DE19518154A1 - Aufhängungssystem für ein lenkbares Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Aufhängungssystem für ein lenk- bzw. steuerbares Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs und insbesondere auf ein Aufhängungssystem zur Bildung einer imaginären Achsschenkelbolzen­ achse zwecks Optimierung der geometrischen Eigenschaften der Fahrzeu­ glenkung, Erhöhung der Sicherheit infolge der Bildung einer imaginären Verbindung und der Minimierung des Schwankungsverhältnisses der Hö­ he eines Rollzentrums, Erhöhung des Freiheitsgrads des Layouts bezüg­ lich einer Änderung des Winkels des Radsturzes und der Reifenlauffläche, sowie zur Erhöhung der Fahrsicherheit durch Herabsetzung eines Monta­ gepunkts des Stoßdämpfers und einer Motorhaube.

Die primären Funktionen eines Radaufhängungssystems sind die folgen­ den:

• 1) Es soll eine vertikale Nachgiebigkeit vorhanden sein, so daß die Rä­ der einer unebenen Straße folgen können. Dabei soll mit anderen Worten das Fahrzeugchassis gegenüber der Rauhigkeit der Straße isoliert sein.
• 2) Geeignete Lenk- und Radsturzstellungen bezüglich der Straßenober­ fläche sollen aufrechterhalten bleiben.
• 3) Das Radaufhängungssystem soll auf Steuerkräfte reagieren können, die durch Reifenlängsbeschleunigungen und Bremskräfte, Lateralkräfte sowie durch Brems- und Antriebsmomente erzeugt werden.
• 4) Das Radaufhängungssystem soll einem Rolleffekt des Fahrzeugchas­ sis entgegenwirken.
• 5) Dieses System soll ferner die Reifen in Kontakt mit der Straße halten, und zwar mit minimalen Lastschwankungen.

Die herkömmlichen Designs von Aufhängungssystemen für lenkbare Rä­ der eines Kraftfahrzeugs sind vom Wishbone-Typ oder vom MacPherson- Typ. Die Fig. 5A und 5B zeigen ein konventionelles Radaufhängungs­ system vom MacPherson-Typ mit einem Radträger 100, einer einen Stoß­ dämpfer 102 und eine Feder 103 aufweisenden Verstrebung 104, einem unteren Arm 106 und einer Kugelgelenkverbindung 108. Die Verstrebung von MacPherson ist im wesentlichen dann vorteilhaft im Hinblick auf die Raumausnutzung, wenn ein querstehender Motor zum Einbau kommt.

Ist der in Fig. 5B gezeigte Versatz A klein, so werden Gelenke und Achs­ schenkelbolzen geringer belastet und die Tendenz, daß die Spur während des Fahrens verlassen wird, nimmt ebenfalls ab. Um den Versatz A zu ver­ ringern oder negativ (-) zu machen, kann ein Stützpunkt 110 der Verstre­ bung 104 in Richtung zur Seite des Maschinenraums verschoben werden, oder es kann alternativ dazu die Kugelgelenkverbindung 108 In Richtung zur Außenseite des Rades verschoben werden. Im zuerst genannten Fall verringert sich allerdings das effektive Volumen des Maschinenraums und der Winkel α des Achsschenkelbolzens wird zu groß. Dies wirkt sich nach­ teilig auf das Kurvenverhalten des Kraftfahrzeugs aus. Im zuletzt genann­ ten Fall ergeben sich demgegenüber bei der Verschiebung der Kugelge­ lenkverbindung in Richtung des Rades andere Schwierigkeiten, da jetzt die Bremsscheibe im Wege stehen kann.

Die Fig. 6A und 6B zeigen ein konventionelles Aufhängungssystem 128 vom Wishbone-Typ. Es enthält obere und untere Arme 120 und 122, einen Achsschenkel 124, einen Stoßdämpfer 126 und Kugelgelenkverbin­ dungen 130 und 132 zur jeweiligen Verbindung des oberen und unteren Arms mit dem Achsschenkel 124. Beim Radaufhängungssystem nach Wishbone treten dieselben Probleme auf wie beim System nach MacPher­ son, wenn der Versatz A kleiner oder negativ (-) gemacht werden soll.

Wie oben beschrieben, kann bei den konventionellen Radaufhängungssy­ stemen nach MacPherson und Wishbone der Winkel α des Achsschenkel­ bolzens nur in einem relativ kleinen Bereich eingestellt werden, so daß es eine Grenze hinsichtlich der Verbesserung der Funktion dieser Aufhän­ gungssysteme gibt. Das Vor- und Zurückprellen des Rades wird darüber hinaus von einer kurzen Steuerverbindung beeinflußt, so daß sich eine re­ lativ große Schwankungsrate der Höhe des Rollzentrums ergibt. Dies wirkt sich nachteilig auf die Fahrstabilität aus. Da ferner die Anzahl der Verbin­ dungen des Aufhängungssystems gering ist, lassen sich auf das Fahrzeug­ chassis wirkende Stöße nicht so gut über einen weiten Bereich verteilen, so daß sich keine so gute Stoßabsorptionsfähigkeit ergibt. Dies führt zu ei­ nem schlechten Fahrkomfort und auch zu einer verringerten Fahrsicher­ heit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Probleme zu überwinden und ein Aufhängungssystem für ein lenkbares Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, das zu einer verbesserten Fahrsicher­ heit führt, und zwar durch Bildung einer imaginären Achsschenkelbolzen­ achse, und durch das sich das Schwankungsverhältnis der Höhe des Roll­ zentrums reduzieren läßt. Ferner sollen größere Freiheitsgrade bei der Einstellung der Achsschenkelbolzenachse und bei der Änderung des Rad­ sturzes und der Reifenlauffläche erzielt werden. Nicht zuletzt soll die Fahrsicherheit dadurch erhöht werden, daß der Montage- bzw. Befesti­ gungspunkt des Stoßdämpfers und die Motorhaube abgesenkt werden.

Die Lösung der gestellten Aufgaben findet sich im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein Aufhängungssystem für ein lenkbares Antriebsrad eines Kraftfahr­ zeugs enthält in Übereinstimmung mit der Erfindung folgendes: einen Radträger zur drehbaren Aufnahme eines Rades; einen äußeren oberen Steuerarm mit einem ersten Ende, das schwenkbar mit dem Radträger ge­ koppelt ist, sowie mit einem zweiten Ende; einen inneren oberen Steu­ erarm mit einem ersten Ende, das gelenkig mit dem zweiten Ende des äu­ ßeren oberen Steuerarms verbunden ist, sowie mit einem zweiten Ende, das mit einem Teilrahmen gekoppelt ist; einen unteren Steuerarm mit einem vorderen Steuerarm und einem hinteren Steuerarm, die jeweils ein unteres Ende des Radträgers zum einen mit dem Teilrahmen und zum an­ deren mit dem Fahrzeugchassis verbinden; ein Verbindungsstück mit ei­ nem oberen Ende, das mit einem mittleren Bereich des äußeren oberen Steuerarms gekoppelt ist, und mit einem unteren Ende, das mit dem unte­ ren Steuerarm gekoppelt ist; sowie eine Verstrebungs- bzw. Dämpfungs­ einrichtung zur Absorption von Vibrationen und Stößen in Aufwärts- und Abwärtsrichtung, wobei die Verstrebungseinrichtung einen Stoßdämpfer und eine Feder aufweist und ein unteres Ende der Verstrebungseinrich­ tung auf einer oberen Fläche des äußeren oberen Steuerarms positioniert ist, während ein oberes Ende der Verstrebungseinrichtung durch eine Trageinrichtung des Teilrahmens gestützt bzw. gehalten wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das obere Ende des Verbin­ dungsstücks näher am Rad angeordnet als das untere Ende des Verbin­ dungsstücks.

Nach einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Punkt, in welchem sich eine Gerade, die durch den Verbindungspunkt zwischen dem äußeren oberen Steuerarm und dem Radträger einerseits und durch den Verbindungspunkt zwischen dem unteren Steuerarm und dem Radträger andererseits hindurchläuft, mit einer Verlängerung des Verbindungs­ stücks schneidet, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des äußeren oberen Steuerarms bezüglich des Radträgers und des Verbindungsstücks.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung nä­ her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Radaufhängungssystems für ein lenkbares Antriebsrad eines Kraftfahr­ zeugs;

Fig. 2 eine Rückansicht des Aufhängungssystems nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Aufhängungssystems nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfin­ dungsgemäßen Radaufhängungssystems;

Fig. 5A und 5B ein konventionelles Radaufhängungssystem nach MacPherson; und

Fig. 6A und 6B ein konventionelles Radaufhängungssystem nach Wishbone.

Im nachfolgenden wird ein Radaufhängungssystem nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung genauer beschrieben. Dabei sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Entsprechend den Fig. 1 bis 3 gehört zum Radaufhängungssystem ein Radträger 2, der ein Rad 1 drehbar trägt (siehe Fig. 2), wie dies auch beim Stand der Technik der Fall ist. Der Radträger 2 weist ein Durchgangsloch 20 auf, durch das eine Antriebswelle hindurchläuft.

Ein Lenkarm 21 erstreckt sich ausgehend vom Radträger 2 nach hinten, während eine Spurstange 22 über eine Kugelgelenkverbindung 61 mit dem Lenkarm 21 verbunden ist, um eine Lenkung des Rades 1 zu ermöglichen.

Weiterhin ist ein äußerer oberer Steuerarm 3 mit seinem einen Ende über eine Kugelgelenkverbindung 30 mit dem Radträger 2 verbunden und mit seinem anderen Ende mit einem Ende eines inneren oberen Steuerarms 4, und zwar über eine elastische Hülse 40 bzw. Muffe.

Das andere Ende des inneren oberen Steuerarms 4 ist schwenkbar mit ei­ nem Teilrahmen 8 gekoppelt, und zwar über eine elastische Hülse 41 bzw. Lagerbuchse.

Ein unterer Steuerarm 5 verbindet das untere Ende des Radträgers 2 mit dem Teilrahmen 8 des Fahrzeugchassis und weist einen vorderen Steu­ erarm 50 und einen hinteren Steuerarm 51 auf. Radseitige Enden des vor­ deren Steuerarms 50 und des hinteren Steuerarms 51 sind jeweils über Kugelgelenkverbindungen 52 und 53 mit dem Radträger 2 gekoppelt. Ein chassisseitiges Ende des vorderen Steuerarms 50 ist dagegen schwenkbar mit dem Teilrahmen 8 gekoppelt, und zwar über eine elastische Verbin­ dungsmuffe 54. Das fahrzeugseitige Ende des hinteren Steuerarms 51 Ist schwenkbar mit dem Fahrzeugchassis über eine elastische Muffe bzw. Hülse 55 gekoppelt.

Ein Zwischenglied bzw. Verbindungsstück 6 verbindet den äußeren obe­ ren Steuerarm 3 mit dem unteren Steuerarm 5. Ein Ende des Verbindungs­ stücks 6 Ist mit einem mittleren Teil des äußeren oberen Steuerarms 3 über eine elastische Muffe 60 verbunden, während das andere Ende des Verbindungsstücks 6 mit dem vorderen unteren Steuerarm 50 über eine elastische Muffe 61 verbunden ist.

Eine Verstrebung 7 dient zur Absorption von Vibrationen und Stößen in Aufwärts- und Abwärtsrichtung und enthält einen Stoßdämpfer 70 und ei­ ne Feder 71. Die Feder 71 ist als helische Feder ausgebildet und umgibt den Stoßdämpfer 70. Das untere Ende der Verstrebung 7 ist auf der oberen Fläche des äußeren oberen Steuerarms 3 positioniert bzw. stützt sich auf dieser ab, während das obere Ende der Verstrebung von einem Trägerteil 80 des Tellrahmens 8 getragen wird.

Die Größe der Verschiebung der Verstrebung ist somit kleiner als die Auf­ wärts- und Abwärtsbewegung des Rades 1.

Die Wirkungsweise des Radaufhängungssystems nach der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 genauer beschrieben.

In Fig. 4 ist jeder Verbindungspunkt von Armen mit Bezugszeichen P1, P2, P3, . . . , P7 versehen, so daß eine leichtere Beschreibung möglich ist.

Prellt das Rad und schlägt es zurück oder tritt ein Rollen des Fahrzeug­ chassis auf, so wird der Punkt P1, der den inneren oberen Steuerarm 4 mit dem Fahrzeugchassis verbindet, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des in­ neren oberen Steuerarms 4 bezüglich des Fahrzeugchassis, während der Punkt P4, der den unteren Steuerarm 5 mit dem Fahrzeugchassis verbin­ det, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des unteren Steuerarms 5 bezüg­ lich des Fahrzeugchassis wird. Der Punkt P2, der den inneren oberen Steu­ erarm 4 mit dem äußeren oberen Steuerarm 3 verbindet, wird ein Momen­ tan- bzw. Drehzentrum des äußeren oberen Steuerarms 3 bezüglich des inneren oberen Steuerarms 4. Dagegen werden die Punkte P3 und PS Mo­ mentan- bzw. Drehzentren des Rades 1, und zwar jeweils bezüglich des in­ neren oberen Steuerarms 4 und des unteren Steuerarms 5.

Ein Punkt C1 wird durch den Schnittpunkt zweier Linien bzw. Geraden er­ halten, von denen die eine Gerade durch die Punkte P3 und P5 hindurch­ läuft, während die andere Gerade durch die Punkte P6 und P7 hindurch­ läuft. Dieser Punkt C1 wird ein Momentan- bzw. Drehzentrum des äußeren oberen Steuerarms 3 bezüglich des Radträgers 2 und des Verbindungs­ stücks 6. Ferner existiert ein Punkt C2, der durch den Schnittpunkt zweier Geraden erhalten wird, von denen die eine durch die Punkte C1 und P4 hindurchläuft, während die andere durch die Punkte P2 und P1 hindurch­ läuft. Dieser Punkt C2 wird dann ein Momentan- bzw. Drehzentrum des Verbindungsstücks 6 bezüglich des Fahrzeugchassis.

Es bildet sich somit ein Momentan- bzw. Drehzentrum des Rades 1 bezüg­ lich des Fahrzeugchassis an einem Punkt C3 aus, wo sich die Gerade, die durch die Punkte P3 und C2 hlndurchläuft, mit der Geraden schneidet, die durch die Punkte P5 und P4 hindurchläuft.

Das bedeutet, daß im Ergebnis diejenige Gerade, die die Punkte P3 und C3 miteinander verbindet, einen imaginären Schwingarm S bildet, also einen Imaginären oberen Steuerarm.

Da gemäß Fig. 4 die Länge des imaginären oberen Steuerarms P3, C3 sehr stark vergrößert ist, wird der Drehwinkel des imaginären oberen Steu­ erarms P3, C3 bei den Auf- und Abbewegungen des Momentan- bzw. Dreh­ zentrums sehr eng bzw. klein.

Aus diesem Grunde wird das Schwankungsverhältnis der Höhe des Mo­ mentan- bzw. Drehzentrums C3 relativ stark minimiert. Das bedeutet, daß auch das Schwankungsverhältnis der Höhe H eines Rollzentrums RC sehr klein wird, wobei das Rollzentrum RC dort liegt, wo sich eine vertikale Zen­ trumslinie CL des Fahrzeugchassis mit einer Geraden schneidet, die das Momentan- bzw. Drehzentrum C3 mit dem Erdkontaktpunkt des Rades 1 verbindet. Eine geringe Schwankung der Höhe des Rollzentrums RC führt zu einer erhöhten Fahrsicherheit.

Wie die Fig. 1 weiter erkennen läßt, verbindet eine imaginäre Linie bzw. Gerade die Kugelgelenkverbindung 30 mit einem Punkt, wo sich zwei wei­ tere Geraden schneiden. Eine dieser Geraden ist eine Verlängerung des vorderen unteren Steuerarms 50, während die andere dieser Geraden eine Verlängerung des hinteren unteren Steuerarms 51 ist. Die genannte ima­ ginäre Gerade stellt somit einen imaginären Achsschenkelbolzen K dar. Es ist somit möglich, den Achsschenkelbolzenversatz O oder negativ zu ma­ chen, was ebenfalls zu einer Verbesserung der Fahrsicherheit führt.

Wie oben beschrieben, werden das Roll- bzw. Wankzentrum, der Radsturz und die Radlauffläche durch eine Mehrzahl von Armen oder Verbindungen definiert, so daß sich Änderungen hinsichtlich der Stellung des Achs­ schenkelbolzens, des Radsturzes oder der Reifenlauffläche leicht vorneh­ men lassen, um das lenkbare Rad auszurichten.

Claims (7)

1. Aufhängungssystem für ein lenkbares Antriebsrad eines Kraftfahr­ zeugs, mit

• - einem Radträger (2) zur drehbaren Aufnahme eines Rades (1);
• - einem äußeren oberen Steuerarm (3) mit einem ersten Ende, das drehbar mit dem Radträger (2) verbunden ist, und mit einem zweiten Ende;
• - einem inneren oberen Steuerarm (4) mit einem ersten Ende, das drehbar mit dem zweiten Ende des äußeren oberen Steuerarms (3) verbun­ den ist, und mit einem zweiten Ende, das mit einem Teilrahmen (8) verbun­ den ist;
• - einem unteren Steuerarm mit einem vorderen Steuerarm (50) und ei­ nem hinteren Steuerarm (51), durch die jeweils ein unteres Ende des Rad­ trägers (2) mit dem Teilrahmen (8) und mit einem Fahrzeugchassis verbun­ den sind;
• - einem Verbindungsstück (6) mit einem oberen Ende, das mit einem mittleren Bereich des äußeren oberen Steuerarms (3) gekoppelt ist, und mit einem unteren Ende, das mit dem unteren Steuerarm (5) gekoppelt ist; und
• - einer Verstrebungseinrichtung (7) zur Absorption von Vibrationen und Stößen in Aufwärts- und Abwärtsrichtung, die einen Stoßdämpfer (70) und eine Feder (71) enthält, wobei ein unteres Ende der Verstrebungs­ einrichtung (7) auf einer oberen Fläche des äußeren oberen Steuerarms (3) positioniert ist, während ein oberes Ende der Verstrebungseinrichtung (7) durch ein Trägerteil (80) des Teilrahmens (8) abgestützt ist.

2. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das obere Ende des Verbindungsstücks (6) dichter am Rad (1) liegt als das untere Ende des Verbindungsstücks (6).

3. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Punkt (C1), in welchem sich eine Gerade, die durch den Ver­ bindungspunkt (P3) des äußeren oberen Steuerarms (3) mit dem Radträger (2) einerseits und durch den Verbindungspunkt des unteren Steuerarms (5) mit dem Radträger (2) andererseits hindurchläuft, mit einer Geraden schneidet, die eine Verlängerung des Verbindungsstücks (6) ist, ein Mo­ mentan- bzw. Drehzentrum des äußeren oberen Steuerarms (3) bezüglich des Radträgers (2) und des Verbindungsstücks (6) ist.

4. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Punkt (C2), in welchem sich eine Verlängerung des inneren oberen Steuerarms (4) mit einer Geraden schneidet, die durch ein Momen­ tan- bzw. Drehzentrum (C1) des äußeren oberen Steuerarms (3) bezüglich des Radträgers (2) und des Verbindungsstücks (6) sowie ferner durch ei­ nen Verbindungspunkt (P4) des unteren Steuerarms (5) mit dem Fahr­ zeugchassis hindurchläuft, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des Verbin­ dungsstücks (6) bezüglich des Fahrzeugchassis ist.

5. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Punkt (C3), in welchem sich eine Gerade, die durch den Ver­ bindungspunkt (P3) des äußeren oberen Steuerarms (3) mit dem Radträger (2) einerseits und durch den Punkt des Momentan- bzw. Drehzentrums (C2) des äußeren oberen Steuerarms (3) bezüglich des Radträgers (2) und des Verbindungsstücks (6) andererseits hindurchläuft, mit einer Verlän­ gerung des unteren Steuerarms (5) schneidet, ein Momentan- bzw. Dreh­ zentrum des Rades (1) bezüglich des Fahrzeugchassis ist.

6. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Rollzentrum (RC) an einem Punkt liegt, wo sich die Verbin­ dungsgerade zwischen einem Erdkontaktbereich des Rades (1) und dem Momentan- bzw. Drehzentrum (C3) des Rades bezüglich des Fahrzeug­ chassis mit einer vertikalen Zentrumslinie des Fahrzeugchassis schnei­ det.

7. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß eine imaginäre Linie zwischen einem Verbindungspunkt des äu­ ßeren oberen Steuerarms (3) und dem Radträger (2) einerseits und einem Punkt andererseits, in welchem sich eine Verlängerung des vorderen Steu­ erarms (50) mit einer Verlängerung des hinteren Steuerarms (51) schnei­ det, einen imaginären Achsschenkelbolzen bildet.