DE4317510A1 - Federungssystem für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Federungssystem für Kraftfahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie es beispielsweise aus der DE-37 18 390-A1 bekannt ist.

Federungssysteme für Kraftfahrzeuge, bei denen die Anlenkpunkte der zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radführungslenkern oder den Radträgern des Fahrzeugs angeordneten Feder- und Dämpferele­ mente mit Hilfe von Stellvorrichtungen in Abhängigkeit von Be­ triebsparametern des Fahrzeugs, insbesondere in Abhängigkeit von der Fahrzeugbeladung verstellt werden, um so den wirksamen He­ belarm der Feder- und/oder Dämpferelemente zu verändern und da­ durch insbesondere das Fahrzeugniveau zumindest weitgehend bela­ dungsunabhängig konstant zu halten, sind in vielfältigen Varian­ ten bekannt.

So ist beispielsweise aus der US-PS 3 858 902 ein Federungssy­ stem für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem die Fahrzeugräder u. a. durch Längslenker geführt sind und die Fahrzeugabfederung durch zwischen dem Fahrzeugaufbau und den als- Längslenkern ausgebilde­ ten Radführungslenkern angeordnete Federdämpfer erfolgt. Eine automatische Niveaukonstanthaltung wird bei diesem bekannten Fe­ derungssystem dadurch erreicht, daß das am Fahrzeugaufbau abge­ stützte Federdämpferende lastabhängig durch einen geregelten Motorantrieb innerhalb einer in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Vertikalebene verschoben und dadurch der wirksame Hebelarm der Federdämpferanordnung lastabhängig vergrößert oder verkleinert wird.

Bei einem aus der DE-37 18 390-A1 bekannten anderen Federungssy­ stem für Kraftfahrzeuge mit zwischen dem Fahrzeugaufbau und den Radführungslenkern wirksamen, der Fahrzeugabfederung dienenden Federdämpfern sind die Federdämpfer mit ihren aufbauseitigen En­ den jeweils unverrückbar am Fahrzeugaufbau angelenkt, wohingegen ihre an den Radführungslenkern abgestützten Enden zwecks Niveau­ konstanthaltung und/oder Erhaltung einer weitgehend lastunab­ hängigen Aufbaufrequenz bzw. Aufbaudämpfung auf den Radführungs­ lenkern mittels einer Stellvorrichtung zwischen einer einen kür­ zeren ersten wirksamen Federdämpferhebelarm bewirkenden ersten Endstellung bei Leerlast und einer einen längeren zweiten wirk­ samen Federdämpferhebelarm bewirkenden zweiten Endstellung bei Vollast verschiebbar sind. Zu diesem Zweck sind die lenkerseiti­ gen Federbeinenden jeweils über ein kugelige Bewegungen ermög­ lichendes Lager an einem auf dem jeweiligen Radführungslenker befindlichen drehbaren Stützglied angelenkt, so daß die lenker­ seitigen Anlenkpunkte der Federdämpfer bei Verstellung dieses Stützgliedes eine Kreisbahn, vorzugsweise eine Halbkreisbahn be­ schreiben. Die Drehebene dieses Stützgliedes ist dabei derart ausgerichtet, daß sie die Grundfläche eines fiktiven Kreiskegels bildet, dessen Spitze durch das aufbauseitige Federdämpferlager und dessen Mantelfläche durch die von der Mittelachse des Feder­ dämpfers während des Verdrehens des Stützgliedes beschriebene Höhlkurve gebildet wird.

Dieses bekannte Federungssystem benötigt in vorteilhafter Weise im Vergleich zu bekannten Federungssystemen entsprechend der US-PS 3 858 902 zwar vergleichsweise geringe Verstellkräfte, doch ist andererseits zur Durchführung der Verstellbewegungen der Federdämpfer zusätzlicher seitlicher Bauraum erforderlich.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein seitenbauraumgünstiges weiteres Federungssystem für Kraft­ fahrzeuge der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, über den ganzen Fahrzeuglastbe­ reich zumindest annähernd sowohl ein konstantes Niveau als auch eine weitgehend konstante Aufbaueigenfrequenz sowie ein weitge­ hend konstantes Dämpfungsmaß aufrechtzuerhalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 gelöst.

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

Erfindungsgemäß werden also die lenkerseitigen Federdämpferenden u. a. mittels eines dreigliedrigen Kurbeltriebs mit einem das lenkerseitige Federdämpferende tragenden Kurbellenker, einem den Kurbellenker am Radführungslenker abstützenden Stützstab sowie einem den Verschiebeweg des lenkerseitigen Federdämpferendes in gewünschter Weise beeinflussenden Korrekturhebel an den Radfüh­ rungslenkern angelenkt.

An Hand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbei­ spiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen in prinzipienhafter Darstellung

Fig. 1 die Seitenansicht des erfindungsgemäßen Fede­ rungssystems gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel bei Leerlast,

Fig. 2 die Seitenansicht desselben Federungssystems bei Vollast,

Fig. 3 die Seitenansicht desselben Federungssystems in einer prinzipienhaften Gesamtdarstellung und

Fig. 4 die Seitenansicht eines bezüglich eines De­ tails veränderten entsprechenden Federungssy­ stems in einer prinzipienhaften Gesamtdar­ stellung.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen eine Kraftfahr­ zeug-Hinterradaufhängung, bei der das Fahrzeugrad 4 über einen Radführungslenker 2 in Form eines Längslenkers, der auch Teil einer bekannten Verbund- oder Koppellenkerachse sein kann, schwenkbar am nur angedeuteten Fahrzeugaufbau 1 angelenkt ist. Die Abfederung des Rades 1 erfolgt über einen zwischen Fahrzeug­ aufbau 1 und Radführungslenker 2 wirksamen Federdämpfer 3, der in üblicher Weise aus einem Teleskopstoßdämpfer und einem diesen konzentrisch umschließenden Federelement, hier eine Schraubenfe­ der, besteht.

Die Hinterradaufhängung ist mit einer mechanischen Niveaurege­ lung ausgestattet, mit deren Hilfe das Fahrzeugniveau unabhängig von der jeweiligen Fahrzeugbeladung konstant gehalten werden kann. Diese mechanische Niveauregelung besteht im wesentlichen aus einem nicht weiter dargestellten üblichen Niveauregler, d. h. einer Einrichtung, die das jeweilige Fahrzeugniveau erfaßt und bei seiner Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert ein entsprechendes Steuer- bzw. Stellsignal abgibt, sowie dem Feder­ dämpfer 3 und einer Stellvorrichtung, durch die der wirksame Fe­ derdämpferhebelarm beladungsabhängig in seiner Größe verändert werden kann.

Der Federdämpfer 3 ist mit seinem oberen Ende am Fahrzeugaufbau 1 unverrückbar, aber schwenkbar und/oder kugelige Bewegungen ge­ stattend angelenkt.

Das untere rad- bzw. lenkerseitige Federdämpferende 11 ist dage­ gen am Radführungslenker 2 nicht unverrückbar, sondern - mittels einer Stellvorrichtung - längsverschieblich dazu angelenkt.

Die Stellvorrichtung enthält einen das untere Federdämpferende 11 lagernden und mit dem Radführungslenker 2 verbindenden drei­ gliedrigen Kurbeltrieb 6 sowie einen das Federdämpferende 11 nach Maßgabe des vorerwähnten Stell- oder Steuersignals des Ni­ veaureglers längsverschiebenden Stellantrieb 5, der in den dar­ gestellten Ausführungsbeispielen als üblicher hydraulischer Stellzylinder ausgebildet ist, generell aber durch jeden anderen geeigneten Stellantrieb ersetzt werden kann.

Der Kurbeltrieb 6 enthält einen um einen in den dargestellten Ausführungsbeispielen oberhalb des Radführungslenkers 2 liegen­ den Drehpunkt 10 schwenkbaren hängenden Kurbellenker 7, an des­ sen freien unteren Ende das untere Federdämpferende 11 angelenkt ist, einen Stützstab 8, der mit seinem einen Ende am Radfüh­ rungslenker 2 angelenkt und etwa parallel oder leicht geneigt zum Radführungslenker 2 ausgerichtet ist, sowie einen im Anlenk­ punkt 12 am Radführungslenker 2 angelenkten stehenden Korrektur­ hebel 9, dessen oberes freies Ende am Kurbellenker 7 im Abstand zu dessen Enden angelenkt ist.

Das obere Ende des Kurbellenkers 7 ist gelenkig mit dem freien Ende des Stützstabs 8 verbunden. Diese Gelenkstelle bildet den vorerwähnten Drehpunkt 10, der also nicht raumfest ist.

Es ist leicht erkennbar, daß das untere Ende des Kurbellenkers 7 und damit auch das untere Federdämpferende 11 durch den am Kur­ bellenker 7 angreifenden Stellantrieb 5 nach Maßgabe eines vom Niveauregler gelieferten Stell- oder Steuersignals verschoben werden kann, wobei der Verschiebeweg des Federdämpferendes 11 durch die Kinematik des Kurbeltriebs 6 bestimmt ist.

Wenn die Anlenkung des unteren Federdämpferendes 11 nicht gemäß der Erfindung über einen dreigliedrigen Kurbeltrieb 6, sondern einfach mittels eines um einen raumfesten Drehpunkt (entsprechend Drehpunkt 10) schwenkbaren einfachen Kurbellenker (entsprechend Kurbellenker 7) durchgeführt werden würde, dann ergäbe sich für das untere Federdämpferende 11 ein vergleichs­ weise stark gekrümmter Verschiebeweg, der in Fig. 3 Vergleichs­ halber strichpunktiert eingezeichnet und mit 15 beziffert ist.

Durch den erfindungsgemäß eingesetzten Kurbeltrieb 6 wird der obere Drehpunkt 10 des Kurbellenkers 7 beim Betätigen des Stell­ antriebs 5 in seiner räumlichen Lage verändert, weil dem Kurbel­ lenker 7 durch den an ihm angreifenden und anderenends am Rad­ führungslenker 2 angelenkten Korrekturhebel 9 eine nach oben ge­ richtete korrigierende Bewegung aufgezwungen wird, die letztlich dazu führt, daß das untere Federdämpferende 11 beim Betätigen des Stellantriebs 5 entlang einem kreisbogenförmigen Verschiebe­ weg 13 ausgelenkt wird, der eine nur vergleichsweise geringe Krümmung besitzt.

Kurbellenker 7, Stützstab 8 und Korrekturhebel 9 des Kurbel­ triebs 6 sind in ihren Längen wie in Fig. 1 bis 3 dargestellt, vorzugsweise derart bemessen und räumlich derart zueinander aus­ gerichtet, daß sowohl der lenkerseitige Anlenkpunkt 12 des Kor­ rekturhebels 9 als auch der Drehpunkt 10 zwischen dem Kurbellen­ ker 7 und dem Stützstab 8 sowie der mit M₁ bezifferte Krümmungs­ mittelpunkt des sich für das lenkerseitige Federdämpferende 11 ergebenden kreisbogenförmigen Verschiebewegs 13 etwa bei der mittleren stationären Last, d. h. also bei etwa mittlerer Fahr­ zeugbeladung, zumindest annähernd auf der Mittelsenkrechten 14 liegen, die - federdämpferseitig - auf der Verbindungsgeraden zwischen den beiden mit A und B bezifferten Endstellungen er­ sichtlich ist, die das Federdämpferende 11 einerseits bei Leer­ last (A) bzw. bei Vollast (B) einnimmt.

Für den Verschiebeweg 13 ergibt sich so eine leicht ansteigende Bahnkurve, durch die die mit zunehmender Last auftretende Schraubenfederverkürzung berücksichtigt wird.

Bei einer Änderung der Fahrzeugbeladung durch Zu- oder Entladung wird das untere Federdämpferende 11 durch den Stellantrieb 5 aufgrund eines vom nicht weiter dargestellten Niveauregler ge­ lieferten Stell- oder Steuersignals so lange in die eine oder in die andere Richtung unter entsprechender Verkleinerung oder Ver­ größerung des wirksamen Federdämpferhebelarms verschoben, bis das vorgegebene Fahrzeugniveau wieder erreicht ist. Dabei bleibt die Aufbaueigenfrequenz und das Dämpfungsmaß aufgrund der vorge­ gebenen leicht ansteigenden und nur schwach gekrümmten Bahnkurve des Verschiebewegs 13 unabhängig von der Fahrzeugbeladung zumin­ dest annähernd unverändert.

In den Fig. 1 und 2 sind die Verhältnisse einmal für Leerlast und einmal für Vollast dargestellt. Bei Leerlast ist das Feder­ dämpferende 11 in eine Endstellung A gebracht, in der für den Federdämpfer 3 ein mit a bezifferter vergleichsweise kurzer Fe­ derdämpferhebelarm wirksam ist. Bei Vollast ist das untere Fe­ derdämpferende 11 dagegen durch den Stellantrieb 5 entlang den Verschiebeweg 13 in seine andere Endstellung B verschoben, in der ein vergleichsweise großer Federdämpferhebelarm b wirksam ist.

Durch entsprechende gegenseitige Abstimmung der drei Glieder des Kurbeltriebs 6 bezüglich ihrer Länge und räumlichen Zuordnung zueinander ist es in einfacher Weise möglich, nicht nur ein be­ ladungsunabhängiges konstantes Fahrzeugniveau zu erzielen, son­ dern gleichzeitig auch eine weitgehend konstant bleibende Auf­ baueigenfrequenz sowie ein weitgehend konstant bleibendes Dämp­ fungsmaß zu erzielen.

Wenn es in speziellen Betriebssituationen wünschenswert ist, z. B. auf Schlechtwegestrecken, eine härtere Feder-Dämpfereinstellung einstellen zu können, so ist auch dies in einfacher Weise dadurch möglich, daß der Stützstab 8 derart ausgebildet wird, daß seine wirksame Länge gezielt vergrößert werden kann. Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß der Stützstab z. B. nach Art bekannter hydraulischer Stellzylinder ausgebildet wird, wie dies in Fig. 4 angedeutet ist.

Wenn die Länge des Stützstabes 8 z. B. über die in den Fig. 1 bis 3 gegebene Länge hinaus vergrößert wird, wie dies in Fig. 4 mit dem oberen kleinen Pfeil angedeutet ist, wird die Kinematik des Kurbeltriebs 6 in Richtung einer Verflachung des Verschiebe­ wegs des unteren Federdämpferendes 11 geändert, wie dies in Fi­ gur 4 strichpunktiert angedeutet und mit 16 beziffert ist. Die Verstellkurve verläuft hier also flacher, d. h. weniger angewin­ kelt und tiefer. Aus diesem Grunde muß die Länge des Verschiebe­ wegs zwischen den beiden Endstellungen bei Leerlast (A) und bei Vollast entsprechend länger werden, um bei Vollast einen ent­ sprechend größeren Federdämpferhebelarm zur Verfügung zu haben. In Fig. 4 ist die entsprechende Verlängerung des Verschiebewegs mit dem unteren kleinen Pfeil angedeutet und die entsprechende Endstellung bei Vollast mit (c) beziffert.

Nur zum Vergleich sind in der Fig. 4 auch noch die bei unverän­ derter Länge des Stützstabes 8 vorliegenden Hebelverhältnisse etc. angedeutet, wobei die für beide Fälle identische Lage des Federdämpfers bei Leerlast strichpunktiert und mit 3 beziffert, die Ausrichtung des Federdämpfers bei unveränderter Stützstab­ länge bei Vollast punktiert und mit 3′ und die Ausrichtung des Federdämpfers bei vergrößerter Stützstablänge strichpunktiert und mit 3′′ beziffert wurde.

In entsprechender Weise wurde die räumliche Ausrichtung des Kur­ bellenkers sowie des Korrekturhebels bei verlängertem Stützstab 8′′ mit 7′′ bzw. mit 9′′ bezeichnet.

Es leuchtet ein, daß es auch möglich ist, im Bedarfsfalle in ganz entsprechender Weise durch Verringerung der an sich vorge­ sehenen Stützstablänge eine entsprechend weichere Feder-Dämpfer­ einstellung zu erzielen.

Der Einsatz eines in seiner wirksamen Länge verstellbaren Stütz­ stabes 8 kann in vorteilhafter Weise auch dazu eingesetzt wer­ den, gegebenenfalls, z. B. fahrgeschwindigkeitsabhängig, das Eigen­ lenkverhalten des Kraftfahrzeugs zu beeinflussen, da eine Veränderung der Federhärte zugleich die Größe des Roll-Rück­ stellmoments und folglich auch die Größe des Reifenschräglauf­ winkels der Räder beeinflußt.

Das erfindungsgemäße Federungssystem wurde anhand einer Radauf­ hängung mit Längslenkern erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Anwendung bei solchen Radführungslenkern be­ schränkt. In entsprechender Weise kann sie auch bei solchen Rad­ aufhängungen zum Einsatz kommen, die z. B. Querlenker einsetzen. In diesen Fällen werden die Federdämpfer dann zur Veränderung der wirksamen Federdämpferhebelarme in ganz entsprechender Weise nicht in Fahrzeuglängsrichtung, sondern in Fahrzeugquerrichtung verschoben.

Claims (3)

1. Federungssystem für Kraftfahrzeuge, mit am Fahrzeugaufbau (1) jeweils um eine im wesentlichen horizontale Achse schwenkbar angelenkten Radführungslenkern (2) sowie mit zwischen Fahr­ zeugaufbau (1) und Radführungslenkern (2) wirksamen Feder­ dämpfern (3), deren lenkerseitige Anlenkung zwecks Niveaure­ gelung jeweils mittels einer Stellvorrichtung relativ zum jeweiligen Radführungslenker (2) zwischen einer einen kürze­ ren ersten wirksamen Federdämpferhebelarm (a) bewirkenden er­ sten Endstellung (A) bei Leerlast und einer einen längeren zweiten wirksamen Federdämpferhebelarm (b) bewirkenden zwei­ ten Endstellung (B) bei Vollast verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stellvorrichtung jeweils mindestens einen Stellan­ trieb (5) sowie einen dreigliedrigen Kurbeltrieb (6) mit einem Kurbellenker (7), einem Stützstab (8) und einem Korrek­ turhebel (9) enthält,
daß am freien unteren Ende des um einen Drehpunkt (10) schwenkbaren hängenden Kurbellenkers (7) das lenkerseitige Federdämpferende (11) angelenkt ist,
daß der mit seinem einen Ende am Radführungslenker (2) ange­ lenkte Stützstab (8) im wesentlichen etwa parallel zum Rad­ führungslenker (2) ausgerichtet ist und mit seinem freien an­ deren Ende - den Drehpunkt (10) bildend - gelenkig mit dem Kurbellenker (7) verbunden ist
und daß das freie obere Ende des ebenfalls am Radführungslen­ ker (2) angelenkten stehenden Korrekturhebels (9) am Kurbel­ lenker (7) im Abstand zu dessen Enden angelenkt ist.

2. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbellenker (7), der Stützstab (8) und der Korrek­ turhebel (9) des Kurbeltriebs (6) in ihren Längen derart be­ messen und räumlich derart zueinander ausgerichtet sind, daß sowohl der lenkerseitige Anlenkpunkt (12) des Korrekturhebels (9) als auch der Drehpunkt (10) zwischen Kurbellenker (7) und Stützstab (8) sowie der Krümmungsmittelpunkt (M₁) des sich für das lenkerseitige Federdämpferende (11) ergebenden kreis­ bogenformigen Verschiebewegs (13) etwa bei der mittleren sta­ tionären Last zumindest annähernd auf der federdämpferseitig auf der Verbindungsgeraden zwischen den beiden Endstellungen (A, B) errichteten Mittelsenkrechten (14) liegen.

3. Federungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge des Stützstabs (8) Verstellbar ist.