Auswirkungen der Pendelstangensteifigkeit auf unebenen Straßen

Ich habe gerade einen wirklich schönen Artikel über die Physik der Pendelstangen gelesen . Ich habe mir auch ein Video über das Federungsverhalten auf unebenen Straßen angesehen .

Nehmen wir Folgendes an:

• Ein Fahrzeug mit Frontantrieb wird mit einer Geschwindigkeit um eine Kurve gefahren, die auf einer trockenen, glatten, ebenen Straße ungefähr der Höchstgeschwindigkeit entspricht, die vor dem Untersteuern erforderlich ist.
• Der Einfachheit halber würden Änderungen an der Pendelstange vorne und hinten so vorgenommen, dass die TLLTD nicht beeinträchtigt würde.
• Stoßdämpfer, Federbeine, Federn würden nicht verändert.
• Mit "unebenen" Straßen meine ich typische nicht perfekte Fahrbedingungen, denen Sie täglich begegnen können: Denken Sie an Flecken, Nähte und Schlaglöcher auf Autobahnen, an Wellen, Spurrillen und Vertiefungen (z. B. typische Straßenabnutzung in der Nähe von Stoppschildern auf Straßen) von Lastkraftwagen usw. frequentiert) auf städtischen Straßen, nach dem Bau ausgebauten Flächen, ausgebauten Straßen, die für die Erneuerung vorbereitet sind, erhöhten Mannlöchern, Abflussvertiefungen usw. Es ist eine weit gefasste Definition, aber ich meine nicht Offroad- oder postapokalyptische Zustände.

Wie würde sich in diesem Fall ein steiferer Satz Stabilisatoren auf das Fahrzeughandling auf unebenem, unebenem Boden auswirken ? Jede Diskussion über Fahrwerkstheorie und Physik, die ich sehe, scheint normalerweise gute Straßenbedingungen vorauszusetzen.

Stellen Sie sich zum Beispiel das obige Szenario vor, in dem Sie mit hoher Geschwindigkeit nach links abbiegen und dann in der Kurve mit dem linken Vorderrad ein ziemlich großes, etwa 2-3 cm tiefes Schlagloch treffen.

Nach meinem begrenzten Verständnis wäre die Wirkung einer zu steifen Pendelstange eine der folgenden:

1. Die linke Strebe würde sich in das Schlagloch ausdehnen und eine nach unten gerichtete Kraft auf das Rad ausüben.
2. Über die Pendelstange würde ein Teil davon auch auf die rechte Seite übertragen und eine Aufwärtskraft auf die rechte Körperseite ausgeübt.
3. Beim Verlassen des Schlaglochs würde dann etwas ... Kompliziertes passieren, das ich nicht herausfinden kann.

Oder:

1. Die linke Strebe würde sich in das Schlagloch ausdehnen wollen .
2. Die Ausdehnung der linken Seite würde über die Pendelstange durch die auf der rechten Seite aufgrund der Drehung vorhandene Abwärtskraft begrenzt.
3. Das linke Rad würde dann länger brauchen, um wieder Kontakt mit dem Boden aufzunehmen, was dazu führen würde, dass das rechte Rad mehr Seitenkraft erfährt (die nicht mehr vom linken Rad absorbiert wird), und das Auto würde leichter untersteuern. Und vielleicht würde eine andere komplizierte Sache passieren.

Bin ich mit einer dieser Einschätzungen auf dem richtigen Weg? Was wäre der Effekt?

Auch als (vielleicht zu breite) Folgefrage: Welche Auswirkungen sollten raue Straßenverhältnisse haben, wenn Sie sich für eine ideale Pendelstangenkonfiguration entscheiden?

tl; dr: Wenn Sie eine der Pendelstangen eines Autos versteifen, ist es wahrscheinlicher, dass sich dieses Ende als Reaktion auf Transienten löst.

Auf hohem Niveau wirkt die Pendelstange wie jede andere Feder. Sie können das Problem mit der Pendelstange zerlegen, indem Sie jeweils ein Stück betrachten. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, dass ein Ende der Pendelstange an einem Ende an der Radbaugruppe befestigt ist, am anderen jedoch an einem unbeweglichen Punkt befestigt ist. Wenn Sie versuchen, die Radbaugruppe plötzlich nach oben oder unten zu bewegen (wie dies in Ihrem Beispiel bei vorübergehenden Stößen und Einbrüchen der Fall wäre), versucht die Stange, sich an ihren Drehpunkten zu drehen. Wenn das andere Ende an nichts befestigt wäre, würde sich die Stange offensichtlich nur frei drehen. Da es in diesem Beispiel jedoch festgeschraubt ist, wirkt die Stange als Torsionsfeder und widersteht der Verdrehwirkung. Je weiter sich die Stange zu drehen versuchte, desto größer war die resultierende Haube, die die Stange in die entgegengesetzte Richtung ausüben würde.

Natürlich schrauben wir die Enden der Pendelstangen nicht am Rahmen fest. Wir verbinden sie an beiden Enden mit Aufhängepunkten. Als solche sind sie jetzt mit dem gesamten gedämpften Federsystem gekoppelt, das bereits vorhanden war. Wenn wir einem Rad eine Kraft hinzufügen, versucht der Pendelstab erneut, sich an diesen Drehpunkten zu drehen. Dies führt dazu, dass eine äquivalente Kraft auf die andere Radbaugruppe ausgeübt wird (wenn Sie versuchen, das rechte Rad anzuheben, versucht die Pendelstange, das linke Rad anzuheben).

Hier kommen wir zu den wichtigsten Punkten Ihrer Frage: Denken Sie daran, dass Federn nur dann Kräfte ausüben, wenn sie aus ihrem Ruhezustand bewegt werden. Lassen Sie uns für diese Diskussion bei linearen Federn bleiben:

F = k * d

wobei F = Kraft, k = Federkonstante und d = Abstand oder Durchbiegung. Das Äquivalent für Torsionsfedern ist:

T = k * theta

wobei T = Drehmoment, k = eine andere Federkonstante und Theta = der Verdrehwinkel. In beiden Fällen können Sie feststellen, dass die resultierende Kraft oder das Drehmoment umso größer ist, je stärker Sie die Feder zusammendrücken, ausfahren oder verdrehen. Was wichtiger ist: Wenn Sie die Feder nicht bewegen, gibt es überhaupt keine Kraft. Damit die Pendelstange eine Kraft auf das Rad ausübt, die Sie in Betracht ziehen, muss die Feder am anderen Rad ausgelenkt (zusammengedrückt oder ausgefahren) sein. Dies ist wichtig: Die Pendelstange tut nichts, bis etwas auf der anderen Seite des Autos passiert ist.

Eine andere Art, dies zu sagen, ist, dass Pendelstangen Ihre unabhängige Allradfederung deutlich weniger unabhängig machen.

Lassen Sie uns Ihr ursprüngliches Problem so wiederholen, dass wir es auflösen können. Stellen Sie sich ein einzelnes Radpaar mit Federn und angebautem Stabilisator vor. Dies ist eine magische Schwingstange, auf der wir eine Vielzahl von Torsionskonstanten einstellen können (von schlaffen Spaghetti bis hin zu starren Stahl-I-Trägern). Jetzt üben wir eine Seitwärtskraft auf diesen gesamten Apparat aus, die nur geringfügig unter der Grenze eines einzelnen Reifens liegt (dh wenn nur eine Reifenkontaktfläche auf dem Boden wäre, würde sie fast rutschen, bei zwei jedoch nicht).

Drehen Sie nun die magische Schwingstange auf die Steifigkeitseinstellung nahe Null und stoßen Sie ein Rad an (z. B. heben Sie die Kontaktfläche plötzlich vom Boden ab), während die seitliche Kraft anhält. Das gegenüberliegende Rad ist von dieser Unebenheit fast völlig unberührt, so dass seine Reifenkontaktfläche ungestört bleibt. Da wir die Seitwärtskraft sorgfältig so gewählt haben, dass sie nur geringer ist als die, die erforderlich ist, um den Reifen zur Seite zu schieben, bleibt das System unberührt.

Stellen Sie nun die magische Schwingstange auf effektiv unendliche Steifigkeit ein. Wenn wir nun ein Rad anheben, wird das andere Rad ebenfalls angehoben. Da beide Reifen den Kontakt verlieren, rutscht das gesamte System seitwärts.

Die Realität liegt natürlich irgendwo dazwischen, aber diese Art von Gedankenexperiment macht den Punkt: Wenn Sie ein Rad anheben, wird die Pendelstange versuchen, auch das andere anzuheben. Dies führt dazu, dass sich das ganze Ende des Autos so anfühlt, als würde es sich lösen.

Praktisches Beispiel aus dem wirklichen Leben: Als ich ein FWD Integra hatte, habe ich genau dieses Experiment ausprobiert. Mein hinterer Stabilisator hatte drei Einstellungen, mit denen ich die Steifigkeit kontrollieren konnte (sie wirkten sich tatsächlich auf die Hebelwirkung aus, die der Rest der Federung auf dem Stabilisator hatte, aber das Ergebnis war praktisch das gleiche). Dies gab mir vier mögliche Einstellungen für die Steifigkeit zum Experimentieren: keine Stange + drei zunehmend steife Stangen zur Auswahl. In der Nähe gibt es eine bestimmte Ausfahrt, mit der ich enge legale Kurven fahren könnte. Was ich fand, war, dass eine Erhöhung der Steifheit die Qualität der Fahrt über Unebenheiten verringern und das Gefühl erhöhen würde, dass das hintere Ende herausspringen würde (versuchen Sie zu übersteuern).

Das Hinzufügen eines Stabilisators führt zu einer härteren Fahrt

Ich habe versucht, die Mechanik mit dieser Grafik nebeneinander zu erklären :

Erläuterung

• Wenn ein Rad auf einen Graben trifft, wird es durch das Gewicht des Fahrzeugs auf diesem Rad nach unten ausgelenkt. Dies bewirkt, dass sich die Aufhängungsfeder ausdehnt und eine Widerstandskraft in die entgegengesetzte Richtung wirkt.

• Durch Hinzufügen eines Pendelstabs wird eine zusätzliche Widerstandskraft in die Mischung eingeführt, wodurch die Federwiderstandskraft verringert wird. Dies führt zu einer geringeren Federauslenkung im Vergleich zu dem Zeitpunkt, an dem kein Pendelstab vorhanden war.

• Eine geringere Federauslenkung bedeutet, dass die Fahrzeugkarosserie dem Rad mehr in das Schlagloch folgen möchte, als wenn der Stabilisator nicht vorhanden war.

Da sagt ein Bild mehr als tausend Worte

Dies ist der Effekt der Pendelstange

Es ist keine Überraschung, dass Pendelstangen und Offroading selten zusammenpassen

Sie möchten, dass das Chassis ein wenig drehbar und flexibel ist.

Sonst würden Teile unter Zwang ziemlich leicht brechen.

Tatsächlich sind die Pendelstangen an einer Stelle in der Nähe der unteren Querlenker (vorne am Hilfsrahmen) mit dem Fahrgestell verschraubt. Daher macht es im Wesentlichen jede Ecke individuell steifer. Wenn dies gesagt ist, gibt es eine "Null" -Position (wo sich die Federung befindet, wenn das Auto geparkt ist). Je weiter sich die Federung von dieser Nullposition entfernt, entweder positiv oder negativ, desto mehr Widerstand gibt es (ich denke könnte man es sich wie eine Stemmeisen vorstellen?). Wenn Sie also eine Pendelstange mit kleinem Durchmesser haben, biegt sie sich leicht und ermöglicht so mehr Federweg. Wenn Sie in einige der Pendelstangen mit größerem Durchmesser gelangen, bleibt das Rad nur in der Luft (im Wesentlichen in der Nullposition), wenn es sich in der Luft befindet ein Loch. Das Ziel hier ist wirklich, Grip hinzuzufügen oder wegzunehmen, normalerweise wenn die Federung geladen ist. Je weicher das Setup,

http://speed.academy/how-swaybars-work/

All dies berücksichtigt natürlich den Zweck der Ant-Sway-Bar. Offensichtlich handelt es sich um eine Kontrollsicherheitsfunktion, die bei höheren Geschwindigkeiten oder in einer Notfallsituation zum Einsatz kommt, um ein Wanken zu verhindern und die Kontrolle zu behalten. Das ist gesagt worden. Ja, Ant-Sway-Lenker im Standarddesign wirken sich negativ auf den Fahrkomfort aus, da sie den eigentlichen Designzweck der Einzelradaufhängung einschränken. Interessanterweise verfügen die neueren Jeep Wrangler jetzt über eine Funktion, mit der die Pendelstange aus der Fahrerkabine entfernt werden kann. Interessant ist auch, dass spätere Royals Royce- Modelle jetzt eine " Active Sway Bar " haben, die eine freie Bewegung des Fahrwerks bis zu einem bestimmten Punkt ermöglicht.Eines der Konstruktionsmerkmale, die die sehr komfortablen und anpassungsfähigen Fahreigenschaften des Fahrzeugs ermöglichen.

Während Pendelstangen ein Sicherheitsmerkmal sind, werden sie schnell zu einem Bereich, der ein Design-Update benötigt, um mit den heute aktiveren Aufhängungen gut zu funktionieren.