2.5 Wiel- en sstnden 2.5.1 Inleiding In de wiel- s en ophnggeometrie kunnen we de volgende (meest belngrijke) wiel- en sstnden onderscheiden: wielstnden: toe- of uitspoor (toe-in of toe-out) wielvlucht of cmber sstnden: nloop, sknteling of cster KPI (KingPin Inclintion) Verder hebben we nog te mken met: de schuurstrl uitspoor in de bocht De wiel- en sstnden worden vrijwel ltijd sttisch gecontroleerd. Tijdens het rijden, remmen, ccelereren en het nemen vn bochten vernderen de wiel- en sstnden. De sttisch gemeten wrden komen dus niet overeen met de dynmische werkelijkheid. Oorzk hiervn zijn de flexibele componenten ls rubberen bussen (silent blocs), ophngpunten en uiterrd de flexibele drgrmen met de bijbehorende veren. Andere vrities ontstn door de krchten vn ccelertie, decelertie en het nemen vn bochten. Verder is de wielophnging zo ontworpen dt tijdens de bocht de wielstnden doelbewust worden vernderd. Veel instellingen worden experimenteel vstgesteld. De utotechnicus kn niet veel meer doen dn de fbrieksgegevens controleren en bij een gemeten fwijking de instellingen -indien- mogelijk corrigeren. Het is belngrijk om de meetvoorwrden ls vlkke vloer, wgenhoogte en bndenspnning n te houden. In de rlly wereld wordt veel geëxperimeerd met wiel- en sstnden wrdoor de rechtuitstbiliteit en het bochtgedrg kunnen worden beinvloed. Momenteel gt men bij de discussie over de wielstnden uit vn voorwiel-ngedreven wielen met McPherson (voorwiel)ophnging gecombineerd met rdil bnden. 2.5.2 De wielstnden Toespoor of uitspoor (Toe-in of toe-out) Wnneer de wielen, vnf de bovenzijde en in de rijrichting bekeken, vn voren dichter bij elkr stn dn vn chteren dn spreekt men vn toespoor. Stn de wielen vn voren verder uit elkr dn vn chteren dn is er sprke vn uitspoor. Fig. 2.5.1 Toe- of uitspoor kn in millimeters of in grden worden opgegeven. Veel moderne meetpprten geven de sporing in grden of minuten 1
weer. Sporing bedrgt in de prktijk enkele millimeters en enkele tienden vn grden. b Fig. 2.5.1 Voorstelling vn toespoor () en uitspoor (b) De onfhnkelijk wielophnging vn de chters mkt het ook mogelijk om de chterwielen een beplde stnd te geven. Toespoor chter geeft wt meer richtingsstbiliteit terwijl uitspoor chter de uto gemkkelijker doet sturen. De chter-sporing is meestl niet nstelbr. Het betreft veell kleine wrden. Als hndregel wordt (werd) er stndrd bij voorwielndrijving uitspoor gegeven en bij chterwielndrijving toespoor. Bij voorwielndrijving hebben de ngedreven wielen door het koppel dt ontstt ten gevolge vn de schuurstrl de neiging om nr binnen geduwd te worden. Uitspoor compenseert het effect vn deze krchten. Bij chterwielndrijving vindt het omgekeerde plts. Het duwen n de voors zorgt ervoor dt de voorwielen nr buiten worden geduwd. Toespoor zl dit effect weer compenseren. Fig. 2.5.2 F F F F chterwielndrijving voorwielndrijving Fig. 2.5.2 Krchten op de voorwielen ten gevolge vn de ndrijving. Het koppel F x wil het wiel nr binnen of nr buiten lten drien. De sporing beinvloedt echter een ntl belngrijke zken die de fbriknt kn doen fwijken vn de hndregel. Te weten: de slijtge vn de bnden de rechtuit-stbiliteit het bocht inrijgedrg. het bochtgedrg (overstuur en onderstuur) 2
Voor een minimum n vermogenverlies en bndenslijtge dienen die wielen exct in de rechtuit te stn. Een te veel n toespoor geeft een slijtge n de buitenknt vn de bnd te zien. Een te veel n uitspoor veroorzkt het tegenoverstelde effect nl. slijtge n de binnenzijde vn de bnd. Dit lles zou meer voor een neutrle (=0) sporing pleiten wre het niet dt ook de sporing invloed heeft op de richtingsstbiliteit. Er wordt gesteld dt in het ingewikkelde proces vn het weggedrg een zekere mte vn toespoor de rechtuit stbiliteit vergroot terwijl uitspoor het bocht-inrijgedrg vergemkkelijkt. Het is n de fbriknt om te beslissen welk effect hij prefereert. Sporing kn het stuurkrkter (overstuur of onderstuur) zowel positief ls negtief beinvloeden. Wnneer er bijv. snel een bocht wordt ingereden dn zorgt de toespoor ervoor dt er een overstuur neiging ontstt. Dit omdt het buitenste zwrder belste wiel het meeste invloed heeft op het bochtgedrg en l wt nr binnen is gedrid. Uitspoor heeft over het lgemeen het tegenovergestelde effect. Het meten vn de sporing De sporing wordt n het controleren vn de cster en de wielvlucht gecontroleerd en eventueel gesteld. Het meten vn de sporing geschiedt vnf de velgrnd en wnneer deze wordt uitgedrukt in mm,is de sporing volgens DIN 70020 het verschil tussen de fstnd B en C. Fig. 2.5.3 (Alleen de velg is in deze figuur getekend.) velg C rijrichting B Fig. 2.5.3 Het meten vn de sporing in mm. Sporing = B - C Wnneer men de sporing uitdrukt in grden dn heeft dit (veell) betrekking op 1 wiel zodt de hoek berekend wordt uit: 0,5.S / D Deze wrde is de sinus vn de hoek, wrin D de velgdimeter voorsteld en S de sporing in mm. Met een rekenmchine kn dn de eigenlijke hoek worden bepld. Omdt de hoek vrij klein is wordt deze veell in grd-minuten uitgedrukt. Fig. 2.5.4 3
C hoek in grden rijrichting B =0,5 x (B C) Fig. 2.5.4 De sporing uitgedrukt in grden of grd-minuten. 2 mm toespoor komt overeen met ongeveer 0, 17 0 (grden) of 10 (grd minuten) Met behulp vn een touwtje of een spoorstok kn de sporing met eenvoudige middelen worden vstgesteld. Verstelling geschiedt door het verlengen of verkorten vn de spoorstngen. Moderne meetpprtuur is meestl in stt om een sporing tussen de +2 (toespoor) en -2 (uitspoor) grden te meten. De wielvlucht of cmber Wielvlucht of cmber is de schuinstnd vn de wielen wnneer we voor tegen de uto nkijken. We onderscheiden een positieve of een negtieve wielvlucht. Wnneer de bovenzijde vn het wiel nr buiten wijst dn hebben we te mken met positieve wielvlucht. Wijst de bovenzijde nr binnen dt spreken we over negtieve wielvlucht. Fig. 2.5.5 b Fig. 2.5.5 Positieve () en negtieve (b) wielvlucht (voornzicht vn de uto) Vroeger werd over het lgemeen een pr grden (1 tot 3 0 ) positieve wielvlucht gegeven. Dit werd gedn om tezmen met de KPI, de schuurstrl wt te verkleinen en om er voor te zorgen dt het wiel nr binnen werd geduwd om de lgerspeling op te vngen. Momenteel stt het stuurgedrg centrl en kiest men veell voor een kleine negtieve wielvlucht. Om de beste grip vn de bnd op het wegdek te hebben moet het loopvlk vn de bnd vlk op het wegdek blijven. In de bocht zl het buitenste wiel de grootste spoorkrcht moeten opbrengen. Het wiel wordt door deze krcht ls het wre nr een positieve wielvlucht geforceerd. (positive cmber on body roll) Om dit verschijnsel te compenseren kiezen veel fbriknten voor een kleine 4
negtieve wielvlucht. Een negtieve wielvlucht vn ongeveer 2 0 heeft weinig invloed op de bndenslijtge mr verkleint het onderstuur-effect dt bij de meeste voorwielngedreven voertuigen optreedt. Het meten vn de wielvlucht. Wielvlucht wordt gemeten wnneer de bndenslijtge, het stuurgedrg of een mogelijke schde vn de wielophnging drtoe nleiding vormt. In principe kn de wielvlucht gemeten worden met behulp vn een schietlood en een grdenboog of een meetlint met een winkelhk. Voorwrden zijn een vlkke, rechte vloer, een correcte bndenspnning en een wielophnging zonder mechnische gebreken. Moderne uitlijnpprtuur kn veell een wielvlucht meten tussen de +6 en -6 grden. Verstellen of instellen vn de wielvlucht is bij veel voertuigen niet goed mogelijk. In sommige gevllen kn de ophnging vn de bovenzijde vn de McPherson-poot in dwrsrichting worden versteld. Als verstelling mogelijk is moet er op worden gelet of hierbij ook de KPI verstelt. 2.5.3 De sstnden Nloop, sknteling of cster Cster is de voorwrtse of chteroverliggende hellingshoek vn de stuurs. De stuurs is de lijn die in het zijnzicht vn de uto tussen de stuurkogels kn worden getrokken. Fig. 2.5.6 De csterhoek is over het lgemeen chteroverliggend of positief. Bij voorwiel ngedreven wielen treft men soms ook een negtieve cster n. Hierdoor ontstt een duw-effect. Het resultt vn een grotere richtingsstbiliteit blijft gehndhfd. csterhoek rijrichting bovenste stuurkogel onderste stuurkogel Fig. 2.5.6 Cster is de hellingshoek vn de stuurs. (verbindinding tussen de stuurkogels) De csterhoek kn nzienlijk zijn en vrieert tussen de 1 en 9 grden. Asknteling geeft het zelfsturende effect zols we bij rijwielen en zelfinstellende 5
wielen bij theetfels e.d. ntreffen. Cster geeft het wiel richtingsstbiliteit in de rijrichting en zorgt ervoor dt het getrokken wordt. Omdt de ndelen vn een te veel n cster grotendeels opgeheven kunnen worden door de moderne stuurbekrchtiging zien we dt in de loop der jren de csterhoek steeds groter is geworden. Cster veroorzkt ook een toenme vn de wielvlucht wnneer het wiel wordt verdrit. Het buitenste wiel wint n negtieve cmber terwijl vn het binnenste wiel de positieve cmber toeneemt. Over het lgemeen werkt deze verndering gunstig op het bochtgedrg. Het meten vn het cster. De sknteling of nloop is een indirecte meting en wordt verkregen door het cmber te meten bij verdriing vn de wielen. Het verschil tussen 20 0 indrien en 20 0 uitdrien is een mt voor het cster. Moderne uitlijnpprtuur kn tussen de -18 en +18 grden meten. Hoewel de meeste uto s niet erg cster gevoelig zijn is het belngrijk dt het verschil tussen links en rechts niet te groot is (mximl 1 grd). Een te groot verschil veroorzkt het scheeftrekken vn de uto. KPI (KingPin Inclintion) of dwrshelling vn de fusee De schuine stnd vn de stuurkogels wnneer we voor tegen de uto n kijken wordt de KPI genoemd. Fig. 2.5.7 De benming dteert uit de tijd vn de fuseepennen. (kingpin). Deze hoek tezmen met de wielvlucht beplt de schuurstrl vn de wielen. De KPI hoek kn nzienlijk zijn, wel tot zo n 15 0 omdt soms ook een negtieve schuurstrl wordt toegepst. Angezien de cmberhoek uiterst klein is wordt de schuurstrl in hoofdzk bepld door de KPI. In de tijd voor de stuurbekrchtiging werd wel centerpoint-steering toegepst. Hierdoor werd het stuurkoppel nzienlijk verminderd mr ook de richtingsstbiliteit tijdens het rechtuitrijden. KPI Fig. 2.5.7 KPI en schuurstrl KPI meting voornzicht schuurstrl Ook de KPI meting is weer een indirecte meting. Met behulp vn driplten worden de voorwielen verdrid. De KPI hoek doet de horizontle hrtlijn vn 6
het het wiel verdrien. Moderne uitlijnpprten kunnen KPI meten tussen de + en -18 grden. Het terugkomen vn de wielen n de bocht Voor het utomtisch terugkeren vn de wielen n een bocht zorgen de schuurstrl en de KPI hoek in combintie met het voertuiggewicht voor een terugstelmoment. Uitspoor in de bocht. Omdt in de bocht de voorwielen een verschillende bochtstrl moeten doorlopen wordt het binnenste wiel verder verdrid dn het buitenste (het Ackermn principe) Bijv. binnenwiel 23 0, buitenwiel 20 0. Omdt het binnenste wiel meer verdrit zl er uitspoor ontstn. Men spreekt dn vn uitspoor in de bocht. Vierwieluitlijning Om ook de stnd vn de voors t.o.v. de chters te bekijken is vierwieluitlijning noodzkelijk. De onfhnkelijke chterwielophnging mkt ook chterwielstnden mogelijk. Men gt tegenwoordig bij uitlijnen veell vn een complete vierwieluitlijning uit. We spreken vn een trcking hoek wnneer de chterwielen de voorwielen niet in een rechte lijn volgen. Ook wordt het begrip thrust line wel gehnteerd bij scheefstnd vn de chters. De thrustlijn is de rijlijn vn de chterwielen. Verndering vn de sporing tijdens invering. (toe-on-bumps) Omdt de spoorstng tijdens het veren verticl beweegt zl het toe- of uitspoor vernderen wnneer bijv. een wiel een oneffenheid te verwerken krijgt. Tot slot willen we het begrip set bck noemen. Set-bck ontstt wnneer de voorwielen niet in lijn stn, d.w.z één wiel stt voor de nder. Set-bck kn gemeten worden in grden of in millimeters. Fig. 2.5.8. rijrichting Fig. 2.5.8 Set-bck vn de voors bovennzicht 7
2.5.4 Vrgen en opgven 1. Wt is het verschil tussen wielstnden en sstnden? 2. Wrom zegt de sttische wieluitlijning weinig over de werkelijke wielstnden tijdens het rijden? 3. Vn welke stndrd wielophnging gt men uit bij de discussie over wiel- en sstnden? 4. Welke stndrdregel geldt voor het toepssen vn toespoor respectievelijk uitspoor? 5. Wt zou de reden kunnen zijn dt een voorwiel-ngedreven voertuig geen uitspoor mr toespoor heeft? 6. De sporing kn in grden en in millimeters worden uitgedrukt. Hoeveel grden komt nu overeen met een toespoor vn 4 mm? Op de uto zijn 13 inch velgen gemonteerd. 7. Wt verstn we onder een negtieve cmberhoek? 8. Wnneer zult u een klnt nrden om het cmber vn zijn uto te lten controleren? 9. Verkleint een positieve of een negtieve cmberhoek de schuurstrl? Verklr uw ntwoord. 10. Wt is de reden dt de utomobielfbriknt cster toepst? 11. Noem een mogelijke oorzk wrdoor een cster-verschil tussen links en rechts ontstt? 12. Wt verstnt men onder centerpoint-sturing? 13. Welke wielstnd wordt tevens versteld ls we de KPI instellen door bijv. de McPherson- poot te verpltsen? 14. Welke hoek is in hoofdzk verntwoordelijk voor het terugkomen vn de wielen n een bocht? 15. Wt verstn we onder een set bck vn de voors? Copyright (c) 2002 by Ep Gernt. This mteril my be distributed only to the terms nd conditions set forth in the Open Publiction License, v1.0 or lter.the ltest version is presently vilble t:http://www.opencontent.org/openpub/ 8