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Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug, aufweisend eine Vorrichtung zur
Verstellung eines Sturzwinkels zumindest eines Rades des Fahrzeugs.
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Aus
der
DE 100 18 532
A1 ist eine Vorrichtung zur Spureinstellung an einem Fahrzeug
mit zumindest einem Paar genau oder etwa nebeneinander angeordneter
Trageelemente bekannt. Die Trageelemente sind dabei bei Landfahrzeugen
Räder. Zur besseren Ausnutzung der durch eine Spureinstellung bewirkten
Axialkräfte wird bei dieser Vorrichtung der Spurwinkel
der Trageelemente während der Fahrt aktiv verstellt, und
zwar in einer Weise, dass die Vorrichtung bei Auftreten einer kritischen
Situation wie Bremsen und/oder querkraftreichem Lenken und/oder
Schleudern die Spureinstellung in Richtung Vorspur oder noch weiter
in Richtung Vorspur selbsttätig verstellt. Dadurch kann
die infolge des Spurwinkels vom Reifen erzeugte Seitenkraft besser
ausgenutzt werden, was in den genannten Situationen vorteilhaft
ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Fahrzeug anzugeben, welches in speziellen,
insbesondere kritischen, Fahrsituationen wie beispielsweise Bremsen und
Kurvenfahrt vorteilhafte Eigenschaften bezüglich des Fahrverhaltens
aufweist und zudem in weiteren, insbesondere unkritischen, Fahrsituationen,
einen geringeren Kraftstoffverbrauch aufweist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird
ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine Vorrichtung zur Verstellung
eines Sturzwinkels zumindest eines Rades des Fahrzeugs aufweist.
Der Sturzwinkel des zumindest einen Rades ist dabei während
der Fahrt des Fahrzeugs verstellbar. Zudem weist das Rad zumindest
einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf, wobei der erste
Bereich und der zweite Bereich zumindest teilweise im Bereich einer
Lauffläche des Rades angeordnet sind und wobei der erste
Bereich und der zweite Bereich zumindest teilweise unterschiedliche Härtegrade
aufweisen.
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Das
erfindungsgemäße Fahrzeug besitzt dadurch, dass
der Sturzwinkel des zumindest einen Rades während der Fahrt
des Fahrzeugs verstellbar ist, den Vorteil, dass das Fahrzeug in
speziellen Fahrsituationen wie beispielsweise einer Bremssituation oder
bei einer Kurvenfahrt durch das Einstellen eines geeigneten Sturzwinkels
verbesserte Eigenschaften, insbesondere eine erhöhte Radhaftung
und damit beispielsweise einen kürzeren Bremsweg aufweist. Dies
ist insbesondere in kritischen Fahrsituationen vorteilhaft. In weiteren,
insbesondere unkritischen, Fahrsituationen, weist das Fahrzeug darüber
hinaus einen geringeren Kraftstoffverbrauch auf. Die genannten Eigenschaften
des Fahrzeugs werden zudem dadurch erreicht, dass der erste Bereich
und der zweite Bereich des Rades unterschiedliche Härtegrade
aufweisen und durch das Verstellen des Sturzwinkels der in der jeweiligen
Fahrsituation günstigere Bereich für die Lauffläche
des Rades eingestellt werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs sind der erste Bereich und der zweite Bereich Bestandteil
eines Reifens des zumindest einen Rades. Dadurch lassen sich in
einfacher Weise unterschiedliche Härtegrade für
den ersten Bereich und den zweiten Bereich bereitstellen.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung
zur Verstellung des Sturzwinkels zumindest teilweise im Bereich
einer Achse des Fahrzeugs angeordnet. Besonders vorteilhaft ist, wenn
die Achse dabei eine Hinterachse des Fahrzeugs ist. Dadurch wird
eine Platz sparende Anordnung und Anbringung der Vorrichtung zur
Verstellung des Sturzwinkels an dem Fahrzeug ermöglicht.
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Darüber
hinaus ist es bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug
möglich, dass der erste Bereich zumindest teilweise in
einem Bereich der Lauffläche des Rades angeordnet ist,
der einer Innenseite des Fahrzeugs zugewandt ist und dass der zweite
Bereich zumindest teilweise in einem Bereich der Lauffläche
des Rades angeordnet ist, der einer Außenseite des Fahrzeugs
zugewandt ist.
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Bevorzugt
weist der erste Bereich einen höheren Härtegrad
als der zweite Bereich auf. Ein erhöhter Härtegrad
führt in vorteilhafter Weise zu einer geringeren Abnutzung
und damit einem geringeren Verschleiß bzw. einer verlängerten
Nutzungsdauer des Rades bzw. des Reifens.
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In
einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Fahrzeugs ist die Vorrichtung zur Verstellung des Sturzwinkels ausgebildet,
den Sturzwinkel in Abhängigkeit von zumindest einem Fahrparameter
zu verstellen. Der zumindest eine Fahrparameter kann eine Geschwindigkeit
und/oder eine Beschleunigung und/oder ein Lenkeinschlagwinkel des Fahrzeugs
sein. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine zuverlässige
Anpassung des Sturzwinkels an die jeweils vorherrschende Fahrsituation
aufgrund des oder der ermittelten Fahrparameter des Fahrzeugs. Dazu
kann das Fahrzeug zumindest einen Sensor aufweisen, der den zumindest
einen Fahrparameter ermittelt.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Vorrichtung
zur Verstellung des Sturzwinkels ausgebildet, bei einer betragsmäßig
und richtungsmäßig im Wesentlichen konstanten
Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen negativen Sturzwinkel einzustellen.
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Darüber
hinaus kann die Vorrichtung zur Verstellung des Sturzwinkels ausgebildet
sein, bei einer betragsmäßigen und/oder richtungsmäßigen Änderung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen im Wesentlichen neutralen
Sturzwinkel, d. h. einen Sturzwinkel von ungefähr Null
Grad (0°), einzustellen.
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In
einer bevorzugten Ausgestaltung ist die betragsmäßige
und/oder richtungsmäßige Änderung der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs dabei größer als ein
vorbestimmter Schwellenwert. In einer weiteren Ausgestaltung ist
der Schwellenwert von einem Fahrzeuginsassen einstellbar.
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Ein
negativer Sturzwinkel bedeutet, dass das Rad unterhalb der Radmitte
in Richtung der Außenseite des Fahrzeugs geneigt ist und
oberhalb der Radmitte in Richtung der Innenseite des Fahrzeugs geneigt
ist.
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Die
Einstellung eines negativen Sturzwinkels führt dazu, dass
das Rad im Wesentlichen auf dem Bereich der Lauffläche
des Rades läuft, der der Innenseite des Fahrzeugs zugewandt
ist.
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Entsprechend
bewirkt eine Einstellung eines neutralen Sturzwinkels, d. h. Null
Grad (0°), dass das Rad gleichmäßig auf
seiner gesamten Lauffläche läuft. Eine Einstellung
eines positiven Sturzwinkels führt dazu, dass das Rad überwiegend
auf dem Bereich der Lauffläche des Rades läuft,
der der Außenseite des Fahrzeugs zugewandt ist.
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Durch
die beschriebene Verstellung des Sturzwinkels abhängig
von dem Betrag und der Richtung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs
wird in vorteilhafter Weise eine weiter verbesserte Anpassung des
Fahrzeugs an eine jeweilige Fahrsituation ermöglicht, wobei
dabei insbesondere bei einer Bremssituation des Fahrzeugs oder einer
Kurvenfahrt des Fahrzeugs die Radhaftung weiter erhöht
wird und in den verbleibenden Fahrsituationen, insbesondere bei
einer unveränderten Geradeausfahrt des Fahrzeugs, der Rollwiderstand
des Rades verringert wird, was zu einem reduzierten Kraftstoffverbrauch
und damit einer geringeren Menge an Schadstoffausstoß führt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Fahrzeug
eine Steuereinheit auf, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist,
die Vorrichtung zur Verstellung des Sturzwinkels zu steuern. Besonders
bevorzugt ist es, dass die Steuereinheit Bestandteil eines Bordrechners
des Fahrzeugs ist. Dies ermöglicht eine zuverlässige
Steuerung der Vorrichtung, insbesondere eine zuverlässige
Einstellung des Sturzwinkels des zumindest einem Rades, und eine einfache
Integration der Steuereinheit in die Infrastruktur des Fahrzeugs.
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Das
Fahrzeug kann zudem eine Vorrichtung zur Verstellung eines Spurwinkels
des zumindest einen Rades des Fahrzeugs aufweisen, wobei der Spurwinkel
des zumindest einen Rades während der Fahrt des Fahrzeugs
verstellbar ist. Die Vorrichtung zur Verstellung des Spurwinkels
ist dabei ausgebildet, bei einer betragsmäßig
und richtungsmäßig im Wesentlichen konstanten
Geschwindigkeit des Fahrzeugs einen im Wesentlichen neutralen Spurwinkel einzustellen.
Dadurch wird in vorteilhafter Weise der Spurwinkel des zumindest
einen Rades bei einer unveränderten Geradeausfahrt des
Fahrzeugs auf ungefähr 0° eingestellt, wodurch
der Rollwiderstand des Rades und damit der Kraftstoffverbrauch sowie
die ausgestoßene Schadstoffmenge weiter verringert werden.
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Besonders
bevorzugt ist das Fahrzeug ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen
oder ein Lastkraftwagen.
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Die
Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher
erläutert.
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1A und 1B zeigen
eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines Sturzwinkels
eines Rades eines Fahrzeugs;
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Teilbereichs eines Fahrzeugs
mit einer Vorrichtung zur Verstellung eines Sturzwinkels zumindest
eines Rades des Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung in einer ersten Stellung des Rades;
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3 zeigt
die Ausführungsform der Erfindung gemäß 2 in
einer zweiten Stellung des Rades.
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1A und 1B zeigen
eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines Sturzwinkels α eines
Rades 2 eines Fahrzeugs. Dazu ist in 1A ein
schematischer Querschnitt des Rades 2 sowie einer Achse 6 des
Fahrzeugs, mit der das Rad 2verbunden ist, dargestellt.
Eine gestrichelte Linie 11 zeigt schematisch eine Radebene
des Rades 2. In 1A befindet
sich das Rad 2 in einer ersten Stellung, in der die Radebene
senkrecht zu einer Fahrbahnebene 10 steht. Somit ist die
Radebene des Rades 2 identisch zu einer Senkrechten der
Fahrbahnebene 10. Der Sturzwinkel α des Rades 2 ist
definiert als der von der Radebene und der Senkrechten der Fahrbahnebene 10 eingeschlossene
Winkel. Damit ist der Sturzwinkel des Rads 2 in der ersten
Stellung gleich 0°. Das Rad 2 weist somit in der
ersten Stellung einen neutralen Sturzwinkel auf.
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In 1B ist
das Rad 2 in einer zweiten Stellung gezeigt. In dieser
Stellung weist das Rad 2 einen negativen Sturzwinkel α zwischen
der durch die gestrichelte Linie 11 dargestellten Radebene
und der durch eine strichpunktierte Linie 12 dargestellten Senkrechten
der Fahrbahnebene 10 auf. Somit ist das Rad 2 unterhalb
der Radmitte in Richtung einer Außenseite des Fahrzeugs
und oberhalb der Radmitte in Richtung einer Innenseite des Fahrzeugs
geneigt.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Teilbereichs eines Fahrzeugs
mit einer Vorrichtung 1 zur Verstellung eines Sturzwinkels α zumindest
eines Rades 2 des Fahrzeugs. Komponenten mit den gleichen
Funktionen wie in den 1A und 1B werden
mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht
näher erörtert.
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In
der in 2 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung 1 befindet sich das Rad 2 in einer
ersten Stellung, in der das Rad 2 einen neutralen Sturzwinkel
aufweist, d. h. α = 0°.
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Das
Rad 2 ist über ein Gelenk 9, um welches das
Rad 2 drehbar angeordnet ist, mit einer Achse 6 des
Fahrzeugs verbunden. Das Rad 2 weist dabei einen ersten
Bereich 3 und einen zweiten Bereich 4 auf, wobei
der erste Bereich 3 und der zweite Bereich 4 zumindest
teilweise im Bereich einer Lauffläche des Rades 2 angeordnet
sind. In der in 2 gezeigten Ausführungsform
ist der erste Bereich 3 zumindest teilweise in einem Bereich
der Lauffläche des Rades 2 angeordnet, der einer
Innenseite des Fahrzeugs zugewandt ist, und der zweite Bereich 4 ist
zumindest teilweise in einem Bereich der Lauffläche des
Rades 2 angeordnet, der einer Außenseite des Fahrzeugs
zugewandt ist. In der gezeigten Ausführungsform bildet
dabei die Radebene, welche durch eine gestrichelte Linie 11 angedeutet
ist, die Grenzfläche zwischen dem ersten Bereich 3 und
dem zweiten Bereich 4. Darüber hinaus sind in
der gezeigten Ausführungsform der erste Bereich 3 und
der zweite Bereich 4 Bestandteil eines Reifens 5 des
Rades 2.
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Der
erste Bereich 3 weist einen höheren Härtegrad
als der zweite Bereich 4 auf. Der erhöhte Härtegrad
kann dabei beispielsweise durch eine härtere Mischung des
Reifens 5 im ersten Bereich 3 bewirkt werden.
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Die
Vorrichtung 1 zur Verstellung des Sturzwinkels α des
Rades 2 weist eine Stange 8 auf, die an dem Rad 2 exzentrisch
angreift. Zudem weist die Vorrichtung 1 eine mit der Stange 8 verbundene
Einrichtung 7 zum variablen Verstellen der Länge
der Stange 8 und somit zum variablen Verstellen des Sturzwinkels α auf.
Die Länge der Stange 8 kann dabei beispielsweise über
ein Gewinde verändert werden. Die Einrichtung 7 weist
beispielsweise einen Motor auf und wird über eine Steuereinheit
des Fahrzeugs, typischerweise eine Elektronik, gesteuert. Die Steuereinheit
kann dabei Bestandteil eines Bordrechners des Fahrzeugs sein.
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In
der gezeigten Ausführungsform verstellt die Vorrichtung 1 den
Sturzwinkel α in Abhängigkeit von zumindest einem
Fahrparameter des Fahrzeugs. Der Fahrparameter kann dabei beispielsweise
eine Geschwindigkeit und/oder eine Beschleunigung und/oder ein Lenkeinschlagwinkel
des Fahrzeugs sein. Die Vorrichtung 1 kann dabei dergestalt
ausgebildet sein, dass bei einer betragsmäßigen
und/oder richtungsmäßigen Änderung der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs, insbesondere bei einer negativen Beschleunigung
des Fahrzeugs, ein neutraler Sturzwinkel α eingestellt
wird, d. h. dass das Rad 2 die in 2 gezeigte
erste Stellung einnimmt. Die Vorrichtung 1 kann darüber
hinaus ausgebildet sein, bei einem Lenkeinschlagwinkel, der sich
außerhalb eines vorbestimmten Intervalls um 0° befindet,
den neutralen Sturzwinkel einzustellen. Dadurch kann in Bremssituationen
und/oder Kurvenfahrten des Fahrzeugs eine erhöhte Radhaftung
und damit beispielsweise kürzere Bremswege des Fahrzeugs
erricht werden, da bei einem neutralen Sturzwinkel der erste Bereich 3 und
der zweite Bereich 4 gleichmäßig die
Lauffläche des Rades 2 bilden und somit der zweite
Bereich 4, welcher einen reduzierten Härtegrad
aufweist, die erhöhte Radhaftung bewirkt. Der reduzierte
Härtegrad kann dabei beispielsweise durch eine weichere Mischung
des Reifens 5 im zweiten Bereich 4 bewirkt werden.
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3 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in
einer zweiten Stellung des Rades 2. Komponenten mit den
gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit
den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und im Folgenden nicht näher
erörtert.
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In
der in 3 gezeigten zweiten Stellung des Rades 2 weist
dieses einen negativen Sturzwinkel α auf. Dazu weist die
Stange 8 eine im Vergleich zu der in 2 gezeigten
ersten Stellung des Rades 2 vergrößerte
Länge auf, welche mittels der Einrichtung 7 eingestellt
wurde.
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In
der gezeigten zweiten Stellung des Rades 2 wird die Lauffläche
des Rades 2 im Wesentlichen von dem ersten Bereich 3 gebildet,
welcher einen erhöhten Härtegrad aufweist. Aufgrund
des erhöhten Härtegrades wird Rollwiderstand sowie
die Abnutzung des Reifens 5 verringert, was bei einer unveränderten
Geradeausfahrt des Fahrzeugs zu einem verringerten Kraftstoffverbrauch
und einer reduzierten Schadstoffmenge sowie insgesamt zu einer längeren Nutzungsdauer
des Reifens 5 führt.
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Die
Vorrichtung 1 ist dabei ausgebildet, bei einer betragsmäßig
und richtungsmäßig im Wesentlichen konstanten
Geschwindigkeit des Fahrzeugs den negativen Sturzwinkel α einzustellen.
Zudem kann die Vorrichtung 1 dergestalt ausgebildet sein, dass
bei einem Lenkeinschlagwinkel, der sich in einem vorbestimmten Intervall
um 0° befindet, der negative Sturzwinkel α eingestellt
wird.
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In
der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist
die Achse 6 eine Hinterachse des Fahrzeugs und das Fahrzeug
ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein
Lastkraftwagen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Achse 6 eine
Vorderachse des Fahrzeugs ist oder dass die Vorrichtung 1 sowohl
für die Räder des Fahrzeugs, die mit der Vorderachse
des Fahrzeugs verbunden sind, als auch für die Räder
des Fahrzeugs, die mit der Hinterachse des Fahrzeugs verbunden sind,
vorgesehen wird, also auf sämtliche Räder des
Fahrzeugs wirkt.
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Die
Vorrichtung 1 kann dabei über eine nicht dargestellte
Steuereinheit gesteuert werden, welche beispielsweise Signale von
Drehzahlsensoren, Gierratensensoren und/oder Lenkwinkelsensoren
empfängt und verarbeitet. In Abhängigkeit von
den empfangenen Signalen ermittelt die Steuereinheit, ob und bei
welchen der Räder und in welchem Ausmaß der Sturzwinkel α geändert
werden soll. Die Steuereinheit übermittelt entsprechende
Signale an die Einrichtung 7, die die jeweilige Stange 8 entsprechend betätigt.
Die Einrichtung 7 kann dabei mechanische, hydraulische
und/oder pneumatische Komponenten aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Rad
- 3
- erster
Bereich
- 4
- zweiter
Bereich
- 5
- Reifen
- 6
- Achse
- 7
- Einrichtung
- 8
- Stange
- 9
- Gelenk
- 10
- Fahrbahnebene
- 11
- gestrichelte
Linie
- 12
- strichpunktierte
Linie
- α
- Sturzwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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