DE3809278B4 - Radaufhängung für ein steuerbares Rad eines Fahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Radaufhängung für ein steuerbares Rad eines Fahrzeugs, umfassend einen Radträger (2), der das Rad (1) drehbar lagert, das seinerseits einen Reifen aufweist, ferner zwei Paar seitlicher Lenker (6, 7, 8, 9), deren eines Paar (6, 7) über dem anderen Paar (8, 9) angeordnet ist, und die gelenkig an einem oberen bzw, unteren Bereich des Radträgers (2) mit ihren ersten Enden (6a, 7a bzw. 8a, 9a) angreifen, und gelenkig mit ihren zweiten Enden (6b, 7b bzw. 8b, 9b) an der Fahrzeugkarosserie angreifen, um sowohl ein Steuern als auch eine vertikale Bewegung des Radträgers zuzulassen, wobei
1.1 der zweite untere Lenker eines jeden Lenkerpaares unter einem gewissen Winkel zum ersten Lenker verläuft;
1.2 der erste obere Lenker eines jeden Lenkerpaares zwischen den Richtungen der unteren Lenker verläuft, und der zweite obere Lenker eine entgegengesetzte Richtung aufweist;
1.3 die inneren (zweiten) Enden eines jeden Lenkerpaares in Fahrzeuglängsrichtung miteinander ausgerichtet sind;...
1.1 der zweite untere Lenker eines jeden Lenkerpaares unter einem gewissen Winkel zum ersten Lenker verläuft;
1.2 der erste obere Lenker eines jeden Lenkerpaares zwischen den Richtungen der unteren Lenker verläuft, und der zweite obere Lenker eine entgegengesetzte Richtung aufweist;
1.3 die inneren (zweiten) Enden eines jeden Lenkerpaares in Fahrzeuglängsrichtung miteinander ausgerichtet sind;...
Description
- Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein steuerbares Rad eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Bei herkömmlichen Radaufhängungen für ein steuerbares Rad ist der Lenker, der ein Rad trägt, üblicherweise an seinem oberen und unteren freien Ende gelenkig befestigt, und zwar beispielsweise an den freien Enden eines Paares von A-Armen, die ihrerseits gelenkig am Fahrzeugkörper an ihren Basisenden angreifen, so dass eine vertikale Bewegung und eine Steuerwirkung des Rades zustande kommen. Bei einer solchen Radaufhängung lässt sich ein imaginärer Achszapfen (king pin) als Linie definieren, die den oberen und den unteren Gelenkpunkt des Lenkers miteinander verbindet. Das Rad wird um diesen imaginären Achszapfen gesteuert. Da jedoch das Zentrum der Lauffläche (tread contact surface) des Rades und der Schnittpunkt zwischen dem imaginären Achszapfen und der Lauffläche im Allgemeinen nicht miteinander zusammenfallen, wird normalerweise das sogenannte selbstausrichtende Moment erzeugt, das dazu neigt, das Rad wieder in eine geradlinige Vorwärtsposition zu verbringen.
- Wird ein manuelles Steuersystem verwendet, so wird natürlich das selbstausrichtende Moment auf das Steuerrad übertragen und gibt dem Fahrer das notwendige Fahrgefühl. Selbst bei Anwendung einer Servolenkung wird die Reaktionskraft, die die Räder von der Straße her bekommen, von den gesteuerten Rädern auf das Steuerrad übertragen, so dass auch hierbei dem Fahrer ein Gefühl für den Zustand der gesteuerten Räder übermittelt wird, und er das Fahrzeug leichter handhaben kann. In jedem Falle muss dieses selbstausrichtende Moment in bewältigbarem Maße kontrolliert werden; es sollte mit Veränderung des Steuerwinkels weder abrupt steigen noch fallen.
- Im Falle steuerbarer Hinterräder eines Fahrzeuges, das mit einem Vierrad-Steuersystem ausgerüstet ist, bei welchem das Verhältnis des Steuerwinkels der Hinterräder zum Steuerwinkel der Vorderräder in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder dem Steuerwinkel der Vorderräder verändert wird, kann das selbstausrichtende Moment auf äußerst komplexe Weise Veränderungen unterliegen, ohne dass dies irgendwelche Vorteile hat. In diesem Falle ist es wünschenswert, das selbstausrichtende Moment völlig auszuschalten, falls dies möglich ist.
- Ist der Achszapfen oder Achsschenkelbolzen (king pin), sei dieser wirklich existierend oder nur imaginär, ein fester, sowie dies bei den meisten herkömmlichen Radaufhängungen der Fall ist, so lässt sich das selbstausrichtende Moment dadurch leicht eliminieren, dass man den Achszapfen durch das Zentrum der Laufkontaktfläche des Rades hindurchgehen lässt. Ist dies jedoch aufgrund anderer Überlegungen nicht möglich, so lässt sich das selbstausrichtende Moment nicht in den Griff bekommen.
- Ferner ist ein nicht dokumentiertes Aufhängesystem mit zwei Paar seitlicher Verbindungsglieder bekannt geworden, die mit dem oberen beziehungsweise unteren Teil des Lenkers verbunden sind. Hierbei lassen sich die verschiedenen Parameter des Aufhängungssystemes ändern und es lassen sich günstige Einstellwerte für den Radsturz (camber angle), den Spurwinkel (toe angle) und den Nachlaufwinkel (caster angle), falls gewünscht erzielen. Da jedoch der imaginäre Achszapfen dazu neigt, sich mit Veränderungen des Steuerwinkels zu. bewegen, so neigt die resultierende Änderung des selbstausrichtenden Momentes oder der Kraft zum Aufrechterhalten eines Steuerwinkels zu sehr starken Schwankungen, oder verhält sich in einer sehr komplizierten Weise und lässt sich nicht in den Griff bekommen. Eine günstige Anordnung solcher zeitlicher Verbindungsglieder ist in
DE 37 44 304 A1 beschrieben. -
DE 35 09 145 A1 beschreibt eine Aufhängung, bei welcher durch die konkrete Anordnung der Einzellenker sowie durch deren definierte Anlenkung am Radträger eine Änderung des Nachlaufs beim Lenkvorgang erreicht werden kann. Zu einer Vergrößerung des Nachlaufs gibt die Schrift keine Anregungen. -
DE 19 38 850 B2 beschreibt eine Aufhängung, bei welcher durch die Auflösung der oberen und unteren Lenker einer Doppelquerlenkerachse in Einzellenker die ideelle Schwenkachse festlegbar ist. Damit können die für das Fahrverhalten maßgeblichen Parameter ohne gegenseitige Beeinträchtigung ausgelegt werden. -
US 43 27 927 beschreibt eine Aufhängung, bei welcher sich der Stoßdämpfer auf einem unteren Querlenker abstützt. - Diese bekannten Aufhängungen haben gewisse Mängel.
- Aufgrund der Beschränkungen bezüglich der konstruktiven Gestaltung von Radaufhängung ist es nicht mehr möglich, die zuvor genannten geometrischen Verhältnisse zu schaffen. Da es im Allgemeinen notwendig ist, die Räder gegen den Laufwiderstand zu lagern und mit diesem in Einblick zu bringen, muss insbesondere eines der unteren Verbindungsglieder als Radiusstange gestaltet sein, die einen relativ großen Winkel in Bezug auf die Richtung der Achse bildet. Aufgrund der Tatsache, dass das untere Ende des Stoßdämpfersystems einen Öldämpfer, eine Schraubenfeder oder dergleichen umfasst, das am besten von einem der unteren Verbindungsglieder getragen werden soll, ist es weiterhin wünschenswert, dass sich das andere Verbindungsglied entlang der Achse und in deren Nähe befindet, in eine horizontale Ebene projiziert. Die Momentanzentren der Rotation des unteren und des oberen Verbindungsgliedes können ganz allgemein gesprochen miteinander zusammenfallen, wenn man diese in eine Horizontalebene projiziert, und zwar durch Anordnen des oberen und des unteren Verbindungsgliedes in einem ähnlichen Aufbau und durch Verringern des Bereiches der Änderung des momentanen Zentrums der Rotation der Radlauffläche. Eine derartige Auslegung der oberen Verbindungsglieder ist jedoch in diesem Falle nicht möglich, da das obere Ende des Stoßdämpfersystemes hierbei mit den oberen Verbindungselementen in Kollision kommt.
- Im Hinblick auf diese Nachteile und Probleme, die den vorbekannten Radaufhängungen eigen sind, liegt der Endung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Radaufhängung zu schaffen, die zwei Paar seitlicher Verbindungselemente aufweist, die gelenkig am oberen und unteren Bereich eines Lenkers anfassen; diese Radaufhängung soll die Veränderung der Kraft verringern, die notwendig ist, um einen Steuerwinkel aufrecht zu halten; gleichzeitig soll es eine günstige Anordnung eines Stoßdämpfersystemes erlauben.
- Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung für ein steuerbares Rad zu schaffen, das vier seitliche Verbindungsglieder umfasst, wobei die Änderung derjenigen Kraft minimiert wird, die erforderlich ist, um einen Steuerwinkel aufrecht zu halten, während weitgehend Freiheit bezüglich des Einstellens verschiedener Radausrichtparameter herrscht.
- Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung zu schaffen, die als Hinterradaufhängung eines Vierrad-gesteuerten Fahrzeuges gut geeignet ist.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst.
- Durch diese Merkmale lässt sich der Verlauf des Momentan-Drehzentrums der oberen Verbindungsglieder im wesentlichen mit jenem der unteren Verbindungsglieder ausrichten, auf eine Horizontalebene projiziert, so dass die Änderung der Kraft, die zum Steuern notwendig ist minimiert wird oder in Bezug auf den Steuerwinkel komplex wird. Gleichzeitig lässt sich ein Kollidieren der seitlichen Verbindungsglieder und des Stoßdämpfersystemes vermeiden. Gleichzeitig werden die Vorzüge der Radaufhängung die vier seitliche Verbindungsglieder umfasst, beibehalten.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lässt sich ein unteres Ende eines Stoßdämpfersystemes an einen Zwischenpunkt eines ersten unteren seitlichen Verbindungsgliedes anschließen, während ein oberes Ende des Stoßdämpfersystemes durch einen Raum hindurchgeführt wird, der zwischen den oberen seitlichen Verbindungsgliedern definiert ist.
- Die Erfindung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn sie bei einem Hinterrad eines Fahrzeuges angewandt wird, das ein Vierrad-Steuerungssystem hat. In diesem Falle lässt sich eine besonders günstige Anordnung dann erreichen, wenn das erste untere seitliche Verbindungsglied hinter dem zweiten unteren seitlichen Verbindungsglied angeordnet wird.
- Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen Folgendes dargestellt:
-
1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform des Aufhängungssystemes gemäß der Erfindung. -
2 ist eine Draufsicht auf das Aufhängungssystem gemäß1 . -
3 ist eine diagrammatische Darstellung der geometrischen Verhältnisse der unteren Verbindungsglieder. -
4 ist eine diagrammatische Darstellung der geometrischen Verhältnisse der oberen Verbindungsglieder. -
5 veranschaulischt die Verläufe des imaginären Achszapfens. - Die in den
1 und2 dargestellte Ausführungsform eines Aufhängungssystemes für ein steuerbares Rad gemäß der Erfindung ist vorgesehen bei einem Hinterrad eines Fahrzeuges, das mit einem Vierrad-Steuerungssystem ausgestattet ist. Rad1 ist auf einer Spindel3 drehbar gelagert, die ihrerseits seitlich von einem Lenker2 (knuckle) absteht und mit diesem einteilig ist. Ein Lenkerarm4 ragt nach innen und nach hinten von einem unteren Bereich des Lenkers2 ausgehend. Das freie Ende des Lenkerarmes4 ist gelenkig mit einer Zugstange5 verbunden, die die Steuerkraft überträgt. - Die äußeren Enden
6a und7a eines Paares von Verbindungsgliedern6 ,7 sind mit oberen Bereichen des Lenkers2 verbunden, die in Vorwärts-Rückwärts-Richtung einen Abstand zueinander einnehmen. Als Verbindungselemente dienen Kardangelenke. Die inneren Enden6b und7b dieser Verbindungsglieder6 ,7 greifen ihrerseits mittels Kugelgelenken (oder alternativ mittels gummigelagerten Buchsen) an der nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie an. Die äußeren Enden8a und9a eines weiteren Paares von Verbindungsgliedern8 ,9 greifen ihrerseits in ähnlicher Weise an unteren Teilen des Lenkers2 an, wiederum mittels Kardangelenken, während die inneren Enden8b und9b dieser Verbindungsglieder8 und9 mittels gummigelagerter Buchsen an der Fahrzeugkarosserie angreifen. Die inneren Enden8b und9b dieser Verbindungsglieder können mittels Kardangelenken an der Fahrzeugkarosserie angreifen. Die seitlichen Winkelveränderungen dieser Verbindungsglieder in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie sind jedoch derart klein, daß gummigelagerte Buchsen sehr leicht diese Winkelveränderungen der Verbindungsglieder8 und9 aufzunehmen vermögen. - Verbindungsglied
9 erstreckt sich im wesentlichen in derselben Richtung wie die Achse, während sich Verbindungsglied8 in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie geneigt nach vorn erstreckt als Radiusstange, um das Rad gegen den Laufwiderstand zu halten, den das Rad von der Straßenfläche als Zugkraft erhält. Verbindungsglied9 ist vertikal mit der Achse ausgerichtet. Das Ende eines Stoßdämpfersystemes22 , bestehend aus einer schraubenlinienförmigen Druckfeder und einem hydraulischen Dämpfer, greift an einem mittleren Bereich des Verbindungsgliedes9 an. Das obere Ende des Stoßdämpfersystemes22 verläuft durch den Raum zwischen den oberen seitlichen Verbindungsgliedern6 und7 und greift an einem Teil der Fahrzeugkarosserie an, der hier nicht dargestellt ist. Da die oberen Verbindungsglieder6 und7 nach vorn bzw. nach hinten geneigt sind, in Bezug auf die Achse gesehen, kommt es nicht zu einer Kollision mit dem Stoßdämpfersystem22 . - Rad
1 ist demgemäß derart aufgehängt, daß es vertikale Bewegungen ausführen kann. Die Veränderungen des Radsturzes, des Nachlaufwinkels und des Spurwinkels des Rades1 lassen sich ganz frei wählen durch entsprechendes Verändern der Längen dieser Verbindungsglieder6 bis9 sowie durch die Wahl der Anordnung ihrer Gelenkpunkte. Bringt man auf die Zugstange5 eine betätigende Kraft auf, so wird eine Steuerkraft auf den Lenker2 übertragen, und es wird Rad1 um einen imaginären Achszapfen herumgesteuert, so wie nachstehend beschrieben werden wird. - Im folgenden sollen die Verbindungsglieder
6 und7 unter Bezugnahme auf3 näher betrachtet werden. Das Momentan-Drehzentrum12 eines oberen Teiles des Lenkers2 ist als Verlauf10 des Schnittpunktes der Fortsätze der Verbindungsglieder6 und7 gegeben. Betrachtet man die Verbindungsglieder8 und9 , so wie in4 dargestellt, so stellt sich das Momentan-Drehzentrum13 eines unteren Teiles des Lenkers2 als Verlauf11 der Schnittstelle der Fortsätze der Verbindungsglieder8 und9 dar. Die zentrale Drehachse des Lenkers2 oder des imaginären Achszapfens14 ist somit durch eine Linie definiert, die diese beiden Momentan-Drehzentren12 ,13 miteinander verbindet, so wie in5 beschrieben. Bei Änderung des Steuerwinkels bewegt sich der imaginäre Achszapfen14 und definiert eine Lauffläche15 , die als konische oder leicht verdrehte konische Fläche erscheint, wobei der imaginäre Achszapfen14 die Erzeugende für diese Lauffläche oder Verlaufsfläche15 darstellt. - Gemäß der Erfindung erstreckt sich Verbindungsglied
9 im wesentlichen in derselben Richtung wie die Achse, während Verbindungsglied8 als Radiusstange in vorwärtiger Richtung der Fahrzeugkarosserie geneigt ist. Wird Rad1 im Sinne der2 bis4 nach rechts gesteuert, so wie in4 dargestellt, so bewegt sich der Verlauf10 des momentanen Drehzentrums12 des unteren Bereiches des Lenkers2 nach außen von der Karosserie hinweg, und sodann nach innen. Wird Rad1 jedoch im Sinne von2 nach links gesteuert, so bewegt sich der Verlauf10 des momentanen Drehzentrums12 nach innen zur Fahrzeugkarosserie hin. - Die oberen Verbindungsglieder
6 und7 erstrecken sich geneigt zur Achse nach vorn bzw. nach hinten, so daß sie mit dem Stoßdämpfer system22 nicht in Kollision geraten. Da Gelenkpunkt6a des Verbindungsgliedes6 näher an der Karosserie sitzt, als Gelenkpunkt7a von Verbindungsglied7 , und zwar um einen Abstand A in neutraler Position so wie in3 dargestellt, so wird die Änderung des momentanen Drehzentrums13 des Lenkers2 , definiert durch die oberen Verbindungsglieder6 und7 , ähnlich jenen der unteren Verbindungsglieder, und zwar obgleich sich die oberen und die unteren Verbindungsglieder in ihrem Aufbau ganz wesentlich voneinander unterscheiden. Bei dieser besonderen Ausführungsform sind die oberen und die unteren Verbindungsglieder6 und7 ,8 und9 im wesentlichen in gleichem Abstand von einer Längslinie des Fahrzeuges aus angeordnet, und die Außenenden der unteren Verbindungsglieder8 und9 sind in gleicher Weise im wesentlichen unter demselben Abstand zu einer Längslinie des Fahrzeuges angeordnet. - Die Erfindung ist durch die obige Beschreibung nicht etwa begrenzt. Es ist möglich, Verbindungsglied
8 als Radiusstange wirken zulassen, die sich in Bezug auf die Karosserie nach hinten erstreckt, um den Laufwiderstand von einer Straßenfläche als Druckkraft aufzunehmen, statt sich geneigt nach vorn zu erstrecken, auf die Karosserie bezogen. In diesem Falle läßt sich die Änderung der Kraft, die notwendig ist, um einen gewissen Steuerwinkel aufrecht zu halten, dadurch unter Kontrolle bringen, daß man den Gelenkpunkt6a des Verbindungsgliedes6 von der Karosserie weiter entfernt legt, als Gelenkpunkt7a des Verbindungsgliedes7 . Das untere Ende des Stoßdämpfersystemes22 kann außerdem direkt an Lenker2 oder einem Fortsatz hiervon angreifen, statt an dem unteren Verbindungsglied9 . - Gemäß der Erfindung lassen sich Beschränkungen bezüglich des Layout des Aufhängesystemes weitgehend vermeiden und die Veränderung des momentanen Drehzentrums des steuerbaren Rades aufgrund der Änderung des Steuerwinkels in günstiger Weise in den Griff bekommen. Die Erfindung bietet damit einen ganz wesentlichen Vorteil.
Claims (5)
- Radaufhängung für ein steuerbares Rad eines Fahrzeugs, umfassend einen Radträger (
2 ), der das Rad (1 ) drehbar lagert, das seinerseits einen Reifen aufweist, ferner zwei Paar seitlicher Lenker (6 ,7 ,8 ,9 ), deren eines Paar (6 ,7 ) über dem anderen Paar (8 ,9 ) angeordnet ist, und die gelenkig an einem oberen bzw, unteren Bereich des Radträgers (2 ) mit ihren ersten Enden (6a ,7a bzw.8a ,9a ) angreifen, und gelenkig mit ihren zweiten Enden (6b ,7b bzw.8b ,9b ) an der Fahrzeugkarosserie angreifen, um sowohl ein Steuern als auch eine vertikale Bewegung des Radträgers zuzulassen, wobei 1.1 der zweite untere Lenker eines jeden Lenkerpaares unter einem gewissen Winkel zum ersten Lenker verläuft; 1.2 der erste obere Lenker eines jeden Lenkerpaares zwischen den Richtungen der unteren Lenker verläuft, und der zweite obere Lenker eine entgegengesetzte Richtung aufweist; 1.3 die inneren (zweiten) Enden eines jeden Lenkerpaares in Fahrzeuglängsrichtung miteinander ausgerichtet sind; 1.4 der Anlenkpunkt eines anderen der oberen Lenker (6 ) am Radträger (2 ) näher zur Fahrzeuglängsachse liegt, als der Anlenkpunkt des ersten der oberen Lenker (7 ), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.5 ein erster der unteren Lenker (9 ) verläuft – in der Draufsicht – durch die Radmittenebene; 1.6 die Anlenkpunkte der unteren Lenker (8 ,9 ) am Radträger (2 ) sind parallel zur Fahrzeuglängsachse angeordnet; 1.7 der Federdämpfer (22 ) stützt sich auf dem ersten unteren Querlenker (9 ) ab; 1.8 das erste Ende (7a ) des zweiten oberen Lenkers (7 ) ist in einem Abstand zum ersten Ende (6a ) des ersten oberen Lenkers (6 ) angeordnet, während die Verbindungslinien (8a ,9a ) der unteren Lenker (8 ,9 ) im wesentlichen entlang der Längsrichtung des Fahrzeuges ausgerichtet sind, desgleichen die Verbindungslinien zwischen den zweiten Enden (6b ,7b beziehungsweise 8b, 9b) eines jeden Paares der Lenker (6 ,7 ,8 ,9 ); 1.9 ein unteres Ende eines Stoßdämpfersystems (22 ) greift an einer Stelle des ersten unteren Lenkers (9 ) zwischen dessen beiden Enden (9a ,9b ) an, während ein oberes Ende des Stoßdämpfersystems (22 ) durch den Zwischenraum zwischen den beiden oberen Lenkern (8 ,9 ) hindurchgeführt ist. - Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste untere Lenker (
9 ) hinter dem zweiten unteren Lenker (8 ) angeordnet ist. - Radaufhängung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Anwendung bei einem Hinterrad eines Vierrad-steuerbaren Fahrzeuges.
- Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (
9b ) des ersten unteren Lenkers (9 ) mittels einer gummigelagerten Buchse an der Fahrzeugkarosserie angreift. - Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ende (
8b ) des zweiten unteren Lenkers (8 ) gelenkig mittels einer Gummibuchse an der Fahrzeugkarosserie angreift.
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