WO2009003453A1 - Verbundlenkerachse - Google Patents

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WO2009003453A1
WO2009003453A1 PCT/DE2008/001076 DE2008001076W WO2009003453A1 WO 2009003453 A1 WO2009003453 A1 WO 2009003453A1 DE 2008001076 W DE2008001076 W DE 2008001076W WO 2009003453 A1 WO2009003453 A1 WO 2009003453A1
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WO
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wheel
beam axle
twist
pivot
pivot axis
Prior art date
Application number
PCT/DE2008/001076
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English (en)
French (fr)
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Raphael Fischer
Christian Hecker
Ralf Hund
Original Assignee
Schaeffler Kg
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Publication date
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    • B60G21/02—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected
    • B60G21/04—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected mechanically
    • B60G21/05—Interconnection systems for two or more resiliently-suspended wheels, e.g. for stabilising a vehicle body with respect to acceleration, deceleration or centrifugal forces permanently interconnected mechanically between wheels on the same axle but on different sides of the vehicle, i.e. the left and right wheel suspensions being interconnected
    • B60G21/051—Trailing arm twist beam axles
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    • B60G2206/50—Constructional features of wheel supports or knuckles, e.g. steering knuckles, spindle attachments

Definitions

  • the invention relates to a torsion beam axle for a vehicle with two trailing arms, with a transverse coupling element, which couples the two trailing arms together, and with two wheel receivers, each trailing arm carries one of the wheel receivers at its end.
  • twist-beam axles usually have a frame, which consists essentially of two torsion-resistant and rigid side members, which are connected to one another via a likewise rigid but torsionally soft profile body.
  • Such torsion beam axles are known since the ⁇ 70s and captivate with a simple, lightweight, space-saving and at the same time cost-effective design.
  • both longitudinal members guide their wheel very rigidly in the longitudinal direction and, in the case of equilateral compression and rebound, with the profile Swing body like a horizontal pendulum around the pivot points on the floor of the vehicle without changing the gauge.
  • profile body twists and compensates for height differences between the two side members, whereby both wheels spring almost independently of each other and keep very good ground contact.
  • the object of the invention is to propose a torsion beam axle with an improved driving behavior, in particular when cornering.
  • a torsion beam axle for a vehicle which has two trailing arms, which are preferably designed torsionally and / or rigidly rigid, and are aligned in the installed state in or substantially in the vehicle longitudinal direction.
  • a transverse coupling element which is aligned in a transverse direction perpendicular to the longitudinal extent and / or parallel to a background of the vehicle, is designed for the particularly rigid and / or torsionally flexible coupling of the two trailing links.
  • Trailing arm and coupling element form a Len- kerrahmen, which is articulated in the region of the coupling element and / or in the coupling element region of the trailing arm on a vehicle and / or articulated.
  • At the free end portions of the trailing arm wheel receivers are provided, which are designed to receive a wheel.
  • pivoting means are proposed, which are designed and / or arranged, so that the wheel receivers are vertically or substantially vertically aligned in side view or top view.
  • directed and / or alignable pivot axes are pivotally received in the end region of the trailing arm relative to the trailing arms.
  • the pivot axes in a direction perpendicular to the ground and parallel to the vehicle longitudinal extension arranged projection plane are largely aligned vertically aligned or aligned.
  • the pivot means are designed so that they act at least functionally between the wheel and the trailing arms and preferably only allow a small swing angle of magnitude total less than 10 ° for each wheel.
  • the wheel receivers receive an additional degree of freedom of movement, namely a pivoting possibility about the pivot axis, so that the wheel receivers can be pivoted or adjusted relative to the trailing arms.
  • the known twist-beam axle has a self-steering behavior, especially when cornering, which can lead to oversteer of the vehicle and - in the worst case - to a breaking out of the rear of the vehicle.
  • This self-steering behavior is justified by the fact that the known torsion beam axle is deformed by the side forces acting on cornering in cornering such that a curve outside wheel has a toe and a curve-inside wheel has a toe.
  • the known twist beam axle is deformed so that the wheels steer in cornering to turn outside.
  • connection of the wheel receptacles to the trailing arm is designed such that a pivot axis is arranged which pivots the wheel receptacle about the pivot axis under side force influence and counteracts the deformation-related change in the wheel position relative to the vehicle longitudinal axis and / or this compensates.
  • a torsion beam axle with passive steering behavior is created, which is the typical oversteer of Twist-beam axles can compensate in curves.
  • the invention preferably converts a parallelogram-like kinematics, the trailing arms forming the guide links and the wheel receivers forming the correction links.
  • the pivot means are formed and / or arranged so that the wheel receivers are positively guided about the pivot axes.
  • the pivot axis is fixed relative to the associated trailing arm, so that changes depending on the deflection of the trailing arm of the vertical angle of the pivot axis in the vehicle longitudinal direction and sets a different behavior of the wheel when occurring lateral forces.
  • the pivot means are coupled to an elastic means for sprung and / or resilient pivoting.
  • the elastic device is designed as a spring-damper element which counteracts the lateral forces, that is to say the actuating force of the pivot axis.
  • the elastic device and / or the spring-damper element can also be used to tune the characteristics of the pivoting means and thus the torsion beam axle.
  • the pivot means are preferably designed so that in a neutral position of the trailing arm, the pivot axis passes through the Radaufstandstician.
  • the pivot axis extends in a projection in a projection plane parallel to the vehicle longitudinal extension and perpendicular to the ground through the wheel contact point, so that the pivot axis can optionally be inclined towards the vehicle center or away (spread).
  • the pivot axis at the same time or independently of the above spread have a caster or lead angle.
  • the torsion-beam axle is designed in such a way that, in a deflected position of the trailing arm, the assigned pivot axis in the forward driving direction pierces the ground behind the wheel contact point, referred to below as track point, so that the track point is arranged behind the wheel contact point.
  • track point the ground behind the wheel contact point
  • This situation occurs, for example, when the outside wheel cushions during cornering and is due to the inclination of the pivot axis in advance.
  • the occurring lateral force engages due to the position of the pivot axis in the forward direction in front of the pivot axis on the wheel and pushes the wheel "in” the curve, thus ensuring a Mitschen.
  • the pivot axis in the forward direction pierces the ground in front of the Radaufstandstician so that the track point is located in front of Radaufstandstician.
  • This situation arises for example when cornering at the inside wheel, which rebounds and shows a caster. In this situation, the side force in the forward direction behind the pivot axis attacks and pushes the wheel "out" of the curve.
  • the torsion beam axle is designed so that when cornering due to the self-steering behavior of the inside and the outside wheel a toe is achieved, that is, the distance of the rim inner edges of the wheels in height of the wheel center in the forward direction at the front wheel is smaller than at the Radhinterseite.
  • the pivot means are designed so that the pivot axis always, in particular in each Einfederungslage the trailing arm or the wheels, passes through the center of a wheel bearing of the wheel.
  • the torsion beam axle is designed so that each intersect the pivot axis and the axis of rotation of a wheel.
  • the wheel receptacle is formed as an outer ring of a rolling bearing, which is connected to the trailing arm via elastic means or joints. This possible embodiment has the advantage that the structure is simple and uncomplicated.
  • the pivot axis of the pivot means always runs outside the center of a wheel bearing of the wheel.
  • the torsion-beam axle is designed in such a way that, in the extension direction of the longitudinal member, the pivot axis extends in the forward direction behind the center of the wheel bearing of the wheel receptacle.
  • a positive camber would also be optionally proposed for all embodiments as an option to block or accomodate the elastic device for suspension of the wheel receptacle on the inside wheel stiffen.
  • the transverse displacement of the trailing arm under side force influence or the angular difference of the deflection of the trailing arm can be used.
  • the elastic device may be blocked or stiffened when driving straight ahead and be activated while cornering on the outside wheel.
  • the pivot means are formed as an integral part of a wheel bearing. Also preferably, the pivot means are realized as a hinge. The pivoting of the pivot axis is preferably via elastically deformable elements or via hinge elements, such. Ball heads, sliding bushes or rolling bearings.
  • pivotable wheel receiving the pivot axis is defined by two spaced pivoting means.
  • the required damping of the system can be realized via separate damper elements or via the damping properties of the components used.
  • an outer ring of the wheel bearing is realized as a wheel flange.
  • the improved torsion beam axle can be formed by inserting into a conventional or adapted twist beam axle a novel wheel bearing which provides the pivot axis as additional functionality.
  • Figure 1, 2 a torsion beam axle according to the prior art for illustrating the self-steering behavior of such Achsverbünde;
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of a torsion-beam axle according to the invention in a schematic plan view and schematic side view in different injection states;
  • FIG. 4 shows the torsion beam axle in FIG. 3 in a representation analogous to FIG. 2;
  • Figure 5 shows a second embodiment of a torsion beam according to the invention in the same representation as in Figure 3;
  • FIG. 6 shows the torsion beam axle in FIG. 5 in plan view for illustrating the mode of operation
  • FIG. 7 shows a schematic 3D representation of the torsion-beam axle in FIG. 3 in a neutral position and in one
  • Figure 8 is a schematic 3D representation of the torsion beam axle in Figure 5 in a neutral position and in cornering. Corresponding or identical parts are each provided with the same reference numerals in the figures.
  • FIG. 1 shows a torsion-beam axle 1, as known from the prior art.
  • the torsion beam axle 1 has two trailing arms 2 a, b, which are connected to a vehicle, not shown, via a joint 3.
  • a coupling element in the form of a Torsionsprofils 4 which is connected to the trailing arms 2 a, b extends.
  • two wheel receivers for wheels 5 a, b are arranged.
  • FIG. 2 shows the torsion-beam axle 1 in FIG. 1 during cornering in a right-hand curve according to arrow 6, the dynamic deformations being illustrated in an exaggerated manner. Due to the effective lateral forces FSA on the outside wheel and F S ⁇ on the inside wheel, the trailing arms 2 a, b are deflected in the direction of the center of the curve about the joints 3.
  • trailing arm 2 a, b and wheels 5 a, b are torsionally stiff to each other, the lateral forces or the deflection of the trailing arm 2 a, b cause the on the outside wheel 5a Vietnamesespur and on the inside wheel 5 b toe sets, so that the wheels 5 a, b steer to the outside of the curve and oversteer the vehicle.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a first embodiment of the invention in the form of a torsion beam axle 10, which is shown in the figure 3 in sections in the upper region in plan view.
  • a joint 3 for articulating the connecting link axle 10 on a vehicle, not shown, and a trailing arm 2 is shown, which carries at its free end a wheel mount 7 with a wheel 5.
  • a torsion profile 4 which connects the trailing arm 2 shown with a trailing arm, not shown, rigid and torsionally soft.
  • the wheel receiver 7 and thus the wheel 5 are pivotally mounted relative to the trailing arm 2 about a pivot axis 8, wherein the pivot axis 8 is perpendicular or substantially perpendicular to a substrate 9 on which the vehicle or the wheels 5 run arranged.
  • the pivot axis 8 is fixed relative to the trailing arm 2, so that the wheel 5 or the wheel receptacle 7 relative to the trailing arm 2 via the pivot axis 8 is pivotally suspended and resiliently via elastic means 11.
  • the torsion beam axle 10 is shown in a neutral position 12 relative to the base 9, the trailing arm 2 being aligned parallel or substantially parallel to the ground 9.
  • the pivot axis 8 extends through the center of the wheel receptacle 7 or wheel bearing and by a Radaufstandstician 13, which denotes the point of contact between the wheel 5 and 9 base.
  • FIG. 4 shows the torsion beam axle in FIG. 3 in a schematic plan view similar to the torsion beam axle 1 in FIG. 2 during cornering. From this representation it can be seen that the wheels 5 a, b are pivoted about the pivot axes 8 due to the lateral forces acting, so that the toe-in is adjusted in the manner described.
  • FIG. 5 shows, in the same representation as FIG. 3, a second exemplary embodiment of a torsion beam axle 10, which differs substantially from the torsion beam axle 10 in FIG. 3 in that the pivot axle 8 extends in the forward direction 14 behind the center of the wheel mount 7.
  • This arrangement in contrast to the arrangement of Figure 3 has the advantage that the fall of the wheels 5 a, b is formed cheaper, since in the arrangement of Figure 3, the outside wheel 5 a positive and the inside wheel a negative camber occupies.
  • the pivot axis 8 extends in the neutral position 12 behind the center of the wheel bearing and penetrates the base 9 in the wheel contact point 13.
  • the embodiment in FIG. 4 shows a caster angle alpha.
  • the inside wheel 5 b is also pressed out of the curve and thus provides in conjunction with the outside wheel 5 for the toe already described.
  • FIG. 6 shows the torsion beam axle 10 in FIG. 5 in a plan view, wherein the kinematics is again visualized.
  • trailing arm 2 a, b and wheels 5 a, b to each other at a predetermined angle, in particular arranged parallel to each other.
  • the wheels 5 a, b are each connected via one of the pivot axes 8 and one of the elastic means 11 with the corresponding trailing arm 2 a, b.
  • the trailing arm 2 a, b are deflected in the direction of the curve inside around the joints 3.
  • FIGS. 7 and 8 again show the torsion beam axle 10 in FIGS. 3 and 5 in a schematic 3D representation, the dotted lines showing the torsion beam axle 10 in neutral position 12 and the solid lines in cornering when cornering according to arrow 6. to Explanation is made to the above illustration.
  • the lintel behavior of the respective inner wheel 5 b is improved by the fact that the inside wheel 5 b is actively prevented from swinging.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbundlenkerachse mit einem verbesserten Fahrverhalten, insbesondere bei Kurvenfahrten vorzuschlagen. Hierzu wird eine Verbundlenkerachse (10) für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das Fahrzeug auf einem Untergrund (9) positionierbar ist und eine Fahrzeuglängsrichtung aufweist, mit zwei Längslenkern (2a, b) mit einem querliegenden Koppelelement (4), welches die zwei Längslenker (2a, b) miteinander koppelt, und mit zwei Radaufnahmen (7), wobei jeder Längslenker (2a, b) an seinem Endbereich eine der Radaufnahmen (7) trägt, gekennzeichnet durch Schwenkmittel, die ausgebildet und/oder angeordnet sind, so dass in einem eingebauten Zustand der Verbundlenkerachse (10) die Radaufnahmen (7) um in Seitenansicht vertikal zum Untergrund (9) ausgerichtete und/oder ausrichtbare Schwenkachsen (8) relativ zu den jeweils zugeordneten Längslenkern (2a, b) schwenkbar aufgenommen sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Verbundlenkerachse
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse für ein Fahrzeug mit zwei Längslenkern, mit einem querliegenden Koppelelement, welches die zwei Längslenker miteinander koppelt, und mit zwei Radaufnahmen, wobei jeder Längslenker an seinem Endbereich eine der Radaufnahmen trägt.
Die bekannten Verbundlenkerachsen weisen üblicherweise einen Rahmen auf, der im Wesentlichen aus zwei verdreh- und biegesteifen Längsträgern, die über einen ebenfalls biegesteifen, aber torsionsweichen Profilkörper miteinander verbunden sind, besteht. Derartige Verbundlenkerachsen sind seit den Λ70er Jahren bekannt und bestechen durch einen simplen, leichten, Platz sparenden und zugleich kostengünstigen Aufbau.
Im Fahreinsatz wird ein gutes Geradeauslaufverhalten der Verbundlenkerachse dadurch erreicht, dass beide Längsträger ihr Rad in Längsrichtung sehr starr führen und bei gleichseitigem Ein- und Ausfedern mit dem Profil- körper wie ein horizontales Pendel um die Anlenkpunkte am Fahrzeugboden schwenken, ohne dass sich die Spurweite ändert. Bei wechselseitigem Ein- federn, wie zum Beispiel in einer Kurvenfahrt, verdreht sich der Profilkörper und gleicht Höhendifferenzen zwischen ^en beiden Längsträgern aus, wobei beide Räder nahezu unabhängig voneinander federn und sehr guten Bodenkontakt behalten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verbundlenkerachse mit einem verbesserten Fahrverhalten, insbesondere bei Kurvenfahrten vorzu- schlagen.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbundlenkerachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Be- Schreibung und den Figuren.
Erfindungsgemäß wird eine Verbundlenkerachse für ein Fahrzeug offenbart, welche zwei Längslenker aufweist, die vorzugsweise verdreh- und/oder biegesteif ausgebildet sind, und im eingebauten Zustand in bzw. im wesentli- chen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind. Ein querliegendes Koppelelement, welches in einer Querrichtung senkrecht zur Längserstreckung und/oder parallel zu einem Untergrund des Fahrzeugs ausgerichtet ist, ist zur insbesondere biegesteifen und/oder torsionsweichen Kopplung der zwei Längslenker ausgebildet. Längslenker und Koppelelement bilden einen Len- kerrahmen, welcher im Bereich des Koppelelements und/oder im Koppelelementbereich der Längslenker an einem Fahrzeug angelenkt und/oder anlenkbar ist. An den freien Endbereichen der Längslenker sind Radaufnahmen vorgesehen, welche zur Aufnahme eines Rades ausgebildet sind.
Im Rahmen der Erfindung werden Schwenkmittel vorgeschlagen, welche ausgebildet und/oder angeordnet sind, so dass die Radaufnahmen um in Seitenansicht bzw. -draufsicht vertikal bzw. im wesentlichen vertikal ausge- richtete und/oder ausrichtbare Schwenkachsen im Endbereich der Längslenker relativ zu den Längslenkern schwenkbar aufgenommen sind. Damit sind die Schwenkachsen in einer senkrecht zum Untergrund und parallel zur Fahrzeuglängserstreckung angeordneten Projektionsebene weitgehend ver- tikal ausgerichtet bzw. ausrichtbar. Die Schwenkmittel sind dabei so ausgebildet, dass diese zumindest funktionsmäßig zwischen den Radaufnahmen und den Längslenkern wirken und vorzugsweise nur einen geringen Schwenkwinkel von betragsmäßig insgesamt weniger als 10° für jede Radaufnahme erlauben.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung erhalten die Radaufnahmen einen zusätzlichen Bewegungsfreiheitsgrad, nämlich eine Schwenkmöglichkeit um die Schwenkachse, so dass sich die Radaufnahmen relativ zu den Längslenkern verschwenken bzw. einstellen lassen.
Bei der Erfindung wurde erkannt, dass die bekannte Verbundlenkerachse insbesondere bei Kurvenfahrten ein Eigenlenkverhalten aufweist, welches zu einem Übersteuern des Fahrzeugs und - im ungünstigsten Fall - zu einem Ausbrechen des Fahrzeughecks führen kann. Dieses Eigenlenkverhalten ist dadurch begründet, dass durch die in Kurvenfahrten wirkenden Seitenkräfte auf die Räder die bekannte Verbundlenkerachse derart verformt wird, dass ein kurvenäußeres Rad eine Nachspur und ein kurveninneres Rad eine Vorspur aufweist. Somit wird die bekannte Verbundlenkerachse so verformt, dass die Räder in der Kurvenfahrt nach Kurvenaußen lenken.
Durch die erfindungsgemäße Weiterbildung ist die Anbindung der Radaufnahmen an die Längslenker derart gestaltet, dass eine Schwenkachse entsteht, die so angeordnet ist, dass unter Seitenkrafteinfluss die Radaufnahme um die Schwenkachse schwenkt und dabei der verformungsbedingten Ände- rung der Radstellung relativ zur Fahrzeuglängsachse entgegenwirkt und/oder diese kompensiert. Auf diese Weise wird eine Verbundlenkerachse mit passivem Lenkverhalten geschaffen, welches das typische Übersteuern von Verbundlenkerachsen in Kurven auszugleichen vermag. Vorzugsweise setzt die Erfindung eine parallelogrammähnliche Kinematik um, wobei die Längslenker die Fϋhrungslenker und die Radaufnahmen die Korrekturlenker bilden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Schwenkmittel ausgebildet und/oder angeordnet, so dass die Radaufnahmen um die Schwenkachsen zwangsgeführt sind. Insbesondere liegt die Schwenkachse relativ zum zugeordneten Längslenker fest, so dass sich je nach Einfederung des Längslenkers der Vertikalwinkel der Schwenkachse in Fahrzeuglängsrichtung ändert und sich ein unterschiedliches Verhalten der Radaufnahme bei auftretenden Seitenkräften einstellt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Schwenkmittel mit einer elastischen Einrichtung zur gefederten und/oder nachgiebigen Schwenkung gekoppelt. Insbesondere ist die elastische Einrichtung als ein Feder-Dämpfer-Element ausgebildet, welches den Seitenkräften, also der Stellkraft der Schwenkachse, entgegen wirkt. Die elastische Einrichtung und/oder das Feder-Dämpfer-Element kann zudem zur Abstimmung der Charakteristik des Schwenkmittels und somit der Verbundlenkerachse verwendet werden.
Die Schwenkmittel sind bevorzugt so ausgebildet, dass in einer Neutrallage der Längslenker die Schwenkachse durch den Radaufstandspunkt verläuft. Alternativ hierzu verläuft die Schwenkachse in einer Projektion in einer Projektionsebene parallel zur Fahrzeuglängserstreckung und senkrecht zum Untergrund durch den Radaufstandspunkt, so dass die Schwenkachse optional zur Fahrzeugmitte hin bzw. weg geneigt sein kann (Spreizung). Ebenso kann die Schwenkachse gleichzeitig oder unabhängig von obiger Spreizung einen Nachlauf- oder Vorlaufwinkel aufweisen. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Verbundlenkerachse so ausgebildet, dass in einer eingefederten Lage des Längslenkers die zugeordnete Schwenkachse in Vorwärtsfahrtrichtung den Untergrund hinter dem Radaufstandspunkt durchstößt, im Folgenden Spurpunkt ge- nannt, so dass der Spurpunkt hinter dem Radaufstandspunkt angeordnet ist. Diese Situation tritt beispielsweise ein, wenn bei einer Kurvenfahrt das kurvenäußere Rad einfedert und aufgrund der Neigung der Schwenkachse in Vorlauf geht. Die auftretende Seitenkraft greift aufgrund der Lage der Schwenkachse in Vorwärtsfahrtrichtung vor der Schwenkachse am Rad an und drückt das Rad „in" die Kurve und sorgt damit für ein Mitlenken.
Weiter ist es bevorzugt, dass in einer ausgefederten Lage des Längslenkers die Schwenkachse in Vorwärtsfahrtrichtung den Untergrund vor dem Radaufstandspunkt durchstößt, so dass der Spurpunkt vor dem Radaufstands- punkt liegt. Diese Situation ergibt sich zum Beispiel bei Kurvenfahrten bei dem kurveninneren Rad, wobei dieses ausfedert und einen Nachlauf zeigt. In dieser Situation greift die Seitenkraft in Vorwärtsfahrtrichtung hinter der Schwenkachse an und drückt das Rad „aus" der Kurve.
Insbesondere ist die Verbundlenkerachse so ausgebildet, dass bei Kurvenfahrten aufgrund des Eigenlenkverhaltens des kurveninneren und des kurvenäußeren Rades eine Vorspur erreicht wird, das heißt, dass der Abstand der Felgeninnenkanten der Räder in Höhe der Radmitte in Vorwärtsfahrtrichtung an der Radvorderseite kleiner als an der Radhinterseite ist.
Bei einer möglichen Ausführungsform sind die Schwenkmittel so ausgebildet, dass die Schwenkachse stets, insbesondere in jeder Einfederungslage der Längslenker bzw. der Räder, durch den Mittelpunkt einer Radlagerung der Radaufnahme verläuft. In diesem Fall ist die Verbundlenkerachse so gestaltet, dass sich jeweils die Schwenkachse und die Drehachse einer Radaufnahme schneiden. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Radaufnahme als ein Außenring eines Wälzlagers ausgebildet, welcher zu dem Längslenker über elastische Einrichtungen bzw. Gelenkstellen verbunden ist. Diese mögliche Ausführungsform weist den Vorteil auf, dass der Aufbau einfach und unkompli- ziert ist.
Nachdem es jedoch aufgrund der Kinematik nicht auszuschließen ist, dass bei der geschilderten Anordnung die Räder bei einer Kurvenfahrt in einen ungünstigen Sturz gehen, das heißt, dass das kurvenäußere Rad in einen positiven und das kurveninnere Rad in einen negativen Sturz gelangt, wird alternativ vorgeschlagen, dass die Schwenkachse des Schwenkmittels stets außerhalb des Mittelpunkts einer Radlagerung der Radaufnahme verläuft. Insbesondere ist die Verbundlenkerachse so ausgebildet, dass die Schwenkachse in Erstreckungsrichtung des Längsträgers in Vorwärtsfahrt- richtung hinter dem Mittelpunkt der Radlagerung der Radaufnahme verläuft.
Diese Weiterbildung, wobei die Schwenkachse hinter dem Zentrum der Radaufnahme verläuft und in einem Vertikalwinkel in Fahrzeuglängsrichtung relativ zur Vertikalen geneigt ist (Nachlaufwinkel), hat den Vorteil, dass sich aufgrund des aus der Anordnung resultierenden Nachlaufwinkels bei einer Kurvenfahrt für das kurvenäußere Rad ein stärker ins Negative gehender Sturz einstellt.
Da sich bei dieser Weiterbildung bei dem kurveninneren Rad aufgrund des Nachlaufwinkels ebenfalls ein negativer Sturz einstellt, wobei ein positiver Sturz für das Fahrverhalten besser wäre, wird ergänzend für alle Ausführungsformen optional vorgeschlagen, die elastische Einrichtung zur Federung der Radaufnahme am kurveninneren Rad zu blockieren oder zu versteifen. Als Kriterium zur Blockade bzw. Versteifung der Elastizität kann die Querverschiebung der Längslenker unter Seitenkrafteinfluss oder aber die Winkeldifferenz der Einfederung der Längslenker herangezogen werden. Ebenso kann die elastische Einrichtung bei Geradeausfahrt blockiert bzw. versteift sein und unter Kurvenfahrt am kurvenäußeren Rad aktiviert werden.
Bei einer bevorzugten konstruktiven Umsetzung der Verbundlenkerachse sind die Schwenkmittel als integraler Bestandteil eines Radlagers ausgebildet. Ebenfalls bevorzugt sind die Schwenkmittel als Gelenk realisiert. Die Drehführung der Schwenkachse erfolgt vorzugsweise über elastisch verformbare Elemente oder über Gelenkelemente, wie z.B. Kugelköpfe, Gleitgelenkbüchsen oder Wälzlagerungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der schwenkbaren Radaufnahme wird die Schwenkachse durch zwei beabstandete Schwenkmittel definiert.
Zur Federung werden entweder die Elastizität der Scharnierelemente und/oder Federelemente auf Basis von Stahl- und/oder Gummielementen eingesetzt.
Ebenso können die ohnehin verwendeten Bauelemente als eistische Elemente dienen.
Die erforderliche Dämpfung des Systems kann über getrennte Dämpferele- mente oder über die Dämpfungseigenschaften der verwendeten Bauteile realisiert werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist ein Außenring des Radlagers als ein Radflansch realisiert. Auf diese Weise kann die verbesserte Verbundlenker- achse gebildet werden, indem in eine konventionelle oder angepasste Verbundlenkerachse ein neuartiges Radlager eingesetzt wird, welches als zusätzliche Funktionalität die Schwenkachse bereitstellt. Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung. Dabei zeigen:
Figur 1 , 2 eine Verbundlenkerachse gemäß dem Stand der Technik zur Illustration des Eigenlenkverhaltens derartiger Achsverbünde;
Figur 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä- ßen Verbundlenkerachse in schematischer Draufsicht bzw. schematischer Seitenansicht in verschiedenen Ein- federungszuständen;
Figur 4 die Verbundlenkerachse in Figur 3 in einer Darstellung analog zu der Figur 2;
Figur 5 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse in gleicher Darstellung wie in Figur 3;
Figur 6 die Verbundlenkerachse in Figur 5 in Draufsicht zur Illustration der Funktionsweise;
Figur 7 eine schematische 3DDarstellung der Verbundlenker- achse in Figur 3 in einer Neutralstellung und in einer
Kurvenfahrt;
Figur 8 eine schematische 3D-Darstellung der Verbundlenkerachse in Figur 5 in einer Neutralstellung und in einer Kurvenfahrt. Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In den Figuren 4 und 6 analog zu Figur 2 wurde zur Vereinfachung eine kinematische Umkehr eingefügt. Die Schwenkachse wird geometrisch analog zur Neutrallage dargestellt; die Kräf- te werden jeweils an die kinematisch erforderliche Stelle verschoben.
Die Figur 1 zeigt eine Verbundlenkerachse 1 , wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Verbundlenkerachse 1 weist zwei Längslenker 2 a, b auf, welche an einem nicht dargestellten Fahrzeug über ein Gelenk 3 an- gelenkt sind. In Querrichtung zu dem nicht dargestellten Fahrzeug erstreckt sich ein Koppelelement in Form eines Torsionsprofils 4, welches mit den Längslenkern 2 a, b verbunden ist. Jeweils an den freien Enden der Längslenker zwei sind Radaufnahmen für Räder 5 a, b angeordnet.
Die Figur 2 zeigt die Verbundlenkerachse 1 in Figur 1 während einer Kurvenfahrt in einer Rechtskurve gemäß Pfeil 6, wobei die dynamischen Verformungen zeichnerisch übertrieben dargestellt sind. Aufgrund der wirkenden Seitenkräfte FSA am kurvenäußeren Rad und FSι am kurveninneren Rad werden die Längslenker 2 a, b in Richtung des Kurvenmittelpunkts um die Gelenke 3 ausgelenkt. Da Längslenker 2 a, b und Räder 5 a, b verwindungs- steif zueinander angeordnet sind, führen die Seitenkräfte bzw. die Auslenkung der Längslenker 2 a, b dazu, dass sich am kurvenäußeren Rad 5a Nachspur und am kurveninneren Rad 5 b Vorspur einstellt, so dass die Räder 5 a, b nach Kurvenaußen lenken und das Fahrzeug übersteuert.
Das Ziel der neuen Verbundlenkerachse ist die Vermeidung des beschriebenen Übersteuerns durch Ausgleich des aus der Nachgiebigkeit der Verbundlenkerachse resultierenden Spurfehlers. Die Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Verbundlenkerachse 10, welche in der Figur 3 abschnittsweise im oberen Bereich in Draufsicht dargestellt ist. Schematisch ist in dieser Darstellung ein Gelenk 3 zur Anlenkung der Ver- bundlenkerachse 10 an einem nicht dargestellten Fahrzeug sowie ein Längslenker 2 dargestellt, welcher an seinem freien Ende eine Radaufnahme 7 mit einem Rad 5 trägt. Ebenfalls nur angedeutet ist ein Torsionsprofil 4, welches den dargestellten Längslenker 2 mit einem nicht dargestellten Längslenker biegesteif und torsionsweich verbindet.
Die Radaufnahme 7 und somit das Rad 5 sind gegenüber dem Längslenker 2 schwenkbar um eine Schwenkachse 8 gelagert, wobei die Schwenkachse 8 senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu einem Untergrund 9, auf dem das Fahrzeug bzw. die Räder 5 laufen, angeordnet ist. Die Schwenkachse 8 ist relativ zum Längslenker 2 festgelegt, so dass das Rad 5 bzw. die Radaufnahme 7 gegenüber dem Längslenker 2 über die Schwenkachse 8 schwenkbar und über elastische Einrichtungen 11 federnd aufgehängt ist.
In der Mitte der Figur 3 ist die Verbundlenkerachse 10 relativ zu dem Unter- grund 9 in einer Neutrallage 12 dargestellt, wobei der Längslenker 2 parallel oder im Wesentlichen parallel zu dem Untergrund 9 ausgerichtet ist. In dieser Neutrallage 12 verläuft die Schwenkachse 8 durch die Mitte der Radaufnahme 7 bzw. Radlagerung und durch einen Radaufstandspunkt 13, der den Kontaktpunkt zwischen Rad 5 und Untergrund 9 bezeichnet.
Darüber angeordnet ist eine Darstellung des gleichen Aufbaus, wobei jedoch das Rad 5 eingefedert ist, wie es zum Beispiel bei einem kurvenäußeren Rad 5a auftritt. Dadurch, dass die Schwenkachse 8 mit dem Längslenker 2 a starr verbunden ist, wird diese zusammen mit dem Längslenker 2 a um das Gelenk 3 verschwenkt, so dass die Schwenkachse 8 zwar immer noch durch die Mitte bzw. Drehmittelpunkt der Radaufnahme 7 bzw. der Radlagerung verläuft, jedoch den Untergrund 9 in Vorwärtsfahrtrichtung 14 hinter dem Radaufstandspunkt 13 im Spurpunkt 15 durchstößt. Eine in der Kurve wirkende Seiten- oder Querkraft FSA greift in Vorwärtsfahrtrichtung 14 vor der Schwenkachse 8 an, so dass das Rad 5a in die Kurve gedrückt wird.
In dem unteren Abschnitt der Figur 3 ist der Aufbau in der gleichen Darstellung bei einem ausgefederten Rad 5, wie es zum Beispiel als kurveninneres Rad 5 b auftritt, dargestellt. In dieser Situation verläuft die Schwenkachse 8 - wie in allen Situationen - durch den Mittelpunkt der Radlagerung bzw. der Radaufnahme 7, durchstößt jedoch den Untergrund 9 in Vorwärtsfahrtrich- tung 14 vor dem Radaufstandspunkt 13 im Spurpunkt 15. Wirkt hier nun eine Seiten- oder Querkraft FSι auf das Rad 5 b, so greift diese hinter der Schwenkachse 8 an und drückt das Rad aus der Kurve.
Im Ergebnis werden bei einer Kurvenfahrt die Räder 5 a, b in eine Vorspur gebracht, so dass sich das Fahrzeug auf der Verbundlenkerachse 10 stabilisiert.
Die Figur 4 zeigt die Verbundlenkerachse in Figur 3 in einer schematischen Draufsicht in ähnlicher Darstellung wie die Verbundlenkerachse 1 in Figur 2 während einer Kurvenfahrt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass die Räder 5 a, b aufgrund der wirkenden Seitenkräfte um die Schwenkachsen 8 verschwenkt werden, so dass sich die Vorspur in der beschriebenen Weise einstellt.
Die Figur 5 zeigt in der gleichen Darstellung wie die Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Verbundlenkerachse 10, welche sich im Wesentlichen von der Verbundlenkerachse 10 in Figur 3 dadurch unterscheidet, dass die Schwenkachse 8 in Vorwärtsfahrtrichtung 14 hinter dem Zentrum der Radaufnahme 7 verläuft. Diese Anordnung weist im Gegensatz zu der Anord- nung der Figur 3 den Vorteil auf, dass der Sturz der Räder 5 a, b günstiger ausgebildet ist, da bei der Anordnung der Figur 3 das kurvenäußere Rad 5 einen positiven und das kurveninnere Rad einen negativen Sturz einnimmt. Wie sich aus der Figur 5 ergibt, verläuft die Schwenkachse 8 in der Neutrallage 12 hinter der Radlagermitte und durchdringt im Radaufstandspunkt 13 den Untergrund 9. Im Gegensatz zu der Ausführung in Figur 3 zeigt die Ausführung in Figur 4 jedoch einen Nachlaufwinkel alpha.
Für den Fall des kurvenäußeren Rads 5 a geht dieses analog zu der Ausführung in Figur 3 in Vorlauf, so dass durch die Seitenkraft das Rad 5 a in die Kurve gedrückt wird. Im Gegensatz zur Variante in Figur 3 stellt sich jedoch durch den Nachlaufwinkel alpha ein stärker ins Negative gehende Sturz ein.
Das kurveninnere Rad 5 b wird ebenfalls aus der Kurve gedrückt und sorgt damit in Verbindung mit dem kurvenäußeren Rad 5 für die bereits beschriebene Vorspur.
Die Figur 6 zeigt die Verbundlenkerachse 10 in Figur 5 in einer Draufsicht, wobei die Kinematik nochmals visualisiert ist. In einer Ausgangslage oder Neutrallage 12 sind Längslenker 2 a, b und Räder 5 a, b zueinander in einem vorbestimmten Winkel, insbesondere parallel zueinander angeordnet. Die Räder 5 a, b sind jeweils über eine der Schwenkachsen 8 und eine der elastischen Einrichtungen 11 mit dem korrespondierenden Längslenker 2 a, b verbunden. Bei einer Kurvenfahrt gemäß Pfeil 6 werden die Längslenker 2 a, b in Richtung des Kurveninneren um die Gelenke 3 ausgelenkt. Die auf die Räder 5 wirkenden Seitenkräfte FSA und FSι greifen bei dem kurvenäußeren Rad 5 a in Vorwärtsfahrtrichtung 14 vor der Schwenkachse 8 ein, wo- hingegen bei dem kurveninneren Rad 5 b die Querkraft FSι in Vorwärtsfahrtrichtung 14 hinter der Schwenkachse 8 angreift, so dass das in Zusammenhang mit der Figur 5 erläuterte Eigenlenkerhalten erzeugt wird.
Die Figuren 7 und 8 zeigen nochmals die Verbundlenkerachse 10 in den Figuren 3 bzw. 5 in einer schematischen 3D-Darstellung, wobei die punktierten Linien die Verbundlenkerachse 10 in Neutrallage 12 und die durchgezogenen Linien in Kurvenlage bei einer Kurvenfahrt gemäß Pfeil 6 zeigen. Zur Erläuterung wird auf die obige Darstellung verwiesen. Optional wird das Sturzverhalten des jeweils kurveninneren Rades 5 b dadurch verbessert, dass das kurveninnere Rad 5 b aktiv am Einschwenken gehindert wird.
Bezugszeichenliste
1 bekannte Verbundlenkerachse
2 a, b Längslenker 3 Gelenk
4 Torsionsprofil
5 a, b Räder
6 Pfeil
7 Radaufnahme 8 Schwenkachse
9 Untergrund
10 erfindungsgemäße Verbundlenkerachse
11 elastische Einrichtung
12 Neutrallage 13 Radaufstandspunkt
14 Vorwärtsfahrtrichtung
15 Spurpunkt (Durchstoßpunkt Schwenkachse - Fahrbahn)

Claims

Patentansprüche
1. Verbundlenkerachse (10) für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug auf einem Untergrund (9) positionierbar ist und eine Fahrzeuglängsrichtung aufweist, mit zwei Längslenkern (2 a, b), mit einem querliegenden Koppelelement (4), welches die zwei Längslenker (2 a, b) miteinander koppelt, und mit zwei Radaufnahmen (7), wobei jeder Längslenker (2 a, b) an seinem Endbereich eine der Rad- aufnahmen (7) trägt, gekennzeichnet durch
Schwenkmittel, die ausgebildet und/oder angeordnet sind, so dass in einem eingebauten Zustand der Verbundlenkerachse (10) die Radaufnahmen (7) um in Seitenansicht vertikal zum Untergrund (9) aus- gerichtete und/oder ausrichtbare Schwenkachsen (8) relativ zu den jeweils zugeordneten Längslenkern (2 a, b) schwenkbar aufgenommen sind.
2. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkmittel ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass die Radaufnahmen (7) um die Schwenkachse (8) zwangsgeführt sind.
3. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkmittel mit einer elastischen Einrichtung (11) zur gefederten Schwenkung gekoppelt sind.
4. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Einrichtung (11) in eine Schwenkrichtung härter gefedert ist als in die andere Schwenkrichtung.
5. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Neutrallage (12) der
Längslenker (2 a, b), wobei die Längslenker (2 a, b) zu dem Untergrund (9) derart ausgerichtet sind, dass die Schwenkachsen (8) der Schwenkmittel durch die oder außerhalb der Radaufstandspunkte (13) verlaufen.
6. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer eingefederten Lage des Längslenkers (2 a), die Schwenkachse (8) des Schwenkmittels in Vorwärtsfahrtrichtung (14) hinter dem Radaufstandspunkt (13) ange- ordnet ist.
7. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ausgefederten Lage des Längslenkers (2 b), die Schwenkachse (8) in Vorwärtsfahrtrichtung (14) vor dem Radaufstandspunkt (13) angeordnet ist.
8. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (8) des Schwenkmittels stets durch den Mittelpunkt einer Radlagerung der Radaufnahme (7) verläuft.
9. Verbundlenkerachse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (8) des Schwenkmittels stets außerhalb des Mittelpunkts einer Radlagerung der Radaufnahme (7) verläuft.
10. Verbundlenkerachse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (8) des Schwenkmittels einen Winkel zur Senkrechten auf die Fahrbahnoberfläche beschreibt, insbesondere einen Vor-, Nachlauf- und/oder Spreizungswinkel be- schreibt.
11. Verbundlenkerachse nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (8) des Schwenkmittels in Erstreckungsrichtung des Längsträgers (2 a, b) in Vorwärtsfahrtrich- tung (14) hinter dem Mittelpunkt der Radlagerung angeordnet ist.
12. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkmittel als integraler Bestandteil eines Radlagers oder als integraler Bestandteil der Läng- lenker der Verbundlenkerachse ausgebildet sind.
13. Verbundlenkerachse (10) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenring des Radlagers als Radflansch ausgebildetist.
14. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Seitenkraft am kurvenäußeren Rad ein negativer Sturz einstellt.
15. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass sich unter Seitenkraft Vorspur an den Hinterrädern einstellt.
16. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Seitenkraft eine Vorspur und gleichzeitig ein negativer Sturz am kurvenäußeren Rad einstellt.
17. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Einrichtung (11) zur Federung der Radaufnahme am kurveninneren Rad blockiert oder versteift wird.
18. Verbundlenkerachse (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Kriterium zur Blockade bzw. Versteifung der Elastizität die Querverschiebung der Längslenker unter Sei- tenkrafteinfluss oder aber die Winkeldifferenz der Einfederung der Längslenker herangezogen wird.
19. Verbundlenkerachse (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Einrichtung (11 )bei Geradeausfahrt blockiert bzw. versteift ist und/oder unter Kurvenfahrt am kurvenäußeren Rad aktiviert wird.
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