Fahrwerkskinematik und Fahrdynamik
Die Fahrwerkskinematik beschreibt, wie sich jedes Rad bewegt und seine Ausrichtung ändert, wenn die Federung arbeitet oder die Lenkung eingeschlagen wird. Die Fahrdynamik beschreibt, wie Kräfte, Masse, Reifen und diese Bewegungen beim Beschleunigen, Bremsen, Kurvenfahren und Überfahren von Unebenheiten zusammenwirken.
Geometrie und Kraft sind verschiedene Betrachtungen
Eine kinematische Analyse beginnt mit Anlenkpunkten, Lenkern, Gelenken und deren zulässiger Bewegung. Sie kann Federweg, Sturz, Spur, Lage der Lenkachse, Übersetzungsverhältnis und geometrisches Rollzentrum berechnen, ohne zunächst eine bestimmte Feder- oder Dämpferkraft anzunehmen.
Eine dynamische Analyse ergänzt Masse, Trägheit, Reifenkräfte, Federn, Dämpfer, Wankstabilisierung, elastische Lager, Aktuatoren und Zeit. Das Ergebnis hängt ebenso von Geschwindigkeit und Last wie von der Geometrie ab. Zwei Fahrwerke mit ähnlicher statischer Achsgeometrie können deshalb wegen unterschiedlicher Radfederrate, Dämpfung, Nachgiebigkeit, ungefederter Masse oder Regelsysteme verschieden reagieren.
Die Bauformen, die diese Bewegungen erzeugen, erläutert Suspension Construction.
Radweg und Radausrichtung
Einfedern, auch Bump oder Jounce genannt, verringert den Abstand zwischen Rad und Karosserie. Ausfedern, auch Rebound oder Droop, vergrößert ihn. Während des Federwegs können sich Sturz und Spur ändern. Auch die Lenkbewegung verändert die Radebene und die Lage der Reifenaufstandsfläche zum Fahrzeug.
Entwickler legen diese Kurven aus und beurteilen nicht nur die Ausrichtung bei normaler Fahrhöhe. Der nutzbare Bereich muss Wanken, Nicken, Zuladung, Bremsen, Antriebsmoment, Fahrbahnanregungen und den verbleibenden Weg bis zum Einfeder- oder Ausfederanschlag berücksichtigen.
Federn, Dämpfer und Übersetzungsverhältnisse
Das Rad bewegt Feder oder Dämpfer selten um genau denselben Weg. Einbauposition und Lenkergeometrie erzeugen ein Übersetzungsverhältnis, sodass Bauteilsteifigkeit und -dämpfung nicht direkt der Steifigkeit und Dämpfung am Rad entsprechen. Das Verhältnis kann sich zudem über den Federweg verändern.
Federn tragen die Last und bestimmen einen großen Teil des Zusammenhangs zwischen Fahrhöhe und Radfederrate. Dämpfer erzeugen geschwindigkeitsabhängige Kräfte, um Schwingungen und Übergangsbewegungen zu kontrollieren. Stabilisatoren und aktive Systeme fügen Kräfte hinzu, die Rad- und Karosseriebewegungen koppeln oder unabhängig regeln.
Die Mechanismen der Bauteile beschreiben Suspension Springs, Suspension Dampers und Active Suspension.
Karosseriebewegung und Lastverlagerung
Huben ist die vertikale Bewegung der Karosserie, Nicken ihre Drehung um die Querachse und Wanken ihre Drehung um die Längsachse. Geometrie und Kraftelemente steuern die Karosseriereaktion, beseitigen aber nicht die Lastverlagerung durch Beschleunigung und die Höhe des Massenschwerpunkts.
Rollzentren, Anti-Dive und Anti-Squat beschreiben geometrische Kraftpfade. Sie können verändern, welcher Anteil einer Karosseriereaktion über Lenkerkräfte statt über Federverformung getragen wird. Die zugrunde liegende Längs- oder Querlastverlagerung heben sie nicht auf.
Nachgiebigkeit und reale Bauteile
Lager, Aufnahmen, Lenker, Hilfsrahmen und Karosserie verformen sich unter Kraft. Elastokinematik beschreibt die dadurch verursachten Änderungen von Ausrichtung und Position. Nachgiebigkeit kann zur Filterung von Härte oder für eine hilfreiche Lenkreaktion abgestimmt werden. Übermäßiger Verschleiß oder Schäden können jedoch unerwünschte Spur- und Sturzänderungen, Geräusche und Instabilität verursachen.
Das gesamte Fahrwerk muss daher über Federweg, Lenkeinschlag, Last, Temperatur, Toleranzen und Zeit bewertet werden. Ein einzelnes statisches Maß oder eine Spitzenkraft beschreibt sein Verhalten nicht.