Chapman fjäderben
Chapman fjäderben är en design av oberoende bakre fjädring som används för lätta bilar, särskilt sport- och racerbilar . Den har fått sitt namn från och är mest känd för sin användning av Colin Chapman från Lotus .
Det karakteristiska kännetecknet för Chapman fjäderben är ett långt upprätt stag som kombinerar en spiralfjäder och stötdämpare , med en universalledad drivaxel som själv bildar fjädringens nedre länk .
Ursprung
Kraftig Scarab
Designens ursprung ligger i William Stouts Stout Scarab från 1932 . Denna bakmotordrivna bil använde svängaxeloberoende bakre fjädring, med långa nästan vertikala coilover -stag från höga monteringspunkter på rymdramens chassi . Stout hade också varit en flygplansdesigner och ansåg att de långväga oleo-fjädrarna tillverkade, "flygplanets landningsställ [är] den enklaste typen av löparutrustning för komfort som hittills utarbetats." De nedre ändarna av strävorna var fästa vid svängaxelhusen med svängbara bussningar. Stavar med framåtriktad radie hanterade de längsgående krafterna.
MacPherson fjäderben
1947 patenterade Earle MacPherson MacPherson fjäderben för användning på Chevrolet Cadet. Detta var den första riktiga fjäderbensupphängningen för bilar: axeltappen var styvt fixerad till fjäderbenet och höll således alltid samma vinkel med den, snarare än att fästas genom en svängbar led som för Stout's Scarab.
MacPhersons fjäderben drog fördel av de enhetliga bilkarosserna som dök upp i nya fabriker efter andra världskriget : fjäderbenet kräver en hög toppmonteringspunkt, vilket skulle vara svårt att ordna för ett stegchassi, men är också fördelaktigt för enhetlig konstruktion eftersom det fördelar fjädringslaster över en större volym av karossen. Nya bildesigner var också lättare och snabbare än förkrigsbilar, en billig massproduktionsbil som nu har prestanda som tidigare skulle ha varit förbehållen en dyr sportbil. Förarna krävde väghållning och komfort som krävde oberoende framfjädring . MacPhersons fjäderben var billig att tillverka och pålitlig i drift, hade få rörliga leder och använde de nya teleskopiska stötdämparna, snarare än de tidigare spakarmarna . MacPhersons fjäderben integrerade också en krängningshämmare , inte bara för kontroll av karossrullningen utan även för att återanvända den som en integrerad del av upphängningen och på så sätt undviker behovet av ett armatur eller radie till förmån för en enkel styrarm.
MacPherson fjäderben verkar ha haft lite inflytande på Chapman vid den här tiden (även om han senare skulle använda det utan framgång för framfjädringen på sin Lotus 17 ). Dubbla triangelfjädring var redan väletablerad för fronten på högpresterande bilar. En främre fjäderben skulle också ha krävt mycket större höjd än vad som fanns i en racerbil.
Goggomobil
1957 använde den lätta Goggomobil en liknande upphängningsdesign som Scarab. Men mycket enklare, Goggomobilen hade bara drivaxlar som också fungerade som upphängningslänkar, med fjädringskrafter som passerade genom de inre kroklederna . Svängaxelaxlarna bars endast av de släpande radiestavarna, snarare än ett axelhölje, och de långa strävorna förkortades till en enkel coilover-stötdämpare.
Chapmans design
1956 använde Chapman de Dions bakaxlar för sina Lotus- racingbilar och även Vanwall . Dessa hade till en början använt tvärgående bladfjädrar , men bytte senare till coilover-stötdämpare. Chapman hade identifierat några av de Dions nackdelar som inklusive dess höga ofjädrade vikt , behovet av glidande splines i de bakre drivaxlarna, och även (en typisk Chapman-fixering) dess okänslighet för förändringar i vikt när bränsle förbrukas. De första Lotus Twelve Formel 2- bilarna använde samma system, även om de Dions massa var en nackdel för en lätt ensitsig racerbil.
Vid ett 750 Motor Club- möte 1957 såg Chapman Goggomobil-systemet och blev imponerad av dess Lotus-liknande enkelhet och låga vikt. Användningen av drivaxlarna för både drivning och som upphängningskomponent tilltalade Chapman, som alltid föredrog lösningar som kunde få en komponent att fungera dubbelt.
Chapman fjäderben introducerades i Lotus första ensitsiga bil, Lotus Twelve . Denna utvecklades som en 1,5-liters Formel 2 1957, men återuppbyggd 1958 tävlade den också i Formel 1 . Samma bil introducerade också Lotus vingliga hjul .
Det fanns två skillnader från dessa föregångare till Chapman strut. Eftersom Lotus Twelve hade inombords skivbromsar fanns det inget behov av att föra bromsmomentet genom radiestavarna. Chapman undvek också svängaxeln och dess camberbyten med fjädringsväg, till förmån för en drivaxel med två kardanleder. Kopplingen mellan navhållaren och stötdämparbasen gjordes stel, vilket gjorde fjäderenheten till ett fjäderben och kontrollerade även cambervinkeln. Att använda själva drivaxeln för att styra det bakre spåret innebar att axeln kunde ha en fast längd, vilket undviker behovet av en glidande splinesförband och dess stiftproblem .
Chapman ansökte om patent på sin fjäderbenskonstruktion den 13 juni 1957.
Chapman fjäderben dök också upp på Lotus Sixteen från 1958. 1959 reviderades denna design för att använda ett lägre bärarm. Detta krävde i sin tur en återgång till en glidled i drivaxeln.
Jämförelse med MacPherson fjäderben
Chapman fjäderben förväxlas ofta med MacPherson fjäderben , eftersom båda använder ett nästan vertikalt övre fjäderben. Skillnaden är att MacPherson fjäderben alltid kräver en lägre styrarm där Chapman använder drivaxeln och en ljusradiestång.
Eftersom det kräver en drivaxel, kan Chapman fjäderben endast användas i den drivna änden av fordonet. För Lotus-designerna som det applicerades på var detta deras baksida. MacPherson fjäderben används oftast för främre fjädring och fjäderbensaxeln bildar kingpin -lagret, för styrrörelser. Det finns liten anledning till varför en Chapman fjäderben inte kunde användas på liknande sätt, även om det inte finns några uppgifter om att detta har prövats på en framhjuls- eller fyrhjulsdriven bil. Båda designerna är stag, där stagbasen är styvt fastsatt på navhållaren.
Chapman använde MacPherson fjäderben för framfjädringen på Lotus 17 . Dessa misslyckades, på grund av de stickproblem som Chapman hade arbetat för att undvika med den glidande drivaxelleden. Ett önskebensomvandlingssats utvecklades senare av före detta Lotus-ingenjören Len Terry .
Ansökningar
Racerbilar
Vägbilar
Lotus vägbilar efter de tolv använde också Chapman fjäderben för bakfjädring. Dessa inkluderade glasfiberplattformschassit Elite och ryggradschassit Elan . Chapman fjäderben, och deras breda separation av lastvägar in i chassit, passade bra till en struktur med stressad hud som Elite och kan ha påverkat dess val. De var mindre lämpliga för ett ryggradschassi och krävde breda stödben för att bära fjäderbenets topplaster, en o-Chapman-liknande funktion som tillförde vikten för endast ett enda syfte och var svår att göra tillräckligt styv. Det har föreslagits att fjäderkrafterna från dessa stag skulle ha fått bättre stöd som torsionsstänger , som sedan kunde ha förankrats till huvudupphängningsryggen.
Mittmotorn Europa använde en modifierad version av Chapman fjäderbenet. På grund av behovet av att isolera motorn och växellådan från chassit för att minska buller och vibrationer, ledde gummifästena till en överdriven sidorörelse av drivaxlarna. I det här fallet styrdes navens sidled av en stång med förstorad diagonalradie framtill. Sandwichfästen av gummi utvecklades som tillåter vertikal rörelse samtidigt som de kontrollerar rörelse i sidled. Liknande vibrationsproblem stötte på med Elite, men eftersom dessa bara hade vibrationen från differentialen att kontrollera snarare än motorvibrationer, kunde det hanteras med lämplig design av gummifästena.
- Lotus Elite (Lotus 14)
- Lotus Elan
- Lotus Europa
Efterföljande mönster
Den framgångsrika mittmotoriserade Lotus 18 från 1960 hade inte längre den höga karossen bakom förarsätet att montera topparna på fjäderbenen på. Istället använde den en bakhjulsupphängning med brett baserade nedre triangelarm som bär coilover-dämpare. De övre bärarmarna var dock, återigen i stil med Chapman fjäderben, med själva drivaxlarna och en främre radie-stång. Detta liknar Jaguars oberoende bakhjulsupphängning , som också använder drivaxlarna som en övre kontrollarm .
2016 års fyrhjulsdrivna version av Fiat 500X crossover baserad på Jeep Renegade använder flerlänkad Chapman fjäderbensupphängning bak, med MacPherson fjäderben fram. Även om drivaxlarna är en upphängningslänk, vilket gör detta till en Chapman fjäderben, finns det ytterligare tvärgående länkar också.