DE102015222761A1 - Countersteering motor vehicle rear axle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine gegenlenkende Kraftfahrzeug-Hinterachse (1), bei der sich unter Einwirkung einer Seitenkraft auf ein an einem Radträger (10) befestigtes, kurvenäußeres Rad (R) eine Drehbewegung des Radträgers (10) um eine virtuelle Achse (A) in Richtung einer Vorspur einstellt. Die virtuelle Achse (A) ist bei deren Projektion auf eine Fahrzeug-Längsmittenebene in Fahrtrichtung (FR) geneigt. Die Erfindung schlägt vor, dass die virtuelle Achse (A) unterhalb eines Rad-Mittelpunktes (M) verläuft und einen Durchstoßpunkt (20) mit einer Rad-Aufstandsebene (E) aufweist, welcher in Fahrtrichtung (FR) betrachtet hinter einem Rad-Aufstandspunkt (19) liegt. Eine derartige Kraftfahrzeug-Hinterachse weist in hohem Maße gewünschte, fahrdynamische Eigenschaften bei Auftreten einer kurvenbedingten Seitenkraft auf und trägt somit zu guten Fahreigenschaften bei.The invention relates to a counter-rotating motor vehicle rear axle (1), in which a rotational movement of the wheel carrier (10) about a virtual axis (A) in the direction of a on a wheel carrier (10) fixed, curvilinear wheel (R) under the action of a lateral force a toe-in. The virtual axis (A) is inclined in its projection on a vehicle longitudinal center plane in the direction of travel (FR). The invention proposes that the virtual axis (A) extends below a wheel center point (M) and has a puncture point (20) with a wheel contact plane (E) which, viewed in the direction of travel (FR), lies behind a wheel contact point (FIG. 19) is located. Such a motor vehicle rear axle has to a great extent desired, dynamic driving properties when cornering lateral force occurs and thus contributes to good handling characteristics.

Description

Die Erfindung betrifft eine gegenlenkende Kraftfahrzeug-Hinterachse mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a counter-steering motor vehicle rear axle having the features of the preamble of patent claim 1.

Kraftfahrzeug-Achsen dienen zur Realisierung einer für das Kraftfahrzeug geeigneten Radführung. Die Ausgestaltung der Radführung ist insbesondere für das Kurvenverhalten des Kraftfahrzeugs von großer Bedeutung. Die Kraftfahrzeug-Achsen können als einfache, starre oder halbstarre Achsen ausgebildet sein. Es ist aber auch eine aufwändigere Bauweise in der Form von Einzelradaufhängungen möglich, mit denen in der Regel bessere Fahreigenschaften erzielbar sind. Hier ist die Ausbildung der Kraftfahrzeug-Hinterachse als Mehrlenker-Achse, beispielsweise als Vierlenker-Achse zu nennen.Motor vehicle axles are used to implement a wheel guide suitable for the motor vehicle. The design of the wheel guide is particularly important for the cornering behavior of the motor vehicle of great importance. The motor vehicle axles may be formed as simple, rigid or semi-rigid axles. But it is also a more complex design in the form of independent suspensions possible with which better driving characteristics are generally achievable. Here is the formation of the motor vehicle rear axle as a multi-link axle, to call as four-link axle.

Um bei Kurvenfahrten ein heckseitiges Ausbrechen des Kraftfahrzeugs möglichst zu verhindern, werden die Radführungen der Hinterräder derart ausgebildet, dass sich in Kurven ein Eigenlenkverhalten einstellt, welches ein untersteuerndes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs zur Folge hat und insgesamt somit einer Übersteuerungstendenz des Kraftfahrzeugs entgegenwirkt.In order to prevent rear cornering of the motor vehicle when cornering as far as possible, the wheel guides of the rear wheels are designed such that a self-steering behavior sets in curves, which has an understeering driving behavior of the motor vehicle and thus counteracts overall oversteer tendency of the motor vehicle.

Konkret ist es zur Abhilfe des genannten Nachteils bekannt, Hinterachsen in der Weise zu konstruieren, dass ein kurvenäußeres Rad unter Einfluss einer kurvenbedingten Seitenkraft in Vorspur bewegt wird.Specifically, it is known to remedy the above disadvantage, to construct rear axles in such a way that a curve outside wheel is moved in toe under the influence of a curve-related side force.

Hierdurch ergibt sich bei Kurvenfahrt ein untersteuerndes Verhalten der Hinterachse, welches zu einem stabileren dynamischen Fahrverhalten beiträgt.This results in cornering understeer behavior of the rear axle, which contributes to a more stable dynamic handling.

Aus der DE 101 26 192 A1 ist eine starre Hinterachse bekannt, bei der sich unter Einwirkung einer Seitenkraft auf ein am Radträger befestigtes, kurvenäußeres Rad eine Drehbewegung des Radträgers, und damit des Rades, um eine virtuelle Achse in Richtung einer Vorspur einstellt. Konkret sind die Radträger jeweils über eine entgegen der Fahrtrichtung nach hinten versetzte Materialschwächung mit der Starrachse verbunden. Hierdurch ergibt sich eine in etwa vertikal angeordnete, virtuelle Schwenkachse, um die der jeweiligen Radträger unter Einfluss von Seitenkraft schwenkbar ist.From the DE 101 26 192 A1 a rigid rear axle is known in which under the action of a lateral force on a wheel carrier attached to the curve outer wheel rotational movement of the wheel carrier, and thus of the wheel, adjusts to a virtual axis in the direction of a toe. In concrete terms, the wheel carriers are each connected to the rigid axle via a weakened material weakening counter to the direction of travel. This results in an approximately vertically arranged, virtual pivot axis about which the respective wheel carrier is pivotable under the influence of lateral force.

Die EP 1 986 873 B1 beschreibt ein aktives Fahrzeug-Stabilisierungssystem für eine Vorder- und eine Hinterachse. Konkret werden bei diesem System Stabilisatoren angesteuert, wodurch die Spur- und Sturzwinkel der Räder in geeigneter Weise verändert werden können.The EP 1 986 873 B1 describes an active vehicle stabilization system for a front and a rear axle. Specifically, stabilizers are controlled in this system, whereby the track and camber angle of the wheels can be changed in a suitable manner.

In der DE 38 26 930 A1 ist ein Radaufhängungssystem für eine Vorderachse offenbart, mit dem die Fahrstabilität im Allgemeinen verbessert und im Besonderen eine günstige Anti-Nick-Geometrie bereitgestellt werden soll.In the DE 38 26 930 A1 discloses a suspension system for a front axle, with which the driving stability is generally improved and in particular a favorable anti-pitch geometry is to be provided.

Schließlich wird in der DE 10 2008 031 123 A1 eine gegenlenkende Fahrzeug-Hinterachse mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrieben. Konkret sind dort die Radträger jeweils über ein helmartig ausgebildetes Tragteil und Verstärkungsbleche mit einem Achskörper verbunden. Im Tragteil sind mehrere biegeweiche Bereiche und Aussparungen derart angeordnet, dass der Radträger unter Einwirkung einer Seitenkraft bei Kurvenfahrt um eine virtuelle Achse geschwenkt wird und in Vorspur geht.Finally, in the DE 10 2008 031 123 A1 a counter-steering vehicle rear axle with the features of the preamble of claim 1 described. Specifically, there the wheel carriers are each connected via a helmet-like support member and reinforcing plates with an axle body. In the support member a plurality of flexurally soft regions and recesses are arranged such that the wheel carrier is pivoted under the influence of a lateral force when cornering about a virtual axis and goes into toe.

Die virtuelle Achse ist einerseits in Fahrtrichtung und andererseits in Richtung einer Fahrzeug-Längsmittenebene geneigt.The virtual axis is inclined on the one hand in the direction of travel and on the other hand in the direction of a vehicle longitudinal mid-plane.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine alternative Kraftfahrzeug-Hinterachse bereitzustellen, mit der gute fahrdynamische Eigenschaften, insbesondere bei einer Kurvenfahrt erzielbar sind.The present invention is based on the object to provide an alternative motor vehicle rear axle, with the good driving dynamics properties, especially when cornering achievable.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.This object is achieved with the features of claim 1. Advantageous embodiments or developments of the invention can be found in the dependent claims.

Die Erfindung geht aus von einer gegenlenkenden Kraftfahrzeug-Hinterachse, bei der sich unter Einwirkung einer Seitenkraft auf ein an einem Radträger befestigtes, kurvenäußeres Rad eine Drehbewegung des Radträgers um eine virtuelle Achse in Richtung einer Vorspur einstellt. Dabei ist die virtuelle Achse bei deren Projektion auf eine Fahrzeug-Längsmittenebene in Fahrtrichtung in einem Winkel geneigt.The invention is based on a counter-rotating motor vehicle rear axle, in which, under the action of a lateral force, a rotational movement of the wheel carrier about a virtual axis in the direction of a toe adjusts to a curved outer wheel fastened to a wheel carrier. In this case, the virtual axis is inclined at an angle in the projection on a vehicle longitudinal mid-plane in the direction of travel.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die virtuelle Achse unterhalb eines Rad-Mittelpunktes verläuft und einen Durchstoßpunkt mit einer Rad-Aufstandsebene aufweist, welcher in Fahrtrichtung betrachtet hinter einem Rad-Aufstandspunkt liegt.According to the invention, it is proposed that the virtual axis extends below a wheel center and has a puncture point with a wheel contact surface, which, viewed in the direction of travel, lies behind a wheel contact point.

Es hat sich in Simulationen und Versuchen der Anmelderin gezeigt, dass durch eine solche Lage der Achse ein gutes Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs realisiert werden kann. Ein gutes Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs ist gekennzeichnet durch folgende fahrdynamische Eigenschaften:

• • Hohe Eigenfrequenz
• • Hohe Gierdämpfung

It has been shown in simulations and tests by the applicant that a good driving behavior of the motor vehicle can be realized by such a position of the axle. A good driving behavior of a motor vehicle is characterized by the following driving dynamics characteristics:

• • High natural frequency
• • High yaw damping

Unter einer hohen Eigenfrequenz wird die Fähigkeit des Kraftfahrzeugs verstanden, eine durch eine Lenkbewegung gewünschte Richtungsänderung schnell umzusetzen. Mit anderen Worten soll ein instabiler Übergangszustand (transientes Kurvenverhalten) schnell durchlaufen und durch eine stabile Kurvenfahrt (stationäres Kurvenverhalten) ersetzt werden.A high natural frequency is the ability of the motor vehicle understood by a a steering movement to quickly implement desired direction change. In other words, an unstable transition state (transient curve behavior) should be traversed quickly and be replaced by a stable cornering (steady curve behavior).

Eine hohe Gierdämpfung bewirkt, dass das Kraftfahrzeug während des transienten Kurvenverhaltens wenig oder gar nicht. schwingt.A high yaw damping causes the motor vehicle during transient cornering little or no. swings.

Bei der erfindungsgemäßen Auslegung der Hinterachse ist die Anmelderin von einer genauen Analyse der bei einer Kurvenfahrt auftretenden Kräfte an einem kurvenäußeren Rad ausgegangen. Die auftretenden Kräfte sind zum besseren Verständnis in der letzten der beiliegenden Figuren skizziert.In the inventive design of the rear axle, the applicant has proceeded from a precise analysis of the forces occurring during cornering forces on an outside wheel. The occurring forces are outlined for better understanding in the last of the accompanying figures.

Danach erzeugt eine am Latsch des Rades angreifende Seitenkraft (Latsch-Seitenkraft) zusätzlich zu einer am Rad-Mittelpunkt auftretenden Radmitten-Seitenkraft zwei Drehmomente um den Rad-Mittelpunkt, womit folgende drei Kraftkomponenten vorliegen: FyR (1) Mx = R × FyL (2) und Mz = –nl × FyL (3) mit

FyR

= Radmitten-Seitenkraft

Mx

= Moment um die X-Achse

Mz

= Moment um die Z-Achse

R

= Radradius als Hebelarm

nl

= Reifennachlauf als Hebelarm

FyL

= Latsch-Seitenkraft

Thereafter, a lateral force acting on the wheel of the wheel generates (lateral lateral force) two torques about the wheel center in addition to a wheel center lateral force occurring at the wheel center, thus having the following three force components: FyR (1) Mx = R × FyL (2) and Mz = -nl × FyL (3) With

FyR

= Wheel center side force

Mx

= Moment around the X-axis

Mz

= Moment around the Z-axis

R

= Wheel radius as a lever arm

nl

= Tire overrun as lever arm

Fyl

= Laces side force

Unter Latsch wird eine sich unter gewöhnlichen Lastbedingungen ergebende Reifen-Aufstandsfläche verstanden, die auch einen entsprechenden Reifennachlauf mit sich bringt.Latsch is understood to mean a tire footprint resulting under ordinary load conditions, which also entails a corresponding tire run-off.

Alle drei genannten Kraftkomponenten haben Einfluss auf bzw. ändern den Spurwinkel des kurvenäußeren Rades bei einer Kurvenfahrt, wobei gilt: δ = ∂δ / ∂FyR·FyR + ∂δ / ∂Mx·Mx + ∂δ / ∂Mz·Mz (4) mit
δ = sich einstellender Spurwinkel
∂δ / ∂FyR = die Änderung des Spurwinkels, bedingt durch die Radmitten-Seitenkraft FyR
∂δ / ∂Mx = die Änderung des Spurwinkels, bedingt durch das Moment Mx
∂δ / ∂Mz = die Änderung des Spurwinkels, bedingt durch das Moment MzAll three force components have influence on or change the toe angle of the outer wheel when cornering, where: δ = ∂δ / ∂FyR · FyR + ∂δ / ∂Mx · Mx + ∂δ / ∂Mz · Mz (4) With
δ = adjusting toe angle
∂δ / ∂FyR = the change of the toe angle due to the wheel center side force FyR
∂δ / ∂ Mx = the change of the toe angle due to the moment Mx
∂δ / ∂Mz = the change of the toe angle, due to the moment Mz

Am Rad wirkt zusätzlich eine Trägheitskraft FyT, welche von der Querbeschleunigung der Radmitte und der Masse des Rades abhängt. Beispielsweise wirkt sie bei stationärer Kurvenfahrt der Latsch-Seitenkraft entgegen, so dass die Radmitten-Seitenkraft vom Betrag her kleiner als die Latsch-Seitenkraft ist. Dies wird hier vernachlässigt, wodurch gilt FyR = FyL (5) In addition, an inertial force FyT, which depends on the lateral acceleration of the wheel center and the mass of the wheel, acts on the wheel. For example, it counteracts during lateral cornering of the Laces side force, so that the wheel center side force is smaller in magnitude than the Laces side force. This is neglected here, which means FyR = FyL (5)

Unter Einsetzen von (5), (2) und (3) in (4) und Division durch FyL ergibt sich somit für den Gradienten ∂δ/∂FyL, also für die durch die Latsch-Seitenkraft FyL bedingte Änderung des Spurwinkels δ: ∂δ / ∂FyL = ∂δ / ∂FyR· FyL / FyL + ∂δ / ∂Mx·R· FyL / FyL – ∂δ / ∂Mz·nl· FyL / FyL (6) und somit ∂δ / ∂FyL = ∂δ / ∂FyR· ∂δ / ∂Mx·R – ∂δ / ∂Mz·nl (7) Substituting (5), (2) and (3) into (4) and dividing by FyL results for the gradient ∂δ / ∂FyL, ie for the change of the toe angle δ caused by the sideways lateral force FyL: ∂δ / ∂FyL = ∂δ / ∂FyR · FyL / FyL + ∂δ / ∂Mx · R · FyL / FyL - ∂δ / ∂Mz · nl · FyL / FyL (6) and thus ∂δ / ∂FyL = ∂δ / ∂FyR · ∂δ / ∂Mx · R - ∂δ / ∂Mz · nl (7)

Im Folgenden sollen die Gradienten wie nachstehend bezeichnet werden: ∂δ / ∂FyL = „-Latsch-Seitenkraftlenken”
∂δ / ∂FyR = „-Radmitten-Seitenkraftlenken”
∂δ / ∂Mx = „-Mx-Lenken”
∂δ / ∂Mz = „-Mz-Lenken”In the following, the gradients are to be designated as follows: ∂δ / ∂FyL = "Lash Lateral Power Steering"
∂δ / ∂FyR = "Wheel center side power steering"
∂δ / ∂ Mx = "-Mx steering"
∂δ / ∂Mz = "-Mz steering"

Wie bereits anfangs erwähnt, wird insgesamt ein untersteuerndes Latsch-Seitenkraftlenken angestrebt. Die Anmelderin hat in Versuchen und Simulationen herausgefunden, dass das Radmitten-Seitenkraftlenken überraschenderweise auch einen Einfluss auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs, nämlich auf dessen Gierdämpfung ausübt.As already mentioned at the beginning, overall an understeering Lateral Lateral Force Control is desired. The Applicant has found in tests and simulations that the wheel center side power steering surprisingly also exerts an influence on the driving behavior of the motor vehicle, namely its yaw damping.

Konkret konnte durch ein übersteuerndes Radmitten-Seitenkraftlenken die Gierdämpfung des Kraftfahrzeugs erhöht werden. Ein übersteuerndes Radmitten-Seitenkraftlenken ist durch ein negatives Vorzeichen des entsprechenden Gradienten (s. oben) gekennzeichnet.Specifically, could be increased by oversteering Radmitten-side power steering the yaw damping of the motor vehicle. An oversteering wheel center side power steering is characterized by a negative sign of the corresponding gradient (see above).

Um trotzdem ein gewünschtes, untersteuerndes Latsch-Seitenkraftlenken zu erzielen, welches insgesamt ein positives Vorzeichen aufweisen muss, ist bei der Auslegung der Hinterachse entsprechend das Mx-Lenken zu erhöhen. Das Mx-Lenken hat aufgrund des größeren Hebelarms (Radradius R) einen größeren Einfluss auf das Latsch-Seitenkraftlenken als das Spur-Mz-Lenken.In order nevertheless to achieve a desired understeer Lateral side-power steering, which must have a positive overall sign, the Mx steering must be increased accordingly in the design of the rear axle. Mx-steering has a greater impact on lateral load-side steering than lane-mz steering because of the larger lever arm (Rad radius R).

In einer weiteren Analyse konnte ermittelt werden, dass die Sturzsteifigkeit möglichst hoch sein muss, um zu einer hohen Gierdämpfung beizutragen. Die Sturzsteifigkeit ist durch die Änderung des Sturzwinkels γ bei angreifender Latsch-Seitenkraft FyL gekennzeichnet und lässt sich analog wie (7) herleiten und in folgende Formel setzen: ∂γ / ∂FyL = ∂γ / ∂FyR + ∂γ / ∂Mx·R – ∂γ / ∂Mz·nl (8) In a further analysis it could be determined that the fall stiffness had to be as high as possible in order to contribute to a high yaw damping. The camber stiffness is due to the change of the camber angle γ at attacking Lateral Lateral Force FyL and can be derived analogously as (7) and put in the following formula: ∂γ / ∂FyL = ∂γ / ∂FyR + ∂γ / ∂Mx · R - ∂γ / ∂Mz · nl (8)

Es hat sich gezeigt, dass die gewünschten, zum Teil gegenläufigen Eigenschaften der Hinterachse durch die erfindungsgemäß vorgegebene Lage der virtuellen Achse erreicht werden konnten.It has been shown that the desired, partly opposing properties of the rear axle could be achieved by the position of the virtual axle specified according to the invention.

Dabei sind die gewünschten Eigenschaften

• • möglichst viel untersteuerndes Latsch-Seitenkraftlenken
• • möglichst viel übersteuerndes Radmitten-Seitenkraftlenken und
• • möglichst hohe Sturzsteifigkeit

nur durch eine umfangreiche, simulationsbasierte Auslegung jeweils einer fahrzeugspezifischen Hinterachse zu erreichen, welche achskennfeldbasierte Fahrdynamiksimulationen, Achssimulationen und eine Bewertung der erreichten Verbesserungen mittels Fahrzeugsimulationen umfasst.Here are the desired properties

• • as much understeer as possible
• • as much oversteering wheel center side power steering and
• • highest possible fall stiffness

to achieve only by a comprehensive, simulation-based design each of a vehicle-specific rear axle, which includes axle-map-based vehicle dynamics simulations, axle simulations and an assessment of the improvements achieved by means of vehicle simulations.

Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung des Erfindungsgedankens ist die virtuelle Achse in einem Winkel geneigt, der (gemessen von einer horizontalen Ebene) in einem Bereich von etwa 15° bis etwa 60° liegt. Eine Neigung in einem derartigen Winkelbereich konnte zusätzlich zu guten Fahreigenschaften der Hinterachse beitragen.According to an advantageous embodiment of the inventive concept, the virtual axis is inclined at an angle that lies (as measured from a horizontal plane) in a range of about 15 ° to about 60 °. An inclination in such an angular range could contribute in addition to good driving characteristics of the rear axle.

Insbesondere zeigte sich, dass bei einer Neigung der virtuellen Achse in einem Winkel von etwa 45 Grad sehr gute Werte erzielbar waren.In particular, it was found that with a tilt of the virtual axis at an angle of about 45 degrees, very good values could be achieved.

Schließlich zeigte sich durch Simulationen, dass es für die Erzielung der gewünschten fahrdynamischen Eigenschaften höchst vorteilhaft ist, wenn die virtuelle Achse, in einer Stirnansicht auf das Rad von außen in Richtung der Fahrzeug-Längsmittenebene gesehen, in etwa eine Verbindungslinie zwischen einem äußeren Anbindungspunkt eines Sturzlenkers und einem äußeren Anbindungspunkt eines Federlenkers bildet.Finally, it has been shown by simulations that it is highly advantageous for the achievement of the desired driving dynamics characteristics, when the virtual axis, seen in an end view of the wheel from the outside in the direction of the vehicle longitudinal mid-plane, approximately a connecting line between an outer attachment point of a lashed and forms an outer connection point of a spring link.

Als äußerer Anbindungspunkt eines Lenkers ist ein solcher Anbindungspunkt zu verstehen, welcher in Fahrzeug-Querrichtung gesehen weiter von der Fahrzeug-Längsmittenebene entfernt ist als ein innerer Anbindungspunkt. Ein äußerer Anbindungspunkt stellt in der Regel eine Verbindung des Lenkers mit einem Radträger her, während ein innerer Anbindungspunkt gewöhnlich eine Verbindung des Lenkers mit der Karosserie bzw. einem mit der Karosserie verbundenen Hilfsrahmen herstellt.The outer attachment point of a link is to be understood as such a connection point, which, viewed in the vehicle transverse direction, is farther away from the vehicle longitudinal center plane than an inner attachment point. An external connection point usually establishes a connection of the link to a wheel carrier, while an inner connection point usually establishes a connection of the link to the body or to a subframe connected to the body.

Mit der Erfindung wird auch Schutz für ein Kraftfahrzeug beansprucht, welches mit einer erfindungsgemäßen Hinterachse ausgestattet ist.With the invention also protection for a motor vehicle is claimed, which is equipped with a rear axle according to the invention.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.A preferred embodiment of the invention is illustrated in the figures and will be explained in more detail in the following description. Here, the same reference numerals refer to the same, comparable or functionally identical components, with corresponding or comparable properties and advantages are achieved, even if a repeated description is omitted.

Es zeigen, jeweils schematischIt show, each schematically

1 die Darstellung einer erfindungsgemäßen Hinterachse in Perspektive, 1 the representation of a rear axle according to the invention in perspective,

2 eine seitliche Darstellung der Hinterachse gemäß Ansicht II aus 1, 2 a side view of the rear axle according to view II 1 .

3 eine Darstellung der Hinterachse von hinten in Fahrtrichtung gemäß Ansicht III aus 1, 3 a representation of the rear axle from the rear in the direction of travel according to view III 1 .

4 eine Darstellung der Hinterachse von oben gemäß Ansicht IV aus 3, 4 a representation of the rear axle from above according to view IV 3 .

5 eine Darstellung des Spurverhaltens der Hinterachse bei einer angreifenden Latsch-Seitenkraft, vergleichbar mit der Ansicht aus 4, wobei die Hinterachse als Blackbox dargestellt ist, 5 a representation of the tracking behavior of the rear axle at an attacking Laces side force, comparable to the view from 4 , where the rear axle is shown as a black box,

6 eine Darstellung des Spurverhaltens der Hinterachse bei einer angreifenden Radmitten-Seitenkraft, vergleichbar mit der Darstellung gemäß 5, 6 a representation of the tracking behavior of the rear axle at an attacking wheel center side force, comparable to the illustration according to 5 .

7 eine Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Hinterachse und 7 a representation of a motor vehicle with a rear axle according to the invention and

8 eine allgemeine Darstellung der am kurvenäußeren Rad eines Kraftfahrzeugs wirkenden Kräfte. 8th a general representation of the force acting on the outside wheel of a motor vehicle forces.

Zunächst wird auf die 1 bis 4 Bezug genommen.First, on the 1 to 4 Referenced.

In diesen Figuren ist eine Kraftfahrzeug-Hinterachse 1 ersichtlich. Die Kraftfahrzeug-Hinterachse 1 ist als Mehrlenker-Hinterachse, insbesondere als Vierlenker-Hinterachse ausgebildet. Sie weist auf jeder Seite eines Rades R einen Sturzlenker 11, einen Spurlenker 12, einen Längslenker 13 und einen Federlenker 14 auf.In these figures, a motor vehicle rear axle 1 seen. The motor vehicle rear axle 1 is designed as a multi-link rear axle, especially as a four-link rear axle. It has a bumper on each side of a wheel R. 11 , a handlebar 12 , a trailing arm 13 and a spring link 14 on.

Jeder Lenker ist auf der Seite eines jeden Rades R über einen Anbindungspunkt mit einem Radträger 10 verbunden, an dem das Rad R drehbeweglich befestigt ist und welcher auch eine Bremseinrichtung (nicht dargestellt) trägt. Der Radträger 10 ist in einer äußerst schematischen Darstellung als starrer Körper mit vier Streben dargestellt.Each handlebar is on the side of each wheel R via a connection point with a wheel carrier 10 connected to which the wheel R is rotatably mounted and which also carries a braking device (not shown). The wheel carrier 10 is shown in a very schematic representation as a rigid body with four struts.

Mit x, y und z sind jeweils eine Fahrzeug-Längsrichtung, eine Fahrzeug-Querrichtung und eine Fahrzeug-Hochrichtung definiert. With x, y and z, a vehicle longitudinal direction, a vehicle lateral direction and a vehicle vertical direction are respectively defined.

Je nach Lage eines Anbindungspunktes relativ zu einer Fahrzeug-Längsmittenebene FM (vgl. 3 und 4) bzw. relativ zur Fahrzeug-Längsrichtung x wird dieser mit dem Index a (außen) oder i (innen) bzw. v (vorne) oder h (hinten) versehen.Depending on the location of a connection point relative to a vehicle longitudinal mid-plane FM (see. 3 and 4 ) or relative to the vehicle longitudinal direction x is provided with the index a (outside) or i (inside) or v (front) or h (rear).

So weist beispielsweise der Sturzlenker 11 einen äußeren und einen inneren Anbindungspunkt 11a und 11i auf, der Spurlenker 12 entsprechend einen äußeren und einen inneren Anbindungspunkt 12a und 12i. Der Längslenker 13 weist einen vorderen und einen hinteren Anbindungspunkt 13v und 13h auf. Der Federlenker 14 ist mit einem äußeren und einen inneren Anbindungspunkt 14a und 14i versehen.For example, the bumper has 11 an outer and an inner connection point 11a and 11i on, the steering wheel 12 corresponding to an outer and an inner connection point 12a and 12i , The trailing arm 13 has a front and a rear connection point 13v and 13h on. The spring link 14 is with an outer and an inner connection point 14a and 14i Mistake.

Mit FR ist eine gewöhnliche Fahrtrichtung beziffert.FR is an ordinary direction.

Über ihre äußeren Anbindungspunkte sind der Sturz-, Spur- und der Federlenker 11, 12 und 14 jeweils mit dem Radträger 10 befestigt. Der Längslenker 13 ist über seinen hinteren Anbindungspunkt 13h mit dem Radträger 10 verbunden.About their outer attachment points are the lintel, the track and the spring link 11 . 12 and 14 each with the wheel carrier 10 attached. The trailing arm 13 is about its rear connection point 13h with the wheel carrier 10 connected.

Über ihre inneren Anbindungspunkte sind der Sturz-, Spur- und der Federlenker 11, 12 und 14 jeweils mit einem sogenannten Hilfsrahmen 17 verbunden, wobei der Hilfsrahmen 17 in nicht dargestellter Weise mit einer Kraftfahrzeug-Karosserie verbindbar bzw. verbunden ist.About their inner attachment points are the lintel, the track and the spring link 11 . 12 and 14 each with a so-called subframe 17 connected, with the subframe 17 connected in a manner not shown with a motor vehicle body or connected.

Zur Stabilisierung der Hinterachse 1 ist zusätzlich ein Stabilisator 18 vorhanden. Der Stabilisator weist einen rechten und einen linken Anbindungspunkt 18r und 18l auf, über den er jeweils mit einem der Federlenker 14 verbunden ist.To stabilize the rear axle 1 is also a stabilizer 18 available. The stabilizer has a right and a left connection point 18r and 18l on top of it each with one of the spring links 14 connected is.

Die Federlenker 14 dienen jeweils auch zur Abstützung eines Stoßdämpfers 16 und einer Feder 15, wobei der Stoßdämpfer 16 in Relation zur Fahrzeug-Hochachse z mit dem Federlenker 14 über einen unteren Anbindungspunkt 16u und mit einer nicht dargestellten Karosserie über einen oberen Anbindungspunkt 16o verbunden ist.The spring links 14 each also serve to support a shock absorber 16 and a spring 15 , where the shock absorber 16 in relation to the vehicle vertical axis z with the spring link 14 over a lower connection point 16u and with a body, not shown, via an upper connection point 16o connected is.

Jedes Rad R liegt auf einer Rad-Aufstandsebene E auf. Konkret liegt jedes Rad R auf der Rad-Aufstandsebene E bei einem Rad-Aufstandspunkt 19 auf. Der Rad-Aufstandspunkt 19 liegt auf einer gedachten vertikalen Verbindungslinie V, welche durch einen Rad-Mittelpunkt M verläuft (vgl. 2). Unter realen Lastbedingungen ergibt sich jedoch eine Rad-Aufstandsfläche (sogenannter Latsch) L. Um den Rad-Mittelpunkt M ist das Rad R drehbar am Radträger 3 befestigt.Each wheel R rests on a wheel riot level E. Specifically, each wheel R is located at the wheel contact patch E at a wheel contact point 19 on. The wheel point of contact 19 lies on an imaginary vertical connecting line V, which passes through a wheel center M (see. 2 ). Under real load conditions, however, results in a wheel footprint (so-called Laces) L. To the wheel center M, the wheel R is rotatable on the wheel 3 attached.

Aus der 2 ist der spezielle Verlauf einer virtuellen Achse A gut ersichtlich, um die bei einer kurvenbedingten Seitenkraft das Rad R gebogen wird. So verläuft die Achse A, gesehen in einer Projektion auf eine Fahrzeug-Längsmittenebene FM (vgl. bspw. 3), in einem Winkel α zur Rad-Aufstandsebene E und ist dabei in Fahrtrichtung FR geneigt. Die virtuelle Achse A verläuft zudem in einem vertikalen Abstand a1 unterhalb des Rad-Mittelpunktes M und durchstößt die Rad-Aufstandsebene E in einem Durchstoßpunkt 20. Der Durchstoßpunkt 20 liegt in einem horizontalen Abstand a2 hinter dem Rad-Aufstandspunkt 19 und auch noch hinter dem Latsch L, so dass die Achse A zusätzlich auch noch oberhalb des Latsches L verläuft.From the 2 the special course of a virtual axis A is clearly visible around which the wheel R is bent at a curve-related lateral force. Thus, the axis A, viewed in a projection on a vehicle longitudinal center plane FM (see, for example. 3 ), at an angle α to the wheel Aufstandsebene E and is inclined in the direction of travel FR. The virtual axis A also extends at a vertical distance a1 below the wheel center point M and pierces the wheel Aufstandsebene E in a puncture point 20 , The puncture point 20 lies at a horizontal distance a2 behind the wheel contact point 19 and also behind the Lsch L, so that the axis A in addition also still runs above the Lat L.

Der Winkel α ist also ein spitzer Winkel zwischen der virtuellen Achse A und einer horizontalen Ebene, bspw. der Rad-Aufstandsebene E. Der Winkel α liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 15 Grad bis etwa 60 Grad, besonders bevorzugt weist er einen Wert von etwa 45 Grad auf.The angle α is thus an acute angle between the virtual axis A and a horizontal plane, for example the wheel Aufstandsebene E. The angle α is preferably in a range of about 15 degrees to about 60 degrees, more preferably it has a value of about 45 degrees.

Aus der 2 ist ferner ersichtlich, dass die Achse A in der erwähnten Projektion näherungsweise eine Verbindungslinie zwischen dem äußeren Anbindungspunkt 11a des Sturzlenkers 11 und dem äußeren Anbindungspunkt 14a des Federlenkers 14 bildet.From the 2 It can also be seen that the axis A in the mentioned projection is approximately a connecting line between the external connection point 11a the fallhandler 11 and the outer connection point 14a of the spring link 14 forms.

Der erfindungsgemäße Verlauf der virtuellen Achse kann durch eine Vielzahl an „Stellschrauben” erreicht werden, welche insbesondere nur durch eine jeweils fahrzeugspezifische Auslegung der Anbindungspunkte einerseits (Lage relativ zum Fahrzeug, gegenseitige Abstände zueinander, d. h. weiter oder enger auseinander) und durch fahrzeugbezogene Auslegung der Lagerung der Anbindungspunkte (weichere oder härtere Lagerung) andrerseits gegeben sind.The inventive course of the virtual axis can be achieved by a variety of "screws", which in particular only by a vehicle-specific interpretation of the connection points on the one hand (position relative to the vehicle, mutual distances to each other, ie further or narrower apart) and by vehicle-related design of storage the connection points (softer or harder storage) on the other hand are given.

Letztendlich kann der in der 2 ersichtliche, gewünschte Verlauf der virtuellen Achse A nur durch umfangreiche fahrzeugbezogene, simulationsbasierte Auslegung der Hinterachse 1 ermittelt werden. Eine solche Auslegung umfasst achskennfeldbasierte Fahrdynamiksimulationen, Achssimulationen und eine Bewertung der erreichten Verbesserungen mittels Fahrzeugsimulationen.Ultimately, in the 2 apparent, desired course of the virtual axis A only by extensive vehicle-related, simulation-based design of the rear axle 1 be determined. Such an interpretation includes axle-map based vehicle dynamics simulations, axle simulations and an evaluation of the achieved improvements by means of vehicle simulations.

Die beschriebene Lage der virtuellen Achse A führt zu gewünschten, guten Fahreigenschaften, die sich bei Kurvenfahrten durch untersteuerndes Latsch-Seitenkraftlenken, übersteuerndes Radmitten-Seitenkraftlenken und hohe Sturzsteifigkeit auszeichnen.The described position of the virtual axis A leads to desired, good driving characteristics, which are distinguished during cornering by understeer Lateral lateral force steering, oversteering Radmitten-side power steering and high camber stiffness.

In der 3 ist zudem erkennbar, dass die Rad-Längsmittenebene RM an der Oberseite des Rades R jeweils nach innen in Richtung der Fahrzeug-Längsmittenebene FM geneigt ist. Hierdurch ergibt sich ein positiver Sturzwinkel γ.In the 3 It can also be seen that the wheel longitudinal center plane RM at the top of the wheel R in each case inwardly in the direction of the vehicle Longitudinal center plane FM is inclined. This results in a positive camber angle γ.

Um die Wirkung der virtuellen Achse A besser nachvollziehen zu können, wird deren Wirkung anhand der 5 und 6 skizziert.In order to understand the effect of the virtual axis A better, their effect is based on the 5 and 6 outlined.

In diesen Figuren ist die Rad-Längsmittenebene RM eines kurvenäußeren Rades unter Einwirkung einer Seitenkraft bei Kurvenfahrt dargestellt.In these figures, the wheel longitudinal center plane RM of a curve outside wheel is shown under the influence of a lateral force when cornering.

So bewirkt die Lage der virtuellen Achse A zum einen, dass sich in einer Ansicht von oben, senkrecht zur Fahrtrichtung FR gesehen, die Rad-Längsmittenebene RM unter Einwirkung einer Latsch-Seitenkraft FyL vorderseitig nach innen hin zur Fahrzeug-Längsmittenebene FM bewegt (vgl. RM'). Hierdurch stellt sich ein positiver Spurwinkel δ1 (sogenannte Vorspur) ein bzw. ein solcher wird vergrößert (vgl. 5). Die Latsch-Seitenkraft FyL führt somit zu einem untersteuernden Verhalten.Thus, the position of the virtual axis A, on the one hand, causes the longitudinal longitudinal center plane RM to move inwardly toward the longitudinal direction of the vehicle longitudinal plane FM as seen from above, perpendicular to the direction of travel FR, under the influence of a lateral load force FyL. RM '). This results in a positive toe angle δ1 (so-called toe-in) or such is increased (see. 5 ). The Lateral Lateral Force FyL thus leads to an understeering behavior.

Zum anderen bewegt sich in einer gleichen Ansicht die Rad-Längsmittenebene RM unter Einwirkung einer Radmitten-Seitenkraft FyR vorderseitig nach außen weg von der Fahrzeug-Längsmittenebene FM (vgl. RM'), so dass sich ein negativer Spurwinkel δ2 (sogenannte Nachspur) einstellt bzw. eine solcher vergrößert wird (vgl. 6). Die Radmitten-Seitenkraft FyR führt also demgegenüber zu einem übersteuernden Verhalten.On the other hand, in a same view, the wheel longitudinal center plane RM moves under the influence of a wheel center side force FyR on the front outward away from the vehicle longitudinal center plane FM (see RM '), so that a negative toe angle δ2 (so-called after-track) is set or adjusted . one such is increased (cf. 6 ). The wheel center side force FyR thus leads to an oversteering behavior.

Es sind durch die Auslegung beziehungsweise Ausrichtung der virtuellen Achse A somit gewünschte Eigenschaften der Kraftfahrzeug-Hinterachse 1 erzielbar. Dies führt insgesamt zu einem verbesserten Fahrverhalten eines Kraftfahrzeugs K, welches mit einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Hinterachse 1 ausgestattet ist (vgl. 7).There are by the design or orientation of the virtual axis A thus desired properties of the motor vehicle rear axle 1 achievable. This leads to an overall improved driving behavior of a motor vehicle K, which with a motor vehicle rear axle according to the invention 1 is equipped (cf. 7 ).

Schließlich sollen zur Erleichterung des Verständnisses der in der Beschreibungseinleitung gemachten Ausführungen anhand der 8 die an einem kurvenäußeren Rad auftretenden Kräfte kurz skizziert werden:
So ist in dieser Figur ein kurvenäußeres Rad mit einem Radradius R dargestellt. Bedingt durch die Kurvenfahrt greift am Latsch L eine Latsch-Seitenkraft FyL an. Diese überträgt sich zu einem bestimmten Teil auf den Rad-Mittelpunkt M, so dass dort eine Radmitten-Seitenkraft FyR angreift, die der Latsch-Seitenkraft FyL in etwa entspricht.Finally, to facilitate the understanding of the statements made in the introduction to the description on the basis of 8th the forces occurring on a wheel on the outside of the curve are briefly outlined:
Thus, in this figure, a curve outside wheel with a wheel radius R is shown. Due to the cornering attacks on the L L Lsch a lateral force FyL. This transmits to a certain part of the wheel center M, so that there attacks a wheel center side force FyR, which corresponds to the Lateral Lateral force FyL approximately.

Bedingt durch den Radradius R und einen durch den Latsch L hervorgerufenen Reifen-Nachlauf nl, welche jeweils als Hebelarme wirken, werden durch die Latsch-Seitenkraft FyL zusätzlich noch die Momente Mx um die x-Achse und Mz um die z-Achse verursacht. Alle drei Kraftkomponenten (FyL, Mx und Mz) haben Einfluss auf bzw. ändern den Spurwinkel des kurvenäußeren Rades bei einer Kurvenfahrt.Due to the radius of the wheel R and caused by the lash L tire caster nl, which act as a lever arms, in addition, the moments Mx are caused by the L-side force FyL about the x-axis and Mz about the z-axis. All three force components (FyL, Mx and Mz) influence or change the toe angle of the outside wheel when cornering.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11

Kraftfahrzeug-HinterachseMotor vehicle rear axle

1010

Radträgerwheel carrier

1111

Sturzlenkerfall handlebar

11i11i

innerer Anbindungspunktinner connection point

11a11a

äußerer Anbindungspunktouter connection point

1212

Spurlenkercontrol link

12i12i

innerer Anbindungspunktinner connection point

12a12a

äußerer Anbindungspunktouter connection point

1313

LängslenkerTrailing arm

13v13v

vorderer Anbindungspunktfront connection point

13h13h

hinterer Anbindungspunktrear connection point

1414

Federlenkerspring link

14i14i

innerer Anbindungspunktinner connection point

14a14a

äußerer Anbindungspunktouter connection point

1515

Federfeather

1616

Stoßdämpfershock absorber

16o16o

oberer Anbindungspunktupper connection point

16u16u

unterer Anbindungspunktlower connection point

1717

Hilfsrahmensubframe

1818

Stabilisatorstabilizer

18r18r

rechter Anbindungspunktright connection point

18l18l

linker Anbindungspunktleft connection point

1919

Rad-AufstandspunktWheel contact point

2020

Durchstoßpunkt der virtuellen Achse mit der Rad-AufstandsebenePiercing point of the virtual axis with the wheel riot level

a1a1

vertikaler Abstandvertical distance

a2a2

horizontaler Abstandhorizontal distance

AA

virtuelle Achsevirtual axis

Ee

Rad-AufstandsebeneWheel support plane

FyLFyl

Latsch-SeitenkraftLatsch-side force

FyRFyR

Radmitten-SeitenkraftWheel centers-side force

FMFM

Fahrzeug-LängsmittenebeneVehicle longitudinal center plane

FRFR

Fahrtrichtungdirection of travel

KK

Kraftfahrzeugmotor vehicle

LL

Rad-Aufstandsfläche (Latsch)Wheel footprint (Laces)

MM

Rad-MittelpunktWheel center

MxMx

Moment um die X-AchseMoment around the X-axis

MzMz

Moment um die Z-AchseMoment around the Z-axis

nlnl

Reifen-NachlaufTire trailing

RR

Rad, RadradiusWheel, wheel radius

RM, RM'RM, RM '

Rad-LängsmittenebeneWheel longitudinal plane

VV

vertikale Verbindungslinievertical connecting line

xx

x-Achse (Fahrzeug-Längsrichtung)x-axis (vehicle longitudinal direction)

yy

y-Achse (Fahrzeug-Querrichtung)y-axis (vehicle transverse direction)

zz

z-Achse (Fahrzeug-Hochrichtung)z-axis (vehicle vertical direction)

αα

Winkelangle

δ1δ1

positiver Spurwinkel (Vorspur)positive toe angle (toe-in)

δ2δ2

negativer Spurwinkel (Nachspur)negative toe angle (toe track)

γγ

Sturzwinkelcamber angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 10126192 A1 [0006] DE 10126192 A1 [0006]
• EP 1986873 B1 [0007] EP 1986873 B1 [0007]
• DE 3826930 A1 [0008] DE 3826930 A1 [0008]
• DE 102008031123 A1 [0009] DE 102008031123 A1 [0009]

Claims (5)

Gegenlenkende Kraftfahrzeug-Hinterachse (1), bei der sich unter Einwirkung einer Seitenkraft (FyL) auf ein an einem Radträger (10) befestigtes, kurvenäußeres Rad (R) eine Drehbewegung des Radträgers (10) um eine virtuelle Achse (A) in Richtung einer Vorspur (δ1) einstellt, wobei die virtuelle Achse (A) bei deren Projektion auf eine Fahrzeug-Längsmittenebene (FM) in Fahrtrichtung (FR) in einem Winkel (α) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Achse (A) unterhalb eines Rad-Mittelpunktes (M) verläuft und einen Durchstoßpunkt (20) mit einer Rad-Aufstandsebene (E) aufweist, welcher in Fahrtrichtung (FR) betrachtet hinter einem Rad-Aufstandspunkt (19) liegt.Countersteering motor vehicle rear axle ( 1 ), under the influence of a side force (FyL) on one on a wheel carrier ( 10 ) fixed, outside wheel (R) a rotational movement of the wheel carrier ( 10 ) About a virtual axis (A) toward a toe (δ1) is established, wherein the virtual axis (A) in their projection onto a vehicle longitudinal center plane (FM) in the direction of travel (FR) at an angle (α) is inclined, characterized characterized in that the virtual axis (A) extends below a wheel center (M) and a puncture point (A) 20 ) with a wheel Aufstandsebene (E), which viewed in the direction of travel (FR) behind a wheel Aufstandsspunkt ( 19 ) lies. Gegenlenkende Kraftfahrzeug-Hinterachse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) in einem Bereich von etwa 15° bis etwa 60° liegt.Countersteering motor vehicle rear axle ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the angle (α) is in a range of about 15 ° to about 60 °. Gegenlenkende Kraftfahrzeug-Hinterachse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) bei etwa 45° liegt.Countersteering motor vehicle rear axle ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the angle (α) is about 45 °. Gegenlenkende Kraftfahrzeug-Hinterachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die virtuelle Achse (A), in einer Stirnansicht auf das Rad (R) von außen in Richtung der Fahrzeug-Längsmittenebene (FM) gesehen, in etwa eine Verbindungslinie zwischen einem äußeren Anbindungspunkt (11a) eines Sturzlenkers (11) und einem äußeren Anbindungspunkt (14a) eines Federlenkers (14) bildet.Countersteering motor vehicle rear axle ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the virtual axis (A), seen in an end view of the wheel (R) from the outside in the direction of the vehicle longitudinal mid-plane (FM), approximately a connecting line between an outer connection point ( 11a ) of a lintel ( 11 ) and an external connection point ( 14a ) of a spring link ( 14 ). Kraftfahrzeug (K) mit einer Hinterachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle (K) with a rear axle ( 1 ) according to any one of the preceding claims.

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