Fjädringskinematik och fordonsdynamik
Fjädringskinematik beskriver hur varje hjul rör sig och ändrar riktning när fjädringen arbetar eller styrningen vrids. Fordonsdynamik beskriver hur krafter, massa, däck och dessa rörelser samverkar vid acceleration, bromsning, kurvtagning och körning över ojämnheter.
Geometri och kraft är olika perspektiv
En kinematisk analys utgår från fasta punkter, länkar, leder och deras tillåtna rörelse. Den kan beräkna fjädringsväg, camber, toe, styraxelns läge, rörelseförhållande och geometriskt rollcentrum utan att först anta en bestämd fjäder- eller dämparkraft.
En dynamisk analys lägger till massa, tröghet, däckkrafter, fjädrar, dämpare, krängningsanordningar, elastiska bussningar, ställdon och tid. Resultatet beror på hastighet och belastning lika mycket som på geometrin. Två fjädringar med liknande statisk hjulinställning kan därför reagera olika på grund av hjulstyvhet, dämpning, eftergivlighet, ofjädrad massa eller reglersystem.
De fysiska konstruktioner som skapar rörelserna beskrivs i Suspension Construction.
Hjulrörelse och hjulinställning
Infjädring, även kallad bump eller jounce, minskar avståndet mellan hjul och kaross. Utfjädring, eller rebound, ökar det. Camber och toe kan ändras genom rörelsen. Styrningen förändrar också hjulplanet och däckets kontaktyta i förhållande till fordonet.
Ingenjörer utformar dessa kurvor i stället för att bara bedöma hjulinställningen vid normal körhöjd. Det användbara området måste omfatta krängning, nigning, last, bromsning, drivmoment, vägpåverkan och återstående utrymme till infjädrings- eller utfjädringsstopp.
Fjädrar, dämpare och rörelseförhållanden
Hjulet rör sällan fjädern eller dämparen exakt samma sträcka. Monteringsläge och länkgeometri skapar ett rörelseförhållande, så komponentens styvhet och dämpning motsvarar inte direkt värdena vid hjulet. Förhållandet kan också ändras genom fjädringsvägen.
Fjädrarna bär lasten och bestämmer mycket av sambandet mellan körhöjd och hjulstyvhet. Dämparna skapar hastighetsberoende kraft som styr svängningar och övergående rörelser. Krängningshämmare och aktiva system tillför krafter som kopplar eller oberoende styr hjul- och karossrörelse.
Komponenternas mekanismer beskrivs i Suspension Springs, Suspension Dampers och Active Suspension.
Karossrörelse och lastöverföring
Heave är vertikal karossrörelse, pitch är rotation kring fordonets tväraxel och roll är rotation kring längdaxeln. Fjädringsgeometri och kraftelement styr karossens reaktion men eliminerar inte lastöverföringen som skapas av acceleration och masscentrumets höjd.
Rollcentrum, anti-dive och anti-squat beskriver geometriska kraftvägar. De kan ändra hur mycket av en karossreaktion som bärs genom länkkrafter i stället för fjäderdeformation. De tar inte bort den underliggande längs- eller tvärgående lastöverföringen.
Eftergivlighet och verklig maskinvara
Bussningar, fästen, länkar, hjälpramar och kaross deformeras under kraft. Elastokinematik beskriver de förändringar i inställning och position som eftergivligheten orsakar. Den kan anpassas för att filtrera stötighet eller ge en hjälpsam styrreaktion, men stort slitage eller skador kan skapa oönskad toe, camber, buller och instabilitet.
Hela fjädringen måste därför bedömas över rörelse, styrning, belastning, temperatur, toleranser och tid. Ett enda statiskt mått eller en toppkraft kan inte beskriva beteendet.