DE102004022167A1 - Verstellbarer Hinterachsenträger an einem Kraftfahrzeug und Verfahren zum Verstellen desselben - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hinterachsträger (6) an einem Kraftfahrzeug, der sich seinerseits über Lagerelemente (8) am Karosserieboden (9) abstützt und an welchem Radlenker (5) für die Hinterräder (3, 4) angebunden sind. DOLLAR A Die Aufgabe, eine technische Lösung zur Beeinflussung des Fahr- und Lenkverhaltens des Kraftfahrzeugs insbesondere mit der Hinterachse anzugeben, die obendrein kostengünstig und durch Robustheit gekennzeichnet ist, wird im Wesentlichen dadurch gelöst, dass den Lagerelementen (8) des Hinterachsträgers (6) jeweils wenigstens ein aktiv ansteuerbarer und den Lagermittelpunkt (10) des jeweiligen Lagerelements (8) gegenüber dem Karosserieboden (9) horizontal- bzw. querverschiebender Aktuator (11) zugeordnet ist. Die Aktuatoren (11) können dabei derart angesteuert werden, dass der Hinterachsträger (6) unter einem Winkel "alpha" zur Fahrzeuglängsachse (7) ausgerichtet wird und/oder die Lagerelemente (8) eine erhöhte Lagersteifigkeit erfahren.

Description

• Die Erfindung betrifft einen verstellbaren Hinterachsträger an einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Verstellen eines solchen Hinterachsträgers gemäß den Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
• Es ist seit geraumer Zeit bekannt, Fahrwerke von Kraftfahrzeugen derart auszubilden, dass diese geeignet sind, Störeinflüssen infolge von beispielsweise Übersteuerung entgegenzuwirken. Überwiegend wird diesbezüglich sowohl für Vorder- als auch Hinterachsen vorgeschlagen, die Lenkerlager selbst mit hydraulisch druckbeaufschlagbaren Druckräumen auszubilden, um eine Verstellung der Räder und damit einhergehend eine Seitenkraft zu erzeugen, die den genannten Störeinflüssen entgegenwirkt.
• Des Weiteren ist man bestrebt, den Spurkreisdurchmesser von Kraftfahrzeugen so gering wie möglich zu halten, indem mittels der genannten Maßnahmen Vorderräder über den herkömmlich erreichbaren Lenkwinkel hinaus und/oder zusätzlich Hinterräder um einen bestimmten Lenkwinkel verdreht werden.
• So wurde durch die DE 37 03 618 A1 eine Störeinflüsse selbsttätig durch eine Eigenlenkbewegung kompensierende Hinterachse vorgeschlagen, deren beiden Lenker für die Hinterräder mittels spezieller Lenkerlager am Fahrzeugaufbau oder einem Hilfsrahmen angelenkt sind, wobei die Lenkerlager jeweils einen Druckraum aufweisen, welcher druckmittelbeaufschlagbar ist. Diese Druckmittelbeaufschlagung erfolgt beispielsweise ohne Steuerung durch eine Verbindungsleitung zwischen je einem Druckraum eines fahrzeuginneren und eines fahrzeugäußeren Lenkerlagers.
• Des Weiteren ist aus der DE 38 11 605 A1 eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Druckbeaufschlagung von Lenkerlagern der Achslenker der Vorderräder eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei die Druckbeaufschlagung aktiv und ausschließlich bei größeren Lenkeinschlägen erfolgt. Durch diese Maßnahme soll eine Verringerung des Spurkreisdurchmessers erzielbar sein. Die Lenkerlager weisen in einer Ausführungsform jeweils einen Druckraum auf, der seinerseits mittels eines 3/2-Wegeventils wahlweise entweder mit einem Druckspeicher oder einem drucklosen Vorratsbehälter verbunden wird. Zur Erzeugung des Druckes im Druckspeicher wird der Druck der Servolenkungspumpe über einen druckgesteuerten Stromregler angezapft.
• Schließlich ist aus der DE 38 00 832 C1 eine Federbein-Hinterachse bekannt, deren beide Federbeine sich mittels sogenannter Hydrodomlager am Kraftfahrzeug abstützen. Jedes Hydrodomlager hat zu beiden Seiten eines in Fahrtrichtung verlaufenden Steges jeweils einen mit Druckmittel beaufschlagbaren Druckraum. In den Stegen ist jeweils eine das Ende einer Kolbenstange eines Federbeines aufnehmende Büchse integriert. Durch Druckbeaufschlagung der Druckräume soll es zu einer seitlichen Verschiebung der jeweiligen Kolbenstange und damit zu einer Lenkbewegung der Hinterräder kommen.
• Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine weitere technische Lösung zur Beeinflussung des Fahr- und Lenkverhaltens des Kraftfahrzeugs mit dessen Hinterachse anzugeben, die obendrein kostengünstig und durch Robustheit gekennzeichnet ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Realisierung eines solchen Fahr- und Lenkverhaltens anzugeben.
• Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich hinsichtlich eines verstellbaren Hinterachsträgers aus den Merkmalen des Hauptanspruchs, während Anspruch 10 ein Verfahren zur Verstellsteuerung eines solchen Hinterachsträgers beschreibt. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind.
• Demnach wird die technische Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung durch einen Hinterachsträger an einem Kraftfahrzeug gelöst, der sich über Lagerelemente am Karosserieboden abstützt und an welchem Radlenker für die Hinterräder angebunden sind, wobei den jeweiligen Lagerelementen des Hinterachsträgers jeweils wenigstens ein aktiv ansteuerbarer und den Lagermittelpunkt des jeweiligen Lagerelements gegenüber dem Karosserieboden horizontal- bzw. querverschiebender Aktuator zugeordnet ist.
• Zwar sind aktiv ansteuerbare Aktuatoren zur Realisierung einer Hinterachslenkung an sich bekannt, jedoch ist es bisher unbekannt geblieben, die Lagerelemente eines Hinterachsträgers selbst mit je wenigstens einem aktiv ansteuerbaren Aktuator zu versehen, welches im Hinblick auf den Stand der Technik als kostengünstiger und insbesondere robuster einzuschätzen ist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Aktuatoren hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigbar und unabhängig voneinander über eine gemeinsame elektronische Steuereinheit ansteuerbar sind. Insoweit wird ferner vorgeschlagen, dass diese Aktuatoren in Abhängigkeit von einem oder mehreren aktuell gebildeten Fahrzustandssignalen, wie Signalen die über Fahrgeschwindigkeit, die Querbeschleunigung, die Längsbeschleunigung, den Lenkungsausschlag und/oder anderer geeigneter Signale ansteuerbar sind.
• Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Hinterachsträger als Hilfsrahmen, als Verbundlenkerachse o. ä. ausgebildet ist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Lagerelemente weisen diese ein an der Fahrzeugkarosserie bzw. an Fahrzeuglängsträgern befestigbares Gehäuse auf, in dem zwei axial gegenüberliegende druckmittelbeaufschlagbare Kolben angeordnet sind, die axialverschiebbar in diesem Gehäuse gelagert sind.
• Zudem kann vorgesehen sein, dass zwischen den Kolben ein im Gehäuse querverlaufender Steg aus einem gummielastischen Material ausgebildet oder angeordnet ist, welcher zu den Kolben weisende Anschlagflächen aufweist und über eine zentrale Auf nahmeöffnung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels, beispielsweise eines Stehbolzens, des Hinterachsträgers verfügt.
• Bevorzugt sind die Kolben dieser Aktuatoren zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein Anschlagteil des jeweiligen Kolbens über ein Schraubgewinde axialverstellbar in einen Kolbenhauptkörper eingeschraubt ist.
• Damit die Kolbenlänge bzw. der Abstand der Anschlagteile zu der zugeordneten Anschlagfläche des gummielastischen Stegs auch nach Fertigstellung eines Lagerelementes noch verstellbar ist, sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Kolben sowie deren Anschlagteile zueinander fluchtende Axialbohrungen aufweisen, durch die ein Werkzeug zu dem jeweiligen Anschlagteil zwecks Axialverstellung desselben führbar ist.
• Die Erfindung betrifft wie erwähnt auch ein Verfahren zum Verstellen eines solchen Hinterachsträgers, bei dem vorgesehen ist, dass die Aktuatoren der Lagerelemente derart angesteuert werden, dass auf den Hinterachsträger ein Winkel „α" zur Fahrzeuglängsachse aufgeprägt wird, der seinerseits einen Schräglauf der Hinterräder sowie eine Seitenkraft bewirkt, die ihrerseits den Kurs und/oder die Querneigung des Kraftfahrzeugs auf gewünschte Weise beeinflusst.
• Unter Aufprägung des Winkels „α" wird hier beispielsweise verstanden, dass der gesamte Hinterachsträger quer zur Fahrtrichtung verdreht wird, wobei vorzugsweise die Ausrichtung der Hinterachse bzw. deren Teile zu einer durch den Fahrzeugunterboden vorgegebenen Horizontalebene auch bei einer Lenkverstellung im wesentlichen erhalten bleibt.
• In Weiterbildung des vorgenannten Verfahrens können die Aktuatoren der Lagerelemente auch derart angesteuert werden, dass die Lagerelemente eine erhöhte Lagersteifigkeit erfahren und dadurch eine Verringerung und/oder Verschiebung von Resonanzen des Fahrwerks bewirken.
• Zur Verdeutlichung der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung beigefügt. In dieser zeigen
• 1 eine schematische Darstellung des Fahrwerks eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hinterachse in einem ungelenkten Zustand derselben,
• 2 das Fahrwerk gemäß 1 mit ausgelenkter Hinterachse, und
• 3 eine Schnittdarstellung eines Lagerelementes für den Hinterachsträger der Hinterachse gemäß 1 und 2.
• Demnach zeigt 1 das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs lediglich schematisch, wobei links in der Zeichnung die Vorderachse mit den beiden herkömmlich gelenkten Vorderrädern 1 und 2, sowie rechts die Hinterachse mit den Hinterrädern 3 und 4 angedeutet ist. Die Hinterräder 3 und 4 sind über je zwei an sich bekannte Radlenker 5 an einem Hinterachsträger 6 angebunden, der seinerseits als Hilfsrahmen, als Verbundlenkerachse o. ä. ausgebildet sein kann.
• Der Hinterachsträger 6 stützt sich vorliegend über vier symmetrisch beidseitig der Fahrzeuglängsachse 7 angeordnete Lagerelemente 8 an nicht näher gezeigten äußeren Fahrzeuglängsträgern am Karosserieboden 9 ab.
• Um nunmehr eine Beeinflussung des Fahr- und Lenkverhaltens des Kraftfahrzeugs insbesondere durch die Hinterräder im Sinne beispielsweise einer Hinterachslenkung realisieren zu können, ist eine Verstellung des Hinterachsträgers 6 selbst um einen bestimmten Winkel „α" zur Fahrzeuglängsachse 7 vorgesehen (2).
• Durch diese Maßnahme wird auf den Hinterachsträger 6 demnach ein Anstellwinkel „α" zur Fahrzeuglängsachse 7 aufgeprägt, der seinerseits einen Schräglauf der Hinterräder 3, 4 sowie eine Seitenkraft bewirkt, die ihrerseits den Kurs des Kraftfahrzeugs in gewünschter Weise beeinflusst. Dies hat beispielsweise eine Verringerung des Spurkreisdurchmessers des Fahrzeugs zur Folge, welches sich besonders vorteilhaft beim Einparken in eine Parklücke auswirkt.
• Zur Verstellung des Hinterachsträgers 6 ist dessen Lagerelementen 8 erfindungsgemäß jeweils wenigstens ein aktiv ansteuerbarer und den Lagermittelpunkt 10 des Lagerelements 8 gegenüber dem Karosserieboden 9 oder dem Aufbau des Kraftfahrzeugs horizontal- bzw. querverschiebender Aktuator 11 zugeordnet bzw. in den Lagerelementen 8 integriert.
• Die Verschiebung des Lagermittelpunktes 10 des jeweiligen Lagerelementes 8 gegenüber dem Karosserieboden 9 ist bei einem Vergleich zwischen den 1 und 2 besonders gut nachvollziehbar.
• 3 zeigt beispielhaft ein solches Lagerelement 8 im Detail, welches vorliegend hydraulisch betätigbar ausgebildet ist. Im wesentlichen weist dieses Lagerelement 8 ein mittels geeigneter Befestigungselemente fest mit dem Karosserieboden 9 verbundenes Gehäuse 12 auf, in welchem ein vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung weisender und relativ zum Gehäuse 12 in Grenzen verformbarer Steg 13 angeordnet ist. Dieser Steg ist beispielsweise aus einem gummielastischen Material gefertigt und mit dem Hinterachsträger 6 über einen zentralen Stehbolzen 24 fest verbunden. Beidseitig des Steges 13 ist jeweils ein druckmittelbeaufschlagbarer Kolben 14 axialverschiebbar in dem Gehäuse 12 angeordnet, die in Fahrzeugquerrichtung im Sinne der genannten Aktuatoren 11 auf den Steg 13 und somit mittelbar auch auf den Stehbolzen 24 einwirken kann.
• Die beidseitig des Steges 13 angeordneten Kolben 14 der Aktuatoren 11 sind jeweils über eine Druckkammer 15 und einen Druckmittelanschluss 16 sowie über nicht näher dargestellte ansteuerbare Ventile mit einer Druckmittelquelle wirkverbunden. Zudem sind die Kolben 14 jeweils in einer elastisch gelagerten, vorliegend in einer in einem Gummipolster 17 gelagerten Einpresshülse 18 verschiebbar geführt.
• Wie 3 weiter verdeutlicht, ist jeder der beiden Kolben 14 vorzugsweise axial zweiteilig aufgebaut. So weist der Kolben 14 an seinem stegnahen Ende ein Anschlagteil 19 auf, das über ein Gewinde 20 im Hauptkörper des Kolbens 14 axial verstellbar befestigt ist. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass der axiale Abstand des Anschlagteils 19 zu der jeweils zugeordneten Anschlagfläche 21 an dem Steg 13 individuell einstellbar ist. Die Einstellung des Abstandes des Anschlagteils 19 zu der jeweils zugeordneten Anschlagfläche 21 kann beispielsweise mittels eines Werkzeugs erfolgen, welches über den Druckmittelanschluss 16 und Axialbohrungen 22, 23 im Kolben 14 sowie im Anschlagteil 19 selbst zugeführt und auf diesen einwirken kann.
• Zur Steuerung der genannten Ventile beziehungsweise der Aktuatoren 11 der Lagerelemente 8 ist eine gemeinsame elektronische Steuereinheit vorgesehen, die geeignet ist, dieselben unabhängig voneinander anzusteuern (nicht näher dargestellt).
• Die Ansteuerung der Aktuatoren 11 kann dabei in Abhängigkeit von einem oder mehreren aktuell mittels Sensoren erfassten und/oder in der Steuereinheit erstellten Fahrzustandssignalen, wie der Fahrgeschwindigkeit, der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung und/oder anderen geeigneten Signalen erfolgen. Dadurch ist die Verstellbarkeit des Hinterachsträgers 6 im Sinne einer Hinterachslenkung nicht nur beim Einparken, sondern auch bei Kurvenfahrten sowie zum Entgegenwirken von nachteiligen Stör- bzw. Seitenkräften möglich.
• Der Hinterachsträger 6 kann jedoch nicht nur im Sinne einer Hinterachslenkung verstellt werden, sondern es kann gegebenenfalls auch angezeigt sein, die Aktuatoren 11 der Lagerelemente 8 derart anzusteuern, dass diese eine erhöhte Lagersteifigkeit erfahren und somit vorteilhaft eine Verringerung und/oder Frequenzverschiebung von störenden Resonanzen des Fahrwerks bewirken. In diesem Fall werden zweckmäßigerweise die Aktuoren 11 beidseitig gleichermaßen verstellt, beispielsweise der Lagermittelpunkt 10 des Lagerelements 8 gegenüber dem Karosserieboden 9 nach außen querverschoben (nicht näher dargestellt).

1

Vorderrad

2

Vorderrad

3

Hinterrad

4

Hinterrad

5

Radlenker

6

Hinterachsträger

7

Fahrzeuglängsachse

8

Lagerelemente

9

Karosserieboden

10

Lagermittelpunkt

11

Aktuator

12

Gehäuse

13

Steg

14

Kolben

15

Druckkammer

16

Druckmittelanschluss

17

Gummipolster

18

Einpresshülse

19

Axial einstellbares Anschlagteil

20

Einstellgewinde

21

Anschlagsfläche

22

Bohrung im Kolben

23

Bohrung im Anschlagteil

24

Stehbolzen am Hinterachsträger

Claims (12)

1. Hinterachsträger an einem Kraftfahrzeug, der sich über Lagerelemente (8) am Karosserieboden (9) abstützt und an welchem Radlenker (5) für die Hinterräder (3, 4) angebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass den Lagerelementen (8) des Hinterachsträgers (6) jeweils wenigstens ein aktiv ansteuerbarer und den Lagermittelpunkt (10) des Lagerelements (8) gegenüber dem Karosserieboden (9) horizontal- bzw. querverschiebender Aktuator (11) zugeordnet ist.
2. Hinterachsträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (11) hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigbar sind.
3. Hinterachsträger nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (11) unabhängig voneinander über eine gemeinsame elektronische Steuereinheit ansteuerbar sind.
4. Hinterachsträger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (11) in Abhängigkeit von einem oder mehreren aktuell erstellten Fahrzustandssignalen, wie Signalen der Fahrgeschwindigkeit, der Querbeschleunigung, der Längsbeschleunigung, des Lenkungsausschlages und/oder anderer geeigneter Signale ansteuerbar sind.
5. Hinterachsträger nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe als Hilfsrahmen oder als Verbundlenkerachse ausgebildet ist.
6. Hinterachsträger nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (8) ein karosseriefest anzuordnendes Gehäuse (12) und zwei axial gegenüberliegende druckmittelbetriebenen Kolben (14) aufweisen, die axialverschiebbar in dem Gehäuse (12) gelagert sind.
7. Hinterachsträger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kolben (14) ein im Gehäuse (12) querverlaufender Steg (13) aus einem gummielastischen Material ausgebildete oder angeordnet ist, welcher zu den Kolben (14) weisende Anschlagflächen (21) aufweist und über eine zentrale Aufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Befestigungsmittels (24) des Hinterachsträgers (6) verfügt.
8. Hinterachsträger nach wenigstens einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (14) zweiteilig ausgebildet ist, wobei ein Anschlagteil (19) axialverstellbar über ein Schraubgewinde (20) in einen Kolbenhauptkörper eingeschraubt ist.
9. Hinterachsträger nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (14) sowie deren Anschlagteile (19) Axialbohrungen (21, 22) aufweisen, durch die ein Werkzeug zu dem jeweiligen Anschlagteil (19) zwecks Axialverstellung desselben führbar ist.
10. Verfahren zum Verstellen eines Hinterachsträgers (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (11) der Lagerelemente (8) derart angesteuert werden, dass der Hinterachsträger (6) um einen Winkel „α" zur Fahrzeuglängsachse (7) ausgerichtet wird, der einen Schräglauf der Hinterräder (3, 4) sowie eine Seitenkraft bewirkt, die ihrerseits den Kurs und/oder die Querneigung des Kraftfahrzeugs beeinflusst.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Hinterachsträger (6) quer zur Fahrtrichtung verdreht wird, wobei die Ausrichtung des Hinterachsträgers bzw. dessen Teile zu einer durch den Fahrzeugunterboden vorgegebenen Horizontalebene auch bei einer Lenkverstellung im wesentlichen erhalten bleibt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (11) der Lagerelemente (8) derart angesteuert werden, dass die Lagerelemente (8) eine erhöhte Lagersteifigkeit erfahren und eine Verringerung und/oder Verschiebung von Resonanzen des Fahrwerks bewirken.