Co možná nevíte o svém automobilu: odpružení podvozku (2.díl)

Aby jízda v automobilech nebyla utrpením, musí být něco mezi koly a karosérií. Tím mezičlánkem je systém odpružení, který může mít mnoho podob.

Odpružení obecně propojuje kola a nápravy se zbytkem vozidla. Slouží k redukci namáhání rámu nebo karosérie vozidla a také ke komfortnímu cestování i bezpečnosti jízdy. Stejně tak ale má zabraňovat nežádoucím odskokům kol od nerovností nebo jejich rozkmitání. Hlavní zásadou pro nejlepší účinnost jakéhokoliv systému odpružení je ukotvení tlumícího prvku co nejblíže náboji kola.

To věděli již staří Egypťané, na jejichž bojových povozech se poprvé objevily pružící prvky. Byla to především obdoba i dnes dobře známých listových per. Listová pera se objevila i na římských bojových vozech, většinou měla podobu sdružených dřevěných tyčí, kov se používal spíše výjimečně. Vývoj se pak na staletí zastavil. Ve středověku se používaly jako pružící prvky na hospodářských povozech nebo kočárech železné řetězy nebo kožené popruhy. Těmi byly nákladní nástavby nebo kabiny kočárů připevněny k podvozku, jehož nápravy odpružení zcela postrádaly. Tento systém se používal vlastně až do 19. století.

První pružiny a tlumiče

S příchodem průmyslové revoluce však přišly i změny v odpružení vozidel. Vozy a kočáry tažené koňmi byly konstruované pro relativně malé rychlosti. Jenže se začaly objevovat parní vozy a pro ně bylo potřeba najít účinnější systém odpružení. Už v roce 1804 si v Londýně jistý Obadiah Elliot nechal patentovat první vozidlo opatřené kovovými listovými pery. Jeho konstrukce vlastně odpovídala tomu, co známe i dnes. Nástavba vozu byla uchycena k listovým perům připevněným přímo na nápravy. Tento systém se rozšířil po celé Británii, později i na evropský kontinent. Ovšem kvůli ceně i náročnosti na výrobu se kovová listová pera používala u větších vozů, na menších se uplatňovaly hlavně na sebe kladené dřevěné lišty, podobně jako tomu bylo u vozů starých Římanů.

Ovšem k opravdovému pohodlí při cestování byla ještě dlouhá cesta. Až v roce 1898 použil francouzský cyklista J. M. M. Truffault na svém závodním bicyklu první typ tlumiče. Na přední vidlici zkombinoval kovové pružiny a tlumič na principu tření. O rok později americký automobilový nadšenec Edward V. Hartford viděl Truffaulta i jeho bicykl v akci při závodech ve Versailles a okamžitě rozpoznal potenciál onoho systému odpružení pro automobily. Oba se spojili a zanedlouho tlumiči opatřili jeden vůz značky Oldsmobile. Po několika letech společného podnikání se Hartford vrátil do Států, kde dál vyráběl systémy odpružení pro různé automobilové výrobce.

Výhody tlumičů prokázal v roce 1901 při slavném závodu Paříž – Berlín jezdec Henri Fournier. Se svým vozem Mors opatřeným tlumiči zvítězil časem 11 hodin a 46 minut a druhému v pořadí, neméně slavnému Léonci Girardotovi na Panhardu, nadělil náskok přes půl hodiny. Ovšem to, co je dnes u většiny dnešních vozidel běžné, tedy vinuté pružiny, si své místo na podvozcích automobilů našly až v roce 1906 díky Williamu Brushovi. O dva roky před tím William řídil bratrův Crestmobile a na nezpevněné silnici se v zatáčce vyboural. Crestmobile měl pouze odpružení pomocí listových per a na nerovnostech ztratil Brush díky vibracím od kol kontrolu nad vozem, sjel do příkopu a převrátil se. Jen pár hodin po této příhodě už Brush začal pracovat na automobilu podle jeho představ.

Za dva roky postavil typ Runabout, který byl vybaven již zmiňovanými vinutými pružinami. Vedle nich však na nápravy vozu Brush instaloval i tlumiče pérování, a tak se zrodil první vůz s dnes už běžnou kombinací pružin a tlumičů. Není bez zajímavosti, že ony tlumiče na Runaboutu pocházely od firmy již zmiňovaného Edwarda V. Hartforda.

Vinuté pružiny u svých automobilů začalo používat více evropských výrobců, například Gottlieb Daimler, nicméně většina setrvala u osvědčených listových per. Byla levnější a dala se snadněji přizpůsobovat hmotnosti vozu nebo jeho nákladu prostým přidáváním dalších listů nebo změnou tvaru. Vinuté pružiny jsou náročnější na výrobu a mají neměnitelné vlastnosti. Více se začaly uplatňovat vlastně až ve 30. letech, kdy se objevily výkonnější vozy se složitějšími systémy zavěšení kol, včetně nezávislých polonáprav. V té době se také místo třecích tlumičů začaly používat hydraulické.

Mezitím v roce 1922 přišla se systémem odpružení pomocí zkrutných tyčí britská firma Leyland. Ovšem o jeho rozšíření se postaral hlavně konstruktér Ferdinand Porsche se svým broukem. Nicméně odpružení listovými pery i nadále vládlo, například ve Spojených státech se u osobních vozů hojně používalo až do 70. let. V Evropě však už od druhé světové války kombinace vinutých pružin a tlumičů u osobních vozů listové pružiny postupně vytlačovala. Dnes se listová pera používají spíše u nákladních vozidel, a to hlavně na zadních nápravách.

Pasivní tlumicí systémy

Odpružení u automobilů dělíme na pasivní a aktivní (někdy také i na poloaktivní). Tradiční pružiny, pera a tlumiče se řadí do první skupiny, k aktivnímu odpružení patří všechny systémy, jejichž charakteristiky se dají z vnějšku ovlivňovat bez zásahů do konstrukce. Dnes nejrozšířenějším řešením odpružení automobilů je použití vinutých pružin a tlumičů, přičemž pružiny absorbují rázy od nerovností a tlumiče mají za úkol udržet pod kontrolou chování pružin. K pasivním řadíme i odpružení pomocí torzních tyčí, které vzniklo původně pro vojenská pásová vozidla, po druhé světové válce ale bylo běžné například u mnoha francouzských malých osobních vozů.

Velkou výhodou klasických vinutých pružin je adaptabilita na nejrůznější povrchy. Pružiny dávají i velmi dobrou zpětnou vazbu od kol, takže řízení je jaksi „přirozenější“. Na druhou stranu však mají dané vlastnosti a tuhost, takže charakter odpružení vozu se nedá výrazně měnit. To do jisté míry kompenzují tlumiče. V současnosti se používají hlavně tlumiče dvojčinné teleskopické s plynokapalinovou nebo plynovou náplní. Jejich vlastnosti se dají snadno variovat, navíc jejich výměna je snadná. U dřívějších třecích tlumičů ani jedno neplatilo, proto se také už v podstatě nevyskytují. Existují sice pružiny se stavitelným předpětím, ale ty se používají pouze u závodních aut.

Aktivní tlumicí systémy

U tohoto způsobu odpružení se obecně dá říci, že kompresi a odskok kol tlumí pomocí řízeného přepouštění média v systému. Jako médium se používá vzduch či kapalina, nebo kombinace obou. Největším přínosem aktivního pérování je rychlá a snadná změna světlé výšky podvozku a stejně tak rychlá a snadná změna charakteru odpružení. I když se může zdát, že vzduchové odpružení je moderní technologický výdobytek, není tomu tak. První systém vzduchového odpružení u automobilu použila ve Velké Británii firma Cowey, a to v roce 1909. Jenže moc dobře nefungoval, unikal z něj vzduch. S prvním opravdu použitelným přišel až Firestone v roce 1933 v experimentálním voze Stout-Scarab. Ten dostal místo pružin gumové měchy, do nichž vzduch vháněly malé kompresory u každého z nich.

Obecně se doplňování média v pneumatickém systému odpružení děje přes tlakový zásobník, do kterého vzduch žene kompresor. Je to proto, že se snižování světlé výšky a změkčení odpružení dosahuje odpouštěním vzduchu pryč ze systému. U hydraulických systémů se médium pohybuje v uzavřeném okruhu, změny charakteristik odpružení se dosahuje stlačováním inertního plynu v zásobníku. Oproti pasivnímu pérování jsou aktivní systémy mnohem flexibilnější, protože jejich charakteristiky se dají měnit v řádu sekund i méně, a to i za jízdy. Dokážou také lépe absorbovat nerovnosti. Díky měnitelné světlé výšce můžou zase příznivě ovlivňovat stabilitu vozu a jeho aerodynamiku, tím i spotřebu. Navíc udržují stejnou výšku podvozku bez ohledu na zatížení vozu nákladem.

Dalším vývojovým stupněm aktivního odpružení jsou adaptivní systémy, které zajišťují průběžnou změnu charakteristik pérování. Jsou zpravidla napojeny na řídicí jednotku, která neustále a v reálném čase vyhodnocuje data ze senzorů na nápravách i karosérii. Na základě nich pak během milisekund automaticky zvolí optimální nastavení tlumicích prvků. Aktivní systémy ale mají samozřejmě své nevýhody. Především je to komplikovanost a s tím spojená i vyšší cena. I v případě poruchy je cena oprav s pasivním odpružením neporovnatelná.