DE102004017885A1

DE102004017885A1 - Radaufhängung für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102004017885A1
Application number: DE200410017885
Authority: DE
Inventors: Walter Schmidt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-04-13
Filing date: 2004-04-13
Publication date: 2005-11-03
Anticipated expiration: 2024-04-14
Also published as: DE102004017885B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für die Räder einer Achse eines Kraftfahrzeuges, mit Radführungselementen, die mit Radträgern und dem Aufbau des Kraftfahrzeuges gelenkig verbunden sind, und mit Schraubendruckfedern als Tragfedern, die an den Radführungselementen und am Aufbau über Federteller abgestützt sind, wobei die aufbauseitigen Federteller zur Höhenverstellung über eine Verstelleinheit verstellbar sind, sowie mit hydraulischen Stoßdämpfern, die zwischen den Radführungselementen und dem Aufbau eingeschaltet sind. Zur Schaffung einer baulich günstigen und eine komfortable und wirkungsvolle Niveauregelung ermöglichenden Radaufhängung wird vorgeschlagen, dass die Tragfedern einander benachbart und im Wesentlichen in einer gemeinsamen Federmittelachse angeordnet und über jeweils einen schwenkbar am Aufbau gelagerten, mehrarmigen Umlenkhebel und eine Druckstange an den Radführungselementen abgestützt sind und dass aufbauseitig zwischen den Tragfedern eine Verstelleinheit positioniert ist, mittels der die Federteller unabhängig voneinander gegensinnig und gleichsinnig verstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für die Räder einer Achse eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Radaufhängungen mit Niveauregulierung oder Höhenverstellung sind bekannt, insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Luftfederung (z.B. DE 100 09 392 A1 oder DE 1 050 669 C1 ). Es wurden auch schon entsprechende Verstellungen für Radaufhängungen mit Schraubendruckfedern als Tragfedern vorgeschlagen, jedoch treten hier zumeist erhebliche Bauraumprobleme auf, insbesondere für sportlich ausgelegte, niedrig bauende Kraftfahrzeuge.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radaufhängung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die bei baulich günstiger Anordnung eine komfortable und wirkungsvolle Niveauregulierung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung geben die weiteren Patentansprüche an.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Tragfedern einander benachbart und im wesentlichen in einer gemeinsamen Federmittelachse angeordnet und über jeweils einen schwenkbar am Aufbau gelagerten, mehrarmigen Umlenkhebel und eine Druckstange an den Radführungselementen abgestützt sind und dass aufbauseitig zwischen den Tragfedern eine Verstelleinheit positioniert ist, mittels der die Federteller unabhängig voneinander gegensinnig und gleichsinnig verstellbar sind.

Damit werden baulich vorteilhaft die beiden Tragfedern und die Verstelleinheit zusammengelegt und wirken indirekt über die Umlenkhebel und die Druckstangen mit der Radaufhängung zusammen. Dies ermöglicht vermehrte Freiheitsgrade in der Anordnung und Konstruktion sämtlicher Radaufhängungsteile.

Die Verstelleinheit kann mit zwei baulich integrierten Aktuatoren versehen sein, die die gegensinnige oder gleichsinnige Verstellung der Federteller der Tragfedern bewirken. Die Aktuatoren können dabei zwei Elektromotore sein, die zwei Gewindemuttern antreiben, wobei deren Gewindestangen trieblich mit den Federtellern verbunden sind; die Aktuatoren können aber auch zwei hydraulisch betätigbare Kolben-Zylinder-Einheiten sein, die mit entsprechenden Drucksteuerungen verbunden sind. Derartige Aktuatoren sind an sich bekannt.

Bevorzugt können die Umlenkhebel oberhalb der Radführungselemente am Aufbau schwenkbar gelagert sein, während die Druckstangen jeweils an einem unteren Lenker der Radführungselemente angelenkt sind. Daraus resultieren günstige Bauraumverhältnisse für die Radaufhängungselemente mit entsprechenden Bewegungsfreiräumen, auch für die Radträger und bei gelenkten Rädern der Radeinschlagsbereiche.

Besonders vorteilhaft können ferner die Tragfedern im wesentlichen horizontal und oberhalb der Schwenkachsen der Umlenkhebel positioniert sein. Die Tragfedern liegen somit außerhalb der Radführungselemente und der die Räder des Kraftfahrzeuges aufnehmenden Radhäuser und können dementsprechend großzügig ausgelegt werden.

Des weiteren kann die gemeinsame Verstelleinheit im wesentlichen in der senkrechten Fahrzeuglängsmittelebene angeordnet sein und unmittelbar auf die aufbauseitigen Federteller wirken. Dies ergibt eine baulich gedrängte und zu einer Montageeinheit zusammenfassbare Konstruktion bei günstiger Lastverteilung im Kraftfahrzeug.

Eine baulich vorteilhafte Anordnung der Stoßdämpfer wird zudem erzielt, wenn an den Umlenkhebeln jeweils ein weiterer Arm vorgesehen ist, an dem die Teleskop-Stoßdämpfer angelenkt sind. Dies ermöglicht weitere konstruktive Freiheitsgrade bei der Positionierung der Stoßdämpfer an der Radaufhängung.

Insbesondere kann dabei der weitere Arm an den Umlenkhebeln jeweils nach innen, der Fahrzeugmitte zu ausgerichtet sein, wobei die Stoßdämpfer innerhalb der Radführungselemente und etwa senkrecht verlaufend am Aufbau abgestützt sind. Damit sind die Stoßdämpfer analog den Tragfedern außerhalb der Radhäuser positioniert und können zudem vorteilhaft auf gewünschte Übersetzungsverhältnisse Stoßdämpfer : Radeinfederweg abgestimmt werden.

Zur Erzielung einer schnellen und unkomplizierten Montage der Radaufhängung in das Kraftfahrzeug wird des weiteren vorgeschlagen, dass zumindest die Radführungselemente, die Umlenkhebel und die Stoßdämpfer an einem mit dem Aufbau des Kraftfahrzeuges verbindbaren Hilfsrahmen angeordnet sind.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, dass die Umlenkhebel jeweils mit einer über eine Kupplung zuschaltbaren Feder zusammenwirken. Neben der Niveauregulierung kann somit die Federrate der Radaufhängung von weicher in härter und umgekehrt verändert werden.

Besonders vorteilhaft können dabei die Federn Drehstäbe sein, die koaxial zur Schwenkachse der Umlenkhebel und in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind und die mit den Umlenkhebeln einerseits und dem Aufbau des Kraftfahrzeuges andererseits verbunden sind. Die Federstäbe können mit wenig zusätzlichen Bauraum oberhalb der Radaufhängungen angeordnet werden und er-möglichen nahezu beliebige Auslegungen der Federrate.

Die jeweilige Kupplung zum Zuschalten der Federn kann eine nicht formschlüssig wirkende Reibungskupplung oder ein hydraulischer Stellmotor mit Drosselsteuerung sein. Dadurch kann schnell und in beliebigen Einfederpositionen der Radaufhängungen die Federrate hinsichtlich der zuschaltbaren Feder von Null auf deren Maximalwert verändert werden. Die Reibungskupplung kann z.B. hydraulisch mehr oder weniger angepresst werden; bei einem hydraulischen Stellmotor (z.B. eine Zahnradpumpe) kann der Abfluss des Hydraulikmediums von ungedrosselt bis 100% gedrosselt über ein entsprechendes Drosselventil gesteuert sein.

Schließlich können die gegensinnig oder gleichsinnig auf die Federteller wirkende Verstelleinheit und die Kupplungen der zuschaltbaren Federn über eine elektronische Steuereinheit und elektrisch oder hydraulisch wirkende Aktuatoren betätigt sein, wobei die elektronische Steuereinheit u.a. abhängig von Sensorsignalen zur Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung, Lenkwinkel der Fahrzeuglenkung, Seitenkrafteinflüsse, Beladung des Fahrzeuges, Fahrbahnverhältnisse, etc. die Aktuatoren ansteuert und damit die Fahrzeughöhe, dessen Nick- und Wankneigung und dessen Gesamtfederrate beeinflusst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
1 eine heckseitige Ansicht der Radaufhängungen einer Hinterachse für Kraftfahrzeuge mit horizontal und oberhalb der Radaufhängungen ange ordneten Tragfedern, die mittels Umlenkhebel und Druckstangen mit Radführungselementen gekoppelt sind; und
2 eine Draufsicht auf die Hinterachse gemäß 1.
Die mit 10 bezeichnete Hinterachse für ein Kraftfahrzeug (vgl. insbesondere 1) weist links- und rechtsseitig obere und untere Radführungselemente bzw. dreieckförmige Querlenker 12, 14 auf, die einerseits mit Radträgern 16 und andererseits mit einem Hilfsrahmen 18 gelenkig verbunden sind. Die nicht näher bezeichneten Gelenke können in bekannter Weise Kugelgelenke und/oder Gummi-Metall-Hülsengelenke sein.
An den Radträgern 16 sind die Hinterräder 20 in bekannter Weise drehbar gelagert.
Der nur in der 1 dargestellte Hilfsrahmen 18, der in der Draufsicht U-förmig oder mit einem geschlossenen Rahmen ausgeführt sein kann, weist horizontal verlaufende Rahmenabschnitte 18a und im wesentlichen senkrecht nach oben abragende Rahmenabschnitte 18b auf, an denen wie ersichtlich die Querlenker 12, 14 an jeweils zwei in Längsrichtung voneinander beabstandeten Gelenkstellen angelenkt sind. Der Hilfsrahmen 18 ist in nicht dargestellter Weise über schwingungsdämpfende Gummilager an dem Aufbau des Kraftfahrzeuges befestigt.
An oberhalb der Radführungselemente bzw. der Querlenker 12, 14 vorgesehenen Auslegern 18c des Hilfsrahmens 18 sind um eine Achse 22 schwenkbar gelagerte Umlenkhebel 24 angeordnet, die mit einem ersten, etwa senkrecht nach oben abragenden Arm 24a auf Schraubendruckfedern bzw. Tragfedern 26 der Hinterachse 10 wirken.
Die Tragfedern 26 sind koaxial zueinander unter Zwischenschaltung einer Verstelleinheit 28 zwischen den Umlenkhebeln 24 angeordnet und stützen sich jeweils einerseits über einen Federteller 30 an dem Arm 24a der Umlenkhebel 24 über eine gelenkige Verbindung 32 ab.
Ferner wirkt die Verstelleinheit 28 über zwei integrierte Aktuatoren (nicht dargestellt) unmittelbar auf die inneren Federteller 33 der Tragfedern 26. Über die Aktuatoren können die Federteller 33 somit unabhängig voneinander gleichsinnig und gegensinnig verstellt werden, wobei die Federvorspannung entsprechend einseitig (linke oder rechte Tragfeder 26) oder beidseitig (linke und rechte Tragfeder 26) verändert wird.
Die Verstelleinheit 28 ist im wesentlichen symmetrisch in der senkrechten Fahrzeuglängsmittelebene am Aufbau des Kraftfahrzeuges oder am Hilfsrahmen 18 befestigt (nicht ersichtlich).
Die Umlenkhebel 24 weisen des weiteren zwei etwa horizontal und gegensinnig abragende Arme 24b, 24c auf, von denen der jeweils nach außen sich erstreckende Arm 24b über eine etwa senkrecht bzw. leicht schräg nach unten und außen verlaufende Druckstange 34 mit dem jeweils unteren Querlenker 14 bzw. einem daran befestigten Arm 14a (vgl. 2) gelenkig verbunden ist. Die Gelenkstellen können wiederum durch bekannte Kugelgelenke oder Gummi-Metall-Hülsengelenke gebildet sein.
Der weitere, jeweils nach innen abragende Arm 24c der Umlenkhebel 24 ist mit jeweils einem Teleskop-Stoßdämpfer 36 gelenkig verbunden, wobei die Stoßdämpfer 36 innerhalb des Rahmenabschnittes 18b des Hilfsrahmens 18 und somit außerhalb der Freigangsräume der Querlenker 12, 14 und der Druckstangen 34 bzw, außerhalb der die Hinterräder 20 umgebenden Radhäuser (nicht dargestellt) der Karosserie des Kraftfahrzeuges positioniert sind. Die Gelenkstellen können analog denen der Druckstangen 34 konzipiert sein.
Die Umlenkhebel 24 sind jeweils mit horizontal ausgerichteten und im Kraftfahrzeug nach vorne verlaufenden Federn bzw. Drehstäben 38 (vgl. 2) trieblich verbunden, die über Kupplungen 40 mit dem Aufbau des Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) kuppelbar sind. Die Drehstäbe 38 liegen dabei wie ersichtlich koaxial zur Schwenkachse 22 der Umlenkhebel 24.
Die Kupplungen 40 können in nicht dargestellter Weise volumenverdrängende Hydraulikmotoren sein, deren Gehäuse mit dem Aufbau des Kraftfahrzeuges fest verbunden ist und deren Eingangs-Drehmoment über ein nur angedeutetes Drosselventil 42 von nahezu Null (Drehstäbe unwirksam) bis zu deren Blockierung (Drehstäbe voll wirksam) gleitend steuerbar ist. Die Kupplungen 40 können ggf. auch in den Umlenkhebeln 24 integriert sein.
Die gegensinnig oder gleichsinnig auf die Federteller 32 wirkende Verstelleinheit 28 und die Kupplungen 40 bzw. das Drosselventil 42 der zuschaltbaren Drehstäbe 38 sind über eine elektronische Steuereinheit 44 und elektrisch oder hydraulisch wirkende Aktuatoren betätigt, wobei die elektronische Steuereinheit 44 u.a. abhängig von Signalen von Sensoren (nicht dargestellt) zur Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung, Lenkwinkel der Fahrzeuglenkung, Seitenkrafteinflüsse, Beladung des Fahrzeuges, Fahrbahnverhältnisse, etc. die Aktuatoren ansteuert und damit die Fahrzeughöhe, die Nick- und Wankneigung des Fahrzeugs und die Gesamtfederrate der Hinterachse 10 beeinflusst.
Soll z.B. die Bodenfreiheit des Kraftfahrzeuges an der Hinterachse 10 erhöht oder aber eine größere Zuladung ausgeglichen werden, so werden über die elektronische Steuereinheit 44 die Aktuatoren der Verstelleinheit 28 derart angesteuert, dass über diese die Federteller 33 gegensinnig nach außen verstellt und damit die Tragfedern 26 stärker komprimiert werden. Bei einer Absenkung der Bodenfreiheit oder einer Gewichtsentlastung wird umgekehrt verfahren.
Zusätzlich können bei einer größeren Zuladung in das Kraftfahrzeug die Zusatzfedern bzw. Drehstäbe 38 mehr oder weniger zugeschaltet werden, um die Gesamtfederrate der Hinterachse 10 anzuheben. Gleiches gilt bei einer sportlicheren Auslegung der Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges, gegenüber einer mehr komfortablen, weicheren Fahrwerksauslegung.
Ferner kann zur Verminderung der Kurvenneigung (Wankneigung) des Kraftfahrzeuges gesteuert über das Steuergerät 44 eine gleichsinnige oder einseitige Verstellung der Federteller 33 erfolgen, um die Vorspannung der kurvenäußeren Tragfeder 26 zu erhöhen und ggf. die der kurveninneren Tragfeder 26 zu vermindern. Ggf. kann auch einseitig der kurvenäußere Drehstab 38 mehr oder weniger zugeschaltet werden.
Wird das Kraftfahrzeug stark beschleunigt oder abgebremst (verzögert), so kann ebenfalls durch entsprechende Ansteuerung der Verstelleinheit 28 und/oder des Drosselventils 42 einem Nicken oder Tauchen des Fahrzeughecks entgegengewirkt werden.
Die Aktuatoren der Verstelleinheit 28 können zwei Elektromotore sein, die jeweils eine Gewindemutter oder Kugelmutter antreiben, wobei die Gewindemuttern auf Stellspindeln sitzen, die mit den Federtellern 33 unmittelbar zusammenwirken. Die Elektromotore werden über entsprechende Signalverstärker und Ausgangsstufen von dem elektronischen Steuergerät 44 diskret angesteuert.
Die Aktuatoren können aber auch zwei hydraulische Kolben-Zylinder-Einheiten sein, die unabhängig voneinander druckgesteuert die Verstellbewegungen ausführen. Die Ansteuerung kann dann über zwei entsprechende hydraulische Mehrwegeventile erfolgen, die elektrisch von dem Steuergerät 44 gesteuert sind.
Die Kupplung 40 kann wie vorbeschrieben hydraulisch drosselgesteuert oder auch mechanisch reibschlüssig wirken, wobei im letzteren Falle eine oder mehrere Reibscheiben elektrisch, hydraulisch oder rein mechanisch mehr oder weniger an eine Festscheibe anpressbar sind. Die vorstehende hydraulische Drosselsteuerung hat jedoch den Vorteil, verschleißfrei und besonders schnell ansprechend zu wirken.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr sind dem Fachmann geläufige Abwandlungen möglich, die sich aus unterschiedlichen konstruktiven Anforderungen und baulichen Gegebenheiten anbieten; so können anstelle der Drehstäbe 38 auch andere Zusatzfedern vorgesehen sein, z.B. zuschaltbare Schraubendruckfedern. Die Stoßdämpfer 36 können ggf. auch etwa parallel zur Druckstange 34 innerhalb der Radaufhängungselemente 12, 14 positioniert und obenliegend am Aufbau abgestützt sein.

Claims

Radaufhängung für die Räder einer Achse eines Kraftfahrzeuges, mit Radführungselementen, die mit Radträgern und dem Aufbau des Kraftfahrzeuges gelenkig verbunden sind und mit Schraubendruckfedern als Tragfedern, die an den Radführungselementen und am Aufbau über Federteller abgestützt sind, wobei die aufbauseitigen Federteller zur Höhenverstellung über eine Verstelleinheit verstellbar sind, sowie mit hydraulischen Stoßdämpfern, die zwischen den Radführungselementen und dem Aufbau eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfedern (26) einander benachbart und im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet und über jeweils einen schwenkbar am Aufbau gelagerten, mehrarmigen Umlenkhebel (24) und eine Druckstange (34) an den Radführungselementen (14) abgestützt sind und dass aufbauseitig zwischen den Tragfedern (26) eine Verstelleinheit (28) positioniert ist, mittels der die Federteller (32) unabhängig voneinander gegensinnig und gleichsinnig verstellbar sind.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkhebel (24) oberhalb der Radführungselemente (12, 14) am Aufbau (18c) schwenkbar gelagert sind und dass die Druckstangen (34) jeweils an einem unteren Lenker (14) der Radführungselemente (12, 14) angelenkt sind.
Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfedern (26) im wesentlichen horizontal und oberhalb der Schwenkachsen (22) der Umlenkhebel (24) positioniert sind.
Radaufhängung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame Verstelleinheit (18) im wesentlichen in der senkrechten Fahrzeuglängsmittelebene angeordnet ist und unmittelbar auf die aufbauseitigen Federteller (33) der Tragfedern (26) wirkt.
Radaufhängung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den Umlenkhebeln (24) jeweils ein weiterer Arm (24c) vorgesehen ist, an dem die Teleskop-Stoßdämpfer (36) angelenkt sind.
Radaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Arm (24c) an den Umlenkhebeln (24) jeweils nach innen, der Fahrzeugmitte zu ausgerichtet ist und dass die Stoßdämpfer (36) außerhalb der Radführungselemente (12, 14) und etwa senkrecht verlaufend am Aufbau (18a) abgestützt sind.
Radaufhängung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Radführungselemente (12, 14), die Umlenkhebel (24) und die Stoßdämpfer (36) an einem mit dem Aufbau des Kraftfahrzeuges verbindbaren Hilfsrahmen (18) angeordnet sind.
Radaufhängung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkhebel (24) jeweils mit einer über eine Kupplung (40) zuschaltbaren Feder (38) zusammenwirken.
Radaufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn Drehstäbe (38) sind, die koaxial zur Schwenkachse (22) der Umlenkhebel (24) und in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind und die mit den Umlenkhebeln (24) einerseits und dem Aufbau des Kraftfahrzeuges andererseits verbunden sind.
Radaufhängung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Kupplung (40) zum Zuschalten der Federn (38) eine nicht formschlüssig wirkende Reibungskupplung oder ein Hydraulikmotor mit Drosselsteuerung ist.
Radaufhängung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gegensinnig oder gleichsinnig auf die Federteller wirkende Verstelleinheit und die Kupplungen der zuschaltbaren Federn über eine elektronische Steuereinheit und elektrisch oder hydraulisch wirkende Aktuatoren betätigt sind, wobei die elektronische Steuereinheit u.a. abhängig von Sensorsignalen zur Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung, Verzögerung, Lenkwinkel der Fahrzeuglenkung, Seitenkrafteinflüsse, Beladung des Fahrzeuges, Fahrbahnverhältnisse, etc. die Aktuatoren ansteuert und damit die Fahrzeughöhe, die Nick- und Wankneigung und die Federrate beeinflusst.