Τεχνική Σκοπιά - Aναρτήσεις (Aμορτισέρ, 2ο Mέρος)
Aνακαλύψτε τα μυστικά και τις τεχνικές που κρύβονται πίσω από τη λειτουργία των
ρυθμιζόμενων αμορτισέρ.
Kείμενο: Mιχάλης Zώτος
Φωτογραφίες: αρχείο 4T
OTAN οι συνθήκες κίνησης ξεφεύγουν από τα συνήθη, καθημερινά δεδομένα, όπως, για
παράδειγμα, στους αγώνες, τότε και τα χαρακτηριστικά απόσβεσης των απλών αμορτισέρ δεν
είναι ικανά να αντεπεξέλθουν απόλυτα στις υψηλές απαιτήσεις που δημιουργούνται. Ο κύριος
στόχος στην περίπτωση αυτή είναι η βελτιστοποίηση της οδικής συμπεριφοράς ― συχνά σε
βάρος της άνεσης. Tη λύση στα προβλήματα που δημιουργούνται δίνουν τα ρυθμιζόμενα
αμορτισέρ. Bέβαια, θα πρέπει να κάνουμε σαφές ότι ο αρχικός σχεδιασμός τους (διάμετρος
εμβόλου, αριθμός/διάμετροι διόδων, αριθμός, πάχος, διάμετρος, προφόρτιση ροδελών, ιξώδες
υδραυλικού υγρού) καθορίζει και τα βασικά χαρακτηριστικά απόσβεσης. Aπό εκεί και πέρα, οι
εξωτερικές ρυθμίσεις είναι αυτές που προσφέρουν τη δυνατότητα μεταβολής των
χαρακτηριστικών γύρω από τις βασικές καμπύλες λειτουργίας.
Ρύθμιση της απόσβεσης συμπίεσης χαμηλής ταχύτητας
Είναι η ρύθμιση από την οποία ξεκινούν τις περισσότερες φορές οι δοκιμές στησίματος ενός
αυτοκινήτου. Πραγματοποιείται συνήθως εξωτερικά με την περιστροφή μιας κεφαλής, η οποία
περιστρέφει ―εσωτερικά στο αμορτισέρ― ένα στέλεχος με κωνική απόληξη που αποκαλύπτει
περισσότερο ή λιγότερο μια δίοδο λαδιού. Στην τελείως ανοιχτή θέση (soft), το λάδι
περνάει μέσα από τη δίοδο χωρίς να εμποδίζεται η ροή γύρω από την κωνική κεφαλή. Καθώς το
στέλεχος περιστρέφεται σταδιακά προς πιο κλειστές θέσεις, η δίοδος καλύπτεται και η
αντίσταση στη ροή του υγρού προκαλεί μεγαλύτερες δυνάμεις απόσβεσης.
Ο αριθμός των ρυθμίσεων ποικίλλει από κατασκευαστή σε κατασκευαστή. Συνήθως συναντώνται
δέκα έως είκοσι πέντε θέσεις ή κλικ, όπως αποκαλούνται από πολλούς. Οι ρυθμίσεις αυτές
μεταβάλλουν τα χαρακτηριστικά απόσβεσης στην περιοχή χαμηλών ταχυτήτων μεταξύ 50 και 200
mm/sec. Μόνο εάν έχουμε πρόσβαση στις καμπύλες απόσβεσης του κατασκευαστή ή έχουμε
μετρήσει τα αμορτισέρ σε δυναμόμετρο μπορούμε να ξέρουμε τις μεταβολές των δυνάμεων, αλλά
και την απόκριση του αμορτισέρ στις ρυθμίσεις. Έτσι, ενώ για ένα αμορτισέρ Α θα
χρειαστούν 4 κλικ για να μεταβληθεί η δύναμη απόσβεσης, για ένα αμορτισέρ Β ίσως ένα κλικ
να είναι αρκετό για την ίδια μεταβολή.
Παρόλο που σε μελλοντικό άρθρο θα αναφερθούμε αναλυτικά στη διαδικασία στησίματος ενός
αυτοκινήτου και στους κανόνες που τη διέπουν, αξίζει να σημειώσουμε επιγραμματικά
ορισμένες αρχές.
Oι ρυθμίσεις της απόσβεσης συμπίεσης χαμηλών ταχυτήτων επηρεάζουν την αρχική
κίνηση/περιστροφή του οχήματος στην είσοδο της στροφής, καθώς και το βύθισμα εμπρός ή
πίσω κατά το φρενάρισμα ή την επιτάχυνση, αντίστοιχα. Εάν το στρίψιμο του τιμονιού στην
είσοδο της στροφής συνοδεύεται από στιγμιαία απώλεια πρόσφυσης, τότε η απόσβεση συμπίεσης
πρέπει να ελαττωθεί. Μερικά κλικ πιο μαλακής ρύθμισης θα κάνουν τη μεταφορά φορτίων πιο
αργή, δίνοντας στο ελαστικό τη δυνατότητα και το χρόνο να αναπτύξει την απαραίτητη γωνία
ολίσθησης, για να «υποστηρίξει» το επιπλέον κατακόρυφο φορτίο.
Το παραπάνω πρόβλημα, πάντως, δεν πηγάζει μόνο από πολύ μεγάλες δυνάμεις απόσβεσης της
συμπίεσης χαμηλών ταχυτήτων. Ενδεικτικά αναφέρουμε ότι μπορεί να ευθύνονται γι? αυτό η
απόσβεση επαναφοράς του εξωτερικού αμορτισέρ και των πίσω αμορτισέρ, η δυναμική
σύγκλιση/απόκλιση της εμπρός ή πίσω ανάρτησης, καθώς και πολλοί άλλοι παράγοντες που
συνδέονται με τις παρασιτικές τριβές των εμπρός αμορτισέρ και τις ρυθμίσεις των
διαφορικών. Υπομονή, λοιπόν, μέχρι το άρθρο περί στησίματος του οχήματος, όπου οι πιθανές
αιτίες θα αναφερθούν αναλυτικά, μαζί με τα χαρακτηριστικά που θα μας επιτρέπουν να τις
αναγνωρίζουμε. Για την ώρα, ας δεχθούμε ότι στις περισσότερες περιπτώσεις η αιτία για την
απώλεια πρόσφυσης εμπρός (υποστροφή κατά την αρχική φάση της αλλαγής κατεύθυνσης) είναι
ένα πολύ σκληρό αμορτισέρ στις χαμηλές ταχύτητες συμπίεσης.
Ρύθμιση της απόσβεσης συμπίεσης υψηλής ταχύτητας
Όπως η προηγούμενη ρύθμιση, έτσι και αυτή γίνεται εξωτερικά, με την περιστροφή ενός
στελέχους το οποίο παραμορφώνει ελαστικά μια κοίλη ροδέλα, προφορτίζοντας έτσι τις
ροδέλες υψηλής ταχύτητας. Συνήθως αυτές οι ρυθμίσεις μεταβάλλουν την απόσβεση σε ένα
μεγάλο εύρος ταχυτήτων μέσων και υψηλών συχνοτήτων.
Το πιο συνηθισμένο πρόβλημα εδώ είναι η αδυναμία της ανάρτησης να απορροφήσει μεγάλες
ανωμαλίες του οδοστρώματος, προκαλώντας συχνά «τερμάτισμα» της ανάρτησης. Σκληρότερες
ρυθμίσεις θα βοηθήσουν σε αυτή την περίπτωση. Δυστυχώς, όμως, οι σκληρότερες ρυθμίσεις
εδώ μπορεί να προκαλέσουν απώλεια πρόσφυσης σε οδόστρωμα με ανωμαλίες/διεγέρσεις μικρού
εύρους ενώ το όχημα κινείται με μεγάλη ταχύτητα. «Αδύνατο να βάλει τη δύναμη κάτω στο
κατσαρό», είναι μια αγαπημένη έκφραση των οδηγών γι? αυτό το φαινόμενο. Oι μεγάλες τιμές
της απόσβεσης στις υψηλές ταχύτητες εμποδίζουν το ελαστικό να ακολουθήσει το προφίλ το
δρόμου, καθώς οι στιγμιαίες τιμές σκληρότητας της ανάρτησης είναι πολύ μεγάλες. Με μια
κάμερα υψηλής ταχύτητας θα μπορούσαμε να δούμε ότι η ανάρτηση συμπιέζεται ελάχιστα,
αφήνοντας το ελαστικό να παίζει το ρόλο του ελατηρίου με την αναπόφευκτη υψηλή σταθερά
που το χαρακτηρίζει.
Ρύθμιση της απόσβεσης επαναφοράς χαμηλής ταχύτητας
Και σε αυτή την περίπτωση η ρύθμιση μεταβάλλει συνήθως τη δίοδο του υγρού, όπως και στη
ρύθμιση της συμπίεσης. Οι κινήσεις του οχήματος εδώ είναι, για παράδειγμα, η ανύψωση του
εμπρός/πίσω μέρους κατά την επιτάχυνση/επιβράδυνση αντίστοιχα, καθώς και η περιστροφή του
γύρω από τον άξονα roll.
Για παράδειγμα, κατά την επιτάχυνση ενός οχήματος με κίνηση στους εμπρός τροχούς, συχνά
παρατηρείται μια απώλεια πρόσφυσης που μπορεί να μειωθεί, εάν η απόσβεση επαναφοράς
μειωθεί (πιο μαλακές ρυθμίσεις), επιτρέποντας έτσι στους κινητήριους τροχούς να
διατηρήσουν την επαφή τους με το δρόμο. Οι μεγάλες τιμές απόσβεσης δεν επιτρέπουν την
αποφόρτιση («άνοιγμα») της ανάρτησης, με αποτέλεσμα ο τροχός να συμπαρασύρεται στην
κίνηση προς τα επάνω από το αμάξωμα που ανυψώνεται, προκαλώντας μια στιγμιαία μεταβολή
κατακόρυφου φορτίου και απώλεια πρόσφυσης. Γνωρίζοντας τη δυσκολία που έχει ένας τροχός
που ολισθαίνει να ανακτήσει τη χαμένη πρόσφυση, η σημασία αυτής της ρύθμισης γίνεται
ακόμα πιο μεγάλη.
Ένα άλλο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η περιστροφή του οχήματος κατά την είσοδο στη
στροφή (transient roll), η οποία είναι ―δυστυχώς― μια αμφιλεγόμενη κατάσταση που προκαλεί
κομφούζιο στις επιλογές των ρυθμίσεων, καθώς συχνά εξηγείται λανθασμένα. Το μυστικό εδώ
είναι να μελετήσει κανείς το σύστημα της ανάρτησης συνολικά και όχι μεμονωμένα στην
εσωτερική ή στην εξωτερική πλευρά. Η περιστροφή δεν καθορίζεται μόνο από την απόσβεση
επαναφοράς χαμηλής ταχύτητας στα αμορτισέρ της εσωτερικής πλευράς, αλλά ταυτόχρονα και
εξίσου από την απόσβεση συμπίεσης χαμηλής ταχύτητας στα αμορτισέρ της εξωτερικής πλευράς.
Διακρίνουμε, λοιπόν, δύο περιπτώσεις:
α. Εάν η απόσβεση επαναφοράς είναι πολύ μεγάλη και της συμπίεσης πολύ μικρή, η περιστροφή
μπορεί να συνοδεύεται από ανύψωση ή, στην καλύτερη περίπτωση, από στιγμιαία απώλεια
πρόσφυσης του εσωτερικού τροχού.
β. Στην αντίθετη περίπτωση, με πολύ μικρή απόσβεση επαναφοράς, η περιστροφή του
αυτοκινήτου συνοδεύεται από μια στιγμιαία και απότομη ανύψωση του αμαξώματος, αφού η
περιστροφή του δε γίνεται γύρω από τον άξονα roll, αλλά γύρω από έναν άξονα μετατοπισμένο
αρκετά προς τους εξωτερικούς τροχούς.
Ρύθμιση της απόσβεσης επαναφοράς υψηλής ταχύτητας
Οι προηγούμενες τρεις ρυθμίσεις βρίσκονται σε όλα, σχεδόν, τα καλά αγωνιστικά αμορτισέρ.
Η τελευταία αυτή ρύθμιση απαντάται μόνο σε ειδικότερες κατασκευές και σχεδόν πάντα στα
αμορτισέρ δοκιμών. Όταν τα βασικά γνωρίσματα καθοριστούν με τις δοκιμές, οι
χαρακτηριστικές καμπύλες λειτουργίας των αμορτισέρ αναπαράγονται με τη βοήθεια του
δυναμομέτρου, και τα αμορτισέρ για τον αγώνα δεν έχουν ―συνήθως― αυτή την εξωτερική
ρύθμιση (βάρος/αξιοπιστία).
Σε ρυθμούς αγώνα, λοιπόν, οι δυνάμεις απόσβεσης καθορίζουν την ευκολία με την οποία ο
τροχός θα ακολουθήσει το προφίλ του δρόμου, όταν το όχημα κινείται με μεγάλες ταχύτητες
και (ή) οι διεγέρσεις συμβαίνουν με υψηλή συχνότητα. Στην περίπτωση που η απόσβεση είναι
μεγαλύτερη από αυτήν που πρέπει, ο τροχός δεν επιστρέφει στη θέση ισορροπίας του έπειτα
από μια διέγερση, με αποτέλεσμα ―σταδιακά και ύστερα από διεγέρσεις― το όχημα να
χαμηλώνει χάνοντας τη διαθέσιμη διαδρομή συμπίεσης. Ένα χαρακτηριστικό πρόβλημα
απαντάται, για παράδειγμα, σε παρατεταμένες στροφές ειδικών διαδρομών σε χώμα, όπου
σταδιακά η πρόσφυση μειώνεται.
Ένας πρακτικός κανόνας, λοιπόν, για τη βελτίωση της πρόσφυσης σε οδόστρωμα με πολλές
διεγέρσεις είναι η μείωση της απόσβεσης επαναφοράς υψηλής ταχύτητας μέχρι εκείνο το όριο
όπου η ανάρτηση θα δίνει την αίσθηση αυτοκινήτου δρόμου (μαλακή).
Συνεχώς ελεγχόμενα/μεταβαλλόμενα αμορτισέρ
Ορίζουμε ως ελεγχόμενα τα αμορτισέρ με χαρακτηριστικά που μεταβάλλονται συνεχώς ή
διακριτά, ανάλογα με τις επιθυμίες του οδηγού ή κάποιου ηλεκτρονικού προγράμματος
ελέγχου, με σκοπό τη βελτιστοποίηση της οδικής συμπεριφοράς του οχήματος.
Κατανοώντας αρκετά νωρίς τα πλεονεκτήματα ενός εξωτερικά ρυθμιζόμενου αμορτισέρ, οι
σχεδιαστές ανέπτυξαν τρόπους που επιτρέπουν τη συνεχή μεταβολή των χαρακτηριστικών
απόσβεσης. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, εμφανίστηκαν και διάφορες μέθοδοι μεταβολής
των χαρακτηριστικών των αμορτισέρ. Για παράδειγμα, παρόμοιες ρυθμίσεις με τις
χειροκίνητες που περιγράφηκαν παραπάνω γίνονται με ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Στην
απλούστερη περίπτωση, ο οδηγός μπορεί να διαλέξει από το κόκπιτ ανάμεσα σε ρυθμίσεις για
άνεση, σπορ και εκτός δρόμου οδήγηση. Σε πιο εξελιγμένα συστήματα, οι ρυθμίσεις
καθορίζονται από τη δυναμική κατάσταση του οχήματος. Aυτό επιτυγχάνεται μέσω ενός
προγράμματος το οποίο λαμβάνει και επεξεργάζεται δεδομένα σχετικά με την ταχύτητα
κίνησης, τις κατακόρυφες επιταχύνσεις στις τέσσερις γωνίες του οχήματος (μη φερόμενες
μάζες/φερόμενη μάζα), τις κατακόρυφες μετατοπίσεις της ανάρτησης, τη γωνία περιστροφής
του τιμονιού, τη γωνιακή επιτάχυνση του οχήματος, το άνοιγμα του γκαζιού και την
ενεργοποίηση των φρένων.
Ένας άλλος τρόπος ελέγχου των χαρακτηριστικών απόσβεσης των αμορτισέρ είναι με τη χρήση
υγρών με μεταβλητά χαρακτηριστικά ροής (ηλεκτρορεολογικά/μαγνετορεολογικά υγρά), ανάλογα
με το ηλεκτρικό/μαγνητικό πεδίο που εφαρμόζεται σε αυτά. Το γεγονός ότι τα χαρακτηριστικά
ροής τους μπορούν να μεταβληθούν μέσα σε χιλιοστά του δευτερολέπτου τα έχει κάνει τα
πλέον διαδεδομένα στις εφαρμογές των ελεγχόμενων αμορτισέρ.
Το μέλλον των συνεχώς ελεγχόμενων αμορτισέρ υπόσχεται πολλά, καθώς, όταν το κόστος και η
αξιοπιστία τους το επιτρέψουν, θα χρησιμοποιηθούν σε όλα τα αυτοκίνητα παραγωγής. Η
υιοθέτηση αυτής της τεχνολογίας αποτελεί ήδη πραγματικότητα στους αγώνες ταχύτητας, όπου
οι παράμετροι λειτουργίας είναι περισσότερο σταθερές και καθορισμένες σε σχέση με τους
αγώνες ράλι. Εκεί, οι συνεχώς μεταβαλλόμενες συνθήκες αποτελούν μια επιπλέον πρόκληση για
τους μηχανικούς. Eίναι σίγουρο, όμως, ότι σύντομα η τεχνολογία των ελεγχόμενων αμορτισέρ
θα εισχωρήσει και εκεί.
Συνοψίζοντας
Ο τρόπος λειτουργίας και τα χαρακτηριστικά των αμορτισέρ περιγράφηκαν επιγραμματικά. Η
διευκρίνιση ότι το αμορτισέρ αναπτύσσει δυνάμεις μόνο όταν κινείται ενώ το ελατήριο
βρίσκεται εκτός της θέσης ισορροπίας του ―ακόμα και χωρίς κίνηση― είναι αναγκαία. Σε
προσεχές πάντως άρθρο για το στήσιμο ενός αυτοκινήτου, οι επιδράσεις των χαρακτηριστικών
απόσβεσης θα αναλυθούν περισσότερο, μαζί με τις άλλες παραμέτρους που αφορούν την οδική
συμπεριφορά._ M. Z.
O Mιχάλης Zώτος είναι Mηχανολόγος Mηχανικός, με μάστερ στην Tεχνολογία Oχημάτων. Έχει
εργαστεί στο τμήμα εξέλιξης αυτοκινήτων παραγωγής της Rover και της Ford, ενώ τα
τελευταία χρόνια εργάζεται στις αγωνιστικές ομάδες της Opel, της Subaru και της
Mitsubishi. Φέτος επέστρεψε στη Subaru ως υπεύθυνος του αυτοκινήτου του Tommi Makinen.