När människor tänker på bilprestanda tänker de vanligtvis på hästkrafter, vridmoment och noll-till-60 acceleration. Men all kraft som genereras av en kolvmotor är värdelös om föraren inte kan kontrollera bilen. Det var därför bilingenjörer riktade sin uppmärksamhet mot fjädringssystemet nästan så snart de hade bemästrat fyrtaktsförbränningsmotorn.
En bilupphängnings uppgift är att maximera friktionen mellan däcken och vägbanan, att ge styrstabilitet med bra hantering och att säkerställa passagerarnas komfort. I den här artikeln kommer vi att utforska hur bilupphängningar fungerar, hur de har utvecklats under åren och vart utformningen av upphängningar är på väg i framtiden.
Om en väg var helt platt, utan ojämnheter, skulle upphängningar inte vara nödvändiga. Men vägarna är långt ifrån plana. Även nygjorda motorvägar har subtila brister som kan interagera med hjulen på en bil. Det är dessa ofullkomligheter som applicerar krafter på hjulen. Enligt Newtons rörelselagar har alla krafter bådastorlekochriktning. En gupp i vägen gör att hjulet rör sig upp och ner vinkelrätt mot vägytan. Storleken beror förstås på om hjulet träffar en gigantisk bula eller en liten fläck. Hursomhelst, bilhjulet upplever envertikal accelerationnär det går över en ofullkomlighet.
Fjädringen på din bil maximerar friktionen mellan däcken och vägen och ger styrstabilitet.
Utan en mellanliggande struktur överförs all hjulets vertikala energi till ramen som rör sig i samma riktning. I en sådan situation kan däcken helt tappa kontakten med vägen. Sedan, under tyngdkraften nedåt, kan däcken smälla tillbaka i vägbanan. Vad du behöver är ett system som absorberar energin från det vertikalt accelererade hjulet, vilket gör att ramen och karossen kan åka ostört medan däcken följer gupp på vägen.
Studiet av krafterna som verkar på en bil i rörelse kallasfordonsdynamik, och du måste förstå några av dessa begrepp för att förstå varför en avstängning är nödvändig i första hand. De flesta bilingenjörer betraktar dynamiken i en bil i rörelse ur två perspektiv:
Rida: en bils förmåga att jämna ut en gropig väg
Hantering: en bils förmåga att säkert accelerera, bromsa och svänga
Dessa två egenskaper kan ytterligare beskrivas i tre viktiga principer -vägisolering, väghållningochkurvtagning. Tabellen nedan beskriver dessa principer och hur ingenjörer försöker lösa de utmaningar som är unika för var och en.
En bils fjädring, med dess olika komponenter, ger alla de lösningar som beskrivs.
Låt oss titta på delarna av en typisk fjädring, från den större bilden av chassit till de enskilda komponenterna som utgör själva fjädringen.
Innehåll
Bilupphängningsdelar
Dämpare: Stötdämpare
Dämpare: Fjäderben och svängstag
Upphängningstyper: Fram
Upphängningstyper: Bak
Specialiserade upphängningar: The Baja Bug
Specialiserade upphängningar: Formel 1-racer
Specialiserade upphängningar: Hot Rods
Bilupphängningsdelar
Upphängningen av en bil är faktiskt en del av chassit, som omfattar alla viktiga system som finns under bilens kaross. Dessa system inkluderar:
Deram: strukturell, lastbärande komponent som stöder bilens motor och kaross, som i sin tur stöds av fjädringen
Deupphängningssystem: uppställning som stödjer vikten, absorberar och dämpar stötar och hjälper till att bibehålla däckkontakt
Destyrsystem: mekanism som gör att föraren kan styra och styra fordonet
Dedäck och hjul: komponenter som möjliggör fordonsrörelse genom grepp och/eller friktion med vägen
Så upphängningen är bara ett av de viktigaste systemen i alla fordon.
Med den här stora översikten i åtanke är det dags att titta på de tre grundläggande komponenterna i vilken fjädring som helst: fjädrar, dämpare och svängningsstänger.
Dagens fjädersystem bygger på en av fyra grundkonstruktioner:
Spiralfjädrarär den vanligaste typen av fjäder och är i huvudsak en kraftig torsionsstång lindad runt en axel. Spiralfjädrar komprimeras och expanderar för att absorbera hjulens rörelse.
Bladfjädrarbestår av flera lager av metall (kallade "blad") bundna tillsammans för att fungera som en enda enhet. Bladfjädrar användes först på hästdragna vagnar och fanns på de flesta amerikanska bilar fram till 1985. De används fortfarande idag på de flesta lastbilar och tunga fordon.
Torsionsstängeranvänd vridningsegenskaperna hos en stålstång för att ge spiralfjäderliknande prestanda. Så här fungerar de: Ena änden av en stång är förankrad i fordonsramen. Den andra änden är fäst vid ett triangelben, som fungerar som en spak som rör sig vinkelrätt mot torsionsstången. När hjulet träffar en bula, överförs vertikal rörelse till triangeln och sedan, genom lyftrörelsen, till torsionsstången. Torsionsstången vrider sig sedan längs sin axel för att ge fjäderkraften. Europeiska biltillverkare använde detta system i stor utsträckning, liksom Packard och Chrysler i USA, under 1950- och 1960-talen.
Luftfjädrarbestår av en cylindrisk luftkammare placerad mellan hjulet och bilens kaross, och använder luftens kompressionsegenskaper för att absorbera hjulvibrationer. Tekniken används i många lyxfordon idag, men konceptet är faktiskt mer än ett sekel gammalt och kunde hittas på hästdragna barnvagnar. Luftfjädrar från denna era tillverkades av luftfyllda lädermembran, ungefär som en bälg; de ersattes med luftfjädrar av gjutet gummi på 1930-talet.
Baserat på var fjädrarna sitter på en bil - dvs mellan hjulen och ramen - tycker ingenjörer ofta att det är bekvämt att prata omfjädrande massaoch denofjädrad massa.
Defjädrande massaär fordonets massa som stöds på fjädrarna, medanofjädrad massadefinieras löst som massan mellan vägen och fjädrarna. Fjädrarnas styvhet påverkar hur den fjädrande massan reagerar medan bilen körs. Löst fjädrade bilar, som lyxbilar (tänk Mercedes-Benz C-Klass), kan svälja gupp och ge en supersmidig körning; dock är en sådan bil benägen att dyka och sitta på huk under inbromsning och acceleration och tenderar att uppleva kroppen svaj eller rulla under kurvtagning. Tätt fjädrade bilar, som sportbilar (tänk Mazda Miata MX-5), är mindre förlåtande på gropiga vägar, men de minimerar kroppsrörelser bra, vilket innebär att de kan köras aggressivt, även runt hörn.
Så även om fjädrar i sig verkar som enkla enheter, är det en komplex uppgift att designa och implementera dem på en bil för att balansera passagerarkomfort med hantering. Och för att göra saken mer komplex kan inte fjädrarna ensamma ge en perfekt jämn gång. Varför? För fjädrar är bra på att absorbera energi, men inte så bra påskingrasdet. Andra strukturer, kända somspjäll, krävs för att göra detta.
