DE102009059029A1

DE102009059029A1 - Independent wheel suspension for particularly non-guided wheels of two-lane vehicle, has two tilted steering wheels extending itself in vertical projection in vehicle longitudinal direction and in vertical level

Info

Publication number: DE102009059029A1
Application number: DE200910059029
Authority: DE
Inventors: Elsa 80637 Davy; Jakob 80689 Müller; Dirk 80469 Schlichte; Bernhard 81541 Paulus; Alfred Dr. 81545 Pruckner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2009-12-18
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2011-06-22

Abstract

The independent wheel suspension has two tilted steering wheels (1,2) extending itself in a vertical projection in vehicle longitudinal direction and in vertical level. The former steering wheel is designated as rocker and carries swivel joint (A,B) with only one degree of freedom at its two ends.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung eines insbesondere nicht lenkbaren Rades eines zweispurigen Fahrzeugs.The invention relates to an independent suspension of a particular non-steerable wheel of a two-lane vehicle.

Die Hinterachsen von Personenkraftwagen, deren Räder üblicherweise nicht lenkbar sind, haben bekanntlich einen großen Einfluss auf die Fahrstabilität und Fahrsicherheit des Fahrzeugs. Um in möglichst allen Fahrsituationen ein stabiles Fahrverhalten zu erreichen, sind moderne Hinterachsen kinematisch so ausgelegt, dass sie über dem Einfederweg zur Maximierung der übertragbaren Seitenkräfte relativ zur Karosserie einen negativen Radsturzwinkel erzeugen. Außerdem ist kinematisch über dem Einfederweg sowie elastokinematisch unter Längskraft ein Vorspurwinkel am Rad gewünscht, um ein untersteuerndes Fahrverhalten zu erzeugen und ein plötzliches Ausbrechen des Hecks bei Lastwechsel zu verhindern. Durch ein derartiges grundsätzlich beschriebenes Verhalten zeichnen sich relativ aufwändige Achskonstruktionen bspw. in Form von 5-Lenker-Achsen oder Schräglenkerachsen aus, jedoch haben diese neben hohen Kosten den weiteren Nachteil, dass sie einen hohen Bauraumbedarf aufweisen. Demgegenüber etwas günstiger sind die dem Fachmann bekannten sog. Verbundlenkerachsen, die jedoch gewisse Nachteile im fahrdynamischen Verhalten aufweisen.The rear axles of passenger cars, whose wheels are usually not steerable, are known to have a great influence on the driving stability and driving safety of the vehicle. In order to achieve a stable driving behavior in as many driving situations as possible, modern rear axles are kinematically designed so that they generate a negative camber angle relative to the body over the compression travel to maximize the transmittable lateral forces. In addition, a toe angle on the wheel is desired kinematically on the compression travel and elastokinematisch under longitudinal force in order to produce an understeering driving behavior and to prevent a sudden breaking of the stern during load changes. By such a basically described behavior are characterized relatively complex axle designs, for example. In the form of 5-bar axles or semi-trailing armles, but in addition to high cost have the further disadvantage that they have a high space requirement. In contrast, slightly cheaper known to those skilled so-called. Twisted-beam, but have certain disadvantages in the driving dynamics behavior.

Es besteht somit Bedarf an einer fahrdynamisch vorteilhaften oder attraktiven Einzelradaufhängung, die sich durch geringen Bauraumbedarf und einfachen Aufbau auszeichnet (= Aufgabe der vorliegenden Erfindung).There is thus a need for a driving dynamics advantageous or attractive independent suspension, which is characterized by low space requirement and simple design (= object of the present invention).

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Einzelradaufhängung eines insbesondere nicht lenkbaren Rades eines zweispurigen Fahrzeugs mit zwei sich in einer vertikalen Projektion im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung erstreckenden und aufgrund ihrer Lagerung jeweils in einer im wesentlichen vertikalen Ebene verschwenkbaren Lenkern, wobei der erste auch als Schwinge bezeichnete Lenker an seinen beiden Enden jeweils ein Drehgelenk mit nur einem Freiheitsgrad trägt und über diese Drehgelenke einerseits mit einem das Rad um seine Drehachse drehbar lagernden Radträger und andererseits direkt oder indirekt mit dem Fahrzeug-Aufbau verbunden ist, und wobei der zweite auch als Pendelstütze bezeichnete Lenker an jedem Ende ein Kugelgelenk oder dgl. mit drei Freiheitsgraden trägt und über diese Kugelgelenke einerseits mit Radträger und andererseits direkt oder indirekt mit dem Fahrzeug-Aufbau verbunden ist, und wobei neben diesen beiden Lenkern kein weiterer das Rad führender Lenker vorgesehen ist.The solution to this problem consists in an independent suspension of a particular non-steerable wheel of a two-lane vehicle with two extending in a vertical projection substantially in the vehicle longitudinal direction and due to their storage in each case in a substantially vertical plane pivots arms, the first as a rocker designated handlebar carries at its two ends in each case a rotary joint with only one degree of freedom and is connected via these hinges on the one hand with a wheel rotatably about its axis overlapping Radträger and on the other hand directly or indirectly connected to the vehicle body, and wherein the second also referred to as pendulum support Handlebar carries at each end a ball joint or the like. With three degrees of freedom and is connected via these ball joints on the one hand with the wheel and on the other hand directly or indirectly connected to the vehicle body, and in addition to these two links no other wheel-guiding handlebar is provided.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche, auf welche in der folgenden Beschreibung eines stark abstrahiert und lediglich prinzipiell dargestellten Ausführungsbeispiels näher eingegangen wird. Aus diesem einzigen Ausführungsbeispiel, das in den beigefügten 1–3 in unterschiedlichen Einfederungs-Zuständen dargestellt ist (1 zeigt die Konstruktionslage des Rades gegenüber dem Fahrzeug-Aufbau, 2 zeigt das Rad im gegenüber dem Fzg.-Aufbau ausgefederten Zustand und 3 zeigt das Rad im gegenüber dem Fzg.-Aufbau eingefederten Zustand) ergibt sich der einfache und nur wenig Bauraum beanspruchende Aufbau einer erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung ebenso wie die vorteilhaften kinematischen Verhältnisse in für den Fachmann offensichtlicher Weise.Advantageous developments are content of the subclaims, which will be discussed in more detail in the following description of a highly abstracted and only schematically illustrated embodiment. For this single embodiment, that in the attached 1 - 3 is shown in different compression states ( 1 shows the construction position of the wheel relative to the vehicle body, 2 shows the wheel in the opposite of the vehicle body Sprung state and 3 shows the wheel in against the Fzg. construction Sprung state) results in the simple and little space consuming structure of an independent suspension according to the invention as well as the advantageous kinematic conditions in a manner obvious to those skilled.

Mit der Bezugsziffer 3 ist ein hinteres (und nicht lenkbares) Rad eines Personenkraftwagens gekennzeichnet, das in üblicher Weise über ein Radlager um den Punkt O drehbar gelagert ist, wobei im weiteren der Buchstabe „O” auch zur Kennzeichnung eines dieses Radlager tragenden Radträgers verwendet wird, der in den Figuren durch eine Linie zwischen den Punkten B und C dargestellt ist. Diese beiden Punkte B und C, die Gelenkpunkte darstellen, über die am Radträger O auf im weiteren detailliert beschriebene Weise jeweils ein Lenker 1 bzw. 2 angelenkt ist, sind naturgemäß ebenso wie das Rad 3 in den drei Figuren in unterschiedlichen Positionen relativ zum lediglich abstrakt dargestellten Fahrzeug-Aufbau 4 dargestellt. An diesem Fahrzeug-Aufbau 4 sind in weiteren relevanten Gelenkpunkten A und D, die sich in den drei Figuren jeweils an der gleichen Stelle befinden, ebenfalls diese beiden Lenker 1, 2 wie im weiteren beschrieben angelenkt.With the reference number 3 a rear (and not steerable) wheel of a passenger car is marked, which is rotatably mounted in the usual way about a wheel bearing about the point O, wherein in the further the letter "O" is also used to identify a wheel bearing bearing this wheel carrier, in the Figures by a line between the points B and C is shown. These two points B and C, the hinge points represent, on the wheel carrier O in a manner described in further detail in each case a handlebar 1 respectively. 2 are articulated, are naturally as well as the wheel 3 in the three figures in different positions relative to the purely abstract vehicle structure shown 4 shown. At this vehicle construction 4 are in other relevant hinge points A and D, which are located in the three figures in each case in the same place, also these two arms 1 . 2 articulated as described below.

Am Punkt A des Fzg.-Aufbaus 4 ist der erste auch als Schwinge 1 bezeichnete Lenker 1 mit einem seiner beiden Endabschnitte über ein Drehgelenk, welches ebenfalls mit dem Buchstaben „A” gekennzeichnet wird und welches nur einen einzigen Freiheitsgrad, nämlich den besagten Dreh-Freiheitsgrad besitzt, angelenkt. Dabei ist das Drehgelenk A solchermaßen angeordnet, dass dieser erste in einer vertikalen Projektion (beispielsweise senkrecht auf die Fahrbahn F) sich im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung (d. h. in Richtung der Fzg.-Längsachse) und dabei maximal um einen Winkel in der Größenordnung von 6° bis 10° gegenüber der Fahrzeug-Längsrichtung geneigt erstreckende Lenker 1 (= Schwinge 1) in einer im wesentlichen vertikalen Ebene, die um nicht mehr als einen Winkel in der Größenordnung von 6° bis 10° gegenüber der Vertikalen geneigt ist, kinematisch verschwenkbar ist. In gleicher Weise ist am anderen Endabschnitt der Schwinge 1 im Gelenkpunkt B ein ebenfalls mit dem Buchstaben „B” gekennzeichnetes und nur einen einzigen Dreh-Freiheitsgrad aufweisendes Drehgelenk vorgesehen, über welches diese Schwinge 1 am Radträger O angelenkt ist.At point A of the vehicle body 4 is the first one as a swingarm 1 designated handlebars 1 with one of its two end portions via a hinge, which is also marked with the letter "A" and which has only a single degree of freedom, namely the said rotational degree of freedom, hinged. In this case, the rotary joint A is arranged in such a way that this first in a vertical projection (for example, perpendicular to the road F) is substantially in the vehicle longitudinal direction (ie in the direction of Fzg.-longitudinal axis) and thereby at most by an angle in the order of 6 ° to 10 ° relative to the vehicle longitudinal direction inclined extending handlebars 1 (= Swingarm 1 ) is kinematically pivotable in a substantially vertical plane which is inclined no more than an angle of the order of 6 ° to 10 ° to the vertical. Similarly, at the other end portion of the rocker 1 in the hinge point B also marked with the letter "B" and only a single degree of rotation exhibiting Rotary joint provided over which this rocker 1 is hinged to the wheel O.

Durch die soeben verwendeten Begriffe „kinematisch verschwenkbar” und „kinematischer Dreh-Freiheitsgrad” sollen die dem Fachmann bekannten elastokinematischen Effekte ausgeschlossen werden. Dies bedeutet, dass zwar bei Vorsehen entsprechender Gummilager unter entsprechender Krafteinwirkung auch geringfügige vom (jeweils) genannten Freiheitsgrad abweichende Bewegungen des (jeweiligen) Lenkers möglich sind, jedoch können diese nur geringfügigen anderweitigen Bewegungen ohne Einwirkung entsprechend großer Kräfte und ohne elastische Verformungen nur in einem dem Lenker zugeordneten Gummilager stattfinden.By the terms just used "kinematically pivotable" and "kinematic rotation-degree of freedom", the elastokinematic effects known to those skilled in the art are to be excluded. This means that although the provision of appropriate rubber bearings under appropriate force and minor (in each case) said degree of freedom deviating movements of the (respective) handlebars are possible, but these can only minor other movements without the action of correspondingly large forces and without elastic deformations only in one Handlebar associated rubber mounts take place.

Neben dem genannten ersten Lenker 1 (= Schwinge 1) umfasst die erfindungsgemäße Radaufhängung einen zweiten Lenker 2, der sich ebenfalls in einer vertikalen Projektion (beispielsweise senkrecht auf die Fahrbahn F) im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung (d. h. in Richtung der Fzg.-Längsachse) und dabei maximal um einen Winkel in der Größenordnung von 6° bis 10° gegenüber der Fahrzeug-Längsrichtung geneigt, erstreckt. Dieser zweite Lenker 2 ist mit einem seiner beiden Endabschnitte im Punkt C über ein ebenfalls mit dem Buchstaben „C” gekennzeichnetes Gelenk am Radträger O angelenkt und ist mit seinem anderen Endabschnitt im Punkt D über ein ebenfalls mit dem Buchstaben „D” gekennzeichnetes Gelenk am Fahrzeug-Aufbau 4 angelenkt. Bei diesen genannten Gelenken C, D des zweiten Lenkers 2, der auch als Pendelstützte 2 bezeichnet wird, handelt es sich jeweils um ein Kugelgelenk oder dgl., welches drei Freiheitsgrade aufweist bzw. (da es bekanntlich sechs Freiheitsgrade gibt) drei Freiheitsgrade bindet.In addition to the aforementioned first handlebar 1 (= Swingarm 1 ) The suspension according to the invention comprises a second link 2 which is also in a vertical projection (for example, perpendicular to the road F) substantially in the vehicle longitudinal direction (ie in the direction of the vehicle longitudinal axis) and thereby at most by an angle in the order of 6 ° to 10 ° relative to the vehicle Longitudinally inclined, extends. This second handlebar 2 is articulated with one of its two end sections in point C via a likewise marked with the letter "C" hinge on the wheel O and is with its other end portion in the point D via a likewise marked with the letter "D" hinge on the vehicle body 4 hinged. In these mentioned joints C, D of the second link 2 who also supported as pendulum 2 is referred to, it is in each case a ball joint or the like., Which has three degrees of freedom or (since there are known six degrees of freedom) binds three degrees of freedom.

Die grundsätzliche Funktion dieser soweit beschriebenen Einzelradaufhängung besteht darin, dass das Rad 3 alleine durch die beiden Lenker 1, 2 mit einem einzigen verbleibenden Freiheitsgrad geführt ist, der eine Einfeder-Bewegung des Rades 3 gegenüber dem Fahrzeug-Aufbau 4 gemäß 3 bzw. eine Ausfederbewegung des Rades 3 gegenüber dem Fzg.-Aufbau 4 gemäß 2 erlaubt. Dabei wirken die beiden Lenker 1, 2 wie ein Wattgestänge und kommen aufgrund der beschriebenen Lagerung ohne jegliches Querführungsglied aus. Vorteilhafterweise ermöglicht die beschriebene Anordnung der beiden Lenker 1, 2 eine relativ große im wesentlichen lineare Vertikalbewegung des Punktes O, d. h. des Radmittelpunktes oder Radträgers O. Auch bei Verwendung sehr kurzer Lenker 1, 2 stellt sich jedenfalls im Umgebungs-Bereich um die Konstruktionslage (gemäß 1) eine nahezu vertikale Linearbewegung ein.The basic function of this far described independent suspension is that the wheel 3 alone by the two handlebars 1 . 2 is guided with a single remaining degree of freedom, which is a jounce movement of the wheel 3 opposite the vehicle body 4 according to 3 or a rebound movement of the wheel 3 opposite the vehicle body 4 according to 2 allowed. The two handlebars act 1 . 2 like a Watt linkage and come out due to the described storage without any cross-member. Advantageously, the arrangement described allows the two links 1 . 2 a relatively large substantially linear vertical movement of the point O, ie the wheel center or wheel O. Also when using very short arm 1 . 2 at least in the environment area around the construction position (according to 1 ) a nearly vertical linear motion.

Der besondere Vorteil dieser soweit vorgestellten Einzelradaufhängung liegt in deren geringem Bauraumbedarf insbesondere in Fahrzeug-Querrichtung betrachtet. Da kein radführender Lenker benötigt wird bzw. vorhanden ist, der sich in Fahrzeug-Querrichtung erstreckt bzw. in einer vertikalen Projektion um einen signifikanten Winkelbetrag gegenüber der Fahrzeuglängsachse geneigt verläuft, wird der Bauraum zwischen den beiden Rädern einer diese Radaufhängung aufweisenden Achse nicht durch radführende Lenker eingeschränkt. Somit steht beispielsweise an einen PKW ausreichender Freiraum für einen Kofferraum oder für elektrische Energiespeicher zur Verfügung.The particular advantage of this far presented independent suspension is considered in their low space requirement especially in the vehicle transverse direction. Since no wheel-guiding handlebar is needed or is present, which extends in the vehicle transverse direction or inclined in a vertical projection by a significant angle relative to the vehicle longitudinal axis, the space between the two wheels of this suspension having axle by not wheel-guiding arm limited. Thus, for example, there is sufficient free space available for a car for a trunk or for electrical energy storage.

Eine besonders kompakte und daher vorteilhafte Anordnung ergibt sich, wenn zusätzlich zu den bislang beschriebenen Merkmalen der erste Lenker 1 (= Schwinge 1) und der zweite Lenker 2 (= Pendelstütze 2) zumindest in Konstruktionslage in einer seitlichen Projektion, d. h. in Fahrzeug-Querrichtung betrachtet, innerhalb des von einer Felge des wie üblich einen mit Luft befüllten Reifen, welcher wie üblich auf dieser genannten Felge aufgezogen ist, aufweisenden Rades 3 eingeschlossenen oder beschriebenen Raumes liegen.A particularly compact and therefore advantageous arrangement results if, in addition to the features described so far, the first link 1 (= Swingarm 1 ) and the second handlebar 2 (= Pendulum support 2 ) at least in the design position in a lateral projection, ie viewed in the vehicle transverse direction, within the rim of the as usual a filled with air tire, which is mounted as usual on said rim, having wheel 3 enclosed or described space lie.

In Ergänzung zu den bisherigen Erläuterungen der Einzelradaufhängung sei darauf hingewiesen, dass durch ein geringfügiges Schrägstellen der Drehachse insbesondere der Gelenkpunkte A und/oder B, alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von der konkreten Gestaltung der weiteren Gelenke C und D jedoch auch von deren entsprechender Drehachse, gezielte Veränderungen des Rad-Sturzes oder der Rad-Spur des Rades 3 in Verbindung mit einer Einfeder- oder Ausfederbewegung des Rades 3 gegenüber dem Fzg.-Aufbau 4 erzeugt werden können. In diesem Sinne ist auch die zuvor mehrmals genannte Winkel-Abweichung von bis zu einem Winkel im Bereich zwischen 6° und 10° gegenüber einer im wesentlichen vertikalen Richtung oder gegenüber einer sich im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Richtung zu verstehen. Im übrigen können solche Änderungen von Rad-Sturzwinkel und Rad-Spurwinkel auch durch (bereits genannte) elastokinematische Effekte erzielt werden, wenn die jeweiligen Gelenke (A, B, C, D) mit geeigneten Elastomerelementen (Gummilagern und dergleichen) versehen sind.In addition to the previous explanations of the independent suspension should be noted that by a slight inclination of the axis of rotation, in particular the hinge points A and / or B, alternatively or additionally depending on the specific design of the other joints C and D but also of their corresponding axis of rotation, targeted changes of the wheel crash or the wheel track of the wheel 3 in conjunction with a jounce or rebound movement of the wheel 3 opposite the vehicle body 4 can be generated. In this sense, the previously mentioned several times angle deviation of up to an angle in the range between 6 ° and 10 ° with respect to a substantially vertical direction or with respect to a direction extending substantially in the vehicle longitudinal direction to understand. Incidentally, such changes of wheel camber angle and wheel toe angle can also be achieved by (already mentioned) elastokinematic effects when the respective joints (A, B, C, D) are provided with suitable elastomeric elements (rubber bearings and the like).

Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann in zumindest einem der Gelenkpunkte A–D, vorzugsweise in zumindest einem der Dreh-Gelenke A, B, ein die Bewegungen des Rades 3 gegenüber dem Fahrzeug-Aufbau 4 beeinflussendes Rotations-Dämpferelement und/oder ein entsprechendes Rotations-Federelement vorgesehen sein. Diese genannten Elemente können in besonders raumsparender Weise die Funktion einer üblichen Tragfeder (zwischen Rad 3 und Fzg.-Aufbau 4) bzw. eines Schwingungsdämpfers einer üblichen Radaufhängung übernehmen. Von Vorteil ist dabei, dass sich in diesen Gelenkpunkten mit einer Einfeder-Bewegung oder Ausfeder-Bewegung des Rades 3 gegenüber dem Fzg.-Aufbau 4 relativ große Schwenkwinkel oder Drehwinkel eines der beiden Lenker 1, 2 gegenüber dem Radträger O bzw. gegenüber dem Fzg.-Aufbau 4 einstellen.In terms of an advantageous development, in at least one of the pivot points A-D, preferably in at least one of the rotary joints A, B, the movements of the wheel 3 opposite the vehicle body 4 influencing rotational damper element and / or a corresponding rotational spring element may be provided. These elements mentioned in a particularly space-saving manner, the function of a conventional suspension spring (between the wheel 3 and vehicle body 4 ) or a vibration damper take over a conventional suspension. The advantage here is that in these hinge points with a jounce movement or rebound movement of the wheel 3 opposite the vehicle body 4 relatively large swivel angle or angle of rotation of the two handlebars 1 . 2 opposite the wheel carrier O or opposite the vehicle body 4 to adjust.

Es sei darauf hingewiesen, dass die vorgestellte Einzelradaufhängung eines Fahrzeug-Rades auch für ein zumindest geringfügig lenkbares Rad geeignet ist, indem einer der beiden Gelenkpunkte jedes der beiden Lenker 1, 2, d. h. entweder der Punkt A oder der Punkt B und der Punkt C oder der Punkt D zusätzlich eine Lenkachse beschreiben, wobei dann selbstverständlich ein weiteres radführendes Element vorzusehen ist. Ferner sei darauf hingewiesen, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.It should be noted that the presented independent suspension of a vehicle wheel is also suitable for an at least slightly steerable wheel by one of the two pivot points of each of the two links 1 . 2 , ie either the point A or the point B and the point C or the point D additionally describe a steering axle, in which case, of course, a further wheel-guiding element is provided. It should also be noted that quite a variety of details may deviate from the above explanations, without departing from the content of the claims.

Claims

Independent suspension of a particular non-steerable wheel ( 3 ) of a two-lane vehicle with two extending in a vertical projection substantially in the vehicle longitudinal direction and due to their storage in each case in a substantially vertical plane pivotable links ( 1 . 2 ), the first as a rocker ( 1 ) designated handlebars ( 1 ) carries at its two ends in each case a swivel joint (A, B) with only one degree of freedom and via these swivel joints (A, B) on the one hand with a wheel carrier (O) which rotatably supports the wheel about its axis of rotation and on the other hand directly or indirectly with the vehicle body. Construction ( 4 ) and the second is also used as a pendulum support ( 2 ) designated handlebars ( 2 ) carries at each end a ball joint (C, D) or the like with three degrees of freedom and on these ball joints (C, D) on the one hand with wheel carrier (O) and on the other hand directly or indirectly with the vehicle body ( 4 ) and in addition to these two links ( 1 . 2 ) no further the wheel ( 3 ) leading handlebar is provided.

Independent wheel suspension according to claim 1, characterized in that the first link / rocker ( 1 ) and the second handlebar / pendulum support ( 2 ) at least in the constructional position in a lateral projection (in vehicle transverse direction) within that of a rim of the wheel ( 1 ) enclosed or described space.

Independent wheel suspension according to claim 1 or 2, characterized in that in at least one of the joints, in particular in at least one of the swivel joints (A, B), the movements of the wheel ( 3 ) compared to the vehicle body ( 4 ) influencing rotation damper element and / or rotation spring element is provided.

Independent wheel suspension according to one of the preceding claims, characterized in that the axis of rotation of at least one of the swivel joints (A, B) in the design position is slightly inclined with respect to the horizontal and / or with respect to the vehicle transverse direction.

Independent wheel suspension according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the joints (A, B, C, D) is designed in the form of elastokinematic relative movements permitting rubber bearing.