Zawieszenie klasycznych tylnonapędowców: Hotchkiss drive i nie tylko

Dziś wpis o tylnym zawieszeniu klasycznych aut z napędem na tył, a konkretnie o rozwiązaniu, które to z angielska zwie się Hotchkiss drive. Być może dla wielu Polaków termin ten brzmi tajemniczo, jednak multum polskich samochodziarzy miało auto z układem Hotchkiss drive. Tego typu system występował między innymi w Polskim Fiacie 125p oraz w Polonezie.

Autor: SMKA

Hotchkiss drive z definicji

Zgodnie z polską terminologią, system Hotchkiss drive można chyba opisać następującymi słowami: sztywny most napędowy resorowany resorami piórowymi. Nazwa Hotchkiss drive wzięła się od francuskiej firmy Hotchkiss: owa firma produkowała na początku XX wieku samochody z tego typu układem napędowym. Aczkolwiek już wcześniej amerykańska firma Peerless produkowała auta o zbliżonym układzie napędowym.

Hotchkiss drive może być stosowany zarówno w aucie z nadwoziem samonośnym, jak i w samochodzie zbudowanym na ramie.

Konstrukcja układu Hotchkiss drive

Auto z układem typu Hotchkiss drive ma silnik z przodu i napęd na tył: czyli klasyczny układ napędowy. Tylne zawieszenie ma postać sztywnego mostu napędowego resorowanego dwoma półeliptycznymi resorami piórowymi. Resory umieszczone są wzdłużnie w stosunku do nadwozia. Resory pełnią nie tylko funkcję elementu zapewniającego resorowanie: pełnią one również rolę elementu prowadzącego tylny most napędowy. Czyli nie mamy wahaczy, ich rolę odgrywają resory.

Resory piórowe podczas pracy zawieszenia zmieniają swoją długość. Stąd też tylna część resoru mocowana jest do ramy przy pomocy elementu zwanego wieszakiem. Względnie współczesne auta osobowe z układem Hotchkiss drive, mają most napędowy umieszczony ponad resorami (układ underslug). Sprzyja to niskiej sylwetce auta.

Przy układzie Hotchkiss drive, napęd przenoszony jest od skrzyni biegów na most napędowy, poprzez wał napędowy. Aby wał napędowy mógł się odchylać względem skrzyni biegów i mostu napędowego podczas pracy zawieszenia, stosowane są dwa przeguby. Jeden przy skrzyni biegów, drugi przy moście napędowym. Przeguby nie muszą być równobieżne: układ dwóch przegubów krzyżakowych działa zasadniczo jak przegub równobieżny.

Resory piórowe mogą pełnić między innymi funkcję amortyzatora ciernego: pomiędzy piórami resoru występuje tarcie. Jednak mimo tego, względnie współczesne auta ze sztywnym mostem z resorami piórowymi, mają na tylnej osi hydrauliczne amortyzatory teleskopowe odpowiedzialne za tłumienie drgań.

Resory jako element prowadzący

Jak już wcześniej napisałem, w układzie Hotchkiss drive, to resory pełnią funkcję elementów prowadzących. Przyjrzyjmy się powyższemu rysunkowi. Jak dajemy gazu w tylnonapędowym aucie, most napędowy chce się obrócić w sposób zaznaczony kolorem niebieskim (litera M). Jest to tak zwany moment skręcający.

Podczas hamowania most będzie chciał się obrócić w przeciwną stronę co podczas przyspieszenia. Typowe auto z układem Hotchkiss drive nie ma specjalnych elementów (wahacze/drążki reakcyjne), które to zapobiegałyby owemu obracaniu się mostu napędowego. Po prostu resory piórowe, oprócz resorowania, zapobiegają owemu niepożądanemu obracaniu się mostu.

Kolejna sprawa: jak mamy klasyczne auto tylnonapędowe, to koła napędowe napędzają most napędowy, a most napędowy napędza nadwozie auta. Stąd też siłę napędową (na rysunku kolor zielony i litera P) trzeba jakoś przenieść z mostu napędowego na nadwozie.

Typowe auto z układem Hotchkiss drive nie ma żadnych specjalnych elementów odpowiedzialnych za przenoszenie siły napędowej z mostu napędowego na nadwozie. Resory piórowe za to odpowiadają. Podobnie resory piórowe, podczas hamowania, przenoszą siłę hamowania z mostu napędowego na nadwozie.

Podczas jazdy po zakrętach, most napędowy może mieć tendencję do niekorzystnych ruchów lewo/prawo względem nadwozia. Aby temu zaradzić, niektóre auta mają takie rozwiązania jak drążek Panharda albo układ Watt’s linkage. Natomiast w archetypicznym aucie z układem napędowym Hotchkiss drive, nie mamy takich rozwiązań. Po prostu resory piórowe zapobiegają niepożądanym ruchom mostu napędowego w płaszczyźnie lewo/prawo.

Hotchkiss drive a stabilizator

Sztywny most napędowy z resorami piórowymi może mieć stabilizator zapobiegający nadmiernym przechyłom nadwozia podczas jazdy na zakrętach. Poniżej cytat z książki Samochód nowoczesny. Książka została napisana we wczesnych latach 50., czyli w czasach kiedy to nadal dominował sztywny most napędowy z resorami piórowymi:

Większa część nowoczesnych samochodów osobowych ma przy tylnej (rzadziej przy przedniej) osi stabilizator. Stabilizator jest to sprężysty drążek poprzeczny stanowiący wspólną oś, na której z obydwóch końców są umocowane ramiona amortyzatorów. Wskutek tego, gdy ugina się jeden resor z jednej strony, to przez amortyzator i stabilizator usiłuje się tak samo ugiąć resor z drugiej strony. Nadwozie wtedy mniej przechyla się na boki, co jest bardzo ważne przy braniu zakrętów.

Zalety i wady układu Hotchkiss drive

Jeśli idzie o wady: przy miękkim zawieszeniu, resory piórowe słabo będą się sprawdzać jako elementy prowadzące most napędowy. Natomiast jeśli zastosować sztywne resory piórowe, wtedy będziemy mieli twarde zawieszenie. Układ, gdzie resory piórowe pełnią funkcję wahaczy, może sprzyjać niepożądanemu odkształcaniu się resorów. Ogólnie rzecz biorąc, auta ze sztywnym mostem napędowym resorowanym resorami piórowymi, uchodzą za nieprzesadnie dobre pod względem prowadzenia.

Polski Fiat 125p i Polonez: tylne zawieszenie

Jak wcześniej napisałem, zarówno Polski Fiat 125p, jak i Polonez, mają układ Hotchkiss drive. Czyli silnik z przodu, napęd na tył, sztywny most napędowy i resory piórowe. Jednak nie jest to taki typowy układ Hotchkiss drive. Otóż oba polskie auta mają drążki reakcyjne, które to zapobiegają obracaniu się mostu napędowego podczas przyspieszania i hamowania auta (moment skręcający). Czyli nie tylko resory piórowe pełnią funkcję elementów prowadzących tylny most napędowy. Chyba nadal możemy mówić o Hotchkiss drive, aczkolwiek w nieco bardziej zaawansowanym wydaniu.

Torque tube

Układ typu Torque tube to rozwiązanie stosowane w tylnonapędowych autach ze sztywnym mostem napędowym. Mamy tutaj sztywną pochwę wału napędowego, która to zapobiega obracaniu się mostu napędowego podczas przyspieszania i hamowania pojazdu. Owa sztywna pochwa wału napędowego może również przenosić siłę napędową z mostu napędowego na nadwozie auta. Podobnie z siłą hamowania podczas użycia hamulców.

Spójrzmy na powyższy rysunek. Grafika pierwsza (I) to klasyczny układ Hotchkiss drive. Czyli resory piórowe zarówno resorują, jak i prowadzą tylny most napędowy.

Grafika druga (II) ukazuje układ Torque tube. Czyli sztywna pochwa wału napędowego nie tylko zapobiega obracaniu się mostu napędowego podczas przyspieszenia (moment skręcający), ale również przekazuje siłę napędową na nadwozie.

Grafika trzecia (III) to układ Torque tube, gdzie teleskopowa pochwa wału napędowego zapobiega obracaniu się mostu napędowego podczas przyspieszania. Jednocześnie przy pochwie teleskopowej, nie przekazuje ona siły napędowej z mostu napędowego na nadwozie.

Przy układzie Torque tube, podczas pracy zawieszenia, wał napędowy może się odchylać względem skrzyni biegów. Jednocześnie wał napędowy nie ma możliwości odchylania się względem mostu napędowego. Stąd też mamy jedynie jeden przegub: ten przy skrzyni biegów. Przegub ten był w niektórych autach z Torque tube, przegubem równobieżnym.

Sztywna pochwa wału napędowego w układzie Torque tube, nie ma możliwości zapobiegania niekorzystnym ruchom mostu napędowego w płaszczyźnie lewo/prawo. Stąd też niektóre auta z układem typu Torque tube, mają drążek Panharda, zapobiegający owym ruchom mostu napędowego. Ewentualnie układ Watt’s linkage. Chyba można postawić tezę, iż sztywna pochwa wału napędowego może chronić wał przed uszkodzeniami podczas jazdy w terenie.

Układ Torque tube stosowany był między innymi w starych tylnonapędowych Peugeotach. Mam na myśli modele 403, 404 oraz niektóre wersje Peugeota 504. Wymienione auta z lwem w emblemacie miały sztywny tylny most napędowy resorowany sprężynami śrubowymi. Czyli przy torque tube można zastosować sprężyny śrubowe zamiast resorów piórowych. Współczesne auta osobowe zasadniczo nie mają układu Torque tube.

Nieco bardziej nowoczesne układy zawieszenia

Przejdźmy do nieco bardziej nowoczesnych rozwiązań. Otóż w latach 70. sporo tylnonapędowych aut miało sztywny most napędowy resorowany sprężynami śrubowymi. Sprężyny śrubowe nie nadają się do pełnienia funkcji elementu prowadzącego, czyli trzeba zastosować jakieś elementy odpowiedzialne za prowadzenie mostu napędowego. Przy sztywnym moście ze sprężynami śrubowymi można zastosować układ Torque tube, ale można również zastosować coś bardziej nowoczesnego. Coś bardziej nowoczesnego, czyli układ z czterema wahaczami wleczonymi.

Spójrzmy na powyższy rysunek: mamy cztery wahacze wleczone (kolor żółty i pomarańczowy). Zapobiegają one obracaniu się mostu napędowego podczas przyspieszania i hamowania. Przenoszą one również siłę napędową z mostu napędowego na nadwozie. Oprócz tego zastosowano drążek Panharda (kolor zielony), który to zapobiega niepożądanym ruchom lewo/prawo mostu napędowego.

Powyższy rysunek przedstawia tylne zawieszenie Forda Taunusa TC, czyli pojazdu z lat 70. Mamy sztywny most napędowy i sprężyny śrubowe zamiast resorów. Widać cztery wahacze wleczone: górne wahacze są mocno nachylone w płaszczyźnie poziomej, aby zapobiegać niepożądanym ruchom mostu napędowego w płaszczyźnie lewo/prawo. Stąd też tylne zawieszenie Forda Taunusa TC nie ma ani drążka Panharda, ani układu Watt’s linkage.

Auta ze sztywnym mostem napędowym wyposażonym w sprężyny śrubowe i wahacze wleczone, uchodzą za lepiej się prowadzące, względem pojazdów z mostem na resorach piórowych. Mam wrażenie, iż nawet w latach 80., sztywny most napędowy ze sprężynami śrubowymi i wahaczami wleczonym, nie był rozwiązaniem przestarzałym.

Kilka słów na zakończenie

Układ Hotchkiss drive nie jest stosowany we współczesnych samochodach osobowych. Nie tylko dlatego, że resory piórowe uchodzą za rozwiązanie przestarzałe w tylnym zawieszeniu samochodu osobowego. Oprócz tego współczesne samochody osobowe mają zazwyczaj napęd na przód: jak mamy przednionapędówkę, to poniekąd z automatu nie mamy układu Hotchkiss drive.

Inaczej sprawa ma się w ciężarówkach i autach dostawczych. Nawet we względnie współczesnych autach ciężarowych, sztywny most napędowy z resorami piórowymi, to nie jest ewenement. Choć tak po prawdzie, nawet w autach ciężarowych, występują bardziej nowoczesne rozwiązania, jak choćby zawieszenie pneumatyczne.