Kuorma-autot
Kuorma-autoalalla uusiin tekniikoihin suhtaudutaan konservatiivisesti. Siksi moni kohotti kulmiaan, kun Volvo Trucks toi markkinoille ensimmäisen kuorma-autoihin tarkoitetun etupään erillisjousituksen (IFS).
Vanhempi insinööri Jan Zachrisson kertoo, miksi IFS:n julkistus syksyllä 2012 sai aikaan niin paljon kohua. – Nykypäivän jousitusjärjestelmien osat perustuvat periaatteessa tekniikkaan, jota käytettiin jo 1700-luvun hevosvaunuissa. Alustan etuosan pyörien erottaminen itsenäisesti toimiviksi on mullistava kehitys raskaiden kuorma-autojen alueella.
Ennen kuin Jan Zachrisson aloitti IFS-järjestelmän kehitystyön, hän oli mukana päivittämässä tuolloista ilmajousitettua alustan etuosaa uutta Volvo FH -kuorma-auto varten. Volvo linja-autoista kokemuksensa hankkineena hänellä oli myös aiempaa kokemusta erillisjousitusjärjestelmistä, sillä linja-autoalalla tätä tekniikkaa on käytetty jo melkein 30 vuotta.
– Nykypäivän lehti- ja ilmajousitusjärjestelmät ovat niin hyviä, että niissä ei enää ole paljon kehittämisen varaa. IFS:n myötä käännämme kokonaan uuden historian lehden ja muutamme kuljettajien käsityksen siitä, miltä kuorma-auton ajaminen tuntuu.
IFS:n myötä käännämme kokonaan uuden historian lehden ja muutamme kuljettajien käsityksen siitä, miltä kuorma-auton ajaminen tuntuu.
Volvo Trucks luonnosteli tätä uutta historian lehteä jo yli 10 vuotta sitten. Tuolloin piirrettiin IFS-järjestelmän ensimmäiset prototyypit, mutta kehitystyö alkoi toden teolla vasta vuonna 2008. Viimeksi kuluneen viiden vuoden aikana Bror Lundgren on johtanut noin 15-henkistä projektitiimiä, joka on kehittänyt tämän uuden tekniikan yhteistuumin.
– Meille annettiin tehtäväksi kehittää järjestelmä, jonka ansiosta Volvoista tulee ohjattavuudeltaan ja ajomukavuudeltaan maailman parhaita kuorma-autoja. Koska osa työstä oli jo tehty, meillä oli erittäin hyvä perusta valmiina. Tärkein kehitystyö – eli konseptin siirtäminen teolliseksi projektiksi – oli kuitenkin yhä edessä, Bror Lundgren kertoo.
Ei ole sattumaa, että autoteollisuuden erillisjousitusjärjestelmien parissa työskennellyt Bror Lundgren valittiin Volvo Trucksin IFS-järjestelmän kehitysjohtajaksi.
Järjestelmän perusperiaate on sama henkilöautossa ja kuorma-autossa: kun pyörissä on erillisjousitus, ajoneuvo käyttäytyy tien päällä vakaammin ja luotettavammin.
Järjestelmät eroavat kuitenkin toisistaan rakenteen puolesta. Volvo Trucksin suunnittelijoiden suurimmat haasteet olivat tila ja jäykkyys.
Henkilöautossa runko, johon akseli kiinnitetään, tuo järjestelmään tarvittavan jäykkyyden. Kuorma-autossa tällainen ratkaisu on kuitenkin mahdoton kahdesta syystä. Ensimmäinen syy on, että moottori sijaitsee samalla alueella kuin jousitus. Toinen syy on se, että runkorakenne, johon järjestelmä kiinnitetään, on tienpintaan nähden korkeammalla. Tämän vuoksi henkilöautolle luontaista jäykkyyttä ei voida toteuttaa kuorma-autossa.
Ratkaisu on rakenne, jossa kaksi moottorin alapintaa myötäilevää alirunkoa pitää järjestelmän liikkuvia osia paikallaan.
– Sivuliikettä ei saa tulla, joten pyrimme jäykistämään IFS-järjestelmän runkorakennetta niin paljon kuin suinkin mahdollista, Bror Lundgren kertoo.
– Kun ratkaisu läpäisi penkkitestit ja tajusimme, että rakenne toimisi suunnitellulla tavalla, se oli valtaisa läpilyönti, hän täydentää.
Penkkitestit ovat tärkeitä testejä, jotka suoritetaan Volvo Trucksin kehitysosastolla Göteborgissa. Öljy haiskahtaa kaikkialla testauslaitoksessa, ja valtavaan tärinätestipenkkiin kytketyn hydraulijärjestelmän jatkuva piippaus kuuluu kaikkialle laitokseen.
– Sen lempinimi on T-Rex. Se on maailman suurin tärinätestipenkki. Sen kokonaispaino on yli 1 200 tonnia, laitoksessa työskentelevä testausinsinööri Emil Skoog kertoo.
Mäntä- ja sylinterijärjestelmä ravistaa akselia epäsäännöllisin välein tärinäpenkissä ja altistaa näin IFS-järjestelmän äärimmäisille voimille. Tärinää ohjailevat signaalit on kerätty datana testiajoneuvosta, jota on ajettu Volvo Trucksin testiradalla Hälleredissä Göteborgin ulkopuolella.
– Testiradalla testiajoneuvo joutuu useaan ankaraan käytännön testiin. Akselissa on joukko antureita, joilla voimia ja liikkeitä rekisteröidään testien aikana, Bror Lundgren kertoo.
Tärinäpenkissä rakenteeseen kohdistuva kuormitus on huomattavasti suurempi kuin todellisessa käytössä. Näin varmistetaan, että järjestelmä on varmasti riittävän lujarakenteinen.
Kun siirrämme tämän datan ja käytämme sitä sitten tärinäpenkissä, voimme toisintaa testiradan olosuhteet. Datan avulla simuloidaan vain niitä testiradan tilanteita, joissa testattavaan ajoneuvoon kohdistuva kuormitus on kovimmillaan. Tällä tavalla testit voidaan optimoida ajankäytön kannalta, ja tarpeettomalta ajamiselta ja ylimääräisiltä tauoilta vältytään.
– Tärinäpenkissä rakenteeseen kohdistuva kuormitus on huomattavasti suurempi kuin todellisessa käytössä. Näin varmistetaan, että järjestelmä on varmasti riittävän lujarakenteinen, Bror Lundgren kertoo.
Akselia testataan tärinäpenkissä satoja kertoja kymmenen viikkoa kestävän testijakson aikana. Bror Lundgren katsoo penkissä olevaa testattavaa akselia. Hän kertoo kaikkien testien tärkeydestä.
– Meillä on vastuu asiakkaita kohtaan eli vastuu testata määrätietoisesti kerta toisensa jälkeen, kunnes olemme varmoja siitä, että järjestelmä on valmis tuotantoon. Koska tätä uutta teknologiaa on tarkoitus käyttää tulevaisuudessa, on myös tärkeää varmistaa, kuinka se toimii. Meidän täytyy dokumentoida hankittu tieto.
Viiden vuoden kehitystyön tulos on maailman ensimmäinen raskaisiin kuorma-autoihin tarkoitettu sarjavalmisteinen IFS. Mitkä ovat sitten tämän uuden teknologian merkittävimmät hyödyt?
– Sen ohjattavuus ja ajotuntuma ovat yksinkertaisesti mullistavat. Kuljettaja tuntee olonsa mukavaksi täysin uudella tavalla. Tämä puolestaan luo perinteiseen etujousitukseen verrattuna aivan uudenlaisen turvallisuuden ja vakauden tunteen, Zachrisson kertoo.
Bror Lundgren on samaa mieltä ja käyttää vertauksena kahta rantapalloa.
– Lehti- tai ilmajousitettua akselia käytettäessä kuljettaja istuu rantapallon päällä ja joutuu tuon tuostakin tekemään aistienvaraisia vastaliikkeitä tasapainon säilyttämiseksi. IFS-jousitusta käytettäessä kuljettaja sen sijaan istuu rantapallon sisällä ja pystyy hallitsemaan tilanteen huomattavasti paremmin. Tämä tuo lisää turvallisuuden tuntua.
Kuljettaja tuntee olonsa mukavaksi täysin uudella tavalla. Tämä puolestaan luo perinteiseen etujousitukseen verrattuna kokonaan uudenlaisen turvallisuuden ja vakauden tunteen.
Ohjauspyörän parantunut ohjausvaste, joka on järjestelmään integroidun hammastanko-ohjauksen ansiota, on verrattomien ajo-ominaisuuksien kannalta ratkaisevan tärkeä. Myös hammastanko-ohjaus on kuorma-autoalalla täysin ainutlaatuinen tekniikka.
Tärinäpenkissä Emil Skoog käynnistää päivän testiohjelman. Männät alkavat käydä ja testattava akseli tärisee ylä-ja alasuuntaan. Testipenkin alla oleva ilmajousitettu alusta liikkuu, ja aaltomaiset liikkeet tuntuvat selvästi.
– Hammastanko-ohjaus on perinteistä jäykempi ohjausjärjestelmä, ja tämän ansiosta se antaa välittömämmän ohjausvasteen. Matka ajatuksesta tekoon lyhenee, ja tämä vahvistaa edelleen hallittavuuden ja turvallisuuden tuntua, Jan Zachrisson täydentää.
Bror Lundgren on varma siitä, että kuorma-autojen pyörien jousitusjärjestelmien alueella IFS aloittaa uuden merkittävän luvun autonrakennustekniikan historiassa.
– Olemme onnistuneet määrittelemään uudelleen sen, miltä kuorma-auton ajaminen tuntuu. Jan Zachrissonin mukaan olemme kirjoittaneet historian lehdille ensimmäisen IFS-jousituksesta kertovan luvun. Olen aivan varma siitä, että lukuja tulee vielä monta lisää.
Suunnittelijoiden haasteena oli luoda useita liikkuvia osia sisältävä rakenne, joka kuitenkin toimisi kiinteänä kokonaisuutena. Tämä on heidän ratkaisunsa.
1. Tehostettu hammastanko-ohjaus
Ohjauspyörän liikkeet välittyvät hammastanko-ohjaukseen. Liike välittyy tämän jälkeen välitankoon sekä molemmilla puolilla oleviin palloniveliin ja sitten edelleen ohjausvarsiin. Ohjausvarresta liike välittyy akselitappiin, jolloin kuorma-auton pyörä kääntyy.
2. Iskunvaimentimet
Iskuenergian vaimentamisesta huolehtivat iskunvaimentimet, jotka on asennettu pystytuen kiinnittimeen ja alustarungon yläosaan.
3. Pystytuki
Ylempi ja alempi tukivarsi, iskunvaimentimet, akselitapit, ilmapalkeet ja ohjausjärjestelmä ovat kiinni pystytuessa. Erikoisluja pystytuki on valmistettu yksittäiskappaleesta, jotta se kestää ankaraa rasitusta. Olkatapin oikeat taka- ja sivukallistumat on integroitu rakenteeseen. Tämä tuottaa erinomaisen ohjattavuuden ja ajotuntuman sekä vähentää pyörien kulumista.
4. Alirunkorakenne
Ylempi ja alempi tukivarsi on kiinnitetty alirunkorakenteeseen, joka pitää koko rakennelman paikallaan. Valurautainen alirunkorakenne on kiinnitetty alustarunkoon.
5. Kaksi tukivartta
Etupyörät on kytketty molemmilla puolilla pystytukeen ja ripustettu erikseen alustan rakenteeseen yhdellä ylemmällä ja yhdellä alemmalla tukivarrella. Pystytuen ja runkorakenteen väliin sijoitettu ilmajousi kantaa kuorman ja vaimentaa tienpinnan epätasaisuuksien aiheuttamat dynaamiset liikkeet ajon aikana.