Konstrukce podvozků, díl 1.: Proč?

Municí při hospodských přestřelkách motoristických fandů bývají koňské síly. Fenomén TDI rozšířil repertoár pivních odborníků také o pojmy jako točivý moment a newtonmetr. Jenže ať má vaše auto sebevíc koní, newtonmetrů nebo točivých momentů, na papíře mu nejsou k ničemu. Musí je přenést na silnici, což není možné bez dobrého podvozku. A nejen to. Kdo pouští z řetězu tři stovky koní, potřebuje způsob jak je dostat zpátky do ohrady. Málokterý řidič venčí celé své stádo desetkrát denně, ale rozjíždíme se, brzdíme a zatáčíme v podstatě neustále. Nic z toho nejde bez schopných závěsů ve všech rozích. Pojďme se krátce podívat, co za jízdy dělají kola a jak dosáhnout toho, aby dělala co mají.Základní cíl při navrhování podvozku je prostý – zmírnit přenos rázů od silnice na karoserii. Kdyby byly silnice rovné jako (dobré) zrcadlo, podvozek by žádné pohyblivé části nepotřeboval. Kola bychom mohli připevnit rovnou ke karoserii. Všimněte si, že podle předchozích vět je odfiltrování nerovností základním úkolem podvozku, nikoli úkolem jediným. Kola potřebují také trakci a přilnavost, aby auto správně zrychlovalo, brzdilo i zatáčelo. Kdyby však byly silnice dokonale rovné, adheze i smykové tření by závisely téměř výhradně na použitých pneumatikách a pohyblivých závěsů by opět nebylo nijak zvlášť třeba.

To je velmi zjednodušený pohled na svět, jenže tak jako tak není příliš relevantní. Silnice rovné nejsou a ty české zvlášť ne. Inženýři proto hledají stále chytřejší způsoby, jak oddělit karoserii od silnice. Okolo problému konstrukce podvozků za posledních sto let vznikla celá věda. Podvozkoví mágové už dávno shodili špinavé montérky a změnili se v šamany v bílých pláštích. Zaklínají superpočítače a hledají Velkou pravdu mezi nulami a jedničkami. Že to nemají jednoduché, dokazují mizerně a ještě hůř naladěná auta, která potkáváme v jednadvacátém století stejně jako před dvaceti lety.Proč náš svět nebude lepší
Mnozí tvrdí, že tito zaklínači hledají ideální kompromis mezi komfortem a ovladatelností (zatím nerozlišujme mezi trakcí a dalšími disciplínami). To není správné zjednodušení, i ten nejzákladnější model by měl brát v úvahu alespoň ještě jeden faktor, a to náklady. Pak můžeme vyslovit jednoduché pozorování, že dosud používané koncepce umí spojit dva z těchto tří požadavků. Jsou pohodlné a levné, nebo dynamicky schopné a levné, nebo – málokdy – pohodlné a schopné, jenže velmi drahé.

Můžete se ohánět několika dobrými kompromisy. Poslední Ford Focus RS byl dynamicky nadaný a ve vyšších rychlostech překvapivě pohodlný. Jenže stál o čtvrt milionu víc než verze ST. A vsaďte si, že velká část cenového rozdílu šla na vrub tlumičům. Renault Clio Trophy, prodávaný jen ve Spojeném království, platí za jeden z nejschopnějších ostrých hatchbacků vůbec. Na správné silnici podle britských médií je a vždy byl stejně rychlý jako ta nejlepší ferrari a lamborghini. Od Clia RS 182 se liší především závodními tlumiči Sachs za 1265 liber. Za kus! Při dnešním kurzu to je třicet šest tisíc korun. I kdyby je Renault kupoval za polovic, tlumiče Clia Trophy by pořád tvořily víc než desetinu jeho šestisettisícové cenovky. Některé modely Mercedesu, především třída S, umí vozit posádku v naprostém pohodlí, aniž by ztrácely schopnost jet rychle. Ani ve Stuttgartu neprodávají zrovna levná auta a lepší tlumení si mohou dovolit.Všechny tři příklady výše spojuje nadměrný výskyt slova tlumič. Možná bychom si tedy měli povědět proč. Právě kvalita tlumičů, a do jisté míry také pružin, ovlivňuje chování auta zdaleka nejvíc. I nejprimitivnější podvozek se může stát schopným. Mustang s tuhou zadní nápravou, nebo Clio, vzadu s prostou zkrutnou příčkou, mohou pořádně zatopit sériovému BMW M3, pokud dostanou pořádné tlumiče. A mohou při tom být také pohodlné. Vždyť speciály WRC platí za komfortní stroje. Přesto jistě nikdo z vás nepochybuje, že nic moc rychlejšího po světových okreskách nejezdí. Jenže jejich tlumiče stojí jistě víc než ty na nejrychlejším Cliu.

Naše auta by mohla jezdit lépe, pokud by měla lepší tlumiče. Ale lepší znamená v tomto případě výrazně dražší, jak už jsme konečně viděli. A to si výrobci nemohou dovolit. Fabia RS s dobrým podvozkem by jela daleko lépe, jenže by stála o padesát, šedesát, sto tisíc víc. Tipněte si, kolik zákazníků by je chtělo zaplatit. Automobilky proto zůstávají u prověřených jednoduchých tlumičů, které se přirozeně snaží optimálně naladit. Co nejlepšího kompromisu mezi komfortem a ovladatelností pak dosahují drahým vývojem komplikovaných zavěšení, jejichž výroba je stále relativně levná. Vysoké fixní náklady na vývoj se rozpustí do velkého objemu prodaných vozů a cena na straně výroby je nižší než pokud by všechna auta měla třeba ony tlumiče Sachs.Proč je náš svět špatný
Ale nač vůbec auto potřebuje pružiny, tlumiče nebo závěsy? V čem spočívá základní trik? Nerovný povrch silnice nepředává kolu žádné konkrétní množství energie. Hrbol kolo „nakopne“ do vzduchu rychlostí, která, zjednodušeně řečeno, závisí pouze na dopředné rychlosti auta a tvaru nerovnosti (teď zanedbáváme například vliv pružnosti pneumatiky). Ať už skupiny, které jsou v kontaktu se zemí, váží kolik chtějí, odnesou si ze stejné kolize přibližně stejnou vertikální rychlost. Pokud by kolo s karoserií tvořilo kompaktní celek, přejetá nerovnost by udělila vertikální rychlost celému autu. Vaše Audi by tedy poskakovalo po silnici jako koza a létalo by stejně vysoko jako sousedovo Mini.

Skutečná auta proto mají kola pohyblivá ve svislém směru nezávisle na karoserii. Ránu od nerovnosti dostane celek závěs-brzda-kolo, který si odnese jistou vertikální rychlost. Jeho vazba na karoserii není ani v klidovém stavu zanedbatelná, ale stále daleko menší než pokud by kolo bylo s karoserií spojeno pevně. Protože neodpružené součásti váží řádově desítky kilogramů, jejich vertikální rychlost je ekvivalentní relativně rozumné energii (E = m * v² / 2, kde m je hmotnost, v rychlost). Na karoserii se v první chvíli přenáší jen její nutné minimum, zbytek předá náprava postupně. Přesný průběh těchto dvou fází (a tedy pohodlí posádky) je určen nastavením podvozku.Postupné předávání energie nepředstavuje pro těžkou karoserii takový šok. Podle vzorce výš jí odpovídá jistá vertikální rychlost, která je daleko nižší (m1 * v1² = m2 * v2², neboli m1/m2 = v2²/v1²). Část této energie se navíc zmaří v tlumiči, který ji změni v teplo. Výsledkem je, že kolo může krátce skočit, ale dopady na karoserii jsou malé. Síla pružiny potom přitlačí letící kolo rychle zpět k zemi. Asi tušíte, že čím lehčí kolo a závěs jsou, tím menší energii předávají karoserii. Tyto neodpružené hmoty výrazně ovlivňují vlastnosti auta. Nejde jen o komfort, pokud se má podvozek chovat dobře po dynamické stránce, potřebuje udržet kola na zemi. To znamená dostat je po každém velkém nárazu co nejrychleji zpět na povrch, což jde opět tím snáz, čím lehčí kolo je.

Pokud se vám takové zjednodušování světa nezdá, chápu vás. Vesmír není prosté místo a kompletní popis problematiky konstrukce podvozků by daleko přesáhnul místo vymezené tomuto článku. Berte ho prosím jen jako stručný nástin podoby světa okolo nás. Příště si povíme o tom, co že jsou ony tlumiče a pružiny, kde rostou a co vlastně dělají. K samotné konstrukci podvozků, kvůli které tento článek začal vznikat v první řadě, se vrátíme ve třetím pokračování.

redakce autoweb.cz