שיפור עוקב
לאחר המעבר למתלה עם זרועות חצי עוקבות (
ראה הכתבה הקודמת), שהוכיחו עצמן כיעילות באופן יחסי, נפנו מהנדסי פורשה לטפל בעוד עניין פעוט שנבע ממבנה המתלה בעל זרועות אלו. הבעיה שנוצרה נבעה מהפיזיקה של הבלימה: כאשר הרכב בולם, גוף המכונית שואף להמשיך קדימה ולנתק עצמו מהמתלה האחורי, הנבלם ע^י הבלמים. הואיל והזרועות החצי עוקבות מחוברות לגוף המכונית באמצעות תותבי גומי, למניעת רעשים ורעידות, גמישות התותבים מאפשרת את תנועת הגלגל החוצה, וגורמת להיגוי יתר. בבואם לתכנן את המתלה האחורי של ה-928 בתחילת שנות ה-70, אותה 928 שהיתה מהפכנית לפורשה במיקום המנוע מלפנים, החליטו תלמידיו של פרדיננד פורשה לפצל את הזרוע החצי עוקבת לשתי זרועות, כשביניהן פרק המאפשר תנועה יחסית ביניהן. כך, בעת בלימה או פניה, כשפועלים כוחות הבלימה והסיבוב על המתלה, הפרק מאפשר לזרוע הקדמית סיבוב עם הכוח, אך זה אינו מועבר לגלגל. כך בוטל היגוי היתר, ובתנאים מסויימים, אף מושג תת היגוי. בפורשה?? אכן כך! מתלה זה, שבעצם היה אבי המתלים האחוריים בעלי ההיגוי הפאסיבי, כונה ^מתלה וויסאך^ (Weissach), על שם העיירה הנושאת שם זה, בה ממוקם מרכז המחקר והפיתוח של פורשה.
תת השילדה קוראת תיגר על ה- NVH
כאמור לעיל, חיבור המתלה, כל מתלה, לשלדה נעשה תוך שימוש בתותבי גומי. כך זה בחיבור מתלה המקפרסון, בו מולבש תותב גומי בין תושבת הקפיץ העליונה לבית הגלגל (שוב, נושא שסוקר
בכתבה הקודמת), בקפיצי עלים בחיבורם לשלדה ובכל מחבר ומתלה אחר בהם דנו בכתבות האחרונות. מטבע הדברים, מספר נקודות החיבור נספר על אצבעות יד אחת. באופן זה, כל התנודות, הרעשים והנוקשות, המכונים NVH, קיצור של Noise, Vibrations & Harshness, והנובעים מהמגע עם הכביש, מועברים לשלדה תוך שיכוך די מוגבל של תותבי הגומי. הגדלת מספר נקודות המגע היה משפר את כל הפרמטרים הללו, קרי, מקטין את רמת הרעש, הרעידות ונוקשות הנסיעה. הפתרון שהוצע היה חיבור המתלה למבנה מתכת, שישמש כתת-שלדה, עדיין תוך שימוש בתותבי גומי. מבנה זה יוּצר ממתכת קלה יותר, בדרך כלל סגסוגת אלומיניום, על מנת להקטין את המשקל הנוסף ככל שניתן. את מספר נקודות החיבור של תת השלדה לשלדה עצמה ניתן להגדיל כמעט ללא הגבלה, ובכך לפזר את כל מרכיבי ה- NVH על מספר רב של תותבי גומי, כך שלכל אחד מהם אפשרות טובה יותר להתמודד עימם. הואיל וחלק ממרכיבי ה- NVH נספג כבר בתת השלדה, והשאר משוכך ע^י תותבי הגומי, איכות הנסיעה במכונית בעלת תת שלדה, טובה בהרבה ממכונית דומה שאינה בעלת תת שלדה. במכוניות המכוונות לנהיגה ספורטיבית, נהוג להחליף את תותבי הגומי בכאלה מחומר פולימרי (פוליאוריתאן, למשל). באופן זה, החופש של המתלה מוגבל יותר, ההתנהגות הדינמית טובה יותר, אך אליה וקוץ בה: הרעידות והרעשים יהיו פחות נסבלים בתוך הרכב.
לתת השלדה יש גם חסרונות, אלא שאלה באים לידי ביטוי רק אם אתה נהג פראי במיוחד: מבנה תת השלדה, כנראה בתמונה, בנוי מקורה המיועדת לעמוד בכוחות אנכיים וכוחות צד מסויימים, המתפתחים בנהיגה סבירה ובכבישים רגילים. כוחות חזקים יותר, שייווצרו עקב חבטות חזקות במדרכות או עקב עליה פתאומית ומהירה על מהמורה, עלולים לעקמה ולגרום לבעיות יציבות ונוחות, אם זו תת שלדה אחורית, ובעיות היגוי קשות, בתת שלדה קדמית. כך, על אף שתת השלדה הייתה רכיב במכוניות יוקרה ויוקר בלבד, כדרך כל רכיב מצאה את מקומה גם במכוניות עממיות יותר, כמו האסטרה, הגולף ויצירי ג'י.אם רבים (שברולט קמארו ומאליבו, פונטיאק פיירבירד, טראנס-אם, גרנד פרי ודומיהם).
חנקן פסגות
גזים, ככלל וחנקן בפרט, ניתנים לדחיסה, בעוד שנוזלים אינם משתפים פעולה בתחום זה. תכונות מנוגדות אלה נעשות יעילות במיוחד כאשר באים לתכנן מערכת מתלים: האויר, בשל דחיסותו, יכול לשמש כקפיץ בעוד שהנוזל, ובמקרה שלנו, שמן הידראולי, מבצע את כל שאר הפעולות להן נדרשים כוח והתנגדות, כמו ייצוב הרכב בפניות ושמירה על זוית גלגול המרכב. החלוצה בשימוש בתכונות אלה לתכנון המתלים היתה, איך לא, סיטרואן. כבר בשנת 1952, 17 שנה לאחר שאנדריי סיטרואן בעל המעוף כבר לא היה בחיים, הגו מהנדסי החברה את המתלים ההידרו-פניאומטיים הראשונים, שהותקנו באחוריה של הטרקסיון אוואנט. מכונית מדהימה זו, שייצורה החל עוד ב-1934 ונמשך עד 1957, היתה ארנב הניסוי לפני שילוח המכונית לה יועדה המערכת: ה-DS19, דמויית הצפרדע, שהשאירה את עולם הרכב פעור פה ב-1955, עם הצגתה בתערוכת פאריס. משאבת השמן החזקה שהותקנה בה והונעה ע^י המנוע, שימשה לא רק לצורך המתלים, אלא גם כתגבור להגה, למצמד ולהעברת ההילוכים, כולם ניזונים מאותו נוזל הידראולי. באופן עקרוני, הפתרון שהגו מהנדסי סיטרואן ביטל את הצורך בקפיצים ובמרכיבי המתלה הרגילים. ע^י הזרמת שמן לבולמי זעזועים מיוחדים ממאגר מרכזי, נקבעו גובה המרכב ועצמת השיכוך. מנגנון הויסות להזרמת הנוזל היה זרוע מכנית, שתנועותיה ביחס למרכב פתחו וסגרו את פתחי כניסת הנוזל. פשוט? הרעיון כן, הביצוע, קצת פחות.
לב המערכת הינו משאבת השמן המרכזית, המונעת באמצעות רצועה המחוברת לגלגלת (פולי). משאבה זו בנויה משבע בוכנות קטנות, בקוטר של מטבע של שקל, המופעלות אחת אחרי השניה באמצעות זרוע המסתובבת מהגלגלת. בעליית הבוכנה היא שואבת שמן מהמאגר המרכזי, ובירידתה היא דוחפת אותו דרך צנרת לשישה מיכלי לחץ כדוריים (כך ב- DS). בארבע פינות המרכב מותקנים המתלים, שבקצה כל אחד מורכב מיכל לחץ כדורי שמכונאינו הצברים העוקצניים נוהגים לכנותם ^בומבות^. ארבעת המיכלים הכדוריים מחוברים בזוגות (קדמי ואחורי) למיכל כדורי מרכזי, המחובר למשאבה הראשית.
מיכלים כדוריים אלה מכילים בתוכם מחיצת גומי גמישה וחזקה, המפרידה את הכדור לשני חצאים: העליון מכיל חנקן בלחץ גבוה והתחתון מכיל את השמן המוזרם מהמשאבה. כאשר השמן מוזרם לתוך הכדור, נדחפת המחיצה כלפי מעלה, ודוחסת את החנקן עוד יותר. כאשר הגלגל המחובר למתלה עולה על מהמורה, נדחס השמן באמצעות הבוכנה לתוך חצי הכדור התחתון, וזה דוחס את החנקן בחלק העליון. פעולת החנקן מחליפה את פעולת הקפיץ, ומעבר השמן הקטן בין הבוכנה לכדור מאפשר את פעולת הבוכנה כבולם זעזועים. כאשר הגלגל חולף את המהמורה, הבוכנה יורדת, הלחץ בחצי הכדור בו נמצא השמן פוחת, ולחץ החנקן דוחף את השמן החוצה, עד להשגת שיווי משקל בלחצים. מדוע בכלל נדרש הכדור? המשאבה המרכזית מספקת את לחץ השמן בדְפָקים (פולסים), עקב אופן פעולתה. ברם, חלקי המתלה זקוקים לזרימה אחידה ורציפה של שמן, על מנת שפעולתם תהיה חלקה. הכדור משמש כ^מיישר זרם^, ע^י שמירה על לחץ קבוע בזרימת השמן למתלה.
ביציאת השמן מהכדור המרכזי, הוא נתקל בשסתומי השוואת גובה. אלה מקפידים שהלחץ בשני המתלים על אותו סרן יהיה שווה. באופן זה, המרכב מאוזן בכל מצב, כולל בעת פניות במהירות גבוהה. זוית הגלגול של המרכב מתבטלת, והגלגל האחורי-פנימי, זה שבדרך כלל נוטה להתרומם ראשון, נשאר צמוד לכביש.
להבדיל מהשוואת הלחץ על אותו סרן, בין הסרנים יכול להיווצר הפרש לחצים, כך שכשהמכונית עמוסה, יוזרם יותר שמן לסרן האחורי ויאזן את חלוקת המשקל, שפירושה התנהגות דינמית טובה יותר. שסתומי השוואת הגובה פועלים באופן יעיל בפשטותו: זרוע מחברת בין המרכב לבין השסתום. תנועת הזרוע, עקב תנועות המרכב, פותחת וסוגרת מעברי שמן בשסתום, המוזן מהלחץ הקבוע שבמיכל המרכזי. אם, לדוגמא, עומס משקל על הסרן האחורי יגרום לשקיעת המרכב, תנועתו כלפי מטה תדחוף את הזרוע, מעבר שמן ייפתח והשמן יזרום למתלה. המרכב יתרומם, וכשיגיע לגובה שכוייל מראש, הזרוע תגיע למצב נייטראלי, והנוזל הכלוא במערכת ישמור את הגובה.
באופן זה, יכולה המכונית להשתמש במערכת כמערכת בטיחותית במקרה של צמיג שהתפוצץ - השוואת הגובה מונעת את איבוד השליטה, וגם מאפשרת החלפת גלגל ללא צורך במגבהָ מכני.
אקטיביות הידראולית
עם התקדמות הטכנולוגיה בכלל, והאלקטרוניקה בפרט, היה זה אך טבעי לשלב בין הטכנולוגיה המתקדמת של סיטרואן לבין יכולות המיחשוב שהתפתחו. במערכות ההידרו-פניאומטיות הראשונות, הבקרה היתה מכנית לחלוטין, כפי שנזכר לעיל. כניסת המחשבים לרכב איפשרה לסיטרואן להעביר את בקרת מערכת המתלים למחשב יחיד, אליו היו מחוברים חיישנים שונים. החיישנים מסרו מידע על זוית סיבוב ההגה ומהירות סיבובו, קצב השינוי במצב דוושת התאוצה, כוח הבלימה המופעל, תנועת המרכב ומהירות הרכב. שקלול כל הפרמטרים הללו מאפשר למחשב להחליט אילו מעברי שמן לפתוח, על מנת לשמור על יציבות הרכב ואיזונו. באמצעות המידע שזורם אליו מהחיישנים באופן רציף, מבצע המחשב שינויים במצב המתלים, בתוך חמש מאיות השניה. וברגע שהאלקטרוניקה בשטח, ניתן לתכנת מצבי רכות שונים למערכת, המאפשרים להגיע לפשרה(?) מיטבית בין נוחות הנסיעה להתנהגות הדינמית: ניגודים, שבכל שאר המערכות שנסקרו בסידרת הכתבות האחרונה, אינם מגיעים לרמת הפתרון הסיטרואני. מערכת זו, שנקראה ^הידראקטיבה^ הותקנה בדגמי ה- XM והקסנטיה.
מה היה לנו?
בסידרת הכתבות שדנה במתלים, סקרנו את התפתחות המתלים, מהראשוניים והפרימיטיביים ביותר ועד למתקדמים והאופטימליים. חשוב לציין, עם זה, כי על אף היתרונות הדינמיים הגלומים במתלים המתקדמים יותר, לא נזנחו המתלים הבלתי עצמאיים ומושקע בהם מאמץ ניכר בשיפורם. הסיבה לכך היא בדרך כלל כלכלית: המתלים הבלתי עצמאיים זולים בייצור באופן ניכר, וברובם עושים את העבודה בסוגי הרכב בהם הם מותקנים, בעיקר טנדרים, משאיות קלות ורכבי שטח.
הניגוד המובנה בין התנהגות דינמית לבין נוחות נסיעה, מושפע בדרך כלל גם מהצלע השלישית במשולש: כסף. פשרה תמיד כואבת, ובהנדסה של ייצור סידרתי לעולם ניאלץ להתפשר. הבחירה בין כיול לנוחות לבין התנהגות ספורטיבית, בעבור חופן שקלים נתון, תישאר אצל הקונה.
