Trucks
De truckindustrie is conservatief als het gaat om nieuwe technologie. Velen fronsten daarom de wenkbrauwen toen Volvo Trucks de eerste onafhankelijke voorwielophanging (IFS) voor trucks presenteerde.
Hoofdingenieur Jan Zachrisson legt uit waarom er zo´n ophef was rondom IFS (Individual Front Suspension) toen dit systeem in het najaar van 2012 werd geïntroduceerd. “Onderdelen van de huidige veringssystemen zijn in principe gebaseerd op dezelfde technologie als in de 18e eeuw werd toegepast op rijtuigen. De wielen van elkaar scheiden in het voorchassis, zodat ze onafhankelijk van elkaar functioneren, is revolutionair op zware trucks.”
Voordat Jan Zachrisson aan het IFS-systeem ging werken, was hij betrokken bij het verbeteren van de bestaande luchtvering voor het voorchassis van de nieuwe Volvo FH. Door zijn achtergrond bij Volvo Bus had hij al ervaring in het werken met onafhankelijke ophangsystemen, omdat deze technologie al bijna 30 jaar wordt toegepast in de busindustrie.
“De voorchassis met blad- en luchtveringssystemen zijn zo goed dat er niet zo veel mogelijkheden zijn om deze technieken nog verder te ontwikkelen. Met de introductie van IFS beginnen we aan een compleet nieuwe fase en verandert de perceptie van de chauffeur van hoe het aanvoelt om met een truck te rijden.”
Met de introductie van IFS schrijven we de eerste hoofdstukken van een totaal nieuw boekwerk en veranderen we de perceptie van de chauffeur van hoe het aanvoelt om met een truck te rijden.
De eerste opzet voor IFS werd ruim 10 jaar geleden gepresenteerd door Volvo Trucks. Toen werden de eerste prototypen van het systeem uitgetekend, maar pas in 2008 begon de ontwikkeling serieuze vormen aan te nemen. De afgelopen vijf jaar leidde Bror Lundgren een projectteam van 15 mensen dat gezamenlijk de nieuwe technologie ontwikkelde.
“We kregen de opdracht om een ontwerp te maken waardoor Volvo-trucks de beste ter wereld zouden worden voor wat betreft weggedrag en comfort. Aangezien een deel van het werk al was gedaan, hadden we echt een goed uitgangspunt. De belangrijkste ontwerpwerkzaamheden, zoals het vertalen van een concept naar een industrieel project, lagen nog voor ons”, legt Bror Lundgren uit.
Het is geen toeval dat Bror Lundgren, met zijn ervaring in onafhankelijke veringssystemen in de autoindustrie, werd gekozen om de ontwikkeling van Volvo Trucks’ IFS-systeem te leiden.
Het basisprincipe voor het systeem is voor een auto hetzelfde als voor een truck. Door de wielen onafhankelijk van elkaar op te hangen, wordt het voertuig stabieler en het weggedrag meer voorspelbaar.
De systemen hebben echter een verschillend ontwerp. De grootste uitdagingen voor de ingenieurs van Volvo Trucks waren de ruimte en de stijfheid.
In een auto wordt de stijfheid in het systeem gecreëerd door het chassis waaraan de as wordt bevestigd. Dit soort oplossing is op een truck echter om twee redenen onmogelijk. Ten eerste omdat de motor in hetzelfde gedeelte zit als de wielophanging. Ten tweede is de chassisopbouw waarop het systeem wordt bevestigd hoger ten opzichte van het wegdek. Daardoor kan de natuurlijke stijfheid in een auto niet zomaar één-op-één worden overgenomen in een truck.
De oplossing is een ontwerp waarin de bewegende delen van het systeem bij elkaar worden gehouden door twee subframes die de onderzijde van de motor volgen.
“Er mochten geen bewegingen in de lengterichting zijn, dus we hebben ons heel erg gericht op het zo veel mogelijk verstijven van de framestructuur van het IFS-systeem”, legt Bror Lundgren uit.
“Toen het ontwerp onze testbanken doorstond, en we beseften dat het functioneerde volgens plan, was dat een grote overwinning”, voegt hij toe.
Op de testbank van Volvo Trucks in Göteborg wordt een belangrijke reeks tests uitgevoerd. De hele testruimte ruikt een beetje naar olie en overal is het constante gepiep te horen van het hydraulische systeem dat naar de gigantische schudtestbank leidt.
“We noemen dit de T-Rex. Het is de grootste schudtestbank ter wereld. Het totale gewicht is ruim 1.200 ton”, zegt testingenieur Emil Skoog.
Een systeem van zuigers en cilinders schudt de as met verschillende intervallen, waardoor het IFS-systeem aan de extreme krachten in de schudbank wordt blootgesteld. De signalen waarmee de schudbank wordt geregeld, zijn gebaseerd op de gegevens die een testvoertuig heeft verzameld op de Volvo Trucks-testbaan in Hällered bij Göteborg.
“Op de testbaan wordt het testvoertuig onderworpen aan een aantal slopende testritten. Op de as zijn sensoren geplaatst die de krachten en bewegingen tijdens de tests registreren”, legt Bror Lundgren uit.
In de schudbank is het aantal belastingen op de constructie veel groter dan het in werkelijkheid ooit zal zijn, zodat we zeker weten dat het systeem sterk genoeg is.
Door deze gegevens over te brengen en toe te passen in de schudbank, kunnen de omstandigheden van de testbaan worden nagebootst. De gegevens die worden gebruikt, simuleren alleen de onderdelen van de testbaan waar het testvoertuig wordt onderworpen aan de zwaarste belastingen. Zodoende kunnen de tests in tijdsduur worden geoptimaliseerd, aangezien onnodig rijden en stilstand worden voorkomen.
“In de schudbank is het aantal belastingen op de constructie veel groter dan die in werkelijkheid ooit zal zijn, zodat we zeker weten dat het systeem sterk genoeg is”, verklaart Bror Lundgren.
Gedurende een testperiode van 10 weken wordt de as honderden keren getest op de schudbank. Bror Lundgren bekijkt de testas in de testbank en legt het belang van alle tests uit.
“We hebben een verantwoordelijkheid ten opzichte van onze klanten, en dat is blijven testen tot we er zeker van zijn dat het systeem gereed is voor productie. Omdat we deze nieuwe technologie in de toekomst gaan toepassen, is het ook belangrijk om te controleren hoe die functioneert. We moeten de opgedane kennis documenteren.”
Het resultaat van vijf jaar ontwikkelen is ´s werelds eerste in serie geproduceerde IFS voor zware vrachtwagens. Wat zijn echter de belangrijkste voordelen van deze nieuwe technologie?
“De rijeigenschappen zijn gewoonweg revolutionair. De chauffeur kan ontspannen rijden en dat creëert een totaal ander gevoel van veiligheid en stabiliteit vergeleken met een conventionele voorwielophanging”, legt Jan Zachrisson uit.
Bror Lundgren stemt daarmee in en maakt de vergelijking met twee strandballen.
“Bij een as met blad- of luchtvering zit je bovenop de strandbal en dwingen je zintuigen je steeds om tegenovergestelde bewegingen te maken om je evenwicht te bewaren. Met een IFS zit je binnen in de strandbal en heb je de situatie meer onder controle. Dit creëert een groter gevoel van veiligheid.”
De chauffeur kan ontspannen rijden en dat creëert een totaal ander gevoel van veiligheid en stabiliteit vergeleken met een conventionele voorwielophanging.
Bovendien geeft het stuur een sterk verbeterde respons, doordat de directe stuurinrichting in het systeem is geïntegreerd. Deze technologie die helemaal uniek is in de truckindustrie, is een beslissende factor voor de fantastische rijeigenschappen.
In de schudbank start Emil Skoog het testprogramma van de dag. De zuigers gaan aan het werk en de testas wordt op en neer geschud. De luchtgeveerde vloer waarop de testbank staat, komt in beweging en de golfachtige bewegingen zijn duidelijk te voelen.
“Vergeleken met een conventionele stuurinrichting heeft een directe stuurinrichting een bepaalde starheid die resulteert in een directe reactie. De tijd tussen denken en handelen is korter en dit versterkt het gevoel van controle en veiligheid”, voegt Jan Zachrisson eraan toe.
Bror Lundgren is ervan overtuigd dat met de introductie van IFS een nieuw hoofdstuk wordt toegevoegd aan de geschiedenis van de autotechniek voor wielophangingssystemen in de truckindustrie.
“We hebben het gevoel van het rijden in een truck opnieuw vorm gegeven. Jan Zachrisson zegt dat we het eerste hoofdstuk hebben geschreven van het boek met de titel IFS. Ik ben ervan overtuigd dat dit boek nog vele hoofdstukken gaat krijgen.”
De uitdaging voor de ontwerpers was een ontwerp te creëren met verschillende bewegende componenten, dat moest functioneren als één geheel. Dit is hun oplossing.
1. Bekrachtigde, directe stuurinrichting
De bewegingen van het stuur worden overgebracht naar de bekrachtigde, directe stuurinrichting. De beweging wordt vervolgens overgebracht op de spoorstang en de kogelgewrichten aan weerszijden en vervolgens op de stuurarmen. Vanaf de stuurarm wordt de beweging overgebracht op de ashuls waardoor de wielen van de truck verdraaien.
2. Schokdempers
Botsenergie wordt geabsorbeerd door schokdempers die zijn bevestigd op een beugel aan de fusee-arm en boven aan het chassisframe.
3. Fusee-arm
De bovenste en onderste draagarmen, de schokdempers, ashulzen, luchtbalgen en het stuursysteem worden allemaal verbonden met de fusee-arm. Om de grote belasting te weerstaan is de fusee-arm vervaardigd uit één stuk hoogwaardig materiaal. De juiste hoek van caster en fusee is geïntegreerd in het ontwerp en geeft uitzonderlijke rijeigenschappen en een minimum aan bandslijtage.
4. Subframe
De bovenste en onderste draagarmen worden bevestigd in een subframe dat de gehele constructie op zijn plek houdt. Het subframe, dat is vervaardigd van gietijzer, is bevestigd op het chassisframe.
5. Dubbele draagarmen
De voorwielen worden aan weerszijden verbonden aan een fusee-arm, die onafhankelijk wordt geveerd in de chassisconstructie door een bovenste en een onderste draagarm. Een luchtveer tussen de fusee-arm en de chassisconstructie draagt de belasting en absorbeert de dynamische bewegingen die tijdens het rijden worden veroorzaakt door obstakels in het wegoppervlak.