش می یابد که منجر به کاهش راحتی سرنشین می شود.

بعضا فنرها و کمک فنرهای اسپرت کورس عملکردی کمتری دارند که باعث کاهش ارتفاع مرکز ثقل خودرو نیز می گردد و این موضوع نیز به افزایش پایداری خودرو کمک می کند. شکل زیر کیت تقویت جلوبندی شامل فنر و کمک فنر اسپرت و استرس بارهای مختلف را نشان می دهد.

کیت تقویت جلوبندی خودرو

جمع‌بندی نهایی

سیستم تعلیق یکی از پیچیده‌ترین و مهم‌ترین مکانیزم‌های خودرو است که نقش مستقیم در ایمنی، راحتی و هندلینگ دارد. از تعلیق‌های صلب مقاوم گرفته تا سیستم‌های پیشرفته Multi-Link، هر طراحی مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد. انتخاب نوع تعلیق وابسته به کلاس خودرو، هدف طراحی و سطح عملکرد مورد انتظار است.

سوالات متداول

تفاوت تعلیق مستقل و صلب چیست؟

در تعلیق صلب حرکت یک چرخ روی چرخ دیگر اثر دارد، اما در تعلیق مستقل چرخ‌ها کاملاً جداگانه حرکت می‌کنند.

بهترین نوع تعلیق برای هندلینگ چیست؟

سیستم Multi-Link و Double Wishbone بهترین عملکرد سینماتیکی را ارائه می‌دهند.

چرا خودروهای اقتصادی از مک‌فرسون استفاده می‌کنند؟

به دلیل سادگی، قیمت پایین و اشغال فضای کم.