Moderne Automobile bevorzugen oft Komfort und Luxus neben Geschwindigkeit und Leistung. Die Leute neigen dazu zu denken, dass Sitzheizungen oder Tempomatsysteme Komfort auf einer Reise bieten, aber was ist der wichtigste Faktor, um sicherzustellen, dass jede Fahrt so reibungslos wie möglich ist? Die Aufhängung. Das Fahrwerksystem eines Autos ist zweifellos der wichtigste Faktor für komfortable und stabile Leistungen und ermöglicht es dem Fahrer, sein Auto wirklich zu kontrollieren. Aber was ist der Zweck des Systems, abgesehen vom Komfort, und wie funktioniert es?
DIE FUNKTION VON FAHRWERKSSYSTEMEN
Die Hauptaufgabe eines Fahrwerkssystems ist es, sicherzustellen, dass es maximale Reibung zwischen den Reifen und der Straßenoberfläche gibt, um die Lenkstabilität mit guter Handhabung zu gewährleisten und den Komfort der Passagiere zu sichern. Es soll Vibrationen, Schwerkraft und Aufprallkräfte der Straße absorbieren.
Wenn jede Straße völlig flach wäre, ohne Unebenheiten, Schlaglöcher oder Unregelmäßigkeiten, wären Fahrwerkssysteme nicht notwendig. Aber das ist leider nirgendwo auf der Welt der Fall. Selbst frisch gepflasterte Straßen weisen winzige Unvollkommenheiten auf, die die Räder eines Autos und seinen Betrieb beeinträchtigen können. Diese Unvollkommenheiten üben eine Kraft auf das Auto aus und drücken es nach oben. Das Ausmaß der Kraft hängt natürlich von der Größe der getroffenen Unebenheit ab. In jedem Fall erfährt das Rad des Autos eine vertikale Beschleunigung, wenn es über eine Unvollkommenheit fährt. Es ist die Aufgabe des Fahrwerkssystems, diese aufwärts gerichteten Kräfte zu bewältigen und sicherzustellen, dass die Räder jederzeit auf der Straße bleiben.
Wenn es richtig funktioniert und die Räder ständig mit der Straßenoberfläche in Kontakt sind, gibt es dann maximale Reibung und das Risiko des Überschlagens oder Kippens des Autos wird minimiert, und es hilft sicherzustellen, dass die Kraft auf die Räder übertragen wird, wo sie am dringendsten benötigt wird. Die Reifen absorbieren alle Stöße und Vibrationen sowie andere Unvollkommenheiten der Straße, und in Verbindung mit dem Stoßdämpfermechanismus des Autos, der Teil der Aufhängung ist, können die Auswirkungen dieser Stoßkräfte effektiv gedämpft werden. Technisch gesehen ist es der Federungsmechanismus moderner Fahrwerkssysteme, der die Reifen in den Boden drückt, damit wir maximale Reibung und die bestmögliche Fahrt haben. Wenn also ein Reifen auf eine Unebenheit trifft oder aufgrund von etwas auf der Straße nach oben gedrückt wird,
KOMPONENTEN EINES FAHRWERKSSYSTEMS
Bevor wir uns die verschiedenen Arten von Fahrwerken und ihre Funktionsweise ansehen, ist es wichtig, ein grundlegendes Verständnis der Schlüsselelemente fast aller Fahrwerkssysteme zu haben.
Die Schlüsselkomponenten eines Fahrwerkssystems sind Federn, Stoßdämpfer und Stabilisatoren. Um es auf das Wesentliche zu reduzieren: Federn absorbieren die Kraft des Aufpralls, Stoßdämpfer arbeiten dann daran, diese Energie zu dissipieren, und Stabilisatoren oder Anti-Roll-Bars werden zusammen mit Stoßdämpfern verwendet, um dem Auto zusätzliche Stabilität beim Fahren zu verleihen. Eine Anti-Roll-Bar ist eine Metallstange, die sich über die gesamte Achse erstreckt und beide Seiten der Aufhängung miteinander verbindet.
FEDERN
Es gibt natürlich mehrere Arten von Federn, Stoßdämpfern oder Stabilisatoren. Blattfedern sind eine der ältesten Formen von Fahrwerksfedern. Diese Federn bestehen im Wesentlichen aus mehreren Metallschichten, die zusammengebunden sind, um als eine einzige dünne, bogenförmige Einheit zu wirken. Sie sind an der Achse befestigt, und wenn das Auto auf eine Unebenheit oder Unregelmäßigkeit der Straße trifft, komprimieren sich die Schichten, um den Stoß zu absorbieren. Obwohl diese heutzutage für Autos viel seltener sind, findet man sie immer noch bei Schwerlastfahrzeugen und Lastwagen in den USA.
Schraubenfedern sind die häufigste Federkomponente eines Fahrwerkssystems. Eine Schraubenfeder ist eine robuste Torsionsstange, die um eine Achse gewickelt ist. Die Steifigkeit der Feder beeinflusst die Reaktion der aufgehängten Masse (alles, was sich über den Federn befindet und somit von den Federn getragen wird), wenn das Auto gefahren wird. Wenn es sehr wenig Spannung in der Feder gibt, ist sie „weich aufgehängt“, was wahrscheinlich eine sehr sanfte Fahrt bedeutet. Luxusautos zum Beispiel sind oft weich abgestimmt. Sie können jedoch dazu neigen, beim Bremsen und Beschleunigen einzutauchen und sich zu ducken, und haben ein stärkeres Schwanken oder Rollen in Kurven. Autos mit straffen Federn geben hingegen weniger nach, wenn sie auf Unebenheiten treffen, was unbequem sein kann, aber die Karosseriebewegungen minimiert, um Kurven aggressiv nehmen zu können, ideal für ein Sportauto.
Ein gemeinsames Merkmal europäischer Fahrzeuge ist ein System, das einen Aufhängungsarm oder einen „A“-Arm beinhaltet. Dieser besteht aus einer Torsionsstange, die an einem „dreieckigen“ Arm (so genannt, weil er die Form des „V-förmigen“ Dreiecks am Hals eines Truthahns hat) und am Fahrzeugchassis befestigt ist. Der Dreiecksarm wirkt als Hebel, der sich senkrecht zur Torsionsstange bewegt; wenn das Rad auf eine Unebenheit trifft, werden vertikale Bewegungen auf den Dreiecksarm oder Lenkarm übertragen und dann durch Hebelwirkung auf die Torsionsstange. Die Torsionsstange verdreht sich dann entlang ihrer Achse, um die Federkraft zu liefern.
STOSSDÄMPFER
Wenn Federn die Kraft und Energie von unebenen Straßenoberflächen absorbieren, muss diese Energie irgendwie abgeführt werden. Das ist die Aufgabe der Stoßdämpfer. Stoßdämpfer sind also eine Art Dämpfer. Sie verlangsamen und reduzieren die Amplitude der Vibrationsbewegung, indem sie kinetische Energie in thermische Energie umwandeln, die durch das Hydraulikfluid abgeführt wird. Stoßdämpfer sind geschwindigkeitsempfindlich; je schneller sich die Aufhängung bewegt, desto mehr Widerstand bietet der Stoßdämpfer. Sie können sich an die Straßenbedingungen anpassen und alle unerwünschten Bewegungen kontrollieren, einschließlich Rückprall, Schwanken, Bremstauchen und Beschleunigungsducken.
MacPherson-Federbeine sind eine weiterentwickelte Form von Stoßdämpfern und bestehen im Wesentlichen aus einem Stoßdämpfer, der in einer Schraubenfeder montiert ist. Sie wirken gleichzeitig als Stoßdämpfer und stützen strukturell die Fahrwerksaufhängung des Fahrzeugs – sie leisten mehr als Stoßdämpfer, da sie in gewissem Maße das Gewicht des Fahrzeugs tragen. MacPherson-Federbeine sind sehr verbreitet in der Vorderachse von Frontantriebsfahrzeugen.
ARTEN VON FAHRWERKEN
Verschiedene Kombinationen von Federsystemen und Stoßdämpfern können in verschiedenen Fahrzeugen gefunden werden, und die Art des verwendeten Fahrwerks kann sogar innerhalb von Fahrzeugen variieren – das Vorderradaufhängungssystem unterscheidet sich wahrscheinlich vom Hinterradaufhängungssystem.
Ein Fahrwerkssystem kann abhängig und unabhängig sein. In einem abhängigen Fahrwerkssystem verbindet eine starre Achse zwei Räder miteinander, während in einem unabhängigen System die Räder unabhängig voneinander bewegt werden dürfen und nicht miteinander verbunden sind. Ältere Autos neigten dazu, abhängige Fahrwerkssysteme zu bevorzugen, oft in Verbindung mit Blattfedern, aber modernere Autos bevorzugen unabhängige Fahrwerkssysteme, insbesondere für die Vorderradaufhängung. Abhängige Systeme sind robust und einfach, aber da es keine Einstellung des Sturzes in Kurven gibt, besteht die Gefahr, dass die Räder von der Straßenoberfläche abheben. Bei unabhängigen Fahrwerkssystemen werden Stoßbelastungen von der Straßenoberfläche von der Seite isoliert, auf der sie auftreten, was extrem vorteilhaft ist. Natürlich,
Oft sind die Vorder- und Hinterradaufhängungen von Autos unterschiedlich. Vorderradaufhängungssysteme müssen in die Lenkung integriert werden und können daher recht komplex sein, und sie sind auch die ersten, die mit Fremdkörpern oder unebenen Oberheiten auf der Straße in Kontakt kommen. Hinterradaufhängungssysteme können oft einfach sein, da die Lenkung nicht berücksichtigt werden muss. Das bedeutet, dass es sich oft um abhängige Systeme handelt (siehe unten für eine Erklärung), basierend auf einer Blattfeder oder Schraubenfeder. Wenn alle unsere Räder einzeln aufgehängt sind, kann das Auto als allradunabhängig aufgehängt betrachtet werden.
DOPPELQUERLENKERAUFHÄNGUNG
Die Doppelquerlenkeraufhängung besteht aus zwei dreieckigen Armen (A- oder V-förmig), die übereinander positioniert sind. Sie sind oben und unten am Achsschenkel des Fahrzeugs gelenkig gelagert, um die Lenkung des Fahrzeugs zu gewährleisten und das Lenkrad auszugleichen. Stoßdämpfer sind oft an jedem Querlenker befestigt, und diese Art der Aufhängung gibt mehr Kontrolle über den Sturzwinkel des Rades, um Rollen und Schwanken zu minimieren und ein konsistenteres Lenkgefühl zu bieten. Diese sind beliebt an den Vorderrädern größerer Autos, die schwerer sein und in Kurven zum Rollen oder Schwanken neigen können. Obwohl sie leicht ist und viele Vorteile bietet, ist sie auch teurer als Starrachssysteme (abhängige Aufhängung).
KURZ-/LANGARM-AUFHÄNGUNG (SLA)
Die Kurz-/Langarm-Aufhängung ist eine Modifikation der Doppelquerlenkeraufhängung, die sowohl an Vorder- als auch an Hinterrädern von Kraftfahrzeugen verwendet werden kann. Bei der Doppelquerlenkeraufhängung sind beide Arme gleich lang. Bei einer Kurz-/Langarm-Aufhängung (SLA) sind die beiden Arme ungleich lang; der obere Arm ist kürzer als der untere Arm. Dieses Design ermöglicht die Kontrolle des Sturzes und begrenzt den Verschleiß der Reifenkanten in Kurven. Die Länge des oberen Arms wird verkürzt, so dass in Kurven, wo die Zentrifugalkraft dazu neigt, das Fahrzeug zu rollen und die Reifen auf ihre Kanten zu stellen, dieses Fahrwerkssystem dazu beiträgt, das Aufstandsprofil in die Mitte des Reifens für beide Räder zurückzubringen. Dieser Effekt tritt bis zum vollen Sprung auf, was ihn zu einer idealen Aufhängung für Leistungsfahrzeuge macht.
MACPHERSON-FEDERBEINAUFHÄNGUNG
Dieses System umfasst einen einzigen Querlenker in einem Federbeinsatz, der es Reifen und Rad ermöglicht, sich nach oben und unten zu bewegen. Dies reduziert die ungefederte Masse und erhöht den Fahrkomfort. Es ist klein, relativ kostengünstig und nicht zu kompliziert, was es zu einer beliebten Federbeinwahl macht. Bei einigen der gleichen Fahrzeuge wird ein Federbein auch im Hinterradaufhängungssystem verwendet. Es ähnelt dem Vorderradfederbein, hat aber oben kein Drehlager, da es sich an einem nicht lenkbaren Rad befindet.
VERSTELLBARE UND HYDRAULISCHE AUFHÄNGUNG
Neben all den grundlegenden Arten von Fahrwerkssystemen, die Hersteller standardmäßig anbieten, entscheiden sich viele Fahrer für verstellbare Fahrwerkssysteme, die sie selbst installieren, einstellen und warten können. Diese können auch von einigen Herstellern standardmäßig in neuen Autos angeboten werden. Einige Aufhängungen ermöglichen eine Einstellung durch den Fahrer oder automatisch durch das Auto selbst, und diese können helfen, mit bestimmten Bedingungen umzugehen. Tatsächlich kann ein Auto mit verstellbarer Aufhängung die Funktion von zwei oder mehr leicht unterschiedlichen Aufhängungen übernehmen, je nach Situation.
Zwei Hauptparameter können mit verstellbaren Fahrwerkssystemen eingestellt werden: die Fahrzeughöhe und die Rollsteifigkeit. Hochwertige Autos können manchmal mit der Fähigkeit ausgestattet sein, ihre Karosserie je nach Situation anzuheben und abzusenken. Das Tesla Model S ist ein gutes Beispiel, da es sich automatisch anhebt, wenn es in Einfahrten wie Parkplätzen oder Auffahrten gefahren wird. Einige SUVs können auf eine niedrig