For førti år siden leste vi i bilannonser at den og den supermodellen nå kom med uavhengig hjuloppheng – og folk ble elleville. Er uavhengig best? I forhold til hva? Og måtte det være så innmari mye dyrere?
Bildet øverst: Om du gransker en avansert løpsbil, ser du den mest dynamiske formen for hjuloppheng, med ekstremt lavt tyngdepunkt, triangel-tverrlenker og det hele. (Foto: Renault)
Av Stein Bekkevold
Først: Hva er uavhengig hjuloppheng? Uavhengig av hva? Hvorfor? For å forstå hva hjuloppheng i det hele tatt er, må vi se på bilkjøringens dynamikk. Ingen vei er flat. Og ingen vei er hvert fall uten svinger….
Bilen har fire hjul der de to foran svinges mykt og fint, mens resten følger etter.
Dette var et gjennombrudd – styringen oppkalt etter vognmaker Ackermann gjorde at forhjulene nå kunne trille helt uavhengig, totalt upåvirket av at det ytre hjulet måtte rulle en del lengre enn det indre. Før dette satt forhjulene på en sentralt opphengt aksel og det indre hjulet måtte skrubbe seg gjennom kurvene. I oksekjerre i fem km/t gikk det greit, men nymotens hestevogner i 30-40 km/t – krevde andre løsninger. Inn på scenen kom herr Ackermann. Og noen andre.
de Dion-Bouton var et selskap som håndbygde flotte biler med til dels avanserte hjuloppheng, stort sett for overklassen. Bakhjulsopphenget sto greve de Dion for. Denne skjønnheten fra 1903 kan du granske i bilmuseet i Torino. (Foto: Museo Nazionale dell´Automobile)
Allerede i 1758
Som så mye annet i oppfinnelsens snodige verden – også herr Edisons – er nemlig nye tanker svært ofte basert på eldre – det kalles utvikling. Så også denne styringen: Da en viss E. Darwins vogn veltet på grunn av hjulskrubbing, satte han seg ned og oppfant uavhengig oppheng foran. Det skjedde i 1758.
Seksti år senere beskrev vognmaker G. Lankensperger i München samme løsning. Metoden fikk patent i England – av alle steder – ved hans agent der, en ivrig herr R. Ackermann. Som var smart og vant ære og berømmelse mens oppfinnerne ble glemt. Sånn er verden.
Forhjulsdrift
Uavhengig rulling av forhjul var altså den første metoden der noe på en vogn beveger seg uavhengig. Med uavhengig oppheng mener vi nå at ethvert hjul kan bevege seg fritt opp og ned. Er de ikke slik opphengt, sitter de på en fast aksel, og det ene hjulet må bevege seg som det andre, selv om lasten er ulik.
Skremmende tap av veigrep på vaskebrett var et problem. Senere kom geometrifinesser som toe-in, camber, caster, sleperadius og kingboltvinkling. Og disse måtte ikke forstyrres av dumt forhjulsoppheng. Dermed ble god kontroll med forhjulene enda viktigere, og så ble alt komplisert av at alle skulle ha drift foran, noe André Citroën var hissig på ….
Ofte ser den moderne bilen slik ut om du fjerner alt over hjulene, med MacPherson foran, rett avgasslinje (!) og lett oppheng bak. (Foto: Volvo)
Stivt foran, stivt bak
Først hadde bilene fast aksel både foran og bak. Foran med patentet til Lankensperger/Ackermann, men bak var alt stivt. Og det var hel-stivt opphengt med bladfjærer, som nok kunne ha dempende friksjonsplater, og gummidempere for å ta bort gyngingen.
Så lenge alle kjørte T-Ford var dette helt OK, for fart over 30 km/t var ikke daglig kost. Veiene var for dårlige til fartsfest. Men så begynte de yngre med bilsport, for fart er gøy. Og stor fart er enda bedre.
Da racing kom i 1920-årene så folk at bilene var livsfarlige. De ble fort livsfarlige på et kolossalt nivå, og noen satte seg ned og fant ut hvorfor: De hadde for dårlige bremser og altfor dårlig stabilitet.
Nå var bilens verden etter hvert blitt interessant også for maskiningeniører i stort antall, og der var det opptil flere luringer. Glupe saker kom, og stiv bakaksel kunne holdes med diverse stag, hvorav greve de Dions var blant de lureste. Der styres individuelt opphengte hjul godt mens de vandrer opp og ned.
Hold sporvidden!
Et sentralt poeng med slike løsninger – utover å hindre sidestepping – er å holde sporvidden. Derfor har løpsbiler ofte trekant-tverrstag ved hvert hjul, et oppe og et nede, så hjulene bare går rett opp og ned. På forhjulsdrevne biler er dette en kronglete og plasskrevende løsning, så der er MacPherson nesten enerådende.
Dette er et fjærbein – en kraftig skrufjær rundt en like kraftig støtdemper – med solid innfestning oppe og nede. MacPherson er nå så bra at den brukes nesten over alt, bak – og på forhjulsdrevne biler – selv på de som før hadde tverrstag og det hele.
Tidlige løsninger var plaget av friksjon og slitasje i støtdemperen – fordi stemplet la skjevt trykk mot sylinderveggen. Men med bedre dimensjonering, geometri og nye materialer er ikke dette lenger noe problem. Andre oppheng kan ha kompliserte multistag der hjulnav med skivebrems holdes fast med en rekke stag som stabiliserer i alle retninger. Systemet blir fort dyrt og krever topp innjustering. Også etter en viss brukstid.
Slik ser dagens de Dion-løsning ut, her i en Ford Bronco. Poenget er å ha full kontroll over de uavhengige bakhjulene. Røret har stor diameter fordi stivheten øker dramatisk med diameter-økningen (i tredje potens). Eldre løsninger kunne ha et massivt stag, men røret er lettere og MYE stivere. (Foto: Ford)
Raske biler – bedre veigrep
De dynamiske utfordringene i en bil kommer jo av at veien har ujevnheter som ofte er asymmetriske, om de ikke er kommunale farts-humper…
Kreftene påvirker bilen i alle akser, på langs (z), på tvers (x) og i høyden (y). Direkte påkjenninger fra ujevnheter og sidekrefter i sving forsterkes av bilens egne svingemasser (vekt ganger akselerasjon) i drivverk og hjuloppheng, og av responsen i det som holder bilen på veien.
Dynamikken er utrolig komplisert og skal du ha en bil som takler alt dette optimalt, må du ut med litt mer enn hva familiebilen koster. Generelt har biler bygget for fart bedre veigrep, så sant du ikke bevisst ødelegger det ved å kjøpe noe billig herk som sleipe selgere påstår er gode gummihjul; de som ikke er så nøye på det …
