Walka o trakcję – zawieszenia w sportach motorowych [część 2]

Nie ulega wątpliwości, że najważniejszym elementem zawieszenia jest amortyzator. Odpowiednie ustawienie jego charakterystyki jest bardzo trudnym i pracochłonnym procesem. Sam w sobie nie jest on jednak w stanie zapewnić idealnego prowadzenia i musi współgrać z pozostałymi elementami zawieszenia jak sprężyny czy drążki reakcyjne.

Zarówno jedne jak i drugie są elementami sprężystymi, które pochłaniają i rozpraszają energię powstałą podczas uderzenia kół o nierówności nawierzchni. Oczywiście najczęściej spotykanym rozwiązaniem jest zastosowanie czterech sprężyn – po jednej na każde z kół. Są jednak modele, w których z tyłu spotkamy zamiast sprężyn drążki skrętne. Takim przykładem mogą być francuskie „rajdówki” jak np. Peugeot 106 Rally.

Głównymi parametrami za pomocą których możemy określić sprężynę są jej twardość oraz charakterystyka (np. liniowa lub progresywna). Na oba z tych parametrów mają oczywiście wpływ takie wartości jak długość sprężyny, ilość zwojów, jej grubość czy chociażby sam materiał z jakiego jest wykonana. Sprężyna ma za zadanie zapobiegać przechyłom nadwozia w zakrętach. Naturalnie dąży się do tego, aby były one jak najmniejsze jednak sprężyna musi nie tylko dobrze współgrać z zastosowanym amortyzatorem ale odpowiadać także charakterystyce trasy.

Wojtek Pischinger, pracujący z czołowymi kierowcami rajdowymi podaje przykładowe twardości sprężyn dla poszczególnych rajdów. Twardość określa się w kilogramach na centymetr. Według jego doświadczenia na równe asfaltowe rajdy wybiera się sprężyny o twardości 80-110 kg. To znaczy, że przy nacisku np. 100 kg sprężyna ugnie się o jeden centymetr. Na dziurawe odcinki asfaltowe jak np. Rajd Elmot stosuje się bardziej miękkie sprężyny, o twardości 80 – 100 kg, które lepiej wybierają dziury. Miękkie sprężyny stosuje się oczywiście na odcinkach szutrowych. Ich twardość wynosi ok. 40 – 70 kg zależnie od preferencji kierowcy. Wybór sprężyn jest również podyktowany wysokością amortyzatora. Jeśli nadwozie ma być osadzone nisko, stosuje się sprężyny o mniejszej ilości zwojów.

Innym ważnym parametrem sprężyny, o którym wspomniałem na początku jest jej charakterystyka. W sportach wybór pada pomiędzy sprężynami o charakterystyce liniowej bądź progresywnej. Sprężyna o pierwszej charakterystyce będzie uginać się w całym zakresie obciążeń o taką samą wartość. To znaczy, że sprężyna o twardości 100 kg ugnie się o 2 cm pod ciężarem 200 kg, natomiast pod ciężarem 400 kg ugnie się o 4 cm. Jej zdolność do uginania się lub oddawania energii jest stała.

W przypadku sprężyny o charakterystyce progresywnej sprawa wygląda nieco inaczej. Powiedzmy, że pod obciążeniem 100 kg obniży się ona o 1 cm. Ale aby ugięła się o kolejny centymetr, nie wystarczy już kolejne 100 kg, a przykładowo 150 kg. Piszę przykładowo, ponieważ charakterystyki progresywne mogą być różne. Jednak istotą takiej konstrukcji jest fakt, że aby uzyskać większe ugięcie, trzeba przyłożyć na każdy centymetr coraz większą siłę. Sprężynę progresywną bardzo łatwo poznać po jej budowie. Zwoje nie są ułożone w równych odstępach. Mogą być np. gęściej rozmieszczone na górze, a rzadziej na dole. Dzięki sprężynom progresywnym możemy uzyskać twardą charakterystykę zawieszenia, które jednak dobrze reaguje na niewielkie nierówności.

Istotnym parametrem sprężyny jest również jej wysokość. Jeśli samochód nie jest wyposażony w zawieszenie gwintowane, gdzie wysokość kolumny McPhersona może być regulowana, to sprężyna będzie elementem ustalającym wysokość samochodu. Należy również zwrócić uwagę na to, czy sprężyna o dużej twardości nie jest za krótka w stosunku do zastosowanego amortyzatora. Może się okazać, że przy maksymalnym rozciągnięciu amortyzatora, sprężyna po prostu wyskoczy z gniazda. W takich  przypadkach można zastosować tzw. sprężynę pomocniczą, która utrzyma główną sprężynę w gnieździe.

Dużą rolę w pracy zawieszenia odgrywają stabilizatory. Najprościej mówiąc, jest to sprężysty, odpowiednio ukształtowany kawałek pręta pracujący na skręcanie, który ma za zadanie zapobiegać przechyłom nadwozia podczas jazdy w zakrętach. Wspomaga więc pracę sprężyn. Jego wsporniki przymocowane są do nadwozia, a końcówki połączone są z wahaczami kół. Ich dobór wpływa także na prowadzenie się samochodu. W dużym uproszczeniu można przyjąć, że sztywny stabilizator w przednim zawieszeniu zwiększy w samochodzie podsterowność. Zamontowany z kolei na tyle uczyni charakterystykę prowadzenia bardziej neutralną. W samochodzie z tylnym napędem sztywny drążek stabilizatora zwiększy nadsterowność auta.

Mając dobrane już poszczególne elementy zawieszenia oraz ich charakterystykę, pora na geometrię. Ta bowiem ma duży wpływ na to, jak auto będzie się prowadzić, czy będzie nerwowe, czy będzie szybko reagować na ruchy kierownicą, czy będzie miało dobrą przyczepność w zakręcie i tak dalej, i tak dalej. Ustawienia będą więc różnić się w zależności od nawierzchni, pogody oraz charakterystyki toru – ilości zakrętów, długości prostych itp.

Ustawienie zbieżności kół przednich ma duży wpływ na to, jak samochód będzie reagować na ruchy kierownicą. Przeważnie powinno ono oscylować w okolicach zera, ale w praktyce zmierza raczej ku „minusowi”, czyli rozbieżności. Takie ustawienie powoduje lepszą reakcję na ruchy kierownicą i eliminuje „schodzenie się” kół w wyniku sił napędowych, co poprawia trakcję w zakrętach. Cierpi na tym niestety jazda na wprost, ponieważ zwiększają się opory prowadzenia. Jeśli więc auto staje się zbyt nerwowe, a opony zbyt szybko się przegrzewają, to znaczy, że przesadziliśmy z rozbieżnością kół przednich.

Jeśli przednie koła zostaną ustawione „na plus”, czyli zbieżnie, poprawi się prowadzenia na prostych. Samochód nawet przy dużych prędkościach będzie łatwiej utrzymać na drodze, ale to głównie za sprawą tego, iż stanie się on mniej czuły na ruchy kierownicą. Z kolei rozbieżność kół tylnych spowoduje nadsterowne zachowanie się auta.

Kolejnym parametrem, który korzystnie wpływa na utrzymanie stałego kontaktu opony z nawierzchnią w zakręcie, jest kąt pochylenia kół. Najkorzystniejszym jest przypadek, kiedy koło stale znajduje się prostopadle do nawierzchni. Jest to jednak trudne do osiągnięcia bo przy standardowym ustawieniu, w zakręcie opona zaczyna się podwijać, i tym samym traci kontakt z podłożem. Dlatego stosuje się ustawienie kół w „negatywie”.

Koła są wówczas najprościej mówiąc rozkraczone. Poprawia się trakcja w zakrętach, gdzie przy dużych przeciążeniach koła w takim ustawieniu mają lepszy kontakt z podłożem. Cierpi na tym niestety przyczepność na prostych, która jest potrzebna zarówno podczas przyspieszania jak i hamowania. Na mokrych nawierzchniach bądź luźnych, negatyw powinien być zatem ustawiony nieco mniejszy niż ma to miejsce w przypadku suchego, dobrze przyczepnego asfaltu.

Ustawienie zawieszenia w samochodzie sportowym to bardzo złożony proces obarczony wieloma próbami i setkami testów. Na efekt końcowy ma wiele czynników jak chociażby zdolność kierowcy do przekazywania swoich odczuć z prowadzenia się auta. Nie ma uniwersalnych rozwiązań, w których zawieszenie będzie perfekcyjnie pracować zarówno na równym asfalcie jak i wyboistym odcinku szutrowym. Nieoceniona jest zatem w sportach motorowych wiedza i doświadczenie mechaników, którzy się w tym specjalizują.

Zobacz także:

Źródło: Magazyn WRC