DE102009020108A1 - Wheel suspension for motor vehicle, has steering wheel linked at motor vehicle structure, where steering wheel is connected with wheel carrier in articulated manner and carries carrier spring element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Verstellung einer Federhärte eines Tragfederelements in einer Radaufhängung nach dem Anspruch 16.The The invention relates to a suspension for motor vehicles according to the preamble of claim 1 and also a method for adjusting a spring rate of a suspension spring element in a wheel suspension according to claim 16.
Eine
derartige Radaufhängung beschreibt beispielsweise die
Zur
Vermeidung derartiger Torsionsmerkmale ist es durch die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radaufhängung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die eine vorteilhafte Beeinflussung der Federeigenschaften der Radaufhängung ermöglicht.task The invention is a suspension of the generic To propose kind, which has an advantageous influence on the spring properties the suspension allows.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung beinhalten die Unteransprüche.These Object is according to the invention with the characterizing Characteristics of claim 1 solved. Advantageous and expedient developments of the invention include the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Tragfederelement durch zwei diametral zur Drehachse der Federteller angeordnete Federn, insbesondere Schraubendruckfedern, gebildet ist, deren Kraftwirkungslinien zumindest im wesentlichen gleiche Abstände zur Drehachse der Drehteller aufweisen können. Die beiden Federn können dabei unterschiedliche Federraten D1 und D2 aufweisen. Diese Federraten bilden bei einer entsprechenden Verstellung der beiden Federn durch Veränderung deren Übersetzungsverhältnisse i in einfacher Weise eine veränderliche Gesamtfederkonstante. Ferner kann durch eine geeignete Auslegung der beiden Federn erreicht werden, dass sich deren Gesamtfederkonstante zur Beeinflussung eines definierten Fahrverhaltens des Kraftfahrzeuges in mehr komfortabel oder mehr sportlich verstellen lässt.According to the invention, it is proposed that the suspension spring element is formed by two springs, in particular helical compression springs, arranged diametrically to the axis of rotation of the spring plate, whose force action lines can have at least substantially equal distances from the axis of rotation of the turntable. The two springs can have different spring rates D 1 and D 2 . These spring rates form with a corresponding adjustment of the two springs by changing the gear ratios i in a simple manner a variable Gesamtfederkonstante. Furthermore, it can be achieved by a suitable design of the two springs that their total spring constant can be adjusted to influence a defined driving behavior of the motor vehicle in more comfortable or more sporty.
Die Federlängen der beiden Federn können so bestimmt werden, dass in Konstruktionslage der Radaufhängung die wirkenden Federkräfte gleich sind. Durch Drehung der Drehteller werden die Federübersetzungen i1 und i2 verändert. Die am Rad wirkende Kraft bleibt dabei gleich, so dass keine Höhenverstellung des Fahrzeugs im Auslegungspunkt, das heißt in Konstruktionslage, erfolgt, sondern sich nur die effektive Federhärte ändert. In der Konstruktionslage ergibt sich bei vorbestimmtem Fahrzeuggewicht eine entsprechend vorbestimmte Einfederung.The spring lengths of the two springs can be determined so that in the structural position of the suspension, the acting spring forces are the same. By rotation of the turntable, the spring ratios i 1 and i 2 are changed. The force acting on the wheel remains the same, so that no height adjustment of the vehicle in the design point, that is in the design situation, takes place, but only changes the effective spring rate. In the design situation results in a predetermined predetermined vehicle weight at a predetermined vehicle weight.
Im obigen Ausführungsbeispiel können die beiden Federn in der Konstruktionslage mit gleicher Kraft vorgespannt sein. Sind dagegen die Vorspannungen der beiden Federn in der Konstruktionslage unterschiedlich, so kann durch Drehung der Drehteller gleichzeitig eine Verstellung von Niveau und wirksamer Federhärte erreicht werden.in the above embodiment, the two springs be biased in the construction situation with the same force. are however, the biases of the two springs in the design position different, so can by rotation of the turntable simultaneously achieved an adjustment of level and effective spring rate become.
Das Verhältnis von Niveauverstellung und Federhärtenverstellung kann dabei durch Wahl der Anfangsparameter (Federraten und Vorspannung) eingestellt werden. Durch eine stärkere Vorspannung der weichen Feder kann gleichzeitig das Fahrzeug abgesenkt und die wirksame Federhärte vergrößert werden.The Ratio of level adjustment and spring hardness adjustment can by selecting the initial parameters (spring rates and preload) be set. By a stronger bias the Soft spring can simultaneously lower the vehicle and the effective Spring hardness can be increased.
Beispielhaft wird im Folgenden von einer Ausgangslage (Konstruktionslage) ausgegangen, bei der die weiche Feder in Querrichtung außen liegt sowie stark vorgespannt ist, während die harte Feder innen, das heißt näher an der Fahrzeugmitte, liegt und weniger vorgespannt ist: Bei einer Drehbewegung der Drehteller wird demnach die weiche Feder nach innen und die harte Feder nach außen verstellt. Auf diese Weise erhöht sich innen die Vorspannung, so dass das Fahrzeug insgesamt abgesenkt wird. Die größere Federrate verlagert sich dabei nach außen, wodurch die wirksame Federhärte steigt.exemplary is assumed in the following from a starting position (construction), in which the soft spring lies in the transverse direction outside and is strongly biased while the hard spring is inside, that is closer to the vehicle center, lies and less biased is: During a rotary movement of the turntable is therefore the soft Spring inwards and the hard spring adjusted outwards. In this way, the bias increases inside so that the vehicle is lowered overall. The bigger one Spring rate shifts to the outside, causing the effective spring hardness increases.
Bevorzugt können die Kraftwirkungslinien der beiden Federn in zumindest einer Auslegungsanordnung die Lenkerlängsmittelachse durchstoßen. Das heißt, dass in einer Grundabstimmung die beiden Federn in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sind, so dass eine Feder näher und die andere Federweiter von der Lenkerschwenkachse entfernt ist.Prefers can the force lines of action of the two springs in at least a design arrangement, the Lenkerlängsmittelachse pierced. This means that in a basic vote the two springs in Vehicle transverse direction are aligned so that a spring closer and the other spring is further away from the handlebar pivot axis.
Des Weiteren können die Längen der beiden Federn derart ausgelegt sein, dass in der Konstruktionslage der Radaufhängung (unter Konstruktionslast) die wirkenden Federkräfte F1 und F2 gleich sind. Daraus resultiert, dass bei einer Verstellung der beiden Federn die Federkräfte annähernd gleich bleiben, während sich die Gesamtfederkonstante ändert.Furthermore, the lengths of the two springs can be designed such that in the construction position of the suspension (under design load) the acting spring forces F 1 and F 2 are the same. As a result, with an adjustment of the two springs, the spring forces remain approximately the same, while changing the overall spring constant.
Insbesondere können nach mathematischer Gleichung und ggf. durch empirische Versuche die beiden Federn so abgestimmt sein, dass bei einer definierten Verdrehung der Drehteller die Federkräfte unter Konstruktionslast gleich bleiben und sich nur die effektive Federrate ändert. Insbesondere können die Drehteller dabei über einen Drehwinkel α von ca. 180° verstellbar sein.Especially can according to mathematical equation and possibly by empirical Try the two springs to be tuned so that at a defined Rotation of the turntable the spring forces under construction load stay the same and only the effective spring rate changes. In particular, the turntable can over be a rotation angle α of about 180 ° adjustable.
Die Drehteller können ferner in an sich bekannter Weise über Wälzlager am Lenker und am Aufbau gelagert und mittels zumindest eines Elektromotors mit einem selbsthemmenden Getriebe verstellbar sein. Bevorzugt können dabei der Elektromotor und das Getriebe an dem aufbauseitigen Drehteller angeordnet sein.The Turntables can also in a conventional manner via Bearings mounted on the handlebar and the body and by means of at least one electric motor with a self-locking gear be adjustable. Preference can be given to the electric motor and the transmission to be arranged on the body-side turntable.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Tragfederelement insbesondere linear entlang einer Lenkerlängsachse des Lenkers verstellt werden, um die Federhärte, jedoch nicht die Fahrzeughöhe, zu ändern.In a further embodiment of the invention, the suspension spring element in particular linear along a longitudinal axis of the handlebar of the Handlebars are adjusted to the spring stiffness, but not the vehicle height, change.
Im Bereich des Verstellwegs des Tragfederelements können die Lenkerabstützung und die Federabstützung zueinander parallel ausgerichtet sein. Bei einer Verstellung des Tragfederelements ändert sich daher die Federübersetzung und damit auch die Federkraft. Zusammen mit einer damit verbundenen Längenänderung des Tragfederelements führt dies zu einer Verstellung des Fahrzeugniveaus.in the Area of the adjustment of the suspension spring element, the Handlebar support and the spring support to each other be aligned in parallel. Changes in an adjustment of the suspension spring element Therefore, the spring ratio and thus the spring force. Along with an associated change in length of the suspension spring element this leads to an adjustment of the Vehicle level.
Beispielhaft kann der Drehbewegung der Drehteller über ein Verstellgetriebe zusätzlich auch eine lineare Verstellung entlang der Lenkerlängsachse überlagert sein. Die Kombination der Drehverstellung und einer linearen Verstellung ermöglicht vorteilhafte, weitere Freiheitsgrade in der konstruktiven Auslegung der Fahrzeugfederung, wobei neben der variablen Auslegung der Federraten auch eine Höhenverstellung der Karosserie bewerkstelligbar ist.exemplary can the rotational movement of the turntable via an adjustment In addition, a linear adjustment along the handlebar longitudinal axis superimposed be. The combination of the rotary adjustment and a linear adjustment allows advantageous, more degrees of freedom in the constructive design of the vehicle suspension, in addition to the variable Design of spring rates also a height adjustment of the Body is accomplished.
Das
Verstellgetriebe kann fertigungstechnisch und baulich besonders
einfach durch jeweils eine ortsfeste Zahnstange und eine Außenverzahnung
am Drehteller gebildet sein, wobei der Drehteller über
eine Kulissenführung mit einem verschiebbaren, als Drehlagerung
für den Drehteller dienenden Kulissenstein linear verschiebbar
ist. Das Verstellgetriebe kann alternativ jedoch auch gemäß der
vorstehend angeführten
Des Weiteren kann in der Konstruktionslage der Radaufhängung im Bereich des Verstellweges des Tragfederelements die Lenkerabstützung relativ zur aufbauseitigen Federabstützung nicht parallel, sondern konvergierend oder divergierend ausgerichtet sein. Dies stellt eine weitere, baulich relativ einfache Maßnahme dar, um die Federrate und die Fahrzeughöhe abhängig von konstruktiven Gegebenheiten gezielt abzustimmen. Durch eine konvergierende oder divergierende Ausrichtung der Lenkerabstützung sowie der aufbauseitigen Federabstützung kann eine Höhenänderung des Fahrzeugs verstärkt, abgeschwächt oder umgekehrt werden.Of Further may be in the structural position of the suspension in the region of the adjustment of the suspension spring element, the handlebar support not parallel to the body-side spring support, but be convergent or divergent. This represents another, structurally relatively simple measure, depending on the spring rate and the vehicle height purposefully coordinated by constructive conditions. By a converging or divergent orientation of the handlebar support and the body-side spring support can be a height change amplified, attenuated or reversed.
Schließlich kann ohne jeglichen Mehraufwand und in weiterer Spezifizierung der Federeigenschaften über die auftretenden statischen und fahrdynamischen Belastungen die Kennlinie zumindest einer der beiden Schraubendruckfedern progressiv oder degressiv ausgelegt sein.After all can without any additional effort and in further specification of the Spring characteristics over the occurring static and Dynamic driving loads the characteristic of at least one of the two helical compression springs be progressive or degressive.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:Two Embodiments of the invention are in the following further details explained. The schematic Drawing shows in:
In
der
An
dem unteren Lenker
Die
Drehteller
Das
selbsthemmende Getriebe
Die
Anordnung und Auslegung der beiden Federn
Die
Gesamtlänge lges des Lenkers
Die
beiden im Durchmesser geringer als der Drehteller
Die
Federn
Zudem
sind in diesem Auslegungszustand die Längen der beiden
Federn
Durch
eine Drehung der Drehteller
Die
am Hinterrad
Dabei
gilt für die Kraft F am Hinterrad
Daraus
resultiert, dass FR für alle Drehwinkel α konstant
bleibt, wenn wie ausgeführt F1 =
F2 ist (gilt exakt nur in der Konstruktionslage
mit horizontal ausgerichtetem Lenker
Für die wirksame Federrate DR gilt demgemäß: For the effective spring rate D R applies accordingly:
Das
Diagramm gemäß
Durch
das Verdrehen der Drehteller
Die
Das
Verstellgetriebe
Der
Drehteller
Es
sei bemerkt, dass der Drehteller
Werden
die Drehteller
Dies
bewirkt neben der vorbeschriebenen Veränderung der Federraten
zudem eine Erhöhung oder Verminderung der Federkräfte
F1, F2, weil sich
durch die zusätzliche, lineare Verschiebung der beiden
Federn
Die
Im
Ausführungsbeispiel
Ein
umgekehrter Effekt wird erzielt, wenn die Bereiche
Eine
zusätzliche Möglichkeit stellt die Verwendung
von einer oder mehrerer Federn mit nichtlinearer Federkennlinie
dar (degressive oder progressive Feder). Wird beispielsweise in
einer Anordnung, in der die Bereiche
Anstelle
des geneigten Bereiches
Durch
die Gestaltung der geneigten Bereiche
Zumindest
eine der beiden Schraubendruckfedern
Werden
beispielsweise bei einer konvergierenden Auslegung der Federstützflächen
Durch
eine Kombination der vorgenannten Möglichkeiten (zwei in
der Auslegung unterschiedliche Schraubendruckfedern
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- - DE 102006049726 A1 [0003, 0018] - DE 102006049726 A1 [0003, 0018]
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