Technika

Moderní nákladní automobily a tahače pro dálkovou dopravu jsou výsledkem dlouhého evolučního procesu. Jejich technický vývoj je pozoruhodný, přestože si jako jediné silniční automobily zachovaly tradiční, takzvané klasické uspořádání rámového podvozku. První parní vozidlo francouzského inženýra Cugnota z roku 1769 byl tříkolový tahač s dřevěným rámem a poháněným předním kolem, který měl sloužit v Napoleonově armádě k přemísťování těžkých kanonů. První nákladní automobily poháněné spalovacím motorem se na silnicích objevily až na počátku minulého století a rychle se u nich všeobecně prosadila koncepce s obdélníkovým rámem, tuhými nápravami s listovými pery, motorem a převodovkou vpředu podélně a pohonem zadní nápravy. Výhody této koncepce jsou zřejmé: vedle motoru v rámu nad přední nápravou zůstává velký prostor pro natáčení kol do rejdu, což je velmi důležité pro obratnost vozidla v provozu. Při vhodné poloze řidiče, spolujezdců a nákladu se dosahuje rovnoměrného zatížení náprav, které má značný vliv na jízdní vlastnosti vozidla. Výhodné je přirozené přitěžování poháněné zadní nápravy při jízdě do stoupání. I při stejné koncepci však za posledních sto let konstrukčního vývoje prošly podvozek a jízdní vlastnosti nákladního automobilu kategorie N3 výraznou proměnou.

Rám podvozku Obdélníkový rám tvoří dva podélníky a několik příčníků – z tohoto důvodu se také po-užívá označení žebřinový rám. Dřevo, původní konstrukční materiál, bylo rychle nahrazeno profily tvaru U lisovanými z běžných konstrukčních ocelí. K jejich spojování se dříve používalo nýtování za tepla. Po sto letech se téměř výhradně používají vysoce kvalitní legované oceli s mnohem lepšími mechanickými vlastnostmi a nýtování za studena nebo šroubová spojení. Od rámu se vyžaduje vysoká odolnost při namáhání na ohyb a naopak určitá poddajnost při namáhání na krut. Vždy však musí být zaručeno bezpečné upevnění budky, užitkové nástavby a příslušenství. U stejné kategorie vozidla je dnešní rám několikanásobně lehčí, než tomu bylo před padesáti lety, přičemž se současně podstatně zvýšila jeho únosnost. Při dané celkové hmotnosti vozidla tak na úkor vlastní hmotnosti vzrostla užitečná hmotnost (nosnost). Samozřejmostí je dokonalá protikorozní ochrana kvalitními laky a v některých případech i žárovým zinkováním. Modulová konstrukce je základem snadné stavby rámů různých délek pro různé rozvory náprav i jejich odpružení. Rám se stal dokonalou stavebnicí umožňující splnění nároků na přepravu nákladů všeho druhu.

Vedení a odpružení náprav Stále nejjednodušší, vyhovující, a proto také nejvíce používané je odpružení a vedení tuhých poháněných i nepoháněných náprav dvojicí podélných listových pružin, které jsou jako jediné schopny zachycovat a přenášet všechny podélné síly při akceleraci, jízdě i brzdění vozidla a příčné (boční) síly při průjezdu zatáčkou, při jízdě v příčném sklonu či jen od působení bočního větru. Původně byly pružiny poloeliptické, výjimečně i celoeliptické, nebo naopak jen čtvrteliptické, ale vždy složené z většího počtu listů, které vytvářely takzvaná listová pera. Dnes mohou být lehčí vozidla odpružena pery jen jedno- či dvoulistovými. Jejich tvar již také není eliptický, nýbrž parabolický, a to z důvodu výhodnější charakteristiky odpružení. Také materiál již nepředstavuje výhradně pružinová ocel, nově se používají i kompozitní plasty. Zatím je však tento materiál vhodný pouze pro lehké a střední automobily; u těžkých vozidel stále vedou vícelistová ocelová pera. Protože jen listová pera jsou schopna potřebného vedení nápravy, je zřejmé, že při použití jiných pružin, například vinutých či vzduchových, je bezpodmínečně nutné vedení vhodným kinematickým mechanismem, nejčastěji soustavou tyčí, táhel nebo závěsů. Zajímavé je, že někteří výrobci dávají přednost příčnému vedení nápravy trojúhelníkovým ramenem a jiní zase příčnou (panhardskou) tyčí. Zřetelná je v tomto případě odlišnost evropské a americké filozofie koncepce nákladního automobilu. Funkce vedení a odpružení nápravy jsou tak zcela odděleny. Z důvodu vyššího komfortu odpružení se používají vzduchové pružiny ve tvaru vaků nebo měchů, které umožňují změnu charakteristiky ovládáním tlaku vzduchu v pružině. Tím lze zajistit stálou výšku podvozku při změně hmotnosti nákladu či působením dynamických vlivů. Nezanedbatelnou výhodu představuje snadná změna výšky podvozku tahače při manipulaci s návěsem. Není proto divu, že právě vzduchové pružiny jsou standardem u poháněných zadních náprav návěsových tahačů. Pro méně zatížené přední řiditelné a nepoháněné nápravy jsou naopak standardem lis-tová pera. Raritou je použití vinutých pružin – tato konstrukce byla použita například u Avie A15 (20). Používané pevné nápravy, ať již poháněné nebo nepoháněné, jsou jednoduché, výrobně levné, ale také těžké. Nápravy s koly – a částečně i jejich zavěšení – tvoří takzvané neodpružené hmoty vozidla, které by měly být v zájmu dobrých jízdních vlastností co nejnižší. Použití hliníku na kola není proto jen módou, ale především technickou nutností.

Jízdní vlastnosti vozidla Přesné vedení náprav je základem dobrých jízdních vlastností vozidla. Druhou podmínkou je vhodná charakteristika odpružení náprav a tlumení. Vícelistová pera mají v důsledku tření mezi jednotlivými listy určitý vlastní útlum kmitů. Se zvyšováním rychlosti vozidel však bylo nutné použít i tlumiče pérování. Původní třecí tlumiče s nevhodnou charakteristikou tlumení (třecí síla klesá s rychlostí kmitu) nahradily tlumiče kapalinové pákové s progresivní charakteristikou, u nichž tlumicí síla s rychlostí kmitu narůstá. Dnes již standard představují dvojčinné kapalinové teleskopické tlumiče. Jejich hlavním úkolem je zabránit odskakování kol a zajistit tak trvalý styk všech kol podvozku s povrchem vozovky. V tomto případě se nejvíce projevuje vliv velikosti neodpružených hmot. Významným konstrukčním prvkem přispívajícím k udržení styku obou kol jedné nápravy s vozovkou je příčný zkrutný stabilizátor. Ztráta adheze je velmi nebezpečná z hlediska jízdní stability a řiditelnosti vozidla či přenosu brzdných sil.

Kolo ve vzduchu nevede a nebrzdí. Pojem jízdní vlastnosti je velmi široký. Zahrnuje například podélnou směrovou stabilitu při jízdě a při brzdění vozidla, citlivost na boční vítr, směrovou stabilitu při průjezdu zatáčkou (přetáčivost, nedotáčivost či takzvanou neutrální charakteristiku), řiditelnost vozidla, příčnou stabilitu ve sklonu a mez převrácení a v neposlední míře charakteristiku odpružení a s ní související jízdní komfort. Konstruktér bývá postaven před velmi obtížný problém volby vhodného kompromisu mezi několika zcela protichůdnými požadavky. Uživatelé požadují, aby bylo vozidlo snadno a lehce ovladatelné, směrově stabilní, neutrální v zatáčce, pro posádku pohodlné a v neposlední řadě také výrobně nenáročné na materiál i práci. Dnešní dobré jízdní vlastnosti nákladního automobilu snad nejlépe dokumentují atraktivní závody tahačů na silničních okruzích. Jestliže jsou výborné při jejich nejvyšší rychlosti 160 km/h, musí být vynikající u běžného vozidla s dovolenou rychlostí jen poloviční. U nákladního automobilu jsou objektivní měřitelné požadavky na jízdní vlastnosti celkem úspěšně vyřešeny. Problémem jsou spíše subjektivní pocity a požadavky řidiče a posádky.

Jízdní komfort O jízdním komfortu bylo u prvních nákladních automobilů možné jen těžko hovořit. Řidič byl na nepohodlné a tvrdé sedačce vystaven všem vlivům povětrnosti a od nekvalitních vozovek se na něj přenášely všechny kmity a rázy stejně jako vibrace a hluk od ústrojí pohonu. Jízdní komfort v současných nákladních automobilech je nejen srovnatelný s automobily osobními, v některých případech je dokonce vyšší. Kabiny budek vozidel pro dálkovou dopravu poskytují řidiči prostor více než velkorysý. Vnitřní výška až dva metry člověka při pohybu v kabině nenutí se hrbit. Dostatek místa při práci i odpočinku je nepřehlédnutelný. K velmi důležitým prvkům jízdního komfortu patří bezpochyby sedadlo řidiče. Výškově nastavitelné, anatomicky tvarované a vzduchem odpružené sedadlo řidiče přizpůsobující se jeho hmotnosti je pohodlnější než sedadlo v leckterém osobním automobilu. Konstruktéři však museli reagovat na další problém. Jsou–li vzduchem odpruženy nápravy, budka uložena na vzduchových pružinách a sedadlo je rovněž odpruženo vzduchem, poněkud se vytrácí potřebný pocit kontaktu řidiče s vozidlem a vozovkou, po níž jede. Tělo řidiče je přitom důležitým snímačem všech pohybů vozidla. Je proto nutné hledat vhodné sladění charakteristik odpružení a tlumení všech zmíněných konstrukčních částí. Mezi prvky jízdního komfortu se řadí vnitřní hlučnost vozidla. Nepředepisuje ji sice žádná norma, ale dostatečným stimulem je tlak konkurence na trhu. Dosahovaná úroveň hladiny akustického tlaku okolo 70 dB je i pro mnohé osobní automobily snem. V České republice jsou technické podmínky provozu vozidel na pozemních komunikacích dány zákonem č. 38/1995 Sb. a příslušnými prováděcími předpisy.

Další inovace již čekají ve vývojových centrech Čas od času dají výzkumná a vývojová střediska předních automobilek nahlédnout pod pokličku. V Evropě je již jen šest velkých výrobců těžkých nákladních automobilů – německý MAN a Mercedes-Benz (Daimler-Chrysler), švédské Scania a Volvo (jeho součástí je i francouzský Renault), italské IVECO a nizozemský DAF (PacCar). Zaměříme-li se jen na podvozky jejich vozidel budoucnosti, je zajímavé, že téměř všechny studie zachovávají „klasické“ uspořádání ústrojí pohonu. Zkouší se však i nezávislé zavěšení kol, nové konstrukční materiály rámu, elektronické řízení odpružení a tlumení a mnoho dalších nápadů z říše fantazie. Dovedete si například představit ovládání řízení ovladači typu „joystick“ v područkách sedadla, nebo dokonce řízení bez řidiče s využitím satelitní navigace? Ještě nedávno nám připadalo velmi vzdálené zavedení elektronicky řízených protiblokovacích a protiprokluzových systémů kol nebo řízení jízdní stability vozidla i jízdní soupravy. Za sto let svého vývoje se však nákladní automobil stal jedním z vrcholných děl konstruktérů a představitelem lidského umu a společenského pokroku. Ing. Branko REMEK, CSc., ČVUT Praha