DE4119520A1 - Einzelradaufhaengung fuer angetriebene, lenkbare vorderraeder von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einzelradaufhängung für angetriebene, lenkbare Vorderräder von Kraftfahrzeu­ gen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Einzelradaufhängungen sind in den verschieden­ sten Ausführungen bekannt. Die Spreizachse kann dabei beispielsweise durch die beiden äußeren Führungsgelenke zweier Dreieckslenker einer Doppelquerlenker-Radaufhän­ gung gebildet werden. Es ist aber auch möglich, das obere Führungsgelenk durch die karosserieseitige Anlenkung des Federbeins einer sogenannten Federbein-Vorderachse zu bilden oder auch das äußere (reale) Führungsgelenk eines oder zweier Querlenker durch ein ideelles Führungsgelenk eines in zwei einzelne Stablenker aufgelösten Querlenkers zu ersetzen.

In Fig. 1 ist eine Doppelquerlenkervorderachse schema­ tisch in einem schon etwas eingefederten Zustand darge­ stellt, die einen das Rad 1 lagernden Radträger 2 umfaßt, der beim Lenken um die Spreizachse 3 drehbar ist, die durch die beiden äußeren Gelenke 4 und 5 eines oberen Querlenkers 6 bzw. eines unteren Querlenkers 7 definiert ist.

Abweichend von der dargestellten, wie schon erwähnt etwas eingefederten Lage des Rades 1, strebt man in Konstruk­ tionslage einen möglichst waagerechten Verlauf der Ge­ lenkwelle 8 an, um möglichst geringe Beugewinkel der Ge­ lenke und damit eine hohe Lebensdauer zu erreichen. Das radseitige Gelenk 9 wird möglichst in die Spreizachse 3 gelegt, um kein Auswandern des Gelenkes 9 beim Lenken und damit vergrößerte Beugewinkel und zusätzliche Längenände­ rungen zu erhalten. Die Bremse des Rades 1 wird in der Regel am Radträger 2 befestigt. Um Rückwirkungen der Bremskräfte auf die Lenkung zu minimieren, wird daher ein möglichst kleiner Lenkrollradius r₃ festgelegt. Der Lenkrollradius r₃ bestimmt sich in einem Querschnitt des Fahrzeugs als der Querabstand zwischen dem Durchstoßpunkt 10 der Spreizachse 3 durch die Radaufstandsebene 11 von dem Radaufstandspunkt 12. Ein kleiner Lenkrollradius r₃ bedingt, wie man erkennt, eine deutlich oben nach innen zur Fahrzeugmitte hin geneigte Spreizachse 3 bzw. einen relativ großen Spreizungswinkel.

Um die Auswirkung der Antriebskraft am Radaufstandspunkt 12 auf die Radaufhängung und die Lenkung zu beurteilen, kann man so vorgehen, daß man sich den Motor in Gedanken als blockiert vorstellt und die Bewegung des Radauf­ standspunktes 12 beim Lenkvorgang ermittelt.

Erfährt der Radträger 2 und damit das Rad 1 über einen (nicht dargestellten) Lenkhebel eine Lenkbewegung so dreht er sich beispielsweise mit der Winkelgeschwindig­ keit ω_RT, die in Fig. 1 der Zeichnung als Drehvektor dar­ gestellt ist. Da das Gelenk 9 ein Gleichlaufgelenk ist, kann sich der äußere Wellenstummel 13 und damit das Rad 1 gegenüber dem Mittelstück der Gelenkwelle 8 nur um eine momentane Achse drehen, die in der winkelhalbierenden Ebene 14 des Wellenstummels 13 mit dem Mittelstück der Gelenkwelle 8 liegt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ein­ federungszustand des Rades 1 hat die winkelhalbierende Ebene 14 eine leichte Neigung nach innen, die dem halben Beugewinkel im Gelenk 9 entspricht. Der Drehvektor ω_R des Rades verläuft durch den Schnittpunkt der mit dem Wellen­ stummel 13 zusammenfallenden Radachse mit der Spreizachse 3.

Wegen der Differenz zwischen der Winkelgeschwindigkeit ω_RT des Radträgers 2 und der Winkelgeschwindigkeit ω_R des Rades 1 entsteht bei der Lenkbewegung eine Relativwinkel­ geschwindigkeit ω_rel zwischen Radträger 2 und Rad 1, d. h. eine Verdrehung in den Radlagern. Der Hebelarm r₁, an dem die Antriebskraft wirksam wird, ist immer noch merk­ lich größer als der Lenkrollradius r₃, obwohl die winkel­ halbierende Ebene 14 wegen des eingefederten Rades 1 oben schon etwas nach innen gekippt ist.

Man erkennt, daß man den Antriebskrafthebelarm nur dann noch deutlich verringern könnte, wenn man die winkelhalbierende Ebene 14, und zwar in Konstruktions­ lage, noch wesentlich stärker oben nach innen neigen würde, was aber zu unrealistisch großen Beugewinkeln am äußeren Gelenk 9 der Gelenkwelle 8 führen würde.

Aufbauend auf den bisher geschilderten Zusammenhängen liegt der Erfindung nun die Aufgabe zugrunde, eine Ein­ zelradaufhängung der vorausgesetzten Bauart mit deutlich geneigter Spreizachse und sehr kleinem Lenkrollradius zu schaffen, die eine Rückwirkung der Antriebskraft auf die Lenkung über alle Federungszustände hinweg möglichst ver­ hindert. Ferner soll die Radaufhängung auch einen guten Anfahrnickausgleich ohne Einbußen hinsichtlich des Kom­ forts und der Lenkgeometrie ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzei­ chen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen er­ reicht. Mit diesen Maßnahmen wird darauf abgestellt, daß die weiter oben schon beschriebene Relativgeschwindigkeit ω_rel zwischen Radträger 2 und Rad 1 so beeinflußt wird, daß die Verlängerung des die Absolutgeschwindigkeit des Rades 1 angebenden Drehvektors ω_R durch den Radaufstands­ punkt 12 oder zumindest nahe bei diesem Radaufstandspunkt 12 durch die Radaufstandsebene 11 geht. Das Vorgelege­ getriebe 15 bewirkt zwischen der Gelenkwelle 8 und dem Rad 1 eine Drehzahlübersetzung ins Langsame von minde­ stens 2 : 1. Liegt die Drehzahlübersetzung deutlich niedri­ ger als 2 : 1, so können die nachfolgend beschriebenen Wir­ kungen nicht mehr in einem solchen Ausmaß erzielt werden, daß sich der für die erfindungsgemäße Radaufhängung er­ forderliche Bauaufwand in der Regel noch rechtfertigen läßt. Das Vorgelegegetriebe kann Planetenradsätze, wie sie etwa bei Lkw-Achsen - allerdings nur bei Starrachsen - angewendet wurden, umfassen; es können aber auch Stirn­ radpaarungen, Ritzel/Hohlradpaarungen und auch Ketten­ triebe Verwendung finden.

Das in Fig. 2 und 3 erkennbare Vorgelegegetriebe 15 um­ faßt ein Ritzel 16, das von der Gelenkwelle 8 angetrieben ist, und ein Stirnrad 17, das mit dem Rad 1 verbunden ist. Der das Vorgelegegetriebe 15 aufnehmende Radträger 2 ist über die Gelenke 4 und 5 mit dem oberen Querlenker 6 bzw. dem unteren Querlenker 7 verbunden. Anstelle der skizzierten Doppelquerlenker-Aufhängung ist die erfin­ dungsgemäße Lösung auch beispielsweise bei einer Feder­ oder Dämpferbeinradaufhängung realisierbar.

Unter Bezugnahme auf die vorausgegangenen Erläuterungen der Einzelradaufhängung nach Fig. 1 erhält das Ritzel 16 des Vorgelegegetriebes 15 beim Lenken des Radträgers 2 um die Spreizachse 14 bei blockiert gedachtem Motor eine Winkelgeschwindigkeit ω_Ri in der (wegen der horizontalen Gelenkwelle 8) in Fig. 2 vertikalen winkelhalbierenden Ebene 14 zwischen dem Mittelstück der Antriebswelle 8 und dem Wellenstummel 13. Das Ritzel 16 hat ferner gegenüber dem Radträger 2 eine Relativwinkelgeschwindigkeit ω_rel.

Die Relativwinkelgeschwindigkeit ω_rel2 des Rades 1 gegen­ über dem Radträger 2 ist um das Übersetzungsverhältnis des Vorgelegegetriebes kleiner als ω_rel1. Nachdem das in Fig. 2 dargestellte Vorgelegegetriebe 15 eine Drehrichtungsumkehr erzeugt (i < 0) ist der Vektor von ω_rel1 entgegengesetzt gerichtet zu dem Vektor ω_rel2. Nach geometrischer Addition der Vektoren ω_RT und ω_rel2 ergibt sich für das Rad 1 eine Absolut-Winkelgeschwindigkeit ω_R, deren Achse 18 stärker geneigt ist als die Spreizachse 3. Bei den in Fig. 2 dargestellten Verhältnissen verläuft die Achse 18 durch den Radaufstandspunkt 12, der für die Antriebskraft wirksame Hebelarm r₁ ist gleich Null.

ln Fig. 4 ist eine Einzelradaufhängung gezeigt, bei der das in dem Radträger 2 vorgesehene Vorgelegegetriebe 15′ so ausgebildet ist, daß die Gelenkwelle 8 und das Rad eine gleichsinnige Drehrichtung haben (i < 0). Zu diesem Zweck kämmt das Ritzel 16 hier mit einem Hohlrad 19. Die Relativwinkelgeschwindigkeit ω_rel2 des Rades 1 gegenüber dem Radträger 2 ist der Relativwinkelgeschwindigkeit ω_rel1 des Ritzels 16 gegenüber dem Radträger 2 gleich­ gerichtet. Der Gewinn für den Hebelarm r₁ der Antriebs­ kraft ist geringer als in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2. Eine solche Lösung kann aber trotzdem interessant sein, wenn beispielsweise von der Lenkgeometrie her ein negativer Lenkrollradius r₃ vorhanden ist. Dann könnte der Hebelarm r₁, an dem die Antriebskraft wirksam wird, gleich Null werden.

Anhand der Fig. 3 soll nun beschrieben werden, daß die Verwendung eines Vorgelegegetriebes 15 auch Vorteile für den Anfahrnickausgleich an gelenkten, einzeln aufgehäng­ ten Vorderrädern bringen kann, wenn eine große Nachlaufänderung beim Durchfedern und eine negative Schrägfederung unerwünscht sind. Die in Fig. 3 in Seiten­ ansicht dargestellte Einzelradaufhängung weist einen Radträger 2 auf, der in Seitenansicht um einen Pol P schwenkt, der in der Praxis weiter entfernt ist als in der Zeichnung dargestellt. Mit einem Vorgelegegetriebe 15 der Übersetzung i (< 0 bei Umkehr der Drehrichtung) be­ trägt der Polabstand für das Rad 1 bei blockiert gedach­ tem Motor p_A = p · i / (i - 1) und wird für den skizzier­ ten Fall der Drehrichtungsumkehr kleiner als der Polab­ stand p des Radträgers 2. Der Antriebs-Stützwinkel ε_A er­ gibt sich über die Verbindungslinie vom Radaufstandspunkt 12 zum Pol P_A (vergleiche Matschinsky, Die Radführungen der Straßenfahrzeuge, Köln 1987, Seiten 122 und 123).

Aus Fig. 3 ist ferner erkennbar, daß mit der dargestell­ ten Radaufhängung außer einem guten Anfahrnickausgleich ferner noch ein positiver Schrägfederungswinkel ε zu er­ reichen ist, der für die Abfederung größerer Fahrbahn­ unebenheiten sehr ervünscht ist.

Mit der beschriebenen Einzelradaufhängung gelenkter und angetriebener Vorderräder läßt sich weiterhin ein uner­ wünschtes Lastwechselverhalten von Kraftfahrzeugen korri­ gieren. Jedes Kraftfahrzeug neigt bei Kurvenfahrt und Be­ schleunigung zum verstärkten Untersteuern, bei Gasrück­ nahme zu verringertem Untersteuern oder gar zum Übersteu­ ern. Dies ist durch die dynamische Achslastverlagerung und die damit verbundene Änderung der Schräglaufwinkel der Reifen bedingt. Bei Frontantriebsfahrzeugen entsteht darüber hinaus bei Kurvenfahrt und Beschleunigung im all­ gemeinen ein zusätzliches, zur Geradeausstellung der Rä­ der 1 gerichtetes Moment in der Lenkung, beim Gaswegneh­ men dagegen ein in die Kurve eindrehendes. Beides ist mehr oder weniger deutlich am Lenkrad spürbar. Ist eine Differentialsperre vorgesehen, ist die Reaktion am Lenkrad gerade umgekehrt.

Mit Bezug auf Fig. 1, die ein schon etwas eingefedertes Rad 1 zeigt, läßt sich erkennen, daß am kurvenäußeren, eingefederten Rad die winkelhalbierende Ebene 14 sich zur Spreizachse 3 hin neigt. Am kurveninneren, ausgefederten Rad neigt sie sich in entgegengesetzter Richtung. Daraus folgt, daß am kurvenäußeren Rad 1 der wirksame Hebelarm r₁ der Antriebskraft abnimmt, am kurvenäußeren Rad dage­ gen zunimmt. Diese für Fronttriebler typische Lenkreak­ tion addiert sich zu der weiter oben erwähnten fahrdyna­ mischen Lenkreaktion des Fahrzeugs. Mit einer Radaufhän­ gung nach Fig. 4 wird infolge des Vorgelegegetriebes 15′ die Schwenkbewegung der Achse 18 auf den i-ten Teil redu­ ziert (i = Übersetzungsverhältnis) und damit die Verände­ rung der Hebelarmverhältnisse und somit auch die Auswir­ kung auf die Lenkung deutlich gemildert.

Bei einer Radaufhängung nach Fig. 2 - mit Drehrichtungs­ umkehr im Vorgelegegetriebe 15 - wird die Schwenkbewegung der Achse 18 sogar umgekehrt, d. h. r₁ nimmt kurvenaußen zu und kurveninnen ab. Dies kann zur Kompensation oder gar Überkompensation der oben erwähnten, fahrdynamisch bedingten Unter- bzw. Übersteuerneigung der Fahrzeuge während des Lastwechsels verwendet werden.

Claims (3)

1. Einzelradaufhängung für angetriebene, lenkbare Vor­ derräder von Kraftfahrzeugen, mit einer durch wenig­ stens einen oberen und einen unteren Gelenkpunkt de­ finierten, oben aus der Vertikalen zur Fahrzeugmitte hin geneigten Spreizachse, um die der das Rad la­ gernde Radträger schwenkbar ist und die einen sehr kleinen oder gegen Null gehenden Lenkrollradius bil­ det, sowie mit einer etwa quer verlaufenden Gelenk­ welle zum Antreiben des Rades, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem Radträger (2) ein Vorlegegetriebe (15, 15′) mit einer Drehzahlübersetzung ins Langsame von etwa 2 : 1 und mehr zwischen der Gelenkwelle (8) und dem Rad (1) vorgesehen ist.

2. Einzelradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Vorgelegegetriebe (15) mit Dreh­ richtungsumkehr vorgesehen ist.

3. Einzelradaufhängung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Vorgelegegetriebe (15′) mit gleichsinniger Drehrichtung der Gelenkwelle (8) und des Rades (1).