מערכות מתלים: החיבור אל הדרך

לעתים לא רחוקות, מזדמן לנו להתנסות במכוניות מעט קשישות ומייד אח"כ לחזור למאה הנוכחית. הפערים הטמונים בטכנולוגיות מהממים את החושים, ולזכותם של הדורות הוותיקים, ניתן למנות קירבה אגרסיבית לאמוציות הפרימיטיביות, אחריהן תרות היצרניות בימינו להעבירן בצורה מודרנית ובטוחה. ב-50 אחוזים מהמקרים, זה לא עובד. והקסם שכולם משוועים לו שיחזור וימלא את החוסר, מגיע במנה מאוד מלאכותית.

מאז ימי השחר של תעשיית הרכב, המעבר מדרכים משובשות לכבישים חלקים ונעימים לווה בהתפתחות מקבילה של מערכות המתלים: קפיצים, בולמים וכו'. הפעם הראשונה בה שולבה מערכת מסוג זה במכוניות, שעד אז התבססו רק על קפיצי סליל, הייתה בשנת 1903 על ידי צרפתי בשם אמיל מורס שהוסיף משככים למתכון הפשוט. מאותה נקודת פריצה, בה הבחינו וחשו ביתרונותיה של המערכת, מיהרו כולם להדביק את הפער בשני העשורים העוקבים, עד לתחילת השיווק המסיבי בשנות ה-30.

עומס וחלוקה הן מילות המפתח. מערכת המתלים פועלת בנמרצות ומגיבה ישירות לכל פעולה אותה אנו מבצעים. היעילות תלויה כמובן באיכות התכנון, הייעוד והמרכיבים הטכניים הכללים של הרכב. כך שהתכלית קובעת את הסדר: במכוניות ספורטיביות הנטייה היא להקשחה וריסון, במשאיות לעמידה בעומסים חריגים וברוב המכוניות המשפחתיות, נעשה מאמץ למצוא איזון בין בטיחות, נוחות וכן חוכמה מוספת במידה והרצון הוא להפגין דינאמיות משופרת לעומת המתחרות. אולם העיקרון המנחה אומר שצריך לדעת כמו ביחסים, להתפשר. זה לא תמיד מביא לתוצאה חיובית, אבל זה שומר על תקינות והלך התנהגותי מיוצב.

תכנון המערכת, דורש מידה מאוד גדולה של הבנה. זה אולי נשמע קל ופשוט, אך מומחיות הייצור משפיעה בסופו של דבר על אינספור משתנים הנוגעים לבטיחות וליכולת. מתלים טובים מהממוצע ברמתם, מביאים לעלייה משמעותית של אחיזת הצמיגים בכביש, דבר אשר משפיע באופן מהותי על העברת הכוחות ושיעור השיכוך על ידי בולמי הזעזועים, צורת הזווית ועוד. אך על מנת למצוא את הנוסחא המתאימה, נדרשים כמה מרכיבים חיוניים שאין להמעיט בחשיבותם.

בנסיעה יום-יומית, בודדים הם הנהגים אשר מקדישים מחשבה לכל מה שמתרחש מתחת לרגליים. למי בכלל יש זמן, הלא כך? אבל בואו נניח, לרגע, שכן עצרנו בכדי לתהות על פשרה של המערכת, ונראה מהן מעלותיה והשפעותיה על תנועת המרכב. ראשית כל, ואולי אף החשוב ביותר הוא הריסון.

בידוד תנודות והקטנת השפעות הדרך על הרכב ומכלליו על ידי ספיגת זעזועים ושיכוך רעידות הרכב וקפיצותיו, נעשה באמצעות קפיצים ובולמי זעזועים. שתי יחידות אלו הפועלות במקביל, וכל אחת לחוד, נרתמות לתפקוד שונה. בעוד הקפיץ משכך את הרעידות ומפזרן, הבולם מרסן את תנודות הקפיץ ושולח מסרים מסוננים לשלדת המכונית.

שנית וכפי שכבר אמרנו, המערכת שומרת על מגע הדוק בין הגלגלים לכביש. מה שמבטיח אחיזה טובה תחת בלימות חריפות, סיבובים מעקמי כוחות, דרכים משובשות, האצה וכן עמידה ברוחות צד חזקות. כלומר ייצוב המכונית, בכל תנאי הדרך האפשריים. מעבר לכך, המתלים מאפשרים קיום תנועה אנכית של כל אחד מהגלגלים כלפי המרכב בעת הפעלת כוחות דחיפה, משיכה או בלימה, תוך שמירה מרבית על זווית ההיגוי.

תפקוד נוסף נוגע לחלוקת העומס על כל ארבעת הגלגלים בסיטואציות מסוכנות ככבישים משובשים או שינויים דרסטיים בכוחות הפועלים על המכונית. אותן זוויות נאות לעין בתצלומי מבחנים למשל, מגלמים בדיוק את השפעת המשקל על המתלים ואת עומקו של המהלך, בכל מצב נתון. תחת האצה המתלה הקדמי עולה (המשקל עובר אחורה), בבלימה העומס מרבי (המשקל עובר קדימה) ובסיבובים העומסים מתחלקים על פי הכיוון.

שני סוגים עיקריים מחלקים את התצורות כפי שאנו מבינים אותן כיום: המתלה הקשיח והמתלה הנפרד. במקרה של הראשון, שני הגלגלים מחוברים לקצותיה של קורה קשיחה. כל שינו במצבו של אחד הגלגלים, גורם לשינוי שפיעת הגלגל השני. מתלה זה פשוט וזול יחסית ומקנה לרכב יציבות כנגד רוחות צד. כמו כן, שחיקת הצמיגים נותרת אחידה ומקבילות הגלגלים נשמרת כמעט תמיד. עם זאת, חסרונותיו הם משקל ונפח מכביד, פגיעה בנוחות הנסיעה והשפעה הדדית על הגלגלים.

לעומתו, המתלה הנפרד מציג פיצול בין האופנים. וזהו למעשה המנגנון הנפוץ ביותר כיום במכוניות סדרתיות להן סוגי מערכות מגוונת כעצמות עצה כפולות, מתלה זרוע נגררת ועוד. כל אחד מתחבר באופן עצמאי אל המרכב, והתכנון מאפשר לכל גלגל תנועה אנכית נפרדת, שאינה משפיעה על הגלגל השני. ריסון התנודות יעיל יותר, הנוחות גבוהה ושינוי הגמישות הוא בהתאם לדרך והמעמס ללא תלות בין האופנים. כפועל יוצא מכך הבטיחות טובה יותר והמכונית מפגינה יציבות נאותה.

כשבוחנים את מבנה התרכובת, מבחינים בשוני שבין שתי היחידות. מערכת הקפיצים היא פשוטה ועובדת על פי עקרון אלסטי בסיסי; כשלעצמו, הקפיץ מספק שיכוך רעידות תמידי אולם ללא עזרתו של הבולם, המכונית מאמצת התנהגות של שיכור ומאבדת כל קשר בטיחותי עם הכביש. הבולם חייב לרסן את תנודות הקפיץ ולהבטיח אחיזה בכל מצב. בולם זעזועים בנוי בצורה קצת יותר מתקדמת (צילינדר) מקפיץ פשוט כשבמרכזו נעה בוכנה מחוררת. תנועת הבוכנה מאלצת את הנוזל לזרום מתא אחד לשני ובכך להאט את התנועה.

למעט שכלולים שלא הגיעו לתעשייה כמוצר ממוסחר, רוב המכוניות הפרטיות והכלים הכבדים משתמשים בטכנולוגיה זהה. בחזקת הנמצא, מספר פיתוחים משמשים היום את המכוניות כשבראשם הספיראליים (סליליים). אלו מוצאים את מקומם במכוניות פרטיות לרוב משום שמשקלם נמוך מאוד,לא נוצר חיכוך מכני,המימדים קטנים והנוחות נדיבה. כמו כן, עלות הייצור אבסורדית מפני שמדובר בתיל פלדה מסובסב. עבור הסגמנט הקטן, קפיצי פיתול מתפקדים במידת הצורך. לדידם, אפשרות לכוון את מרווח הגחון וכן גודלם ומשקלם מיטיב עם צמצום המשקל הכללי על הרכב.

שיטה נוספת, הפעם עבור מכוניות מסחריות וטנדרים היא טכניקת קפיצי העלה. למרות פשטותם, מדובר במערכת פחות יעילה, כבדה ומעיקה על מכלול המערכות ואינה אפקטיבית דיו לשימוש במכוניות פרטיות. מגבלותיה הן ריסון מוגבל ולא אחיד, רעשים מכאניים ועיוות המקבילות בסיבובים. מהעבר הרחוק והקרוב כאחד, קפיצי גז סוגרים את הרשימה, עם שימוש בתאי נוזל של שני הגלגלים ביניהם מחובר צינור המשווה ומאזן את העומסים על המרכב.

המפורסם ביותר בתעשיית הרכב, הוא ללא ספק המתלה ההידרופנאומטי של סיטרואן. מערכת זו הצליחה להפוך את מלאכת הנוחות לאומנות של ממש, על ידי שילוב של כמה גורמים ומכאניקה מתקדמת. במקרה זה, משאבה חשמלית ללחץ שמן ומנגנון אוטומטי, מכוונים את גובה המרכב. ומאפשרים הנאה והנעה מכמה יתרונות חשובים: יציבות ואחיזה ברמה גבוהה מאוד ללא תלות במשקל המטען, הצמדת הסרנים לקרקע תוך הגדלת כושרה של המכונית להאט באופן יציב. וכן שיפור איכות הנהיגה בכל תנאי הדרך. גדולתה של סיטרואן היא האפשרות הסלקטיבית בין מצבי המתלה. בלחיצת כפתור ניתן להגביה או להנמיך את המרכב על פי תנאי הדרך ולחלוף על פני מכשולים או לתקוף פניות ללא חשש.

אחרונה ובהחלט חביבה, היא מערכת המתלים האקטיבית. הפריצה הטכנולוגית של העשור האחרון לקחה את איכות הנהיגה למחוזות חדשים לחלוטין. ובמימד הזה, האלקטרוניקה הצליחה להתגבר על המגבלות הפיסיקליים של המכלולים המכאניים, ולהעניק חווית נסיעה מגוונת ורב-ברירתית.

במרכז העניינים פועל מחשב אשר נעזר בחיישנים ומנגנון מכאני, לשינוי תכונות הספיגה של בולם הזעזועים כתגובה לתוואי הכביש המשתנה. המחשב קורא את הנתונים הנשלחים מחיישני "השטח" (מהירות תנועת הבולם ומשרעת הכיווץ והפתיחה), ושולח מסרים למערכת ההידראולית לתפקד על פי הנדרש. זו קובעת את מידת פתיחת חרירי מעברי השמן בתוך בולם הזעזועים. במילים אחרות, אם המערכת מזהה תנודתיות רבה בבולם הזעזועים (מעיד על שיבושים רבים), נפתחים מעברי השמן כדי לאפשר ספיגה רכה יותר של הבולם. אולם, אם המערכת מזהה עומסי גוף כבדים המגיעים כתוצאה מביצוע פניות מהירות או האצות ובלימות חזקות, יסגרו אותם חרירים למעבר השמן כדי להקשיח ולהגביל את תנועת הבולם. מרבית המכוניות המצוידות במערכת זו, מעמידות גם בפני הנהג את הבחירה בין מצבי נוחות שונים, בהתאם לטעמו האישי.