Zawieszenie to nie tylko amortyzator

Zawieszenie samochodu składa się z szeregu współpracujących ze sobą elementów. Za kontakt pojazdu z podłożem odpowiada opona. Siły wynikające z jazdy samochodem są przez nią przenoszone na obręcz, dalej – przez łożysko na piastę, zwrotnicę, kolumnę McPhersona. Dopiero sprężyna znajdująca się na kolumnie McPhersona przejmuje główne funkcje tłumienia nierówności, po których porusza się pojazd.

Na drodze sił działających na układ zawieszenia znajdują się więc elementy, które mają właściwości sprężyste (opona, sprężyna zawieszenia, tuleje metalowo-gumowe) oraz elementy sztywne, które nie mają właściwości sprężystych (obręcz koła, łożysko, wahacz, obudowa kolumny McPhersona). Ze względu na właściwości materiałów sprężystych, energia, która jest do nich dostarczona w postaci siły, jest oddawana w przeciwnym kierunku. Dlatego sprężyna zawieszenia ugina się tylko nieznacznie stawiając opór i utrzymując nadwozie samochodu w żądanej wysokości nad nawierzchnią. Znikoma część tej energii jest rozpraszana przez tarcie wewnętrzne w sprężynie czy przez tarcie wewnętrzne w warstwach opony.

Tak jest na postoju. W czasie jazdy – nawet po pozornie równej powierzchni – koło napotyka ciągle na nieznaczne nierówności. Przekłada się to na stale zmieniające się siły działające na oponę i sprężynę zawieszenia, które to siły praktycznie od razu próbują „oddać” w przeciwnym kierunku. To powoduje, że koło jest praktycznie stale odbijane od powierzchni, po której jedzie samochód. A to styk opony z nawierzchnią determinuje, czy możemy samochodem przyspieszać, hamować, czy zmieniać kierunek jazdy. Dlatego ważne jest, aby cały czas przylegała ona do powierzchni drogi i nie odrywała się od niej podczas jazdy w różnych warunkach drogowych.

Aby zapewnić prawidłowy styk opony z nawierzchnią, konieczne jest stosowanie elementów tłumiących w układzie zawieszenia. To one rozpraszają energię zgromadzoną w sprężynie podczas pracy. Skutkiem tego jest zlikwidowanie efektu podbijania koła i utrzymanie stałego kontaktu opony z nawierzchnią. Dodatkowo, pozostałe elementy, takie jak przeguby i łączniki nie mogą mieć luzów i muszą być w nienagannym stanie. Uszkodzona tuleja metalowo-gumowa lub sworzeń wahacza mogą skutecznie obniżyć nie tylko komfort jazdy, ale też zakłócić pracę amortyzatorów, co odbije się na wydłużeniu drogi hamowania i nieprawidłowej pracy takich układów, jak ABS, czy ESP.

W tym miejscu wracamy do samych opon – są one też sprężyste, a amortyzatorem nie możemy bezpośrednio wpłynąć na ich zachowanie. Same w sobie zawsze będą pochłaniały i oddawały część energii wynikającej z sił działających na zawieszenie podczas jazdy.

Ze względu na fakt, że opona rozprasza tylko nieznaczną ilość energii, a tłumienie wynikające z zastosowania amortyzatora dotyczy w głównej mierze sprężyny zawieszenia – w układzie zawieszenia będzie powstawał rezonans. Są to nasilające się drgania, które powstają w przypadku, kiedy częstotliwość drgań dostarczanych z zewnątrz pokrywa się z częstotliwością drgań własnych układu zawieszenia. W momencie powstania rezonansu nacisk koła na nawierzchnię jest najmniejszy.

Zmniejszenie nacisku koła na nawierzchnię jest zjawiskiem niepożądanym, a nawet niebezpiecznym, dlatego stanowi podstawę testu zawieszenia metodą EUSAMA. Metoda ta opiera się na pomiarze siły nacisku koła na płytę pomiarową przy częstotliwości rezonansowej, która występuje w pewnym zakresie drgań. Zasada badań polega na procentowym określeniu siły przylegania koła do podłoża. W trakcie testu koło samochodu ustawiane jest na płycie najazdowej, która wprawiana jest w drgania o amplitudzie ok. 6 mm z częstotliwością 24-25 Hz. Po wyłączeniu wymuszenia badana jest siła nacisku koła na płytę, której drgania stopniowo wygasają. Częstotliwość, przy której notuje się najmniejsze naciski to częstotliwość rezonansowa.

Jeśli w trakcie badania koło oderwie się od płyty, mamy na pewno do czynienia z niesprawnym amortyzatorem. Ocenę skuteczności tłumienia amortyzatora określa wskaźnik EUSAMA który procentowo pokazuje stosunek minimalnego nacisku dynamicznego opony na podłoże (w trakcie wymuszenia drgań) ze statyczną siłą nacisku. Wskaźnik niższy od 20% świadczy o niesprawnym elemencie tłumiącym, natomiast wskaźnik 100% jest nieosiągalny.