Strutbars

Strakker de hoek om

Brede banden heb je al. De vering is ook verlaagd. Zo, en nu eens lekker hard de bocht door. Maar goed dat je in een lekker kuipje zit, want anders, met die enorme dwarskrachten… Ook de wielophanging heeft daar trouwens last van. Niet elke ophanging heeft immers voldoende stijfheid en zal, net als de carrosserie, een tikkeltje vervormen. In de autosport worden kantelen en torsie van carrosserie en onderstel opgevangen met anti-rol-bars, bruggen en strips. Ook de ‘doe-het-zelf tuner’ kan gebruik maken van dat soort onderdelen. Op een rijdende auto werken allerlei krachten. Tijdens het optrekken komt de voorkant iets omhoog en als je remt gaat hij duiken. In een bocht ontstaat het bekende overhellen of rollen en als je maar hard genoeg door de bocht gaat, breekt de voor- of achterkant uit. Dat wordt ‘gieren’ genoemd, het verschijnsel waarbij overstuur of onderstuur ontstaat. Al deze autobewegingen worden veroorzaakt door onder andere massakrachten en centrifugaalkrachten, die via de wielophanging en het veersysteem op de banden worden overgebracht. Zolang de banden maar voldoende grip houden en zijdelings iets wegschuiven is er niks aan de hand. Als dat niet het geval is, dan raakt de auto uit balans en gaat hij gieren of rollen. Gieren gebeurt vanuit de hoogte-as, ook wel Z-as genoemd. Het is redelijk onder controle te houden door met het gas- en koppelingspedaal te spelen en de juiste stuurcorrecties toe te passen. Gaat de auto rollen (kantelen rond de X-as) dan is het uit met de pret en heb je heel wat stuurmanskunst nodig om uit de ambulance te blijven. Belangrijk bij het beperken van rolneigingen zijn een laag zwaartepunt, een stugge vering en demping en een grote spoorbreedte. Verder speelt de spoorkracht of vervorming van de banden een belangrijke rol. De bandvervorming wordt uitgedrukt in graden en wordt ‘drifthoek’ genoemd. Er is dus altijd sprake van een drifthoek als het contactvlak van de band vervormt. Daarbij zie je dat er twee bewegingsrichtingen zijn: de richting die de auto rijdt en de richting van het band-contactvlak. Naast de conditie van het wegdek is de drifthoek vooral afhankelijk van de bandenspanning, het profiel en de bandopbouw. Omdat de drifthoeken bij een hogere bandenspanning kleiner worden, mag je de volgende vuistregel hanteren: een hogere bandenspanning vóór vermindert onderstuur (doorglijden), en een hogere bandenspanning achter vermindert overstuur (spinnen).

Overstuur, onderstuur, neutraal

De wegligging van een auto staat voor een flink deel in verband met het zwaartepunt en de drifthoeken. Om het begrip ‘zwaartepunt’ goed te begrijpen moet je het autogewicht als één punt voorstellen. Ligt het zwaartepunt precies in het midden van de auto dan is ook de bandvervorming of drifthoek bij alle banden gelijk en ontstaat een neutraal stuurkarakter. Bij dit ideale rijgedrag laat een auto zich gemakkelijk door de bocht sturen en is er van gieren geen sprake. Mocht er vierwielslip optreden dan glijdt de auto gelijkmatig weg en is de slip snel en gemakkelijk te corrigeren. Ligt het zwaartepunt vóór het midden dan is de wieldruk op de voor- en achterwielen verschillend, waardoor in het algemeen ook verschillende drifthoeken ontstaan. De auto zal in een snel genomen bocht een grotere cirkelboog willen beschrijven, wat bekend staat als onderstuur. De meeste auto’s zijn min of meer onderstuurd, vooral als ze voorwielaandrijving hebben. Ze schuiven bij snel bochtenwerk over de voorwielen naar de buitenbocht. Ook bij teveel toevoer van vermogen en doorslippende voorwielen ontstaat gemakkelijk een flink onderstuur, wat je misschien al wel eens ervaren hebt met eigen auto. Ligt het zwaartepunt in het achterste gedeelte van de auto en worden de achterwielen aangedreven dan ontstaat in snel genomen bochten ‘overstuur’. Ga je nog harder dan gaat de auto spinnen. Bij overstuur is de auto dus staartlastig en met name auto’s met de motor achterin hebben er last van. Ook zijn deze auto’s meer zijwindgevoelig. Overstuur en onderstuur zijn op allerlei manieren te beïnvloeden, onder meer door de bandenspanning of de vering aan te passen of door montage van banden met verschillende breedte. Brede banden verminderen onderstuur en brede banden achter verminderen overstuur. Van dit principe wordt in de autosport, maar ook bij supersnelle sportauto’s, zoals Porsches, Ferrari’s en Lamborghini’s veelvuldig gebruik gemaakt.

Anti-rol systemen en aërodynamica

In scherpe bochten of bij plotselinge richtingsveranderingen zal elke auto gaan overhellen, al is dat bij een actief veersysteem te verwaarlozen. Alle dwarskrachten komen dan terecht op de buitenste wielen. Wordt de grip-grens overschreden dan zal het binnenste achterwiel zelfs van de grond kunnen komen. Dit verschijnsel ontstaat door de (dynamische) verplaatsing van de aslast waarbij het buitenste voorwiel het zwaarste belast wordt. Je hebt vast al wel eens gemerkt dan het ene autotype daar gevoeliger voor is dan het andere, maar elke auto krijgt er bij een bepaalde snelheid last van. Je kunt de veerbewegingen beperken door een hardere demping en het verkorten van de veerweg (verlagen). In het vorige artikel over de montage van verlagingssets heb je daarover al kunnen lezen. Een stug veersysteem heeft als eigenschap dat tijdens het uitveren een minder sterke afname van de wieldruk ontstaat, waardoor de stabiliteit toeneemt. Bij hogere snelheden zal ook de aerodynamica een toenemende invloed uitoefenen op de wieldruk. Dat bereik je met front- en achterspoilers waardoor een positieve lift ontstaat en de wieldruk toeneemt. Behalve door een stuggere vering kan het rollen of overhellen van de carrosserie ook beperkt worden door de montage van een stabilisatorstang. Zo’n massieve staaf van verenstaal werkt als een torsieveer en brengt de bewegingen van het ene wiel over op het andere. Tijdens het in-veren van het buitenste wiel tordeert de stabilisator en werkt hij als een veer die de veerweg beperkt en de wieldruk op het buitenste wiel vergroot. Als de opbouw kantelt (rolt) worden de uiteinden van de stabilisatorstang in tegengestelde richting verplaatst en ontstaat een draaimoment dat het rollen tegengaat. Hoe dikker en stugger de stabilisatorstang, des te sterker is de werking. De stabilisatorstang verhoogt dus de rolstijfheid met behoud van een soepele vering. Meestal zie je stabilisatorstangen alleen op de vooras maar bij zware en sportieve auto’s kom je ze ook tegen op de achteras. Af en toe tref je zelfs twee stabilisatorstangen per as aan, zoals op de achteras van de Opel Kadett GSi (één van 18 en één van 15 mm). Standaard gemonteerde stabilisatorstangen kun je trouwens vervangen door dikkere of dunnere. Verder kun je ze vervangen door exemplaren met een andere vorm of een gewijzigde bevestiging. Dergelijke sportieve stabilisatorsystemen zijn leverbaar onder de naam ‘anti-rol set’. Door de montage van een andere stabilisatorstang is het stuurkarakter te beïnvloeden: een stugge stabilisatorstang achter bijvoorbeeld vermindert de onderstuur- en vergroot de overstuurneiging.

Onderhoud en montage

Als je onder de auto duikt – het liefst als ‘ie stilstaat – zie je dat een stabilisatorstang met behulp van rubberlagers aan de wielophanging en de carrosserie is bevestigd. De stabilisatorstang is niet slijtage-gevoelig, de rubberlagers of bussen zijn dat wèl. Uiteraard is dat mede afhankelijk van de gebruikssituatie. Het rubber heeft tot taak kleine veerbewegingen te dempen. Constateer je abnormale speling op dat rubber, dan neemt de ‘aanspreektijd’ toe. Uitgeslagen rubbers herken je aan een ovaal gat. Een vervormde stabilisatorstang herken je aan een minder goed reageren van vering en besturing. De opbouw helt teveel over of je hoort een bonkend geluid als je de auto op en neer beweegt. Spoor in dat geval de speling van rubberlagers op en trek de bouten van de lagerbevestiging goed vast. Overigens kunnen ook de lagerbussen of fuseekogels van de draagarmen speling hebben en aan vervanging toe zijn. Mochten de rubberlagers een piepend of schurend geluid geven dan kun je dit verhelpen door siliconenspray tussen lager en stang te spuiten. Gebruik nooit minerale olie of vet omdat het rubber hier niet tegen bestand is en opzwelt. Voor het vervangen van rubbers moet je de spanning van de stabilisator afhalen. Dat lukt meestal door de auto op te krikken en ietsje uit de veren te lichten. Vervolgens verwijder je de lagerkappen en de eindbevestiging en monteer je nieuwe rubberlagers. Trek alle bevestigingsbouten gelijkmatig vast, bij voorkeur met een momentsleutel.

Minder torsie.

Een auto mag dan nog zo stijf lijken, in feite is er altijd wel wat beweging in de carrosserie mogelijk. Van de eerste jaargangen van de Ford Sierra was bijvoorbeeld bekend dat stevige doorrijders nogal eens last hadden van gebarsten voorruiten. De carrosserie tordeerde in snelle bochten en glas is niet zo erg flexibel… De centrale kooi heeft een behoorlijke stijfheid om de inzittenden te beschermen, maar de voor- en achterkant zijn juist bewust wat zwakker uitgevoerd om bij ongevallen klappen op te kunnen vangen. Zelfs de kooi is niet geheel vrij van torsie. Zo wordt gebruik gemaakt van gelijmde voor- en achterruiten om de body extra weerstand tegen torsie te geven. Daarnaast zijn er overal verstevigingsribben om het door de moderne veiligheidseisen almaar toenemende gewicht toch nog een beetje acceptabel te houden. Voor de passieve veiligheid werkt het, maar de verstevigingen helpen vaak niet om de body stijver te maken in bochten en torderen te voorkomen. Ga je er een beetje hard mee de hoek om, dan vervormt bij de meeste auto’s vooral het voorste en achterste carrosseriegedeelte ter hoogte van de binnenschermen behoorlijk, zeker op een ongelijk wegdek. Dat is minder gunstig voor de wielgeometrie. Vooral de sporing en wielvlucht zijn gevoelig voor kleine vervormingen omdat deze op fracties van graden zijn afgesteld. Daaraan is gelukkig iets te doen door ter hoogte van de voorste en achterste wielophanging dwarsversterkingen aan te brengen. Er bestaan bruggen die de bovenkant van de veerpoten verbinden en bruggen of strips (eigenlijk een simpele versie van een brug) die aan de onderkant de dwarse wieldraagarmen verbinden. In het Duits heten ze Domstreben en in het Engels strut braces. Met veerpootbruggen maak je de wielophanging en de carrosserie beter bestand tegen dwarskrachten en torsie, zeker als je verlagingsveren en brede banden hebt gemonteerd. De stuurprecisie neemt toe waardoor de veiligheidsmarges in bochten en tijdens het remmen of plotselinge uitwijkmanoeuvres veel groter zijn dan bij een onderstel met waggelneigingen. En als er eens iemand onder de motorkap kijkt, is de ‘rally-look’ trouwens ook nog mooi meegenomen.

Keuze en montage

Veerpootbruggen en torsiestrips worden tussen de voorste en achterste veerpoten bevestigd. Ze zijn gemaakt van gelakt of verchroomd staal of van gepolijst of geanodiseerd aluminium. Ook zijn zeer lichte en sterke carbon veerpootbruggen leverbaar, vervaardigd van met aramide-koolstofvezel versterkte kunststof. Het produceren van veerpootbruggen en strips is maatwerk. Ze zijn merkgebonden en passen meestal slechts op één autotype. Wel zijn sommige afstelbare veerpootbruggen universeel te gebruiken. Afstelbare veerpootbruggen hebben tevens als voordeel dat de passing altijd perfect is, hoewel de afstand tussen de beide veerpoten niet altijd overeenkomt met de farieksopgave. Hou er wel rekening mee dat een veerpootbrug je niet in de weg zit. Om toch nog gewoon in de machinekamer te kunnen werken, is het handig als de veerpootbrug gemakkelijk te verwijderen is. De montage-einden van een veerpootbrug zijn meestal uitgevoerd als een ring of een vork. Ze zijn gemakkelijk te bevestigen onder de drie of vier moeren van de veerpootbevestiging op het binnenscherm. Laat bij het monteren de auto op zijn wielen staan zodat de veren onder spanning blijven. Blijf vooral van de centrale schokdempermoer af! Deze houdt de zware schroefveer in positie en heeft niets te maken met de bevestiging van de veerpootbrug. Na montage van de veerpootbrug trek je de moeren goed vast, meestal met een moment van ongeveer 50 Nm. Trek je te hard, dan breekt de bout af en zul je deze moeten uitboren. Maar ach, wie vertellen we dat, een goede doe-het-zelver overkomt dat immers niet.