DE3928135A1 - Radaufhaengung fuer kraftfahrzeuge, insbesondere fuer personenkraftwagen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personenkraftwagen, mit einer drehbar in einem an einem Radträger (Achsschenkel, Schwenklager) befestigten Radlager gelagerten Radnabe, wie sie allgemein bekannt ist.

Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge können grob in zwei Gruppen unterteilt werden. In Starrachsen, die bevorzugt bei Lastwagen Anwendung finden, und in Einzelradaufhängungen, die bei Personen­ kraftwagen bevorzugt werden und die es in vielfältigen, sehr unterschiedlichen Ausführungen gibt.

Bei all diesen bekannten Radaufhängungen stehen die Radträger und die daran über ein Radlager drehbar befestigten Radnaben jeweils räumlich zueinander in einer festen, unveränderlichen Beziehung.

Da das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeuges u. a. auch von ver­ schiedenen Parametern der Radaufhängung abhängt, so z. B. vom Sturzwinkel sowie vom Vor- bzw. Nachspurwinkel der Räder, sind Radaufhängungen geschaffen worden (z. B. DE-OS 35 09 440, 36 06 961, 36 29 881, EP-OS 02 46 116, EP-PS 0 96 372), bei denen mittels steuerbarer Stellglieder während der Fahrt aktiv auf Größe und Richtung solcher Parameter Einfluß genommen werden kann, entweder um diese unabhängig von äußeren Einflußgrößen (Fahrzeugbeladung, Fahrgeschwindigkeit etc.) möglichst konstant zu halten, oder aber um sie in Abhängigkeit von solchen Einflußgrößen zu ver­ stellen, um so das Fahrverhalten gezielt zu verändern.

Bei diesen bekannten Radaufhängungen wird zu diesem Zweck jeweils mit Hilfe der am Radträger angelenkten Radführungsglieder der ganze Radträger verschwenkt. Dazu wird in Abhängigkeit von Betriebs­ parametern entweder die wirksame Länge eines oder mehrerer der am Radträger angreifenden Radführungsglieder verändert, oder aber diese Radführungsglieder werden in ihren Lagern, vorzugsweise den aufbauseitigen Lagern, räumlich in geeigneter Weise verschoben.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art so auszubilden, daß einerseits in Abhängigkeit von beliebigen Betriebsparametern, so z. B. in Abhängigkeit von Fahrgeschwindigkeit, Querbeschleunigung und/oder Fahrzeugbeladung o. ä., das Fahrverhalten des Fahrzeuges beeinflussende Größen der Vorder- und/oder der Hinterachse, wie z. B. Radsturz sowie Vor- bzw. Nachspur, verändert werden können, andererseits aber dazu nicht der gesamte Radträger der beteiligten Fahrzeugräder verschwenkt werden muß.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und erfindungswesentliche Ausge­ staltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß wird das vorzugsweise als Wälzlager ausgebildete Radlager im oder auf dem Radträger kugelig verstellbar gelagert, und zwar derart, daß die Radnabe des betreffenden Rades in Abhängig­ keit von beliebigen Betriebsparametern relativ zum Radträger allseitig verschwenkt werden kann. Auf diese Weise kann sehr einfach nach Bedarf entweder der Sturzwinkel oder Vorspur- bzw. Nachspurwinkel des Rades, oder eine Kombination dieser Winkel verstellt werden. Wenn an beiden Rädern einer Fahrzeugachse geeignete Winkeländerungen durchgeführt werden, kann so natürlich auch der Lenkwinkel dieser Achse verändert werden, was bei Anwendung auf die Räder der Hinterachse eines konventionell vorn gelenkten Fahrzeuges zu einer Vierradlenkung führt.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in prinzipienhafter und teilgeschnittener Darstellung drei Ansichten der erfindungsgemäßen Radaufhängung, nämlich

Fig. 1 eine Ansicht in Fahrzeugdraufsicht,

Fig. 2 eine Ansicht in Fahrzeuglängsrichtung, entlang der Schnittführung II in Fig. 1 gesehen, und

Fig. 3 eine Seitenansicht, in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2 gesehen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erfindungsgemäße Radaufhängung in Verbindung mit einer bekannten Doppelquerlenker­ achse dargestellt, bei welcher der das Fahrzeugrad 1 tragende Radträger 2 u. a. mit Hilfe eines oberen Querlenkers 5 und eines unteren Querlenkers 6 schwenkbar am nicht weiter dargestellten Fahrzeugaufbau 13 angelenkt ist, wobei die üblichen aufbauseitigen Lenkerlager mit 14 und die radträgerseitigen Lenkerlager mit 15 beziffert sind. Die Fahrzeugfederung ist nicht weiter dargestellt.

Im Radträger 2 ist in üblicher Weise ein als Wälzlager ausgebildetes Radlager 3 angeordnet, in dem die das Rad 1 und deren Bremsscheibe 16 tragende Radnabe 4 drehbar gelagert ist.

Abweichend von bekannten Anordnungen ist das Radlager 3 nicht starr, sondern kugelig verstellbar am bzw. auf dem Radträger 2 gelagert, und zwar derart, daß die Radnabe 4 und damit das daran befestigte Rad 1 relativ zum Radträger 2 allseitig verschwenkt werden kann.

Im Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck die äußere Mantelfläche des am Radträger 2 befestigten Wälzlager-Laufringes 7, d. h. die äußere Mantelfläche des Wälzlager-Außenringes, als Teil einer Kugel ausgebildet und in einer im Radträger 2 selbst gebildeten bzw. befestigten Kugelschale 8 kugelig gelagert. Im Ausführungs­ beispiel besitzt die äußere Mantelfläche des Wälzlager-Laufringes 7 eine spiegelsymmetrische Kontur. Die Kugelschale 8 ist daher zweiteilig ausgebildet.

Am Wälzlager-Laufring 7 sind im Abstand zueinander, und zwar in Umfangsrichtung gesehen, zwei spurhebelartige starre Ausleger 9 angeordnet, wie insbesondere in Fig. 1 erkennbar ist. Die freien Enden dieser Ausleger sind über in Gelenken 11 an ihnen angelenkte stabförmige Stützglieder 10, 10′, die in ihrer Länge verstellbar sind, am Radträger 2 bzw. an einer am Radträger starr befestigten Lagerkonsole o. ä. 18 abgestützt, und zwar in Gelenken 11, 12.

Vorzugsweise werden als stabförmige Stützglieder 10, 10′ hydrau­ lische Stellzylinder eingesetzt, wie im Ausführungsbeispiel ange­ deutet. Natürlich können auch elektromotorisch angetriebene Stell­ spindeln oder vergleichbare Stellglieder zum Einsatz kommen. Wesentlich ist lediglich, daß die eingesetzten Stützglieder zum einen in ihrer wirksamen Länge verstellt werden können, und zwar in beiden Richtungen, und daß sie geeignet sind, anfallende Stütz­ kräfte aufzunehmen, wozu u. a. gehört, daß sie in ihrer jeweils benötigten und gerade eingestellten Länge blockierbar sind.

Die stabförmigen Stützglieder 10, 10′ bilden mit ihren auslegersei­ tigen und ihren radträgerseitigen Gelenken 11, 12 ein durch ent­ sprechende Änderung der wirksamen Länge der beiden stabförmigen Stützglieder 10, 10′ in Abhängigkeit von Betriebsparametern ver­ stellbares trapezförmiges Gelenkviereck. Während drei der Stütz­ glieder-Gelenke als sphärische, d. h. kugelige Bewegungen er­ möglichende Gelenke 11 ausgebildet sind, ist eines der Stütz­ glieder-Gelenke als einfaches Gelenk 12 mit fester Gelenkachse ausgebildet, wodurch kinematisch eindeutige Verhältnisse geschaffen sind. Im Ausführungsbeispiel ist das radträgerseitige Gelenk des einen Stützgliedes 10′ als einfaches Gelenk 12 ausgebildet, dessen mit 12 A bezifferte Gelenkachse senkrecht zur Stellrichtung dieses Stützgliedes 10′ ausgerichtet ist. Grundsätzlich könnte statt dessen aber auch ein anderes dieser vier Gelenke als einfaches Gelenk ausgebildet werden.

Durch die spezielle Ausbildung und Lagerung des Wälzlager-Lauf­ ringes 7 bildet das Radlager 3 ein Kugelgelenk, dessen Kugelmitte 0 einen zentralen Gelenkmittelpunkt für die am Radlager 3 befestigte Radnabe 4 bildet und somit ein allseitiges Schwenken der Radnabe 4 und damit auch des Rades 1 selbst relativ zum Radträger 1 erlaubt. Die Radnabe 4 mit ihrem zentralen Gelenkmittelpunkt 0 stützt sich dabei über das durch die hydraulischen Stellzylinder 10, 10′ gebildete Gelenkviereck am Radträger 2 ab, wobei durch Ein- oder Ausfahren der Kolben der Stellzylinder, d. h. durch Änderung der wirksamen Länge der hydraulischen Stellzylinder, gezielt die Konfiguration dieses Gelenkvierecks und damit zwangsläufig auch die Stellung der Radnabe 4 relativ zum Radträger 2 verändert werden kann.

Da die Schwenkbewegung der Radnabe 4 um ihren zentralen Gelenkmittel­ punkt 0 in Abhängigkeit von den Stellhüben der beiden hydraulischen Stellzylinder 10, 10′ erfolgt, und diese nach Bedarf gleichsinnig in die eine oder in die andere Richtung oder aber auch gegensinnig zueinander ausgesteuert werden können, kann die Schwenkbewegung der Radnabe um ihren zentralen Gelenkmittelpunkt 0 zu einer Änderung des Vor- bzw. Nachspurwinkels oder des Sturzwinkels des betreffenden Rades 1 führen, oder aber auch eine Änderung beider Winkel bewirken.

Es ergibt sich dadurch eine sehr einfache Möglichkeit, ganz gezielt die das Fahrverhalten des Fahrzeuges nachhaltig beeinflussenden Sturz- und Vor-/Nachspurwinkel der Räder in Abhängigkeit von beliebigen Fahrzeugparametern zu steuern oder auch zu regeln, um so ein bestimmtes angestrebtes Fahrverhalten zu erzeugen. So wäre es z. B. möglich, den Vor-/Nachspurwinkel fahrgeschwindig­ keitsabhängig so zu steuern, daß das Fahrzeug bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten zum übersteuern und bei höheren Fahrgeschwin­ digkeiten zum Untersteuern neigt, was bedeuteten würde, daß das Fahrzeug bei niedrigeren Fahrgeschwindigkeiten, wie sie beim Durchfahren von Kurven etc. auftreten, vergleichsweise lenkwillig ist, bei höheren Fahrgeschwindigkeiten dagegen, wie sie bei Gerade­ ausfahrt und auf Autobahnen üblich sind, der Geradeauslauf des Fahrzeuges verbessert wird. Dabei kann selbstverständlich gleich­ zeitig der jeweilige Beladungszustand des Fahrzeuges Berücksich­ tigung finden.

Die beiden stabförmigen Stützglieder 10, 10′ sind im Ausführungs­ beispiel räumlich so gestellt, daß sie einerseits in Fahrzeugdrauf­ sicht gesehen spiegelsymmetrisch zu einer Fahrzeugquerachse X einen sich zur Fahrzeugaußenseite hin öffnenden ersten Winkel α einschließen, und andererseits - in Fahrzeuglängsrichtung gesehen gemeinsam unter einen etwa halb so großen zweiten Winkel β von außen nach innen abfallend gegen die Horizontale geneigt verlaufen. Bei einer solchen räumlichen Ausrichtung schließen die beiden Stützglieder dann in der dritten Ansicht einen Winkel von 90° zwischen sich ein und sind außerdem gegen die Horizontale um etwa 45° geneigt.

Durch den trapezförmigen Aufbau des Gelenkvierecks und durch diese besondere räumliche Lage der Stellzylinderachsen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine symmetrische Auslegung der Kolben­ wege in zwei Ebenen. Das bedeutet, daß die Stellkolben der beiden hydraulischen Stellzylinder jeweils gleich große Stellhübe durch­ führen müssen, um jeweils gleich große Sturzwinkel- oder Vor-/Nach­ spurwinkeländerungen durchzuführen. Es ist leicht erkennbar, daß die beiden Stellzylinder dabei zwar jeweils gleich groß, ggf. aber gegensinnige Stellbewegungen durchführen müssen, je nachdem, ob nur eine Sturzwinkeländerung, nur eine Vorspur-/Nach­ spurwinkeländerung oder aber sowohl eine Sturzwinkel- als auch eine Vorspur-/Nachspurwinkeländerung durchgeführt werden soll. Wenn nur der Sturzwinkel des Rades 1 gezielt verstellt werden soll, werden beide hydraulische Stellzylinder 10, 10′ gleich stark und gleichsinnig verstellt, wobei die Richtung der Hubbe­ wegung (Verlängerung, Verkürzung der wirksamen Länge) davon abhängt, ob der Sturzwinkel vergrößert oder verkleinert werden soll. Wenn dagegen gezielt eine reine Vorspur-/Nachspurwinkelveränderung vorgenommen werden soll, werden die beiden hydraulischen Stell­ zylinder 10, 10′ gegensinnig ausgesteuert, d. h. die Kolbenstange des einen Stellzylinders wird weiter ausgefahren und die des anderen Stellzylinders um den gleichen Weg weiter eingefahren, wobei es von der Richtung der gewünschten Winkeländerung abhängt, welche Kolbenstange ein- und welche ausgefahren wird.

Wenn die Abstützlänge nur eines der beiden hydraulischen Stell­ zylinder verändert wird oder wenn beide Stellzylinder unterschied­ lich stark verstellt werden, findet jeweils eine Mischform der vorerwähnten Winkeländerungen statt.

Die erfindungsgemäße Radaufhängung stellt eine Art "Sub-Aufhängung" mit aktiver Kinematik dar. Sie ist prinzipiell ohne Schwierig­ keiten in Verbindung mit allen bekannten Fahrzeugachsen einsetz­ bar, unabhängig davon, ob es sich um eine Starrachse, um eine Verbund-/Koppellenkerachse oder um eine andere als die dargestellte klassische Einzelradaufhängung handelt. Die gewählte Gelenkanordnung der "Sub-Aufhängung" ist dabei jeweils kinematisch unabhängig vom jeweiligen Achstyp.

Die Sub-Aufhängung mit aktiver Kinematik kann an Vorder- wie an Hinterachsen eingesetzt werden. Bei einem Einsatz an der Hinter­ achse eines konventionell vorn gelenkten Fahrzeugs kann mit ihrer Hilfe durch entsprechende Aussteuerung der Stellzylinder beider Hinterräder in einfacher Weise - zusätzlich zu den zuvor erläuterten das Fahrverhalten beeinflussenden Größen - eine Vierradlenkung erzeugt werden.

Durch den direkten Angriff der beiden hydraulischen Stellzylin­ der 10, 10′ am äußeren Laufring 7 des Wälzlagers 3 ergibt sich eine besonders kompakte Bauweise. Dadurch verbleibt im Falle einer angetriebenen Achse grundsätzlich auch ausreichend Bauraum, um eine Antriebs-Gelenkwelle zum Rad zu führen.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, ist die Scheibenbremse 17 am äußeren Laufring 7 bzw. an einem der daran angreifenden spurhebelartigen Ausleger 9 befestigt. Die in ihrer Länge steuerbaren stabförmigen Stützglieder 10, 10′ müssen daher so bemessen sein, daß sie nicht nur in der Lage sind, die Steuer- bzw. Regelbewegungen zur gewünschten Sturz- und/oder Vorspurwinkeländerung durchzuführen, sondern sie müssen auch die beim Betätigen der Bremse auftretenden Brems­ momente abstützen können. Auch aus diesem Grunde ist es zweckmäßig, die in ihrer Länge steuerbaren Stützglieder 10, 10′ so auszu­ bilden, daß sie nach Beendigung des jeweiligen Steuer- bzw. Regel­ vorgangs in ihrer Länge blockiert werden. Wenn als Stützglieder hydraulische Stellzylinder Verwendung finden, kann in einfacher und an sich bekannter Weise mit Hilfe elektromagnetischer Ventile eine hydraulische Blockierung (Absperren der beiden Hydraulikräume des Stellzylinders) vorgenommen werden. Solche von einem elektro­ nischen Steuergerät gesteuerten bzw. geregelten elektromagnetischen Ventile werden sowieso benötigt, um die hydraulischen Stellzylinder für die gewünschten bzw. erforderlichen Schwenkbewegungen der Radnabe 4 aus einem Druck erzeugenden Pumpen- und/oder Speicher­ system im erforderlichen Maße mit Hydraulikflüssigkeit zu versorgen.

Claims (5)

1. Radaufhängung für Kraftfahrzeuge, insbesondere für Personen­ kraftwagen, mit einer drehbar in einem an einem Radträger (Achsschenkel, Schwenklager) befestigten Radlager gelagerten Radnabe, dadurch gekennzeichnet, daß das Radlager (3) im oder auf dem Radträger (2) kugelig verstellbar gelagert ist, derart, daß die Radnabe (4) in Abhängigkeit von Betriebsparametern, insbe­ sondere in Abhängigkeit von Fahrgeschwindigkeit, Beschleuni­ gung, Verzögerung, Querbeschleunigung und/oder Fahrzeugbeladung, relativ zum Radträger (2) allseitig verschwenkbar ist.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, mit einem als Wälzlager ausge­ bildeten Radlager, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelfläche, des am Radträger (2) befestigten Wälzlager-Laufringes (7) als Teil einer Kugel ausgebildet und in einer am Radträger (2) gebil­ deten Kugelschale (8) kugelig gelagert ist,
daß an diesem Wälzlager-Laufring (7) zwei - in Umfangsrichtung gesehen - im Abstand zueinander angeordnete spurhebelartige starre Ausleger (9) angeordnet sind, deren freien Enden über gelenkig an ihnen angreifende längenverstellbare stabförmige Stützglieder (10, 10′) am Radträger (2) abgestützt sind,
und daß die stabförmigen Stützglieder (10, 10′) mit ihren ausleger- und radträgerseitigen Gelenken (11, 12) ein in Ab­ hängigkeit von den Betriebsparametern verstellbares trapez­ förmiges Gelenkviereck bilden, wobei drei dieser Gelenke (11) jeweils ein sphärisches und eines ein einfaches Gelenk (12) mit fester Gelenkachse bilden.

3. Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stabförmigen Stützglieder (10, 10′) als in ihrer Länge blockierbare hydraulische Stellzylinder oder elektromotorisch angetriebene Stellspindeln ausgebildet sind, wobei die Gelenkachse des einfachen Gelenks (12) senk­ recht zur Stellrichtung des ihm zugeordneten Stützgliedes (10′) ausgerichtet ist.

4. Radaufhängung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stützglieder (10, 10′) einerseits - in Fahrzeugdraufsicht gesehen - spiegelsymmetrisch zu einer Fahrzeugquerachse (X) einen sich zur Fahrzeugaußenseite hin öffnenden ersten Winkel (α) einschließen, und andererseits - in Fahrzeuglängsrichtung gesehen - gemeinsam unter einem etwa halb so großen zweiten Winkel (β) von außen nach innen abfallend gegen die Horizontale geneigt verlaufen.

5. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden stabförmigen Stützglie­ der (10, 10′) in ihrer Länge nach Bedarf gemeinsam gleichsinnig in die eine oder in die andere Richtung oder aber gegensinnig zueinander verstellbar sind.