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Die
Erfindung betrifft eine Aufhängungsstruktur
von Vorder- und
Hinterrädern
eines Kraftfahrzeugs und insbesondere eine Aufhängungsstruktur von Vorder-
und Hinterrädern
eines Kraftfahrzeugs, von welcher eine bei der Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs
auftretende Positionsänderung
des Wankzentrums steuerbar ist, um dadurch die Manövrierbarkeit
des Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Im
Allgemeinen wankt die Kraftfahrzeug-Karosserie bei der Kurvenfahrt
des Kraftfahrzeugs um dessen Wankzentrum. Der als Wankwinkel bezeichnete
Kippwinkel wird größer, wenn
das Wankzentrum niedrig liegt und wenn das Kraftfahrzeug mit einer
hohen Geschwindigkeit fährt.
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Das
Wankzentrum der Vorderräder
ist nahe der Bodenfläche
(Straßenfläche) positioniert,
wohingegen das Wankzentrum der Hinterräder auf einem bezüglich jenem
der Vorderräder
höheren
Level liegt. Eine das Wankzentrum der Vorderräder und das Wankzentrum der
Hinterräder
verbindende Linie wird Wankachse genannt, und das Kraftfahrzeug
wankt um das Wankzentrum bei der Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs.
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Obwohl
das Wankzentrum eine wichtige Rolle bezüglich der Manövrierstabilität beim Kurvenfahren
spielt, wurde bislang keine akkurate Beschreibung für einen
Faktor angegeben, der einen Einfluss auf die Positionsänderung
des Wankzentrums beim Kurvenfahren des Kraftfahrzeugs angibt bzw.
hat. Es ist schwierig, die Positionsänderung des Wankzentrums zu
steuern, so dass bislang eine Verbesserung der Manövrierstabilität des Automobils
diesbezüglich nicht
möglich
ist.
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Die
DE 1 183 805 A und
FR 1 312 315 A beschreiben
jeweils eine Vorderrad- und Hinterrad-Aufhängungsstruktur eines Kraftfahrzeuges,
die jeweils an einem jeweiligen Vorderrad und einem jeweiligen Hinterrad
ein erstes Element, das einen oberen Abschnitt eines Achsschenkels
in Querrichtung abstützt,
und ein zweites Element aufweist, das einen unteren Abschnitt des
Achsschenkels in Querrichtung abstützt, wobei die Länge des
ersten Elements am jeweiligen Vorder- und Hinterrad kleiner als
die Länge
des zweiten Elements am jeweiligen Vorder- und Hinterrad ist.
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Die
DE 1 085 772 A und
US 2002/0 113 399 A1 offenbaren jeweils eine Vorderrad- und Hinterrad-Aufhängungsstruktur
eines Kraftfahrzeuges, die jeweils an einem jeweiligen Vorderrad
und einem jeweiligen Hinterrad ein erstes Element, das einen oberen
Abschnitt eines Achsschenkels in Querrichtung abstützt, und
ein zweites Element aufweist, das einen unteren Abschnitt des Achsschenkels
in Querrichtung abstützt,
wobei das erste Element je nach den kinematischen Gegebenheiten
verschieden lang ist bzw. das erste und das zweite Element am Vorder- und
Hinterrad unterschiedlich ausgebildet sind.
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Durch
die Erfindung wird eine Aufhängungsstruktur
für die
Vorderund Hinterräder
eines Kraftfahrzeugs geschaffen, mit welcher die Manövrier- und
Fahrstabilität
des Automobils verbessert wird.
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Gemäß der Erfindung
ist hierzu ein Aufhängungssystem
für die
Vorder- und Hinterräder
eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, welches aufweist: montiert an dem
jeweiligen Vorder- und Hinterrad jeweils ein erstes Element, welches
einen oberen Abschnitt eines Achsschenkels (z. B. des Längslenkers)
in Querrichtung abstützt,
und ein zweites Element, welches einen unteren Abschnitt des Achsschenkels
in Querrichtung abstützt,
wobei das Verhältnis
der Länge
des zweiten Elements relativ zur Länge des ersten Elements am
jeweiligen Vorderrad kleiner ist als das Verhältnis der Länge des zweiten Elements relativ zur
Länge des
ersten Elements am jeweiligen Hinterrad.
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Die
Erfindung schafft damit eine Aufhängung von Vorder- und Hinterrädern eines
Kraftfahrzeugs, welche derart konfiguriert ist, dass Faktoren, die
eine Auswirkung auf die Positionsänderung des Wankzentrums beim
Kurvenfahren haben, sehr nahe und damit besser bestimmbar sind,
wodurch die Positionsänderung
des Wankzentrums bei der Kurvenfahrt des Automobils besser steuerbar
ist, wodurch die Manövrierstabilität des Automobils
verbessert wird.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform
mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 und 2 schematische
Darstellungen einer Aufhängungsstruktur
von Vorder- und Hinterrädern
eines Kraftfahrzeugs gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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3 ein
Schaubild zur Illustration der Bewegung des Wankzentrums des Kraftfahrzeugs
bei Anwendung der Aufhängungsstruktur
für Vorder-
und Hinterrädern
gemäß der Erfindung
bei der Kurvenfahrt des Kraftfahrzeugs, und
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4 ein
Schaubild zur Darstellung der Nickbewegung des Kraftfahrzeugs bei
Anwendung der erfindungsgemäßen Aufhängungsstruktur
für Vorder-
und Hinterräder.
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Gemäß 1 hat
eine Aufhängungsstruktur obere
Arme 12a und 12b (erstes Element, hier Querlenker),
die länger
sind als obere Arme 32a und 32b einer in 2 dargestellten
Aufhängungsstruktur. Die
Figuren verdeutlichen die Änderungen
des Wankzentrums bei in einer Doppel-Querlenker-Aufhängungsstruktur
verlängerten
oberen Armen.
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Wenn
ein Kraftfahrzeug mit einer derart beschriebenen Aufhängungsstruktur
(1) eine Kurve fährt, wandert auf der Einfederungsseite
(B) das Momentenzentrum (MCb, Wankpol) nach unten, wohingegen auf
der Ausfederungsseite (A) das Momentenzentrum (MCa, Wankpol) nach
oben wandert, wobei das Wankzentrum, das durch diese Momentenzentren
bestimmt wird, sich zur Innenseite des kurvenfahrenden Kraftfahrzeugs
hin verlagert (in 1 nach links), da die oberen
Arme 12a und 12b gegenüber unteren Armen 14a und 14b verlängert sind.
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Wenn
ein Wankmoment am zur Innenseite des kurvenfahrenden Kraftfahrzeugs
hin verlagerten Wankzentrum (RC) angreift, zeigt eine an der Kraftfahrzeugkarosserie 10 angreifende
Kraft nach unten und das Fahrzeug wird durch das Wanken desselben nach
unten bewegt, d.h. gedrückt.
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Da
die Höhe
des Wankzentrums (RC) verringert wird, wird ein Anhebe- bzw. Aufbock-Effekt
verringert bzw. ein Absenk-Effekt erzeugt, wodurch die Fahrzeugkarosserie
sich kaum anhebt, sondern zu einer Abwärtsbewegung tendiert.
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Dieses
Phänomen
ist ferner verständlich
bei einer in 1 verdeutlichten MacPherson-Bein-Aufhängung (radführende Aufhängung).
Bei dieser MacPherson-Bein-Aufhängung
ist ein oberes Ende eines Beins (nicht gezeigt) an der Kraftfahrzeugkarosserie angebracht,
wobei ein unteres Ende des Beins an einem nicht gezeigten unteren
Arm gehalten ist. Bei dieser Struktur funktioniert das Bein als
oberer Arm, wobei der obere Arm mit seinem oberen Ende an der Kraftfahrzeugkarosserie
befestigt eine bezüglich
des unteren Arms große
Länge hat.
Damit ist das in Figur dargestellte Phänomen bei einer MacPherson-Bein-Aufhängung vorhanden.
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Die
in 2 gezeigten oberen Arme 32a und 32b sind
kürzer
als die in 1 dargestellten oberen Arme 12a und 12b,
insbesondere kürzer
bezüglich der
zugeordneten unteren Arme 34a, 34b. Wenn das Kraftfahrzeug
mit diesem Aufhängungstyp
(2) eine Kurve durchfährt, ist das Momentenzentrum (MCb,
Wankpol), welches sich als Schnittpunkt der Verlängerungslinien des oberen Arms 32b und
des unteren Arms 34b auf der Einfederungsseite ergibt, näher beim
zugeordneten oberen Arm 32b und beim zugeordneten unteren
Arm 34b, da die Länge
des oberen Arms 32b gegenüber dem unteren Arm 34b verkürzt ist,
so dass das Momentenzentrum (MCb) in 2 in Richtung
nach rechts verlagert ist, was die beim Kurvenfahren äußere Seite
darstellt.
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Das
Momentenzentrum (MCa, Wankpol), welches sich als Schnittpunkt der
Verlängerungslinien
des oberen Arms 32a und des unteren Arms 34a auf
der Ausfederungsseite (A) ergibt, ist bezüglich des oberen Arms 32a und
des unteren Arms 34a eine große Distanz zum Kurvenäußeren hin
verlagert, so dass das Wankzentrum (RC), welches von diesen beiden
Momentenzentren bestimmt wird, beim Kurvenfahren zum Äußeren hin
verschoben, da die Längen
der oberen Arme 32a und 32b gegenüber den Längen der
unteren Arme 34a, 34b verkürzt sind.
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Wenn
das Wankmoment an dem zum Kurvenäußeren hin
verlagerten Wankzentrum angreift, zeigt die auf den Kraftfahrzeugkörper 30 wirkende Kraft
nach oben, um beim Wanken des Fahrzeugs die Kraftfahrzeugkarosserie 30 anzuheben.
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Zusätzlich steigt
auch die Höhe
des Wankzentrums an, um einen Aufbock- bzw. Anhebeffekt zu verstärken, wodurch
die Kraftfahrzeugkarosserie 30 zu einer Aufwärtsbewegung
tendiert.
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Ein
Kraftfahrzeug, dessen Karosserie dazu tendiert, sich nach vorne
hin zu neigen, ist beim Kurvenfahren hinsichtlich des Wankgefühls angenehmer und
hat eine bessere Kurvenstabilität.
Als Ergebnis daraus ist es bevorzugt, die Vorder- und Hinterradaufhängung derart
zu strukturieren, dass die Vorderseite der Fahrzeugkarosserie tiefer
liegt als dessen Hinterseite, wenn das Kraftfahrzeug eine Kurve durchfährt.
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Bei
der Vorder- und Hinterradaufhängungsstruktur
gemäß der Erfindung
ist die Vorderradaufhängungsstruktur
wie in 1 dargestellt ausgeführt und ist die Hinterradaufhängungsstruktur
wie in 2 dargestellt ausgeführt. Demgemäß neigt sich das Kraftfahrzeug
nach vorne, wenn das Kraftfahrzeug wankt, wodurch das Wankgefühl verbessert
ist und die Kurven/Manöverstabilität erhöht ist.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand weiterer Ausführungsbeispiele beschrieben.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
wird eine Aufhängungsstruktur
beschrieben, wobei ein erstes Element, welches einen oberen Abschnitt
eines Achsschenkels in Querrichtung abstützt, und ein zweites Element,
welches einen unteren Abschnitt eines Achsschenkels in Querrichtung
abstützt,
definitiv zwei einzelne bzw. separate Teile darstellen.
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Zum
Beispiel wird hierzu eine Dreieckslenker-Aufhängungsstruktur
(Wishbone-Aufhängung) mit
einem oberen Arm eines ersten Elements und einem unteren Arm eines
zweiten Elements beschrieben. Bei dieser Struktur sind die Vorderrad- und die Hinterrad-Aufhängungsstruktur
gemäß der folgenden Formel
1 konstruiert.
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Formel 1
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- 'Länge des
unteren Arms des Vorderrads/Länge
des oberen Arms des Vorderrads < Länge des
unteren Arms des Hinterrads/Länge
des oberen Arms des Hinterrads'
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Wie
aus Formel 1 ersichtlich, ist die Aufhängungsstruktur derart vorgesehen,
dass das Verhältnis
der Länge
des unteren Arms des Vorderrads zur Länge des oberen Arms des Vorderrads
kleiner ist als das Verhältnis
der Länge
des unteren Arms des Hinterrads zur Länge des oberen Arms des Hinterrads, wodurch
die Vorderseite der Fahrzeugkarosserie beim Wanken des Fahrzeugs
sich stärker
nach unten bewegt als die Hinterseite der Fahrzeugkarosserie.
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Bei
einer zweiten Ausführungsform
sind ein oberer Arm und ein unterer Arm nicht definitiv einzeln und
voneinander getrennt vorgesehen wie bei der Dreieckslenker-Aufhängungsstruktur.
Stattdessen ist die Aufhängungsstruktur
modellierbar durch eine Doppel-Querlenker-Aufhängungsstruktur (Double-Wishbone-Aufhängung).
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In
anderen Worten sind bei der Aufhängungsstruktur
gemäß der zweiten
Ausführungsform vorgesehen:
ein Element, welches einen oberen Abschnitt eines Achsschenkels
derart stützt,
wobei das Element, obwohl nicht als solcher bezeichnet, einen oberen
Arm darstellt, und ein Element, welches einen unteren Abschnitt
des Achsschenkels in Querrichtung abstützt, wobei das Element, obwohl
nicht als solcher bezeichnet, einen unteren Arm darstellt. Bei dieser
Struktur wird die Vorder- und Hinterradaufhängungsstruktur gemäß folgender
Formel 2 bestimmt.
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Formel 2
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- 'Länge des
Elements, das dem unteren Arm des Vorderrads entspricht/Länge des
Elements, das dem oberen Arm des Vorderrads entspricht < Länge des Elements,
das dem unteren Arm des Hinterrads entspricht/Länge des Elements, das dem oberen
Arm des Hinterrads entspricht'
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Wie
aus Formel 2 ersichtlich, ist diese Aufhängung derart, dass das Verhältnis der
Länge des Elements,
dass dem unteren Arm des Vorderrads entspricht, zur Länge des
Elements, das dem oberen Arm des Vorderrads entspricht, kleiner
ist als das Verhältnis
der Länge
des Elements, das dem unteren Arm des Hinterrads entspricht, zur
Länge des
Elements, das dem oberen Arm des Hinterrads entspricht. Dadurch
bewegt sich, wenn das Fahrzeug wankt, die Vorderseite der Kraftfahrzeugkarosserie stärker nach
unten als es die Hinterseite der Kraftfahrzeugkarosserie tut.
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Bei
der dritten Ausführungsform
der Erfindung hat die Aufhängungsstruktur
ein Bein (radführendes
Bein), d. h. wie z.B. ein MacPherson-Federbein, wobei das Bein ein
Element darstellt, das einem oberen Arm entspricht.
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In
diesem Falle ist die Länge
des jeweiligen oberen Arms im Prinzip fast unendlich größer als
die Länge
des jeweils zugeordneten unteren Arms der Vorder- und Hinterräder, so
dass diese Aufhängungsstruktur
nach der folgenden Formel 3 bestimmt wird.
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Formel 3
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- 'Länge des
Elements, das dem unteren Arm des Vorderrads entspricht < Länge des
Elements, dass dem unteren Arm des Hinterrads entspricht)
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Wie
aus Formel 3 ersichtlich, wenn der obere Arm der jeweiligen Vorder-
und Hinterradaufhängung als
(radführendes)
Bein vorgesehen ist, ist die Länge des
oberen Arms im Wesentlichen unendlich lang, so dass die Struktur
der jeweiligen Aufhängung
vom unteren Arm bestimmt wird.
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Mit
anderen Worten ist hierbei der die Aufhängungsstruktur bestimmende
Faktor der untere Arm, wobei die Struktur derart ist, dass die Länge des dem
unteren Arm des Hinterrads entsprechenden Elements größer ist
als die Länge
des dem unteren Arm des vorderen Rads entsprechenden Elements. Auch
hierbei senkt sich die Vorderseite der Fahrzeugkarosserie stärker ab
als es die Hinterseite der Fahrzeugkarosserie tut, wenn das Fahrzeug
wankt.
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Bei
einer vierten Ausführungsform,
ist ein einem unteren Arm entsprechendes Element als ein Bein (radführendes
Bein) vorgesehen, wie z.B. ein MacPherson-Federbein. Das heißt, wie bei
der dritten Ausführungsform
ist das betreffende Element als radführendes Bein vorgesehen, jedoch
hier als unterer Arm und nicht wie bei 3 als dem
oberen Arm entsprechendes Element. Damit ist nunmehr gemäß der 4.
Ausführungsform
die Länge
des jeweiligen unteren Arms im Wesentlichen unendlich lang verglichen
mit der Länge
der oberen Arme der Vorder- und Hinterräder; die vierte Ausführungsform
wird gemäß Formel
4 eingestellt.
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Formel 4
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- 'Länge des
dem oberen Arm des Vorderrads entsprechenden Elements > Länge des dem oberen Arm des Hinterrads
entsprechenden Elements'
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Wie
aus Formel 4 ersichtlich, ist im Falle, dass der untere Arm der
Vorder- und Hinterradaufhängungsstruktur
als radführendes
Bein vorgesehen ist, der untere Arm im Wesentlichen unendlich länger, so
dass die Aufhängungsstruktur
vom oberen Arm bestimmt wird.
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In
anderen Worten ist der obere Arm der die Aufhängungsstruktur bestimmende
Faktor, wobei die Struktur derart ist, dass die Länge des
dem oberen Arm des Hinterrads entsprechenden Elements kleiner ist
als die Länge
des dem oberen Arm des Vorderrads entsprechenden Elements. Auch
in diesem Falle senkt sich die Vorderseite der Kraftfahrzeugkarosserie
stärker
ab als die Hinterseite der Kraftfahrzeugkarosserie, wenn das Fahrzeug
wankt.
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3 zeigt
die Bewegung des Wankzentrums beim Wanken, wenn ein Kraftfahrzeug
mit der Aufhängungsstruktur
gemäß der Erfindung
ausgestattet ist.
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Wie
aus dem in 3 gezeigten Schaubild ersichtlich
ist, wenn das Fahrzeug, gesehen von vorne, eine Rechtskurve fährt, wankt
das Fahrzeug in Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn, d.h. nach links.
Das Wankzentrum der Vorderradaufhängung bewegt sich zur rechten
Seite (Kurveninnenseite), wenn die Kraftfahrzeugkarosserie wankt,
und das Wankzentrum der Hinterradaufhängung bewegt sich nach links
(Kurvenaußenseite),
wenn das Fahrzeug wankt.
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Andersherum,
wenn das Fahrzeug gemäß 3 eine
Linkskurve fährt,
wankt die Fahrzeugkarosserie in Uhrzeigerrichtung, wobei das Wankzentrum
der Vorderradaufhängung
sich nach links (Kurveninnenseite) verlagert, wenn die Kraftfahrzeugkarosserie
wankt, und wobei sich das Wankzentrum der Hinterradaufhängung nach
rechts (Kurvenaußenseite)
verlagert, wenn die Kraftfahrzeugkarosserie wankt.
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4 zeigt
schematisch die Nickbewegung beim Wanken des Kraftfahrzeugs ausgestattet
mit der erfindungsgemäßen Aufhängung.
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Wenn
das Kraftfahrzeug nach rechts oder nach links rollt ändert sich
der Rollwinkel von Null zu einem positiven bzw. zu einem negativen
Wert, wobei der Nickwinkel stets positiv ansteigt unabhängig davon,
ob der Wankwinkel ins Positive oder ins Negative hin steigt. Mit
anderen Worten neigt sich die Fahrzeugkarosserie stets nach vorne,
wenn das Fahrzeug wankt.
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Wie
aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich ist, besteht ein
Vorteil der Aufhängungsstruktur
der Vorder- und Hinterräder
eines Kraftfahrzeugs gemäß der Ausführungsform
der Erfindung darin, dass sich das Kraftfahrzeug beim Wanken gleichzeitig
nach vorne neigt, wodurch das Wanken und die Kurven/Manöver-Stabilität des Kraftfahrzeugs
verbessert sind.