-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Fahrzeugachse vom Typ halbsteife
Achse mit einem Stabilisatorstab.
-
Eine
derartige Achse bildet häufig
eine Hinterachse und umfasst einen Querträger mit einer quergerichteten
Achse, an deren Enden drehbeweglich Räder montiert sind.
-
Zwei
Längslenker
verbinden den Querträger mit
der Fahrzeugkarosserie. Jeder dieser Lenker weist ein erstes Ende,
das mit der Karosserie um eine jeweilige, zur Achse des Querträgers im
Wesentlichen parallele Drehachse schwenkbar verbunden ist, und ein
zweites Ende auf, das mit dem Querträger in einem der beiden Verbindungspunkte
verbunden ist, die in der Richtung der Achse des Querträgers voneinander
beabstandet sind.
-
Ein
schräger
Stab verbindet die Karosserie mit dem Querträger und erstreckt sich schräg relativ zu
dem die Räder
tragenden Querträger.
-
Ein
derartiger schräger
Stab wird üblicherweise
mit dem Begriff „Panhard-Stab" oder auch als Stabilisatorstab
bezeichnet.
-
In
den Dokumenten
EP 0
458 665 B und
JP 62
029 406 sind Fahrzeugachsen vom halbsteife Achse mit Panhard-Stab
beschrieben.
-
Ferner
ist der Querträger
mit der Karosserie auch über
elastische Elemente verbunden, die beispielsweise von Stoßdämpfern und
von Spiralfedern gebildet sind, die eine Federungsaufgabe erfüllen.
-
Bei
einer derartigen Fahrzeugachse ermöglichen die Anordnung der Räder und
die Merkmale des Querträgers
sowie elastische Federelemente, dass ein freier Federweg der Räder mit
einem guten Bewegungsvermögen
in vertikaler Richtung sowie eine Stabilisatorfunktion bewirkt werden.
-
Der
Stabilisatorstab ermöglicht
seinerseits die Aufnahme von quergerichteten Kräften, die auf die Achse einwirken.
-
Die
Achse, die von dem Querträger
gebildet ist, der mit den Lenkern, dem Stabilisatorstab und den
elastischen Federelementen verbunden ist, wird somit bei ihrer Bewegung
relativ zu der Karosserie durch die Lenker und den Stabilisatorstab
geführt, der
mit dem Querträger
und der Karosserie in Verbindungspunkten an ihren Enden verbunden
ist.
-
Diese
Ausgestaltung als halbsteife Achse mit Stabilisatorstab weist eine
gute Kraftbeständigkeit und
einen relativ niedrigen Preis auf, besitzt allerdings ein asymmetrisches
Verhalten insbesondere bei vertikalen Federwegen.
-
Beim
vertikalen Federweg der Achse neigt der Querträger nämlich dazu, sich um die Drehachsen
der Längslenker
an der Karosserie zu drehen.
-
Der
Stabilisatorstab setzt allerdings auch den Verbindungspunkt zwischen
dem Stab und dem Querträger
einer Drehbewegung um die Drehachse des schrägen Stabs an der Karosserie
aus, die senkrecht zu dem Stab ist und zu der Achse des Querträgers nicht
parallel ist.
-
Diese
Drehbewegung wird auf asymmetrische Weise nur auf ein Ende des Querträgers ausgeübt und bewirkt
eine allgemeine Drehung des Querträgers in der Rollebene, was
dazu führt,
dass sich ein Rad der Längsachse
des Fahrzeugs annähert und
das andere sich davon entfernt.
-
Ein
derartiges asymmetrisches Verhalten erweist sich als im Hinblick
auf Komfort und Sicherheit problematisch und wird durch die Größe des vertikalen
Federwegs der Achse verstärkt,
insbesondere bei Nutzfahrzeugen.
-
Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, diese Probleme zu lösen, indem
eine halbsteife Achse mit Stabilisatorstäben mit einem fast symmetrischen
Verhalten definiert wird.
-
Zu
diesem Zweck betrifft die vorliegende Erfindung eine Fahrzeugachse
vom Typ halbsteife Achse mit Stabilisatorstab, umfassend:
- – einen
Querträger
mit einer zu den Achsenden quergerichteten Achse, von dem ein erstes
und ein zweites Rad drehbar gelagert sind;
- – einen
ersten und einen zweiten Längslenker,
die den Querträger
mit der Fahrzeugkarosserie verbinden, die jeweils ein erstes Ende
aufweisen, das mit der Karosserie um eine jeweilige, zur Achse des
Querträgers
parallele Drehachse schwenkbar verbunden ist, und ein zweites Ende, das
mit dem Querträger
in einem der beiden Verbindungspunkte verbunden ist, die in der
Richtung der Achse des Querträgers
voneinander beabstandet sind; und
- – einen
Stab, der relativ zu dem Querträger schräg ist, der
ihn mit der Karosserie verbindet und ein erstes Ende aufweist, das
mit dem Querträger
in einem Verbindungspunkt verbunden ist, der in der Richtung der
Achse des Querträgers vom
Verbindungspunkt des zweiten Längslenkers mit
dem Querträger
weiter entfernt ist als von dem Verbindungspunkt des ersten Längslenkers
mit dem Querträger,
und ein zweites Ende, das mit der Karosserie um eine Drehachse schwenkbar verbunden
ist, die relativ zu der Achse des Querträgers geneigt ist,
dadurch
gekennzeichnet, dass die Drehachse mit der Karosserie an dem Ende
des zweiten Längslenkers,
der mit dem Querträger
in einem Punkt verbunden ist, der vom Befestigungspunkt des schrägen Stabs
weiter entfernt ist, relativ zu der Drehachse des ersten Lenkers
um einen vorgegebenen Wert senkrecht nach unten versetzt ist.
-
Wie
sich ergibt, wird dadurch, dass die Drehachsen der Längslenker
an der Karosserie versetzt sind, die allgemeine Asymmetrie der Achse
stark reduziert und bleibt in sämtlichen
Funktionslagen beschränkt.
-
Im übrigen ist
die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass
- – der vorgegebene
Wert für
den senkrechten Versatz zwischen den Drehachsen der Lenker an der Karosserie
zwischen 5 und 20 Millimeter beträgt;
- – der
vorgegebene Wert für
den senkrechten Versatz zwischen den Drehachsen der Lenker an der Karosserie
10 Millimeter beträgt.
-
Die
Erfindung lässt
sich besser beim Lesen der folgenden Beschreibung verstehen, die
lediglich als Beispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
dient; es zeigen:
-
1 eine
schematische Perspektivansicht der Achse nach der Erfindung;
-
2A eine
schematische Draufsicht der Achse nach der Erfindung;
-
2B eine
schematische Seitenansicht der Achse nach der Erfindung; und
-
3 in
einer graphischen Darstellung vergleichende Leistungsmessungen zwischen
der Achse nach der Erfindung und einer Referenzachse nach dem Stand
der Technik.
-
In 1 ist
schematisch in Perspektive eine Hinterachse entsprechend der Erfindung
dargestellt, während
die 2A und 2B eine
Draufsicht bzw. eine Seitenansicht sind.
-
Die
Achse umfasst einen Querträger 2,
der sich entlang einer quergerichteten Achse erstreckt. Ein erstes
und ein zweites Rad 4A und 4B sind auf herkömmliche
Weise über
Schenkel 6A und 6B drehbeweglich an den Achsenden
des Querträgers 2 montiert.
-
Es
wird ein orthonormaler Bezugspunkt definiert, der gebildet ist durch
eine Längsachse
OX und eine Querachse OY des Fahrzeugs in einer Ebene, auf der die
Räder 4A und 4B aufliegen,
entsprechend der Rollebene des Fahrzeugs, und eine vertikale Achse
OZ senkrecht zu dieser Ebene.
-
Die
Achse OX entspricht der Längsachse des
Fahrzeugs und die Achse OY entspricht der Achse des Querträgers 2.
-
Bei
der beschriebenen Ausführungsform
ist der Querträger 2 ein
verformbarer Querträger,
der einen mittigen Teil mit schrägem
Querschnitt mit hoher Verdrehungsfähigkeit und Biegesteifigkeit
enthält.
Er trägt
an jedem Ende Schenkel 6A und 6B, die die Räder 4A bzw. 4B tragen.
-
Der
Querträger 2 ist,
beispielsweise durch Schweißen,
fest mit einem ersten und einem zweiten Längslenker 8A und 8B verbunden,
die ihn mit der Fahrzeugkarosserie verbinden. Die Lenker 8A und 8B sind
mit dem Querträger 2 verbunden über ihre Enden 10A und 10B,
die in Richtung des Querträgers 2 voneinander
beabstandet sind.
-
Bei
der beschriebenen Ausführungsform
erstrecken sich die Lenker 8A und 8B in einer
im Wesentlichen horizontalen Ebene entlang der Längsachse und in einer Richtung,
die es ihnen ermöglicht, sich
den auf die Räder 4 einwirkenden
Kräften
zu widersetzen.
-
Die
Enden 12A und 12B der Längslenker 8A und 8B sind
an der Karosserie des Fahrzeugs um zu der Achse des Querträgers 2 parallele
Achsen 16A bzw. 16B schwenkbar befestigt über Federgelenke 14A und 14B.
-
Die
Achse umfasst ferner einen schrägen Stab,
den sogenannten Stabilisatorstab oder „Panhard-Stab" 18, der
ein erstes Ende 18A, das mit dem Querträger 2 verbunden ist,
und ein zweites Ende 18B aufweist, das mit der Karosserie
des Fahrzeugs verbunden ist. Der Verbindungspunkt des Endes 18A des
Stabs 18 mit dem Querträger 2 ist
in Richtung des Querträgers 2 vom
Verbindungspunkt 10B des zweiten Lenkers 8B mit
dem Querträger 2 weiter
entfernt als vom Verbindungspunkt 10A des ersten Lenkers 8A mit
dem Querträger 2.
-
Wie
in den 2A und 2B dargestellt, ist
der Stab 18 in einer Ebene, die annähernd parallel zu der Rollebene
ist, relativ zu dem Querträger 2 schräg angeordnet.
Ferner erstreckt sich der Stab 18 entgegengesetzt zu den
Lenkern 8A und 8B, um ein Phänomen zu kompensieren, das
unter dem Namen Lenkungsausschlag bekannt ist, das unter Krafteinwirkung
herbeigeführt
wird.
-
Das
Ende 18A des Stabs 18 ist mit dem Querträger 2 über ein
Gelenk 19 verbunden, während
das Ende 18B mit der Karosserie über ein Gelenk 20 verbunden
ist, das eine schwenkbare Montage des Stabs 18 um eine
Achse 22 gestattet, die im Wesentlichen senkrecht zu dem
Stab 18 ist und zu der Achse des Querträgers 2 nicht parallel
ist.
-
Die
Federung der Achse wird ferner über elastische
Federelemente bewirkt, die beispielsweise von Stoßdämpfern und
Spiralfedern gebildet sind, die ermöglichen, dass bei den Federungsbewegungen eine
vertikale Führung
der Achse bewirkt wird.
-
Die
Anordnung des Stabs 18 ist dafür vorgesehen, die herbeigeführten Lenkungsausschläge zu optimieren.
Ferner tragen die vertikalen Positionen der Befestigungspunkte der
Lenker 8A, 8B an der Karosserie dazu bei, die
seitlichen Bewegungen der Achse maximal zu reduzieren.
-
Wie
unter Bezugnahme auf die 1 und 2B dargestellt,
ist bei der Achse nach der Erfindung die Achse 16B des
Gelenks 14B, welche die Befestigung zwischen der Karosserie
und dem zweiten Lenker 8B, d.h. dem Lenker, der vom Befestigungspunkt 18A zwischen
dem Querträger 2 und dem
schrägen
Stab 18, am weitesten entfernt ist, ermöglicht, zu der Achse 18A des
Befestigungsgelenks 14A des ersten Lenkers 8A an
der Karosserie parallel, wobei sie in vertikaler Richtung nach unten
versetzt ist um einen Versatz mit einem bestimmten Wert, der mit
E bezeichnet ist.
-
Die
Enden 12A und 12B der Längslenker 8A und 8B liegen
in derselben vertikalen Ebene, jedoch in zwei unterschiedlichen,
zu der Rollebene parallelen Ebenen, und die beiden Längslenker 8A und 8B, sind,
obwohl sie beide im Wesentlichen horizontal angeordnet sind, nicht
koplanar.
-
Der
vertikale Versatz E zwischen den Befestigungspunkten der Lenker 8A und 8B mit
der Karosserie ist in Abhängigkeit
von den Achsparametern variabel.
-
Der
vertikale Versatz E beträgt
vorteilhafterweise zwischen 5 mm und 20 mm; vorzugsweise ist der
vertikale Versatz E, wie dies bei der beschriebenen Ausführungsform
der Fall ist, auf 10 mm festgelegt.
-
Die
Achse nach der Erfindung weist ferner eine bewusste Asymmetrie auf,
was ihre Aufhängung an
der Karosserie betrifft. Bei den Federwegen bewirkt der Stabilisatorstab 18 eine
asymmetrische Wirkung, die sich widersetzt und teilweise durch die Asymmetrie
der Aufhängung
der Achse an der Karosserie kompensiert wird.
-
Wie
unter Bezugnahme auf 2B dargestellt, die einer Seitenansicht
der Achse entsprechend der angegebenen Richtung II entspricht, beschreiben
die Lenker 8A und 8B unterschiedliche Kreisbögen, die
zu den Gelenkachsen 16A bzw. 16B zentriert sind.
-
Wie
sich ergibt, sind die mit C10A und C10B bezeichneten Bahnen der
Verbindungspunkte der Enden 10A und 10B der Lenker 8A und 8B mit
dem Querträger 2 unterschiedlich,
wie auch in 2B dargestellt.
-
In 3 sind
vergleichende Leistungsmessungen zwischen der Achse nach der Erfindung,
wie unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben, und einer Referenzachse
nach dem Stand der Technik dargestellt, die auf ähnliche Weise realisiert wurde,
bei der jedoch die Befestigungsachsen der Lenker in vertikaler Richtung
und in Querrichtung fluchten.
-
In
dieser graphischen Darstellung wurde die vertikale Hin- und Herbewegung
auf der Ordinate und eine Messung des Winkels, den das Rad mit der Fahrzeugachse
bildet, oder Spurwinkel, umgerechnet in den Abstand relativ zum
Durchmesser des Rads, auf der Abszisse aufgetragen.
-
Der
positive Federweg oberhalb der Abszissenachse wird Federweg bei
Belastung genannt, während
der negative Federweg bei Entlastung genannt wird.
-
In
der graphischen Darstellung 3 stellen die mit dem Bezugszeichen
C4A' und C4B' bezeichneten Kurven
den Verlauf des Winkels dar, den die jeweiligen Räder der
Referenzachse jeweils bilden, deren Befestigungslenker auf der gleichen
Höhe angeordnet
und entsprechend fluchtenden Achsen angelenkt sind.
-
Die
Kurven C4A und C4B stellen den Verlauf des Winkels dar, den die
Räder 4A und 4B der
Achse nach der Erfindung jeweils mit der Längsachse des Fahrzeugs bilden.
-
Jedes
Kurvenpaar enthält
zwei Kreisbögen mit
entgegen gesetzten Krümmungen.
Die Kurven C4A' und
C4B' der Referenzachse
sind in einem Teil des Bereichs fast tangierend, während die
Kurven C4A und C4B sich zwei Mal kreuzen.
-
Ferner
weisen die Referenzkurven C4A' und C4B' einen Bereich auf,
in dem sie praktisch zusammenfallen, was sich über ein im Wesentlichen symmetrisches
Verhalten der beiden Räder
in diesem Teil des Federwegs bei Entlastung widerspiegelt.
-
Ab
einem Grenzwert des Federwegs bei Entlastung wächst die Asymmetrie allerdings
stark an, um schließlich
eine sehr hohe Asymmetrie ΔP' bei 110 mm Federweg
bei Entlastung zu erreichen.
-
Der
durch die Räder
mit der Längsachse
des Fahrzeugs gebildete Winkel verläuft stets in der gleichen Richtung,
wobei er bei einem Rad zunimmt und bei dem anderen abnimmt, so dass
die Referenzachse zu einer Drehbewegung in einer einzigen Richtung in
der Rollebene angetrieben wird.
-
Umgekehrt
wird die jeweilige Lage der Räder 4A und 4B der
Achse nach der Erfindung jedes Mal dann umkehrt, wenn sich die Kurven
C4A und C4B schneiden. Die Drehung der Achse in der Rollebene erfolgt
somit nicht immer in der gleichen Richtung, sondern wird in jedem
Schnittpunkt umgekehrt, wobei die Winkel, welche die Räder 4A und 4B jeweils bilden,
auf umgekehrte Weise verlaufen, indem sie sich von der Achse OX
des Fahrzeugs entfernen und sich dann an diese annähern.
-
Die
Achse nach der Erfindung weist über
den gesamten Funktionsbereich ein asymmetrisches Verhalten auf,
außer
bei den Federwegen, die den Schnittpunkten der Kurven C4A und C4B
entsprechen.
-
Diese
Asymmetrie ist allerdings reduziert und ist über den gesamten Funktionsbereich
stets unterhalb eines Schwellenwerts ΔP, so dass die maximale Amplitude
der Asymmetrie im Vergleich zu der Referenzachse stark vermindert
ist.
-
Bei
den beiden Kurvenpaaren weisen die Graphenpaare, die dem Federweg
bei Belastung entsprechen, der sich oberhalb der Abszissenachse
erstreckt, eine geringe Asymmetrie auf, was von einem im Wesentlichen
symmetrischen Verhalten zeugt.
-
Aufgrund
des Versatzes zwischen den Befestigungspunkten der Lenker an der
Karosserie weist die Achse nach der Erfindung somit über den so
gut wie gesamten Funktionsbereich ein asymmetrisches Verhalten auf,
jedoch mit einer reduzierten und eingeschränkten Asymmetrie, was zu einem
stabileren, d.h. zu einem insgesamt symmetrischeren Verhalten des
Fahrzeugs führt.
-
Eine
derartige Ausgestaltung lässt
sich ferner kostengünstig
realisieren. Es wird nämlich
kein Element hinzugefügt,
und es muss lediglich der Befestigungspunkt einer der Längslenker
an der Karosserie versetzt werden.
-
Als
Variante ist die Achse entgegengesetzt zu der beschriebenen montiert.
Der Stabilisatorstab 18 erstreckt sich dann ausgehend von
einem Befestigungspunkt mit dem Querträger 2 nahe des Endes 10B des
Längslenkers 8B,
und die Achse 16A des Endes 12A des Längslenkers 8A ist
oberhalb der Achse 16B des Endes 12B des Längslenkers 8B angeordnet.
-
Diese
unterschiedlichen Lösungen
weisen dieselben Vorteile wie die beispielhaft beschriebene Achse
auf.