Oberoende främre upphängningssystem
för att övervinna nackdelar som är förknippade med den styva balkaxelfjädringen används oberoende främre upphängning (IFS). Termen oberoende upphängning beskriver alla system som ansluter hjulen till ramen där rörelsen för ett hjul inte har någon effekt på det andra hjulet. Fördelarna och nackdelarna med att anta oberoende främre upphängning för personbilar och lätta skåpbilar inkluderar följande:
fördelar.
(a) centrifugalkraften skapas i fjädrade fordonskroppar när kurvtagning bildar ett rullpar som lutar eller rullar kroppen utåt. Kroppsrullen påträffas av ett motståndskraftigt par, producerat av produkten av fjädrarnas reaktionskrafter och effektivt avstånd mellan dem. Därför ökar eller minskar den nödvändiga reaktionsstyvheten hos fjädern för att motstå rullparet när det effektiva avståndet mellan fjädrarna minskar respektive ökar. I själva verket är rullvinkeln omvänt proportionell mot kvadraten på den effektiva fjäderbasbredden.
när det gäller balkaxeln beror det största avståndet mellan fjädrarna på bredden på chassit, vilket stöder de fästade bojorna. Men med den oberoende upphängningen med tvärarmslänk är det effektiva avståndet mellan fjädrarna lika med fordonets hjulspår. Därför jämfört med axelbalken kan relativt mjukare fjädrar användas med oberoende upphängning utan att påverka kroppsrullen. De mjuka fjädrarna reagerar och avböjer med den minsta vägdeformationen utan att överföra stötarna till fordonskroppen och passagerarna och ger därmed bättre körkomfort.
(6) eftersom den elastiska spänningsenergin som lagras i en spole eller torsionsstångfjäder är större än för en halv elliptisk flerbladig fjäder för en given Fjädervikt, kan lättare fjädrar användas med oberoende länkbensupphängning. När det gäller oberoende wishbone-upphängning krävs fjädern endast för att stödja vertikala belastningar och för att absorbera stötar, eftersom upphängningslänken ensam upprätthåller kör -, broms-och sidokrafterna. Med wishbone-gångjärnet på underramkonstruktionen följer den osprungna stubaxelns vridfog bågar i förhållande till den fjädrade kroppsstrukturen när upphängningen studsar. Dessa bågar ger en exakt och förutsägbar hjulbana i vertikalplanet, vilket är viktigt för konsekvent styrgeometri.
c) eftersom den oberoende upphängningen har mindre ofjädrad massa följer väghjulen vägarnas ojämnheter upp till högre hastigheter än för den tunga fjädringsfjädringen med styv axel. Som en följd av detta reduceras däckskrubb och slitage med oberoende upphängning.
d) en antirullstång, om den används tillsammans med den oberoende upphängningen, ger den nödvändiga motståndstyvheten för att motsätta sig kroppsvalsen under kurvtagning och därmed kan mjukare fjädrar användas för normala vertikala belastningar.
(e) om en separat eller oberoende upphängning för varje sida av bilen används, reduceras all interaktion mellan motsatta väghjul, så att det finns mindre chans att hjulet vacklar på grund av vibrationell resonans.
( / ) motorn och chassikonstruktionen kan sänkas så också i mitten av bilen så att
motorn kan flyttas framåt för att ge mer utrymme för passagerarna. g) oberoende upphängning sänker vanligtvis rullens centrum, varför karossen rullar innan hjulen bryter bort från vägen, vilket ger en varning till föraren.
nackdelar.
(a) hjulkambering med karossrulle minskar när det gäller effekt.
(b) det sker en liten förändring i hjulspåret, vilket orsakar däckskrubb under studsning av ett hjul.
(c) ett styvare chassi eller underramkonstruktion krävs.
(d) en mer komplicerad upphängnings-och styrkoppling och svängfogar är nödvändiga, så att upphängningen blir dyrare och tenderar att bära mer.
(e) effekter av obalanserad hjulmontering överförs lättare till ratten och är också mer uttalade.
(f) styrning-geometriinriktning är mer kritisk och kräver mer frekvent uppmärksamhet. 22.12.1. Typer av främre oberoende upphängning
Dubbel-tvärgående Wishbone Suspension.
figur 22.57 jllustrates de viktigaste detaljerna i denna suspension. I detta system är två länkar, vanligtvis parallella i normal körposition, konstruerade i en önskebenform för att ge styvhet fram och bak och för att motstå bromsmoment. Varje länkben använder tre lager, två inre lager som förbinder med ramen och en yttre som fäster vid stubbens länkben och den övre änden till en punkt på ramen strax ovanför den övre länkbenet. Fordonets vikt och nyttolast överförs från den fjädrade kroppen och tvärelementet till toppen av spiralfjädern. En spjäll är intallerad inuti spiralfjädern och är fäst med gummibussningar på undersidan av det fasta tvärelementet och till det nedre länkbenet. Sidokraft, om någon, motstås av styvheten hos länkbenen och svängfogarna och svängningarna.
framsidan av bilen ’kör’ mot marken när bromsarna anbringas, eftersom de nedre vridpunkterna på länksystemet normalt är inställda parallellt med vägen. För att minimera detta problem används antidykgeometri där den bakre svängpunkten på den nedre länkbenet placeras högre än den främre svängen. Vid applicering av de främre bromsarna ger bromsmomentet på det lutande länkbenet en vertikal kraft som motverkar den extra belastningen som överförs från baksidan till framhjulen.
Fig. 22.57. Tvärgående dubbel wishbone suspension.
när bilen svänger rullar karossen och båda hjulen lutar sig utåt från vridcirkeln och producerar en liten mängd camberrulle (Fig. 22,58 A). Om ett av hjulen går över en bula eller ett potthål i vägen, böjs endast den enskilda upphängningslänken tillfälligt uppåt eller nedåt utan att den fjädrade karossens genomsnittliga höjd ändras (Fig. 22,58 B). Som en konsekvens ger detta en helt oberoende upphängning för varje hjul så att reaktionsvibrationer inte överförs från en sida till den andra.
Fig. 22.58. Effekter av kroppsvals och oregelbundna vägytor på tvärgående dubbla länkbensupphängning. A. båda hjulen lutar utåt B. kroppen förblir upprätt när hjulkroppen rullar. går in i pothole och lutar inåt.
konstant spår ojämn Dubbel-tvärgående-nyckelben Suspension.
i denna layout är stubaxelbäraren ansluten till ramen med två länkar. En halvgående radiestång motstår längsgående dynamiska belastningar och bromsmoment. Fjädern kan placeras ovanför den övre axelbäraren. Gummi eller plast (PTFE) buskar är installerade i de inre ändarna av önskebenet. Vanligtvis är en kulled placerad vid den yttre änden för att göra det möjligt för stubaxeln att svänga. Spiralfjädrar är intallerade i det läge som visas eller ovanför det övre länkbenet.
Fig. 22.59. Innehåll-spåra ojämn dubbel-tvärgående nyckelbenupphängning. A. tvärgående lika längd. B. tvärgående ojämn längd.
Wishbones av samma längd (Fig. 22.59 A) används i tidiga mönster; som en konsekvens orsakade spårvariationen betydande däckslitage. För att minimera denna wishbones av ojämn längd (Fig. 22.59 B) är monterade, den längre i botten; men förändringar i kammarvinkel produceras nu. Genom att montera den övre länkbenet något bakom den nedre kan en konstant castervinkel erhållas. Länkbenaxeln lutar ibland bakåt för att få maximal länkbenslängd utan att begränsa motorutrymmet.
antingen används ett kolvspjäll för att montera de inre lagren för det övre länkbenet, eller så är ett teleskopspjäll installerat i mitten av spiralfjädern. När en torsionsstångfjäder används,
erhålls en stor rörelse av teleskopspjället genom att montera spjället diagonalt. I denna layout är den nedre änden förenad med den yttre änden av den nedre länken, eller en torsionsstång är ansluten till de inre ändarna av den nedre länken.
MacPherson Suspension.
i denna typ av suspension (Fig. 22.60), ett långt teleskoprör, som innehåller spjället, vrids i den övre änden och är styvt anslutet till stubaxeln i den nedre änden. En enda tvärgående länk, fäst vid ramen med gummibussningar och ansluten till stubaxeln med en kulled, ger spårkontroll. Spolfjädern är installerad mellan de fasta och flytande upphängningselementen. En stabilisatorstång kopplar samman båda främre upphängningens nedre länkar och ger också den nödvändiga styvheten fram och bak. Kulan och hylsan i botten fungerar som en svängning för styrstången och stubaxeln i horisontalplanet. Denna fog fungerar också som en upphängningsfog för relativ rörelse mellan spårstyrningsarmen och stubaxeln i vertikalplanet.
i likhet med flera andra upphängningssystem ställs hjul -, Kammar-och vridaxelns lutning in under tillverkningen och kan inte ändras. Vridaxelns lutning är den vinkel som bildas mellan vertikalen och linjen som tas från centrum av fjäderbenets trycklager till centrum av kulleden, som förbinder fjäderbenet med spårstyrarmen. Strut är inställd på en mindre vinkel än vridaxeln lutning för att ge däck clearance.
vid toppen av fjäderbenet mot fordonets centrum är det möjligt att få en negativ förskjutning (negativ skrubbradie) för styrningen. När spolfjädern är nästan helt komprimerad, tjänar ett bultstopp installerat på toppen av kolvstången till att förstyva upphängningen. Den triangulära spårstyrningsarmen absorberar kör-och bromstryckreaktioner.
under kurvtagning lutar karosseriet respektive de inre ytterhjulen utåt och inåt beroende på den initiala vinkeluppsättningen på den tvärgående spårstyrningsarmen. Följaktligen producerar båda hjulen camberrulle (Fig. 22.61 a). Varje hjulupphängning är helt oberoende av den andra sidan, på grund av vilken den upphängda kroppen inte påverkas av små hjulavböjningar under bilens rörelse (Fig. 22.61 b).
Fig. 22.60. MacPherson ben-Fjäderben fjädring.
Fig. 22.61. Effekt av kroppsrulle och oregelbunden vägyta på MacPherson-upphängning. A. hjulen lutar mot mitten B. hjulet går in i potten och lutar inåt under kroppsrullen. och kroppen förblir upprätt.
Kort Svängarm.
Detta är den enklaste typen av oberoende upphängningssystem. Detta använder endast en tvärgående arm, som är känd som ett länkbenelement och hålls styvt mot hjulstubaxeln, genom en king pin-styrfog medan den svänger på karossunderramen. Wishbone-arm gafflar är spridda brett isär vid svängpunkterna för att absorbera alla driv – och bromsreaktionsmoment enbart av den svängande armdelen. Fjädern, installerad mellan kroppsstrukturen och svängarmen, stöder endast fordonets vikt. Den svängande armen och de stödjande underramens svängpunkter absorberar helt sidokrafter och reaktioner.
karossen rullar när fordonet rör sig på ett krökt spår, så att båda hjulen lutar inåt mot mitten av den cirkulära banan (Fig. 22.62 a), producerar camber rulle. När ett hjul följer ett dopp eller ett hinder, är den tillhörande avböjningen begränsad till endast en sida av bilen och fjädern komprimeras utan att störa kroppshöjden i stor utsträckning (Fig. 22.62 B). Med denna upphängning förändrar armens minsta svängning avsevärt hjulets upprätthet till marken. __ _
Fig. 22.62. Kort svängande arm. A. båda hjulen lutar inåt under kroppsrullen.
B. hjulet går in i pot-hål och luta utåt och kroppen förblir upprätt.
Torsion-bar dubbel-tvärgående-arm fjädring.
en alternativ version av tvär-dubbel-wishbone suspension innehåller en torsionsstångfjäder i stället för en spiralformad spiralfjäder så att det elastiska motståndet är anordnat för att ändra fjädring vertikal belastning (Fig. 22.63 a). Torsionsstången är placerad parallellt med de längsgående elementen under ramen på vardera sidan av fordonet. Den ena änden av vridstången är splined till en reaktionsspak, bultad till kroppens undersida, medan den andra änden är splined till den nedre upphängningsarmen som stöds av ögonhålsvingen.
under avböjning av upphängningen svänger och vrider den nedre upphängningsarmen vridningsstången, som motstås av den stelt hållna reaktionsspaken längst bort på stången. Den övre upphängningsarmen fullbordar fyrstångskedjans geometri på grund av vilken den resulterande stubaxelns vertikala rörelse alltid håller båda främre väghjulen ungefär vinkelräta mot marken. I vissa system utgör den övre upphängningsarmen en del av en spjällenhet av spaktyp, i andra installeras en separat teleskopspjäll mellan underramen och den nedre upphängningsarmen.
eyehole pivot assembly tillåter den nedre upphängningsarmen att svänga såväl som överför torsionsstångens motståndskraft mot suspensionen (Fig. 22.63 B). Den nedre upphängningspivot har ett cirkulärt ögonhålshölje i ett stycke och stift bultat på underramen. En splined ögonbult är placerad i mitten av ärmbussen, som pressas in i höljet. När den nedre upphängningsarmen delvis roterar, tar vridningsförvrängningen av gummit upp hela vinkelrörelsen så att friktionsglidning mellan ögonbulten och den inre buskhylsan undviks.
Fig. 22.63. Torsion-bar dubbel-tvärgående-arm fjädring.
statiskt och dynamiskt elastiskt motstånd överförs av vridstångens ändspliner placerade i samma internt splinedhål i den nedre upphängningsarmen som i den splined ögonbulten. Därför fungerar torsionsstången endast som en fjäder och svänger inte den nedre upphängningsarmen. En dragstång stöder den nedre upphängningsarmen och förhindrar också horisontell vridning mot denna arm under acceleration och bromsning av fordonet.
fordonets trimhöjd kan ändras genom att skruva in eller ut justeringsbultarna på torsionsstångens reaktionsspak. Body-rulle och bula eller dopp avböjning av suspensionen orsakar hjul lutning liknande den som visas i Fig. 22.58. Den övergripande enkelheten och kompaktiteten hos upphängningen med torsionsstångfjäder är ganska enkel och kompakt och väljs därför för bilapplikationer.