Lastvagnar

Rätta känslan – utvecklingen av IFS

Uppdraget var tydligt definierat – att utveckla ett upphängningssystem som skulle göra Volvos lastbilar världsledande inom manövrering och komfort. Att genomföra det var en större utmaning.
Ingenjör som jobbar med att testa IFS.
Volvo Lastvagnars individuella framhjulsupphängning (IFS) tog över tio år att utveckla.

Lastbilsindustrin är konservativ när det gäller ny teknik. Av den anledningen fick Volvo Lastvagnar många att lyfta på ögonbrynen när de presenterade IFS, den första individuella framhjulsupphängningen för lastbilar.

Chefsingenjör Jan Zachrisson förklarar varför det blev sådan uppståndelse kring IFS när det introducerades hösten 2012. – Delarna som används i dagens upphängningssystem bygger i princip på samma teknik som användes på hästdragna vagnar på 1700-talet. Att låta hjulen i främre chassiet fungera oberoende är revolutionerande när det gäller tunga lastbilar, säger han. 

Innan Jan Zachrisson började arbeta med IFS-systemet var han involverad i arbetet med att uppgradera det befintliga främre chassiet med luftfjädring till nya Volvo FH. Från Volvo Bussar hade han erfarenhet av att arbeta med individuell hjulupphängning sedan tidigare. I bussbranschen har man använt den här tekniken i över trettio år.

– Tekniken i de blad- och luftfjädringssystem som används i dagens främre chassier är så bra så den går knappast att utveckla mycket mer. I och med introduktionen av IFS skriver vi de första kapitlen i en helt ny bok och ändrar förarens uppfattning av hur det ska kännas att köra lastbil; säger Jan Zachrisson.

I och med introduktionen av IFS skriver vi de första kapitlen i en helt ny bok och ändrar förarens uppfattning av hur det ska kännas att köra lastbil.

Första utkastet till boken om IFS presenterades av Volvo Lastvagnar för över 10 år sedan. Då hade man ritat de första prototyperna för systemet, men det var inte förrän 2008 som utvecklingsarbetet började ta fart på allvar. Under de senaste fem åren har Bror Lundgren lett ett projektteam bestående av femton personer som tillsammans har utvecklat den nya tekniken. 

– Vårt uppdrag var att ta fram en konstruktion som skulle göra Volvos lastbilar till de bästa i världen när det gäller manövrering och komfort. Eftersom arbetet till viss del redan var gjort hade vi en riktigt bra plattform att utgå ifrån, men det viktigaste utvecklingsarbetet – att gå från koncept till industriellt projekt – kvarstod, förklarar Bror Lundgren.

 

Det är ingen tillfällighet att Bror Lundgren med sin erfarenhet av individuell hjulupphängning inom bilindustrin utsågs att leda utvecklingen av Volvo Lastvagnars IFS-system.

Grundprinciperna för systemet är desamma för både bilar och lastbilar – individuell upphängning av hjulen gör fordonen stabilare och mer förutsägbara ute på vägen. 

Men när det gäller konstruktionen är det stor skillnad mellan systemen. Största utmaningen för Volvo Lastvagnars ingenjörer var utrymme och styvhet. 

I en bil skapas styvheten i systemet genom ramen som axlarna är fästa vid. Den sortens lösning är däremot omöjlig på en lastbil av två skäl. För det första är motorn placerad inom samma område som upphängningen. Och för det andra är ramkonstruktionen som systemet är fäst vid högre i förhållande till vägunderlaget. Så den naturliga styvheten som finns i en bil kan inte återskapas i en lastbil.

Lösningen är en konstruktion där systemets rörliga delar hålls ihop av två underramar som löper längs motorns undersida. 

– Det får inte förekomma några sidorörelser, så vi arbetade intensivt med att stärka IFS-systemets ramkonstruktion så mycket det var möjligt, förklarar Bror Lundgren.

– När vi klarade riggtesterna och insåg att konstruktionen skulle fungerar som avsett var det en enorm seger för oss, tillägger han.  

Riggtester är en rad viktiga tester som utförs vid Volvo Lastvagnars utvecklingsavdelning i Göteborg. Genom hela testanläggningen kan man känna den svaga oljelukten och höra det ständiga pipandet från hydrauliksystemet som leder till den gigantiska skakriggen. 

– Vi kallar den T-Rex. Det är världen största skakrigg. Totalt väger den mer än 1 200 ton, säger Emil Skoog som arbetar i anläggningen. 

Ett system av kolvar och cylindrar skakar axeln i olika intervall och utsätter IFS-systemet för extrema krafter i skakriggen. Signalerna som styr skakandet har samlats in i dataform från ett testfordon på Volvo Lastvagnars provbana i Hällered utanför Göteborg.

– På provbanan utsätts fordonet för flera tuffa vägtester. På axeln finns ett antal givare som registrerar krafter och rörelser under testerna, förklarar Bror Lundgren.

I skakriggen är antalet belastningar på konstruktionen mycket större än vad som någonsin skulle vara möjligt i verkligheten för att garantera att systemet är starkt nog.

Genom att överföra dessa data och sedan använda dem i skakriggen kan förhållandena på provbanan återskapas. De data som används simulerar bara de delar av provbanan där testfordonet utsätts för de tyngsta belastningarna. På så sätt blir testerna optimala när de gäller tid, eftersom onödig körning och annan ineffektiv tid kan elimineras.   

– I skakriggen är antalet belastningar på konstruktionen mycket större än vad som någonsin skulle vara möjligt i verkligheten för att garantera att systemet är starkt nog, förklarar Bror Lundgren. 

Axeln testas hundratals gånger i skakriggen under en tio veckor lång testperiod. Bror Lundgren tittar upp på testaxeln i riggen och förklarar hur viktiga alla testerna är.

 

– Vi har ett ansvar gentemot våra kunder och det är att testa och testa igen tills vi är helt säkra på att systemet är klart för produktion. Vi ska ju använda den här tekniken i framtiden, och då är det viktigt att kontrollera att den fungerar. Vi måste dokumentera den kunskap vi förvärvar.

Resultatet av fem års utvecklingsarbete är världen första serietillverkade IFS för tunga lastbilar. Men vilka är de största fördelarna med den nya tekniken? 

– Manövreringsegenskaperna är helt enkelt revolutionerande. Som förare kan du slappna av på ett helt annat sätt och detta skapar en helt ny känsla av säkerhet och stabilitet jämfört med en konventionell framhjulsupphängning, förklarar Jan Zachrisson.  

Bror Lundgren håller med och gör en jämförelse med två badbollar.

– Med en axel som har blad- eller luftfjädring sitter du på toppen av badbollen och du tvingas hela tiden kompensera rörelserna med dina sinnen för att klara av att hålla balansen. Med IFS sitter du i stället inuti badbollen och har större kontroll över situationen. Det skapar en förhöjd känsla av säkerhet. 

Som förare kan du slappna av på ett helt annat sätt och detta skapar en helt ny känsla av säkerhet och stabilitet jämfört med en konventionell framhjulsupphängning.

Förbättringen i rattrespons, som är ett resultat av kuggstångsstyrningen som är integrerad i systemet – en teknik som även den är helt unik inom lastbilsindustrin – är en avgörande faktor när det gäller de fantastiska köregenskaperna.

I skakriggen kör Emil Skoog i gång dagens testprogram. Kolvarna sätts i rörelse och testaxeln skakar i höjdled. Det luftfjädrade golvet som riggen står på rör sig och de vågliknande rörelserna känns tydligt.

– Jämfört med en konventionell styrväxel är kuggstångsstyrningen ett stelare styrsystem vilket resulterar i en mer direkt respons. Tiden mellan tanke och handling är kortare och detta stärker känslan av kontroll och säkerhet ytterligare, tillägger Jan Zachrisson.

I och med introduktionen av IFS är Bror Lundgren övertygad om att ett nytt kapitel håller på att skrivas inom fordonsteknikens historia när det gäller hjulupphängningssystem för lastbilar.

– Vi har lyckats omdefiniera känslan att köra lastbil. Jan Zachrisson säger att vi har skrivit första kapitlet i boken med titeln IFS. Jag är övertygad om att denna bok kommer att innehålla många kapitel, säger Bror Lundgren. 

 

Så här fungerar det: nyckelkomponenter för IFS

Utmaningen för konstruktörerna var att skapa en konstruktion med flera rörliga delar som fungerar som en solid enhet. Det här är deras lösning.

1. Kuggstångsservostyrning
Rattrörelserna överförs till kuggstångsservostyrningen. Därefter överförs rörelserna till styrleden och kullederna på bägge sidor och därifrån till länkarmarna. Från länkarmen går rörelsen till axeln och får lastbilens hjul att snurra.

2. Stötdämpare
Slagenergi absorberas av stötdämpare som monterats på en hållare på stödbenet och chassiramen.

3. Stödben
De övre och undre länkarmarna, stötdämparna, axlarna, luftbälgarna och styrsystemet är alla anslutna till stödbenet. För att kunna stå emot svåra påfrestningar har stödbenet tillverkats i ett stycke i höghållfast material. Konstruktionen har korrekt axel- och kingpin-lutning vilket ger utmärkta köregenskaper och minimalt däckslitage.

4. Underramskonstruktion
De övre och undre länkarmarna är monterade på en underram som håller hela konstruktionen på plats. Underramskonstruktionen, som är gjord av gjutjärn, är monterad på chassiramen.

5. Dubbla länkarmar
Framhjulen är anslutna till ett stödben på vardera sidan och är individuellt upphängda i chassiet med en övre och en undre länkarm. En luftfjäder mellan stödbenet och ramkonstruktionen bär lasten och absorberar rörelserna som uppstår av ojämnheter i vägunderlaget under körning.