Geometrie náprav osobních automobilů

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Geometrie náprav osobních automobilů Diplomová práce Vedoucí práce: doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Vypracoval: Bc. Ondřej Hradil Brno 2011

2

3 Prohlášení: Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Geometrie náprav osobních automobilů vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Zároveň souhlasím, aby práce byla uloţena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, a tím zpřístupněna dalším studentům. Dne. Podpis.

4 Poděkování: Děkuji tímto vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi, CSc. Za odborné vedení, cenné rady a připomínky ke zpracování tématu diplomové práce. Děkuji také rodičům za podporu při studiu.

5 ANOTACE Tématem mé diplomové práce je Geometrie náprav osobních automobilů. V úvodní části popisuji jednotlivé prvky geometrie. Poté pokračuji podrobným popisem a konstrukci jednotlivých částí podvozku u měřeného osobního automobilů. Jako jsou: nápravy, odpruţení, tlumiče a stabilizátory. Dále se zabývám popisem měřících přístrojů, prezentací výsledků a postupem vlastního měření. Na závěr pojednávám o kvalitě a cenách výstavby silnic a o jejich vlivech na podvozek automobilu. Klíčová slova: geometrie, náprava, měření, sbíhavost, odklon. ANNOTATION The theme of my diploma theses is Geometry axletrees of cars. In the beginning of theses I discribe elements of geometry. After I discribe detailed discription and construction of particular parts of undercart of measured car. Such as: axletrees, spring suspensions, shock absorbert and stabilizers. I also deal with discribe measured machienes, presentation of results and own method of meascured. In the conclusion by quality and price build road and their influence on undercart of cars. Keywords: geometry, axletrees, meascured, toe, declension.

6 OBSAH: 1. ÚVOD DO TÉMATU DIPLOMOVÉ PRÁCE Cíl práce GEOMETRIE NÁPRAV Odklon kola Příklon rejdové osy Poloměr rejdu Záklon a závlek rejdové osy Sbíhavost Diferenční úhel VLIVY ŠPATNĚ SEŘÍZENÉ GEOMETRIE MĚRÍCÍ PŘÍSTROJE Technické parametry přístroje Technické parametry zvedáků Přístrojová skříň Snímače měřených hodnot Otočné a posuvné desky Rychloupínací jednotky MĚŘENÉ VOZIDLO Technické údaje KONSTRUKCE PODVOZKU Náprava McPherson Náprava Multi-Link Stabilizátory Konstrukce Činost stabilizátoru Kapalinové stabilizátory... 33

7 6.4 Tlumiče pérování Konstrukce Dvouplášťový plynokapalinový tlumič Vinuté pruţiny POPIS MĚŘENÍ SEŘIZOVACÍ MÍSTA PREZENTACE VÝSLEDKŮ ZÁVĚR SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK... 46

8 1. ÚVOD DO TÉMATU DIPLOMOVÉ PRÁCE Osobní automobily se skládají z mnoha částí dělících se podle konstrukce do několika celků. Tyto celky se nazývají karoserie, hnací souprava, výstroj, výbava, příslušenství a pro tuto diplomovou práci stěţejní části podvozek. Podvozek se skládá ze zavěšení kol, uloţení kol, odpruţení, brzd a řídícím nebo hnacím ústrojím. Nápravy mají několik účelů a to, nést tíhu vozidla a přenášet jí na kola, přenášet hnací, brzdné a boční síly mezi kolem a rámem nebo karoserii, umoţnit odpruţení vozidla pomocí pruţin, které jsou uloţeny mezi nápravami a vozidlem. Jednotlivé části podvozku dohromady vytvářejí geometrii náprav, kterou lze měřit jak mechanicky tak i elektronicky. Geometrie se skládá z několika parametrů, kterým se budu podrobně věnovat v dalších fázích práce. Části podvozku: 1) Disk s pneumatikou Hlavními účelem této části je zajištění přenosu sil na vozovku, nesení hmotnosti vozidla a v neposlední řadě doplnění pruţícího systému vozidla. Jsou kladeny vysoké poţadavky na adhesní vlastnosti pneumatik z důvodu velkého výkonu motoru a velkých brzdných sil. Disk můţe být smontován z několika části jestli, ţe se jedná o materiály lehkých slitin, nebo je to celek z ocelového plechu. [1] 2) Zavěšení kola Umoţňuje svislý relativní pohyb kola vzhledem ke karoserii nebo rámu, potřebný z hlediska propruţení a eliminuje na přijatelnou hodnotu neţádoucí pohyby kola. Přenáší síly a momenty mezi kolem a karoserii, tj. svislé, podélné, příčné, hnací a brzdné. [2] 3) Uložení kola Vozidlové kolo, aby se mohlo odvalovat, musí být vzhledem k pevné části kluzně uloţeno. Kromě tohoto uloţení kola je u řízených kol ještě uloţení rejdového čepu, aby bylo moţno kolo natáčet řídícími pohyby. Pro uloţení kola se výhradně pouţívá valivých loţisek. Pro uloţení rejdového čepu kluzná loţiska. [2] 4) Odpružení Odpuţením se zmenšuje přenos kmitavých pohybů náprav vozidla na jeho podvozkové části a karoserii. Chrání tak posádku, popřípadě náklad před neţádoucími otřesy. Odpruţení také zvyšuje ţivotnost některých dílu podvozku a zajišťuje stálý styk pneumatik s vozovkou. Tím je zajištěn přenos obvodových sil. [2] 8

9 5) Brzdy Vytváří brzdné sily. Máme čtyři základní druhy brzd dle účelu: - Provozní sniţují rychlost vozidla aţ do zastavení, - Nouzové při poruše provozních brzd sniţují rychlost vozidla aţ do zastavení, - Parkovací zajišťují stojící vozidlo proti pohybu, - Zpomalovací - sniţují rychlost vozidla, ale nemají za účel vozidlo úplně zastavit. Podle konstrukce se dělí na: - Kotoučové, které mají výhradní postavení v dnešní době - Bubnové, které postupně upadají do zapomnění. [1] 6) Řízení Slouţí k natáčení kol do rejdu. Podle konstrukce se dělí na řízení jednotlivými koly a řízení celou nápravou. [2] obr. 1 Části podvozku [2] 9

10 1.1 Cíl práce Cílem mé práce je zjištění, jaký má vliv provoz osobních automobilů na jejich geometrii, při jízdě na převáţně českých silnicích a dálnicích. Zjištěné výsledky budu prezentovat v závěru své práce. 10

11 2. GEOMETRIE NÁPRAV Aby se kola motorového vozidla při zatáčení i při přímé jízdě odvalovala a řízení bylo lehké, přesné a stabilní mají řízená kola a rejdové osy určité geometrické odchylky od svislé roviny. Tyto odchylky jsou označovány jako geometrie zavěšení kol. [2] Mezi měřitelné prvky geometrie se řadí odklon kola γ, příklon rejdové osy σ, poloměr rejdu r 0, záklon rejdové osy τ, závlek n k, sbíhavostδ Odklon kola Úhel odklonu kola γ je sklon střední roviny kola vůči svislé ose vozidla. Je povaţován za kladný, pokud se kolo naklání vrchem vně vozidla a záporný, jestliţe se naklání dovnitř. U starších vozidel a zemědělských strojů je udávaná hodnota z důvodu vymezení vůlí v loţisku čepu. U novějších automobilů na vozidlo působí i na rovné vozovce kolísající boční sily a případná vůle v dílech zavěšení by mela za následek nejen hluk ale také rušenou přímou jízdu. Vlivem kladného odklonu vzniká ještě další efekt a to ţe kolo tvoří ve styku s vozovkou kuţelovitou plochu (obr. 3), která má snahu se odvalovat po kruţnici. U předních kol osobního automobilu obsazeného 2 aţ 3 osobami je vhodný nepatrný malý kladný odklon (+5 aţ +10 ), aby se pneumatiky odvalovaly po mírně klenuté vozovce kolmo a vznikalo stejné opotřebení. Poslední trendy udávají odklon 0 aţ -1 z důvodů lepšího bočního vedení pneumatik v zatáčkách. Při propruţení kola dochází u nezávislého zavěšení kol ke změně úhlu odklonu. Tato změna je totoţná se změnou úhlu příklonu. Propruţením se kolo naklápí a vlivem setrvačnosti vzniká moment, který prostřednictvím zavěšení kol bočně naklápí karoserii. Současně vzniká gyroskopickým účinkem vzhledem k rejdové ose kroutící moment, který musí být zachycován řízením. Kromě toho vlivem změny odklonu zvyšuje namáhání zavěšení kol a rámu, vyvolává neklid a vede ke zvýšenému opotřebení pneumatik. Při propuţení kola by tedy nemělo docházet ke změně úhlu odklonu. Při zatáčení vozidla se karosérie účinkem odstředivé síly naklápí směrem na vnější stranu zatáčky. Vnitřní kola se oddalují od karosérie, vnější kola se přibliţují ke karosérii a u závislého zavěšení dochází ke změně jejich odklonu. Z důvodů jízdní stability při zatáčení vysokou rychlostí by měla změna odklonu vnějšího kola vyrovnávat naklopení karoserie tak, aby kolo zůstalo na vozovce v přibliţně kolmé poloze a mohlo tak zachycovat maximální 11

12 boční síly. To znamená, ţe při propruţení při zatáčení je výhodnější záporný úhel odklonu. U sportovních vozidel mají kola záporný odklon zpravidla jiţ v nezatíţeném stavu. Změna odklonu způsobí vţdy zároveň změnu příklonu nebo záklonu. Větší kladný odklon zmenšuje příklon. Menší kladný nebo záporný odklon způsobí zvětšení příklonu. Je-li správně seřízen odklon, pak je správně seřízen i příklon. [2,4,5] obr. 2 Úhel odklonu kola γ [5] 12

13 2.2 Příklon rejdové osy Příklon rejdové osy σ je průmět úhlu sevřeného rejdovou osou a svislicí do roviny rovnoběţné s příčnou rovinou vozidla. U tuhé nápravy je rejdová osa totoţná s osou rejdového čepu. Lichoběţníková náprava u soudobých osobních automobilů rejdový čep nemá a rejdová osa je dána spojnicí středů horního a spodního kulového čepu. U náprav McPherson je rejdová osa dána spojnicí středu horního zavěšení loţiska a středu spodního kulového čepu uloţeného v příčném rameni. Podle polohy tohoto čepu můţe být rejdová osa totoţná s osou teleskopické vzpěry. Častěji je spodní kulový čep posunut dovnitř kola a rejdová osa je excentrická. Příklon slouţí k samočinnému vracení řízených kol do polohy pro přímou jízdu. Vlivem příklonu dochází při natáčení řízených kol k jejich zvedání. Síla tomu potřebná musí být vynaloţena při natáčení volantu. Při uvolnění volantu po zatáčení tlačí zatíţení přední nápravy přední kola do přímé polohy, a to účinkem vratného momentu. [2,4,5] obr. 3 Příklon rejdové osy σ [5] 13

14 2.3 Poloměr rejdu Poloměr rejdu r 0 je vzdálenost mezi průsečíkem rejdové osy s rovinou vozovky a středem styku pneumatiky, protnutá do roviny rovnoběţné s příčnou rovinou vozidla. Leţí-li tento průsečík vně střední roviny kola, je poloměr rejdu záporný. Na velikosti poloměru rejdu závisí velikost vratného momentu. Kladné hodnoty r 0 zvyšují tento moment. Čím je ale poloměr rejdu větší, tím více je přední náprava citlivější na podélné síly. Kladný poloměr rejdu však nemá být příliš velký, neboť při rozdílných jízdních odporech nebo rozdílných brzdných silách na levém a pravém kole jsou kola vychylována a řidič musí vyrovnávat směr jízdy. Proto se někdy pouţívá nulový poloměr rejdu. Záporný poloměr rejdu byl poprvé pouţit u osobního automobilu Audi 80 s nápravou McPherson. Dnes mají téměř všechna osobní vozidla s předním pohonem a přední nápravou Mc Pherson záporný poloměr rejdu. Záporný poloměr má stabilizující účinek na řízení, tzn. řidič nemusí měnit natočení předních kol, i kdyţ brzdění je nesouměrné. Vlivem boční pruţnosti pneumatik je konstrukční poloměr rejdu r 0 zvětšen o deformaci pneumatik. Coţ má za následek dynamické zvětšování poloměru rejdu a tím i zvětšení momentu brzdné sily vzhledem k ose řízení. [2,4,5] obr. 4 Poloměr rejdu r [5] 14

15 2.3 Záklon a závlek rejdové osy Záklon rejdové osy τ je průmět úhlu sevřeného rejdovou osou a svislicí do roviny rovnoběţné s podélnou rovinou vozidla. Je uvaţován kladně, je-li rejdová osa skloněná vzad a záporně, je-li skloněná vpřed. Závlek n k je vzdálenost mezi průsečíkem rejdové osy s rovinou vozovky a středem styku pneumatiky, promítnutá do roviny rovnoběţné s podélnou rovinou vozidla. Je uvaţován kladně, je-li průsečík před středem styku pneumatiky a záporně, je-li za ním. Účinek závleku na vracení kola do přímého směru je znám z konstrukce koleček servírovacího stolku. Kolečko je vlivem závleku vlečeno, nikoli tlačeno. Aby byla u automobilu poloha předních kola stabilní, můţe se posunout rejdová osa směrem dopředu. Tím se bod styku kola s vozovkou dostane za rejdovou osu a kolo je vlečeno. Častěji se však pouţívá záklonu, kterým se dosáhne téhoţ účinku. Stabilizační účinek záklonu je ve starší literatuře vysvětlován tím, ţe dochází ke zvedání předku vozidla a vlivem svislého zatíţení vznikne tahová síla ve spojovací tyči, čímţ se vymezuje vůle ve spojovací tyči. Důleţitější je však vznik momentu od vodorovných sil, které vlivem záklonu vznikají. [2,4] obr. 5 Záklon τ a závlek rejdové osy n k [5] 15

16 2.4 Sbíhavost Úhel sbíhavosti δ 0 je průmět úhlu mezi podélnou osou vozidla a střední rovinou kola od roviny vozovky. Kolo je sbíhavé, jestliţe přední část kola je přikloněna k podélné ose vozidla a rozbíhavé, je-li odkloněna. Při měření sbíhavosti mechanickým způsobem se zjišťuje vzdálenost mezi vnitřními okraji ráfků levého a pravého kola ve vodorovné rovině procházející středy kol. Účelem sbíhavosti předních kole je, aby se kola při přímé jízdě odvalovala paralelně. Úhel sbíhavosti má podobný účinek jako úhel směrové úchylky pneumatik. Vlivem tohoto úhlu vzniknou na předních kolech malé boční sily, které se snaţí natáčet kola do přímého směru. Boční sily vyvolávají moment vzhledem k rejdovým osám, čímţ vzniká v mechanismu řízení předpětí. Vlivem valivého odporu a poddajnosti řízení a zavěšení je kolo natáčeno do rozbíhavosti. U vozidel s předním pohonem se snaţí dopředu směřující hnací stlačit kola na přední straně, takţe zde můţe být výhodnější rozbíhavost. Za účelem nezhoršení jízdní stability při ubrání plynu mají některá vozidla s předním pohonem přesto malou sbíhavost. Sbíhavost částečně vyrovnává boční sílu, která vzniká při změně odklonu kola při propruţení. Velká sbíhavost vede k opotřebení pneumatik na vnější straně. Sbíhavost bývá 0 mm aţ 3 mm u osobních vozidel a 3 mm aţ 8mm u nákladních. [2,4] obr. 6 Úhel sbíhavosti δ 0 [5] 16

17 2.5 Diferenční úhel Natočení řízených kol v zatáčce musí splňovat určité geometrické podmínky, aby se kola pouze odvalovala a nevznikalo smýkání pneumatik. Předpokládáme-li ţe kola jsou bočně nepoddajná, musí střed otáčení vozidla leţet na prodlouţené ose zadní nápravy. Konstrukce řídícího lichoběţníku zajišťuje při jízdě v zatáčce různé natočení kol. Diferenční úhel se různým natočením řízení stále mění, avšak musí mít stejnou hodnotou při stejném natočení vlevo i vpravo. [2,4] obr. 7 Diferenční úhel δ [1] 17

18 3. VLIVY ŠPATNĚ SEŘÍZENÉ GEOMETRIE Bohuţel se nedá jednoznačně určit co je příčinnou jednotlivých projevů špatně seřízené geometrie. Na podvozek je třeba nahlíţet jako na celek nikoli na jeho jednotlivé části. Projevem špatné geometrie je zhoršená ovladatelnost vozidla a nesouměrné opotřebení pneumatik. U zhoršené ovladatelnosti se jedná o nevracení kol do přímého směru při špatně seřízeném závleku. Mezi další projevy se řadí samovolné zatáčení při drţení volantu v přímém směru. Zde se jedná o špatně seřízenou sbíhavost. Pneumatiky přímo ovlivňují ovladatelnost vozidla. Proto se musí dbát na správné nahuštění. Ţivotnost pneumatik závisí na provozních podmínkách. K nim náleţí rychlost jízdy, teplota, kvalita povrchu vozovky a síly působící ve stopě pneumatiky. Při nízkém tlaku vzduchu vzniká intenzivnější opotřebení na krajích pasu běhounu. Při velkém tlaku dojde k intenzivnímu opotřebení ve střední části běhounu. Dalšími faktory opotřebení pneumatik je nesprávně seřízená geometrie odklonu kola a sbíhavosti kdy dochází rovněţ k opotřebení krajových částí běhounu. [2] Dalším faktorem ovlivňujícím opotřebení pneumatik je stav tlumičů, kdy dochází k odskakování kola a vyjíţdění plošek na pneumatice. Vyváţení kol má taktéţ vliv na opotřebení běhounu, které se projevuje místním nerovnoměrným opotřebením. 18

19 obr. 8 Příčiny opotřebení pneumatik [2] 1- Vysoké huštění nebo prudká akcelerace, 2- Nízké huštění, 3- Vadný tlumič, 4- Nesprávná geometrie, 5- Prudké brţdění. 19

20 4. MĚRÍCÍ PŘÍSTROJE Ke kontrole a měření jednotlivých parametrů i celkové geometrie podvozku vozidla pouţívají přístroje a zařízení pracující na různých principech. Známe mechanické, optické, elektronické, kombinované a průjezdné přístroje. [4] Měření bylo prováděno na přístroji Beissbarth VAG 1995 / VAG Součástí měřicího přístroje je přístrojová skříň, tiskárna, čtyři snímače, otočné a posuvné desky, čtyři rychloupínací jednotky a kabeláţ. Při měření byl automobil umístěn na čtyřsloupovém zvedáku STD-6600, který musí být zcela přesně vyrovnán, aby nedocházelo ke zkreslení údajů. Tato kalibrace se provádí jednou do roka. Zvedák obsahoval druhý přídavný zvedák ke zvedání jednotlivých náprav. [3,7] obr. 9 Beissbarth VAG [6] 20

21 4.1 Technické parametry přístroje Monitor 14 CRT Velikost disku Otočné desky nosnost 1000 kg, rozsah otáčení 360 Posuvné desky nosnost 1000 kg, rozsah posuvu +60mm aţ 50 mm Měřící moţnosti: Přesnost měření Celkový rozsah - Celková sbíhavost Odklon Posun kol Úhel jízdní osy Záklon Příklon Úhel rozdílu natočení kol Maximální úhel řízeni [3,7] 4.2 Technické parametry zvedáků nosnost zvedáku kg nosnost příd. zvedáku 2000 kg max. zdvih 1850 mm min. zdvih 200 mm délka plošin 4800 mm šířka plošin 480 mm celková délka 5190 mm celková výška 2465 mm celková šířka 3420 mm šířka mezi sloupy 2800 mm napájení 400 V / 2,6 kw hmotnost 1400 kg [6] 4.3 Přístrojová skříň V kompaktní, pojízdné přístrojové skříni je integrovaný počítač s barevným monitorem a vytahovatelnou klávesnicí. Ve spodní časti je umístěná tiskárna. Po stranách 21

22 jsou drţáky na měřící snímače. Šuplík na kabeláţ a přípojné konektory, které jsou nedílnou součástí skříně. [3,4] 4.4 Snímače měřených hodnot Kaţdý ze čtyř snímačů, který se pomocí rychloupínacích jednotek umisťuje na kolo je vybaven dvěma kamerami, které pomocí infračervených paprsků umoţňují bezkabelový přenos informací. Měření se uskutečňuje pomocí paprsků, které jsou posílány přes optiku na světelnou značku, přitom dosahuje kamera přesnost 0,5 úhlové sekundy. Všechny měření, které se provádí v horizontální rovině se zjišťují pomocí dvou vzájemně komunikujících kamer CCD vysílač/přijímač. Znakem tohoto CCD měřícího systému je, ţe pro obě roviny měření pouţívá jeden měřící systém. S pomocí tlačítka se dá udělat kompenzace házivosti ráfku. [3,4] 4.5 Otočné a posuvné desky Umoţňují pohodlné měření maximálních vychýlení. Integrovaný impulzní snímač je určen na ochranu proti poškození a je umístěn ve středu. Povrch otočných talířů je pokrytý křemíkem, který zajišťuje dobrou přilnavost při vychylovacích úkonech i při mokrých pneumatikách. Desky jsou zabezpečeny těsněním proti vlhkosti a nečistotám. [3,4] obr. 10 Otočná a posuvná deska [6] 22

23 4.6 Rychloupínací jednotky Jsou univerzálně pouţitelné pro všechny disky od 12 do 20. Drţáky se dají připevnit jednoduchým upnutím přichytávacích ramen na profil pneumatiky. Nastavitelné plastové svorníky zabraňují poškození hliníkových disků. Kompenzace házivosti ráfků je při tomto druhu drţáku zbytečná, pokud není podezření na poškození disku. [3,4] obr. 11 Rychloupínací jednotka [6] 23

24 5. MĚŘENÉ VOZIDLO Pro měření jsem si zvolil osobní automobil Japonské automobilky Mitshubishi modelové řady Carisma. Ač tento automobil spadá do niţší střední třídy je vybaven nadstandardní zadní nápravou Multi-Link. Vozidlo se vyrábělo od roku 1995, aţ do roku Prodeje se pohybovaly průměrně kolem kusu za rok. V roce 2001 prošla zásadním faceliftem. Mitshubishi je japonská značka, ale vozy Carisma byli vyráběny v Nizozemí společně s vozy Volvo S40 a V40 se kterými má hodně společných dílů. Podle TÜV testů z roku 2007 se s průměrnou poruchovostí 5,9 % umístila na 63. místě. Byla vyráběna s karoserií Hatchback a Sedan. Pod kapotou si zákazník mohl vybrat jak záţehové tak vznětové agregáty s výkony od 74 kw do 92 kw. Vznětové motory nebyli výroby Mitshubishi ale Renault. Záţehové nesli značku Mitshubishi s přímím vstřikováním paliva GDI. Mnou měřené vozidlo bylo vyrobeno v roce 2002, karoserie hatchback s vznětovým motorem o výkonu 85 kw. [8,9] 5.1 Technické údaje 1 Přední rozchod kol 1475 mm 2 Celková šířka 1710 mm 3 Přední přesah 905 mm 4 Rozvor náprav 2550 mm 5 Zadní přesah 1020 mm 6 Celková délka 4475 mm 7 Světlá výška nezatíženého vozidla 150 mm 8 Celková výška 1405 mm 9 Zadní rozchod kol 1470 mm tab. 1 Rozměry [8] 24

25 tab. 2 Hmotnosti [8] tab. 3 Motor [8] tab. 4 Převodovka [8] 25

26 tab. 5 Elektrické zařízení [8] tab. 6 Kola a pneumatiky [8] tab. 7 Ostatní údaje [8] 26

27 6. KONSTRUKCE PODVOZKU Vozidlo Mitshubishi Carisma nevybočuje ze současného trendu, kde je pouţita vzpěra McPherson u přední nápravy. Jak jiţ bylo zmíněno tak v zadní časti je vozidlo osazeno nápravou Multi-link coţ nebývá u vozidel této kategorie běţné. Současným trendem je osazovat automobily levnou a jednoduchou klikovou nápravou, na které se geometrie nedá seřizovat. Obě nápravy jsou osazeny dvouplášťovými plynokapalinovými tlumiči, vynutými pruţinami a stabilizátorovou zkrutnou tyčí. 6.1 Náprava McPherson Prvním vozem vyuţívajícím nápravu MacPherson byl Ford Vedette v roce Tato náprava představuje určitou obdobu lichoběţníkového závěsu. Kolo je uchyceno kulovým kloubem na výkyvném rameni, uloţeném šikmo s podélnou osou vozidla. Horní závěs tvoří axiální valivé loţisko, které přenáší hmotnost příslušné části vozu na vinutou pruţinu. Pruţina se opírá svým spodním koncem o misku, spojenou s vnější částí tlumičové vzpěry McPherosn. Tlumičová vzpěra McPherson je vlastně vhodně upravený teleskopický tlumič, který na rozdíl od normálního má zesílenou pístnici. Pístnice má za následek zvětšení třecích sil, které můţou mít za následek při malých nerovnostech zablokování pohybu pístnice, tak ţe vozidlo kmitá jen na pneumatikách. Pro odstranění tohoto neţádoucího jevu se někdy vinutá pruţina ukládá šikmo. Dalším opatřením je uloţení horního kloubu do měkké pryţe, která umoţňuje relativní pohyb mezi teleskopickou vzpěrou a karoserii. Kola se otáčejí do rejdu kolem spojnice středu loţiska a kulového kloubu, která představuje virtuální osu. Tato spojnice tvoří také osu zatěţování pruţiny. Předností tohoto uspořádání je zvýšení stability vozu v zatáčce. Slouţí především jako řídící hnaná i hnací náprava. Mírnou úpravou jí lze pouţít i jako zadní. [1,2] obr. 12 Náprava McPherson [2] 27

28 U vozidel s předním pohonem vyţaduje hnací hřídel průchod pod teleskopickou vzpěrou. U přední náprava vozu Lancia H.P. Exluzive se teleskopická vzpěra skládá z nosného třmene a vodící částí tlumiče. Obě části jsou navzájem spojeny šrouby. Spodní miska vinuté pruţiny je pevně spojená s teleskopem a slouţí současně jako doraz pro případnou pruţinu. Natáčení kola při řízení umoţňuje opěrné loţisko, které se přizpůsobuje poloze pruţiny při zdvihu kola. Pryţový blok přenáší pruţící síly a měkký díl zachycuje tlumící síly. Kotouč slouţí jako horní doraz a talíř jako spodní doraz. Střed stejnoběţného kloubu leţí v ose řízení. Náboj kola je veden dvouřadým kuličkovým loţiskem. Spodní kulový čep je uloţen v kuţelovém otvoru spodního přítlačného ramene a rouby připevněn k nosnému třmenu. Příčný stabilizátor je dvěma kulovými čepy spojen se spodním závěsným ramenem. Toto řešení se pouţívá dodnes. [2] obr. 13 McPherson Lancia [2] 28

29 6.2 Náprava Multi-Link Víceprvková náprava je typ nápravy typicky pouţívané pro nezávislé odpruţení. Má tři nebo více příčných a jedno či více podélných ramen. Tato ramena nemají stejnou délku a mohou se odklánět od svého "zjevného" směru. Typicky má kaţdé rameno na kaţdém svém konci kulový nebo pruţný kloub. V důsledku toho jsou ramena zatěţována v podélném směru, tedy v tahu nebo tlaku, ale nikoli v ohybu. Některé víceprvkové nápravy pouţívají vlečná ramena nebo A-ramena, mající na jednom z konců dva klouby. Na přední nápravě je jedno z příčných ramen nahrazeno tyčí spojující převodovou skříň nebo převodku řízení se závěsem kola. Jedná se o prostorově sloţitý systém, který zajišťuje optimální kinematiku náprav. Poţadavky na kinematiku se liší podle toho, jedná-li se o nápravu přední nebo zadní. Víceprvková náprava umoţňuje konstruktérovi, aby měl vůz jak kvalitní jízdní vlastnosti, tak dobrou ovladatelnost. V nejjednodušší formě je víceprvková náprava pravoúhlá tedy, ţe lze v jednom okamţiku měnit jeden parametr nápravy, aniţ by se změnily ty ostatní. To je v přímém kontrastu s nápravou se dvěma A-rameny, kde se při posunu ukotvení nebo při změně vůle v uloţení mění dva nebo více parametrů. Další výhody se týkají jízdy mimo silnice. Víceprvková náprava činí vozidlo flexibilnější, to znamená, ţe se náprava snadněji přizpůsobí měnícím se úhlům v terénu. Tedy vozidla s víceprvkovými nápravami jsou ideální pro sporty, jako je jízda po skalách nebo v poušti. Malá poznámka k pouţití víceprvkové nápravy pro závody v poušti: pro vyrovnání se s houpáním je potřeba dobrý příčný stabilizátor. Víceprvková náprava je drahá a sloţitá. [1,2] 29

30 Při pouţití jako přední je základním úkolem zajištění optimální polohy rejdové osy. U vozidla Mitschubishi Galant je kolo nahoře zavěšeno pomocí horního dvojitého ramene. Dole prostřednictvím dvou samostatných příčných ramen, z nichţ je jedno přímé a druhé je zahnuto směrem dozadu. Zavěšení zajišťuje negativní poloměr rejdu, coţ je z hlediska směrové stability vozidla vhodné. Automobilka Audi u modelové řady A8 pouţívá přední nápravu taktéţ víceprvkového uloţení. Přední náprava je provedena pomocí čtveřice příčných ramen, z nichţ kaţdé je samostatně spojeno s těhlicí prostřednictvím kulových kloubů. Tím se dosahuje při zatáčení přesně definované změny polohy fiktivní rejdové osy. [1] obr. 14 MultiLink Galant [1] Při pouţití jako zadní je základním úkolem zajištění vysokého komfortu jízdy, coţ se projevuje zejména stabilitou vozidla. Zadní nápravy tohoto druhu umoţňují tzv. pasivní řízení. Zadní náprava automobilu Honda Accord se vyznačuje pětiprvkovým zavěšením. Ta svým uspořádáním zajišťuje optimální geometrii zadního kola při všech jízdních reţimech a jakémkoliv zatíţení automobilu. Proti tříprvkovému a čtyřprvkovému uspořádání je kaţdé rameno umístěno tak aby přenášelo pouze axiální zatíţení. Podélní sily, působící mezi kolem a vozovkou, jsou zachycovány šikmým vlečeným a šikmým vodícím ramenem. Zachycení bočních sil zajišťují příčná ramena různé délky. Uspořádání vlečného a vodícího ramene umoţňuje pohyb kola při propruţení spíše po úsečce neţ po zakřivené dráze. Tímto způsobem se silně omezí nadzvednutí zádi při brzdění a její ponoření při akceleraci vozidla. Protoţe je spojnice kotvících bodů vodícího a spodního ramene rovnoběţná se spojnicí upevňovacích pouzder vlečného horního ramene, dochází 30

31 k výraznému omezení sbíhavosti zadních kol a zvýšení přilnavosti pneumatik k vozovce. Přednosti pětiprvkového závěsu se projeví při ostrém průjezdu zatáčkou. Sbíhavost při takovém manévru vzrůstá, protoţe vzdálenost mezi středem kola a řídícím ramenem je větší neţ vzdálenost mezi středem kola a spodním ramenem. Kotvící pouzdro spodního ramene se tak pohybuje oproti pouzdru ramene řídícího po delší dráze. Tímto způsobem se značně zvyšuje stabilita vozidla a eliminuje se jeho nedotáčivost. [1] obr. 15 MultiLink Honda [1] 31

32 6.3 Stabilizátory Hlavním účelem stabilizátoru je zmenšení naklopení karosérie při průjezdu vozidla zatáčkou. Umisťuje se napříč vozidla a je společný pro obě kola téţe nápravy. [1] Konstrukce Základem je zkrutná tyč, která je na dvou místech upevněna otočně (např. pomocí kovopryţových pouzdrech) na rám (karoserii) vozidla, je spojen pryţovými bloky s podélnými rameny, nebo je tvořen jednoduchou torzní tyčí uloţenou v podélných ramenech. Konce jsou spojeny s pravým a levým kolem téţe nápravy tak, aby se výchylky přenášely na zkrutnou tyč. Průměr tyče bývá od 10 do 60 mm. Nejčastější provedení stabilizátoru je do tvaru U. Stabilizátor se pouţíval výhradně jen na přední nápravy ale v dnešní době z důvodu komfortnosti a stabilizaci jízdy je pouţíván na obě. [1,2] obr. 16 Druhy provedení stabilizátorů [2] Činost stabilizátoru Najedou-li obě kola téţe nápravy na stejně vysokou nerovnost, zkrutná tyč se pouze pootočí v pryţových pouzdrech, aniţ by se zkrucovala. Jestliţe jedno z kol stejné nápravy najede na překáţku a bude se pohybovat směrem k vozidlu a rameno stabilizátoru se bude natáčet. Zkrutná tyč tento pohyb přenese i na druhé rameno, které se bude pohybovat ve stejném smyslu a tím začne stlačovat příslušnou pruţinu. Tento přenos sil zmenší naklopení karoserie. Při průjezdu zatáčkou se budou vnější pruţiny stlačovat více neţ vnitřní. Na vnitřní straně se rameno zkrucuje směrem nahoru a působí proti pruţině. Opačné rameno 32

33 stabilizátoru se bude zkrucovat rovněţ nahoru a bude působit proti stlačující se pruţině, čímţ se bude naklopení karosérie dále zmenšovat. Velikost stabilizace závisí na tuhosti stabilizátoru. Čím je stabilizátor tuţší, tím bude naklopení karosérie menší. Nadměrná tuhost tyče vede k nadměrnému odlehčování vnitřního kola a tím ke sniţování směrové stability. [1] Kapalinové stabilizátory Tyto stabilizátory jsou tvořeny hydraulickými členy. Na kaţdé straně vozidla je umístěn jeden člen. Navzájem jsou spojeny potrubím s oboustranným škrtícím ventilem. Při průjezdu zatáčkou se olej přetlačuje z vnějšího členu do vnitřního a tím se naklopení karoserie zmenší. [1] 6.4 Tlumiče pérování Jako hlavní účel tlumičů povaţujeme tlumit vlastní kmity pruţiny, které vznikají při průjezdu kola automobilu přes nerovnost a tím zabraňují nadměrnému vertikálnímu rozkmitání karosérie. V dnešní době se výhradně pouţívají teleskopické dvojčinné kapalinové tlumiče, jejichţ hlavní výhodou je, ţe pracují v obou směrech tj. pří pohybu nápravy do vozidla i do vozidla. Tlumiče pracují na principu katraktu, coţ znamená přetlačování oleje z jednoho vnitřního prostoru do druhého skrz předem definovaný otvor, coţ má za následek přeměnu mechanické energie na jinou. Na průřezu otvoru závisí velikost škrcení průtoku oleje a tím také velikost tlumení, z čehoţ se stanovuje účinnost tlumiče. [1] Konstrukce Tlumič je tvořen jedním nebo dvěma plášti. Prostor uvnitř vnitřního pláště je pracovní. Kvůli zvýšení ţivotnosti tlumiče je opatřen ochranným krytem. Uvnitř pracovního pláště se pohybuje píst ovládaný pístnicí spojenou s ochranným krytem. Píst obsahuje otvory se samočinnými ventily, které svojí velikostí nebo počtem zajišťují různou účinnost v jednotlivých směrech. Tlumič můţe být doplněn dalším vyrovnávacím prostorem, který je taktéţ oddělen od pracovního pomocí ventilů. S vozidlem je tlumič spojen přes kovopryţová pouzdra. [1] 33

34 6.4.2 Dvouplášťový plynokapalinový tlumič V dnešní době nejpouţívanější druh tlumiče u všech automobilek. V pracovním válci vyplněném kapalinou se pohybuje píst s průtokovými ventily, který je upevněn na konci pístnice. Při pohybu pístu se kapalina protlačuje otvory průtokových ventilů z jedné oblasti pracovního prostoru do druhé. Hydraulický odpor vznikající při tomto škrceném průtoku je příčinou vzniku tlumicí síly závisící na rychlosti pohybu pístu. Mezi pracovním a vnějším válcem tlumiče je tzv. vyrovnávací prostor, naplněný přibliţně do poloviny kapalinou. Pracovní a vyrovnávací prostor jsou navzájem propojeny vyrovnávacím ventilem ve spodní části tlumiče. Vyrovnávací prostor slouţí na vyrovnávání rozdílu skutečného objemu pracovního prostoru, který se při zasouvání pístnice postupně zmenšuje o její objem, a na vyrovnávání rozdílů objemu tlumičové kapaliny, který je závislý na její teplotě. Přebytečná kapalina, která je při stlačování tlumiče vytlačena zasouvající se pístnicí, proudí vyrovnávacím ventilem do vyrovnávacího prostoru. Při roztahování tlumiče proudí nazpět do pracovního prostoru. Horní konec pracovního a vyrovnávacího prostoru je uzavřen víkem, ve kterém je vodící pouzdro pístnice a ucpávka. Tlak dusíku na hladinu oleje se pohybuje mezi 0,2 aţ 0,8 MPa. [1,2] obr. 17 Dvouplášťový plynokapalinový tlumič [1] 34

35 6.5 Vinuté pruţiny Pruţiny se vyrábí jiţ po mnoho let ze silného drátu kruhového průřezu. Pruţiny jsou uloţeny tak, aby síla, která je stlačuje, působila v její ose. Tvrdost závisí na průměru drátu, počtu pruţících závitů, stoupání závitu a průměru pruţiny. Progresivitu lze zařídit pomocí nestejného stoupání závitu, proměnným průměrem tj. kuţelové nebo soudečkové a doplněním o pryţový blok. Umisťují se mezi nápravu a rám nebo samonosnou karoserii. V dnešní době se výhradně pouţívají pro nápravy pouze vinuté pruţiny a to z důvodů: - konstrukční jednoduchost, - nulová údrţba, - malá hmotnost i rozměry oproti listovým, - progresivita je zaručena konstrukčními úpravami. Jako hlavní nevýhodu vidíme, ţe pruţina nemá schopnost vést nápravu, ale tento problém odstraníme konstrukčně pomocí nápravy. [1] obr. 18 Vinuté pruţiny [2] 35

36 7. POPIS MĚŘENÍ Před zahájením měření musíme provést různé přípravné práce. Kontrolujeme stejnou velikost disků a pneumatik, tlak v pneumatikách, stav pruţin a tlumičů, stav řídících pák, loţisek kol a kloubů spojovacích tyčí. Umístíme upínák brzdy, který se zapírá o sedadlo. Pokud je auto vybaveno plechovými disky, které mají poklice sejmeme je. Na rychloupínacích jednotkách nastavíme rozměr disku a pomocí přídavných tyček drţáky upevníme na kola. Dbáme na čistotu dosedacích ploch. Drţák zajistíme pomoci háčku z důvodu bezpečnosti a ochrany měřících hlavic. Nasadíme snímače, které vyrovnáme pomocí integrovaných vodních vah a pomocí křídlových šroubů zajistíme. Snímače propojíme s posuvnými deskami pomoci kabeláţe a desky propojíme s měřícím počítačem. Jako poslední provedeme korekcí hmotnosti vozidla. Kaţdá automobilka má jiné poţadavky. Většinou se jedná pouze o korekci váhy pohonných hmot kde je poţadavek alespoň na 80 % naplnění. Ve výjimečných případech dovaţujeme sedadlo řidiče. Ke korekci se pouţívají plastikové kanistry naplněné vodou nebo pískem. Při našem měření jsme pouţili 20 kg závaţí umístěné v kufru nad nádrţí. Následné měření je velice intuitivní. Počítač Vám říká přesně krok za krokem jak postupovat. Začátek spočívá v zadání vozidla, vyplnění údajů o zákazníkovi a zadání rozměrů kol. Potom jiţ začíná vlastní měření a nastavování jednotlivých úhlů geometrie na správné hodnoty. obr. 19 Připravené vozidlo 36

37 8. SEŘIZOVACÍ MÍSTA McPherson. Odklony na přední nápravě se seřizují posunem horního uloţení loţiska vzpěry obr. 20 Místo pro seřízení odklonu Sbíhavost přední nápravy se seřizuje nastavením délky řídících tyčí v čepech řízení. obr. 21 Místo pro seřízení sbíhavosti 37

38 ramenu. Odklon kola na zadní nápravě seřizujeme pomoci excentrických šroubů na spodním obr. 22 Místo pro seřízení odklonu Sbíhavost na zadní nápravě seřizujeme taktéţ pomocí excentrického šroubu na horním předním ramenu nápravy. obr. 23 Místo pro seřízení sbíhavosti 38

39 9. PREZENTACE VÝSLEDKŮ Z přístroje Beissbarth VAG 1995 / VAS5080 jsem obdrţel protokol měření kde je uveden počáteční a konečný stav. Seřízení bylo provedeno na správné hodnoty přibliţně před rokem. Za měřený úsek auto absolvovalo přibliţně km. Z této vzdálenosti absolvovalo auto cestu na Korsiku coţ bylo 3300 km. Cestu do Chorvatska 1700 km a dvě cesty do Rakouských alp 1800 km. Zbylých km najezdilo po silnicích a dálnicích České republiky. Z přiloţeného protokolu je jasně zřejmé, ţe posun je pouze na odklonech v řádech jednotek sekund. Další zvláštností je posun na levé straně zadní nápravy nikoli na pravé, která jezdí po okraji vozovky po kanalizačních vpustích. Vozidlo je osazeno letními pneumatikami Continental 195/60 R15. Z přiloţeného protokolu je i po seřízení špatná sbíhavost na levém zadním kole ale pouze o 1. Dále se z protokolu dočteme, ţe maximální natočení kol do rejdu jak na pravou tak i levou stranu nedosahuje předepsaných hodnot. Tento špatný prvek geometrie má za následek pouze větší poloměr otáčení automobilu. 39

40 40

41 41

42 10. ZÁVĚR Ročně je vynaloţeno na opravu silnic a dálnic v České republice několik miliard korun. Kaţdým rokem se tato částka navyšuje. Pro tento rok se vyhradili 4 miliardy korun na příští je v rozpočtu vyčleněno 9 miliard. Tyto opravy však nejsou vţdy provedeny dostatečně kvalitně. Výrazným činitelem je střídaní ročních období kdy po zimě jsou časté výtluky, které se opravují ne vţdy správnými postupy. Cena výstavby nových dálnic je také na neúnosné mezi. Jeden kilometr dálnice stojí Český stát v průměru 500 miliónů korun. V sousedním Německu se pohybuji na částce kolem 280 miliónů za kilometr. Takto neekonomické stavění se projevuje na velké spotřební dani pohonných hmot a kaţdoročně se zvyšující ceně dálničních známek. Ovšem kvalita silnic se nezlepšuje. Ministr dopravy sice vyjednal pěti procentní slevu na výstavbu, avšak podle mého názoru se to projeví na kvalitě, kdy ušetřené peníze budou stejně vyuţity na opravy nekvalitně postavených silnic. Nedávno vstoupila na evropský trh čínská firma, která chce stavět dálnice za třetinové ceny. První projekt této firmy je dálnice v Polsku mezi Lodţí a Varšavou. Jedná se o padesáti kilometrový úsek, který měl být postaven Polskou firmou za 2,9 miliardy zlotých. China Overseas Engineering Group ale nabídla, ţe je postaví za necelé 1,3 miliardy zlotých. Objevují se hlasy, zda to tato firma zvládne a nastane revoluce ve stavbě dálnic v celé Evropě. V diplomové práci jsem si dal za cíl zjistit jaký má vliv kvalita silnic a dálnic na změnu geometrie náprav v průběhu jednoho roku. Vozidlo ujelo přibliţně kilometrů po našich komunikacích. Výrobce doporučuje kaţdoroční seřizování geometrie. Jak lze vyčíst z protokolu měření, tak automobil měl pouze spatný odklon na obou nápravách. Ovšem posun byl na přední nápravě na právem kole a na zadní na levém. Očekával jsem, ţe posun bude pouze na pravé straně z důvodu většího namáhání této strany díky kanalizačním vpustím které jsou umisťovány na okrajích vozovek. Automobil je vybaven zadní nápravou multi-link, která umoţňuje při prudkém průjezdu zatáčkou malý posun odklonu a tím napomáhá řidiči k bezpečnějšímu průjezdu zatáčkou, a však konstruktéři nepočítaly s všudy přítomným prachem, vlhkostí a nečistotami které se na podvozek dostanou. Důsledkem je špatná funkčnost tohoto systému. Proto přisuzuji posun odklonu na zadní nápravě právě chybné konstrukci, kdy nedochází ke správnému navrácení ramen zpět do správné polohy. Na přední nápravě je posun odklonu pouze o 2 za hraniční hodnoty čemuţ bych nepřikládal zásadní význam. Samotní výrobci doporučují geometrii seřizovat kaţdoročně, ale podle tohoto ročního měření usuzuji, ţe se jedná pouze o marketingový tah, kdy tyto doporučení přináší finanční 42

43 prostředky servisním střediskům, protoţe prodejem aut se peníze v dnešní době příliš nevydělávají. Kvalita silnic má však zásadní vliv na ostatní podvozkové části jako jsou čepy řízení, homokinetické klouby, tlumiče, horní loţiska vzpěr Mc-pherson, spojovací kloubové tyče stabilizátorů a klouby ramen nápravnice. 43

44 11. SEZNAM POUŢITÉ LITERATURY 1) JAN, Zdeněk, BRONISLAV, Ţdánský. Automobili 1 : Podvozky. 2. vyd. Brno : Avid s.r.o. Brno, s. 2) VLK, František. Podvozky motorových vozidel. 1. vyd. Brno : VLK, s. 3) HOMOLA, S.R.O. Počítačová geometrie s barevným monitorem : Beissbarth VAG. [s.l.], s. Manuál 4) VLK, František. Zkoušení a diagnostika motorových vozdiel. 1. vyd. Brno : VLK, s. 5) Autolexicon [online]. 12. únor 2009 [cit ]. Autolexicon. Dostupné z WWW: < 6) Univer [online]. 23. březen 2002 [cit ]. Univer. Dostupné z WWW: < 7) V.A.G 1995/V.A.S 5080 [online]. 7. ledna 1995 [cit ]. V.A.G 1995/V.A.S Dostupné z WWW: 8) MITSHUBISHI, Motors. Mitsubishi Carisma : Provozní příručka. Vídeň : Europe B.V., s. 9) Wikipedia [online] [cit ]. Wikipedia. Dostupné z WWW: < 44

45 12. SEZNAM OBRÁZKŮ obr. 1 Části podvozku... 9 obr. 2 Úhel odklonu kola γ obr. 3 Příklon rejdové osy σ obr. 4 Poloměr rejdu r obr. 5 Záklon τ a závlek rejdové osy n k obr. 6 Úhel sbíhavosti δ obr. 7 Diferenční úhel δ obr. 8 Příčiny opotřebení pneumatik obr. 9 Beissbarth VAG obr. 10 Otočná a posuvná deska obr. 11 Rychloupínací jednotka obr. 12 Náprava McPherson obr. 13 McPherson Lancia obr. 14 MultiLink Galant obr. 15 MultiLink Honda obr. 16 Druhy provedení stabilizátorů obr. 17 Dvouplášťový plynokapalinový tlumič obr. 18 Vinuté pruţiny obr. 19 Připravené vozidlo obr. 20 Místo pro seřízení odklonu obr. 21 Místo pro seřízení sbíhavosti obr. 22 Místo pro seřízení odklonu obr. 23 Místo pro seřízení sbíhavosti

46 13. SEZNAM TABULEK tab. 1 Rozměry tab. 2 Hmotnosti tab. 3 Motor tab. 4 Převodovka tab. 5 Elektrické zařízení tab. 6 Kola a pneumatiky tab. 7 Ostatní údaje