DE102010015710A1

DE102010015710A1 - Hinterachse von der Bauart einer Verbundlenkerachse oder Koppellenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zu einer aktiven Radwinkelverstellung

Info

Publication number: DE102010015710A1
Application number: DE201010015710
Authority: DE
Inventors: Thomas Mehlis; Thomas Dirnberger; Dr. Pauly Axel
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2010-04-21
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hinterachse (1) von der Bauart Verbundlenkerachse oder Koppellenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens zwei Längslenkern (3) und einem die Längslenker (3) miteinander verbindenden Querträger (2) und einer Einrichtung (4) zur aktiven Radwinkelverstellung, wobei zur Verstellung des Radwinkels jedem Hinterrad (14, 15) wenigstens ein Lenker (5) zugeordnet ist, dessen Stellung durch die Einrichtung (4) aktiv veränderbar ist, wobei die Einrichtung (4) zur aktiven Radwinkelverstellung im Bereich des Querträgers (2) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hinterachse von der Bauart einer Verbundlenkerachse oder Koppellenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zu einer aktiven Radwinkelverstellung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Solche Hinterachsen sind im Stand der Technik bekannt und dienen beispielsweise zur Lenkung der Hinterräder. Die Hinterachsen weisen ähnlich konventionellen Vorderachslenksystemen ein Gestänge auf, welches das rechte und das linke Hinterrad miteinander verbindet. Das Verändern des Radeinschlagwinkels erfolgt durch die Verschiebung des Gestänges mittels einer elektromechanisch oder elektrohydraulisch betätigbaren Aktuatoreinheit. Derartige Hinterachsen erfordern grundsätzlich einen hohen Montageaufwand für die Hinterachse selbst sowie für die Aktuatoreinheit und die Koppelung der Aktuatoreinheit an das Gestänge. Ferner ist der konstruktive Aufwand zur Übertragung der Stellbewegung der Aktuatoreinheit auf das Gestänge verhältnismäßig hoch.
Bei den meisten Verbundlenkerachsen oder Koppellenkerachsen besteht der Querträger aus einem symmetrischen, torsionsweichen Profil, wie z. B. einem C-Profil. Die Torsionsachse liegt dabei außerhalb des Profilquerschnitts nahe der Profiloberfläche.
Ein Nachteil bei solchen Hinterachsen ist, dass bei einem ungleichförmigen Einfedern der Hinterräder ungewollte Spur- und/oder Sturzänderungen auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hinterachse mit einer Einrichtung zu einer aktiven Radwinkelverstellung mit einem konstruktiv möglichst einfachen Aufbau zu schaffen, bei der auch bei einem ungleichförmigen Einfedern der Hinterräder möglichst keine Spur- und/oder Sturzänderungen auftreten.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hinterachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Einrichtung zur aktiven Radwinkelverstellung im Bereich des Querträgers angeordnet ist. Dadurch kann die Einrichtung so angeordnet werden, dass die Achse der Verstellbewegung möglichst nahe der Torsionsachse des Querträgers verläuft, wodurch die möglichen Spur- und/oder Sturzänderungen bei einem ungleichförmigen Einfedern der Hinterräder reduziert werden können.
Die Verbundlenkerachse ist eine kostengünstige raumsparende Form der Hinterachse mit einem besonders einfachen konstruktiven Aufbau und geringem Montageaufwand beim Fahrzeughersteller. Die Räder sind an Längslenkern angeordnet, die wiederum biegesteif über einen torsionsweichen Querträger miteinander verbunden sind. Der große Funktionsvorteil von Verbundlenkerachsen besteht darin, dass bei gleichsinnigen Federbewegungen der Hinterräder nur geringe Spur-, Vorspur- und Sturzänderungen auftreten, beim Wanken jedoch nur ein Teil des Wankwinkels des Fahrzeuges auf die Hinterräder übertragen wird. Darüber hinaus liefert der Querträger einen Beitrag zur Wanksteifigkeit, wobei durch die vorgeschlagene Lösung der Lenkbarkeit der Einfluss auf die Fahrdynamik weiter optimiert werden kann.
Die vorgeschlagene Anordnung der Einrichtung zur aktiven Radwinkelverstellung im Bereich des Querträgers bietet ferner den Vorteil, dass die Hinterachse insgesamt sehr kompakt und bauraumsparend ausgeführt werden kann und insbesondere mit der Einrichtung als vormontiertes Modul beim Fahrzeughersteller an dem Kraftfahrzeug montiert werden kann. Die Einrichtung zur aktiven Radwinkelverstellung kann dadurch als integraler Bestandteil der Hinterachse angesehen werden und führt bestimmte Bewegungen mit aus, so dass die bei der Konstruktion zu berücksichtigenden Relativbewegungen zwischen der Einrichtung und den Lenkern verringert sind. Die bekannten Vorteile der Verbundlenkerachse werden durch die erfindungsgemäß angeordnete Einrichtung nicht verschlechtert, da die Verbundlenkerachse selbst in ihrem Aufbau nicht verändert wird. Insgesamt wird durch die Erfindung eine kostengünstige und raumsparende Hinterachse mit einer Einrichtung zur aktiven Radwinkelverstellung geschaffen, die insbesondere auch in kleineren Fahrzeugen oder bei Fahrzeugen mit einer hohen Raumausnutzung zwischen den Hinterrädern verwendet werden kann.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
1: erfindungsgemäße Hinterachse mit längs geschnittenem Querträger;
2: erfindungsgemäße Hinterachse mit in der Mittelebene quer geschnittenem Querträger;
3: Verbundlenkerachse in perspektivischer Ansicht.
In 3 ist eine Hinterachse 1 in Form einer Verbundlenkerachse zu erkennen, wie sie sich insbesondere in frontgetriebenen Kraftfahrzeugen der Unter- und Mittelklasse durchgesetzt hat. Die Hinterachse 1 ist gebildet aus zwei Längslenkern 3, die über einen Querträger 2 fest miteinander verbunden sind. Im einfachsten Fall sind die Längslenker 3 und der Querträger 2 miteinander verschweißt. An den Enden der Längslenker 3 sind Radträger 11 vorgesehen, an denen die Hinterräder 14, 15 des Kraftfahrzeuges angeordnet sind. Ferner ist jedem Hinterrad 14, 15 jeweils eine Feder und ein Dämpfer oder ein Federdämpferbein 12, 13 zugeordnet, welche zwischen dem Längslenker 3 und der Karosserie des Kraftfahrzeuges eingespannt sind und die Einfederbewegung der Hinterräder 14, 15 ermöglichen. Der Querträger 2 ist torsionsweich ausgebildet und wird bei einer ungleichen Einfederbewegung der Hinterräder 14 und 15 um seine Torsionsachse T (siehe 1 und 2) verdreht. Der resultierende Winkel der Räder zu der Symmetrieebene E1 des Kraftfahrzeuges ändert sich dabei nur geringfügig. Der Querträger 2 trägt dadurch auch zur Wanksteifigkeit der Hinterachse 1 bei.
In 1 ist die Hinterachse 1 mit in Längsrichtung aufgeschnittenem Querträger 2 und einer daran angeordneten Einrichtung 4 zur aktiven Radwinkelverstellung zu erkennen. Von der gesamten Hinterachse 1 ist nur eine Hälfte dargestellt, die zweite Hälfte der Hinterachse 1 und der Einrichtung 4 schließen sich symmetrisch zu der Symmetrieebene E1 des Kraftfahrzeuges an diese auf der anderen Seite an. Die Einrichtung 4 weist eine elektromotorisch oder hydraulisch betätigbare Spindel oder Kolbenstange 9 auf, die an ihrem Ende über ein Anbindungsgelenk 16 mit einem Lenker 5 verbunden ist. Der Lenker 5 ist mit einem weiteren Gelenk 6 exzentrisch an dem in 3 dargestellten Radträger 11 befestigt. Da der Radträger 11 nicht starr mit dem Längslenker 3 verbunden ist, sondern schwenkbar daran gelagert ist, kann er auf diese Weise von der zentralen Einrichtung 4 um eine Schwenkachse bewegt werden. Durch die Bewegung der Spindel bzw. der Kolbenstange 9 wird der Lenker 5 verschwenkt, so dass der Radträger 11 mit dem daran angeordneten Hinterrad 14 oder 15 ebenfalls verschwenkt wird. Die durch das Verschwenken der Hinterräder 14 und 15 bewirkte aktive Radwinkelverstellung kann sowohl zu einer Hinterradlenkung als auch zu einer aktiven Sturzänderung genutzt werden. Der Lenker 5 muss entsprechend der Lage der Schwenkachse an dem Radträger 11 angeordnet werden.
Die Einrichtung 4 ist erfindungsgemäß an dem Querträger 2 angeordnet, so dass die Hinterachse 1 mit der daran angeordneten Einrichtung 4 als vormontiertes Modul beim Fahrzeughersteller angeliefert werden kann. Die Hinterachse 1 wird dann mit der vormontierten Einrichtung 4 am Kraftfahrzeug befestigt, wobei der Befestigungsvorgang und der damit verbundene Montageaufwand beim Fahrzeughersteller gegenüber einer herkömmlichen Verbundlenkerachse gleich sind.
Die Einrichtung 4 ist über ein als Zentrallager ausgebildetes Lager 10 an dem Querträger 2 gehalten, wobei das Lager 10 in der Symmetrieebene E1 der Hinterachse 1 bzw. des Kraftfahrzeuges also mittig an dem Querträger 2 angeordnet ist. Ferner ist die Einrichtung 4 mit Hilfe von fest mit ihr verbundenen Stützarmen 7 über je ein weiteres, bevorzugt elastisches Lager 8 mit der Hinterachse 1 verbunden. Die beiden Lager 8 sind im Bereich der Verbindung des linken und rechten Längslenkers 3 mit dem torsionselastischen Querträger 2 und in dessen Symmetrieebene angeordnet. Das Lager 10 und das linke und rechte Lager 8 spannen ein Dreieck auf, das die Position der Einrichtung 4 zur Hinterachse 1 fixiert. Das Lager 10 ist so ausgebildet, dass es einer Rotation um die Hochachse S und einer Translation längs dieser Achse keinen oder nur geringen Widerstand entgegen setzt. In Fahrzeugquer- und -längsrichtung jedoch ist eine abgestimmte, hohe Steifigkeit erforderlich, um die aus der Betätigung der Einrichtung 4 resultierenden Quer- und Längskraftkomponenten aufzunehmen. Die beiden äußeren Lager 8 sind so ausgebildet bzw. angeordnet, dass sie im Wesentlichen nur Kräfte in Fahrzeuglängs- und -querrichtung aufnehmen. Aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung können die durch die Torsion des Querträgers 2 bedingten Auswirkungen der Verformungen der Hinterachse 1 auf die Einrichtung 4 auf ein Minimum reduziert werden. Bei gleichgerichteter und gleich großer Federbewegung der Räder erfolgt keine Relativbewegung der Einrichtung 4 zur Hinterachse 1.
Die vorgeschlagene Anordnung der Einrichtung 4 ergibt folgende, kinematische Eigenschaften. Bei gleich großen, gegensinnigen Federbewegungen der Räder relativ zur Karosserie, wie sie z. B. beim Wanken entstehen, bewegen sich alle radträger- und längslenkerfesten Punkte auf Kreisbahnen um die Torsionslinie (auch Schubmittelpunktslinie genannt) des torsionsweichen Querträgers 2 der Hinterachse 1. Eine Möglichkeit, um ungewollte Lenkbewegungen der Räder zu vermeiden, ist die Anordnung der achskörperseitigen Anbindungsgelenke 16 auf der Torsionsachse T des Querträgers 3. Dies ist jedoch aus räumlichen Gründen nur ausnahmsweise realisierbar. Eine weitere Möglichkeit, ungewollte Lenkbewegungen bei wechselseitigen Federbewegungen der Hinterräder 14 und 15 zu vermeiden, besteht darin, die Anbindungsgelenke 16 an einem sich mit den Längslenkern 3 bzw. den Lenkern 5 bewegenden Punkt anzulenken.
Gegenstand der Erfindung ist es, die bei wechselseitiger Federbewegung erfolgende Schwenkbewegung der Einrichtung 4 um die Längsachse des Kraftfahrzeuges als Folge der gegensinnigen Verschiebungen der linken und rechten Lager 8 zu nutzen, um ein ungewolltes, selbstständiges Lenken der Räder zu vermeiden. Kinematische Überlegungen ergeben, dass hierfür die Anbindungsgelenke 16 auf der Verbindungslinie O des Mittelpunktes des Lagers 8 mit dem Schnittpunkt X der Hochachse S des Kraftfahrzeuges mit der Torsionsachse T des Querträgers 2 angeordnet sein müssen. Hierdurch ergibt sich die Möglichkeit, die Einrichtung 4 in einem größeren Abstand zur Torsionsachse T anzuordnen, im gezeigten Beispiel (1) innerhalb des Profils des Querträgers 2. Obige Überlegungen gelten auch, wenn die Rotation zwischen den beiden Längslenkern 3 nicht durch ein torsionsweiches Profil, sondern durch ein Drehgelenk im Querträger 2 realisiert wird.
Aufgrund der mittigen Anordnung des Lagers 10 können die maximalen torsionsbedingten Verformungen des Querträgers 2, die auf die Einrichtung 4 einwirken, auf ein Minimum reduziert werden. Ferner ist die Lagerung in dem Lager 10 elastisch, z. B. als Gummilager, ausgeführt, so dass die Einrichtung 4 schall- und schwingungsisoliert an dem Querträger 2 gehalten ist.
Ferner kann die Einrichtung 4 so ausgebildet sein, dass die Abstände A der Anbindungsgelenke 16 von der Symmetrieebene E1 in einer Neutralstellung der Einrichtung 4 identisch sind, und die Verstellung der Radwinkel der Hinterräder 14 und 15 bei einer Betätigung der Einrichtung 4 und einer ansonsten identischen Geometrie der Lenker 5 und des linken und des rechten Radträgers 11 dem Betrag nach symmetrisch sind. Die Verstellung der Radwinkel der Hinterräder 14 und 15 kann dabei gleichsinnig oder auch gegensinnig zum Lenkwinkel der Vorderachse sein.
Die Richtung B der Verstellbewegung der Einrichtung 4 beim Aus- oder Einfahren der Spindel bzw. der Kolbenstange 9 ist parallel zu der Torsionsachse T ausgerichtet, um die der Querträger 2 bei einer gegensinnigen Federbewegung der Hinterräder 14 und 15 tordiert wird. Die vorgeschlagene Ausrichtung der Verstellbewegung der Einrichtung 4 ist insofern von Vorteil, da sich dadurch ein symmetrisches Verhalten bei einer Betätigung der Einrichtung 4 nach beiden Seiten ergibt und die Abweichung der Anbindungsgelenke 16 von der Verbindungslinie O in beiden Richtungen gering bleibt. Findet eine Einrichtung 4 Verwendung, bei der die Anbindungsgelenke 16 eine Schwenkbewegung ausführen, kann die Schwenkbewegung so zur Verbindungslinie O gelegt werden, dass die Abweichungen von der Verbindungslinie O als Folge der Stellbewegung der Einrichtung 4 ein günstiges, zusätzliches kinematisches Lenken ergeben, und insbesondere die Ausrichtung der miteinander in Verbindung stehenden Teile bei einer Torsion des Querträgers 2 sich so gering wie möglich ändert. Im Idealfall wäre die Richtung B der Bewegung der Kolbenstange 9 koaxial zu der Torsionsachse T, was aber konstruktiv nicht immer zu verwirklichen ist.
In 2 ist die Hinterachse 1 in Schnittrichtung quer zu dem Querträger 2 dargestellt. Der Querträger 2 ist als ein nach unten offenes U-Profil ausgebildet, dessen Torsionsachse T oberhalb des Querträgers 2 angeordnet ist. Das Lager 10 ist so ausgebildet, dass zumindest eine geringe Verschiebbarkeit ohne oder mit einer geringen Kraft der Einrichtung 4 gegenüber dem Querträger 2 in Richtung der Hochachse S radial zu der Torsionsachse T ermöglicht ist. Außerdem ist eine geringe Drehbeweglichkeit um die Hochachse S erforderlich. Die linken und rechten Lager 8 lassen analog dazu eine Translations- und Rotationsbewegung relativ zur Torsionsachse T zu und darüber hinaus eine geringe kardanische Bewegung. Diese Eigenschaften können z. B. mittels Gummilager leicht erzielt werden. Aufgrund der Freiheitsgrade der Einrichtung 4 in dem Lager 10 und in den Lagern 8 werden bei einer Torsion des Querträgers 2 keine Zwangsmomente und Zwangskräfte zwischen der Einrichtung 4 und dem Achskörper der Hinterachse 1 erzeugt, welche zu einer unnötigen Belastung der Teile führen könnten. Ferner ist die Einrichtung 4 erkennbar platzsparend in dem durch das Hohlprofil geschaffenen Hohlraum des Querträgers 2 angeordnet, so dass der benötigte Bauraum am Fahrzeug für die erfindungsgemäße Hinterachse 1 gegenüber einer herkömmlichen Verbundlenkerachse nicht oder nur geringfügig höher ist.
Bezugszeichenliste

1: Hinterachse
2: Querlenker
3: Längslenker
4: Einrichtung
5: Lenker
6: Gelenk
7: Stützarm
8: Lager
9: Kolbenstange
10: Lager
11: Radträger
12: Federdämpferbein
13: Federdämpferbein
14: Hinterrad
15: Hinterrad
16: Anbindungsgelenk
E1: Symmetrieebene des Kraftfahrzeuges
E2: Symmetrieebene des Querträgers
B: Verstellrichtung der Einrichtung 4
T: Torsionsachse des Querträgers 2
S: Hochachse
O: Verbindungslinie
X: Schnittpunkt der Hochachse S und der Torsionsachse T

Claims

Hinterachse (1) von der Bauart Verbundlenkerachse oder Koppellenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens zwei Längslenkern (3) und einem die Längslenker (3) miteinander verbindenden Querträger (2) und einer Einrichtung (4) zur aktiven Radwinkelverstellung, wobei zur Verstellung des Radwinkels jedem Hinterrad (14, 15) wenigstens ein Lenker (5) zugeordnet ist, dessen Stellung durch die Einrichtung (4) aktiv veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur aktiven Radwinkelverstellung im Bereich des Querträgers (2) angeordnet ist.
Hinterachse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur aktiven Radwinkelverstellung mit drei Lagern (10, 8) an der Hinterachse (1) befestigt ist.
Hinterachse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (10, 8) der Einrichtung (4) eine Ebene aufspannen, welche senkrecht zu der Symmetrieebene (E1) des Kraftfahrzeuges angeordnet ist.
Hinterachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterachse (1) relativ zu der Symmetrieebene (E1) des Kraftfahrzeuges symmetrisch ausgebildet ist, und die Einrichtung (4) zur aktiven Radwinkelverstellung in einem in der Symmetrieebene (E1) angeordneten als Zentrallager ausgebildeten Lager (10) an dem Querträger (2) gehalten ist.
Hinterachse (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) einen im wesentlichen zu einer Symmetrieebene (E2) symmetrischen Querschnitt aufweist, und das Zentrallager auf der Schnittlinie der Symmetrieebene (E1) des Kraftfahrzeuges und der Symmetrieebene (E2) des Querträgers (2) angeordnet ist.
Hinterachse (1) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrallager derart ausgebildet ist, dass es die bei der Radwinkelverstellung wirkenden Querkräfte zu der Symmetrieebene (E1) des Kraftfahrzeuges aufnimmt.
Hinterachse (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) über Stützarme (7) mit den Längslenkern (3) verbunden ist, und an den Längslenkern (3) Lager (8) vorgesehen sind, an denen die Stützarme (7) mit den Enden schwenkbeweglich gelagert sind.
Hinterachse (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (8) an den Längslenkern (3) derart ausgebildet sind, dass die daran gelagerten Enden der Stützarme (7) eine geringe Translationsbewegung quer zu der Symmetrieebene (E1) des Kraftfahrzeuges ausführen können.
Hinterachse (1) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellrichtung (B) der Einrichtung (4) im Wesentlichen parallel zu der Torsionsachse (T) des Querträgers (2) ausgerichtet ist.
Hinterachse (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) wenigstens in einem der Lager (10, 8) in einer Richtung (S) senkrecht zu der Torsionsachse (T) des Querträgers (3) verschiebbar gelagert ist.
Hinterachse (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenker (5) über jeweils ein Anbindungsgelenk (16) mit der Einrichtung (4) verbunden sind, und das Anbindungsgelenk (16) bei nicht verstelltem Radwinkel auf der Verbindungslinie zwischen dem Zentrallager und dem Lager (8), an dem der jeweilige Stützarm (7) an dem Längslenker (3) gelagert ist, angeordnet ist.
Hinterachse (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (2) aus einem offenen Hohlprofil gebildet ist, und die Einrichtung (4) zur Radwinkelverstellung wenigstens teilweise in dem durch das Hohlprofil geschaffenen Hohlraum angeordnet ist.