DE3937674A1 - Stabilisatorlose radaufhaengung eines mindestens zweiachsigen kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Für den Fahrkomfort eines Kraftfahrzeuges ist es wünschenswert, wenn die Fahrzeugfederung vergleichsweise weich ausgelegt ist; für die Fahrstabilität des Fahrzeuges, z. B. beim Bremsen, Be­ schleunigen, scharfen Kurvenfahrten oder Fahrbahnwechsel ist es dagegen von Vorteil, wenn die Fahrzeugfederung vergleichsweise hart bemessen ist. Um diesen an sich gegensätzlichen Zielrichtungen Rechnung zu tragen, wird bei der Bemessung der Fahrzeugfederung im allgemeinen ein Kompromiß geschlossen und eine mittlere Härte der Federung gewählt.

Es ist auch üblich, bei Einsatz vergleichsweise weicher Federn zur Erhöhung der Fahrstabilität sowie auch zur Beeinflussung des Eigenlenkverhaltens des Fahrzeuges nach Bedarf entweder nur an einer Achse oder an beiden Achsen Stabilisatoren einzusetzen, welche jedoch komfortmindernd sind; bekannt ist es in diesem Zusammenhang auch, mit Hilfe einer steuerbaren Stellvorrichtung die Stabilisatorwirkung in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern zu verstellen, um so Einfluß auf das Eigenlenk­ verhalten (z. B. DE-PS 26 30 698) oder auf die Kurvenneigung (z. B. DE-PS 11 05 290, DE-PS 11 80 629 oder DE-OS 20 60 025) des Fahrzeuges zu nehmen. In einem Falle wird die Stabilisator­ wirkung durch Verstellung der Stabilisatorarmneigung des U-Form- Stabilisators verändert, im anderen Falle dadurch, daß die beiden Teile des mittig aufgetrennten Drehstabs des eingesetzten U-Form- Stabilisators an der Verbindungsstelle gegeneinander verstellt werden.

Bekannt sind auch Radaufhängungen mit einer konventionellen Haupt­ oder Grundfederung in Form von Drehstabfedern, Schraubenfedern oder pneumatischen Federn und einer mit der Hauptfederung an einer der Fahrzeugachsen zusammenwirkenden mechanischen Zusatz­ federung (Ausgleichsfeder) in Form einer Z-förmigen Drehstabfeder, deren mittlerer Torsionsstab - in waagerechter Ebene gegen die Fahrzeuglängsachse angewinkelt - am Fahrzeugaufbau angelenkt ist, und deren beiden entgegengesetzt zueinander verlaufenden endseitigen Hebelarme mit den beiden Rädern der Achse bzw. deren Radführungsgliedern gekoppelt sind (z. B. DE-AS 11 52 618, DE-PS 12 94 831). Eine solche Z-förmige Ausgleichsfeder ist nur bei gleichsinnigem Ein- und Ausfedern, nicht aber bei gegensinnigem Ein- und Ausfedern der beiden Räder wirksam. Bei einer mit einer solchen Ausgleichsfeder ausgestatteten Fahrzeugachse ist deshalb für die Hubfederung eine Parallelschaltung aus Haupt- bzw. Grund­ federung und Ausgleichsfeder wirksam, während bei Roll- bzw. Wankneigung nur die Haupt- bzw. Grundfederung dieser Achse als Rollfederung abstützend wirksam ist; die Rollfederung dieser Achse ist also weicher als deren Hubfederung.

Soweit Kraftfahrzeuge bisher mit einer konventionellen Haupt­ bzw. Grundfederung und einer dieser zugeordneten Ausgleichsfeder in Form einer Z-förmigen Drehstabfeder ausgestattet wurden, geschah dies stets zwecks Erzielung eines bestimmten Eigenlenkverhaltens in der Weise, daß nur eine der beiden Achsen, vorzugsweise die Hinterachse, mit Haupt- und Ausgleichsfeder ausgestattet wurde, während die andere Achse, vorzugsweise die Vorderachse mit einem Stabilisator, vorzugsweise einem U-Form-Stabilisator bestückt wurde, um so das Roll- bzw. Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges in den Griff zu bekommen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Radaufhängung eines mindestens zweiachsigen Kraftfahrzeuges so auszubilden, daß für das Gesamtfahrzeug einerseits bei Geradeausfahrt eine besonders fahrkomfortable, d. h. zumindest weitgehend roll- bzw. wankstoßfreie und vergleichsweise weiche Federung vorliegt, anderer­ seits aber die Fahrzeugneigung bei Kurvenfahrt und vergleichbaren Betriebszuständen gewohnte Größenordnungen nicht überschreitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentan­ spruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 2 gelöst.

Erfindungsgemäß wird also zum einen der Einsatz von Stabilisatoren vermieden und zum anderen mindestens eine der Achsen des Fahrzeuges mit einer mit der üblichen Hauptfederung zusammenwirkenden mechani­ schen Zusatzfeder in Form einer bekannten Z-förmigen Drehstabfeder ausgestattet, wobei der in waagerechter Ebene gegen die Fahrzeug­ längsachse geneigt angeordnete mittlere Torsionsstab dieser Dreh­ stabfeder entweder derart am Fahrzeugaufbau gelagert ist, daß er beim Ein- und Ausfedern der beiden Räder nur um einen begrenzten Winkel frei um seine Längsachse verdrehbar ist und danach durch eine in seinem mittleren Bereich wirksam werdende Sperr- oder Anschlagvorrichtung drehblockiert ist oder aber an sich frei drehbar am Fahrzeugaufbau gelagert ist und durch eine in seinem mittleren Bereich angreifende fremdkraftbetätigte Stellvorrichtung entweder verdrehfest blockierbar oder in die eine oder in die andere Richtung um seine Längsachse verdrehbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der erfindungsgemäßen Radaufhängung werden bereits bei der ungesteuerten einfacheren Ausführung bei Geradeausfahrt zumindest auf Straßen mit durchschnittlichen Fahrbahnunebenheiten sehr komfortable Fahreigenschaften erzielt, die zumindest weitgehend frei von komfortmindernden Roll- bzw. Wankstößen sind. Bei der aufwendigeren gesteuerten Ausführung werden entsprechend komfortable Eigenschaften auch auf Straßen mit extremen Fahrbahnunebenheiten erreicht, wobei durch die Steuerung der an der Z-förmigen Drehstab­ feder angreifenden Stellvorrichtung nach Bedarf in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern, z. B. in Abhängigkeit von der Querbeschleunigung, der Fahrgeschwindigkeit oder auch der Fahrzeugbeladung etc. auf die Rollmomentabstützung Einfluß genommen werden kann.

Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in zum Teil prinzipienhafter Darstellung

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit nur an der Hinterachse angeordneter Z-förmiger Drehstabfeder,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit ebenfalls nur an der Hinterachse angeordneter Z-förmiger Drehstabfeder,

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung mit an Vorder- und Hinter­ achse angeordneten Z-förmigen Drehstab­ federn und

Fig. 4 ein zum Ausführungsbeispiel der Fig. 3 modifiziertes viertes Ausführungsbei­ spiel der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges, dessen nicht weiter dargestellte Vorderachse in beliebiger bekannter Weise, in jedem Falle aber ohne Stabilisator, ausgebildet sein kann.

Die Räder 12 der Hinterachse sind über Radführungslenker 6, 7 und damit zusammenwirkende Zug- und Druckstreben 15, 16 am nicht weiter dargestellten Fahrzeugaufbau schwenkbar angelenkt. Die Federung der Hinterachse besteht aus einer vergleichsweise weich bemessenen Haupt- bzw. Grundfederung 1 in Form einer bekannten Drehstabfeder für die Einhaltung des statischen Gleichgewichts des Fahrzeugs und einer parallel geschalteten Zusatz- bzw. Aus­ gleichsfederung in Form einer ebenfalls bekannten Z-förmigen Drehstabfeder 2.

Die Z-förmige Drehstabfeder 2 weist einen am Fahrzeugaufbau ange­ lenkten, in waagerechter Ebene gegen die Fahrzeuglängsachse geneigt angeordneten mittleren Torsionsstab 3 auf, sowie zueinander ent­ gegengesetzt verlaufende endseitige Hebelarme 4, 5, welche über in Gelenken 14 an ihnen angreifende Koppelstangen 13 mit den beiden Rädern 12 der Achse bzw. deren Radführungslenkern 6, 7 gekoppelt sind.

Am Torsionsstab einer Z-förmigen Drehstabfeder werden stets die gemittelten Ein- und Ausfederwege der beiden Räder der Achse wirksam. Das bedeutet, daß er im extremen Fall des gleich großen und gleichsinnigen Ein/Ausfederns der beiden Räder der Achse - Federkraft erzeugend - symmetrisch tordiert wird, seine Stabmitte also nicht verdreht wird, und daß er im anderen Extremfall des gleich großen und gegensinnigen Ein/Ausfederns der beiden Räder ohne Tordierung um seine Längsachse verdreht wird, ohne daß also eine Federkraft zur Wirkung kommt; in allen anderen, quasi asym­ metrischen Fällen des Ein- und Ausfederns erzeugen die gemittelten Ein-/Ausfederwege der beiden Räder Federkraft erzeugend eine Tordierung des mittleren Torsionsstabes, wobei dieser auch stab­ mittig um einen gewissen Winkel verdreht wird.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist etwa stabmittig des Tor­ sionsstabes 3 der Z-förmigen Drehstabfeder 2 eine Sperr- oder Anschlagvorrichtung 8 vorgesehen, welche derart angeordnet und ausgebildet ist, daß der Torsionsstab 3 in seinem mittleren Bereich jeweils nur um einen begrenzten Winkel um die Torsionsstab-Längs­ achse verdreht werden kann. Bei Erreichen dieses Grenzwinkels wird der Torsionsstab 3 stabmittig selbsttätig blockiert, so daß die beiden Hälften des Torsionsstabes 3 danach bei anhaltendem Weiterschwenken der beiden Hebelarme 4, 5 jeweils einzeln und unabhängig voneinander als Drehstabfeder wirken.

Bei Kurvenfahrten, wenn also die beiden Räder 12 der Achse gegen­ sinnig und gleich stark ein- bzw. ausfedern, wobei die Größe des Ein/Ausfederweges bekanntlich u. a. von der Kurvengeschwindig­ keit und der Fahrzeugbeladung abhängt, wird nach Überschreiten eines bestimmten Ein/Ausfederweges der Räder 12 das Drehen des Torsionsstabes 3 um seine Längsachse durch die Sperr- oder Anschlag­ vorrichtung 8 unterbunden, weil - je nach Drehrichtung des Torsions­ stabes 3 - der eine oder der andere seiner beiden Anschläge 17 an einem nur angedeuteten ortsfesten Anschlag 18 zur Anlage kommt, so daß forthin beim weiteren Ein- bzw. Ausfedern die beiden Hälften des Torsionsstabes 3 als der Hauptfederung 1 parallelgeschaltete Drehstabfedern wirksam sind. Bei Kurvenfahrt erfolgt also die Rollmomentabstützung des Fahrzeugaufbaus durch die Parallelschaltung von Hauptfeder 1 und Drehstabfeder 2; während dieses Betriebszu­ standes liegt also eine - als vorteilhaft empfundene - relativ harte Rollfederung vor, die eine zu starke Neigung des Fahrzeugauf­ baus verhindert.

Bei Geradeausfahrt tritt ein gegensinniges gleich großes Ein-/Aus­ federn der Räder seltener auf und i. a. mit wesentlich kleineren Ein- bzw. Ausfederwegen als bei Kurvenfahrt; die Sperr- und Anschlag­ vorrichtung 8 kommt also nur bei extremen Fahrbahnunebenheiten zum Eingriff, so daß die Z-förmige Drehstabfeder 2 bei Geradeaus­ fahrt i. a. voll als Ausgleichsfeder wirken kann, da sich ihr Torsionsstab 3 frei um seine Längsachse verdrehen kann.

Da die Z-förmige Drehstabfeder 2 als Ausgleichsfeder stets die gemittelten Ein- bzw. Ausfederwege der beiden Räder 12 zur Wirkung bringt, werden durch die Drehstabfeder 2 während der Geradeausfahrt also beim asymmetrischen, d. h. unterschiedlich großen oder sogar gegensinnigen Ein- und Ausfedern der Räder keine Roll- bzw. Wank­ stöße auf den Fahrzeugaufbau übertragen, sondern nur noch - durch den Ausgleichseffekt der als Wippe arbeitenden Drehstabfeder 2 verkleinerte - Hubstöße. Roll- und Wankstöße werden lediglich durch die vergleichsweise weiche Hauptfederung 1 übertragen.

Bei Geradeausfahrt verhält sich das Fahrzeug also i. a. komfortabel rollweich.

Durch entsprechende Bemessung der Anschläge 17 wird dafür gesorgt, daß die Sperr- und Anschlagvorrichtung 8 dann, wenn die Querbe­ schleunigung des geradeausfahrenden Fahrzeuges, z. B. infolge starken Seitenwindes, einen vorgegebenen Wert von z. B. 0,1 g überschreitet, zum Eingriff gelangt und durch das Blockieren des Torsionsstabes 3 die beiden Hälften der Drehstabfeder 2 jeweils der Hauptfederung 1 parallelgeschaltet werden, wodurch die Roll­ momentabstützung entsprechend vergrößert wird.

Die in Fig. 2 als zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung darge­ stellte Kfz-Hinterachse stimmt in ihrem Grundaufbau mit der in Fig. 1 dargestellten Hinterachse überein; deshalb sind gleiche Bauelemente gleich beziffert.

Im Gegensatz zu Fig. 1 greift am Torsionsstab 3 der Z-förmigen Drehstabfeder 2 stabmittig keine - passive - Sperr- und Anschlag­ vorrichtung an, sondern eine fremdkraftbetätigte Stellvorrichtung 9, welche im Ausführungsbeispiel als hydraulischer Stellzylinder ausgebildet ist, der einenends am nur angedeuteten Fahrzeugaufbau angelenkt ist und anderenends am freien Ende eines stabmittig am Torsionsstab 3 befestigten Hebelarms 19 angreift. Durch ent­ sprechende Steuerung oder Regelung der Hydraulikversorgung des hydraulischen Stellzylinders kann die am Hebelarm 19 angreifende Kolbenstange 20 des hydraulischen Stellzylinders nach Bedarf entweder - den Torsionsstab 3 um seine Längsachse verdrehend - axial in die eine oder in die andere Richtung verschoben werden, oder - den Torsionsstab 3 stabmittig blockierend - in ihrer Grund­ stellung hydraulisch gefesselt werden, oder aber - ein freies Verdrehen des Torsionsstabes 3 um seine Längsachse zulassend - sich völlig selbst überlassen bleiben, wozu der hydraulische Zu- und Ablauf zum bzw. vom hydraulischen Stellzylinder so ge­ schaltet werden muß, daß der Kolben des Stellzylinders ohne spür­ baren Widerstand frei innerhalb des Stellzylinders verschoben werden kann.

Durch diese spezielle Ausgestaltung der Radaufhängung ergeben sich noch bessere Möglichkeiten, auf das Fahrverhalten und den Fahrkomfort des Fahrzeuges einzuwirken. So besteht die Möglich­ keit, das stabmittige Blockieren des Torsionsstabes 3 nicht mehr starr bei einem festen Verdrehwinkel einsetzen zu lassen, sondern variabel zu gestalten, z. B. in Abhängigkeit von einem oder mehreren Betriebsparametern wie z. B. die Fahrgeschwindigkeit, die Fahrzeug­ beladung oder die Fahrzeugquerbeschleunigung, wobei es in einfacher Weise auch möglich ist, das stabmittige Blockieren des Torsions­ stabes 3 für Geradeausfahrt und Kurvenfahrt bei unterschiedlich großen Verdrehwinkeln einsetzen zu lassen.

In einfacher Weise ist es sogar möglich, durch entsprechendes gegensinniges Verdrehen des Torsionsstabes 3 bei Kurvenfahrt die Rollmomentabstützung der Achse so groß werden zu lassen, daß die Kurvenneigung des Fahrzeugaufbaus völlig unterbleibt (Rollneigung = 0) oder aber der Fahrzeugaufbau sich sogar etwas in die Kurve legt (Gegenrollneigung). Mit dieser speziellen Aus­ bildung kann also in einfacher Weise einerseits bei Geradeausfahrt eine extreme Rollweichheit und andererseits bei Kurvenfahrt eine extreme Rollsteifheit der Fahrzeugfederung erzielt werden.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 sind drehstabge­ federte angetriebene Hinterachsen dargestellt. Die Erfindung ist jedoch weder auf angetriebene Achsen oder auf Hinterachsen beschränkt noch auf den Einsatz von Drehstabfedern als Haupt­ federung.

Grundsätzlich kann auch die Vorderachse - ob angetrieben oder nicht angetrieben - mit einer mit einer Hauptfederung zusammenwirken­ den Z-förmigen Drehstabfeder entsprechend der Erfindung ausge­ stattet werden. Auch ist es möglich sowohl die Vorderachse als auch die Hinterachse mit einer mechanischen Z-förmigen Drehstabfeder auszurüsten, die stabmittig entsprechend den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen entweder bei einem fest vorgegebenen Verdrehwinkel oder aber in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsparametern drehblockiert werden können.

Wenn die Federung beider Fahrzeugachsen entsprechend ausgebildet ist, dann ist es möglich, beide Zusatzfederungen direkt oder - über entsprechende Signalleitungen - indirekt miteinander zu koppeln, wodurch sich in einfacher Weise zusätzliche Möglich­ keiten zur Einflußnahme auf die Rollmomentabstützung der Achsen und das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges ergeben. So ist es denkbar, die beiden Torsionsstäbe der Achsen oder deren Stellvorrich­ tungen 9, 11 gleichsinnig miteinander zu koppeln oder aber gegen­ sinnig.

In den Fig. 3 und 4 sind nur beispielhaft zwei denkbare Möglich­ keiten angegeben. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die beiden Z-förmigen Drehstabfedern 2 und 10 gleichsinnig angeordnet, wobei die einenends am Hebelarm 15 der Drehstabfeder 2 angreifende Stellvorrichtung 9 anderenends am Fahrzeugaufbau angelenkt ist, während die einenends am Hebelarm 19′ der Drehstabfeder 2 angrei­ fende zweite Stellvorrichtung 9 anderenends ebenfalls am Hebelarm 19 angreift.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 sind die beiden Drehstabfedern 2 und 10 gegensinnig zueinander ausgerichtet. Die Anlenkung der beiden Stellvorrichtungen 9 und 11 stimmt mit der der Fig. 3 überein.

Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung auch bei solchen Achsen mit Vorteil angewendet werden kann, welche konstruktions­ bedingt bereits selbst eine gewisse Stabilisatorwirkung besitzen, wie beispielsweise Verbundlenkerachsen oder Torsionskurbelachsen.

Claims (6)

1. Stabilisatorlose Radaufhängung eines mindestens zweiachsigen Kraftfahrzeugs,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Achsen des Fahrzeugs eine mit der Hauptfederung (1) zusammenwirkende mechanische Zusatzfederung in Form einer Z-förmigen Drehstab­ feder (2) mit in waagerechter Ebene gegen die Fahrzeuglängs­ achse geneigt angeordnetem mittleren Torsionsstab (3) aufweist, deren beiden entgegengesetzt zueinander verlaufenden endseitigen Hebelarme (4, 5) mit den beiden Rädern (12) der Achse bzw. deren Radführungslenkern (6, 7) gekoppelt sind,
und daß der Torsionsstab (3) derart gelagert ist, daß er beim Ein- und Ausfedern der beiden Räder (12) nur um einen begrenzten Winkel frei um seine Längsachse verdrehbar ist und danach durch eine in seinem mittleren Bereich wirksam werdende Sperr­ oder Anschlagvorrichtung (8) drehblockiert ist.

2. Stabilisatorlose Radaufhängung eines mindestens zweiachsigen Kraftfahrzeugs,
dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Achsen des Fahrzeuges eine mit der Hauptfederung (1) zusammenwirkende mechanische Zusatzfederung in Form einer Z-förmigen Drehstabfeder (2) mit in waagerechter Ebene gegen die Fahrzeuglängsachse geneigt angeordnetem mittleren Torsionsstab (3) aufweist, deren beiden entgegengesetzt zueinander verlaufenden endseitigen Hebelarme (4, 5) mit den beiden Rädern (12) der Achse bzw. deren Radführungslenkern (6, 7) gekoppelt sind,
und daß der an sich frei drehbar gelagerte Torsionsstab (3) durch eine in seinem mittleren Bereich angreifende fremdkraft­ betätigte Stellvorrichtung (9) entweder verdrehfest blockier­ bar oder in die eine oder in die andere Richtung um seine Längsachse verdrehbar ist.

3. Stabilisatorlose Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Achsen des Fahrzeugs eine mit der Hauptfederung (1) zusammenwirkende mechanische Zusatz­ federung in Form einer Z-förmigen Drehstabfeder (2, 10) auf­ weisen und daß die Verstellvorrichtungen (9, 11) beider Achsen miteinander gekoppelt sind.

4. Stabilisatorlose Radaufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstellvorrichtungen (9, 11) gleichsinnig gekoppelt sind.

5. Stabilisatorlose Radaufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verstellvorrichtungen (9, 11) gegensinnig gekoppelt sind.

6. Stabilisatorlose Radaufhängung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Blockieren bzw. Verdrehen des mittleren Bereichs des Torsionsstabes (3) der Zusatzfeder (n) (2, 10) in Abhängigkeit von Betriebsparametern erfolgt, insbesondere in Abhängigkeit z. B. von der Fahrgeschwindigkeit oder der Radbeschleunigung, der Lenkradbetätigung oder der Fahrzeugquerbeschleunigung oder aber der Achslast.