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Die Erfindung betrifft eine aktive Verbundlenkerachse für ein Kraftfahrzeug mit einem Querträger und damit verbundenen Längsträgern, die jeweils mit einem Radträger zur Befestigung eines Fahrzeugrades versehen sind, wobei der jeweilige Radträger gelenkig mit dem ihm zugeordneten Längsträger und mit einem eigenen eine Lenkbewegung des Fahrzeugrades ermöglichenden Aktuator verbunden ist.
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Die Verbundlenkerachse ist eine Hinterachskonstruktion, die in den 70er Jahren für Kraftfahrzeuge mit Frontantrieb entwickelt wurde. Sie besteht im Wesentlichen aus zwei verdreh- und biegesteifen Längsträgern, die über einen ebenfalls biegesteifen, jedoch torsionsweichen Querträger miteinander verbunden sind. Der Querträger hat typischerweise einen U- oder V-förmigen Querschnitt und ist so bemessen, dass er sich bei einseitigem Ein- und Ausfedern eines der Fahrzeughinterräder verdreht und als Stabilisator wirkt. An den vorderen Enden der Längsträger werden üblicherweise Rohrabschnitte angeschweißt, die über Gummilager an die Karosserie angebunden werden. Die Aufnahme der Fahrzeugräder bzw. Radlager und der Bremse erfolgt über platten- oder schalenförmige Radträger, die im hinteren Bereich der Längsträger befestigt, üblicherweise angeschweißt sind.
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Neben diesen herkömmlichen Verbundlenkerachsen sind auch aktive Verbundlenkerachsen bekannt, bei denen das jeweilige Fahrzeugrad um eine Schwenkachse schwenkbar an dem zugeordneten Längsträger befestigt ist. Durch die schwenkbare Befestigung wird eine Lenkbewegung des Fahrzeugrades ermöglicht. Zur Ausführung der Lenkbewegung dient ein Aktuator, so dass eine derartige Verbundlenkerachse eine aktive Kinematik aufweist.
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In der
DE 10 2007 055 353 A1 ist eine aktive Verbundlenkerachse beschrieben, die ein an dem jeweiligen Längsträger (Längslenker) schwenkbar befestigtes Fahrzeugrad aufweist, das mit einem eine Lenkbewegung des Fahrzeugrades um eine Schwenkachse ermöglichenden Aktuator verbunden ist. Um die Konstruktion der Verbundlenkerachse insgesamt kompakt auszuführen und die Kinematikbauteile vor mechanischen Beschädigungen zu schützen, wird in der DE 10 2007 055 353 A1 vorgeschlagen, den Aktuator innerhalb der Kontur des Querträgers der Verbundlenkerachse anzuordnen, wobei die Kontur des Querträgers zumindest abschnittsweise hohl oder zumindest abschnittsweise als ein offenes Profil ausgebildet ist. Der Aktuator ist dabei schwenkbar an dem Querträger gelagert, um Relativbewegungen zwischen den einzelnen Bauteilen auszugleichen. Eine Ausführungsform dieser bekannten Verbundlenkerachse besteht darin, dass je Fahrzeugseite ein mit dem Fahrzeugrad verbundener Aktuator vorhanden ist. Die Ansteuerung der beiden Aktuatoren ist dabei sowohl separat als auch paarweise möglich. Zur Einbringung des Aktuators in den Querträger ist vorgesehen, im Übergangsbereich zwischen Querträger und Längslenker ein Versteifungsblech anzuschweißen, um den Einfluss der Torsion auf den Aktuator gering zu halten. Die Versteifungsbleche verursachen jedoch nicht nur zusätzliche Material- und Fertigungskosten, sie beeinflussen auch die Torsionseigenschaften des Querträgers.
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Die
DE 40 37 608 A1 offenbart eine Hinterachse mit Hinterrädern, welche jeweils auf einem Achsschenkel gelagert sind, der jeweils schwenkbar an einem Schräglenker befestigt ist und einen Lenkhebel hat, an welchem zur Herbeiführung einer Lenkbewegung ein motorisches Stellglied angreift. Der Schräglenker ist als Hohlkörper ausgebildet, wobei das Stellglied innerhalb des Schräglenkers angeordnet und einerseits am Schräglenker, andererseits am Lenkhebel abgestützt.
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Des Weiteren ist aus der
DE 10 2006 016 762 A1 ein Achsschenkel für ein Rad eines Kraftfahrzeugs bekannt, der einen zur Befestigung des Radlagers dienenden Radlager-Befestigungsabschnitt und einen zum Befestigen von Lenkern dienenden Radführungsglieder-Befestigungsabschnitt umfasst. Dabei ist der Radlager-Befestigungsabschnitt bezüglich des Radführungsglieder-Befestigungsabschnittes elastisch verschwenkbar. Dadurch soll in einfacher Weise eine Verstellung des Lenkeinschlages bzw. eine Verstellung der Laufrichtung in Richtung der Vorspur oder der Nachspur des auf dem Radlager montierten Rades erfolgen. Ferner ist in einer Durchbrechung des Radführungsglieder-Befestigungsabschnittes ein Aktuator zum Verschwenken des Radlager-Befestigungsabschnittes relativ zu dem Radführungsglieder-Befestigungsabschnitt angeordnet. Diese Konstruktion bezieht sich auch auf eine Verbundlenkerachse.
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Schließlich sind auch in der
FR 2 935 672 A1 und der
WO 2004/108444 A1 aktive Verbundlenkerachsen beschrieben, an deren Längsträgern jeweils ein Aktuator zum Verschwenken des Radlager-Befestigungsabschnittes relativ zu dem Längsträger angeordnet ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine aktive Verbundlenkerachse, mit der sich die Fahrzeugräder unabhängig voneinander ansteuern lassen, anzugeben, die eine verbesserte Wendigkeit des Kraftfahrzeuges ermöglicht, das Fahrverhalten insgesamt optimiert, einfach und kompakt aufgebaut ist und in Kurven eine hohe Haftung der Fahrzeugräder aufgrund des torsionsweichen Querträgers bietet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Verbundlenkerachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Aktuator vollständig in dem dem Radträger zugeordneten Längsträger integriert und dort befestigt ist, wobei der Aktuator aus einem eine Ritzelwelle aufweisenden Stellmotor besteht, und wobei an dem Radträger eine einen Zahnstangenabschnitt aufweisende Spurstange angelenkt ist, deren Zahnstangenabschnitt mit der Ritzelwelle in Eingriff steht.
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Die erfindungsgemäße Anbindung der Aktuatoren an den verdreh- und biegesteifen Längsträgern hat gegenüber der bekannten Anordnung der Aktuatoren innerhalb der Kontur des Querträgers der Verbundlenkerachse den Vorteil, dass der jeweilige Aktuator im gleichen Abschnitt der Verbundlenkerachse wie der Radträger angebunden und dadurch im Wesentlichen identischen Belastungen bzw. Lastverläufen ausgesetzt ist, die nicht über zusätzliche Bauteile ausgeglichen werden müssen. Die erfindungsgemäße Lösung bietet insbesondere den Vorteil, dass der Aktuator nicht schwenkbar an der Verbundlenkerachse befestigt werden muss. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Aufbau einer aktiven Verbundlenkerachse erheblich vereinfacht. Die Anzahl der erforderlichen Bauteile kann bei der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse gegenüber der aus der
DE 10 2007 055 353 A1 bekannten Verbundlenkerachse reduziert werden. Insbesondere kann auf die zusätzlichen Versteifungsbleche im Übergangsbereich zwischen Querträger und Längslenker verzichtet werden, was nicht nur Material- und Fertigungskosten spart, sondern auch die für die gewünschte Torsion zur Verfügung stehende Abschnittslänge des torsionsweichen Querträgers nicht verringert. Für die gewollte Torsion des Querträgers steht bei der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse somit eine maximale Länge des Querträgers zur Verfügung. Eine hohe Haftung der Fahrzeugräder in Kurven wird somit sicherstellt.
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Die erfindungsgemäße aktive Verbundlenkerachse verleiht dem damit ausgestatteten Kraftfahrzeug eine verbesserte Wendigkeit gegenüber Kraftfahrzeugen, die mit einer herkömmlichen Verbundlenkerachse ohne Aktuator versehen sind. Da der jeweilige Radträger gelenkig mit dem ihm zugeordneten Längsträger und mit einem eigenen Aktuator verbunden ist, können die an den Radträger gelagerten Fahrzeugräder unabhängig von einander angesteuert werden, woraus sich weitere Vorteile und Möglichkeiten ergeben, die Fahrdynamik positiv zu beeinflussen. Bei Kurvenfahrten besteht beispielsweise die Möglichkeit, das kurveninnere Hinterrad mit einem anderen Lenkwinkel als das kurvenäußere Hinterrad gegenüber der Längsmittelachse des Fahrzeuges einzuschlagen und damit die Fahrstabilität zu erhöhen.
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Die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse kann ohne großen Aufwand mit vorhandenen Fahrerassistenzsystemen wie zum Beispiel einem elektronischen Stabilitätsprogramm, einem Spurhalteassistenten und/oder geregelten Stoßdämpfern kombiniert werden und somit zusätzlich zur Fahrsicherheit und zum Fahrkomfort beitragen.
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Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse besteht darin, dass der jeweilige Aktuator vollständig in dem Längsträger integriert ist. Die Verbundlenkerachse kann so sehr kompakt ausgeführt werden, wobei die Aktuatoren innerhalb der Längsträger vor mechanischen Beschädigungen geschützt sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse besteht darin, dass der jeweilige Aktuator in den Längsträger eingepresst ist. Hierdurch können beispielsweise separat hergestellte Befestigungskonsolen und Befestigungsschrauben wegfallen, so dass die Anzahl der Einzelteile weiter reduziert wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse ist dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Radträger über mindestens drei Lagerstellen an dem zugeordneten Längsträger angebunden ist, wobei mindestens zwei der Lagerstellen eine gemeinsame Drehachse definieren und die mindestens eine übrige Lagerstelle an dem dem Radträger zugeordneten Aktuator angebunden ist. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise ein zuverlässiger und kompakter Schwenkmechanismus an dem Radträger bzw. Längsträger realisieren. Die Lagerstellen sind dabei vorzugsweise als Wälzlager oder Gummilager ausgeführt. Hinsichtlich eines hohen Fahrkomforts ist es günstig, wenn die Lagerstellen nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse aus mindestens einem Wälzlager und mindestens einem Gummilager gebildet sind.
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Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen aktiven Verbundlenkerachse sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse in Draufsicht;
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2 die Verbundlenkerachse der 1 in Seitenansicht;
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3 eine Hälfte der Verbundlenkerachse der 1 in Rückansicht; und
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4 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse mit vollständig integrierten Aktuatoren, von der eine Hälfte mit teilweise aufgebrochenen Längsträgers in Draufsicht dargestellt ist.
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Die in den 1 bis 3 dargestellte Verbundlenkachse besteht wie an sich bekannt aus zwei verdreh- und biegesteifen Längsträgern 1, 2, die mit einem biegesteifen, aber torsionsweichen Querträger 3 verschweißt sind. Der Querträger 3 ist aus einem torsionsweichen Profil gebildet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Querträger 3 ein im Wesentlichen V-förmiges Querschnittprofil auf, wobei die Spitze des V nach oben weist (vgl. 2). Die an dem Querträger 3 angeschweißten Längsträger (Längslenker) 1, 2 sind rohrförmig bzw. als geschlossenes Profil ausgebildet. An den vorderen Enden der Längsträger 1, 2 sind Lagerbuchsen bzw. Rohrabschnitte 4 angeschweißt, die über Gummilager an die Karosserie angebunden werden. An den hinteren Enden sind innenseitig gabelförmige Halterungen 5 zur gelenkigen Anbindung von Stoßdämpfern angeschweißt. Die Hinterräder bzw. die Radlager werden an Radträgern 6 montiert, die schwenkbar oder gelenkig an den Längsträgern 1, 2 angebunden sind. Die Radträger 6 weisen jeweils einen im Wesentlichen plattenförmigen Abschnitt 6.1 auf, an dem schenkelartige Flansche (Stege) 6.2, 6.3 abgewinkelt sind, die der gelenkigen Anbindung des Radträgers 6 an dem zugeordneten Längsträger 1, 2 dienen. Die Flansche 6.2, 6.3 umgreifen den Längsträger 1, 2, d. h. der Längsträger 1, 2 ist zwischen den Flanschen 6.2, 6.3 aufgenommen. Die Radträger 6 können bei der vorliegenden Erfindung z. B. als Press-, Guss- oder Schmiedeteil ausgeführt werden. Als Werkstoff der Radträger 6 sind außer Stahl auch Aluminium und andere Leichtmetalle oder auch Nicht-Metalle denkbar, da die Radträger 6 nicht an die Verbundlenkerachse angeschweißt werden.
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Der jeweilige Radträger 6 ist über drei Lagerstellen 7, 8, 9 an dem Längsträger 1, 2 der Verbundlenkerachse schwenkbar angebunden, wobei die beiden hinteren Lagerstellen die Drehachse (Schwenkachse) A des Radträgers 6 definieren. Die Lagerstellen 7, 8 sind an den den jeweiligen Längsträger 1, 2 gabelförmig umgreifenden Flanschen 6.2, 6.3 ausgebildet. Der Längsträger 1, 2 ist dabei von einem Achsbolzen 10 durchsetzt, an dem die Flansche 6.2, 6.3 drehbar gehalten sind (vgl. 3). Die vordere Lagerstelle 9 des Radträgers 6 ist an einer Spurstange 11 angelenkt (vgl. 1). Die Spurstange 11 ist mit einem Aktuator 12 gekoppelt oder stellt eine translatorisch vor- und zurückbewegbare Stellachse des Aktuators 12 dar. Über seinen vom Radträger 6 abgedeckten Längenabschnitt ist der Längsträger 1, 2 bogenförmig ausgebildet, und zwar dergestalt, dass sich der Abstand zwischen den beiden Längsträgern 1 und 2 zu deren Ende hin vergrößert (vgl. 1).
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Der Aktuator 12 besteht beispielsweise aus einem hydraulischen oder pneumatischen Arbeitszylinder mit einem zweiseitig beaufschlagbaren Kolben, an dem eine Kolbenstange als Stellachse oder die Spurstange 11 angebunden ist. Durch entsprechende Bewegung der Spurstange 11 wird der Radträger 6 um die Drehachse A geschwenkt. Die Lagerstellen 7, 8, 9 sind beispielsweise als Wälzlager, vorzugsweise Kugellager, oder als Gummilager ausgeführt. Aus Gründen des Fahrkomforts wird vorzugsweise ein gemischter Verbau aus Kugellagern und Gummilagern gewählt.
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Bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an dem jeweiligen Längsträger 1, 2 eine separat hergestellte Konsole 13 angeschweißt, an der der an der vorderen Lagerstelle 9 des Radträgers 6 gelenkig angebundene Aktuator 12 angeschraubt ist. Der Längsträger 1, 2 weist dabei einen Durchbruch 14 auf, in welchem der Aktuator 12 teilweise aufgenommen ist. Die Aktuatoren 12 sind in diesem Ausführungsbeispiel somit teilweise innerhalb der Längsträger 1, 2 und im Wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse B bzw. quer zu den Längsträgern 1, 2 angeordnet.
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Anstelle einer Befestigung der Aktuatoren 12 mittels Konsole 13 und Schrauben ist es auch möglich, die Aktuatoren 12 in einen Durchbruch oder eine Kammer des Längsträgers 1, 2 einzupressen. Die Aktuatoren 12 können dabei – wie in den 1 bis 3 gezeigt – wiederum quer zur Fahrzeuglängsachse B bzw. Fahrtrichtung FR ausgerichtet sein, aber je nach Bauraumsituation auch in einem beliebigen Winkel zur Fahrzeuglängsachse B ausgerichtet werden.
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Die vordere Lagerstelle 9 ist als in Längsrichtung des Radträgers 6 verschiebbares Gelenklager ausgeführt, so dass die Spurstange 11 bzw. die Kolbenstange des angeschraubten Aktuators 12 im Wesentlichen eine rein translatorische Bewegung ausführen kann.
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Die Radträger 6 der Verbundlenkerachse bzw. die daran drehbar gelagerten Hinterräder können unabhängig voneinander geschwenkt werden, indem die beiden Aktuatoren 12 unabhängig voneinander angesteuert werden. Bei Kurvenfahrten besteht die Möglichkeit, das kurveninnere Rad mit einem anderen Lenkwinkel δ als das kurvenäußere Rad einzuschlagen (δ1 ≠ δ2).
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4 zeigt nun ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen aktiven Verbundlenkerachse. Bauteile, die den Bauteilen der in den 1 bis 3 gezeigten Verbundlenkerachse entsprechen, sind in 4 mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 4 ist der jeweilige Aktuator 12 vollständig in dem zugeordneten Längsträger integriert. Der Aktuator 12 besteht hier aus einem eine Ritzelwelle 15 aufweisenden Stellmotor. An dem Radträger 6 ist eine einen Zahnstangenabschnitt aufweisende Spurstange 11 angelenkt, deren Zahnstangenabschnitt mit der Ritzelwelle 15 des Stellmotors in Eingriff steht. Die Längsträger 1 weisen in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen geradlinige, rohrförmige Endabschnitte 1.1 auf, in welche die Aktuatoren 12 eingepresst sind. Der geradlinige Endabschnitt 1.1 des jeweiligen Längsträgers 1 erstreckt sich parallel zum Radträger 6 vom Querträger 3 bis zum hinteren Ende des Längsträgers 1. Der geradlinige Endabschnitt 1.1 des Längsträgers 1 bzw. die Drehachse der Ritzelwelle 15 verläuft parallel zur Fahrzeuglängsachse B. Das vordere Ende der Ritzelwelle 15 ist in einem scheiben- oder stopfenförmigen Lager 16 drehbar gelagert, das ebenfalls in dem Längsträger 1 integriert und mit diesem vorzugsweise durch Presspassung fest verbunden ist.
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Am hinteren Ende des Längsträgers 1 sind zwei parallel zueinander angeordnete, eine Gabel bildende Halterungen 17 angeschweißt, welche die hinteren Lagerstellen 7, 8 für den Radträger 6 definieren. Im Bereich der Ritzelwelle 15 weist der Längsträger 1 zwei fluchtende Öffnungen bzw. Bohrungen 18, 19 auf, welche von der Spurstange durchdrungen sind. Die Bohrungen bzw. Öffnungen 18, 19 definieren zugleich eine Axialführung bzw. sind mit Gleitbuchsen zur Axialführung der Spurstange 11 versehen. Das radseitige Ende der Spurstange 11 ist an der vorderen Lagerstelle 9 des Radträgers 6 gelenkig angebunden.
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Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene und in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise der torsionsweiche Querträger 3 der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse auch ein anderes Querschnittprofil, beispielsweise ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittprofil aufweisen.
