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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einzelradaufhängung. Sie eignet sich besonders für die Aufhängung der Vorder- und Hinterräder motorgetriebener Kraftfahrzeuge.
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Mit dem zunehmenden Leistungspotential heutiger Fahrzeugantriebe und den damit verbundenen, größeren Beschleunigungs- und Verzögerungsmöglichkeiten wachsen auch die Anforderungen an die Fahrwerkskonstruktion. Dabei stehen vor allem sicherheitstechnische Gesichtspunkte der Fahrdynamik im Vordergrund. Zudem steigen auch die Ansprüche an den Fahrkomfort.
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Einzelradaufhängungen, die im Stand der Technik bereits seit langem bekannt sind, zeichnen sich durch einen geringen Raumbedarf und ein verhältnismäßig geringes Gewicht aus. Zudem beeinflussen sich die Räder einer Achse untereinander nicht. Desweiteren besteht die Möglichkeit, durch gezielte Elastizitäten in der Radaufhängung, unter anderem durch die Verwendung von Gummilagern an den aufbauseitigen Anlenkstellen der einzelnen Lenker, die Stellung eines Fahrzeugrades zur Fahrbahn in Abhängigkeit der Fahrsituation zu beeinflussen. Dazu werden die je nach Fahrsituation unterschiedlichen Kräfte in der Radaufhängung ausgenutzt. So wird bei einem Bremsvorgang die Bremskraft, die entgegen der Fahrtrichtung orientiert ist, im Radaufstandspunkt wirksam, während bei einem Überfahren eines Hindernisses wie einer Bodenwelle die Rollwiderstandskraft, die ebenfalls entgegen der Fahrtrichtung orientiert ist, in der Radmitte zu betrachten ist. Durch eine elastokinematisch bedingte Vorspureinstellung kann beispielsweise eine Stabilisierung des Fahrzeuges bei einem Bremsvorgang erreicht werden.
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Im Hinblick auf den Fahrkomfort besteht ein Interesse daran, die Übertragung der aus den Brems- oder Rollwiderstandskräften angeregten Längsschwingungen der Räder auf den Fahrzeugaufbau möglichst gering zu halten.
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Der Fahrkomfort eines Fahrzeuges hängt weiterhin auch von der Entkopplung der Abrollschwingungen der Räder von dem Fahrzeugaufbau durch die Radaufhängung ab. Die heute verwendeten Stahlgürtelreifen weisen eine hohe Abrollhärte auf. Durch den sehr steifen Stahlgürtel werden ebenfalls Längsschwingungen verursacht, die sich über die Radaufhängung an dem Fahrzeugaufbau bemerkbar machen und den Fahrkomfort beeinträchtigen.
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Diese Längsschwingungen lassen sich vermindern, wenn an dem Rad eine definierte Längsbewegung zugelassen wird. Hierbei dürfen allerdings keine Änderungen der Vorspur auftreten, da dies zu einem unerwünschten Eigenlenkverhalten des Fahrwerkes und damit zu einer Verschlechterung des Geradeauslaufverhaltens führen würde.
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Aus der
DE 195 35 923 A1 ist in diesem Zusammenhang bereits eine Doppelquerlenker-Radaufhängung mit zwei obenliegenden Stablenkern und einem untenliegenden Querlenker bekannt, bei der sämtliche Lenker über Gummilager unmittelbar an einem Fahrzeugaufbau abgestützt sind. Zur Längsfederung von Fahrbahnstößen ist das vordere, aufbauseitige Lager des unteren Querlenkers weich, das hintere Lager hingegen härter ausgebildet. Der untere Querlenker ist hinter der Radachse an den Radträger angeschlossen und verläuft von dort im wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung zu dem hinteren Lager sowie schräg nach vorne und innen zu dem vorderen Lager.
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Des Weiteren beschreibt die
EP 0 301 782 A1 eine Einzelradaufhängung, umfassend einen Radträger, einen Seitenrahmen und eine radführende Lenkeranordnung, über die der Radträger mit dem Seitenrahmen gekoppelt ist, wobei der Seitenrahmen in senkrechter Ausrichtung mit mindestens drei Abstützpunkten an einem Fahrzeugaufbau oder einem mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Hilfsrahmen elastokinematisch abgestützt ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine weitere Einzelradaufhängung zu schaffen, die eine hohe Fahrsicherheit sowie einen hohen Fahrkomfort aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Einzelradaufhängung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Durch die Einkopplung eines zusätzlichen Mechanismus in Form eines Seitenrahmens zwischen die Lenkeranordnung und die eigentliche Anlenkung an dem Fahrzeugaufbau bzw. einem Hilfsrahmen läßt sich die Längsnachgiebigkeit der Radaufhängung gezielt einstellen, so daß der Radmittelpunkt weicher angebunden werden kann, als der Radaufstandspunkt. Bei einem Angriff von Längskräften an der Radaufhängung wird der Seitenrahmen verdreht und/oder verschoben, woraus eine Kopplung der aufbauseitigen Enden der Lenkeranordnung resultiert. Die weichere obere Anbindung bewirkt durch eine stärkere Verschiebungsmöglichkeit einer obenliegenden Lenkerebene in Längskraftrichtung eine Verbesserung des Fahrkomforts, während die vergleichsweise steife untere Abstützung für die Fahrdynamik vorteilhaft ist. Die Verwendung zusätzlicher oberer Lenker erlaubt einen großen Gestaltungsraum für die obere, für den Fahrkomfort entscheidende Längsnachgiebigkeit. Durch die zusätzliche Verwendung von elastischen Lagern, beispielsweise Gummilagern, zwischen den oberen Lenkern und dem oberen Abschnitt des Seitenrahmens ergibt sich eine zusätzliche Entkopplung der Radachse von dem Fahrzeugaufbau.
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Bei einem Bremsvorgang tritt die größte Kraft in dem unteren Anlenkpunkt der Lenk- bzw. Spreizachse eines Radträgers auf, während eine in Gegenrichtung wirkende Kraft an dem oberen Anlenkpunkt des Radträgers betragsmäßig kleiner bleibt. In einer herkömmlichen Radaufhängung kommt es bei dem Bremsvorgang dadurch in der Regel zu einem Verdrehen der durch die Anlenkpunkte der Lenkanordnung verlaufenden Lenk- bzw. Spreizachse. Die aufbauseitige Verkopplung von unteren und oberen Abschnitten der Lenkeranordnung mittels des Seitenrahmens, der infolge eines Bremsvorganges verdreht wird, erlaubt es hier, die Verdrehung der Spreiz- bzw. Lenkachse beim Bremsen zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden.
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Die bei einem Überrollen eines Hindernisses in Radmitte angreifende Rollwiderstandskraft wird hingegen weitgehend gleichmäßig und gleichgerichtet auf die oberen und unteren Anlenkpunkte des Radträgers verteilt. Die Verschiebungsmöglichkeit der oberen Lenkerebene in Längskraftrichtung erlaubt auch hier eine weichere Anbindung des Rades zur verbesserten Absorption von Längsschwingungen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich der Seitenrahmen in einer Ebene, so daß sich für diesen eine flache Konstruktion ergibt.
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Vorzugsweise ist der Seitenrahmen als Stabrahmen ausgebildet. Neben dem Gewichtsvorteil bleibt hierdurch der Gestaltungsraum für umliegende Bauteile weitestgehend unbeeinträchtigt.
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Durch eine rechteckartige Ausbildung des Seitenrahmens läßt sich eine gewisse Torsionselastizität desselben erreichen, die neben der Elastizität der Lagerung des Seitenrahmens an dem Fahrzeugaufbau zu einer gezielten Radeinstellung ausgenutzt werden kann.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstützpunkte, mit denen der Seitenrahmen gegen den Fahrzeugaufbau oder einen an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen abgestützt ist, an den Anlenkpunkten oder in unmittelbarer Nähe derselben angeordnet, an welchen die Lenkeranordnung an dem Seitenrahmen angelenkt ist. Damit bleibt einerseits eine hohe Stabilität der Radaufhängung gewährleistet, andererseits wird die Kopplung der aufbauseitigen Anlenkpunkte der Lenkeranordnung untereinander beibehalten.
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Vorzugsweise ist die radführende Lenkeranordnung als Doppelquerlenkeranordnung ausgebildet. Damit ergeben sich weitgehende Möglichkeiten zur Beeinflussung der Radstellung in unterschiedlichen Betriebssituationen. Durch eine entsprechende Auswahl der Länge und Ausrichtung der Querlenker läßt sich beispielsweise die Wankneigung des Fahrzeugaufbaus in der Kurve gering halten oder eine günstige Bremsnickabstützung erzielen.
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Bevorzugt ist dann der Seitenrahmen mit vier Punkten gegenüber dem Fahrzeugaufbau oder gegenüber einem an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen abgestützt, wodurch eine stabile Aufnahme von Querkräften gewährleistet und eine übermäßige Biegebelastung an dem Seitenrahmen vermieden wird.
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In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung sind untenliegenden Abstützpunkte des Seitenrahmens unmittelbar über elastische Lager an dem Fahrzeugaufbau oder einem an dem Fahrzeugaufbau vorgesehenen Hilfsrahmen angekoppelt sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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1 eine Einzelradaufhängung eines Vorderrades einer gelenkten Doppelquerlenkerachse für ein Kraftfahrzeug in räumlicher Darstellung,
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2 eine Ansicht vorn vorne der Einzelradaufhängung in 1, und in
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3 eine Ansicht von oben auf die Einzelradaufhängung in 1.
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Die Einzelradaufhängung 1 weist einen Radträger 2 auf, der ein Rad 3, hier ein linkes Vorderrad, trägt. Der Radträger 2 ist über eine radführende Lenkeranordnung mit einem Seitenrahmen 12 verbunden, der gegenüber einem Fahrzeugaufbau 15 elastisch abgestützt ist.
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Die Lenkeranordnung ist dabei als Doppelquerlenker-Radaufhängung ausgebildet und umfaßt einen oberen Querlenker 4 sowie einen im wesentlichen parallel dazu angeordneten, unteren Querlenker 8. Jeder der Querlenker 4 bzw. 8 wird durch ein Paar von stabartigen Einzellenkern 5 und 6 bzw. 9 und 10 gebildet, die mit einem Ende jeweils über ein Gelenk 26 bis 29 an den Seitenrahmen 12 angeschlossen sind und sich jeweils im wesentlichen in Querrichtung des Fahrzeuges zu dem Radträger 2 erstrecken, wobei die stabartigen Einzellenker eines Paares in Radrichtung jeweils aufeinanderzulaufen. Dabei stützen die beiden oberen Stäbe 5 und 6 sowie die beiden unteren Stäbe 9 und 10 die Lenk- bzw. Spreizachse L des Rades 3 an zwei in etwa übereinanderliegenden Punkten ab, d. h. die beiden oberen Stäbe 5 und 6 sind in einem oberen Anlenkpunkt 7 an dem Radträger 2 angelenkt, wohingegen die beiden unteren Stäbe 9 und 10 an einem unteren Anlenkpunkt 11 des Radträgers 2 angreifen. Der untere Anlenkpunkt 11 liegt dabei etwas weiter außen zu dem Rad 3 hin, als der obenliegende Anlenkpunkt 7. Bezogen auf die Drehachse des Rades 3 liegt der untere Anlenkpunkt 11 unterhalb, der obere Anlenkpunkt 7 hingegen oberhalb der Achshöhe der Drehachse des Rades 3.
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Der Seitenrahmen 12 ist als Stabrahmen mit zwei sich im wesentlichen horizontal erstreckenden Stäben 13a und 13b sowie zwei sich im wesentlichen vertikal erstreckenden Stäben 14a und 14b ausgebildet, die zu einem Rechteck zusammengeschlossen sind und in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Die Stäbe 13a, 13b, 14a und 14b sind dabei an ihren Enden fest miteinander verbunden. Der solchermaßen gebildete, ecksteife Viereckrahmen ist im wesentlichen senkrecht orientiert und parallel zu der Mittelebene des Rades 3 ausgerichtet, worunter auch geringfügige Abweichungen, beispielsweise eine Neigung des oberen Abschnittes des Seitenrahmens 12 zum Fahrzeug hin sowie gegebenenfalls eine Winkelabweichung, die bei einem Lenken auftritt, zu verstehen sind.
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Weiterhin ist der Seitenrahmen 12 mit mindestens drei Punkten, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit vier Punkten, an einem Fahrzeugaufbau 15 elastokinematisch abgestützt. Selbstverständlich kann die Abstützung auch an einem mit dem Fahrzeugaufbau 15 verbundenen Hilfsrahmen oder Fahrschemel erfolgen. Die obenliegenden Abstützpunkte sind dabei mit einer in bezug auf die Fahrzeuglängsrichtung bzw. Fahrtrichtung F größeren Längsnachgiebigkeit abgestützt, als die untenliegenden Abstützpunkte.
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In dem Ausführungsbeispiel sind für die untenliegenden Abstützpunkte zwei untere, elastische Lager 16 und 17, beispielsweise Gummilager, zwischen dem Seitenrahmen 12 und dem Fahrzeugaufbau 15 vorgesehen. Die beiden Lager 16 und 17 liegen an den unteren Ecken des Seitenrahmen-Viereckes, an denen auch die Stäbe 9 und 10 des unteren Querlenkers 8 angelenkt sind, so daß Druckkräfte der Stäbe 9 und 10 unmittelbar über die Lager 16 und 17 in den Fahrzeugaufbau 15 eingeleitet werden können, ohne den Seitenrahmen 12 merklich zu tordieren. Dabei ist das in Fahrtrichtung F vorne liegende Lager 16 kinematisch hart, das in Fahrtrichtung F hinten liegende Lager 17 hingegen kinematisch weich als Komfortlager ausgebildet.
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Ergänzend kann die untere Querstrebe 13b in etwa in ihrer Mitte durch ein weiteres Gummilager schwenkbar an dem Aufbau 15 abgestützt werden. In einer alternativen Ausgestaltung ist es auch möglich, die Lager 16 und 17 wegzulassen und die untere Abstützung des Seitenrahmens 12 allein durch ein massives Gummilager in der Mitte der unteren Querstrebe 13b vorzunehmen.
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Die obere Abstützung des Seitenrahmens 12 gegen den Fahrzeugaufbau 15 erfolgt hingegen über zusätzliche, stabartige Lenker 20 und 22, die einander überkreuzen, wie dies 3 entnommen werden kann. Der im Bereich der oberen vornliegenden Ecke des Seitenrahmen-Viereckes angreifende, vordere stabartige Lenker 20 ist zu der Fahrtrichtung F stark angewinkelt, wohingegen der weitere, hintere stabartige Lenker 22 sich im wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung erstreckt und etwa in der Mitte der oberen Querstrebe 13a angreift. Diese beiden oberen Lenker 20 und 22 sind mit einem Ende jeweils über ein Gummilager 18 bzw. 19 an der oberen Querstrebe 13a angekoppelt und mit dem anderen Ende jeweils über ein weiteres Lager 21 bzw. 23 schwenkbar gegen den Fahrzeugaufbau 15 abgestützt. Jedes der Lager 21 und 23 erlaubt eine Winkelbeweglichkeit bis zu etwa 3 Grad. Diese ist für die erforderliche Längsverschiebbarkeit des oberen Abschnittes des Seitenrahmens 12 ausreichend.
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Die Abstützung der Stäbe 5 und 6 des oberen Querlenkers 4 erfolgt ebenfalls im Bereich der oberen Ecken des Seitenrahmen-Viereckes, so daß Druckkräfte der Stäbe 5 und 6 im wesentlichen von den oberen Lenkern 20 und 22 aufgenommen werden.
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Bei einer Einleitung von Längskräften in die Lenkeranordnung wird der Seitenrahmen 12 je nach Kraftangriff verschoben und/oder verdreht. Durch die Anbindung der oberen Abstützpunkte bzw. des oberen Abschnittes des Seitenrahmens 12 über die oberen Lenker 20 und 22 an dem Fahrzeugaufbau 15 findet eine deutliche Verschiebung der oberen Lenkerebene in Richtung der Längskraft statt, wohingegen die Verschiebung an den unteren Lagern 16 und 17 verhältnismäßig klein bleibt. Damit ergibt sich eine klare Trennung der Gummilagerfunktionen in Komfortlager und Fahrdynamiklager. Aus der Verschiebung der oberen Lenkerebene resultiert eine weiche und damit für den Fahrkomfort vorteilhafte Anbindung des Rades 3. Gleichzeitig wird eine für die Fahrdynamik unerwünschte Verdrehung der Spreizachse L beim Bremsen reduziert oder vollständig vermieden.
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Die Ankopplung eines Federbeines 25 erfolgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in der Nähe des Anlenkpunktes 11 des unteren Querlenkers 8 an dem Radträger 2, wobei das Federbein 25 bevorzugt an einem zwischen den unteren Stäben 5 und 6 vorgesehenen Steg angeschlossen ist. Es ist jedoch auch möglich, das Federbein 25 an dem oberen Querlenker 4 anzukoppeln.
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Die zuvor bschriebene Einzelradaufhängung kann sowohl für die Vorderräder als auch die Hinterräder eines Fahrzeuges verwendet werden. Bei Verwendung der Einzelradaufhängung an einer gelenkten Achse greift weiterhin eine Spurstange 24 in Fahrtrichtung F vor der Lenkachse L an dem Radträger 2 an.
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Anstelle der Doppelquerlenker-Radaufhängung kann auch eine andere konventionelle Lenkeranordnung zwischen dem Radträger 2 und dem Seitenrahmen 12 vorgesehen werden, wobei der Seitenrahmen 12 beispielsweise auch dreieckig ausgeführt und über drei Punkte an dem Fahrzeugaufbau 15 abgestützt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelradaufhängung
- 2
- Radträger
- 3
- Fahrzeugrad
- 4
- oberer Querlenker
- 5
- hinterer Stab des oberen Querlenkers
- 6
- vorderer Stab des oberen Querlenkers
- 7
- oberer Anlenkpunkt
- 8
- unterer Querlenker
- 9
- hinterer Stab des unteren Querlenkers
- 10
- vorderer Stab des unteren Querlenkers
- 11
- unterer Anlenkpunkt
- 12
- Seitenrahmen
- 13a
- oberer Querstab des Seitenrahmens
- 13b
- unterer Querstab des Seitenrahmens
- 14a
- hinterer Vertikalstab des Seitenrahmens
- 14b
- vorderer Vertikalstab des Seitenrahmens
- 15
- Fahrzeugaufbau
- 16
- vorderes, unteres Lager
- 17
- hinteres, unteres Lager
- 18
- vorderes, oberes Lager
- 19
- hinteres, oberes Lager
- 20
- hinterer, oberer Lenker
- 21
- aufbauseitiges Lenkerlager
- 22
- vorderer, oberer Lenker
- 23
- aufbauseitiges Lenkerlager
- 24
- Spurstange
- 25
- Federbein
- 26–29
- Gelenke
- F
- Fahrtrichtung
- L
- Lenkachse
