Rozsa Gabor: Alacsonypadlos autobusz mellso futomubeepitesenek geometriai vizsgalata
A gépjárművek mellső futóművének tervezése az autótörténelem kezdetei óta komoly kihívást jelent a konstruktőröknek. Az egyes futóműalkatrészek, így a kerekek, tengelyek, csapok, csapágyak, rudak, rugók illetve lengéscsillapítók az idők folyamán egyre nagyobb igénybevételnek lettek kitéve. Ez nem csak a megnövelt járműsebesség, a nagyobb öntömeg illetve hasznos terhelés, továbbá a nagyobb élettartam-követelmények következménye, hanem azoké a megsokasodott funkcióké is, amelyeket ennek a fódarabnak be kell töltenie. Míg kezdetben csak ajármű iránytartását és irányváltoztatását kellett biztosítania, a későbbiekben ehhez járult a fékezés, illetve igen gyakran a hajtás is. Bár ez utóbbi az autóbuszoknál csak a legkisebb (mikrobusz) kategóriábanjellemző, ezzel szemben a személygépkocsikon ma már általános, és - akárcsak sok más új konstrukció elterjedésének irányát és ütemét tekintve - elképzelhető, hogy a nagyobb tömegű járműkategóriákban is idővel tért hódít.
A mellső futómű igénybevételének növekedése, illetve a tervezők bővülő járműtechnikai ismeretei újabb és újabb konstrukciók kifejlesztését eredményezték. Célszerű ezek főbb állomásait áttekinteni.
Karl Friedrich Benz 1886-ban épített járműve - mely a világ első szabadalmaztatott gépkocsija - három kerekű volt, melynek egyetlen első - rugózatlan - kerekét a kerékpárokéhoz hasonló villa vezette. Ugyanabban az évben készült el az autótervezés másik atyja Gottlieb Daimler négykerekű motoros járművével. Daimler egy korabeli lóvontatású kocsit vett járműve alapjául, amelyen csak kismértékű átalakításokat végzett - döntően a motorbeépítés igényeit szem előtt tartva. A kormányzás ennek megfelelően a kocsi - ebben az esetben már rugózott - mellső tengelyének elfordításával történt. Elmondható, hogy a világ első két gépkocsija a mellső "futómű" tekintetében nem jelentett újdonságot; a tervezők a néhány szempontból a gépkocsi előfutáraként is tekinthető kerékpár valamint a lovas kocsi megoldásait követték.
Gépkocsijaik mellső futóművét a két nagynevű konstruktőr kezdetben nem fejlesztette tovább. Ez Benz esetében a háromkerekűek, míg Daimlernél a mellső tengely elfordításával kormányozható négykerekű gépkocsik építését jelenti. Változást eredményezett, amikor Benz 1893-ban szabadalmi oltalmat nyert osztott nyomtávrúdú kormányzási rendszerére. Ezt tekinthetjük a ma is használatos tengelycsonk-kormányzás előfutárának, és ekkor tért át a Benz gyár a négykerekű járművek gyártására. Daimler azonban közel a századfordulóig kitartott eredeti elgondolása mellett. ( [ 1 ], [2] )
A Benz-féle tengelycsonk-kormányzás utat nyitott a merev mellső tengelyek elterjedésének. A szerkezet kialakítása egyszerű volt, és megfelelt a sorozatgyártás követelményeinek. Egy kovácsoltvas - a hajlító igénybevétel miatt jellemzően "I" keresztmetszetű - tengely mindkét végén villát alakítottak ki, úgy, hogy abban a tengelycsonk a kormánycsap körül elfordítható legyen. A tengely - amelyet gyakran görbe vonalúra terveztek, hogy a felette beépített motor olajteknőjének megfelelő méretű helye legyen - két félelliptikus laprugóval kapcsolódott az alvázhoz. A laprugók feladata nem csak a tengely fiiggőleges irányú rugalmas elmozdulásának biztosítása volt az alvázhoz képest; oldalirányú merevségük, valamint korlátozott mértékű hosszirányú elmozdulásuk lehetővé tette, hogy kizárólag ezek gondoskodjanak a tengely megvezetéséről is. A rugólapok között fellépő Coulomb-súrlódás pedig jótékonyan hatott a felépítmény lengéseinek csillapítására.
A merev mellső tengely - amelyet gyakran "mellső híd"-ként említ a szakirodalom - az előbb említett változatban a 30-as évekig szinte kizárólagos volt a gépjárműtechnikában. A személygépkocsik, a teherautók, valamint az autóbuszok esetében alkalmazott megoldások között nem volt elvi különbség. Csupán a versenyautóknál és egyes nagy sebességre képes sportautóknál alkalmazták az időközben kifejlesztett mechanikus, súrlódó tárcsás lengéscsillapítót. Ez a szerkezet berugózásnál és kirugózásnál is azonosan hatott - a menetbiztonságot javította ugyan valamelyest, de az utazási komfort szintjét nem emelte. A súrlódó tárcsákat összeszońtó erő a gépkocsi álló helyzetében szerszám segítségével a várható útviszonyoknak megfelelően állítható volt.
A 30-as évek elejénjelentek meg az első olyanjárművek, amelyeken független 'kerékfelfüggesztést is alkalmaztak. Ezek csaknem kizárólag személygépkocsik voltak, és jellemzően az első kerekek felfiżggesztése volt fiżggetlen kivitelű. Ennek oka kettős: egyfelől a független kerékfelfüggesztés kínálta előnyök a mellső, kormányzott kerekeknél szembeötlőbb, mint hátul, másfelől viszont az akkońban még egyeduralkodó hátsókerékhajtás esetén alkalmazott merev hátsó tengely még nem igényelte költséges homokinetikus hajtócsuklók beépítését.
Míg a személygépkocsikon már a 30-as évek második felében a fiiggetlen elsőkerék- felfiżggesztés dominált, addig ezek a konstrukciós változások a tehergépkocsik és az autóbuszok körét szinte éńntetlenül hagyták. Csak az elmúlt évtized óta lehetünk szemtanúi a független elsőkerék-felfüggesztés térhódításának a nagyobb járműkategóńák esetében is.
A merev tengelyek felfüggesztésén is jelentős fejlesztéseket eszközöltek a konstruktőrök. Először a laprugó lengéseket csillapító tulajdonsága bizonyult kedvezőtlennek. A rugólapok közötti szennyeződés, kenőanyag, valamint a korrózió módosítják a súrlódási viszonyokat, ezáltal a csillapítás mértékét is. A csillapítási karakterisztika is kedvezőtlen: a csillapítóerő be- és kirugózásnál egyenlő nagyságú és az elmozdulás irányától függő előjelű. A beépített hidraulikus - először karos, később teleszkópos - lengéscsillapítók kedvező karakterisztikája ugrásszerű járműdinamikai javulást eredményezett. Főleg a hasznos tömegnek a saját tömeghez viszonyított jelentős változása, továbbá a szintszabályozás szükségessége vezetett el oda, hogy a laprugót felváltva a 60-as évek óta fokozatosan nagyobb szerepet játszik a haszongépjárműveken a légrugózás, amely autóbuszok esetében a 70-es évek óta már elsődleges. A növekvő (hasznos) járműtömeg és a nagyobb sebesség még a laprugós konstrukciók korában arra késztette a járműgyártókat, hogy a laprugó mellett kiegészítő, az oldalirányú erők felvételére alkalmas rudazatokkal kapcsolják a hidakat az alvázhoz, vagy az önhordó karosszériához - ezek alkalmazása pedig az oldalirányú megvezetőképességgel nem bíró légrugók beépítésével elkerülhetetlen. A rudazatok alkalmasak a fékezés miatt adódó nyomaték felvételére is, amelyet ugyan már az összkerékfékezés megjelenése óta figyelembe kell venni, de a fokozódó közlekedésbiztonsági követelmények következtében lett egyrejelentősebb tényező.
Napjainkban az autóbuszok kategóriájában számos mellsőkerék-felfiiggesztési konstrukció létezik egyidejűleg. A merev tengelyek kinematikai viszonyai az igen sokféle rudazatos felfiiggesztés által egymáshoz képest módosíthatók, kedvezőbbé tehetők. A néhány év óta gyakori független kerékfelfüggesztési rendszerek a személygépkocsikon márjól bevált megoldásokat követik, természetesen az eltérő alkalmazásból adódó jellemzők figyelembevételével.
Az, hogy egy új jármű kifejlesztésénél a konstruktőr milyen futóművet tervez, számos tényező fiiggvénye, melyek túlnyomó többsége műszaki, illetve gazdasági megfontolásokon alapszik. A következő fejezetek az autóbuszok mellső futóművének tervezésével összefiżggő műszaki kérdéseket tárgyalnak. Egy konkrét példa - az IKARUS alacsonypadlós autóbuszcsaládjának fejlesztés alatt álló mellső hídja - kapcsán a futómű geometriájának egy lehetséges vizsgálati módszerét, és az ennek felhasználásával kapott eredményeket ismertetem.