دلایلی وجود دارد که چرا آن را به عنوان یک ایده آل در نظر میگیرند، اما شما نباید پایههای مک فرسون را نادیده بگیرید.
بسیاری از حقایق پذیرفته شده در دنیای خودرو وجود دارد. یکی این است که در مورد عملکرد، سیستم تعلیق دو شاخهای برتر است.
اکثر اتومبیلهای مسابقهای از جناغ دوبل استفاده میکنند و بسیاری از بهترین اتومبیلهای جادهای نیز از این کار استفاده میکنند.
با این حال، اگر بخواهید فهرستی از بهترین ماشینهای هندلینگ تمام دوران تهیه کنید، متوجه میشوید که بسیاری از آنها از مک فرسون استفاده میکنند.
همه ۹۱۱ها به جز جدیدترین GT3 و GT3 RS. هر باکستر و کیمن. تمام BMW M۳ها، هوندا سیویک تایپ R جدید، خواهر و برادر بلک وینگ کادیلاک، تویوتا GR86/Subaru BRZ
مزدا میاتا در مقابل تویوتاGR86
آزمایش مقایسه اخیر ما بین مزدا میاتا و GR86 جدید بود که مرا به این فکر انداخت.
در حالی که یک خودرو بسیار بیشتر از برگه مشخصات آن است، من دوست دارم به آرایش مکانیکی یک خودرو نگاهی بیندازم و سعی کنم توضیح دهم که چرا این احساس را دارد.
در ذهن من، دو جناغی در جلوی میاتا، آن را به یک خودروی اسپورت «خالص» تر از GR86 تبدیل میکند، که جلوی آن از مک فرسون است (پیامد ریشههای دوردست آن در بازار انبوه خودرو). با این حال، GR86 هندلینگ عالی دارد و ثابت کرده است که حریف بسیار شایستهای برای میاتا است. کمی حفاری لازم بود.
برای اینکه بفهمیم چرا یک ستاپ با استخوان دوبل به عنوان نوعی ایده آل افلاطونی در نظر گرفته میشود، اجازه دهید با اصول تعلیق مستقل شروع کنیم.
تری ساچل، مهندس سابق مسابقات پنسکه و جنرال موتورز، آن را به خوبی در کتاب دینامیک خودروهای مسابقهای، یکی از بهترین کتابها در این زمینه تعریف میکند.
او نوشت: «برای یک سیستم تعلیق مستقل، خواه جلو یا عقب، مجموعه بازوهای کنترلی برای کنترل حرکت چرخ نسبت به بدنه خودرو در یک مسیر مشخص شده در نظر گرفته شده است.»
وظیفه سیستم تعلیق خودرو مستقل این است که پنج جهت حرکت لاستیک را کنترل کند – یا به قول ساچل «به شدت» محدود کند: ضربه / جهش، برگشت / افتادن، جانبی، طولی و کامبر. برای کنترل هر کدام، به نوعی پیوند نیاز دارید، و یک جناغ تعلیق اساساً فقط دو پیوند متصل است. دو استخوان جناغی به اضافه یک میله کراوات پنج حلقه است.
در روزهای اولیه سیستم تعلیق مستقل، مهندسان خودرو از بازوهای کنترلی با طول مساوی استفاده میکردند، اما به زودی متوجه شدند که این امر منجر به خراشیده شدن بیش از حد لاستیک در سطح جاده میشود، زیرا با چرخش بدنه خودرو در پیچها، عرض مسیر تغییر میکند.
همچنین در پیچها، لاستیک بیرونی کمبر پیدا میکند و لاستیک داخلی کمبر را از دست میدهد. که دقیقا برعکس چیزی است که شما میخواهید.
همه اینها باعث چسبندگی کمتر میشود و استفاده از بازوی پایینتر و بازوی کوتاهتر هر دوی این مشکلات را حل میکند.
با این سیستم تعلیق موسوم به سیستم تعلیق بازوی کوتاه (SLA)، عرض مسیر در پیچها ثابت میماند، در حالی که لاستیک بیرونی خمیدگی منفی پیدا میکند و لاستیک داخلی یا خنثی میماند – به موازات سطح جاده میآید – یا مقداری خمیدگی مثبت به دست میآورد.
به همین دلیل است که اغلب اتومبیلهای مسابقهای را میبینید که در حال حرکت منفی زیاد هستند.
وقتی ماشین روی لاستیک بیرونی میچرخد، لکه تماسی پهنتری دریافت میکنید که در نتیجه چسبندگی بیشتری به شما دست میدهد.
مشکل طرح دو جناغی این است که اگرچه برای یک راننده یک رویا است، اما برای یک شرکت بزرگ خودروسازی کابوس است. قطعات زیادی برای ساخت وجود دارد و فضای زیادی را اشغال میکنند.
بستهبندی آنها در هر خودرویی که فضای کابین را در اولویت قرار میدهد دشوار است، در یک ماشین جمع و جور دو برابر سخت است، در یک ماشین جمع و جور با دیفرانسیل جلو سه برابر میشود.
شاید یک استخوان جناقی ایده آل باشد، اما هزینه دارد.
اگر در طول ۱۰ سال نوشتنم درباره ماشین چیزی یاد گرفته باشم، این است که ساخت ماشین گران است.
خودروسازان همیشه به دنبال صرفه جویی در هزینه هستند و بنابراین، یک راه حل ساده و ارزانتر تقریبا همیشه ترجیح داده میشود.
سیستم تعلیق ساده و ارزان Earle S. MacPherson – که از یک واحد فنری برای قرار دادن چرخهای جلو استفاده میکرد و نیاز به بازو را از بین میبرد – انقلابی بود.
در حالی که در دهه چهل در جنرال موتورز کار میکرد، نسخهای از آنچه که برای شورولت کادت به مک فرسون تبدیل شد، تولید کرد، خودروی کوچکی که پس از رکود اقتصادی ترسناک پس از جنگ هرگز محقق نشد.
مک فرسون استعدادهای خود را در دهه پنجاه به فورد برد و به زودی، این خودروساز شروع به استفاده از میلههای مک فرسون در بسیاری از مدلهای اروپایی خود کرد.
خلاص شدن از بازوها به خودروسازان کمک میکند تا هزینهها را کاهش دهند و مزایای بستهبندی را به همراه دارد. استفاده از بند باعث میشود که بسته تعلیق بلندتر از نصب دو استخوان جناغی باشد، اما در بالای بازو بسیار باریکتر است.
در دهه شصت، بسیاری از خودروهای اروپایی از سیستم تعلیق جلوی مک فرسون استفاده کردند، در حالی که خودروهای آمریکایی در دهههای بعد از آن استفاده کردند.
(استارتهای مک فرسون واقعاً برای خودروهای بدنه روی فریم کار نمیکنند، بنابراین تا دهه هفتاد، با بحرانهای گازی که خودروسازان آمریکایی را مجبور به ساخت خودروهای کوچکتر و یک تنهتر کرد، شروع به کنار زدن سیستم تعلیق دو جنبهای کردند.) خودروسازان، انتخاب استفاده از میلههای مک فرسون بر روی جناغهای دوبل آشکار بود.
همان کار اصلی را با پول کمتر انجام میدهد. علاوه بر این در خودروهای دیفرانسیل جلو، فضای بالای بازو پایین نیز بستهبندی میل محرک را بسیار آسان میکند.
یک شرکت خودروسازی اصلی مانند تویوتا، که به دنبال عرضه یک خودروی اسپرت خاص به بازار با کمترین هزینه ممکن است، به دنبال راهی است که بتواند در طراحی آن صرفه جویی کند.
چرا باید برای مهندسی یک چیدمان عجیب و غریب دو استخوان جناغی در حالی که اسکلتهای معمولی این کار را انجام میدهند، بپردازید؟
برای GR86، با موتور پهن آن که ریلهای قاب را به لبههای محفظه موتور بیرون میکشد، بستهبندی محکمی که یک استراست فراهم میکند مطمئناً نمیتواند به بدنه آن آسیب برساند.
با این حال، به بیان ساده برای به حداکثر رساندن چسبندگی تایر، استرات مک فرسون ذاتاً به خطر افتاده است.
برای معرفی A۱۱۰ جدید، Alpine این گرافیک را کنار هم قرار داده است که تفاوت بین استرات مک فرسون و سیستم تعلیق دو جناغی را نشان میدهد.
آلپاین
«در مورد یک پایه چه میکنید؟ این یک پیوند نیست. چگونه آن را گسترش دهید تا یک مرکز فوری و یک مرکز رول بسازید؟»
داگ میلیکن، که به همراه پدر فقیدش ویلیام، کتاب Race Car Vehicle Dynamics را در مصاحبهای با Road & Track نوشتند.
«خب، کاری که شما انجام میدهید این است که، عمود بر محور پایه، یک پیوند ایجاد میکنید، که باید بینهایت طولانی باشد، و آن پیوندی معادل برای پایه است. چیزی که به شما میرسد یک پیوند فوقالعاده طولانی است، که اینطور نیست. اصلاً راهی برای جبران کمبر است.»
در پیچها، شما به سادگی از رفتار خوب یک جناغی دوبل نمیبینید. Milliken اضافه میکند که تعلیقهای استرات نیز اصطکاک زیادی در داخل سیستم دارند که یکی دیگر از پیامدهای نداشتن پیوندهای بالایی است. او میگوید: «مگر اینکه به جای بوشهای معمولی، پایهای با بلبرینگهای خطی در آن بسازید، همیشه مقداری اصطکاک برای هر نوع حرکت سواری دارید.
«شما نه تنها یک اتصال توپی در پایین برای لینک پایین دارید، بلکه این نوار لغزنده را نیز دارید که همیشه در امتداد محور خود بارگذاری نمیشود. ممکن است تحت شرایط خاصی باشد، اما به طور معمول، یک طرفه است.
روی آن بارگیری کنید، به خصوص وقتی در پیچ هستید.» این به معنای تغییر بار بیشتر بر روی تایر است و لاستیکها زمانی که در بارهای ثابت (یا به احتمال زیاد نزدیک) نگه داشته میشوند بهترین عملکرد را دارند.
با این حال، آنچه ما در اینجا در مورد آن صحبت میکنیم، شرایط شدید است.
در رانندگی معمولی روزمره، این نوع چیزها تقریباً به اندازه زمانی که در حال خراب کردن مسیر مورد علاقه خود هستید یا زمانی که در مسیر جاده مورد علاقه خود هستید اهمیت ندارند.
این موارد در ورزش موتوری نیز اهمیت دارند، به همین دلیل است که تنها اتومبیلهای مسابقهای که با پایههای پایه میبینید، مبتنی بر اتومبیلهای خیابانی هستند و حتی در آن زمان ۹۱۱ مک فرسون مدتهاست که از استخوانهای دوبل در انواع مسابقهای استفاده میکند.
بی ام و
علیرغم محدودیتهای ذاتی میلههای مک فرسون، مهندسی خوب به این معنی است که آنها برای هندلینگ خوب مضر نیستند. Milliken به GR86 مشکوک است: «در تویوتا، [مهندسان] احتمالاً با زوایای مختلف و هندسه پایهها بازی میکردند و سعی میکردند بهترین میانگین را به دست آورند تا بارهای محوری را تا آنجا که میتوانستند به دست آورند».
به عنوان مثال، محور استارت اغلب محور فرمان نیست، بلکه کمی مایل است.
سپس فنر ممکن است نسبت به فنر متمایل شود تا مقداری از بار فنر را برداشته و به جای نشان دادن آن، در قسمت تماس به سمت پایین قرار گیرد.
در امتداد محور استرات، که خم شدن بر روی پایه را از نیروهای لاستیک به عقب میاندازد.
«اینها همه جزئیات کوچکی هستند که اهمیت دارند، و مجموع آنهاست که به شما میگوید که در مجموع چقدر خوب خواهد بود.
من مطمئن هستم، برای مثال، آن شخص یا گروهی تقریباً مطمئناً گروهی از افراد هستند.
کسانی که واقعاً روی یک ماشین استرات کار میکنند، احتمالاً عملکرد بهتری نسبت به SLA خواهند داشت. من فکر میکنم جایی برای همپوشانی وجود دارد.»
آموختههای من بازتاب سرگرم کنندهای در مورد میاتا و GR86 است. میاتا تا حدی فوقالعاده است، زیرا مزدا در ارائه یک سیستم تعلیق ماشین سفارشی دوبله در جلو با مشکل مواجه شد.
GR86 عالی است زیرا تویوتا (و سوبارو) واقعاً سخت کار کردند تا از سیستم تعلیق آن چیزی شگفتانگیز بسازند.
بله، از نظر گرفتن بیشترین چسبندگی از یک لاستیک با کمترین مصالحه، دو جناغی پادشاه هستند، اما هدف یک خودروی جادهای پرفورمنس، حداکثر چسبندگی در تمام مدت نیست.
به خصوص در مورد چیزی مانند GR86، که به داشتن محدودیتهای قابل دسترسی افتخار میکند که به رانندگان بیشتری اجازه میدهد درست در آن منطقه سرگرمکننده بین گرفتن و لغزش بازی کنند.
حتی اگر در دنیای ماشین با فیزیک سر و کار داریم، چیزها هرگز سیاه و سفید نیستند، هرگز باینری نیستند. گفتن «جلوهای دوبل بهتر است» اشتباه نیست، اما یک سادهسازی بسیار زیاد است.