DE102009023434A1 - Hinterachse eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

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Wolfgang Schindler
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hinterachse (4) eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftfahrzeuges (2), mit je einer mit einem Rad (22, 24) verbindbaren Spurstange (6, 8) und einer Lagerung (10, 12) zur Aufhängung der Spurstangen (6, 8) an einer Karosserie (18). Zur Verbesserung des Fahrverhaltens sind die Spurstangen (6, 8) mittels eines Koppelelementes (20) miteinander gekoppelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftfahrzeugs, mit je einer mit einem Rad verbindbaren Spurstange und einer Lagerung zur Aufhängung der Hinterachse an einer Karosserie.
  • Hinterachsen der eingangs genannten Art werden in nahezu jedem Personenkraftfahrzeug eingebaut. Auch wenn die Lenkung eines Kraftfahrzeugs in der Regel im Wesentlichen über die Vorderachse geschieht, hat die Hinterachse einen erheblichen Einfluss auf das Fahrverhalten des jeweiligen Kraftfahrzeugs.
  • Die Fahrstabilität eines Personenkraftfahrzeugs wird sehr stark durch das Eigenlenkverhalten der Vorder- und der Hinterachse bestimmt. Einen großen Einflussfaktor bilden dabei die Reifen, welche aufgrund ihrer Bauhöhe und Elastizität in Kurven zu einer in radialer Richtung wirkenden Deformation neigen. Diese sogenannte Schräglaufsteifigkeit des Reifens bewirkt an der Vorderachse in aller Regel ein untersteuerndes Verhalten. Der Vorderwagen des Kraftfahrzeugs drängt während der Kurvenfahrt durch die begrenzte Schräglaufsteifigkeit der Reifen nach außen. An der Hinterachse bewirkt die begrenzte Schräglaufsteifigkeit der Reifen jedoch regelmäßig ein Übersteuern.
  • Auch die Auslegung und Geometrie der Hinterachse beeinflusst das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs. Dieses sogenannte Eigenlenkverhalten kann bei Hinterachsen, insbesondere bei Längslenker- und Verbundlenkerachsen, ein zusätzliches Übersteuern bewirken.
  • Eine übersteuernde Hinterachse kann zwar durch eine untersteuernde Vorderachse zum Teil ausgeglichen werden, dies gilt jedoch nur für das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges.
  • Negativ beeinflusst wird durch eine derartige Auslegung des Fahrzeuges jedoch der sogenannte Schwimmwinkel, der bei einer größeren Eigenlenkdynamik der Achsen insgesamt größer wird. Diese Schwimmwinkel bewirken ein unpräzises Fahrverhalten, größere Gierwinkel und damit auch größere Gierbeschleunigungen beim Durchfahren von Wechselkurven und bei hohen Geschwindigkeiten eine hohe Gierverstärkung, das heißt ein ungünstiges Verhältnis zwischen Giergeschwindigkeit und Lenkwinkel. Dies führt insgesamt zu einem unpräzisen, schwammigen Fahrempfinden und ist darüber hinaus sicherheitsrelevant, da es insbesondere bei Wechselkurven, wie sie bei schnellen Ausweichmanövern im Notfall gefahren werden müssen, zu einem Ausbrechen des Kraftfahrzeugs kommen kann. Die Gierverstärkungen kann zwar durch eine indirekte Lenkübersetzung teilweise ausgeglichen werden, dies führt jedoch zu einem unhandlichen Fahrverhalten.
  • Demnach besteht in der Fachwelt seit langem der Wunsch nach einer möglichst neutral ausgelegten oder sogar leicht untersteuernden Hinterachse, durch die die zuvor beschriebenen, meist negativen Effekte vermeidbar sind. Mithilfe solcher neutraler oder untersteuernder Hinterachsen lässt sich ein präziseres, agileres und vor allem sichereres Fahrverhalten einstellen.
  • Ein bekannter Ansatz zur Erreichung dieses Ziels ist die Verwendung einer aktiven Hinterachslenkung, bei der aktiv oder passiv ein Lenkwinkel der Hinterachsräder einstellbar ist. Derartige aktive Hinterachslenkungen sind jedoch sehr aufwendig und damit teuer und defektanfällig. Zudem benötigen die dafür erforderlichen Bauteile einen erheblichen Bauraum, sodass der übrige zur Verfügung stehende Bauraum eingeschränkt ist.
  • Aus der DE 38 18 412 ist darüber hinaus eine Kraftfahrzeug-Hinterachse mit über gummielastische Lager schwenkbar am Fahrzeugaufbau angelenkten radtragenden starren Längslenkern und mit einer an diesen jeweils zwischen den gummielastischen Lagern und den Radachsen angreifenden biegesteifen Querstrebe bekannt, bei der die Querstrebe entweder in mindestens einem der beiden Querlenker um die Querstrebenlängsachse drehbar gelagert ist. Zur Verbesserung des Fahrverhaltens und des Eigenlenkverhaltens sind die beiden aufbauseitigen gummielastischen Lenkerlager derart schrägnachgiebig ausgebildet, dass durch die Lenkerlager ein Richtung ihrer Schrägnachgiebigkeit gelegte Geraden sich in der Draufsicht fahrzeugmittig und im Abstand zu einer durch beide Lenkerlager gelegten Geraden schneiden und wobei die Querstrebe gegen die Vorspannung einer Federvorrichtung teleskopartig zusammenschiebbar sind.
  • Bei Kurvenfahrt verdrehen sich bei der zuvor beschriebenen Art von Hinterachse beide Räder der Hinterachsen zur Kurveninnenseite hin und erzeugen damit ein untersteuerndes Fahrverhalten. Die Stärke des Untersteuerns lässt sich durch die Elastizität oder Nachgiebigkeit der jeweiligen Lenkerlager beeinflussen. Je weicher das zuständige Lenkerlager ist, desto größer ist das Untersteuern der Hinterachse.
  • Diese ihrer Gattung nach auch als elastokinematisch seitenkraftuntersteuernd bezeichneten Hinterachsen sind zwar wesentlich einfacher und billiger als aktive Hinterachslenkungen und bewirken bei Querbeschleunigungen ein sicheres und präzises Fahrverhalten, beim Bremsen und Beschleunigen weisen sie jedoch Nachteile auf. Durch die Nachgiebigkeit der Lager werden ungewollte Radwinkeländerungen beim Bremsen (in Nachspur) und, insbesondere bei heckgetriebenen Fahrzeugen, beim Beschleunigen (in Vorspur) erzeugt. Die Folge davon ist, dass die Stabilität des Kraftfahrzeuges insbesondere beim starken Bremsen eingeschränkt ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es damit, eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die ein sicheres Fahrverhalten bei Querbeschleunigungen sowie in Wechselkurven mit einem dynamischen Fahrverhalten verbindet, jedoch ein sicheres Brems- und Beschleunigungsverhalten als bekannte elastokinematische Hinterachsen aufweist, wobei die Hinterachse kostengünstig herstellbar sein soll.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch eine Hinterachse eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine erfindungsgemäße Hinterachse eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftfahrzeuges weist je eine mit einem Rad verbindbare Spurstange und eine Lagerung der Spurstange zur Aufhängung der Spurstange an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Spurstangen mittels eines Koppelelements miteinander gekoppelt sind.
  • Durch das Koppelelement, mit Hilfe dessen die Spurstangen miteinander gekoppelt sind, sind die Bewegungsfreiheitsgrade des kinematischen Hinterachssystems gezielt eingeschränkt. Die Spurstangen können sich nicht mehr beliebig zueinander bewegen, sondern nur so, wie durch das Koppelelement zugelassen. Das Koppelelement führt im kinematischen System der Hinterachse somit eine zusätzliche Zwangsbedingung ein. Auf diese Weise lässt sich erreichen, dass ein beliebiges Bewegen der Spurstangen relativ zueinander, insbesondere im Brems- oder im Beschleunigungsfalle, unterbunden ist. Die Fahrstabilität des Fahrzeugs beim Bremsen oder Beschleunigen ist dadurch merklich erhöht.
  • Mit besonderem Vorzug lässt sich die erfindungsgemäße Hinterachse einsetzen, wenn die Lagerung gummielastische Lager aufweist. Gummielastische Lager sind solche Lager, bei denen der Schwenkpunkt der Spurstangen in dem Lager in einem Gummielement gelagert ist, sodass der Schwenkpunkt bei einer Belastung des Lagers verschieblich ist. Ein derartiges gummielastisches Lager kann zweidimensional oder dreidimensional ausgebildet sein. Üblicherweise ist dies zumindest zweidimensional ausgelegt, wobei die Ebene, in welcher sich die Spurstangenlagerung bewegen kann, üblicherweise im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet ist.
  • Gummielastisches Lager im Sinne der Erfindung bedeutet bevorzugt nicht ausschließlich, dass das Lager Gummi enthalten, sondern dass das Lager bevorzugt eine elastisch reversible Verschiebung des Lagerpunktes zulässt. Ob dies mittels Gummielementen oder anderer Elemente bewerkstelligt wird, ist im Rahmen der Erfindung unerheblich.
  • Durch die erfindungsgemäße Hinterachse sind die Spurstangen mittels eines Koppelelements miteinander gekoppelt. Dies erlaubt bei gummielastischen Lagern eine lediglich gleichsinnige elastokinematische Bewegung der Spurstangen relativ zueinander, was ebenfalls zu einer lediglich gleichsinnigen Bewegung der Räder führt. Eine ungewünschte gegensinnige Bewegung der Räder in Nach- bzw. Vorspur wird auf diese Weise unterdrückt. Dies führt zu einer erheblichen Stabilisierung des Fahrverhaltens beim Bremsen sowie beim Beschleunigen. Gleichzeitig wird jedoch eine deutliche Erhöhung des Seitenkraftuntersteuerns der Hinterachse beibehalten, sodass sich die Fahrstabilität in der gewünschten Weise einstellen lässt.
  • Besonders bevorzugt greift das Koppelelement an je einem Lagerelement der Spurstangen an. Bevorzugt ist dabei vorgesehen, dass das Koppelelement eine relative Rotation der Spurstangen zueinander erlaubt, die Lagerelemente jedoch relativ zueinander ortsfest hält.
  • Lagerelement im Sinne der Erfindung ist bevorzugt ein Lagerzapfen oder eine Lagerbuchse. Bei einem gummielastischen Lager ist der Lagerzapfen bevorzugt in Gummi oder einem anderen elastischen Material in der Lagerbuchse gelagert.
  • Bevorzugt ist das Koppelelement des Weiteren als starre Koppelstange ausgebildet. Eine derartige Koppelstange verbraucht einen geringen Bauraum und ermöglicht dazu eine hinreichend starke Kopplung der Spurstangen miteinander.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur ein Kraftfahrzeug 2 mit einer erfindungsgemäßen Hinterachse 4.
  • Die erfindungsgemäße Hinterachse 4 weist zwei Spurstangen 6, 8 auf, die einen je Ends einen Lagerzapfen 6.1, 8.1 aufweisen, zur Lagerung der Spurstange an dem Kraftfahrzeug 2 und anderen Ends Lagerelemente 6.2, 8.2 zur Lagerung zweier Räder 22, 24.
  • Die Lagerzapfen 6.1, 8.1 sind unter Zwischenschaltung gummielastischer Elemente in Lagerschalen 10, 12 gelagert, welche ihrerseits an Vorsprüngen 14, 16 der Karosserie 18 des Kraftfahrzeugs 2 befestigt sind.
  • Durch die gummielastische Lagerung der Spurstangen 6, 8 in den Aufnahmen 14, 16 lässt sich die Über- oder Untersteuerneigung der erfindungsgemäßen Hinterachse 4 gezielt einstellen. Die Härte der gummielastischen Lager 10, 12 ist einer der Faktoren, über die das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs 2 einstellbar ist.
  • Die Spurstangen 6, 8 sind erfindungsgemäß mittels einer Koppelstange 20 aneinander gekoppelt. Die Koppelstange 20 verbindet die Spurstangen 6, 8 im Bereich der Lagerzapfen 6.1, 8.1 derart, dass die Spurstangen 6, 8 frei um die Lagerzapfen 6.1, 8.1 schwenkbar sind, die relative Lage der Lagerzapfen 6.1, 8.1 zueinander jedoch festgelegt ist.
  • Die Spurstangen 6, 8 können sich somit nur noch gleichförmig in den gummielastischen Lagern 10, 12 bewegen, was ein unkontrolliertes Bewegen der Spurstangen 6, 8 zueinander, insbesondere im Brems- und Beschleunigungsfalle verhindert. Dies erhöht die Fahrstabilität erheblich. Die beiden Räder 22, 24 können somit keine ungewollten beliebigen Radwinkeländerungen zueinander mehr durchführen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 3818412 [0009]

Claims (4)

  1. Hinterachse eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Personenkraftfahrzeuges (2), mit je einer mit einem Rad (22, 24) verbindbaren Spurstange (6, 8) und einer Lagerung (10, 12) zur Aufhängung der Spurstangen (6, 8) an einer Karosserie (18) dadurch gekennzeichnet, dass die Spurstangen (6, 8) mittels eines Koppelelementes (20) miteinander gekoppelt sind.
  2. Hinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung gummielastische Lager (10, 12) aufweist.
  3. Hinterachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement (20) an je einer Lagerelement (6.1, 8.1) der Spurstangen (6, 8) angreift.
  4. Hinterachse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelelement als starre Koppelstange (20) ausgebildet ist.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE3818412A1 (de) 1987-06-10 1988-12-22 Volkswagen Ag Kraftfahrzeug-hinterachse

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EP2874832B1 (de) * 2012-07-17 2018-10-31 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Angetriebene achse eines zweispurigen fahrzeugs

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