Federung im amerikanischen Stil

Die Gewichtsverlagerung bei Kurvenfahrt, Beschleunigung oder Bremsen wird normalerweise für jedes einzelne Rad berechnet und mit den statischen Gewichten derselben Räder verglichen. Die Gesamtmenge der Gewichtsverlagerung wird nur von vier Faktoren beeinflusst: dem Abstand zwischen den Radmitten (Radstand beim Bremsen oder Spurbreite bei Kurvenfahrt), der Höhe des Schwerpunkts, der Masse des Fahrzeugs und der Höhe der erfahrenen Beschleunigung. Die Geschwindigkeit, mit der die Gewichtsverlagerung erfolgt, sowie die Komponenten, durch die sie übertragen wird, sind komplex und werden von vielen Faktoren bestimmt, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Rollzentrumshöhe, Feder- und Dämpferraten, Stabilisatorsteifigkeit und die kinematische Konstruktion der Aufhängungsglieder.

Bei den meisten herkömmlichen Anwendungen wird die Gewichtsübertragung durch absichtlich nachgiebige Elemente wie Federn, Dämpfer und Stabilisatoren als „elastisch“ bezeichnet, während die Gewichtsübertragung durch starrere Aufhängungsglieder wie Dreieckslenker und Spurstangen als „geometrisch“ bezeichnet wird. Die ungefederte Gewichtsübertragung wird auf Grundlage des Gewichts der Fahrzeugkomponenten berechnet, die nicht von den Federn getragen werden. Dazu gehören Reifen, Räder, Bremsen, Spindeln, die Hälfte des Gewichts des Querlenkers und andere Komponenten. Diese Komponenten werden dann (zu Berechnungszwecken) als mit einem Fahrzeug ohne gefedertes Gewicht verbunden angesehen. Sie werden dann denselben dynamischen Belastungen ausgesetzt. Die Gewichtsübertragung bei Kurvenfahrten vorne entspricht dem gesamten ungefederten Vordergewicht mal der G-Kraft mal der Höhe des ungefederten Vorderschwerpunkts geteilt durch die vordere Spurweite. Dasselbe gilt für die Hinterachse.

Unter gefederter Gewichtsübertragung versteht man das Gewicht, das nur durch das auf den Federn ruhende Gewicht des Fahrzeugs übertragen wird, nicht durch das Gesamtgewicht des Fahrzeugs. Um diese zu berechnen, müssen das gefederte Gewicht des Fahrzeugs (Gesamtgewicht abzüglich ungefedertes Gewicht), die vorderen und hinteren Rollzentrumshöhen und die Höhe des gefederten Schwerpunkts (die zur Berechnung der Länge des Rollmomentarms verwendet wird) bekannt sein. Um die vordere und hintere gefederte Gewichtsübertragung zu berechnen, muss auch der Prozentsatz des Rollpaars bekannt sein. Die Rollachse ist die Linie durch die vorderen und hinteren Rollzentren, um die das Fahrzeug bei Kurvenfahrt rollt. Der Abstand von dieser Achse zur Höhe des gefederten Schwerpunkts ist die Länge des Rollmomentarms. Die gesamte gefederte Gewichtsübertragung entspricht der G-Kraft mal dem gefederten Gewicht mal der Länge des Rollmomentarms geteilt durch die effektive Spurbreite. Die vordere gefederte Gewichtsübertragung wird berechnet, indem der Prozentsatz des Rollpaars mit der gesamten gefederten Gewichtsübertragung multipliziert wird. Die hintere ist das Gesamtgewicht abzüglich der vorderen Übertragung. Die Wagenheberkräfte sind die Summe der vertikalen Kraftkomponenten, die auf die Aufhängungsverbindungen wirken. Die resultierende Kraft hebt die gefederte Masse an, wenn sich der Rollmittelpunkt über dem Boden befindet, und komprimiert sie, wenn sie unter der Erde liegt. Generell gilt: Je höher der Rollmittelpunkt, desto größer ist die Auftriebskraft.

Der Federweg ist das Maß für die Distanz vom unteren Ende des Federwegs bei amerikanischer Federung (z. B. wenn das Fahrzeug auf einem Wagenheber steht und das Rad frei hängt) bis zum oberen Ende des Federwegs bei amerikanischer Federung (z. B. wenn das Rad des Fahrzeugs nicht mehr nach oben in Richtung Fahrzeug bewegt werden kann). Das Aufsetzen oder Abheben eines Rads kann zu ernsthaften Kontrollproblemen oder direkt zu Schäden führen. Ein „Aufsetzen“ kann dadurch verursacht werden, dass die amerikanische Federung, Reifen, Kotflügel usw. keinen Bewegungsspielraum mehr haben oder die Karosserie oder andere Fahrzeugkomponenten auf die Straße aufschlagen. Kontrollprobleme, die durch das Abheben eines Rads verursacht werden, sind weniger schwerwiegend, wenn das Rad abhebt, wenn die Feder ihre unbelastete Form erreicht, als wenn der Federweg durch den Kontakt mit amerikanischen Federelementen eingeschränkt ist.

Viele Geländefahrzeuge, wie z. B. Wüstenrennwagen, verwenden sogenannte „Begrenzungsgurte“, um den Abwärtshub der amerikanischen Aufhängungen auf einen Punkt zu begrenzen, der innerhalb der sicheren Grenzen für die Gestänge und Stoßdämpfer liegt. Dies ist notwendig, da diese Lastwagen dafür ausgelegt sind, mit hoher Geschwindigkeit über sehr unwegsames Gelände zu fahren und manchmal sogar in die Luft zu fliegen. Ohne eine Art Begrenzung des Hubs würden die Buchsen der amerikanischen Aufhängung die gesamte Kraft aufnehmen, wenn die amerikanische Aufhängung „vollständig durchhängt“, und es kann sogar dazu führen, dass die Schraubenfedern aus ihren „Schalen“ springen, wenn sie nur durch Druckkräfte festgehalten werden. Ein Begrenzungsgurt ist ein einfacher Gurt, oft aus Nylon mit einer vorgegebenen Länge, der die Abwärtsbewegung an einem voreingestellten Punkt stoppt, bevor der theoretische Maximalhub erreicht ist. Das Gegenteil davon ist der „Bump-Stop“, der die amerikanische Federung und das Fahrzeug (sowie die Insassen) vor dem heftigen „Aufsetzen“ der amerikanischen Federung schützt, das verursacht wird, wenn ein Hindernis (oder eine harte Landung) dazu führt, dass die amerikanische Federung nicht mehr nach oben fährt, ohne die Energie des Hubs vollständig zu absorbieren. Ohne Bump-Stop erfährt ein Fahrzeug, das „aufsetzt“, einen sehr harten Stoß, wenn die amerikanische Federung die Unterseite des Rahmens oder der Karosserie berührt, der auf die Insassen und alle Verbindungselemente und Schweißnähte am Fahrzeug übertragen wird. Fabrikfahrzeuge werden oft mit einfachen Gumminoppen geliefert, um die schlimmsten Kräfte zu absorbieren und den Stoß zu isolieren. Ein Wüstenrennfahrzeug, das routinemäßig weitaus höhere Aufprallkräfte absorbieren muss, kann mit pneumatischen oder hydropneumatischen Bump-Stops ausgestattet sein. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Miniaturstoßdämpfer (Dämpfer), die an einer Stelle am Fahrzeug befestigt sind, an der die amerikanische Federung das Ende des Kolbens berührt, wenn sie sich der Aufwärtsfahrgrenze nähert. Diese absorbieren den Aufprall weitaus effektiver als ein Anschlagpuffer aus massivem Gummi. Dies ist von wesentlicher Bedeutung, da ein Anschlagpuffer aus Gummi als „letzter“ Notfallisolator für das gelegentliche, unbeabsichtigte Aufsetzen der Federung im amerikanischen Stil gilt. Er reicht völlig nicht aus, um wiederholtes und starkes Aufsetzen abzufangen, wie es beispielsweise bei einem Geländewagen bei hoher Geschwindigkeit auftritt.

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