Zawieszeniom współczesnych pojazdów stawia się wiele wymagań, które uwzględniając różne warunki jazdy (pojazd obciążony – nieobciążony, przyspieszenie – hamowanie, nawierzchnia równa – nierówna, ruch prostoliniowy – krzywoliniowy) są często sprzeczne.

Każdy samochód poruszający się po drogach podlega drganiom.

Dzięki elementom konstrukcyjnym w zawieszeniach koła lepiej trzymają się drogi podczas jazdy na łuku i na złych nawierzchniach. Ustawienie kół kierowanych tj. kąt pochylenia, rozstaw kół i kąt ich skrętu powinno pozostawać niezmienne tak przy ugięciu zawieszenia, jak i podczas przenoszenia sił napędowych i hamujących. Zmiany pochylenia kół wywołują zjawisko ich trzepotania (efekt żyroskopowy) i zwiększenie obciążenia łożysk. Również niekorzystna jest zmiana rozstawu kół, zmniejszająca przyczepność (na jezdni mokrej czy śniegu) i zwiększająca zużycie ścierne opon.

W celu wyeliminowania tych zjawisk zastosowano elementy konstrukcyjne prowadzące zawieszenia, które utrzymują w wymaganych ustawieniach koła jezdne względem ramy lub nadwozia nie utrudniając odkształcania się elementów sprężystych. Ponadto przenoszą niektóre obciążenia między kołami jezdnymi i kadłubem samochodu.

Zawieszeniem samochodu nazywamy zespół elementów sprężystych oraz wiążących je łączników, łączący osie lub poszczególne koła samochodu z ramą albo wprost z nadwoziem pojazdu. Zadaniem zawieszenia jest łagodzenie wstrząsów wywołanych nierównościami nawierzchni, po której porusza się samochód, w celu zapewnienia maksymalnego komfortu jazdy przewożonym osobom oraz ochrony ładunków przed wstrząsami i szkodliwymi drganiami.

Zabezpieczenie przed zbyt silnymi wstrząsami ma także istotny wpływ na trwałość mechanizmów samochodu.

Połączenie osi lub kół z pozostałymi zespołami za pomocą łączników sprężystych sprawia, że wszystkie masy pojazdu można podzielić na dwie grupy:

• masy nieresorowane, podlegające bezpośrednio działaniu wstrząsów wywołanych nierównościami drogi (koła , bębny hamulcowe, osie itp.),

• masy resorowane, jak rama, silnik, nadwozie i inne, których ruch jest znacznie bardziej płynny.

Masy nieresorowane, wbrew przyjętej nazwie, nie podlegają wszystkim ruchom dokładnie tak, jakby to wynikało z napotykanych nierówności drogi. Duże znaczenie ma tu bowiem sprężystość ogumienia kół, łagodząca w pewnym stopniu uderzenia wywołane przejeżdżaniem przez nierówności. Ogumienie spełnia takie zadanie w stosunku do mas resorowanych.

Podczas przejeżdżania przez przeszkodę, np. kamień, w pierwszej kolejności ugięciu podlega ogumienie koła, co łagodzi uderzenie działające na masę nieresorowaną. Ruch tej masy powoduje ugięcie zawieszenia i pojawienie się sił sprężystości wywołanych ściśnięciem elementów sprężystych, znajdujących się między masą nieresorowaną i masą resorowaną. Siły te powodują dopiero przemieszczenie masy resorowanej. Dzięki pracy zawieszenia samochodu zmiana położenia masy resorowanej odbywa się w sposób płynny, mimo że impuls wywołany najechaniem na przeszkodę działa na pojazd w sposób gwałtowny.

Zastosowanie miękkiego, sprężystego zawieszenia sprawiło, że niezależnie od złagodzenia bezpośredniego wpływu uderzeń pochodzących od nierówności drogi, samochód stał się układem podatnym na powstawanie drgań. Drgania te mogą być wywołane nierównościami drogi, podmuchami wiatru, siłami bezwładności itp. Wiąże się to z powstawaniem obciążeń dynamicznych elementów nośnych, sumujących się z obciążeniami statycznymi pochodzącymi od ciężaru pojazdu.

W przypadku niewłaściwego doboru własności zawieszenia (sztywność elementów sprężystych ich rozmieszczenie itp.) powstające drgania wpływają niekorzystnie na komfort jazdy, stateczność ruchu, a także na trwałość niektórych zespołów.

Dlatego konstruując zawieszenie należy dokładnie zbadać wpływ jego własności na mechanikę ruchu poszczególnych mas. Zjawiska te analizuje się, posługując się ogólnymi prawami teorii drgań.

Szczegółowa analiza drgań pojazdu jest zagadnieniem bardzo trudnym. Pewne praktyczne wnioski dotyczące konstrukcji zawieszenia można jednak wyciągnąć na podstawie analizy ruchu znacznie uproszczonych modeli.

 Z punktu widzenia teorii drgań pojazd jest układem masowo – sprężystym, w którym różnego rodzaju wymuszenia (działające chwilowo lub przez pewien czas) wywołują drgania wokół położenia równowagi statycznej. Drgania masy pojazdu można rozłożyć na sześć ruchów składowych: przesunięcia wzdłuż osi x, y i z oraz obroty wokół tych trzech osi (rys.1). Tych sześć składowych ruchów, jakie może wykonywać każda masa, nazywamy sześcioma stopniami swobody.

3. Rodzaje zawieszeń

Pod względem konstrukcji zawieszenia dzielimy na zależne i niezależne. Zawieszenia zależne (sztywne) to takie, w których oba koła jezdne są osadzone na wspólnej sztywnej osi związanej z ramą lub nadwoziem elementami sprężystymi. Zawieszenia niezależne to takie zawieszenia, w których każde z kół jest połączone z nadwoziem (lub z ramą) indywidualnie.

Zawieszenia zależne są stosowane w większości samochodów ciężarowych oraz w niektórych samochodach osobowych jako zawieszenia tylnych mostów napędowych.

Zależne zawieszenia kół kierowanych w samochodach osobowych spotyka się bardzo rzadko. Zaletą zależnego zawieszenia jest prostota konstrukcji, istotna zwłaszcza w przypadkach pojazdów o znacznych naciskach na osie.

Zawieszenia niezależne, jakkolwiek nieco bardziej skomplikowane, mają wiele zalet w porównaniu z zawieszeniami zależnymi, co sprawia, iż w ostatnich latach obserwuje się coraz powszechniejsze ich stosowanie, nawet w samochodach ciężarowych.

Ich najistotniejsze zalety to:

• zmniejszenie mas nieresorowanych samochodu,

• korzystniejsza pod względem stateczności ruchu kinematyka zawieszenia,

•  możliwość stosowania bardzo miękkich elementów sprężystych.

O ile w większości zawieszeń zależnych elementami sprężystymi, na których jest zawieszona oś nośna lub most napędowy, są podłużne resory piórowe, o tyle zawieszenia niezależne cechuje znaczna liczba odmiennych rozwiązań konstrukcyjnych, różniących się niekiedy w istotny sposób kinematyką ruchu koła.

Występują również zawieszenia, których konstrukcja łączy w sobie własności zawieszenia zależnego i niezależnego. Są to zawieszenia z wahaczami sprzężonymi.

W szczególności do zawieszeń niezależnych zalicza się:

• wahacze wzdłużne i skośne, które nie wymagają dużo przestrzeni na ruchy pionowe, dzięki czemu udaje się uzyskać szeroki bagażnik o płaskiej podłodze,

• zawieszenia z kolumnami prowadzącymi (zawierającymi sprężyny i amortyzatory – rys. 2),

które co prawda, mają znaczną wysokość, ale pozostawiają dużo miejsca pomiędzy kolumnami i umożliwiają jednocześnie skręt kół kierowanych (w tym przypadku nazywane zawieszeniem McPhersona),

• zawieszenia z podwójnymi wahaczami poprzecznymi (rys. 3),

• zawieszenia wielodrążkowe (rys. 4), które dla każdego z kół mogą mieć do 5 elementów prowadzących i zapewniają największe możliwości realizacji sił zakłócających, sił pionowych oraz odpowiednich własności kinematycznych w odniesieniu do zmian kątów zbieżności, kątów pochylenia i rozstawu kół, a także przechyłów wzdłużnych w czasie przyspieszania i hamowania oraz własności elastokinematycznych.

W przypadku zawieszeń z wahaczami sprzężonymi oba koła danej osi połączone są ze sobą belką sztywną na zginanie, a jednocześnie podatną na skręcanie. Te zawieszenia są tanie i zajmują mało miejsca. Jednak ze względu na to, że ich elementy składowe muszą spełniać jednocześnie różne funkcje o przeciwstawnych wymaganiach, w przypadku tych zawieszeń istnieją ograniczone możliwości optymalnego doboru ich własności kinematycznych i elastokinematycznych (wywołują podczas jazdy na zakręcie efekt podsterowności). Zawieszenia te wymagają ponadto zapewnienia przestrzeni na ruchy belki łączącej wahacze. Są szeroko stosowane jako zawieszenia tylne w samochodach o przednim napędzie, klasy średniej, czasem także wyższej klasy średniej (np. Audi A6), a nawet w niektórych dużych samochodach.