DE10360976B4 - Aufhängungsstruktur von Vorder- und Hinterrädern eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Aufhängungsstruktur von Vorder- und Hinterrädern eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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Abstract

Vorderrad- und Hinterrad-Aufhängungsstruktur eines Kraftfahrzeugs, wobei die Struktur jeweils an einem jeweiligen Vorderrad (11a, 11b) und einem jeweiligen Hinterrad (31a, 31b) aufweist: ein erstes Element (12a, 12b; 32a, 32b), das einen oberen Abschnitt eines Achsschenkels in Querrichtung abstützt, und ein zweites Element (14a, 14b; 34a, 34b), das einen unteren Abschnitt des Achsschenkels in Querrichtung abstützt, wobei das Verhältnis der Länge des zweiten Elements (14a, 14b) relativ zur Länge des ersten Elements (12a, 12b) am jeweiligen Vorderrad (11a, 11b) kleiner ist als das Verhältnis der Länge des zweiten Elements (34a, 34b) relativ zur Länge des ersten Elements (32a, 32b) am jeweiligen Hinterrad (31a, 31b).

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
    •
  • Durch die Erfindung wird eine Aufhängungsstruktur für die Vorderund Hinterräder eines Kraftfahrzeugs geschaffen, mit welcher die Manövrier- und Fahrstabilität des Automobils verbessert wird.
  • 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.
  • 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.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
    •
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
  • 1 und 2 schematische Darstellungen einer Aufhängungsstruktur von Vorder- und Hinterrädern eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
  • 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
  • 4 ein Schaubild zur Darstellung der Nickbewegung des Kraftfahrzeugs bei Anwendung der erfindungsgemäßen Aufhängungsstruktur für Vorder- und Hinterräder.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zusätzlich steigt auch die Höhe des Wankzentrums an, um einen Aufbock- bzw. Anhebeffekt zu verstärken, wodurch die Kraftfahrzeugkarosserie 30 zu einer Aufwärtsbewegung tendiert.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand weiterer Ausführungsbeispiele beschrieben.
  • 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.
  • 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.
  • Formel 1
    • 'Länge des unteren Arms des Vorderrads/Länge des oberen Arms des Vorderrads < Länge des unteren Arms des Hinterrads/Länge des oberen Arms des Hinterrads'
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • Formel 2
    • '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'
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Formel 3
    • 'Länge des Elements, das dem unteren Arm des Vorderrads entspricht < Länge des Elements, dass dem unteren Arm des Hinterrads entspricht)
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Formel 4
    • 'Länge des dem oberen Arm des Vorderrads entsprechenden Elements > Länge des dem oberen Arm des Hinterrads entsprechenden Elements'
  • 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.
  • 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.
  • 3 zeigt die Bewegung des Wankzentrums beim Wanken, wenn ein Kraftfahrzeug mit der Aufhängungsstruktur gemäß der Erfindung ausgestattet ist.
  • 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.
  • 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.
  • 4 zeigt schematisch die Nickbewegung beim Wanken des Kraftfahrzeugs ausgestattet mit der erfindungsgemäßen Aufhängung.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. Vorderrad- und Hinterrad-Aufhängungsstruktur eines Kraftfahrzeugs, wobei die Struktur jeweils an einem jeweiligen Vorderrad (11a, 11b) und einem jeweiligen Hinterrad (31a, 31b) aufweist: ein erstes Element (12a, 12b; 32a, 32b), das einen oberen Abschnitt eines Achsschenkels in Querrichtung abstützt, und ein zweites Element (14a, 14b; 34a, 34b), das einen unteren Abschnitt des Achsschenkels in Querrichtung abstützt, wobei das Verhältnis der Länge des zweiten Elements (14a, 14b) relativ zur Länge des ersten Elements (12a, 12b) am jeweiligen Vorderrad (11a, 11b) kleiner ist als das Verhältnis der Länge des zweiten Elements (34a, 34b) relativ zur Länge des ersten Elements (32a, 32b) am jeweiligen Hinterrad (31a, 31b).
  2. Aufhängungsstruktur nach Anspruch 1, wobei, falls die jeweiligen ersten Elemente (12a, 12b; 32a, 32b) an den Vorder- und Hinterrädern (11a, 11b; 31a, 31b) als radführende Beine vorgesehen sind, die Länge des jeweiligen zweiten Elements (14a, 14b) an den Vorderrädern (11a, 11b) kleiner ist als die Länge des jeweiligen zweiten Elements (34a, 34b) an den Hinterrädern (31a, 31b).
  3. Aufhängungsstruktur nach Anspruch 1, wobei im Falle, dass die zweiten Elemente (14a, 14b; 34a, 34b) an den Vorder- und Hinterrädern (11a, 11b; 31a, 31b) jeweils als radführende Beine vorgesehen sind, die Länge des ersten Elements (12a, 12b) am jeweiligen Vorderrad (11a, 11b) größer ist als die Länge des ersten Elements (32a, 32b) am jeweiligen Hinterrad (31a, 31b).
  4. Aufhängungsstruktur nach Anspruch 1, wobei das erste Element ein oberer Arm (12a, 12b; 32a, 32b) ist und wobei das zweite Element ein unterer Arm (14a, 14b; 34a, 34b) ist.
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