DE102009033105B4

DE102009033105B4 - Verstellvorrichtung für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102009033105B4
Application number: DE102009033105.0A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Michel; Karl-Heinz Meitinger; Christoph Kossira; Hugo Müller; Wolfgang Schmid
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2021-03-25
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: DE102009033105A1

Abstract

Verstellvorrichtung für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, mit einer zwischen Radführungselementen (12, 14, 16) und einem Radträger (32) angeordneten Basisplatte (18), an der die Radführungselemente (12, 14, 16) angelenkt sind und an der der Radträger (32) über einen ringförmigen Zwischenträger (24) um zwei den Radsturz und den Lenkwinkel definierende Schwenkachsen (26, 40) gelagert ist, wobei der zwischen der Basisplatte (18) und dem Radträger (32) geschaltete Zwischenträger (24) Bestandteil eines Kardangelenks ist, mit dem der Radträger (32) lenkbar ist, sowie mit einem ersten Aktuator (46), der den Radsturz bestimmt und der an der Basisplatte (18) befestigt ist und außerhalb der den Radsturz definierenden Schwenkachse (26) mit einer mittleren Lagerstelle (58) eines abgewinkelt angeordneten Kniehebels (54) zusammenwirkt, der an seinen beiden äußeren Lagerstellen (62, 64) an der Basisplatte (18) und am Zwischenträger (24) angelenkt ist, wobei der erste Aktuator (46) mit der mittleren Lagerstelle (58) des Kniehebels (54) gelenkig verbunden ist, und einem zweiten Aktuator (48), der den Lenkwinkel bestimmt und der am Radträger (32) befestigt ist und außerhalb der den Lenkwinkel definierenden Schwenkachse (40) am Zwischenträger (24) angreift.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstellvorrichtung für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, mit einer zwischen Radführungselementen und einem Radträger angeordneten Basisplatte, an der die Radführungselemente angelenkt sind und an der der Radträger über einen ringförmigen Zwischenträger um zwei den Radsturz und den Lenkwinkel definierende Schwenkachsen gelagert ist, wobei der zwischen der Basisplatte und dem Radträger geschaltete Zwischenträger Bestandteil eines Kardangelenks ist, mit dem der Radträger lenkbar ist, sowie mit einem Aktuator, der an der Basisplatte bzw. dem Radträger befestigt ist und außerhalb der Schwenkachse am Zwischenträger angreift, und einem Aktuator, der am Radträger bzw. der Basisplatte befestigt ist und außerhalb der Schwenkachse am Zwischenträger angreift.
Eine nächstkommende Verstellvorrichtung zur Verstellung des Radsturzes und/oder des Lenkwinkels des Rades an einer Radaufhängung für Kraftfahrzeuge beschreibt die DE 10 2007 054 823 A1 , bei der ein kardanisch über einen ringförmigen Zwischenträger an einer Basisplatte gelagerter Radträger über zwei elektromechanische Aktuatoren beaufschlagbar ist. Die Verstellung des Radträgers erfolgt dabei über an den Aktuatoren vorgesehene Exzenter, die in entsprechende Kulissenführungen des Zwischenträgers eingreifen. Dabei sind nicht unbeträchtliche Kräfte und Momente resultierend aus den statischen und dynamischen Radlasten abzustützen.
Weiterhin sei in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2005 039 318 A1 , die DE 100 08 491 A1 , die DE 10 2007 047 673 A1 und die DE 39 28 135 A1 verwiesen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verstellvorrichtung der nächstkommenden Art vorzuschlagen, die robuster und aufgrund geringerer, erforderlicher Stellkräfte kostengünstiger ausführbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zumindest ein Aktuator, bevorzugt jedoch beide Aktuatoren, mit einem abgewinkelt angeordneten Kniehebel zusammenwirkt, der an seinen beiden äußeren Lagerstellen an der Basisplatte und am Zwischenträger bzw. am Zwischenträger und am Radträger angelenkt ist und dass die Aktuatoren mit der jeweils mittleren Lagerstelle des Kniehebels gelenkig verbunden sind. Damit gelingt es, die Radaufstandskräfte besonders steif und robust abzustützen, wobei von den Aktuatoren abhängig von der konstruktiven Gestaltung (Knickwinkel) der Kniehebel nur Komponenten der auftretenden Kräfte und Momente aufzunehmen bzw. bei der Verstellung aufzubringen sind. Zudem ermöglicht die Verwendung der Kniehebel eine besonders bauraumgünstige Anordnung der Aktuatoren.
Mit der Erfindung wird eine kardanische Aufhängung für einen Hinterachsradträger auf einer Basisplatte vorgeschlagen, wobei der Radträger mittels zweier Aktuatoren vorzugsweise elektromechanisch in Vorspur und Sturz einzeln, oder auch gleichzeitig verstellt werden kann. Das ursprüngliche Achsprinzip bleibt dabei erhalten. Es wird lediglich der vormals nicht lenkbare Radträger durch Basisplatte und darauf befindlichem Schwenkmechanismus ersetzt. Der Bremssattel sitzt auf dem nun schwenkbaren Radträger. Das Bremsmoment wird über die Kardangelenke übertragen.
Insbesondere können die Kniehebel in einer Grundstellung (Ausgangslage) des Radträgers einen stumpfen Winkel bildend abgeknickt sein, vorzugsweise um ca. 15°. Dies verringert in beträchtlichem Maße die aufzubringenden Verstellkräfte, so dass entsprechend leistungsverminderte und bauraumgünstige Aktuatoren einsetzbar sind. Es versteht sich, dass der gewählte Knickwinkel der Kniehebel auch auf den konstruktiv vorgegebenen Verstellweg abgestimmt sein muss.
Eine besonders direkte Einleitung der Verstellkräfte wird ferner dadurch erzielt, dass die Lagerstelle jeweils zwischen dem Kniehebel und dem Zwischenträger unmittelbar an dem korrespondierenden Gelenkzapfen der kardanischen Lagerung des Zwischenträgers ausgebildet ist.
Des Weiteren kann in konstruktiv besonders günstiger Weise an der Basisplatte und an dem Radträger jeweils eine parallel zu einer der Schwenkachsen ausgerichtete Konsole angeformt sein, an der der jeweilige Aktuator befestigt ist und den etwa parallel zur Raddrehachse ausgerichteten Kniehebel beaufschlagt.
Dabei kann die Konsole besonders zweckmäßig als geschlossener, an die Basisplatte und an den Radträger angeformter Bügel ausgeführt sein, an dessen Stirnwand der etwa zylindrische Aktuator über eine weitere Lagerstelle angelenkt ist und somit geringfügige Schwenkbewegungen verspannungsfrei ausgleichen kann.
Die Aktuatoren können ggf. hydraulische Stellmotoren sein, die über eine entsprechende, druckbeaufschlagte Steuerung die Verstellung des Radsturzes und/oder des Lenkwinkels bewirken. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass die Aktuatoren elektromechanisch wirkend mit einem Elektromotor und einem linearen Stelltrieb ausgeführt sind und dass die Aktuatoren mittels einer elektronischen Steuerung nach Maßgabe fahrdynamischer Parameter einzeln oder gleichzeitig zur Einstellung eines definierten Radsturzes und Lenkwinkels ansteuerbar sind. Dies ermöglicht eine größere Freiheitsgrade aufweisende Konstruktion, die zudem gewichtsgünstiger ausführbar ist.
Der den Lenkwinkel bestimmende Aktuator kann in Fahrtrichtung des Fahrzeuges gesehen bevorzugt etwa horizontal nach vorne ragend angeordnet sein, so dass diametral gegenüberliegend in der Radschüssel des Rades Bauraum für den Einbau eines Bremssattels der Scheibenbremse des Kraftfahrzeuges geschaffen ist. Desweiteren kann diese Anordnung auch umgekehrt werden.
Schließlich kann der den Radsturz bestimmende Aktuator etwa vertikal und nach oben abragend angeordnet sein und somit neben einer betriebssichereren Anordnung die erforderliche Bodenfreiheit des Kraftfahrzeuges nicht beeinträchtigen. Lässt die Bodenfreiheit es jedoch zu, kann diese Anordnung auch umgekehrt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:

1 eine hintere Radaufhängung für Kraftfahrzeuge in einer raumbildlichen Ansicht von schräg hinten mit Radführungselementen und einer Verstellvorrichtung für den Radsturz und den Lenkwinkel des nicht dargestellten Rades;
2 einen Vertikalschnitt entlang der Linie II - II der 1 durch die Raddrehachse der Radaufhängung mit Basisplatte, Zwischenträger und Radträger;
3 die Radaufhängung gemäß 1 in einer raumbildlichen Ansicht von schräg vorne;
4 die Radaufhängung gemäß den 1 bis 3 in einer Ansicht von vorne bzw. entgegen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges; und
5 die Radaufhängung gemäß den 1 bis 4 in einer Draufsicht.

In der 1 ist eine linksseitige Radaufhängung 10 für ein hinteres Rad eines Kraftfahrzeuges dargestellt, mit einem unteren Querlenker 12, einem oberen Querlenker 14 und einem spurbeeinflussenden Lenker 16 als Radführungselemente, die einerseits an dem nicht dargestellten Aufbau des Kraftfahrzeuges und andererseits über Kugelgelenke 12a, 14a, und einem Schwenkgelenk 16a an einer Basisplatte 18 schwenkbar angelenkt sind. Die Kugelgelenke 12a, 14a der Querlenker 12, 14 definieren eine Lenkachse 20, während der Lenker 16 durch seine räumliche Anordnung und die außerhalb der Lenkachse 20 liegende Anlenkung an der Basisplatte 18 ähnlich einer Lenkspurstange wirkt. Federung und Dämpfung der Radaufhängung 10 sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.
Die Basisplatte 18 trägt über zwei Lagerstellen 22 (vgl. auch 2 und 5) einen im Wesentlichen ringförmigen Zwischenträger 24, der um eine ungefähr horizontale Schwenkachse 26 schwenkbar ist. Die Lagerstellen 22 sind jeweils gebildet durch einen an den Zwischenträger 24 befestigten, radial abragenden Lagerzapfen 28, der in einer korrespondierenden Lagerkonsole 30 der Basisplatte 18 geführt ist.
Der Zwischenträger 24 wiederum trägt den eigentlichen, nabenförmigen Radträger 32, in dem über Radlager 34 (2) ein das Rad (nicht dargestellt) und eine Bremsscheibe 36 der Scheibenbremse des Kraftfahrzeuges drehbar aufnehmender Radflansch 37 gelagert ist.
Der Radträger 32 ist an dem Zwischenträger 24 (vgl. insbesondere 2 und 4) über Lagerstellen 38 schwenkbar angelenkt, wobei die Lagerstellen 38 eine etwa vertikal verlaufende, zweite Schwenkachse 40 bilden. Die Lagerstellen 38 setzen sich aus an dem Radträger 32 befestigten Lagerzapfen 42 und am Zwischenträger 24 ausgebildeten Lagerkonsolen 44 zusammen.
Die horizontale Schwenkachse 26 und die vertikale Schwenkachse 40 definiert durch die Lagerstellen 22, 38 verlaufend jeweils durch den Radmittelpunkt M bzw. den Durchstoßpunkt der Raddrehachse 53 durch die nicht eingezeichnete Radmittelebene.
Durch die beiden Schwenkachsen 26, 40 ist der Radträger 32 faktisch kardanisch schwenkbar mit der Basisplatte 18 verbunden, so dass sowohl der Radsturz (um die horizontale Schwenkachse 26) als auch der Lenkwinkel (um die vertikale Schwenkachse 40) des Rades verstellbar sind.
Zur Verstellung sind zwei etwa zylindrisch ausgeführte Aktuatoren 46, 48 vorgesehen, die sich in nicht dargestellter Weise aus einem Elektromotor und einem selbsthemmenden Stelltrieb, insbesondere einem linearen Schraubentrieb, zusammensetzen.
Die Aktuatoren 46, 48 sind in als geschlossene Bügel ausgeführten Konsolen 50, 52 angeordnet und wirken mit ihrem achsparallelen Stelltrieb auf mittlere Lagerstellen 58 von um ca. 15° um die Lagerstellen 58 abgeknickte Kniehebel 54, 56 (vgl. insbesondere 3, 4 und 5).
Dabei ist die eine Konsole 50 achsparallel zur vertikalen Schwenkachse 40 nach oben ragend an das Basisteil 18 angeformt, wobei der Aktuator 46 mit seinem Gehäuse an der Stirnwand 50a der Konsole 50 über eine eine Schwenklagerung bildende Lagerstelle 60 angelenkt.
Der korrespondierende Kniehebel 54 ist etwa parallel zur Raddrehachse 53 verlaufend und oberhalb der horizontalen Schwenkachse 26 liegend an dem Basisteil 18 einerseits und an dem Zwischenträger 24 andererseits über äußere, Schwenklager bildende Lagerstellen 62, 64 angelenkt.
Die am Zwischenträger 24 ausgebildete Lagerstelle 64 für den Kniehebel 54 greift dabei unmittelbar an dem Lagerzapfen 42 des Zwischenträgers 24 an. Dazu durchragt ein Lagerbolzen 66 der Lagerstelle 64 sowohl das gabelförmige Ende des Kniehebels 54 als auch eine in dem radial überstehenden Lagerzapfen 42 eingebrachte Lagerbohrung (ohne Bezugszeichen). Dies zeigt insbesondere die Schnittansicht in 2.
Der auf den Kniehebel 56 mit seinem Stelltrieb wirkende Aktuator 48 ist in der Konsole 52 wiederum an deren Stirnwand 52a über eine Lagerstelle 60 angelenkt, wobei die Konsole etwa parallel zur horizontalen Schwenkachse 26 nach vorne in Fahrtrichtung F des Kraftfahrzeuges ragend an den Radträger 32 angeformt ist. Diametral gegenüberliegend (1) ist an den Radträger 32 ferner eine Aufnahmekonsole 24a für einen nicht dargestellten Bremssattel der Scheibenbremse des Kraftfahrzeuges angeformt.
Der wiederum etwa parallel zur Raddrehachse 53 ausgerichtete Kniehebel 56 ist über seine äußeren Lagerstellen 62, 64 mit dem Radträger 32 und ebenfalls dem Zwischenträger 24 gelenkig verbunden. Die Lagerstellen 62, 64 sind analog zum Kniehebel 54 ausgeführt; d. h., dass die Lagerstelle 64 am Zwischenträger 24 wiederum unmittelbar am Lagerzapfen 42 des Zwischenträgers 24 angreift.
Die besagten Lagerstellen 58, 60, 62, 64 sind soweit nicht im Detail beschrieben übliche Schwenklagerungen mit jeweils einem Lagerbolzen, der in Lagerbohrungen der zu verbindenden Bauteile entsprechend eingesetzt ist.
Die Elektromotoren der Aktuatoren 46, 48 sind mit einem elektronischen Steuergerät 68 (vgl. 1) verbunden und können zur einzelnen oder gleichzeitigen Verstellung des Radsturzes (über den Aktuator 46) oder des Lenkwinkels (über den Aktuator 48) entsprechend angesteuert werden.
Das elektronische Steuergerät 68 wertet dabei fahrdynamische Daten wie Geschwindigkeit, Lenkwinkel, Bremszustände, und Ableitungen daraus aus und steuert dementsprechende Radstellungen. Das elektronische Steuergerät 68 kann ggf. ein entsprechend modifiziertes Steuergerät zur Fahrstabilisierung des Kraftfahrzeuges (z.B. ESP®) sein.
Die Radführungselemente 12, 14, 16 können auch anders ausgeführt sein, z. B. mit mehreren, räumlich aufgeteilten Einzellenkern etc.

Claims

Verstellvorrichtung für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, mit einer zwischen Radführungselementen (12, 14, 16) und einem Radträger (32) angeordneten Basisplatte (18), an der die Radführungselemente (12, 14, 16) angelenkt sind und an der der Radträger (32) über einen ringförmigen Zwischenträger (24) um zwei den Radsturz und den Lenkwinkel definierende Schwenkachsen (26, 40) gelagert ist, wobei der zwischen der Basisplatte (18) und dem Radträger (32) geschaltete Zwischenträger (24) Bestandteil eines Kardangelenks ist, mit dem der Radträger (32) lenkbar ist, sowie mit einem ersten Aktuator (46), der den Radsturz bestimmt und der an der Basisplatte (18) befestigt ist und außerhalb der den Radsturz definierenden Schwenkachse (26) mit einer mittleren Lagerstelle (58) eines abgewinkelt angeordneten Kniehebels (54) zusammenwirkt, der an seinen beiden äußeren Lagerstellen (62, 64) an der Basisplatte (18) und am Zwischenträger (24) angelenkt ist, wobei der erste Aktuator (46) mit der mittleren Lagerstelle (58) des Kniehebels (54) gelenkig verbunden ist, und einem zweiten Aktuator (48), der den Lenkwinkel bestimmt und der am Radträger (32) befestigt ist und außerhalb der den Lenkwinkel definierenden Schwenkachse (40) am Zwischenträger (24) angreift.
Verstellvorrichtung für Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, mit einer zwischen Radführungselementen (12, 14, 16) und einem Radträger (32) angeordneten Basisplatte (18), an der die Radführungselemente (12, 14, 16) angelenkt sind und an der der Radträger (32) über einen ringförmigen Zwischenträger (24) um zwei den Radsturz und den Lenkwinkel definierende Schwenkachsen (26, 40) gelagert ist, wobei der zwischen der Basisplatte (18) und dem Radträger (32) geschaltete Zwischenträger (24) Bestandteil eines Kardangelenks ist, mit dem der Radträger (32) lenkbar ist, sowie mit einem zweiten Aktuator (48), der den Lenkwinkel bestimmt und der an dem Radträger (32) befestigt ist und außerhalb der den Lenkwinkel definierenden Schwenkachse (40) mit einem abgewinkelt angeordneten Kniehebel (56) zusammenwirkt, der an seinen beiden äußeren Lagerstellen (62, 64) am Zwischenträger (24) und am Radträger (32) angelenkt ist, wobei der zweite Aktuator (48) mit der mittleren Lagerstelle (58) des Kniehebels (56) gelenkig verbunden ist, und einem ersten Aktuator (46), der den Radsturz bestimmt und der an der Basisplatte (18) befestigt ist und außerhalb der den Radsturz definierenden Schwenkachse (26) am Zwischenträger (24) angreift.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ausgangsstellung des Radträgers (32) die Kniehebel (54, 56) einen stumpfen Winkel bildend abgeknickt sind.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel 15° beträgt.
Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle (64) jeweils zwischen dem Kniehebel (54, 56) und dem Zwischenträger (24) unmittelbar an dem korrespondierenden Lagerzapfen (42, 28) der kardanischen Lagerung des Zwischenträgers (24) ausgebildet ist.
Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Basisplatte (18) und an dem Radträger (32) jeweils eine parallel zu einer der Schwenkachsen (26, 40) ausgerichtete Konsole (50, 52) angeformt ist, an der der jeweilige Aktuator (46, 48) befestigt ist und den jeweils parallel zur Raddrehachse (53) ausgerichteten Kniehebel (54, 56) beaufschlagt.
Verstellvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Konsole (50, 52) als geschlossener, an die Basisplatte (18) oder an den Radträger (32) angeformter Bügel ausgeführt ist, an dessen Stirnwand (50a, 52a) der zylindrische Aktuator (46, 48) über eine weitere Lagerstelle (60) angelenkt ist.
Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (46, 48) elektromechanisch wirkend mit einem Elektromotor und einem linearen Stelltrieb ausgeführt sind und dass die Aktuatoren (46, 48) mittels einer elektronischen Steuerung (68) nach Maßgabe fahrdynamischer Parameter einzeln oder gleichzeitig zur Einstellung eines definierten Radsturzes und Lenkwinkels ansteuerbar sind.
Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Lenkwinkel bestimmende zweite Aktuator (48) in Fahrtrichtung (F) des Fahrzeuges gesehen horizontal nach vorne ragend angeordnet ist.
Verstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der den Radsturz bestimmende erste Aktuator (46) vertikal und nach oben abragend angeordnet ist.