Suspensjon

Emner:

Generell drift av fjæringssystemet
McPherson
Spoleoppheng
Fjærkonstant
Bladoppheng
Luftfjæring
Torsjonsfjær
Hydropneumatisk suspensjon

Generell drift av fjæringssystemet:
Hensikten med fjæringssystemet er å absorbere bevegelsene ved kjøring over ujevnheter i veibanen best mulig, slik at mest mulig kjørekomfort opprettholdes. Veigrepet påvirker også fjæringen. Hvis fjæringen er veldig fleksibel (tenk på gamle amerikanske biler), blir veigrepet mye dårligere enn en bil med stiv fjæring. Dette er fordi en veldig fleksibel bil mister grepet når den går tilbake (f.eks. når den bremser hardt eller tar skarpe svinger). Trykket til dekkene på veibanen med et fjærende hjul er mye mindre enn et komprimert hjul og vil derfor gli mye raskere. Når du tar skarpe svinger i høy hastighet, vil sjansen for å bryte ut også være svært stor, fordi grepet til dekkene på innsiden av svingen er minimalt.
Når en veldig jevnt fjærende bil kjører over et kupert, asfaltert veidekke, vil bilen svaie mye når den sparker tilbake. Når bilen er avfjæret, er trykket på dekkene mindre og det er lite eller ingen bremsing eller styring mulig i det øyeblikket.
Med en stivfjæret bil, spesielt sporty biler eller senkede biler, vil grepet på alle 4 hjul være størst mulig når du tar skarpe svinger. Stabilisatorstangen og dekkstørrelsen har også stor innflytelse på dette. Når en senket bil kjører over et kupert, asfaltert veidekke, vil bilen holde seg stødig på veien og opplever derfor ingen problemer med plutselig hard oppbremsing i uttrukket posisjon.

Den fleksible og stive fjæringen (i biler med spiralfjærer) er relatert til en fjærhastighet. For å optimalisere fjæringen til en bil (avhengig av konstruksjonen), kan det monteres fleksible fjærer for komfort (lineære fjærer) eller stivere fjærer for sportslighet (progressive fjærer). Mer om dette i kapittelet Vårkonstant, lenger ned på siden.

McPherson:
Den store fordelen med McPherson-fjæringen er at fjær og støtdemper er kombinert. Dette sparer mye plass og er også enkelt å konstruere når du skal designe bilen. Som et resultat er også produksjonskostnadene lave.
McPherson-fjæringen er en videreutvikling av fjæringen med to tverrgående bærearmer (også kalt en dobbel bærearmkonstruksjon). Det øvre bærearmen er erstattet av stempelstangen til støtdemperen, som nå også absorberer sidekreftene. Derfor, ved en kollisjon med hjulet (av et annet kjøretøy eller når du treffer en fortauskant), oppstår vanligvis umiddelbar skade på stempelstangen. Denne deformeres veldig raskt og er derfor skjev. Hele støtdemperen må da skiftes ut.
McPherson-fjæringen brukes alltid foran på bilen. Fjærben brukes noen ganger også på bakakselen, men disse er ikke av typen McPerson. I bakhjulsopphenget er spiralfjærene og støtdemperne ofte utformet separat.

Topplageret er plassert på toppen av staget. Topplageret muliggjør styrebevegelser. Stativet er ofte festet til karosseriet under panseret med skruforbindelser. Så dette er et fast punkt. Topplageret, plassert under, sørger for at hele staget kan rotere jevnt i forhold til det øvre fikspunktet. Dette systemet med en bærende funksjon og et dreiepunkt med topplager kalles McPherson-systemet.

Spoleoppheng:
Driften av en spiralfjær er ikke basert på bøyning som du kanskje først tror, men på torsjon (torsjon). Når fjæren trykkes, vil den spiralformede stangen være vridd. Hele kjøretøyets vekt bæres av spiralfjærene. Spiralfjæren er innelukket mellom topplageret og det nederste fjærsetet. Når kjøretøyet komprimeres, vil topplageret skyve spiralfjæren ned. Fordi den vrir seg, genereres en motkraft. Denne motkraften er til syvende og sist den fjærende effekten. Jo mer motkraft fjæren utøver, desto kraftigere er fjæren.

Fjærkonstant:
Fleksibiliteten til en fjær indikeres av fjærkonstanten. Fjærhastigheten til en lineær spiralfjær er forskjellig fra den for en progressiv spiralfjær. Med en lineær fjær er avstanden mellom alle svingene den samme. Med en progressiv fjær er disse avstandene ikke like; på toppen eller bunnen av fjæren vil viklingene plasseres nærmere hverandre enn andre steder. Forskjellen mellom disse to fjærtypene kan sees på bildet:

Med en lineær fjær faller fjæren alltid sammen en viss avstand ved en viss vekt. Nedenfor er et eksempel på bevegelsen til en lineær fjær:

+100 kg ekstra last, bilen synker 2cm.
+200 kg ekstra last, bilen synker 4cm.
+300 kg ekstra last, bilen synker 6cm.

Det er nå en sammenheng mellom vekt og avstand med denne lineære fjæren. Komprimeringen av en lineær fjær er vist nedenfor; jo større kraft på fjæren, jo større er fjæringsvandringen. Linjene er rette fordi avstanden mellom alle fjærvingene er like.

Med en progressiv fjær er det ingen sammenheng mellom vekt og avstand. Denne fjæren blir stadig mer stiv ettersom den komprimeres ytterligere. Den første delen er enkel, men etter hvert som belastningen øker, fjærer den mindre og mindre langt. Dette er fordi viklingene er tettere sammen på toppen. Nedenfor er et eksempel på vårreisen til en progressiv fjær:

+100kg ekstra last, bilen synker 2cm.
+200kg ekstra last, bilen synker 3cm.
+300kg ekstra last, bilen synker 3,5cm.

Nedenfor er grafen for en progressiv fjær. Til å begynne med vil fjærvandringen øke ettersom kraften til fjæren øker. Linjen er ikke rett, men skråner oppover. Dette betyr at når kraften på fjæren øker ytterligere, blir fjærvandringen mindre og mindre. Bilen vil derfor bøye mindre og mindre ettersom kraften på fjæren øker.

Bilprodusenter leter alltid etter det beste forholdet mellom komforten og kjøreegenskapene til kjøretøyet. Fjærvandringen kan justeres ved å justere fjærens progressivitet (ved å plassere flere eller færre viklinger tett sammen). Diameteren på selve viklingen har også stor innflytelse på mengden torsjon som er mulig. Dette vil være forskjellig for hver bil. Det finnes også forskjellige typer fjærer for samme type biler med ulik sylinderkapasitet, type motor (bensin eller diesel), sportspakke, etc.
Senkefjærer kollapser ofte mye i den første delen, slik at bilen allerede er lavere over veibanen i nøytral posisjon. Dette skal gjøre det vanskeligere å komprimere bilen, så fjærene gjøres ekstra progressive. Ellers ville kjøretøyet treffe veibanen altfor raskt. Fordi fjærene komprimeres mindre lett, blir kjøretøyet stivere; Dette oppleves som ubehagelig av noen.

Bladoppheng:
Bladfjærer består av flere blader som er montert oppå hverandre. Topparket kalles hovedarket. Jo flere blader en fjær har, jo sterkere og stivere blir den. Tidligere ble de noen ganger montert under personbiler. Løvfjæren bestod da bare av noen få blader, noen ganger til og med bare hovedbladet. De brukes fortsatt i nyttekjøretøy, selv om de selvfølgelig er mye tykkere. Midten av bladfjærene er festet til akselen og endene til karosseriet eller chassiset. Den fjærende bevegelsen oppnås ved å bøye de mange bladene i midten av den totale lengden.

Det finnes 2 forskjellige typer bladfjærer:

Trapesfjær: Vårbladene er forskjellige i lengde og alle er like tykke overalt.
Parabolfjær: Fjærbladene er alle like lange og er tykkere på midten enn i endene. Det er også plass mellom vårbladene. Parabolfjærer er mer fleksible enn trapesfjærer og har mindre masse.

Luftfjæring:
Luftfjæring brukes sjeldnere enn spiralfjærer på personbiler. Luftfjæring finnes for eksempel på en Audi A8, BMW 7-serie eller X5. Disse bilene har ofte luftfjæring på alle fire hjul. Noen biler har stag med spiralfjærer foran og luftfjæring bak.

Figuren viser en bakoppheng med luftfjærer. I det indre av bilen (ofte nederst i bagasjerommet) er det en pumpe som pumper luft inn i luftfjærene. Luftfjærene utvider seg på langs, slik at vekten av bilen kan hvile på dem. Det er ofte en sensor på et bærearm som registrerer hvor langt bilen er opphengt av lasten (folk som sitter bak, eller en tung tilhenger). Basert på disse måledataene kan luftpumpen blåse opp luftbelgen litt hardere, slik at bilen ikke lener seg bakover.

Torsjonsoppheng:
Torsjon er et annet ord for "vridning". Torsjonsfjærer ble tidligere (hovedsakelig) brukt på amerikanske biler. Det nedre bærearmen til denne konstruksjonen er forbundet med karosseriet ved hjelp av en torsjonsstang. Når kjøretøyet komprimeres, vil de øvre og nedre dreiepunktene bevege seg. Støttearmen som torsjonsstangen er satt inn i vil ønske å henge rundt torsjonsstangen. Det er imidlertid ikke mulig, fordi torsjonsstangen har en fast forbindelse i bærearmen. Den andre siden av torsjonsstangen (på bildet nederst) er godt koblet til karosseriet.

Dette betyr at når hjulet komprimeres, utsettes stangen for torsjonsbelastning. Denne torsjonen bygger opp motstand (jo lenger hjulet komprimeres, jo lenger er torsjonsstangen vridd). Kompresjonen blir derfor stadig tyngre ettersom torsjonen øker. Hele fjæringen til bilens foraksel fungerer etter dette prinsippet. Det er også en av grunnene til at gamle amerikanske biler komprimerer og dekomprimerer så enkelt og greit.

Hydropneumatisk fjæring:
Hydropneumatikk er en kombinasjon av hydraulikk og pneumatikk. Dette systemet har vært brukt av Citroën siden 50-tallet og finnes fortsatt i modellene i dag.
Fjærkulen inneholder komprimert gass (blått på bildet) som er komprimerbart. Hydraulikkvæsken (gul) er det ikke. Under kompresjon vil det røde stempelet skyves opp av støttearmen og gassrommet vil bli komprimert. Det blå rommet blir mindre som et resultat. Når hjulet går tilbake og stemplet beveger seg nedover, går systemet tilbake til forrige situasjon. Den fjærende og dempende effekten oppnås ved å komprimere denne komprimerte gassen.

Systemet kan styres ved å justere oljemengden (gul). Ved å tilføre ekstra olje til systemet når det er tungt lastet, noe som skjer automatisk takket være hydropumpen, vil kjørehøyden øke. Kjøretøyet vil da sitte høyere på fjærene. Når lasten fjernes igjen (eller passasjerene kommer ut), vil oljen i systemet gå tilbake til lagerreservoaret via en trykkventil. Kjørehøyden reduseres igjen.