Einzelradaufhängung vorne
Um die mit der Starrachsaufhängung verbundenen Nachteile zu überwinden, wird eine Einzelradaufhängung vorne (IFS) verwendet. Der Begriff Einzelradaufhängung beschreibt jedes System, das die Räder mit dem Rahmen verbindet, in dem die Bewegung eines Rades keine Auswirkung auf das andere Rad hat. Zu den Vor- und Nachteilen der Einzelradaufhängung für Personenkraftwagen und leichte Lieferwagen gehören:
Vorteile.
(a) Die Fliehkraft entsteht in gefederten Fahrzeugkarosserien, wenn in Kurven ein Wankpaar gebildet wird, das die Karosserie nach außen kippt oder rollt. Die Körperrolle wird von einem Widerstandspaar angetroffen, das durch das Produkt der Reaktionskräfte der Federn und des effektiven Abstands zwischen ihnen erzeugt wird. Daher nimmt die notwendige Reaktionssteifigkeit der Feder, um dem Walzenpaar zu widerstehen, zu oder ab, wenn der effektive Abstand zwischen den Federn abnimmt bzw. zunimmt. Tatsächlich ist der Wankwinkel umgekehrt proportional zum Quadrat der wirksamen Federfußbreite.
Bei der Trägerachse hängt der größte Abstand zwischen den Federn von der Breite des Fahrgestells ab, das die angebrachten Schäkel trägt. Bei der Einzelradaufhängung mit Querlenkergestänge entspricht der effektive Abstand zwischen den Federn jedoch der Radspur des Fahrzeugs. Daher können im Vergleich zum Achsträger relativ weichere Federn mit Einzelradaufhängung verwendet werden, ohne die Wankbewegung des Körpers zu beeinträchtigen. Die weichen Federn reagieren und lenken bei geringster Straßenverformung aus, ohne die Stöße auf Karosserie und Insassen zu übertragen, und sorgen so für einen besseren Fahrkomfort.
(6) Da die in einer Spiral- oder Drehstabfeder gespeicherte elastische Dehnungsenergie bei einem gegebenen Federgewicht größer ist als bei einer halbelliptischen Mehrblattfeder, können leichtere Federn mit Einzelquerlenkeraufhängung verwendet werden. Im Falle der unabhängigen Querlenkeraufhängung wird die Feder nur benötigt, um vertikale Lasten zu tragen und Stöße zu absorbieren, da das Federungsgestänge allein die Fahr-, Brems- und Seitenkräfte aufnimmt. Wenn der Querlenker an der Hilfsrahmenstruktur angelenkt ist, folgt das ungefederte Achsstummeldrehgelenk Bögen relativ zur gefederten Karosseriestruktur, wenn die Federung springt. Diese Bögen erzeugen einen präzisen und vorhersagbaren Radweg in der vertikalen Ebene, der für eine konsistente Lenkgeometrie unerlässlich ist.
(c) Da die Einzelradaufhängung eine geringere ungefederte Masse aufweist, folgen die Straßenräder der Kontur der Straßenunebenheiten bis zu höheren Geschwindigkeiten als bei der schweren Starrachs-Trägeraufhängung. Infolgedessen werden Reifenabrieb und -verschleiß mit Einzelradaufhängung reduziert.
(d) Ein Stabilisator bietet, wenn er in Verbindung mit der Einzelradaufhängung verwendet wird, die notwendige Widerstandssteifigkeit, um dem Wankverhalten der Karosserie in Kurven entgegenzuwirken, und daher können weichere Federn für normale vertikale Lasten verwendet werden.
(e) Wenn eine separate oder unabhängige Aufhängung für jede Seite des Fahrzeugs verwendet wird, wird die Wechselwirkung zwischen gegenüberliegenden Straßenrädern verringert, so dass die Wahrscheinlichkeit eines Radwackels aufgrund von Schwingungsresonanz geringer ist.
(/) Der Motor und die Fahrwerksstruktur können abgesenkt werden, so dass auch die Mitte des Fahrzeugs abgesenkt werden kann, so dass
der Motor nach vorne bewegt werden kann, um mehr Platz für die Passagiere zu schaffen. (g) Die Einzelradaufhängung senkt normalerweise den Wankmittelpunkt, daher rollt die Karosserie, bevor sich die Räder von der Straße lösen, und warnt den Fahrer.
Nachteile.
(a) Der Radsturz mit wankendem Körper reduziert die Motorleistung.
(b) Es kommt zu einer geringfügigen Änderung der Radspur, die beim Aufprallen eines Rades zu Reifenabrieb führt.
(c) Eine steifere Chassis- oder Hilfsrahmenstruktur ist erforderlich.
(d) Eine kompliziertere Aufhängung und Lenkgestänge und Drehgelenke sind notwendig, so dass die Aufhängung teurer wird und dazu neigt, mehr zu verschleißen.
(e) Effekte der Unwucht-Rad-Montage werden leichter auf das Lenkrad übertragen und sind auch ausgeprägter.
(f) Die Ausrichtung der Lenkgeometrie ist kritischer und erfordert häufigere Aufmerksamkeit. 22.12.1. Arten der vorderen Einzelradaufhängung
Doppelquerquerlenkeraufhängung.
Abbildung 22.57 zeigt die wichtigsten Details dieser Aufhängung. Bei diesem System sind zwei Glieder, die normalerweise in der normalen Fahrposition parallel sind, in einer Querlenkerform konstruiert, um eine Steifigkeit nach vorne und hinten zu gewährleisten und dem Bremsmoment zu widerstehen. Jeder Querlenker verwendet drei Lager, zwei innere Lager, die mit dem Rahmen verbunden sind, und ein äußeres, das am Querlenkerstummel befestigt ist, und das obere Ende an einem Punkt am Rahmen direkt über dem oberen Querlenker. Das Fahrzeuggewicht und die Nutzlast werden von der gefederten Karosserie und dem Querträger auf die Oberseite der Schraubenfeder übertragen. Im Inneren der Schraubenfeder ist ein Dämpfer eingebaut, der durch Gummibuchsen an der Unterseite des festen Querträgers und am unteren Querlenker befestigt ist. Ein eventueller Seitenschub wird durch die Steifigkeit der Querlenker und der Drehgelenke und Drehzapfen verhindert.
Die Fahrzeugfront ‚fährt‘ beim Betätigen der Bremse in Richtung Boden, da die unteren Querlenker-Drehpunkte des Gelenksystems normalerweise parallel zur Straße liegen. Um dieses Problem zu minimieren, wird eine Anti-Tauchgeometrie verwendet, bei der der hintere Drehpunkt des unteren Querlenkers höher liegt als der vordere Drehpunkt. Beim Betätigen der Vorderradbremsen erzeugt das Bremsmoment am geneigten Querlenker eine vertikale Kraft, die die von den Hinterrädern auf die Vorderräder übertragene zusätzliche Last ausgleicht.
Abb. 22.57. Quer Doppelquerlenkeraufhängung.
Wenn das Auto in Kurven fährt, rollt die Karosserie und beide Räder lehnen sich vom Wendekreis nach außen, wodurch eine kleine Sturzrolle entsteht (Abb. 22.58A). Wenn bei einer Geradeausfahrt eines der Räder über eine Unebenheit oder ein Topfloch in der Straße fährt, wird nur das einzelne Federungsgestänge kurzzeitig nach oben oder unten ausgelenkt, ohne die durchschnittliche Höhe des gefederten Körpers zu verändern (Abb. 22.58B). Infolgedessen wird für jedes Rad eine völlig unabhängige Federung bereitgestellt, so dass Reaktionsschwingungen nicht von einer Seite auf die andere übertragen werden.
Abb. 22.58. Auswirkungen von Wankbewegungen und unregelmäßigen Fahrbahnoberflächen auf die Doppelquerquerlenkeraufhängung. A. Beide Räder kippen nach außen B. Der Körper bleibt aufrecht, wenn der Radkörper rollt. betritt Schlagloch und kippt nach innen.
Ungleiche Doppelquerquerlenkeraufhängung mit konstanter Spur.
Bei dieser Anordnung ist der Achsschenkelträger über zwei Lenker mit dem Rahmen verbunden. Eine halbschleppende Radiusstange widersteht dynamischen Längsbelastungen und Bremsmomenten. Die Feder kann oberhalb des oberen Achsträgers platziert werden. An den inneren Enden des Querlenkers sind Buchsen aus Gummi oder Kunststoff (PTFE) angebracht. Üblicherweise wird am äußeren Ende ein Kugelgelenk positioniert, um das Schwenken des Achsstummels zu ermöglichen. Schraubenfedern werden in der gezeigten Position oder oberhalb des oberen Querlenkers eingebaut.
Abb. 22.59. Inhalt-Spur ungleiche Doppelquerquerlenkeraufhängung. A. Quer gleich lang. B. Quer ungleiche Länge.
Querlenker gleicher Länge (Abb. 22.59A) werden in frühen Designs verwendet; infolgedessen verursachte die Streckenvariation einen erheblichen Reifenverschleiß. Um diese Querlenker ungleicher Länge zu minimieren (Fig. 22.59B) montiert, die längere unten; allerdings ergeben sich nun Sturzwinkeländerungen. Durch die Montage des oberen Querlenkers etwas hinter dem unteren kann ein konstanter Nachlaufwinkel erhalten werden. Die Querlenkerachse ist manchmal nach hinten geneigt, um die maximale Querlenkerlänge zu erhalten, ohne den Motorraum einzuschränken.
Zur Lagerung der Innenlager für den oberen Querlenker wird entweder ein Kolbendämpfer verwendet oder ein Teleskopdämpfer wird in der Mitte der Schraubenfeder eingebaut. Wenn eine Drehstabfeder verwendet wird,
wird eine große Bewegung des Teleskopdämpfers erhalten, indem der Dämpfer diagonal montiert wird. Bei dieser Anordnung ist das untere Ende mit dem äußeren Ende des Unterlenkers verbunden, oder ein Torsionsstab ist mit den inneren Enden des Unterlenkers verbunden.
MacPherson Federung.
Bei dieser Art der Aufhängung (Abb. 22.60) ist ein langes Teleskoprohr mit dem Dämpfer am oberen Ende verschwenkt und am unteren Ende starr mit dem Achsstummel verbunden. Ein einzelner Querlenker, der durch Gummibuchsen am Rahmen befestigt und durch ein Kugelgelenk mit dem Achsstummel verbunden ist, sorgt für die Spurführung. Die Schraubenfeder ist zwischen den festen und schwimmenden Aufhängungselementen installiert. Ein Stabilisator verbindet die beiden unteren Querlenker der Vorderradaufhängung und sorgt für die erforderliche Steifigkeit von vorne und hinten. Das Kugelgelenk unten dient als Drehpunkt für das Lenkbein und den Achsstummel in der horizontalen Ebene. Dieses Gelenk dient auch als Aufhängungsgelenk zur Relativbewegung zwischen Lenker und Achsstummel in der Vertikalebene.
Ähnlich wie bei einigen anderen Aufhängungssystemen werden Rolle, Sturz und Neigung der Schwenkachse während der Herstellung eingestellt und können nicht geändert werden. Die Neigung der Schwenkachse ist der Winkel, der zwischen der Vertikalen und der Linie von der Mitte des Federbeindrucklagers zur Mitte des Kugelgelenks gebildet wird, das die Strebe mit dem Kettenlenker verbindet. Die Strebe ist zur Bereitstellung der Reifenfreiheit auf einen kleineren Winkel als die Neigung der Schwenkachse eingestellt.
Durch die Oberseite der Strebe zur Fahrzeugmitte hin kann ein negativer Offset (negativer Schrubberadius) für die Lenkung erreicht werden. Wenn die Schraubenfeder fast vollständig zusammengedrückt ist, dient ein oben an der Kolbenstange angebrachter Anschlag zur Versteifung der Federung. Der dreieckige Kettenlenker absorbiert Fahr- und Bremsschubreaktionen.
Bei Kurvenfahrt rollt die Karosserie und die inneren Außenräder neigen sich je nach Ausgangswinkel des Querlenkers nach außen bzw. nach innen. Folglich erzeugen beide Räder Sturzrollen (Fig. 22.61A). Jede Radaufhängung ist völlig unabhängig von der anderen Seite, wodurch der aufgehängte Körper nicht durch kleine Radauslenkungen während der Bewegung des Autos beeinflusst wird (Abb. 22.61B).
Abb. 22.60. MacPherson Bein-Federbein-Aufhängung. 
Abb. 22.61. Auswirkung von Wankbewegungen und unregelmäßiger Straßenoberfläche auf die MacPherson-Federung. A. Räder kippen zur Mitte hin B. Rad tritt in Topfloch ein und kippt beim Rollen des Körpers nach innen. und der Körper bleibt aufrecht.
Kurzer Schwenkarm.
Dies ist die einfachste Art von Einzelradaufhängung. Dabei wird nur ein als Querlenker bezeichneter Querlenker verwendet, der über ein Königszapfen-Lenkgelenk am Karosserieteilrahmen schwenkbar starr am Radstummel gehalten ist. Die Querlenkergabeln sind an den Drehpunkten weit gespreizt, um jedes Fahr- und Bremsreaktionsmoment allein durch das Schwingarmglied aufzunehmen. Die Feder, die zwischen der Karosseriestruktur und der Schwinge installiert ist, trägt nur das Gewicht des Fahrzeugs. Die Schwinge und die tragenden Unterrahmen-Drehpunkte nehmen Seitenkräfte und Reaktionen vollständig auf.
Die Karosserie rollt, wenn sich das Fahrzeug auf einer Kurvenbahn bewegt, so dass beide Räder nach innen zur Mitte der Kreisbahn neigen (Abb. 22.62A), Sturzwalze erzeugend. Wenn ein Rad einer Neigung oder einem Hindernis folgt, beschränkt sich die damit verbundene Auslenkung nur auf eine Seite des Wagens und die Feder wird zusammengedrückt, ohne die Karosseriehöhe stark zu stören (Abb. 22.62B). Bei dieser Aufhängung verändert das geringste Schwingen des Arms die Aufrechtheit des Rades zum Boden erheblich. __ _
Abb. 22.62. Kurzer Schwenkarm. A. Beide Räder kippen während der Körperrolle nach innen.
B. Rad tritt in Topflöcher ein und kippt nach außen und Körper bleibt aufrecht.
Torsionsstab-Doppelquerlenkeraufhängung.
Eine alternative Version der Quer-Doppelquerlenker-Aufhängung enthält eine Drehstabfeder anstelle einer Schraubenfeder, so dass der elastische Widerstand bei sich ändernder vertikaler Aufhängungslast bereitgestellt wird (Abb. 22.63A). Der Torsionsstab ist parallel zu den Unterrahmen-Längsträgern auf jeder Seite des Fahrzeugs angeordnet. Ein Ende des Torsionsstabs ist mit einem Reaktionshebel verkeilt, der an der Unterseite des Körpers angeschraubt ist, während das andere Ende mit dem unteren Querlenker verkeilt ist, der von dem Augenlochzapfen getragen wird.
Während der Auslenkung der Aufhängung schwenkt und verdreht der untere Querlenker den Torsionsstab, dem der starr gehaltene Reaktionshebel am anderen Ende des Stabes widersteht. Der obere Querlenker vervollständigt die Geometrie der Vierlenkerkette, wodurch die resultierende vertikale Achsstummelbewegung beide vorderen Straßenräder immer ungefähr senkrecht zum Boden hält. Bei einigen Systemen ist der obere Querlenkerzapfen Teil einer Hebeldämpfereinheit, bei anderen ist ein separater Teleskopdämpfer zwischen dem Hilfsrahmen und dem unteren Querlenker installiert.
Die Augenlochschwenkanordnung ermöglicht das Schwenken des unteren Querlenkers und überträgt die Drehstabelastizität auf die Aufhängung (Abb. 22.63B). Der untere Aufhängungszapfen hat ein einteiliges kreisförmiges Augenlochgehäuse und einen Bolzen, der mit dem Hilfsrahmen verschraubt ist. In der Mitte der Hülsenbuchse befindet sich ein Keilaugenbolzen, der in das Gehäuse gedrückt wird. Bei teilweiser Drehung des unteren Querlenkers nimmt der Torsionsverzug des Gummis die gesamte Winkelbewegung auf, so daß ein Reibschluß zwischen dem Ringbolzen und der inneren Buchsenhülse vermieden wird.
Abb. 22.63. Torsionsstab-Doppelquerarmaufhängung.
Der statische und dynamische elastische Widerstand wird durch die Endverzahnungen des Torsionsstabs übertragen, die sich in derselben innenverzahnten Bohrung im unteren Querlenker wie in der Keilauge befinden. Der Drehstab wirkt somit nur als Feder und verschwenkt den unteren Querlenker nicht. Eine Spurstange stützt den unteren Querlenker und verhindert auch ein horizontales Verdrehen an diesem Arm beim Beschleunigen und Bremsen des Fahrzeugs.
Die Trimmhöhe des Fahrzeugs kann durch Einschrauben oder Herausdrehen der Einstellschrauben des Drehstabreaktionshebels verändert werden. Körper-Roll- und Bump- oder Dip-Durchbiegung der Aufhängung verursacht eine Radneigung ähnlich der in Fig. 22.58. Die allgemeine Einfachheit und Kompaktheit der Aufhängung mit Drehstabfeder ist recht einfach und kompakt und wird daher für Pkw-Anwendungen entschieden.