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Die Erfindung betrifft eine Achsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1, mit zwei Aufhängungseinheiten, jeweils aufweisend einen Radträger sowie wenigstens einen Lenker zur Verbindung des Radträgers mit einem Fahrzeugaufbau, sowie wenigstens einer mit dem Fahrzeugaufbau verbundenen Querblattfeder zur Federung der Aufhängungseinheiten.
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Bei einem Kraftfahrzeug ist jedes Rad bzw. ein Radträger, an dem dieses befestigt ist, über unterschiedliche Komponenten mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Hierzu zählen einerseits Lenker, bspw. Quer- oder Längslenker, die vornehmlich der Führung des Radträgers dienen und insbesondere horizontale Kräfte, die auf den Radträger wirken, aufnehmen. Eine weitere wichtige Komponente ist eine Feder. Eine verbreitete Bauform stellen hierbei Spiralfedern dar, die sich bspw. einerseits auf einem Querlenker oder am Radträger und andererseits am Fahrzeugaufbau abstützen. Daneben kommen auch Blattfedern zum Einsatz, die bspw. an ein oder zwei Stellen mit dem Fahrzeugaufbau verbunden sind sowie an einer weiteren Stelle mit dem Querlenker oder dem Radträger. Neben Federn aus Metall (insbesondere Federstahl) sind auch Federn aus Kunststoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff bekannt. Letztere sind im Hinblick auf eine Gewichtsersparnis vorteilhaft. Außerdem sind üblicherweise noch Stoßdämpfer vorgesehen, die durch Reibung Energie absorbieren und so das Schwingungsverhalten beim Einfedern optimieren. All die genannten Komponenten sind der Achsanordnung zuzuordnen.
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Neben Unebenheiten der Fahrfläche, die vor allen Dingen zu vertikalen Kräften auf die einzelnen Räder führen, kann die Achsanordnung auch durch horizontale Kräfte, bspw. beim Beschleunigen oder Bremsen oder bei Kurvenfahrten beansprucht werden. Selbstverständlich ist es wünschenswert, die Achsanordnung so einzustellen, dass sich der Fahrzeugaufbau unabhängig von solchen Beschleunigungskräften in Längs- oder Querrichtung möglichst wenig neigt. D. h. es soll einerseits eine Nickbewegung, also eine Neigung um die Querachse, und andererseits eine Wankbewegung, also eine Neigung um die Längsachse, minimiert werden. Für letzteres wird klassischerweise ein Stabilisator eingesetzt, der üblicherweise einen sich in Querrichtung des Fahrzeugs erstreckenden Torsionsabschnitt aufweist und seitlich derart mit beiden Radträgern verbunden ist, dass beim ungleichmäßigen Einfedern eine Torsionskraft entsteht, die dem ungleichmäßigen Einfedern entgegenwirkt.
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Die Achsanordnung weist also jeweils an einer Seite eine Aufhängungseinheit, die auch als Radaufhängung bezeichnet werden kann, auf.
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In der
US 8,632,078 B2 ist ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau und mit einem Blattfederelement zur Federung des Fahrzeugs beschrieben. Das Blattfederelement ist mittels zweier Lagerstellen an dem Fahrzeugaufbau gelagert. Die Lagerstellen sind dazu ausgebildet, eine Federrate und/oder eine Standhöhe des Blattfederelements einzustellen. Dazu sind die Lagerstellen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung bezogen auf das Fahrzeug bewegbar ausgebildet. Ein ähnliches System ist aus der
US 2012/02864492 A1 bekannt, wobei dort die Lagerstellen an einem Hilfsrahmen angeordnet sind, der mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.
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Die
DE 10 2010 022 895 A1 zeigt eine Einrichtung für ein Fahrwerk eines mehrspurigen Kraftfahrzeugs mit einer Querblattfeder. Die Querblattfeder ist einerseits an die Räder einer Achse angeschlossen und andererseits mit wenigstens einem Lager gegenüber einem Fahrzeugaufbau gelagert. Es ist ein Aktuator zur Verlagerung des Lagers entlang einer Lagerachse vorgesehen.
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Die
US 2014/0327196 A1 offenbart eine Querblattfederanordnung für ein Kraftfahrzeug, die mittels mindestens einer Lagereinheit an einem Fahrzeugaufbau gelagert ist. Die Lagereinheit weist ein Haltebauteil auf, wobei die Querblattfeder im Haltebauteil zwischen elastischen Dämpfungskörpern angeordnet ist. Die Querblattfeder ist im Haltebauteil unter Eingliederung eines Adapters aufgenommen. Der Adapter weist einen auf die Querschnittsgeometrie der Querblattfeder angepassten Innenraum auf. Ferner sind an dem Adapter Verbindungsmittel zur Kopplung mit den Dämpfungskörpern vorgesehen.
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Weitere spezielle Ausführungen von Lagereinheiten zur gelenkigen Lagerung einer Querblattfeder an einem Hilfsrahmen sind in der
US 9,061,563 B2 beschrieben.
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Alternative Ausführungsformen eines Blattfederlagers sind dem Fachmann beispielsweise aus der
DE 10 2013 217 114 A1 bekannt.
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Ferner ist in der
GB 2 197 268 A eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug offenbart. Die Radaufhängung weist ein Blattfederelement auf, das sich quer relativ zu dem Kraftfahrzeug erstreckt und an seinen äußeren Enden jeweils mit einem Radträger verbunden ist. Zusätzlich erstreckt sich ein U-förmiges Element als Stabilisator quer zum Fahrzeug zwischen den Radträgern.
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In der
US 2002/0153648 A1 ist eine Methode zur Herstellung einer Blattfeder aus einem Verbundwerkstoff beschrieben.
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Weiter ist in der
DE 10 2008 028 077 A1 eine Vorrichtung zur aktiven Beeinflussung der Radstellung von Hinterrädern beschrieben, die eine Querblattfeder aufweist. Die Querblattfeder ist über eine aktive Führungseinrichtung mit einem Kraftfahrzeugaufbau verbunden. Die aktive Führungseinrichtung ist dazu ausgelegt die Querblattfeder quer zu bewegen um die Radstellung der Hinterräder zu verändern. Ferner ist der Querblattfeder eine Hilfsfeder zugeordnet. Ein zwischen der Hilfsfeder und der Querblattfeder ansteuerbarer Aktuator ist dazu ausgelegt, die Kopplung zwischen der Querblattfeder und der Hilfsfeder zu verändern. Durch die zusätzliche Hilfsfeder wird zusätzlicher Bauraum benötigt.
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In der
WO 96/27507 A1 ist eine Radaufhängung für eine Fahrzeugachse mit einer Querblattfeder offenbart. Die Blattfederenden sind in einer Anlenkung direkt und gelenkig mit Radträgern verbunden. Ein Längs- und Querkräfte abstützendes Radführungselement verbindet den Radträger gelenkig mit einem Fahrzeugaufbau.
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In der
US 2013/0341882 A1 ist eine Achsbaugruppe mit zwei unabhängigen Radaufhängungen gezeigt. Die Radaufhängungen weisen jeweils einen Radträger und eine damit gelenkig verbundene Drei-Lenker-Anordnung mit einem Längslenker und zwei Querlenkern auf. Die beiden Querlenker sind jeweils in Fahrzeuglängsrichtung nebeneinander angeordnet. Eine Querblattfeder-Anordnung ist mit den beiden Radaufhängungen verbunden.
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Die
US 4,458,918 offenbart eine Hinterradaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau. Ein hinterer und ein vorderer Querlenker ist schwenkbar zwischen dem Kraftfahrzeugaufbau und einem Radträger angeordnet. Der Radträger stützt ein Rad an einer Stelle ab, die zwischen der Verbindung der außenliegenden Enden der Querlenker und dem Radträger liegt. Es sind Federsitzvorrichtungen zwischen den Querlenkern angeordnet und es erstreckt sich eine quer verlaufende Blattfeder zwischen den Federsitzvorrichtungen und dem Fahrzeugaufbau.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Entwicklung einer gewichtsoptimierten Achsanordnung, die eine optimale Kontrolle des Wank- bzw. Nickverhaltens ermöglicht, noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Achsanordnung zur Verfügung zu stellen, die sowohl hinsichtlich ihres Gewichts, als auch hinsichtlich der Stabilisierung des Fahrzeugs optimiert ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Achsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird eine Achsanordnung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Der Begriff "Achsanordnung" bedeutet nicht, dass hier alle für die Aufhängung eines Fahrzeugrades notwendigen Komponenten umfasst sein müssen. Einige Ausführungsformen könnten auch als Radaufhängungs-Baugruppe bezeichnet werden. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere PKW oder LKW infrage. Es kann sich um eine Achsanordnung, also Radaufhängung für eine Vorderachse oder eine Hinterachse handeln.
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Die Achsanordnung weist zwei Radaufhängungen, also zwei Aufhängungseinheiten auf, die jeweils einen Radträger sowie wenigstens einen Lenker zur Verbindung des Radträgers mit einem Fahrzeugaufbau aufweisen. Der Begriff "Fahrzeugaufbau" dient hier als Sammelbegriff für Karosserie, Chassis, selbsttragende Karosserie sowie ggf. Hilfsrahmen, also die Teile des Fahrzeugs, die normalerweise der gefederten Masse zuzuordnen sind. Der Begriff "Einheit" ist hierbei selbstverständlich nicht so zu verstehen, dass die Aufhängungseinheiten einstückig gefertigt sind. Vielmehr ist der wenigstens eine Lenker gelenkig einerseits mit dem Radträger und andererseits mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Eine derartige gelenkige bzw. schwenkbare Verbindung kann über Schwenklager, Kugelgelenke oder Gummi-Metall-Lager realisiert werden. Der wenigstens eine Lenker kann insbesondere als Querlenker ausgebildet sein, es kann sich aber auch um einen anderen Lenkertyp, bspw. einen Schräg- oder Längslenker handeln. Des Weiteren kann jede Aufhängungseinheit mehrere Lenker aufweisen, bspw. zwei Querlenker und einen Längslenker. Der Radträger dient in bekannter Weise primär zur drehbaren Aufnahme der Achse eines Rades. Sowohl der Radträger als auch der wenigstens eine Lenker können insbesondere aus Metall, bspw. Leichtmetall gefertigt sein. Es wäre allerdings auch eine Fertigung aus Verbundstoff, bspw. faserverstärktem Kunststoff, denkbar.
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Weiterhin weist die Achsanordnung wenigstens eine mit dem Fahrzeugaufbau verbundene Querblattfeder zur Federung der Aufhängungseinheiten auf. Die Verbindung zwischen der Querblattfeder und dem Fahrzeugaufbau ist hierbei wenigstens an einem Punkt gegeben. Sie kann auch an mehreren Punkten oder über einen oder mehrere linienartig oder flächig ausgedehnte Bereiche gegeben sein. Es kann sich um eine kraftschlüssige, formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung handeln. Bei einer kraftschlüssigen bzw. formschlüssigen Verbindung können insbesondere auch Befestigungselemente wie Schrauben oder Klammern eingesetzt werden. Auch ist es möglich, dass die Querblattfeder nicht starr befestigt ist, sondern über Elemente (bspw. Gummipuffer), die eine gewisse Elastizität aufweisen und so im Bereich der Verbindung eine begrenzte Relativbewegung der Querblattfeder zum Fahrzeugaufbau ermöglichen. Die Querblattfeder dient zur Federung der Aufhängungseinheiten, d. h. bei einer Auslenkung einer Aufhängungseinheit kommt es zu einer Verformung der Querblattfeder, die eine rückstellende Kraft erzeugt. Der Begriff "Querblattfeder" bezeichnet in diesem Zusammenhang jede Art von Blattfeder, die sich zumindest überwiegend in Querrichtung (also in Richtung der Y-Achse) des Fahrzeugs erstreckt. Dies schließt ausdrücklich Ausführungsformen ein, bei denen die Feder zumindest im entspannten Zustand oder im eingebauten Zustand in der Ruhelage wenigstens abschnittsweise gebogen ist. Es ist auch ausdrücklich möglich, dass zwei oder mehrere Blattfedern übereinander angeordnet sind und so eine Art Federpaket bilden.
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Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Querblattfeder an jede Aufhängungseinheit über jeweils eine Koppeleinheit gekoppelt, wobei über wenigstens einen Aktor jede Koppeleinheit längenverstellbar ist. Auch hier ist der Begriff "Koppeleinheit" wiederum nicht einschränkend auszulegen, man könnte stattdessen auch von "Koppelvorrichtung" oder – zumindest bei bestimmten Ausführungsformen – von "Koppelbaugruppe" sprechen. Die Koppeleinheit dient der Kopplung der Querblattfeder an die Aufhängungseinheit, d. h. bei einer Bewegung der Aufhängungseinheit wird diese über die Koppeleinheit auf die Querblattfeder übertragen und bewirkt eine Auslenkung bzw. Verformung derselben. Bevorzugt ist die jeweilige Koppeleinheit in einem endseitigen Bereich der Querblattfeder mit dieser verbunden, während die Querblattfeder zwischen den endseitigen Bereichen mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.
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Mittels wenigstens eines Aktors, der Teil der Radaufhängung sein kann, ist jede Koppeleinheit längenverstellbar. Der wenigstens eine Aktor kann bspw. elektrisch (z. B. als Servomotor), hydraulisch oder pneumatisch arbeiten. Die "Länge" der jeweiligen Koppeleinheit ist hierbei diejenige Dimension, die den Abstand zwischen der Querblattfeder und der Aufhängungseinheit bestimmt (bzw. den Abstand zwischen den jeweiligen Verbindungsbereichen oder -punkten der Koppeleinheit mit der Querblattfeder bzw. der Aufhängungseinheit). Durch diese Längenverstellung kann die Auslenkung der Querblattfeder in Relation zur Aufhängungseinheit beeinflusst werden, und zwar unabhängig von äußeren Kräften durch Unebenheiten, Brems- oder Beschleunigungsvorgänge oder Kurvenfahrten. Eine entsprechende Längenverstellung kann gewissermaßen statisch, also auf Dauer für einen längeren Zeitraum, vorgenommen werden, womit sich die Ruhelage des Fahrzeugaufbaus gegenüber den Radträgern verändert, d. h. dieser wird angehoben bzw. abgesenkt. Es ist aber auch möglich, dass durch Auswertung der Daten entsprechender Sensoren (z. B. Positions-, Kraft- oder Beschleunigungssensoren) dynamisch auf aktuelle oder unmittelbar bevorstehende Veränderungen der Belastung der jeweiligen Räder reagiert wird. So kann bspw. einem zu starken Einfedern, genauer gesagt einer zu großen Relativbewegung des Fahrzeugaufbaus gegenüber dem jeweiligen Radträger, dadurch entgegengewirkt werden, dass über eine Längenverstellung der zugehörigen Koppeleinheit die Querblattfeder verstärkt ausgelenkt und somit das Einfedern des jeweiligen Rades bezogen auf den Fahrzeugaufbau beschränkt wird. Beispielsweise kann eine Nickbewegung dadurch beschränkt werden, dass die Koppeleinheiten gleichläufig verstellt werden, also beide Koppeleinheiten verlängert bzw. verkürzt werden. Zwar ließe sich eine Nickbewegung auch durch eine dauerhaft härtere Einstellung der Federung begrenzen, allerdings würde sich dies nachteilig auf das Federverhalten in anderen Situationen, z. B. bei Bodenwellen, auswirken. Demgegenüber kann durch die Verstellung mittels des wenigstens einen Aktors die Federung genau dann verstärkt oder verringert werden, wenn dies benötigt wird. Selbstverständlich ist auch möglich, bspw. durch Lidar-Abtastung der vor dem Fahrzeug liegenden Fahrfläche, auf Unebenheiten zu reagieren, indem die Federung jeweils passend hierzu angesteuert wird.
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Auch eine Wankbewegung kann dadurch unterdrückt werden, dass die Koppeleinheiten gegenläufig verstellt werden, also dass die Koppeleinheit auf einer Seite verkürzt und die Koppeleinheit auf der gegenüberliegenden Seite verlängert wird, womit die Federung auf einer Seite verstärkt und auf der anderen Seite verringert wird.
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Bei Vorhandensein genau eines Aktors, über den die Verstellung beider Koppeleinheiten erfolgt, ist es bevorzugt, dass, wie oben angedeutet, wenigstens eine gleichläufige Längenverstellung oder eine gegenläufige Längenverstellung möglich ist.
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Die Radaufhängung kann verschiedene weitere Komponenten aufweisen, z. B. weitere Lenker, die am Radträger ansetzen (bspw. Längslenker oder Querlenker), Stoßdämpfer sowie Teile eines Fahrzeugsaufbaus, an dem die Lenker sowie die wenigstens eine Querblattfeder wie geschildert angebunden sind.
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Es ist allerdings auch zumindest bei einigen Ausführungsformen der Erfindung möglich, auf herkömmliche Stoßdämpfer zu verzichten, indem ein unerwünschtes Schwingverhalten der Querblattfeder durch eine dynamische Ansteuerung des wenigstens einen Aktors und die hiermit verbundene Längenänderung der Koppeleinheiten unterdrückt wird. D. h., in einem solchen Fall könnte man die Radaufhängung als "dämpferlos" bezeichnen. Daneben können hydraulische oder pneumatische Aktoren für sich genommen bereits als Dämpfer wirken.
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Bevorzugt sind die Aufhängungseinheiten, also Radaufhängungen ausschließlich durch die wenigstens eine Querblattfeder gefedert, d. h. es gibt keine weiteren Federelemente wie bspw. Schraubenfedern und auch keinen Stabilisator. Die Funktion des Stabilisators kann, wie oben geschildert, durch gegenläufiges Verstellen der Koppeleinheiten im Zusammenspiel mit der Querblattfeder erfüllt werden, womit der Stabilisator als separate Komponente unnötig wird. Insofern, als die Integration eines Stabilisators in eine Radaufhängung oftmals kompliziert ist, vereinfachen sich hierdurch Planung und Konstruktion. Außerdem entfällt das Gewicht des Stabilisators sowie die Kosten zu seiner Herstellung. Ähnliche Überlegungen gelten hinsichtlich Schraubenfedern, die bei der erfindungsgemäßen Radaufhängung normalerweise unnötig sind. Es muss kein Bauraum für die Schraubenfedern vorgesehen werden und es sind auch keine speziellen Aufnahmen wie bspw. Federteller notwendig. Schließlich lassen sich auch hier Gewicht und Kosten einsparen.
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Es ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die wenigstens eine Querblattfeder aus Metall, bspw. aus Federstahl, hergestellt ist. Auch aus Gründen der Gewichtsersparnis ist es allerdings bevorzugt, dass die wenigstens eine Querblattfeder aus Verbundwerkstoff, insbesondere faserverstärktem Kunststoff, gefertigt ist. Dies schließt die Möglichkeit ein, dass mehrere unterschiedliche Kunststoffe und/oder unterschiedliche Fasern verwendet werden. Bspw. wäre denkbar, dass unterschiedliche Fasern in verschiedenen Lagen übereinander eingesetzt werden. Grundsätzlich können die Fasern gewebt oder nicht gewebt, ausgerichtet oder nicht-ausgerichtet sein. Bevorzugt ist allerdings, dass die Fasern so ausgerichtet sind, dass durch ihre Ausrichtung die Steifigkeit der Querblattfeder gezielt beeinflusst wird. Die Steifigkeit kann selbstverständlich auch durch die Packungsdichte und/oder das Material der Fasern sowie durch das Kunststoffmaterial selbst (also durch Faser und Matrix bzw. Harz) beeinflusst werden. Es ist hierbei auch möglich, ortsabhängig unterschiedliche Dichten, Ausrichtungen und/oder Materialien für die Fasern zu verwenden. D. h., im Unterschied zu einem Metallteil kann der faserverstärkte Kunststoff inhomogen sein. Bevorzugt umfasst der faserverstärkte Kunststoff Carbonfasern, Glasfasern und/oder Aramidfasern. Daneben können allerdings auch andere Fasern verwendet werden. Insbesondere können, wie bereits oben angedeutet, Fasern verschiedener Art gemischt bzw. in unterschiedlichen Schichten übereinander eingesetzt werden.
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Vorteilhaft weist die Achsanordnung eine durchgehende Querblattfeder auf, die über die Koppeleinheiten an beide Aufhängungseinheiten, also Radaufhängungen gekoppelt ist. Insbesondere eine solche durchgehende Querblattfeder kann aus Verbundwerkstoff, bspw. faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Dabei kann die Befestigung am Fahrzeugaufbau so realisiert sein, dass eine Auslenkung der Querblattfeder an einem Ende, d. h. im Bereich einer Aufhängungseinheit, zu einer Verformung der gesamten Querblattfeder führt, was ggf. rein passiv (also ohne Betätigung des wenigstens einen Aktors) die Bewegung der beiderseitigen Radträger derart beeinflussen kann, dass einer Wankbewegung entgegengewirkt wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Koppeleinheiten unabhängig voneinander längenverstellbar. Hierdurch ergeben sich unterschiedlichste Möglichkeiten. Selbstverständlich kann in diesem Fall eine gleichläufige Verstellung oder auch eine gegenläufige Verstellung erfolgen, je nach Bedarf. So können bspw. zum Einstellen der Höhe des Fahrzeugaufbaus gewissermaßen permanent beide Koppeleinheiten gleichläufig verstellt werden. Alternativ kann bei geeigneter Sensorik der Beginn oder das Bevorstehen einer Nickbewegung (z. B. beim Beschleunigen oder Bremsen) erkannt werden und durch ebenfalls gleichläufiges, allerdings dynamisches Verstellen unterdrückt werden. Auch eine mögliche Wankbewegung kann über geeignete Sensoren erkannt werden und durch gegenläufiges bzw. einseitiges Verstellen unterdrückt werden. Daneben ist es auch möglich, über eine entsprechende Längenverstellung der Koppeleinheiten die Federung an einer Achse oder auch an einer Seite zu verändern, um so bspw. auf eine ungleichmäßige Beladung des Fahrzeugs zu reagieren.
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Eine unabhängige Längenverstellung lässt sich normalerweise nur dadurch realisieren, dass man zwei unabhängig voneinander betreibbare Aktoren einsetzt. Diese müssen selbstverständlich nicht zwangsläufig im Bereich der Koppeleinheiten angeordnet sein, sondern könnten über geeignete Mechanismen, ggf. auch pneumatisch oder hydraulisch, eine Kraft an die jeweilige Koppeleinheit übertragen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird die unabhängige Längenverstellung dadurch realisiert, dass jede Koppeleinheit wenigstens einen Aktor aufweist. Normalerweise ist es hierbei ausreichend, dass jede Koppeleinheit genau einen Aktor aufweist. Jeder der Aktoren kann bspw. elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch arbeiten. Jede Koppeleinheit kann als Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt sein, welche entsprechend ansteuerbar ist.
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Bevorzugt verlaufen die Koppeleinheiten in einem Winkel von weniger als 45° zur Z-Achse des Kraftfahrzeugs. Dieser Winkel kann – bezogen auf die Ruhelage – auch noch kleiner sein, bspw. weniger als 30° oder weniger als 15°. Insbesondere in letzterem Fall kann man davon sprechen, dass die Koppeleinheiten näherungsweise senkrecht verlaufen. Die Aussage des Verlaufs bezieht sich nicht zwangsläufig auf die tatsächliche Form der Koppeleinheit, sondern auf die Verbindungslinie zwischen einem ersten Anbindungspunkt (z. B. Schwenklager) an der Querblattfeder und einem zweiten Anbindungspunkt (z. B. Schwenklager) an der Aufhängungseinheit, also der betreffenden Radaufhängung, durch die eine Wirkungslinie der durch die Koppeleinheit vermittelten Kräfte gegeben ist. Da der Großteil der zwischen der Aufhängungseinheit und der Querblattfeder wirkenden Kräfte aus der Gewichtskraft des Fahrzeugs resultiert, welche senkrecht ausgerichtet ist, ist es im Allgemeinen sinnvoll, dass die Koppeleinheiten in keinem zu großen Winkel gegenüber der Senkrechten verlaufen.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist jede Koppeleinheit mit einem Radträger verbunden. Dies bedeutet selbstverständlich, dass die wenigstens eine Querblattfeder über die jeweilige Koppeleinheit an den Radträger gekoppelt ist. Alternativ kann jede Koppeleinheit mit einem Lenker verbunden sein. Dies kann insbesondere ein oberer oder unterer Querlenker sein. Welche der Varianten, also die Verbindung mit dem Radträger oder die mit dem Lenker, gewählt wird, kann von unterschiedlichen Faktoren abhängig gemacht werden, bspw. davon, wie viel Bauraum vorhanden ist, welches Übersetzungsverhältnis (Verhältnis von Radweg zu Federweg) gewünscht ist und ob ein Lenker für die entsprechende Abstützung stabil genug ausgestaltet werden kann.
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Grundsätzlich sind unterschiedliche Möglichkeiten hinsichtlich der vertikalen Anordnung der Querblattfeder gegeben. Diese kann bspw. (entlang der Z-Achse des Fahrzeugs) auf Höhe der Radträger angeordnet sein, so dass sich die Radträger gewissermaßen seitlich der Querblattfeder befinden. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die wenigstens eine Querblattfeder oberhalb der Radträger angeordnet. Eine derartige, vergleichsweise hohe Anordnung erlaubt normalerweise den Einsatz von eher langen Koppeleinheiten, in denen sich bspw. ein entsprechender Aktor leichter unterbringen lässt als in einer kurzen Koppeleinheit.
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Bevorzugt sind die Koppeleinheiten mit der wenigstens einen Querblattfeder und/oder den Aufhängungseinheiten schwenkbar verbunden. Hierzu können bspw. Schwenklager, Kugelgelenke oder Gummi-Metall-Verbundlager eingesetzt werden. Ohne eine zumindest einseitige schwenkbare Verbindung ist die Koppeleinheit normalerweise nicht in der Lage, beim Einfedern der Bewegung der Aufhängungseinheit zu folgen.
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Wie bereits oben angedeutet, kann die Querblattfeder in unterschiedlichster Weise mit dem Fahrzeugaufbau verbunden sein, bspw. in einem oder mehreren Punkten oder auch in linienartigen oder flächenartigen Bereichen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Querblattfeder in zwei voneinander in Querrichtung beabstandeten Verbindungsbereichen mit dem Fahrzeugaufbau verbunden und dazwischen freitragend geführt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in diesen Verbindungsbereichen eine gewisse Relativbewegung der Querblattfeder zum Fahrzeugaufbau möglich ist, die erlaubt, dass sich die Feder bei einer einwirkenden Kraft in ihrer Gesamtheit verformen kann. Wenn also an einem äußeren Ende der Feder, das außenseitig des Verbindungsbereichs angeordnet ist, eine verformende Kraft einwirkt, kann in dem geschilderten Fall auch der innenseitig des Verbindungsbereichs angeordnete Teil der Feder mit verformt werden. Es ist möglich, dass die Feder in den genannten Bereichen bspw. durch ein elastisches Element oder auch durch ein Schwenklager mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
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1 eine schematische Vorderansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Achsanordnung, und
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2 eine schematische Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Achsanordnung.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Vorderansicht einer Achsanordnung 1 eines Kraftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Blickrichtung ist hierbei entlang der X-Achse (Längsachse) des Fahrzeugs. Schematisch dargestellt ist ein Fahrzeugaufbau 4, bei dem sich bspw. um einen Hilfsrahmen oder ein Chassis des Fahrzeugs handeln kann. Beiderseits des Fahrzeugaufbaus 4 sind Räder 2a, 2b über Radträger 3a, 3b drehbar gelagert, die wiederum über obere Querlenker 6a, 6b sowie untere Querlenker 7a, 7b mit dem Fahrzeugaufbau 4 verbunden sind. Hierbei bildet der (bezüglich der Figur) linke Radträger 3a zusammen mit den daran angeordneten Querlenkern 6a, 7a eine erste Aufhängungseinheit 5a, also eine erste Radaufhängung 5a. Entsprechend ist auf der gegenüberliegenden Seite eine zweite Aufhängungseinheit 5b, also Radaufhängung 5b vorhanden. Es sei angemerkt, dass neben den dargestellten Querlenkern 6a, 6b, 7a, 7b weitere Lenker vorhanden sein können, die allerdings nicht dargestellt sind. Die Querlenker 6a, 6b, 7a, 7b sind über fahrzeugseitige Schwenklager 9a, 9b mit dem Fahrzeugaufbau 4 und über radseitige Schwenklager 8a, 8b mit den Radträgern 3a, 3b schwenkbar verbunden. Die genannten Schwenklager 8a, 8b, 9a, 9b können ggf. auch als Kugelgelenke oder Gummi-Metall-Verbundlager ausgebildet sein. Normalerweise ist durch sie eine Schwenkbarkeit um eine Achse parallel zur X-Achse gegeben.
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Die Achsanordnung weist des Weiteren eine sich in Richtung der Y-Achse erstreckende Querblattfeder 10 auf, die von einer Aufhängungseinheit 5a zur anderen Aufhängungseinheit 5b durchgehend ausgebildet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Querblattfeder 10 aus faserverstärktem Kunststoff gefertigt. Als Fasern können hierbei bspw. Carbonfasern, Glasfasern, Aramidfasern oder Gemische hiervon verwendet werden. Die Fasern können als Gewebe, Gelege oder in anderer Form vorbereitet werden und mit dem Kunststoff bzw. Harz getränkt, besprüht oder umgossen werden, welches anschließend in einer entsprechenden Form aushärtet.
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Die Querblattfeder 10 ist über zwei Verbindungselemente 13a, 13b, die eine gewisse Elastizität aufweisen, mit dem Fahrzeugaufbau 4 verbunden. Die Verbindungselemente 13a, 13b definieren Verbindungsbereiche 10.2 der Querblattfeder 10, wobei die Querblattfeder 10 in einem dazwischen angeordneten mittleren Bereich 10.1 freitragend geführt ist. In außenseitigen Endbereichen 10.3 ist die Querblattfeder 10 über obere Schwenklager 15a, 15b mit Koppeleinheiten 11a, 11b verbunden, die ihrerseits über untere Schwenklager 16a, 16b mit den Radträgern 3a, 3b verbunden sind. Der Verlauf der jeweiligen Koppeleinheit 11a, 11b entspricht der Verbindungslinie zwischen dem jeweils oberen Schwenklager 15a, 15b und dem zugehörigen unteren Schwenklager 16a, 16b. Dieser Verlauf ist in der in 1 dargestellten Ruhelage in etwa, bevorzugt genau parallel zur Z-Achse. Es wären auch andere Verläufe möglich, die allerdings bevorzugt höchstens 45° relativ zur Z-Achse betragen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel befinden sich die unteren Schwenklager 16a, 16b an einer Oberseite der Radträger 3a, 3b. Es wäre aber auch alternativ denkbar, dass diese tiefer, bspw. an einer Innenseite der Radträger 3a, 3b ansetzen, womit entweder die Querblattfeder tiefer angeordnet sein könnte oder die Koppeleinheiten 11a, 11b insgesamt länger ausgeführt sein könnten.
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Die Grundfunktion der Querblattfeder 10 besteht darin, über die Koppeleinheiten 11a, 11b im Wesentlichen vertikal einwirkende Kräfte seitens der Räder 2a, 2b bzw. der Aufhängungseinheiten 5a, 5b aufzunehmen. Diese Kräfte führen zu einer Verformung der Querblattfeder 10, was wiederum zu einer rückstellenden Kraft führt. Insofern kann die Querblattfeder 10 im Stand der Technik häufig verwendete Schraubenfedern und Stabilisatoren in deren Funktion ersetzen.
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Jede der Koppeleinheiten weist einen Aktor 14a, 14b auf, der bspw. elektrisch als Servomotor, hydraulisch oder pneumatisch funktionieren kann. In jedem Fall erlaubt der jeweilige Aktor 14a, 14b eine Längenänderung der jeweiligen Koppeleinheit 11a, 11b. Über eine hier nicht dargestellte Steuereinheit können die Aktoren 14a, 14b unabhängig voneinander angesteuert werden, womit eine unabhängige Längenänderung der Koppeleinheiten 11a, 11b möglich ist. Zum einen ist es möglich, bspw. bei einer stärkeren Beladung des Fahrzeugs im Bereich der hier dargestellten Achse beide Koppeleinheiten 11a, 11b gleichläufig zu verstellen, genauer gesagt zu verlängern, womit der Fahrzeugaufbau 4 gegenüber den Rädern 2a, 2b angehoben wird bzw. eine unerwünschte Absenkung aufgrund der Beladung verhindert wird. In diesem Fall würde die Längenänderung gewissermaßen "statisch", also auf Dauer durchgeführt, solange der entsprechende Beladungszustand existiert.
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Allerdings lässt sich bspw. auch eine Nickbewegung des Fahrzeugs unterdrücken. Hierbei kann die Steuereinheit mit geeigneten Sensoren (bspw. Beschleunigungs-, Kraft- oder Positionssensoren) verbunden sein, über die sie die entsprechende Nickbewegung oder deren Bevorstehen registriert. Würde die Nickbewegung zu einem Anheben im Bereich der dargestellten Achse führen, können die Koppeleinheiten 11a, 11b in der Länge verkürzt werden, was zu einer absenkenden Kraftkomponente auf den Fahrzeugaufbau 4 führt, so dass das Anheben desselben zumindest teilweise unterdrückt wird. Im umgekehrten Fall, falls eine Nickbewegung ein Absenken des Fahrzeugaufbaus 4 im Bereich der gezeigten Achse bedeuten würde, können beide Koppeleinheiten 11a, 11b gleichläufig verlängert werden, was zu einer Verstärkung der aufwärtsgerichteten Federkraft auf den Fahrzeugaufbau 4 führt, die der Absenkung entgegenwirkt. Die entsprechenden Längenveränderungen können von der Steuereinheit dynamisch ausgelöst und nach Ende eines Brems- oder Beschleunigungsvorgangs, der für die Nickbewegung verantwortlich ist, wieder rückgängig gemacht werden.
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Ebenso kann eine Wankbewegung, bspw. bei einer Kurvenfahrt, unterdrückt werden. Würde diese Wankbewegung bspw. dazu führen, dass sich der Fahrzeugaufbau in der Zeichnung nach rechts neigt und sich somit auf Seiten der ersten Aufhängungseinheit 5a anhebt und auf Seiten der zweiten Aufhängungseinheit 5b absenkt, kann durch die Steuereinheit eine Verlängerung der rechten Koppeleinheit 11b und gleichzeitig eine Verkürzung der linken Koppeleinheit 11a, also eine gegenläufige Längenverstellung, ausgelöst werden. Hierdurch wird der Wankbewegung entgegengewirkt. Auch in diesem Fall kann nach dem Ende der Kurvenfahrt, das von der Steuereinheit bspw. über Beschleunigungssensoren festgestellt werden kann, die Längenverstellung wieder rückgängig gemacht werden. Da somit durch geeignete Ansteuerung der Aktoren 14a, 14b eine Wankbewegung im Zusammenspiel mit der Querblattfeder 10 unterdrückt werden kann, kann bei der gezeigten Radaufhängung 1 auf einen Stabilisator verzichtet werden.
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Auch kann auf eigens vorgesehene Stoßdämpfer verzichtet werden. Zum einen können die Aktoren 14a, 14b, sofern sie hydraulisch bzw. pneumatisch funktionieren, bereits als Stoßdämpfer wirken. Darüber hinaus ist es allerdings auch möglich, durch dynamische Längenänderung der jeweiligen Koppeleinheit 11a, 11b bei einer Federbewegung ein unerwünschtes Schwingverhalten zu unterdrücken. Jede Koppeleinheit 11a, 11b kann als Kolben-Zylinder-Einheit ausgeführt und entsprechend ansteuerbar sein.
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2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Radaufhängung 1, die größtenteils mit der Ausführungsform in 1 übereinstimmt und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Der einzige Unterschied ist hierbei, dass die Querblattfeder 10 etwas kürzer ausgeführt ist und sich über die Koppeleinheiten 11a, 11b an den oberen Querlenkern 6a, 6b abstützt. D. h. die unteren Schwenklager 16a, 16b sind nicht an den Radträgern 3a, 3b, sondern an den oberen Querlenkern 6a, 6b angeordnet. Dies wirkt sich im Allgemeinen auf das Übersetzungsverhältnis (Verhältnis von Radweg zu Federweg) aus, das auf diese Art variiert werden kann. In einer hier nicht dargestellten Variante könnten die Koppeleinheiten 11a, 11b auch an den unteren Querlenkern 7a, 7b ansetzen. Eine derartige Variante kann bspw. dann vorteilhaft sein, wenn für die Querblattfeder 10 und die Koppeleinheiten 11a, 11b nur wenig Bauraum nach oben hin vorhanden ist, womit es vorteilhaft sein kann, wenn diese insgesamt tiefer angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Achsanordnung
- 2a, 2b
- Rad
- 3a, 3b
- Radträger
- 4
- Fahrzeugaufbau
- 5a, 5b
- Aufhängungseinheit
- 6a, 6b, 7a, 7b
- Querlenker
- 8a, 8b, 9a, 9b
- Schwenklager
- 15a, 15b
- Schwenklager
- 16a, 16b
- Schwenklager
- 10
- Querblattfeder
- 10.1
- mittlerer Bereich
- 10.2
- Verbindungsbereich
- 10.3
- Endbereich
- 11a, 11b
- Koppeleinheit
- 13a, 13b
- Verbindungselement
- 14a, 14b
- Aktor
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8632078 B2 [0005]
- US 2012/02864492 A1 [0005]
- DE 102010022895 A1 [0006]
- US 2014/0327196 A1 [0007]
- US 9061563 B2 [0008]
- DE 102013217114 A1 [0009]
- US 7029017 B2 [0010]
- DE 102013213674 A1 [0010]
- GB 2197268 A [0011]
- US 2002/0153648 A1 [0012]
- DE 102008028077 A1 [0013]
- WO 96/27507 A1 [0014]
- US 2013/0341882 A1 [0015]
- US 4458918 [0016]
