Wielgeometrie

Onderwerpen:

Algemeen
Wieluitlijning
Sporing
Wielvlucht / Camber
KPI (King Pin Inclination)
Ingesloten hoek
Askanteling / Caster
Schuurstraal
Ackermann principe

Algemeen:
De wegligging en het weggedrag van de auto is grotendeels afhankelijk van de wielgeometrie. De term ‘wielgeometrie’ is een benaming voor alle wiel- en fuseestanden waar het op deze pagina over gaat. Bij het ontwerpen van een auto worden de wielgeometrie van de auto uitvoerig gecontroleerd. Toen bijv. de eerste versie Mercedes A-klasse werd getest, bleek het dat deze auto bij de slalomproef om kon vallen. Na deze dramatische testresultaten werden de wielstanden en de stabilisatorwerking aangepast totdat deze baby-Benz gelijkwaardig was aan grotere voertuigen. De stabilisatorstang heeft grote invloed op het weggedrag van de auto, deze wordt beschreven in een apart hoofdstuk.

Wieluitlijning:
Het is belangrijk dat alle wielstanden goed zijn afgesteld, zoals bijv. de sporing en de camber. Wanneer er reparaties zijn verricht, zoals het vervangen van een spoorstang of het de-/ monteren van een draagarm of het subframe, is de kans zeer groot dat daarna de afstelling niet meer in orde is. Ook na een aanrijding met een andere auto of na het rijden tegen een stoeprand kan de afstelling niet meer in orde zijn. Als het wiel zichtbaar scheef onder de auto staat zal er een probleem zijn met een kromme draagarm of spoorstang. Deze delen zullen dus vervangen moeten worden!
De auto zal daarna uitgelijnd moeten worden. Het uitlijnen gebeurt op een speciale uitlijnbank, waar de computer met behulp van sensoren (die aan de wielen gemonteerd zitten) exact de standen kan zien, waardoor alles precies afgesteld kan worden. Elk merk en type auto heeft specifieke afstellingen. Ook verlaagde auto’s hebben andere afstelwaarden dan soortgelijke auto’s met een standaard onderstel.
Het kan zijn dat de afstelwaardes het doel niet bereiken. Ze liggen dan buiten de toleranties. Als de wielvlucht aan de voorzijde niet gecorrigeerd kan worden (als het in het rood blijft staan) is de kans groot dat de schokdemper krom is. Bij een aanrijding of met een knal een stoep op rijden zal het zwakste punt van de McPherson ophanging krom raken; de zuigerstang van de schokbreker. Ook het fusee (met het wiellager erin) kan dan krom raken.

Wanneer er na een reparatie van de wielophanging of een kleine tik tegen de stoep niet wordt uitgelijnd, zal dat op verschillende manieren merkbaar zijn:

Het stuur staat scheef bij rechtuit rijden.
De auto trekt naar één kant van de weg en moet steeds gecorrigeerd worden door het stuur te verdraaien.
De wegstabiliteit is slecht en verandert bij elke oneffenheid op het wegdrek van richting.
Overmatig veel bandenslijtage, vaak ook onregelmatig: De binnenzijde van de band is 4mm en de buitenzijde is glad.

Binnenkort komt er een pagina over welke werkzaamheden er gebeuren bij het uitlijnen…

De onderstaande onderwerpen geven een overzicht over alle soorten wielstanden die bij (de meeste) auto’s afgesteld kunnen worden.

Sporing:
De sporing is de richting van zowel de voor- en achterwielen. De sporing is af te stellen door de spoorstangen aan beide kanten wat langer of wat korter te maken. Ruimte C in de afbeelding wordt dan groter of kleiner. Spoorstangkop F beweegt dan naar binnen- of buiten, waardoor de wielstand verandert.

Als de wielen in stilstand iets naar elkaar toe staan, noemen we dat toespoor, en als ze wat van elkaar af staan, noemen we dat uitspoor. Tijdens het rijden komen de wielen precies in de rechtuitstand staan. Toespoor en uitspoor worden vaak ook “Toe-in” en “Toe-out” genoemd.

Auto’s met achterwielaandrijving worden aan de vooras met toespoor afgesteld. Bij het rijden worden de wielen naar buiten getrokken, waardoor ze in de rechtuitstand komen. Auto’s met voorwielaandrijving worden meestal met uitspoor afgesteld. Bij het rijden worden de wielen naar binnen getrokken, waardoor ze in de rechtuitstand komen. De tolerantie hierbij bedraagt slechts enkele graden. In de afbeeldingen is het ‘overdreven’ aangegeven, maar in werkelijkheid is het niet zomaar te zien. Er is hiervoor wel speciale uitlijnapparatuur nodig om dit waar te nemen.

Wielvlucht / Camber:
Wielvlucht, ook wel camber (Engels) of sturz (Duits) genoemd, is de schuine stand van het wiel ten opzichte van het wegdek. De wielvlucht wordt gemeten vanuit een lijn die loodrechts op de horizontale weg staat en wordt aangegeven in graden. De wielvlucht wordt in twee verschillende toepassingen uitgevoerd; namelijk positieve wielvlucht en negatieve wielvlucht. Bij positieve wielvlucht staat de bovenkant van het wiel verder naar buiten dan de onderkant (zie afbeelding ) en bij negatieve wielvlucht andersom; de bovenkant van het wiel staat meer naar binnen dan de onderkant.

Negatieve wielvlucht zorgt voor een verbetering van de wegligging in de bochten en een verbetering van de stabiliteit. Vandaar dat verlaagde sportauto’s ook een grotere negatieve wielvlucht hebben dan bij een standaard wielophanging. Een wiel met negatieve wielvlucht heeft de eigenschap om naar binnen toe te lopen en duwt het wiel dus naar binnen toe. Door de linker- en de rechter kant gelijk af te stellen zal de auto dus netjes recht uit blijven rijden, maar de bandenslijtage wordt aan de binnenkant van de banden wel groter.

KPI (King Pin Inclination):
De KPI, ook wel fuseedwarshelling of steering axle inclination genoemd, is de hoek tussen de lijn door de fuseedraaipunten en een loodrechte lijn op het wegdek. Door de KPI en Caster (volgend onderwerp) worden de voorwielen in de rechtuitstand gedwongen. Dit effect ontstaat omdat door de schuine stand van het draaipunt van de wielen de auto iets opgetild wordt wanneer de wielen worden gedraaid. Het eigen gewicht van de auto zorgt ervoor dat de wielen weer in de rechtuitstand gedwongen worden. De stoten van het wegdek worden bovendien minder krachtig aan de besturing doorgegeven. Wanneer de KPI verandert, zal ook de wielvlucht veranderen.

Ingesloten hoek:
De ingesloten hoek, ook wel Included Angle of Gabelwinkel genoemd, is geen wielstand maar een aanvulling op de reeds aanwezige begrippen KPI en Camber. De ingesloten hoek kan bepaald worden door de waarden van beide hoeken bij elkaar op te tellen.

Askanteling / Caster:
Askanteling, ook wel Caster, Fuseelangshelling of Naspoor genoemd, is de hoek tussen de hartlijn door de fuseedraaipunt B en een loodrechte lijn op de weg door het hart van de as A. Askanteling is altijd positief.
De askanteling geeft richtingsstabiliteit aan de auto, omdat het wiel tijdens het rechtuit rijden in de voortbewegingrichting wil staan. Dit kun je vergelijken met de voorvork van een fiets die ook altijd schuin naar voren staat. Als het wiel recht onder het frame zou staan, zou je bij een flinke hobbel de macht over het stuur kwijt raken. Ook als je het stuur achterste voren draait, zal je zien dat het stuur weer omdraait met het wiel naar voren. Bij een auto is dit principe het zelfde; door de voorwielen onder een voorwaartse hoek onder de auto te plaatsen, krijgt de auto een betere wegligging en het stuur zal tijdens het rijden weer automatisch in de rechtuit-stand terug sturen.
Bij het ontwerpen van moderne auto’s wordt vaak een grote askanteling toegepast. Dit geeft als voordeel een zeer positieve rijeigenschap. Een mogelijk nadeel van een grote askanteling is dat de auto zwaarder zal gaan sturen, maar met de tegenwoordige stuurbekrachtiging is dat geen probleem.

Schuurstraal:
De schuurstraal, ook wel Scrub Radius of Lenkrollradius genoemd is de afstand tussen het punt waar de hartlijn door het wiel het wegdek raakt (het wielpunt) en het punt waar de lijn door de scharnierpunten van de besturing het wegdek raakt (het stuurpunt). De schuurstraal bepaald de mate waarin de hoogten van de voorwielen veranderen bij het insturen en is mede verantwoordelijk voor de rechtuitstabiliteit van de auto.

Als het stuurdraaipunt (blauwe lijn) gelijk ligt met het wielpunt (rode lijn), is de schuurstraal ‘0’. Dat wordt ook wel ‘een Neutrale schuurstraal’ of ‘Centerpoint steering’ genoemd.
Als het stuurdraaipunt (blauwe lijn) buiten het wielpunt (rode lijn) ligt, is de schuurstraal positief.
Als het stuurdraaipunt (blauwe lijn) binnen het wielpunt (rode lijn) ligt, is de schuurstraal negatief.

Ackermann principe:
In de onderstaande afbeeldingen is te zien dat de lijnen vanaf de voorwielen uit komen in het gemeenschappelijke draaipunt. Wanneer de wielen onder de zelfde hoek zouden verdraaien, (de wielen staan dan beide onder exact dezelfde hoek verdraaid), zouden de lijnen vanaf de wielen ook evenwijdig aan elkaar lopen tot in het oneindige. Ze vinden nooit het gemeenschappelijk draaipunt M. Daarom zullen de stuureigenschappen in deze situatie zeer slecht zijn.

Dit hele principe wordt “uitspoor in de bocht” genoemd. Alle moderne auto’s zijn geconstrueerd met deze eigenschap. Op gladde ondergronden, bijv. de vloer in de parkeergarage, is gepiep van de banden te horen bij het insturen. Dat komt door dit principe. Het binnenste wiel, dat een grotere stuurhoek maakt dan het buitenste wiel, zal enige vorm van slip ondervinden.

Bij rechtuit rijden staan alle wielen in de rechtuitstand. Het verlengde van de hartlijnen van de fuseearmen snijden elkaar op het middelpunt van de achteras.

Bij het nemen van bochten zal het binnenste voorwiel verder verdraaien dan de buitenste. Dat komt doordat de fuseearmen schuin geplaatst worden en het wiel aan de binnenkant verder zal verdraaien. Wanneer de auto volledig ingestuurd zal ook de schuine wielstand ook duidelijk zichtbaar zijn. Door deze constructie zullen de rijeigenschappen beter worden.

Ingestuurde hoek:
De ingestuurde hoek van een voertuig kan berekend worden aan de hand van een aantal gegevens van de auto. Hieronder staat een afbeelding waar hoek α berekend is. Het berekenen van hoek β is de volgende stap.
Op de pagina uitspoor in de bocht wordt de berekening deze afbeelding zeer uitgebreid uitgelegd.

Rolcentrum:
Een belangrijk punt van de wielophanging is het begrip “rolcentrum”. De ligging van het rolcentrum speelt een grote rol in de rijeigenschappen. De ligging van het rolcentrum wordt bepaald door de stand van de draagarmen. Dit is een zeer belangrijk begrip bij het ontwerpen van een onderstel. Ook het verlagen van het voertuig heeft invloed op het rolcentrum. Klik hier voor meer informatie over het rolcentrum.