Het gedrag van een auto hangt in zeer grote mate af van de configuratie en afstelling van de ophanging. Een verschil van één graad bij bepaalde parameters kan grote gevolgen hebben voor de stabiliteit of de wendbaarheid op het circuit. Het is voor coureurs dan ook vaak een hoofdbreker: je test verschillende instellingen, probeert ze op het circuit uit en verfijnt stap voor stap, op basis van het gevoel van de rijder en vooral het oordeel van de stopwatch…
De ophanging
Er bestaan verschillende soorten ophanging die we hier niet in detail behandelen, omdat ze te ver van ons hoofdonderwerp af staan: rijgevoel en prestaties. Het is wel belangrijk om de basiswerking van het meest gebruikte systeem te begrijpen, met een schokdemper en een veer. We spreken van "ophanging" omdat de hoofdtaak van het systeem is om de verbinding te vormen tussen de ongeveerde massa's (wielen, remmen…) en de geveerde massa's (chassis, interieur, motor…). Omdat de tweede categorie veruit de zwaarste van de twee is, is een goed presterend en passend systeem nodig om de bewegingen van de carrosserie te beperken en ervoor te zorgen dat de auto contact houdt met de grond. Zonder ophanging zou de auto bij de kleinste bult loskomen van de weg, waardoor het gedrag… nogal twijfelachtig zou zijn!
Houd dus in gedachten dat alle technische keuzes een kwestie van compromis zijn tussen comfort en prestaties, en dat ze volledig afhangen van het gebruikte voertuig. Maar de enige rechter die een configuratie op het circuit kan bevestigen, is de stopwatch!
Veer en schokdemper
De twee hoofdonderdelen zijn de veer en de schokdemper, waaraan in het meest voorkomende geval in de moderne autoproductie, de MacPherson-ophanging, een stabilisatorstang en een onderste draagarm worden toegevoegd. De veren hebben als taak de auto te "dragen": zonder veren zouden de schokdempers direct tegen de aanslag voor compressie komen en zouden de bewegingen van de carrosserie niet worden opgevangen. Wanneer het wegprofiel verandert, wordt de veer ingedrukt of ontspant hij en geeft hij een kracht terug om weer in zijn oorspronkelijke stand te komen, afhankelijk van zijn stijfheid. Je hebt als kind vast met veren gespeeld: als je er een indrukt, reageert hij nogal heftig en schiet hij het voorwerp weg dat je erop hebt gelegd. Best leuk, toch? Zeker, maar als we zouden kunnen voorkomen dat onze auto bij elke oneffenheid van het circuit gaat springen, zou dat veiliger zijn!
Dat is precies de taak van de schokdemper, die bestaat uit een stang die in een vloeistof beweegt en deze bewegingen regelt. Hoe harder de schokdemper, hoe minder vrijheid hij laat aan de trillingen van de veer. Hoe zachter hij is, hoe groter de bewegingen van de carrosserie. Om dit te begrijpen is niets eenvoudiger: duw op de kofferbak van je auto om de ophanging in te drukken. Elke duw wordt gevolgd door een reactie die de carrosserie terugbrengt in haar oorspronkelijke stand.
Het juiste compromis
Wie in de fotocollectie van onze partner Kevin Goudin duikt, ziet goed welke verschillende configuraties er bestaan. Van een LMP1-prototype bij de 24 uur van Le Mans tot een Mini in de historische racerij, via een zware, verlaagde Amerikaan: qua afstelling zit er een wereld van verschil tussen! Maar je kunt niet zomaar van alles doen als je je ophanging voor het circuit wilt optimaliseren: het is niet genoeg om alles maximaal te verstevigen en alles te verlagen om de meest efficiënte auto te krijgen. In de overgrote meerderheid van de gevallen rijd je in een standaardauto die, hoe sportief ook, voortkomt uit een wereldwijde productie die aan bepaalde eisen van comfort en veiligheid moet voldoen. Gescheurde carrosserieën bij sportauto's die regelmatig op het circuit worden gebruikt, zie je vaker dan je denkt, vooral wanneer de aanpassingen niet goed doordacht waren.
Een van de eerste dingen die je aan je auto verandert om het circuit op te gaan, is de ophanging. En dat komt goed uit, want de fabrikanten leven zich helemaal uit op deze markt voor performance-onderdelen. Je probeert het geheel van veer en schokdemper steviger te maken om de bewegingen van de geveerde massa's te verminderen, maar niet tegen elke prijs. Je moet je eerst aanpassen aan je gebruik, want er bestaat geen optimale en universele afstelling. Als je op Le Castellet rijdt en de dag erna naar de Nordschleife gaat, moet je de afstelling herzien om echt efficiënt te zijn: in het ene geval is het circuit bijna volkomen glad, in het andere erg hobbelig, met veel hoogteverschil. Een heel strakke afstelling kan op een mooi wegdek, maar is in andere gevallen minder geschikt. Laten we duidelijk zijn: het zal altijd strakker zijn dan een standaardvoertuig, maar rijden op een plank hout is niet per se de beste oplossing.
Je mag een basisprincipe uit de natuurkunde niet vergeten, dat in eerdere nummers al aan bod kwam: niets gaat verloren, niets wordt gecreëerd, alles wordt omgezet. Als je de afstelling van je ophanging verandert, veranderen de krachten die het circuit doorgeeft niet! Er moet iets zijn dat die krachten opvangt, en vaak is het de carrosserie die de klappen krijgt… Verstevigen, ja, maar vergeet nooit om je ook met het hele chassis bezig te houden. De bevestigingspunten van de verschillende onderdelen goed controleren en de carrosserie versterken is essentieel als je een standaardauto wilt aanpassen voor het circuit.
Compressie en rebound
Wanneer het wiel een klap krijgt of de belasting verandert, vertaalt zich dat in de schokdemper in een beweging van de stang, over een grotere of kleinere afstand en met een hogere of lagere snelheid. Wanneer de stang naar binnen gaat, spreken we van compressie; wanneer hij naar buiten komt, van rebound. Deze parameters zijn bij standaardvoertuigen (op enkele uitzonderingen na) niet instelbaar. Om erbij te kunnen, moet je investeren in complete ophangingskits, waarmee je bij de topversies elke waarde onafhankelijk van de andere kunt instellen. Zo probeer je de compressie- en reboundsnelheid van de stang te beheersen door de vloeistofstroom in de schokdemper te regelen. Hier wordt het ingewikkeld…
Neem het geval van de compressie-instelling. Op het circuit zoek je een zogenaamde "langzame" compressie, die de beheersing van de carrosseriebewegingen zoals rollen en duiken bevordert. Met andere woorden: bij een belasting biedt de schokdemper weerstand zodat het wiel niet te snel omhoog komt. Dat is effectief als het wegdek volkomen glad is, maar het gedrag wordt lastig bij een klap met hoge snelheid, zoals een kerb of een bult. Omdat de weerstand tegen het omhoogkomen van het wiel groot is, heeft de auto de neiging te stuiteren in plaats van de oneffenheden op te vangen.
Laten we nu kijken naar een remfase op een circuit. Op het moment dat je op de rem gaat, vindt er een heftige belastingoverdracht naar voren plaats, waardoor de achterwielen worden ontlast. Als de rebound van de schokdemper te langzaam is, hebben de wielen tijd nodig om weer naar beneden te komen en goed contact met de grond te houden. Dat kan het blokkeren van de achterwielen in de hand werken, wat bij hoge snelheid bijzonder vervelend is.
Zoals je begrijpt, is het niet voor niets dat het afstelvermogen van een topcoureur minstens zo belangrijk is als zijn stuurwerk. Omdat elk circuit en elke auto anders is, zijn er uren oefening nodig om de perfecte afstelling te vinden, zoveel mogelijkheden zijn er. Maar bij een aangepaste standaardauto, zoals bij veel van onze lezers, moet je één belangrijk ding onthouden: alles draait om compromissen. Als je op de weg naar je clubdagen komt, pas dan op dat je de auto niet gevaarlijk maakt met een te circuitgerichte afstelling. Pas, afhankelijk van het circuit waarop je rijdt en als je materiaal het toelaat, je instellingen aan op de eigenaardigheden van de baan om de tijd omlaag te krijgen!
De wieluitlijning
Laten we nu naar de verschillende werkhoeken van de assen kijken: de naloop, de camber en het toespoor, die samen gewoonlijk de "geometrie" worden genoemd. De afstelling van deze parameters heeft een zeer grote invloed op het gedrag van de auto op het circuit, en verkeerde keuzes kunnen de prestaties sterk verminderen. De grootste moeilijkheid is dat ze allemaal nauw met elkaar verbonden zijn: één parameter sterk veranderen en de andere negeren levert niet per se winst in prestaties op, en kan in sommige extreme gevallen zelfs het tegenovergestelde effect hebben.
Het is vrij makkelijk te begrijpen dat de asafstellingen van een Clio die in een slalom rijdt heel ver afstaan van die van een LMP1-prototype dat de 24 uur van Le Mans rijdt. Bij de eerste liggen de snelheden laag met zeer krappe bochten; bij de tweede moet de auto 24 uur volhouden, met een mix van lange, snelle rechte stukken en zeer technische bochtencombinaties. Net als bij de afstelling van de schokdempers moet je dus een compromis vinden, afhankelijk van wat je zoekt en van het voertuig dat je gebruikt: wendbaarheid in krappe bochten, stabiliteit bij hoge snelheid, topsnelheid… Bovendien verander je, als je bij een club rijdt, zelden je asafstelling telkens als je naar een ander circuit gaat. In dat geval moet je ernaar streven een zo evenwichtig mogelijke auto in te stellen.
De camber
is de hoek tussen het vlak van het wiel en de loodlijn op de grond. Hij is negatief wanneer de bovenkant van het wiel naar de binnenkant van het voertuig helt, en positief in het omgekeerde geval.
Met de camberafstelling pas je aan hoe de band contact maakt met de grond, door de helling van het wiel te veranderen. Op het circuit gebruik je meestal een negatieve camber, zodat de band in een bocht, onder invloed van het rollen van de carrosserie, een zo groot mogelijk contactoppervlak met de baan heeft.
Te veel negatieve camber lost echter niet alle problemen op en is niet altijd de beste oplossing. De grip in bochten wordt weliswaar beter, maar zodra je weer rechtdoor rijdt, is het contactoppervlak van de band kleiner omdat hij niet "vlak" rolt. Dat kan verschillende problemen veroorzaken:
- minder stabiliteit bij hoge snelheid op een rechte lijn, door het kleinere contactoppervlak van de band;
- minder remkracht: doordat de band niet volledig op de baan drukt, zijn de remprestaties lager;
- ongelijkmatige bedrijfstemperaturen: in een bocht heeft de band perfect contact met de grond, maar op lange rechte stukken koelt het deel dat de baan niet raakt af, terwijl de rest van de band blijft opwarmen.
Om de camber goed af te stellen, moet je verschillende gegevens analyseren om het beste compromis te vinden. In wedstrijden meten bandeningenieurs de bedrijfstemperaturen op meerdere plaatsen om het gebruik van de band zo goed mogelijk te optimaliseren, maar op een clubdag gaat het vooral om de stabiliteit van de auto zoals je die achter het stuur voelt. Met een vrij zware auto op een snel circuit kan een te grote negatieve hoek bijvoorbeeld het gevoel geven van een auto die op de rechte stukken "zijn weg zoekt". Omgekeerd kun je op een lichte auto op een krapper circuit de negatieve camber flink overdrijven om maximale grip in de bochten te hebben.
De naloop
De beste manier om je de naloop voor te stellen, is te kijken naar wat er op een fiets gebeurt. De as van de vork vertegenwoordigt de as waar het hele stuurmechanisme omheen draait: de fuseeas. Als je deze as naar de grond verlengt, zie je dat hij een hoek vormt met de verticaal op het punt waar de band de weg raakt. Dat is de naloophoek. Alle fietsen hebben een positieve naloop (afgezien van bijzondere gevallen), waardoor je onder meer rechtuit kunt rijden zonder je stuur vast te houden. Maar afhankelijk van het gebruik van de fiets is het ontwerp anders:
- op een gewone mountainbike zijn de bereikte snelheden vrij laag (boswandeling, paden, enz.). Je hebt wendbaarheid en gebruiksgemak nodig: de naloop is kleiner;
- op een racefiets zijn de snelheden hoger en is het wegdek beter. Je hebt stabiliteit nodig om veilig door de bochten te komen: de naloop is groter dan op een mountainbike;
- op een baanfiets is het wegdek volkomen glad en liggen de bochten schuin. Je draait het stuur bijna niet en de bereikte snelheden zijn hoog: de naloophoek is nog groter.
Als we het hebben over het vergroten of verkleinen van de naloophoek, zijn de veranderingen minimaal. Net als bij een auto gaat het niet om verschillen van 10 of 20 graden, maar om een verandering van slechts één graad, die een grote invloed kan hebben op het gedrag als geheel.
Bij een auto is de naloop de hoek tussen de loodlijn op de grond en de as van het stuurscharnier, dat wil zeggen de as waar het voorwiel omheen draait als je stuurt.
De naloop heeft een directe invloed op de besturing. Hoe groter hij is, hoe sterker de terugstelkracht van het stuur: de gestuurde wielen hebben de neiging zich vanzelf uit te lijnen met de rijrichting van het voertuig. Als je het stuur midden in de bocht loslaat, draait de auto vanzelf terug naar rechtdoor.
Op het circuit en bij de overgrote meerderheid van de moderne auto's zoek je een positieve naloop om maximale richtingsstabiliteit te garanderen. De voorwielen worden "getrokken" genoemd, omdat het steunpunt van de band op de grond achter de fuseeas ligt. Je krijgt een auto die vertrouwen geeft, die op hoge snelheid en op een rechte lijn goed koers houdt. Pas er echter voor op dat je de naloop niet te veel vergroot, want dan krijg je met twee verschijnselen te maken:
- door deze verschuiving van de fuseeas helt de carrosserie, zodra je het stuur draait, naar de kant tegenovergesteld aan de bocht, dus in dezelfde richting als de middelpuntvliedende kracht. Dat vergroot dus de neiging tot rollen;
- als de waarde te groot is, is de besturing te stug en verlies je precisie op het moment dat je de wielen insturt.
De waarden van de naloophoek zijn bij een voertuig over het algemeen vrij klein, en je moet erop letten geen aanpassingen aan de ophanging te doen die hem te veel verslechteren. Vaak richt je je, als je aan de afstelling begint of nieuwe schokdempers monteert, op de cambers en vergeet je de naloop een beetje (verstelbare topsteunen, overdreven negatieve camber…). Dat kan leiden tot minder efficiëntie op het circuit en een gedrag dat minder vertrouwen geeft.
Het toespoor
(parallelisme) meet de hoek tussen de as van de wielen en de lengteas van de auto. Als de wielassen elkaar kruisen vóór de beschouwde as, spreken we van "toe-in"; als ze elkaar achter de as kruisen, van "toe-out".
In de meeste gevallen is dit de enige afstelling die bij een standaardauto toegankelijk is. Deze waarden zijn gemakkelijk te veranderen, maar het is totaal onmogelijk om dat alleen in je garage te doen, omdat je er een nauwkeurig meetapparaat voor nodig hebt. De invloed van toe-in of toe-out op het gedrag van de auto is groot. Het draagt sterk bij aan de stabiliteit van de assen en versterkt vooral onderstuur en overstuur. Het zou erg ingewikkeld zijn om elke mogelijke configuratie te beschrijven, maar hier zijn twee voorbeelden die de effecten van toe-in en toe-out begrijpelijk maken:
- als je te veel toe-in op de vooras zet, maak je hem te scherp. Als je bijvoorbeeld naar links stuurt, belast je het rechter voorwiel. Omdat het toe-in staat, naar binnen gericht, heeft het de neiging de auto snel in de richting van de bocht te laten draaien;
- als je te veel toe-out op de achteras zet, maak je hem levendig. De wielen, die naar buiten zijn gericht, hebben op dezelfde manier de neiging de achteras naar buiten te duwen.
Je moet dus proberen een goed compromis te vinden tussen wendbaarheid, stabiliteit en precisie. Er zijn talloze mogelijkheden om het toespoor af te stellen, en de ideale afstelling vinden vraagt vaak om meerdere mislukte pogingen. Het hangt vooral af van de gebruikte auto (voorwielaandrijving, achterwielaandrijving, zware of lichte auto), maar ook van het gebruik. Als je bijvoorbeeld op de weg naar je circuitdagen rijdt, is het belangrijk een zekere evenwichtigheid in het gedrag te houden om de auto niet gevaarlijk te maken in "normaal" verkeer. Maar als je op een trailer komt, kun je je afstellingen verfijnen om ze aan te passen aan de circuits waarop je gewoonlijk rijdt. In wedstrijden worden de afstellingen aan elk circuit aangepast, maar voor de meeste lezers moet je het beste compromis vinden.
De valkuilen om te vermijden
Voorwielaandrijving of achterwielaandrijving. De afstellingen en hun effecten op het gedrag op het circuit verschillen volledig naargelang de opbouw van de auto. Pas op dat je niet zomaar de afstellingen van een vriend overneemt omdat ze goed werken op zijn voertuig, als je een compleet andere auto hebt. Het belangrijkste verschil is het volgende:
- bij een auto met voorwielaandrijving trekt de vooras de auto. Het koppel dat op de wielen wordt uitgeoefend, heeft de neiging de wielen vanzelf naar binnen te trekken (toe-in). Daarom kiest men voor de vooras eerder een neutrale afstelling, of zelfs een beetje toe-out om deze natuurlijke toe-in tegen te gaan;
- bij een auto met achterwielaandrijving duwt de achterkant de auto. In tegenstelling tot voorwielaandrijving heeft de vooras de neiging open te gaan bij krachtig accelereren. Daarom zet men aan de voorkant in het algemeen toe-in, vooral om te veel onderstuur te vermijden.
Onderstuur. Bij een standaardauto zonder sportieve pretenties zorgen de fabrikanten ervoor dat de auto van nature onderstuurd is door de vooras toe-out te geven. Maar op het circuit hindert te veel toe-out voor de wendbaarheid van de auto: hij is niet scherp genoeg bij het insturen van de bocht.
Overstuur. Op dezelfde manier is te veel toe-out op de achteras geen goede oplossing om op het circuit te rijden. Je maakt de achterkant te levendig en bij hoge snelheid is dat gevaarlijk. Behalve bij driften, maar dat is een andere discipline.
Dit artikel komt uit nummer 5 van Racer's, het magazine van Marc Peraldi. Bedankt, Marc!
