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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radaufhängung für die hinteren Räder von Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Bei hinteren Radaufhängungen für Kraftfahrzeuge werden häufig Mehrlenkeranordnungen eingesetzt, die ein gezieltes, präzises Fahrverhalten (Untersteuertendenz, Elastokinematik, etc.) bei hohem Fahrkomfort ermöglichen. Vorteilhaft ist dabei auch, dass bei Aufteilung für über den Radträger durch Seitenkräfte, Bremskräfte, etc. ausgeübte Kräfte und Momente gezielte Lagerelastizitäten einsetzbar sind, die Fahr- und Abrollgeräusche der Reifen wirksam unterdrücken. So zeigt beispielsweise die
US 2011/0121533 A1 eine Radaufhängung mit in einer oberen und einer unteren Ebene angeordneten Querlenkern zur Seitenkraftabstützung und einem am Radträger angreifenden Längslenker, der Längskräfte und Bremsmomente aufnimmt.
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Aus der
DE 690 03 540 T2 ist ein gattungsgemäßes Fahrzeugaufhängungssystem bekannt. Aus der
DE 100 01 985 A1 ist eine Fahrzeugeinzelradaufhängung bekannt. Aus der US 2011 / 0 121 533 A1 ist eine weitere Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug bekannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine hintere Radaufhängung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die fertigungstechnisch einfacher und günstiger im Fahrzeug platzierbar ist und die hervorragende Fahreigenschaften ermöglicht.
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Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass ein erster, den Radsturz bestimmender Querlenker in Höhe der Raddrehachse oder darunter und vor der Raddrehachse positioniert am Radträger angeordnet ist, dass zwei nach vorne gerichtete Längslenker oberhalb und unterhalb der Raddrehachse am Radträger angelenkt sind und dass der zweite Querlenker als die Spur des Rades bestimmender Lenker ebenfalls in Höhe der Raddrehachse oder darunter und hinter der Raddrehachse am Radträger angelenkt ist.
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Ein erster, gravierender Vorteil dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass keine obere Querlenkerebene vorhanden ist, wodurch am Fahrzeug mehr Nutzraum zum Beispiel für einen heckseitigen Kofferraum bzw. Laderaum, für einen Kraftstofftank, ein Reserverad, Batterien bei Elektroantrieb, etc. zur Verfügung steht. Gegebenenfalls kann dadurch auch auf die Verwendung eines Hilfsrahmens verzichtet werden. Der erste (eigentliche) Querlenker bestimmt den Radsturz, der über die Länge und räumliche Positionierung des Querlenkers bestimmbar ist, während der zweite etwa in gleicher Lenkerebene angeordnete Lenker die Spur bzw. den Lenkwinkel des Rades über den Einfederweg bestimmt. Die beiden (aufgelösten) Längslenker ermöglichen durch ihre Länge und räumliche Ausrichtung die Einstellung bevorzugter Brems- und Schrägfederwinkel und damit verbunden einen günstigen Nickausgleich und Abrollkomfort des Fahrzeugs.
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Der erste Querlenker ist erfindungsgemäß fest mit dem Radträger verbunden und weist ein Profil auf, das in Hochrichtung und in Querrichtung biegesteif und um dessen Längsachse und in Längsrichtung federnd nachgiebig ist. Damit kann der Querlenker bei einer stabilen Seitenführung und Sturzeinstellung des Rades die Spurkorrekturen des zweiten Lenkers und die von den Längslenkern beim Durchfedern des Rades aufgeprägten Tordierbewegungen am Radträger problemlos ausgleichen. Bevorzugt kann der erste Querlenker dazu ein einfaches, hochkant stehendes Rechteckprofil bzw. ein I-Profil (zum Beispiel ähnlich einer Blattfeder) aufweisen.
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Alternativ dazu kann der erste Querlenker ein in sich biegesteifes und begrenzt tordierbares Profil aufweisen und über eine Gelenkverbindung mit einer etwa senkrechten Schwenkachse an dem Radträger angelenkt sein. Damit können die spurkorrigierenden Lenkbewegungen verspannungsfrei über die Gelenkverbindung ausgeglichen werden, während die relativ geringen Tordierbewegungen am Radträger über die Elastizität der Lenkerlager, die Gelenklager und/oder das begrenzt tordierbare Profil des Querträgers aufgenommen werden. Die Gelenkverbindung kann durch zwei übereinander ausgerichtete Kugelgelenke oder durch ein Scharniergelenk zwischen dem Querlenker und dem Radträger gebildet sein.
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Die beiden im Wesentlichen übereinander angeordneten Längslenker können in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung so ausgerichtet sein, dass deren Momentanpol MP oberhalb der Raddrehachse und vor dieser liegt. Der MP ist der Schnittpunkt der Polstrahlen der beiden Längslenker und damit der virtuelle Drehpunkt der Lenkeranordnung. Liegt dieser MP wie angeführt, so kann unter Verwendung relativ kurzer Längslenker ein günstiger Bremsnickausgleich und Schrägfederwinkel eingestellt werden.
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So kann u.a. der obere Längslenker hinter der Raddrehachse und kürzer als der untere Längslenker ausgeführt sein, wodurch der MP beim Einfedern des Rades zusätzlich zur Radmitte hin verlagert werden kann und damit einem Absinken des Bremsnickausgleichs bei Beladung des Fahrzeugs entgegenwirkt.
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Des Weiteren kann der spurbestimmende, hinter der Raddrehachse positionierte Lenker länger als der sturzbestimmende, vordere Querlenker ausgeführt sein. Damit wird bewirkt, dass das Rad unter Bremskraft elastokinematisch bedingt in Vorspur geht (erhöhte Seitenstabilität des Fahrzeugs).
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Ferner können die Längslenker am Radträger durch am Radträger vorgesehene Ausleger mit einer relativ großen Abstützbasis beiderseits der Raddrehachse angelenkt sein, um somit weniger empfindlich gegenüber einem elastokinematischen „Aufdrehen“ des Radträgers unter Längskraft zu reagieren.
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Das elastokinematisch bedingte auf Vorspur gehen des Rades bei Bremskräften kann zudem dadurch verstärkt werden, dass der Querlenker in der Draufsicht gesehen leicht schräg nach innen vorne ausgerichtet ist.
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Zur Erzielung einer präzisen Radführung einerseits und eines komfortablen Abrollverhaltens der Radaufhängung andererseits wird des Weiteren vorgeschlagen, dass die Lenkerlager der Längslenker relativ weich und die Lenkerlager der Querlenker relativ hart ausgelegt sind. Durch die konsequente Aufteilung der Lenker in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung ist eine maximale Entkopplung von längsdynamischen und querdynamischen Kräften gegeben, die eine kompromisslose Abstimmung der Lenkerlager wie vorgeschlagen ermöglicht.
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Die als Schraubendruckfeder ausgeführte Tragfeder und der Teleskop-Stoßdämpfer können unmittelbar am Radträger abgestützt bzw. angelenkt sein und somit optimale Feder- und Dämpferübersetzungen in der Radaufhängung bereitstellen.
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Dabei kann bevorzugt die Tragfeder an einer unterhalb und vor der Raddrehachse an den Radträger angeformten Konsole abgestützt sein, während der Stoßdämpfer hinter der Raddrehachse an einem nach hinten abragenden Arm des Radträgers angelenkt ist, an dem auch der hintere Lenker angreift. Damit werden bei einer baulich einfachen Konstruktion die relativ hohen statischen und dynamischen Radlasten an der besonders robusten Verbindungsstelle zwischen Radträger und Querlenker aufgenommen, während der Stoßdämpfer dahinter liegend an einem Arm des Radträgers angeschlossen ist. Gegebenenfalls ist dadurch dazwischenliegend auch Raum für eine Antriebswelle des Rades bei angetriebenen Hinterrädern des Kraftfahrzeuges geschaffen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beiliegenden, schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in raumbildlicher Darstellung von schräg hinten und außen eine Radaufhängung für die hinteren Räder eines Kraftfahrzeugs mit einem Radträger, einem ersten Querlenker, einem zweiten, die Spur des Rades bestimmenden Lenker und zwei übereinander angeordneten Längslenkern, sowie mit einer Tragfeder und einem Teleskop-Stoßdämpfer;
- 2 die Radaufhängung nach 1 in einer Ansicht von schräg hinten und innen;
- 3 eine Ansicht gemäß 1 auf eine nicht von der Erfindung umfasste Radaufhängung mit einer scharnierartig ausgeführten Gelenkverbindung zwischen dem Radträger und dem ersten Querlenker;
- 4 eine weitere Ansicht gemäß 1 auf eine nicht von der Erfindung umfasste Radaufhängung mit einer durch Kugelgelenke ausgeführten Gelenkverbindung zwischen dem Radträger und dem ersten Querlenker;
- 5 in einer vereinfacht ausgeführten Draufsicht die räumliche Anordnung des ersten Querlenkers und des spurbestimmenden Lenkers mit einem außerhalb des senkrechten Radaufstandspunktes und dahinter liegenden Momentanpol MP; und
- 6 eine linke und rechte Radaufhängung nach den 1 und 2 in Einbaulage im Kraftfahrzeug mit Darstellung der Momentanpole MP der Längslenker, der virtuellen Drehachsen der beiden Radaufhängungen und deren Wankzentrum W.
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In den 1 und 2 ist eine linksseitige Radaufhängung 10 für die hinteren Räder (nicht dargestellt) von Kraftfahrzeugen dargestellt, die sich im Wesentlichen aus einem Radträger 12, einem ersten Querlenker 14, einem ebenfalls etwa in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten zweiten Lenker 16, zwei in Fahrtrichtung F des Kraftfahrzeugs nach vorne und übereinander angeordneten Längslenkern 18, 20, einer als Schraubendruckfeder ausgeführten Tragfeder 22 und einem Teleskop-Stoßdämpfer 24 zusammensetzt.
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Die besagten Lenker 14, 16, 18, 20 sind über allgemein mit 26 bezeichnete Gummi-Metall-Hülsenlager am nicht dargestellten Aufbau des Kraftfahrzeugs schwenkbar angelenkt. Über weitere Gummi-Metall-Hülsenlager 28 sind die Längslenker 18, 20 und der Lenker 16 mit dem Radträger 12 verbunden, während der Querlenker 14 über Schraubverbindungen 30 (vergleiche 2) fest bzw. ecksteif mit dem Radträger 12 verschraubt ist. Die Hülsenlager 26, 28 können gegebenenfalls auch durch Kugelgelenke ersetzt sein.
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Der Querlenker 14 ist etwa in Höhe der Raddrehachse 32 und vor dieser ( 5) angeordnet und erstreckt sich unter einem Winkel von ca. 15° von außen nach innen vorne zum Hülsenlager 26, wobei er in Konstruktionslage etwa horizontal ausgerichtet ist und durch seine räumliche Anordnung und ecksteife Verbindung mit dem Radträger 12 den gewünschten Radsturz definiert. Der Querlenker 14 weist dabei ein I-Profil (zum Beispiel eine im Querschnitt rechteckförmige, hochkant angeordnete Blattfeder) auf und ist somit in Hochrichtung und in Querrichtung (bezogen auf das Kraftfahrzeug) biegesteif und in Längsrichtung sowie gegen Tordierbewegungen (Verdrehen) federnd nachgiebig ausgebildet.
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Der Lenker 16 ist etwa in gleicher Höhe wie der Querlenker 14 angeordnet und hinter der Raddrehachse 32 über einen am Radträger 12 angeformten Arm 12a über das Hülsenlager 28 angelenkt. Der Lenker 16 ist ebenfalls etwa horizontal ausgerichtet, weist eine größere Länge (Abstand zwischen den wirksamen Lagermittelachsen) als der Querlenker 14 auf und verläuft etwa parallel zur Raddrehachse 32. Der Lenker 16 ist biegesteif zum Beispiel als Rohrprofil ausgeführt und definiert ähnlich einer Spurstange die Spur bzw. den Lenkwinkel des Rades am Radträger 12.
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Die beiden Querlenker 14, 16 bilden eine untere Lenkerebene und sind relativ tiefliegend über die Hülsenlager 26 am Aufbau des Kraftfahrzeugs angelenkt.
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An dem Arm 12a des Radträgers 12 ist zugleich auch der Stoßdämpfer 24 bzw. dessen Dämpferrohr (2) 24a über ein Gummi-Metall-Hülsenlager 34 angelenkt, während die Kolbenstange 24b mit dem nicht dargestellten Aufbau des Kraftfahrzeugs über ein weiteres Hülsenlager 34 gelenkig verbunden ist.
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Die Tragfeder 22 stützt sich in nicht näher dargestellter Weise an einer an den Radträger 12 angeformten, nach innen abragenden Konsole 12b einerseits und am Aufbau des Kraftfahrzeugs andererseits ab und nimmt somit im Verbindungsbereich (Eckbereich) bei 30 die auftretenden statischen und dynamischen Radlasten an der Radaufhängung 10 auf.
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Die beiden in Fahrtrichtung F nach vorne ragenden, über Ausleger 12c am Radträger 12 in einem größeren Abstand zueinander angelenkten Längslenker 18, 20 sind in der Konstruktionslage im Wesentlichen horizontal ausgerichtet und verlaufen dabei etwa parallel zur senkrechten Fahrzeuglängsmittelebene. Die entsprechenden Hülsenlager 28 liegen bei dem kürzer ausgeführten, oberen Längslenker 18 hinter der Radrehachse 32 und bei dem unteren Längslenker 20 vor der Raddrehachse 32 (2 und 6).
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Die 5 zeigt in einer Draufsicht auf die untere Querlenkerebene die Ausrichtung des Querlenkers 14 und des längeren Lenkers 16, die u.a. definiert, dass der Momentanpol MP (= virtuelle Lenkachse) dieser Lenker 14, 16 außerhalb der Radebene (vergleiche eingezeichneter Radaufstandspunkt RP) liegt.
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Bei auftretenden Seitenkräften Fy (zum Beispiel beim Durchfahren von Kurven am kurvenäußeren Rad) und/oder bei Längskräften Fx (zum Beispiel beim Bremsen) am Radträger 12 wird dieser elastokinematisch in eine einer Vorspurstellung des Rades entsprechenden Position „eingedreht“ und damit die Seitenstabilität der Radaufhängung 10 bei einer aufgeprägten Untersteuertendenz erhöht.
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Zudem wird durch den längeren Lenker 16 dem Rad eine fahrdynamisch vorteilhafte Vorspurkurve über den Einfederweg der Radaufhängung 10 vorgegeben.
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Die 6 zeigt ferner die Momentanpole MP der beiden, aufgelösten Längslenker 18, 20, die jeweils in Fahrtrichtung F vor den Raddrehachsen 32 und in Z-Richtung geringfügig oberhalb der Raddrehachsen 32 liegen; die Längslenker 18, 20 stützen die an den Rädern bzw. an den Radträgern 12 wirkenden Längskräfte und Bremsmomente (bei angetriebenen Rädern auch die Antriebsmomente) ab, haben aber keine Querkräfte aufzunehmen.
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Daraus resultiert zunächst durch die beschriebene Anordnung der Längslenker 18, 20 ein günstiger Schrägfederungswinkel, der den Abrollkomfort der Radaufhängungen 10 erhöht und einen günstigen Bremsnickausgleich bereitstellt. Durch die unterschiedlichen Längen der Längslenker 18, 20 und deren entsprechender Anlenkung am Aufbau und an den Radträgern 12 wird zudem erzielt, dass deren Momentanpol MP bei zunehmender Einfederung (Beladung) zur Raddrehachse 32 hin verlagert wird und einem Absinken des Bremsnickausgleichs entgegenwirkt.
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Die vorne liegende Lage der Momentanpole MP der Längslenker 18, 20 ergibt des Weiteren mit den Schwenkachsen der Hülsenlager 26 der Querlenker 14 virtuelle Drehachsen 36. Deren Schnittpunkt mit der senkrecht sowie in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Radachsebene, in der die Radachse liegt, definiert den in den Figuren nicht dargestellten Querpol QP. Der Strahl ausgehend von einem Radaufstandspunkt durch diesen Querpol QP schneidet die Fahrzeugmittenebene im Wankzentrum W (6). Das Wankzentrum W ist dementsprechend in vorteilhafter Weise relativ weit unten etwa in Höhe der Raddrehachsen 32 positioniert und trägt zu einer guten Kurvenstabilität des Kraftfahrzeugs bei.
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Die Hülsenlager 26, 28 der Längslenker 18, 20 sind in ihrer Lagerelastizität weicher ausgelegt als die Hülsenlager 26, 28 des Querlenkers 14 und des Lenkers 16. Daraus resultiert bei einer hohen Seitenstabilität der Radaufhängung 10 eine komfortable Längsfederung über die Längslenker 18, 20 mit entsprechend guter Dämpfung der Fahr- und Abrollgeräusche.
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Die 3 und 4 zeigen nicht von der Erfindung umfasste Vergleichsbeispiele der Radaufhängung 10, die nur soweit beschrieben sind, als sie sich wesentlich von den 1 und 2 unterscheiden. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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So ist in 3 der Querlenker 14' der Radaufhängung 10' mit einem insgesamt biegesteifen, nur begrenzt tordierbarem U-Profil zum Beispiel aus Stahl oder Leichtmetall ausgeführt.
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Die Verbindung zwischen dem Querträger 14' und dem Radträger 12' ist durch eine scharnierartige Gelenkverbindung 38 hergestellt, deren Schwenkachse 40 im Wesentlichen vertikal verläuft.
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Die Gelenkverbindung 38 weist dazu am Radträger 12' und am Querträger 14' angeformte, ineinander greifende Lageraugen 38a, 38b auf, in die ein Lagerbolzen 38c axial gesichert eingesetzt ist.
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Über die Gelenkverbindung 38 kann der über den Lenker 16 aufgeprägte Spurwinkel des Rades der Radaufhängung 10' ausgeglichen werden; der Querlenker 14' wird dabei nicht verspannt bzw. muss nicht in dieser Belastungsrichtung nachgiebig ausgeführt sein.
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Die relativ geringen, über die Längslenker 18, 20 auf den Radträger 12' und den Querlenker 14' ausgeübten Tordierbewegungen können über Lagerelastizitäten des Querlenkers 14' und/oder über dessen begrenzt nachgiebige Tordierbarkeit ausgeglichen werden.
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Die 4 zeigt ein weiteres, nicht von der Erfindung umfasstes Vergleichsbeispiel mit einer Radaufhängung 10", bei der zwischen dem Querlenker 14" und dem Radträger 12" zwei übereinander angeordnete und ebenfalls eine senkrechte Schwenkachse 40 bildende Kugelgelenke 42 oder Gummi-Metall-Lager als Gelenkverbindung verwendet sind.
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Die nicht näher dargestellten Kugelgelenke 42 können bekannter Bauart sein und in entsprechende Aufnahmen am Querlenker 14" und am Radträger 12" eingesetzt bzw. befestigt sein. Durch deren gezeigte Anordnung senkrecht übereinander wirken sie nicht als Kugelgelenke, sondern als Schwenkgelenke mit nur um die Schwenkachse 40 gerichteten Freiheitsgraden.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Anstelle der räumlich getrennten Anordnung von Tragfeder 22 und Stoßdämpfer 24 könnte auch ein Federbein oder eine Kombination von Drehstabfeder und Stoßdämpfer an der Radaufhängung 10 verwendet sein.
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Der Querlenker 14 könnte auch andere Querschnittsprofile als die aufgeführten aufweisen und aus Stahl oder Leichtmetall hergestellt sein. Gleiches gilt auch für die weiteren Lenker und hinsichtlich der eingesetzten Werkstoffe auch für den Radträger 12.
