Moderne Autos legen oft neben Geschwindigkeit und Leistung Wert auf Komfort und Luxus. Die Leute neigen dazu zu glauben, dass Sitzheizungen und Tempomatsysteme den Reisekomfort erhöhen, aber was ist der wichtigste Faktor, der alle Fahrten so reibungslos wie möglich macht? Es ist die Aufhängung. Das Fahrwerkssystem eines Autos ist der wichtigste Faktor, der komfortable und stabile Leistung ermöglicht und dem Fahrer die wahre Kontrolle über das Fahrzeug gibt. Aber abgesehen vom Komfort, was ist der Zweck dieses Systems und wie funktioniert es?
Funktionen von Aufhängungssystemen
Die Hauptaufgabe des Fahrwerkssystems eines Autos ist es, die Reibung zwischen Reifen und Fahrbahn zu maximieren, die Lenkstabilität zu gewährleisten und den Fahrkomfort der Insassen zu sichern. Es zielt darauf ab, Vibrationen, Schwerkraft und Stoßkräfte von der Straße zu absorbieren.
Wenn alle Straßen perfekt flach wären, ohne Unebenheiten, Löcher oder Hubbel, wären Aufhängungssysteme unnötig. Leider ist das weltweit nicht der Fall. Selbst neu asphaltierte Straßen weisen winzige Mängel auf, die die Räder des Autos und ihre Bewegung beeinträchtigen. Diese Mängel üben Kräfte auf das Auto aus und heben es an. Die Größe der Kraft hängt natürlich von der Größe des getroffenen Lochs ab. In jedem Fall erfahren die Räder des Autos eine vertikale Beschleunigung, wenn sie über die Mängel fahren. Die Aufgabe des Aufhängungssystems ist es, diese aufwärts gerichteten Kräfte zu bewältigen und sicherzustellen, dass die Räder ständig Kontakt mit der Fahrbahn halten.
Wenn dies richtig funktioniert und die Räder immer in Kontakt mit der Straße sind, wird die Reibung maximiert, das Risiko von Überschlag oder Umkippen minimiert und die Antriebskraft dorthin übertragen, wo sie benötigt wird. Die Reifen absorbieren alle Stöße, Vibrationen und andere Straßenunebenheiten und arbeiten mit dem Stoßdämpfermechanismus des Autos, der Teil der Aufhängung ist, zusammen, um die Auswirkungen dieser Stoßkräfte effektiv zu mildern. Technisch gesehen drücken die Federungssysteme moderner Aufhängungen die Reifen durch ihre Federmechanismen auf den Boden, um maximale Reibung und bestmöglichen Fahrkomfort zu erreichen. Wenn also ein Reifen auf eine Erhebung trifft oder durch etwas auf der Straße nach oben gedrückt wird,
Komponenten eines Aufhängungssystems
Bevor wir verschiedene Arten von Aufhängungen und ihre Funktionsweise betrachten, ist es wichtig, ein grundlegendes Verständnis der Hauptelemente fast aller Aufhängungssysteme zu haben.
Die Hauptkomponenten eines Aufhängungssystems sind Federn, Stoßdämpfer und Stabilisatoren. Im Wesentlichen absorbieren Federn Stoßkräfte, Stoßdämpfer dissipieren diese Energie, und Stabilisatoren oder Anti-Roll-Bars werden zusammen mit Stoßdämpfern verwendet, um dem fahrenden Auto zusätzliche Stabilität zu verleihen. Ein Anti-Roll-Bar ist eine Metallstange, die sich über die gesamte Achse erstreckt und beide Seiten der Aufhängung verbindet.
Federn
Natürlich gibt es verschiedene Arten von Federn, Stoßdämpfern und Stabilisatoren. Blattfedern sind eine der ältesten Formen von Aufhängungsfedern. Diese Federn bestehen im Grunde aus mehreren Metallschichten, die zu einer dünnen, bogenförmigen Einheit verbunden sind. Sie sind an der Achse befestigt, und wenn das Auto auf eine Erhebung oder Straßenunebenheit trifft, komprimieren sich die Schichten und absorbieren den Stoß. Sie sind in heutigen Autos viel seltener, aber immer noch in amerikanischen Großfahrzeugen und Lastwagen zu finden.
Schraubenfedern sind die häufigsten Federkomponenten in Aufhängungssystemen. Eine Schraubenfeder ist eine robuste Torsionsstange, die um eine Achse gewickelt ist. Die Steifigkeit der Feder beeinflusst, wie die Aufhängungsmasse (alles, was sich über der Feder befindet und von ihr getragen wird) reagiert, wenn das Auto fährt. Wenn die Federspannung sehr gering ist, spricht man von einer „weichen Aufhängung“, die eine sehr sanfte Fahrt ermöglichen kann. Luxusautos sind zum Beispiel oft weich abgestimmt. Sie neigen jedoch zu Nasentauchen beim Bremsen, Hocken beim Beschleunigen und starkem Wanken und Rollen in Kurven. Andererseits können Autos mit harten Federn, die bei Stößen weniger nachgeben, unbequem sein, minimieren aber die Karosseriebewegungen und ermöglichen aggressives Kurvenfahren, was sie für Sportwagen ideal macht.
Ein gemeinsames Merkmal europäischer Autos ist ein System, das „A“-Arme oder Querlenker enthält. Dabei ist eine Torsionsstange an einem „dreieckigen“ Arm (genannt „Wishbone“ aufgrund seiner Ähnlichkeit mit dem „V“-förmigen Gabelbein eines Truthahnhalses) und am Fahrzeugrahmen befestigt. Der Wishbone wirkt als Hebel; wenn das Rad auf eine Erhebung trifft, wird die vertikale Bewegung auf den Wishbone oder Querlenker übertragen und durch die Hebelwirkung auf die Torsionsstange. Die Torsionsstange verdreht sich dann entlang ihrer Achse und liefert die Federkraft.
Stoßdämpfer
Wenn Federn Kräfte und Energie von unebenen Straßenoberflächen absorbieren, muss diese Energie irgendwie abgeführt werden. Das ist die Aufgabe der Stoßdämpfer. Daher sind Stoßdämpfer eine Art Dämpfer. Sie verlangsamen die Geschwindigkeit der Schwingungsbewegung, reduzieren die Amplitude und wandeln kinetische Energie in Wärmeenergie um, die durch hydraulische Flüssigkeit abgeführt wird. Stoßdämpfer sind geschwindigkeitsempfindlich. Je schneller sich die Aufhängung bewegt, desto mehr Widerstand bieten die Stoßdämpfer. Sie passen sich den Straßenverhältnissen an und können alle unerwünschten Bewegungen kontrollieren, einschließlich Wippen, Schwanken, Bremsentauchen und Beschleunigungshocken.
MacPherson-Federbeine sind eine fortgeschrittenere Form von Stoßdämpfern und im Grunde in Schraubenfedern eingebaute Stoßdämpfer. Sie fungieren gleichzeitig als Stoßdämpfer und stützen strukturell die Fahrzeugaufhängung – sie tragen bis zu einem gewissen Grad das Gewicht des Fahrzeugs, also leisten sie mehr als nur Stoßdämpfung. Federbeine sind bei Frontantriebsfahrzeugen in der Vorderradaufhängung sehr verbreitet.
Arten von Aufhängungen
Bei verschiedenen Fahrzeugen finden sich verschiedene Kombinationen von Federsystemen und Stoßdämpfern, und die Art der verwendeten Aufhängung kann sogar innerhalb des Fahrzeugs variieren – das Vorderradaufhängungssystem kann sich vom Hinterradaufhängungssystem unterscheiden.
Aufhängungssysteme werden in abhängige und unabhängige unterteilt. Bei abhängigen Aufhängungssystemen verbindet eine starre Achse zwei Räder, während bei unabhängigen Systemen die Räder unabhängig voneinander bewegt werden dürfen und nicht miteinander verbunden sind. Ältere Autos bevorzugten oft abhängige Aufhängungssysteme, oft in Kombination mit Blattfedern, während modernere Autos unabhängige Aufhängungssysteme bevorzugen, besonders an der Vorderachse. Abhängige Systeme sind robust und einfach, aber aufgrund fehlender Sturzänderung in Kurven besteht das Risiko, dass die Räder den Bodenkontakt verlieren. Bei unabhängigen Aufhängungssystemen werden Stoßlasten von der Straße auf der betroffenen Seite isoliert, was sehr vorteilhaft ist. Natürlich,
Oft sind die Aufhängungen vorne und hinten am Auto unterschiedlich. Das Vorderradaufhängungssystem kann sehr komplex sein, da es in die Lenkung integriert werden muss und auch als erstes auf Fremdkörper und unebene Oberflächen auf der Straße trifft. Das Hinterradaufhängungssystem ist oft einfach, da keine Lenkung berücksichtigt werden muss. Es handelt sich oft um ein abhängiges System (Beschreibung siehe unten) und basiert auf Blattfedern oder Schraubenfedern. Wenn jedes Rad einzeln aufgehängt ist, gilt das Auto als mit Einzelradaufhängung an allen vier Rädern ausgestattet.
Doppelquerlenkeraufhängung
Die Doppelquerlenkeraufhängung besteht aus zwei dreieckigen (A-förmigen oder V-förmigen) Armen, die übereinander angeordnet sind. Diese sind oben und unten am Achsschenkel des Fahrzeugs gelenkig befestigt, um die Lenkung des Fahrzeugs zu sichern und das Lenkrad auszubalancieren. Stoßdämpfer sind oft an jedem Querlenker befestigt, und diese Art der Aufhängung ermöglicht eine bessere Kontrolle des Sturzwinkels der Räder, minimiert Wanken und Schwanken und bietet ein konsistenteres Lenkgefühl. Sie sind beliebt an Vorderrädern schwererer Fahrzeuge, die in Kurven zum Wanken und Schwanken neigen. Obwohl sie leicht und mit vielen Vorteilen ausgestattet sind, sind sie teurer als Starrachsaufhängungssysteme (abhängige Systeme).
Kurz-/Langarmaufhängung (SLA)
Die Kurz-/Langarmaufhängung ist eine modifizierte Version der Doppelquerlenkeraufhängung und kann sowohl an Vorder- als auch an Hinterrädern von Autos verwendet werden. Bei der Doppelquerlenkeraufhängung sind beide Arme gleich lang. Bei der Kurz-/Langarmaufhängung (SLA) sind die Arme ungleich lang. Der obere Arm ist kürzer als der untere Arm. Dieses Design ermöglicht es, den Sturz zu kontrollieren und den Verschleiß an den Reifenkanten in Kurven zu begrenzen. Da der obere Arm verkürzt ist, wenn in Kurven Zentrifugalkräfte das Fahrzeug zum Wanken bringen und die Reifen auf ihre Kanten kippen wollen, arbeitet dieses Aufhängungssystem daran, die Aufstandsflächen beider Räder zurück zur Mitte des Reifens zu bringen. Dieser Effekt tritt bis zum vollen Sprung auf, was sie zur idealen Aufhängung für Hochleistungsfahrzeuge macht.
MacPherson-Federbeinaufhängung
Dieses System beinhaltet einen einzigen Querlenker in der Federbeineinheit, der es Reifen und Rad ermöglicht, sich auf und ab zu bewegen. Dies reduziert die ungefederte Masse und verbessert den Fahrkomfort. Es ist klein, relativ kostengünstig und nicht zu komplex, was es zu einer beliebten Federbeinalternative macht. In einigen der gleichen Fahrzeuge werden Federbeine auch im Hinterradaufhängungssystem verwendet. Dies ähnelt dem Vorderradfederbein, hat aber aufgrund der nicht lenkenden Räder kein oberes Reibungslager.
Verstellbare und hydraulische Aufhängungen
Zusätzlich zu all den grundlegenden Arten von Aufhängungssystemen, die Hersteller standardmäßig anbieten, wählen viele Fahrer verstellbare Aufhängungssysteme, die sie selbst installieren, einstellen und warten können. Diese werden manchmal von einigen Herstellern auch serienmäßig in Neufahrzeugen angeboten. Einige Aufhängungen ermöglichen Anpassungen durch den Fahrer oder automatisch durch das Auto selbst, was hilft, bestimmte Situationen zu bewältigen. Tatsächlich können Autos mit verstellbarer Aufhängung je nach Situation zwei oder mehr leicht unterschiedliche Aufhängungsfunktionen übernehmen.
Die Hauptparameter, die bei verstellbaren Aufhängungssystemen angepasst werden können, sind Fahrzeughöhe und Wanksteifigkeit. Luxusautos können mit der Fähigkeit ausgestattet sein, die Karosserie je nach Situation anzuheben oder abzusenken. Der Tesla Model S ist ein gutes Beispiel, der sich automatisch anhebt, wenn er Einfahrten wie Parkplätze oder Auffahren befährt. Einige SUVs können auf eine niedrigere Aufhängungshöhe für glatte Straßen, für Stabilität und Kraftstoffeffizienz, oder auf eine höhere Höhe für Geländefahrten eingestellt werden.
Die Höhenverstellung verwendet normalerweise Luftpolster, die in die Federn integriert sind. Änderungen der Hubhöhe entsprechen Änderungen des Luftdrucks. Andere Hersteller verwenden Hydrauliksysteme, um dasselbe zu erreichen, wobei eine Pumpe den hydraulischen Druck bereitstellt, der hilft, das Fahrzeug anzuheben.
Einige Fahrzeuge bieten aktive Aufhängungen, die automatisch die Federung versteifen, wenn der Fahrer mit hoher Geschwindigkeit manövriert. Diese verwenden Luft mit variablem Druck oder Hydrauliktanks, um dies zu tun. Die Einstellung der Wank