DE102008040505B4

DE102008040505B4 - Eigenlenkende Radaufhängung mit Geradführung

Info

Publication number: DE102008040505B4
Application number: DE102008040505.1A
Authority: DE
Inventors: Felix HAEUSLER
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2021-04-01
Anticipated expiration: 2028-07-18
Also published as: DE102008040505A1

Abstract

Radaufhängung (2) für ein Kraftfahrzeug, die Radaufhängung (2) umfassend eine am Radträger (4) angeordnete Geradführungseinrichtung (5, 6) zur Aufnahme der vertikalen Einfederungsbewegungen (7) des Rades (1), und eine Lenkeranordnung (8, 9, 14) zur Veränderung des Radsturzes (a) und/oder der Radspur bei Kurvenfahrt, die Lenkeranordnung (8, 9, 14) umfassend zwei vertikal übereinander angeordnete Lenkereinrichtungen (8, 9), die jeweils schwenkbeweglich mittels einer ersten Lagerung (10, 10') direkt mit dem Fahrzeugchassis oder einem chassisfesten Hilfsrahmen (13) und mittels einer vertikal unter oder über der ersten Lagerung (10, 10') angeordneten zweiten Lagerung (11, 11') direkt mit der Geradführungseinrichtung (5, 6) verbunden sind, wobei die Lenkereinrichtungen (8, 9) mittels einer Koppelübersetzung (14) kinematisch so verbunden sind, dass Schwenkbewegungen der unteren Lenkereinrichtung (9) mittels der Koppelübersetzung (14) verstärkt auf die obere Lenkereinrichtung (8) übertragen werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Geradführungseinrichtung zur Aufnahme der vertikalen Einfederungsbewegungen des Rades gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
An einem Kraftfahrzeug ist die Radaufhängung eine zur Erfüllung der Sicherheits- und Komfortanforderungen maßgebliche Baueinheit. Es ist daher erforderlich, auf die Radaufhängung während der Fahrt einwirkende Störeinflüsse möglichst optimal auszugleichen. Beispielsweise verändert sich durch Seitenkrafteinflüsse auf die Fahrzeugräder - z.B. beim Durchfahren einer Kurve und/oder infolge Wankens des Fahrzeugaufbaus - die Neigung eines Fahrzeugrades relativ zur Straßenoberfläche. Der sich damit am Fahrzeugrad einstellende Sturz führt zu einer Veränderung der Form bzw. Größe der Reifenaufstandsfläche. Infolgedessen ist es möglich, dass das Fahrzeugrad einen Teil der wertvollen Haftung auf dem Untergrund verliert.
Bisher bekannte Radaufhängungen, beispielsweise Doppelquerlenkerachsen, gleichen diese Veränderung des Radsturzes durch Seitenkräfte durch eine gezielte Beeinflussung der Radstellung wieder aus, indem durch das Wanken des Fahrzeugaufbaus ein den Seitenkräften entgegengerichteter, negativer Sturz erzeugt wird, der durch unterschiedliche Längen und/oder Ausrichtungen der Querlenker erreicht werden kann. Dies führt aber zu Nachteilen bzw. unerwünschten Sturzveränderungen auch während der Geradeausfahrt des Kraftfahrzeuges, beispielsweise dann, wenn einzelne Fahrzeugräder einfedern, wie es zum Beispiel beim Überfahren von Bodenunebenheiten vorkommt. Ferner kann sich bei derartigen Doppelquerlenkerradaufhängungen ein unerwünschter zusätzlicher Reifenverschleiß ergeben, und es kann Seitenkraftpotential des Reifens verloren gehen.
Generell umfassen bekannte Radaufhängungen üblicherweise eine Anzahl von Lenkern, beispielsweise Längslenker, Schräglenker, Querlenker oder Verbundlenker. Bei angetriebenen Rädern kommt der Antriebsstrang hinzu, der am Kraftfahrzeug üblicherweise das an den Verbrennungsmotor angeflanschte Getriebe, die Antriebswellen und eines oder mehrere Differentiale mit den zugehörigen, zu den Rädern führenden Seitenwellen umfasst. Alle diese Baugruppen, insbesondere soweit sie die Radführungslenker und - bei angetriebenen Rädern - die Seitenwellen umfassen (und somit der Radaufhängung zuzuordnen sind), nehmen einen erheblichen Bauraumumfang im Umfeld der Räder des Kraftfahrzeugs ein. Dieser Bauraum steht für andere Zwecke nicht mehr zur Verfügung, und reduziert damit den für Fahrgäste, Gepäck oder auch technische Baugruppen zur Verfügung stehenden Platz.
Die in einem konventionellen Antriebsstrang enthaltenen Baugruppen, insbesondere die Radführungslenker und ggf. die Antriebswellen, können jedoch nicht beliebig verkleinert bzw. verkürzt werden, da sich hierdurch ungünstige kinematische Verhältnisse bei der Einfederungsbewegung des Rades ergeben würden.
Zudem geht die Entwicklung bei den Antriebssträngen bzw. Kraftfahrzeugantrieben teilweise zunehmend in Richtung der Hybridkonzepte. Hierunter fallen insbesondere auch die seriellen Hybride, bei denen keine mechanische Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern mehr besteht. Stattdessen kann bei einem seriellen Hybrid der Verbrennungsmotor beispielsweise einen Generator antreiben, welcher wiederum mit den Antriebsrädern verbundene Elektromotoren speist. Eine ähnliche Konfiguration kann auch bei einem reinen Elektrofahrzeug vorliegen, wobei die Energie hier nicht vom Verbrennungsmotor, sondern von einem elektrischen Energiespeicher geliefert wird; ebenso wie diverse Mischvarianten zwischen dem seriellen Hybrid und dem Elektrofahrzeug angedacht sind und bereits existieren.
Um die Anzahl der für Radaufhängung und Antriebsstrang benötigten Komponenten sowie deren Bauraumbedarf und Masse möglichst gering zu halten, wird bei solchen Fahrzeugkonzepten teilweise versucht, die elektrischen Fahrmotoren direkt den Rädern zuzuordnen und möglichst nahe an den Rädern, bzw. als Radnabenmotoren in den Rädern selbst unterzubringen. Auf diese Weise können große Teile des konventionellen Antriebsstrangs entfallen, bzw. durch leicht und flexibel zu verlegende elektrische Leitungen zwischen dem Energieerzeuger und den Radnabenmotoren des Kraftfahrzeugs ersetzt werden.
Zusätzlich werden Anstrengungen unternommen, auch die Radaufhängung selbst mit den zugeordneten Feder/Dämpfereinheiten im Innenraum der Radfelgen bzw. in unmittelbarer Nachbarschaft der Räder unterzubringen, um auf diese Weise noch mehr Bauraum zu gewinnen, der ansonsten bei konventionellen Radaufhängungen für die bekannten Lenkerkonstruktionen erforderlich ist.
Aus der DE 698 06 444 T2 ist eine in die Felge eines Rades integrierbare Radaufhängung bekannt, bei welcher zusätzlich auch beispielsweise elektrische oder hydraulische Antriebsmotoren zumindest teilweise im Innenraum der Radfelge untergebracht werden können. Diese bekannte Radaufhängung umfasst eine Geradführungseinrichtung zur Aufnahme der vertikalen Einfederungsbewegungen des Rades.
Durch die Geradführungseinrichtung und die ebenfalls unmittelbar am Rad bzw. innerhalb der Radfelgen angeordneten Feder/Dämpfereinheiten können bei dieser bekannten Radaufhängung zwar die üblichen Radführungslenker entfallen, wodurch bei einer Radaufhängung Bauraum in erheblichem Maße eingespart werden könnte. Jedoch kann bei dieser bekannten Radaufhängung keine dynamische Veränderung des Radsturzes erfolgen, um auf diese Weise eine bessere Seitenführung des Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrt zu ermöglichen.
Als nächstkommender Stand der Technik sei weiterhin auf DE 10 2006 046 241 A1 verwiesen. Daraus bekannt ist eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Lenkeranordnung zur Veränderung des Radsturzes und/oder der Radspur bei Kurvenfahrt. Die Lenkeranordnung umfasst zwei vertikal übereinander angeordnete Lenkereinrichtungen, die jeweils schwenkbeweglich mittels einer ersten Lagerung mit dem Fahrzeugchassis und mittels einer vertikal unter der ersten Lagerung angeordneten zweiten Lagerung, zumindest indirekt mit dem Radträger verbunden sind. Die Lenkereinrichtungen sind mittels einer Koppelübersetzung kinematisch so verbunden, dass Schwenkbewegungen der unteren Lenkereinrichtungen mittels der Koppelübersetzung verstärkt auf die obere Lenkereinrichtung übertragen werden. Eine Geradführungseinrichtung zur Aufnahme von Einfederungsbewegungen weist die aus DE 10 2006 046 241 A1 bekannte Radaufhängung nicht auf.
Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Radaufhängung mit einer Geradführungseinrichtung zu schaffen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll die Radaufhängung es ermöglichen, dass der Radsturz - trotz der aufgrund der Geradführungseinrichtung rein translatorischen Einfederungsbewegung - beim Auftreten von Seitenkräften dynamisch so verändert werden kann, dass insbesondere auch bei Kurvenfahrt die optimale Form und Größe der Radaufstandsfläche beibehalten wird, und somit gute Seitenführungskräfte erreichbar sind. Auf diese Weise soll es insbesondere möglich werden, platzsparende Radaufhängungen mit Geradführungseinrichtung und ggf. mit Radnabenantrieb auch bei Fahrzeugen einzusetzen, bei denen hohe Ansprüche an die Fahrdynamik gestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
In für sich genommen zunächst bekannter Weise umfasst die Radaufhängung gemäß der vorliegenden Erfindung eine am Radträger angeordnete Geradführungseinrichtung zur Aufnahme der vertikalen Einfederungsbewegungen des Rades.
Erfindungsgemäß jedoch zeichnet sich die Radaufhängung durch eine Lenkeranordnung zur Veränderung des Radsturzes und/oder der Radspur insbesondere bei Kurvenfahrt aus. Dabei umfasst die Lenkeranordnung zwei im Wesentlichen vertikal übereinander angeordnete Lenkereinrichtungen. Die Lenkereinrichtungen sind jeweils schwenkbeweglich mittels einer ersten Lagerung direkt mit dem Fahrzeugchassis und mittels einer zweiten, vertikal im Wesentlichen unter oder über der ersten Lagerung angeordneten Lagerung direkt mit der Geradführungseinrichtung verbunden. Ferner sind die beiden Lenkereinrichtungen mittels einer Koppelübersetzung kinematisch so verbunden, dass auf die Geradführungseinrichtung wirkende Schwenkbewegungen der unteren Lenkereinrichtung mittels der Koppelübersetzung verstärkt auf die obere Lenkereinrichtung übertragen werden.
Dies bedeutet, dass seitlich auf das Rad wirkenden Kräfte, beispielsweise Seitenkräfte bei Kurvenfahrt, über den Radträger und die Geradführungseinrichtung momentenerzeugend auf die beiden Lenkereinrichtungen treffen. Aufgrund der jeweils vertikal übereinander angeordneten Lagerungen der beiden Lenkereinrichtungen führen die Seitenkräfte somit zur Verschwenkung der Lenkereinrichtungen und zu dementsprechenden Seitwärtsbewegungen der jeweils zweiten - mit der Geradführung verbundenen - Lagerung der Lenkereinrichtungen. Aufgrund der Koppelübersetzung zwischen den beiden Lenkereinrichtungen fällt dabei die Schwenkbewegung bzw. die Seitwärtsbewegung der oberen Lenkereinrichtung größer aus als die Schwenkbewegung bzw. Seitwärtsbewegung der unteren Lenkereinrichtung.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die obere Anbindung zwischen Geradführung und Lenkeranordnung bei Seitenkräften eine stärkere seitliche Auslenkung erfährt als die untere Anbindung. Hierdurch erfährt die Geradführung und damit auch das Rad jeweils eine Sturzveränderung, die der Wirkrichtung der Seitenkraft entgegengesetzt ist, wodurch sich das Rad sozusagen der Seitenkraft jeweils entgegenstemmt.
Die Erfindung lässt sich dabei unabhängig von Art und konstruktiver Ausführung der Koppelübersetzung verwirklichen, solange die vorgesehene Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen den beiden Lenkereinrichtungen gewährleistet ist. So ist es beispielsweise vorstellbar, die beiden Lenkereinrichtungen mittels einer Zahnradübersetzung, mittels eines Kettentriebs oder dergleichen miteinander so zu koppeln, dass die Wirkbewegung der oberen Lenkereinrichtung entsprechend größer als diejenige der unteren Lenkereinrichtung ausfällt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Koppeleinrichtung jedoch zumindest eine Pendelstützenanordnung. Die Pendelstützenanordnung ist dabei jeweils mit einer dritten Lagerung der beiden Lenkereinrichtungen verbunden, und führt somit zu der gewünschten kinematischen Kopplung der beiden Lenkereinrichtungen.
Bevorzugt weisen dabei die Lenkereinrichtungen unterschiedliche Wirklängen auf. Dies bedeutet, dass auch bei einer schwenkwinkelbezogen gleichgroßen Auslenkung der beiden Lenkereinrichtungen die (seitliche) Wirkbewegung der oberen Lenkereinrichtung größer als diejenige der unteren Lenkereinrichtung ausfällt, wodurch die erwünschte Sturzveränderung entsteht.
Vorzugsweise sind dabei die Lenkereinrichtungen als Dreieckslenkereinrichtungen ausgebildet und umfassen jeweils eine erste Lagerung zur schwenkbeweglichen Ankopplung an das Fahrzeugchassis, eine zweite Lagerung zur schwenkbeweglichen Ankopplung an die Geradführungseinrichtung und eine dritte Lagerung zur Aufnahme der Pendelstützenanordnung.
Dergestalt trägt die kinematische Kopplung der Dreieckslenkereinrichtungen über eine Pendelstützenanordnung zu einer konstruktiv einfachen und robusten sowie platzsparenden Ausführung der Radaufhängung bei.
Besonders bevorzugt sind die Dreieckslenkereinrichtungen dabei als im Wesentlichen prismatische, drei Lagerachsen aufweisende Schwenkkörper ausgebildet. Eine derartige dreidimensionale Ausbildung der Dreieckslenkereinrichtungen führt insgesamt zu einer stabileren und steiferen Radaufhängung, zu einer besseren Übertragbarkeit von Antriebs, und Bremsmomenten sowie zu einer direkteren Reaktion auf Fahrbahneinflüsse.
Mit diesem Hintergrund umfasst die Pendelstützenanordnung vorzugsweise zwei parallel angeordnete Pendelstützen. Auch durch diese Maßnahme wird die Torsionssteifigkeit und direkte Reaktion der Radaufhängung verbessert. Die beiden Pendelstützen können dabei insbesondere an den beiden Enden der in diesem Fall im Wesentlichen prismatisch ausgebildeten Lenkereinrichtungen bzw. Schwenkkörper angelenkt sein.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zumindest eine der Lagerungen der Lenkeranordnung, vorzugsweise jedoch mehrere oder alle Lagerungen, als Elastomerlager bzw. Elastomergelenk ausgebildet. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich bei der Auslenkung der Lenkereinrichtungen kinematische Verspannungen oder Versperrungen dadurch ergeben, dass die beiden Lenkereinrichtungen unterschiedlich dimensioniert sind bzw. aufgrund der Koppelübersetzung unterschiedlich stark ausgelenkt werden. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von Elastomergelenken liegt darin, dass sich auf diese Weise Rückstellkräfte erzeugen lassen, die das Rad bei seitlicher Kräftefreiheit zurück in die vertikale Grundposition ohne zusätzlichen Sturz verbringen können.
Insbesondere mit dem Hintergrund des Einsatzes der erfindungsgemäßen Radaufhängung im Bereich der nichtmechanischen Antriebsstränge oder Hybridkonzepte ist ferner vorgesehen, dass die Radaufhängung einen Radnabenmotor umfasst. Vorzugsweise ist dabei zwischen dem Radnabenmotor und der Radnabe eine Getriebeeinheit mit translatorischem Freiheitsgrad angeordnet, wobei der translatorische Freiheitsgrad der Getriebeeinheit dem Freiheitsgrad der Geradführungseinrichtung der Radaufhängung entspricht.
Der Einsatz eines Radnabenmotors ist vorliegend besonders vorteilhaft insofern, als auf diese Weise weiterer wertvoller Bauraum eingespart werden kann und zudem aufwändige und gewichtserhöhende Antriebswelleneinrichtungen vom Motor bzw. Getriebe zu den Rädern entfallen können. Die optional einzusetzende Getriebeeinheit mit translatorischem Freiheitsgrad führt vorteilhafterweise dazu, dass die Einfederungsbewegung des Rades vom Radnabenmotor entkoppelt werden kann, wodurch der Radnabenmotor nicht mehr den ungefederten Massen der Achse zugeschlagen werden muss, sondern im Wesentlichen chassisfest angeordnet werden kann. Durch diese Verringerung der ungefederten Massen werden Fahrkomfort und Fahrsicherheit verbessert.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Radnabenmotor dabei mit einem fahrzeugseitigen Teil der Geradführungseinrichtung verbunden. Dies führt dazu, dass die sich bei Seitenkraft einstellenden Sturzveränderungen des Rades - über die Geradführungseinrichtung - auch auf die Stellung des Radnabenmotors übertragen werden. Dies ist vorteilhaft insofern, als damit keine Längen- und Winkelveränderungen der Antriebswelle zwischen dem Radnabenmotor und der Radnabe, bzw. der mit der Radnabe verbundenen Getriebeeinheit mehr auftreten. Daher kann die Motorwelle bei dieser Ausführungsform der Erfindung insbesondere unmittelbar in die Getriebeeinheit geführt werden und gleichzeitig die Antriebswelle der Getriebeeinheit bilden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist der Radnabenmotor chassisfest angeordnet. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft bezüglich der einfacheren Anordnung und Befestigung des Radnabenmotors am Chassis. Die bei dieser Ausführungsform auftretenden Längen- und Winkelveränderungen zwischen der - den Sturzveränderungen des Rades folgenden - Getriebeeinheit und dem chassisfesten Radnabenmotor müssen dabei jedoch durch ein geeignetes Ausgleichselement zwischen der Motorwelle und der Antriebswelle der Getriebeeinheit ausgeglichen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lagerachsen der Lenkeranordnung gegenüber der Horizontalen um einen spitzen Winkel verschwenkt sind. Die Verschwenkung der Lagerachsen der Lenkeranordnung um einen spitzen Winkel gegenüber der Horizontalen führt dazu, dass sich bei Seitenkräften, insbesondere also bei Kurvenfahrt, nicht nur eine Sturzänderung des Rades ergibt, sondern dass das Rad zudem auch eine geringfügige Spuränderung erfährt. Durch geeignete Wahl der Größe des spitzen Winkels kann die Radaufhängung somit ein Eigenlenkverhalten auch bezüglich der Spur erhalten. Auf diese Weise kann das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs gezielt beeinflusst werden, beispielsweise dadurch, dass dem Kraftfahrzeug mittels geeigneter Dimensionierung des spitzen Winkels ein Übersteuerungs- bzw. Untersteuerungsverhalten bei Kurvenfahrt verliehen wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Geradführungseinrichtung Feder- und/oder Dämpfereinheiten umfasst, bzw. dass in unmittelbarer Nachbarschaft der Geradführungseinrichtung Feder- und/oder Dämpfereinheiten angeordnet sind. Auch diese Ausführungsform steht im Dienst der Minimierung des für die Radaufhängung erforderlichen Bauraums. Dank dieser Ausführungsform können sämtliche für die Radführung erforderlichen Elemente unmittelbar neben dem Fahrzeugrad, oder sogar innerhalb der Fahrzeugfelge angeordnet werden.
Die Erfindung lässt sich ferner unabhängig davon verwirklichen, wie die Geradführungseinrichtung konstruktiv ausgebildet ist, solange die Einfederungsbewegungen des Rades aufgenommen und die erforderlichen Radführungskräfte übertragen werden können.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Geradführungseinrichtung jedoch zumindest zwei parallele Führungsstangen sowie zumindest zwei den Führungsstangen zugeordnete Lagerbuchsen. Dabei sind die Führungsstangen miteinander sowie mit den dritten Lagerungen der Lenkereinrichtungen verbunden, während die Lagerbuchsen mit dem Radträger verbunden sind. Die miteinander verbundenen Führungsstangen können bei dieser Ausführungsform somit beispielsweise direkt an die entsprechenden Lagerungen der Lenkereinrichtung angekoppelt werden, wodurch sich eine besonders kompakte Ausführung der erfindungsgemäßen Radaufhängung ergibt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit auf die Darstellung einer Feder-/Dämpfer-Anordnung oder von Stabilisatoren jeweils verzichtet wurde.
Es zeigt:

1 in einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Radaufhängung gemäß der vorliegenden Erfindung, mit chassisfestem Radnabenmotor, in der seitenkraftfreien Neutralstellung;
2 in einer 1 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Radaufhängung gemäß 1 bei Seitenkraftbeaufschlagung;
3 in einer 2 entsprechenden Darstellung, Ansicht und Position eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung mit geradführungsfestem Radnabenmotor;
4 in schematischer, isometrischer Darstellung die Radaufhängung gemäß 3 in der Neutralstellung bezüglich Sturz sowie bezüglich Einfederung;
5 in einer 4 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Radaufhängung gemäß 3 und 4 bei entferntem Getriebegehäusedeckel;
6 in einer 4 und 5 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Radaufhängung gemäß 3 bis 5 in der eingefederten Stellung; und
7 in einer 4 bis 6 entsprechenden Darstellung und Ansicht die Radaufhängung gemäß 3 bis 6 in der ausgefederten Stellung.

Die 1 und 2 zeigen jeweils in schematischer Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer Radaufhängung gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt die Radaufhängung in der seitenkraftfreien Neutralstellung, während 2 die Radaufhängung bei Kurvenfahrt mit auftretender Seitenkraft F darstellt.
Man erkennt ein Fahrzeugrad 1 sowie die aus unterschiedlichen Lenkern und Streben zusammengesetzte Radaufhängung 2. Ferner zeigen die 1 und 2 einen dem Rad 1 zugeordneten Radnabenmotor 3 mit einem zwischen Rad 1 und Radnabenmotor 3 angeordneten Radnabengetriebe 4, dessen Gehäuse gleichzeitig den Radträger darstellt. Am Radnabengetriebe 4 angeordnet sind zwei Führungsbuchsen 5 (wovon in der Darstellung der 1 und 2 lediglich eine Führungsbuchse sichtbar ist). Die Führungsbuchsen 5 sind gleitbeweglich auf zwei Führungsstangen 6 angeordnet (wovon in der Darstellung der 1 und 2 wiederum nur eine Führungsstange sichtbar ist). Mittels der gleitbeweglich auf den Führungsstangen 6 angeordneten Führungsbuchsen 5 kann das Rad 1 vertikale Einfederungsbewegungen 7 ausführen. Dank der Geradführungseinrichtung 5, 6 sind somit keine der ansonsten üblichen, bauraumintensiven Lenkeranordnungen zur Radführung erforderlich, und es kann gegenüber konventionellen Radaufhängungen somit Bauraum eingespart werden.
2 zeigt die Radaufhängung gemäß 1 beim Auftreten einer Seitenkraft S, beispielsweise während einer Kurvenfahrt. Angenommen, die Fahrtrichtung verläuft bei der Darstellung gemäß 2 in die Zeichenebene hinein, entspricht die Darstellung der 2 somit einer Rechtskurve.
Eine Zusammenschau von 1 und 2 zeigt die Wirkungsweise der beiden vertikal übereinander positionierten Lenkereinrichtungen 8, 9. Die beiden Lenkereinrichtungen 8, 9 besitzen jeweils drei Lagerstellen 10, 11, 12 bzw. 10', 11', 12'. Mittels der ersten Lagerstelle 10, 10' sind die Lenkereinrichtungen 8, 9 schwenkbar mit einem chassisfestem Hilfsrahmen 13 verbunden. Die beiden zweiten Lagerstellen 11, 11' sind ebenfalls schwenkbar mit den beiden Enden der Führungsstangen 6 verbunden. Der besseren Erkennbarkeit halber sind die Schwenkachsen 11, 11' der Verbindung zwischen den beiden Lagerstellen 11, 11' mit den Enden der Führungsstangen 6 in den 1 und 2 jeweils mittels eines punktierten Linienkreuzes bei 11 bzw. 11' dargestellt.
Die beiden dritten Lagerstellen 12, 12' der Lenkereinrichtungen 8, 9 sind mittels zweier Pendelstützen 14 (wovon in der Darstellung der 1 und 2 nur eine Pendelstütze sichtbar ist) miteinander verbunden bzw. kinematisch gekoppelt.
Wirkt nun eine Seitenkraft F auf das Rad, so wird diese Seitenkraft über den Radträger bzw. das Radnabengetriebe 4, die Führungsbuchsen 5 und die Führungsstangen 6 auf die zweiten Lagerstellen 11, 11' der Lenkereinrichtungen 8, 9 übertragen, wodurch diese aus Ihrer Neutralstellung gemäß 1 in eine ausgelenkte Stellung gemäß 2 bewegt werden. Dabei sorgt die Kopplung der beiden Lenkereinrichtungen 8, 9 über die Pendelstützen 14 zusammen mit der unterschiedlich großen Wirklänge 15, 16 der Lenkereinrichtungen 8, 9 dafür, dass die horizontale Auslenkung des oberen Endes der Führungsstangen 6 größer ausfällt als diejenige des unteren Endes der Geradführung.
Die größere horizontale Auslenkung des oberen Endes der Führungsstangen 6 schließlich führt dazu, dass das Rad aufgrund der Seitenkraft F eine Sturzänderung α erfährt, welche der Seitenkraft F entgegengerichtet ist dergestalt, dass sich das Rad 1 der Seitenkraft F entgegenstemmt. Mittels entsprechender Dimensionierung der Lenkereinrichtungen 8, 9 kann die Radaufhängung 2 so ausgebildet werden, dass durch die Sturzänderung α - zusammen mit der Verformung des Reifens sowie mit einer etwaigen Seitenneigung des Kraftfahrzeugs - auch bei Kurvenfahrt eine weitgehend unveränderte Radaufstandsfläche und damit eine optimale Bodenhaftung des Reifens sichergestellt wird.
Einige bzw. alle der Lagerstellen 10-12 bzw. 10'-12' sind dabei als Elastomerlager ausgebildet. Hierdurch wird zum einen die Übertragung von Mikrovibrationen und Körperschall vom Rad auf die Karosserie verringert. Zum anderen wird verhindert, dass unzulässig hohe Spannungen bzw. kinematische Versperrungen aufgrund der unterschiedlichen Geometrie der beiden miteinander gekoppelten Lenkereinrichtungen 8, 9 auftreten. Zudem können die Elastomerlager so ausgebildet werden, dass Rückstellmomente erzeugt werden, die das Rad bei Wegfall der Seitenkraft F wieder in die neutrale Sturzstellung zurückführen.
Unabhängig von der durch die Lenkeranordnung 8, 9 hervorgerufenen Sturzänderung α erfolgt dabei unverändert die vertikale Einfederungsbewegung 7 des Rades 1 zusammen mit dem Radnabengetriebe 4 entlang der Führungsstangen 6. Ferner wird die aufgrund der Sturzänderung α hervorgerufene Relativbewegung zwischen dem Radnabengetriebe 4 und dem Radnabenmotor 3 - der bei dieser Ausführungsform chassisfest angeordnet bzw. mit dem Hilfsrahmen 13 verbunden ist - mittels des Elastomerbalgs 17 sowie mittels eines geeigneten (hier nicht sichtbaren) Ausgleichselements zwischen dem Radnabengetriebe 4 und der Motorwelle des Radnabenmotors 3 ausgeglichen.
3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radaufhängung, die im Wesentlichen mit der Ausführungsform gemäß 1 und 2 übereinstimmt. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 und 2 - bei welcher der Radnabenmotor 3 mit dem Chassis bzw. mit dem Hilfsrahmen 13 verbunden ist - ist der Radnabenmotor 3 bei der Ausführungsform gemäß 3 jedoch mittels einer Auslegereinrichtung 18 mit den Führungsstangen 6 verbunden. Dies bedeutet, dass der Radnabenmotor 3 den Sturzänderungen α des Rades und der Geradführung 5, 6 (nicht jedoch den Einfederungsbewegungen 7 des Rades 1) folgt.
Diese Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass kein zusätzliches Ausgleichselement zwischen der Motorwelle und der Antriebswelle der Getriebeeinheit erforderlich ist, um die Längen- und Winkeländerungen aufzunehmen, die bei Sturzänderungen α des Rades sowie des Radnabengetriebes 4 gegenüber dem Chassis bzw. gegenüber dem Hilfsrahmen 13 auftreten.
Die 4 bis 7 zeigen die Radaufhängung 2 gemäß 3 jeweils in isometrischer Darstellung. Den 4 bis 7 gemeinsam ist die hier dargestellte Neutralstellung bezüglich des Radsturzes, wie auch bereits in 1 dargestellt. Dabei ist in 4 die Radaufhängung 2 gemäß 3 in Neutralstellung zudem auch bezüglich der Einfederung dargestellt. 5 zeigt die Radaufhängung 2 nochmals in derselben Darstellung wie 4, mit dem Unterschied, dass in der Darstellung gemäß 5 der Deckel des Radnabengetriebes entfernt ist. 6 zeigt die Radaufhängung 2 gemäß 3 bis 5 in der eingefederten Stellung, während 7 dieselbe Radaufhängung 2 nochmals in der ausgefederten Stellung zeigt.
In allen 4 bis 7 erkennt man zunächst einmal das Rad 1, die Führungsstangen 6 und die darauf gleitbeweglich angeordneten Führungsbuchsen 5, sowie den Hilfsrahmen 13 und den Radnabenmotor 3. Am Hilfsrahmen 13 sind schwenkbar die beiden Lenkereinrichtungen 8, 9 angeordnet, die hier als im Wesentlichen prismatische Schwenkkörper ausgebildet sind. Die Lenkereinrichtungen 8, 9 sind ferner ebenfalls schwenkbar mit den Führungsstangen 6 verbunden. Der besseren Erkennbarkeit halber sind die Schwenkachsen, die den Lagerstellen 11, 11' zur schwenkbaren Verbindung der Führungsstangen 6 mit den Lenkereinrichtungen 8, 9 entsprechen, in 4 und 5 mittels punktierter Linien 11, 11' angedeutet. Die Lenkereinrichtungen 8, 9 sind mittels der beiden Pendelstützen 14 kinematisch miteinander gekoppelt.
Ferner wird erkennbar, dass der Radnabenmotor 3 mittels einer Auslegereinrichtung 18 mit den Führungsstangen 6 verbunden ist, vgl. 3. Auf diese Weise wird wie beschrieben sichergestellt, dass der Radnabenmotor den Sturzänderungen α des Rades und der Geradführungseinrichtung 5, 6 folgt, wodurch vermieden wird, dass sich Winkel- und/oder Abstandsänderungen zwischen der Motorwelle und der Antriebswelle des Radnabengetriebes ergeben.
Die Darstellung der 5 entspricht im Wesentlichen der Darstellung der 4 mit dem Unterschied, dass in der Darstellung von 5 der Getriebegehäusedeckel entfernt wurde, wodurch die Zahnräder des Radnabengetriebes sichtbar werden. Das Radnabengetriebe dient zum translatorischen Ausgleich der linearen Einfederungsbewegungen 7 des Rades 1 mittels einer Anordnung aus einem Antriebsritzel 19, einem Planetenzahnrad 20 und einem Hohlrad 21. Das Radnabengetriebe, das für sich genommen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, erlaubt im Betrieb eine vertikale Relativbewegung zwischen dem Antriebsritzel 19 und dem Hohlrad 21 und entkoppelt auf diese Weise die Einfederungsbewegungen des Rades 1 vom Radnabenmotor 3, welcher auf diese Weise nicht mehr zu den ungefederten Massen der Radaufhängung gehört, sondern im Wesentlichen chassisfest, also mitgefedert, montiert werden kann.
6 zeigt die Radaufhängung 2 gemäß 3 bis 5 in der eingefederten Stellung. Man erkennt, dass das Fahrzeugrad 1 zusammen mit dem radnabenfesten Hohlrad 21 des Radnabengetriebes vertikal nach oben bewegt wurde, wodurch auch die mit dem Radnabengetriebe verbundenen Führungsbuchsen 5 auf den Führungsstangen 6 vertikal nach oben verschoben sind, während der Radnabenmotor 3 seine im Wesentlichen chassisfeste vertikale Position beibehalten hat.
Die vertikale Einfederungsbewegung 7 wird vom Radnabengetriebe aufgenommen, indem sich das Hohlrad 21 gegenüber dem Antriebsritzel 19 vertikal nach oben bewegt hat, wobei der drehmomentübertragende Zahneingriff zwischen Antriebsritzel 19 und Hohlrad 21 dank des schwenkbeweglichen Planetenzahnrads 20 jedoch erhalten bleibt.
Auch in der eingefederten Stellung gemäß 6 kann die Veränderung des Radsturzes α bei einer Seitenkraft in derselben Weise erfolgen, wie anhand der 1 bis 3 dargestellt. Bei der Ausführungsform gemäß 3 bis 7 folgt dabei der Radnabenmotor 3 ggf. einer Veränderung des Radsturzes α, da der Radnabenmotor 3 mittels der Auslegereinrichtung 18 mit den Führungsstangen 6 verbunden ist, wodurch auf ein Wellen-Ausgleichselement zum Ausgleich von Abstands- bzw. Winkeländerungen zwischen dem Radnabenmotor 3 und dem Antriebsritzel 19 des Radnabengetriebes verzichtet werden kann.
7 zeigt die Radaufhängung gemäß den 3 bis 6 in der vollständig ausgefederten Stellung. Es wird erkennbar, dass das Rad 1 zusammen mit dem radnabenfesten Hohlrad 21 des Radnabengetriebes vertikal nach unten bewegt ist. Hierdurch sind auch die mit dem Radnabengetriebe verbundenen Führungsbuchsen 5 der Radaufhängung 2 auf den Führungsstangen 6 vertikal nach unten verschoben. Auch hier behält der Radnabenmotor 3 wieder seine im Wesentlichen chassisfeste Position bei, und die vertikale Relativbewegung zwischen dem mit dem Rad 1 verbundenen Hohlrad 21 und dem mit dem Radnabenmotor 3 verbundenen Antriebsritzel 19 wird durch entsprechende Schwenkbewegung des Planetenzahnrads 20 ausgeglichen.
Im Ergebnis wird damit deutlich, dass mit der Erfindung eine Radaufhängung mit Geradführung geschaffen wird, die bei minimalem Bauraumbedarf gleichzeitig das erwünschte, definierte Eigenlenkverhalten bezüglich Sturz und ggf. Spur beim Auftreten von Seitenkräften erlaubt. Dank der Erfindung wird es damit insbesondere möglich, kompakte, gewichts- und platzsparende Radaufhängungen zu schaffen, beispielsweise für einen Radnabenantrieb, die auch bei Fahrzeugen eingesetzt werden können, bei denen hohe Ansprüche an die Fahrdynamik bestehen.
Die Erfindung leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Bauraumreduzierung und zur Verbesserung von Fahrkomfort und Sicherheit bei Radaufhängungen von Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Anwendungen im wachsenden Bereich der Elektro- bzw. Hybridantriebe.
Bezugszeichenliste

1: Rad
2: Radaufhängung
3: Radnabenmotor
4: Radnabengetriebe, Radträger
5: Führungsbuchse
6: Führungsstange
7: Einfederungsbewegung
8, 9: Lenkereinrichtung
10, 11, 12: Lagerstellen
10', 11', 12': Lagerstellen
13: Hilfsrahmen, Fahrzeugchassis
14: Pendelstütze
15, 16: Wirklänge
17: Elastomerbalg
18: Auslegereinrichtung
19: Antriebsritzel
20: Planetenzahnrad
21: Hohlrad
α: Sturzänderung

Claims

Radaufhängung (2) für ein Kraftfahrzeug, die Radaufhängung (2) umfassend eine am Radträger (4) angeordnete Geradführungseinrichtung (5, 6) zur Aufnahme der vertikalen Einfederungsbewegungen (7) des Rades (1), und eine Lenkeranordnung (8, 9, 14) zur Veränderung des Radsturzes (a) und/oder der Radspur bei Kurvenfahrt, die Lenkeranordnung (8, 9, 14) umfassend zwei vertikal übereinander angeordnete Lenkereinrichtungen (8, 9), die jeweils schwenkbeweglich mittels einer ersten Lagerung (10, 10') direkt mit dem Fahrzeugchassis oder einem chassisfesten Hilfsrahmen (13) und mittels einer vertikal unter oder über der ersten Lagerung (10, 10') angeordneten zweiten Lagerung (11, 11') direkt mit der Geradführungseinrichtung (5, 6) verbunden sind, wobei die Lenkereinrichtungen (8, 9) mittels einer Koppelübersetzung (14) kinematisch so verbunden sind, dass Schwenkbewegungen der unteren Lenkereinrichtung (9) mittels der Koppelübersetzung (14) verstärkt auf die obere Lenkereinrichtung (8) übertragen werden.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelübersetzung zumindest eine Pendelstützenanordnung (14) umfasst, die mit zwei jeweils dritten Lagerungen (12, 12') der beiden Lenkereinrichtungen (8, 9) verbunden ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkereinrichtungen (8, 9) unterschiedliche Wirklängen (15, 16) aufweisen.
Radaufhängung nach Anspruch 2 oder nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkereinrichtungen als Dreieckslenkereinrichtungen (8, 9) ausgebildet sind, die jeweils eine erste Lagerung (10, 10') zur schwenkbeweglichen Ankopplung an das Fahrzeugchassis (13), eine zweite Lagerung (11, 11') zur schwenkbeweglichen Ankopplung an die Geradführungseinrichtung (5, 6) und eine dritte Lagerung (12, 12') zur Verbindung mit der Pendelstützenanordnung (14) aufweisen.
Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreieckslenkereinrichtungen als prismatische, drei Lagerachsen (10-12, 10'-12') aufweisende Schwenkkörper (8, 9) ausgebildet sind.
Radaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pendelstützenanordnung zwei parallel angeordnete Pendelstützen (14) umfasst.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Lagerung (10-12, 10'-12') der Lenkeranordnung (8, 9, 14) als Elastomerlager ausgebildet ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufhängung (2) einen Radnabenmotor (3) umfasst.
Radaufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Radnabenmotor (3) und Radnabe eine Getriebeeinheit (4) mit translatorischem Freiheitsgrad angeordnet ist.
Radaufhängung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radnabenmotor (3) mit einem fahrzeugseitigen Teil (6) der Geradführungseinrichtung (5, 6) verbunden ist.
Radaufhängung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radnabenmotor (3) chassisfest angeordnet ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerachsen (10-12, 10'-12') der Lenkeranordnung (8, 9, 14) gegenüber der Horizontalen um einen spitzen Winkel verschwenkt sind.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradführungseinrichtung (5, 6) Feder- und/oder Dämpfereinheiten umfasst.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Geradführungseinrichtung (5, 6) zumindest zwei Führungsstangen (6) und zumindest zwei Lagerbuchsen (5) umfasst, wobei die Führungsstangen (6) miteinander sowie mit den dritten Lagerungen (11, 11') der Lenkereinrichtungen (8, 9) und die Lagerbuchsen (5) mit dem Radträger (4) verbunden sind.