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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung für eine lenkbare Vorderachse eines Personenkraftwagens, die zum Abstützen eines Fahrzeugrads an einem Fahrzeugaufbau dient.
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Bei einer Einzelradaufhängung mit Doppelquerlenkeranordnung für ein lenkbares Fahrzeugrad ist ein Radträger, der zum Anbauen eines Radlagers dient, mit einer oberen Querlenkeranordnung und einer unteren Querlenkeranordnung am Fahrzeugaufbau angelenkt. Hierzu ist die jeweilige Querlenkeranordnung außen am Radträger und innen am Fahrzeugaufbau gelagert. Damit der Radträger Lenkbewegungen für das jeweilige Rad durchführen kann, ist die jeweilige Querlenkeranordnung am Radträger bevorzugt nur über ein einziges Radträgerlager gelagert, durch das dann eine Lenkachse des jeweiligen Fahrzeugrads verläuft. Am Fahrzeugaufbau ist die jeweilige Querlenkeranordnung dagegen bevorzugt über zwei in der Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandete Aufbaulager gelagert, um Längskräfte besser aufnehmen zu können. Bauraumbedingt, insbesondere im Hinblick auf eine Feder- und/oder Dämpfereinrichtung, kann es jedoch erforderlich sein, die untere Querlenkeranordnung und/oder die obere Querlenkeranordnung in zwei einzelne Querlenker, nämlich in einen vorderen Querlenker und in einen hinteren Querlenker aufzulösen bzw. aufzutrennen, die sich dann über separate Radträgerlager am Radträger abstützen. Zwangsläufig liegt dann wenigstens eines der beiden Radträgerlager außerhalb der Lenkachse, wodurch der Radträger beim Lenken eine komplexe dreidimensionale Bewegung durchführt, was sich signifikant auf die erforderlichen Lenkkräfte und auf das Lenkverhalten des jeweiligen Fahrzeugrads auswirkt. Lenkkräfte und Lenkverhalten bestimmen jedoch den Lenkkomfort, der vom Fahrzeugführer wahrgenommen wird.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine derartige Einzelradaufhängung eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass auch bei aufgelöster Querlenkeranordnung ein hoher Lenkkomfort erzielbar ist. Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die untere Querlenkeranordnung in einen vorderen Querlenker und einen diesbezüglich separaten hinteren Querlenker aufzulösen, den vorderen Querlenker über ein vorderes Radträgerlager am Radträger zu lagern und den hinteren Querlenker über ein hinteres Radträgerlager am Radträger zu lagern, das bezüglich des vorderen Radträgerlagers separat angeordnet ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, eine Koppelgerade, welche die Mittelpunkte der beiden Radträgerlager der beiden Querlenker der unteren Querlenkeranordnung miteinander verbindet, bei Geradeausstellung der Radaufhängung in einer parallel zu einer Z-Achse orientierten Vertikalprojektion auf eine X-Y-Ebene eines rechtwinkeligen Koordinatensystems gegenüber einer X-Achse des Koordinatensystems so zu neigen, dass der projizierte Mittelpunkt des vorderen Radträgerlagers nach außen von einer Referenzgeraden versetzt angeordnet ist, die durch den projizierten Mittelpunkt des hinteren Radträgerlagers verläuft und sich parallel zur X-Achse erstreckt. Das bedeutet, dass am Fahrzeug die Koppelgerade der linken Einzelradaufhängung und die Koppelgerade der rechten Einzelradaufhängung nach vorn divergieren und nach hinten konvergieren. Das bedeutet ferner, dass sich gedachte Verlängerungen dieser beiden Koppelgeraden in der Vertikalprojektion in einer Längsmittelebene des Fahrzeugs hinter der Vorderachse schneiden, die durch die Drehachsen der beiden Vorderräder bei Geradeausstellung definiert ist. Es hat sich gezeigt, dass sich eine derartige Konfiguration positiv auf den Lenkkomfort auswirkt.
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Das hierbei zur Orientierung und Definition herangezogene rechtwinkelige Koordinatensystem besitzt eine vertikal verlaufende Z-Achse, eine horizontal und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende X-Achse und eine horizontal und in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Y-Achse.
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Die relativen Ortsangaben „vorne” und „hinten” beziehen sich dabei auf die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bei Vorwärtsfahrt. Dementsprechend ist „vorne” einer Fahrzeugfront zugewandt, während „hinten” einem Fahrzeugheck zugewandt ist. Die relativen Ortsangaben „oben” und „unten” beziehen sich dabei auf eine normale, vorgesehene Betriebs- und Einbausituation, bei welcher das zugehörige Fahrzeug mit seinen Rädern auf einem Untergrund steht oder fährt. Dementsprechend ist „unten” dem Untergrund zugewandt, während „oben” vom Untergrund abgewandt ist. Die Radträgerlager werden dabei als Kugelgelenklager betrachtet.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann die projizierte Koppelgerade bei Geradeausstellung der Radaufhängung mit der X-Achse nach vorn einen Winkel einschließen, der in einem Winkelbereich von einschließlich 20° bis einschließlich 50° liegt. Auch hier hat sich gezeigt, dass ein derartiger Winkel zwischen der projizierten Koppelgeraden und der X-Achse für den Lenkkomfort vorteilhaft ist.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die Länge der projizierten Koppelgeraden bei Geradeausstellung der Radaufhängung kleiner sein als die tatsächliche Länge der Koppelgeraden, welche dem Abstand der Mittelpunkte von vorderem Radträgerlager und hinterem Radträgerlager entspricht. Zweckmäßig kann dies dadurch erreicht werden, dass das vordere Radträgerlager gegenüber dem hinteren Radträgerlager in Richtung der Z-Achse versetzt angeordnet ist. Diese Maßnahme hat zur Folge, dass die beiden Radträgerlager bezüglich der X-Achse näher zueinander rücken, was sich signifikant auf den Lenkkomfort auswirkt. Insbesondere kann dadurch der mittlere Abstand der beiden Radträgerlager von der Lenkachse reduziert werden.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann das vordere Radträgerlager gegenüber dem hinteren Radträgerlager nach oben versetzt angeordnet sein. Auch hier hat sich herausgestellt, dass sich eine derartige Anordnung positiv auf den Lenkkomfort auswirkt. Beispielsweise kann ein vertikaler Abstand parallel zur Z-Achse zwischen den Mittelpunkten der beiden Radträgerlager in einem Bereich von 40–60 mm, vorzugsweise in einem Bereich von 42–56 mm liegen.
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Besonders zweckmäßig ist dabei eine Weiterbildung, bei welcher sich die Radträgerlager bei Geradeausstellung der Radaufhängung in der Z-Achse überlappen. Das bedeutet, dass sich die Radträgerlager in einer Horizontalprojektion parallel zu einer Vertikalebene, in der auch die Koppelgerade liegt, auf eine entsprechende Projektionsebene gegenseitig überschneiden. Hierbei wird die vertikal versetzte Anordnung der Radträgerlager dazu genutzt, die beiden Radträgerlager am Radträger möglichst dicht aneinander anzuordnen, was sich positiv auf den Lenkkomfort auswirkt.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann eine Mitte der Koppelgeraden bei Geradeausstellung der Radaufhängung einen Mittelpunkt für einen virtuellen rechtwinkeligen Quader definieren, dessen Kanten parallel zu den Achsen des Koordinatensystems ausgerichtet sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann nun zumindest einer der Mittelpunkte der beiden Radträgerlager innerhalb des Quaders liegen. Bevorzugt ist dabei eine Variante, bei welcher jeder der Mittelpunkte der beiden Radträgerlager innerhalb des Quaders liegt. Dabei hat sich als vorteilhaft für den Lenkkomfort herausgestellt, wenn X-Kanten des Quaders, die parallel zur X-Achse verlaufen, eine Länge von 40–50 mm aufweisen, wenn Y-Kanten des Quaders, die parallel zur Y-Achse verlaufen, eine Länge von 40–50 mm aufweisen, und wenn Z-Kanten des Quaders, die parallel zur Z-Achse verlaufen, eine Länge von 30–45 mm aufweisen.
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Besonders vorteilhaft für den Fahrkomfort ist es, wenn die X-Kanten eine Länge von 43–48 mm aufweisen und/oder wenn die Y-Kanten eine Länge von 43–48 mm aufweisen und/oder wenn die Z-Kanten eine Länge von 35–40 mm aufweisen.
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Gemäß einer anderen, vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Länge der Koppelgeraden maximal der Länge einer räumlichen Diagonalen des besagten Quaders entspricht. In diesem Fall ist es grundsätzlich nicht zwingend, dass beide Mittelpunkte der Radträgerlager innerhalb des Quaders liegen oder dass auch nur einer der Mittelpunkte der Radträgerlager innerhalb des Quaders liegt. So sind in diesem Fall auch Konstellationen denkbar, bei denen einer der Mittelpunkte oder beide Mittelpunkte der Radträgerlager außerhalb des Quaders liegen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft selbstverständlich auch ein Fahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, dessen lenkbare Vorderräder jeweils mit einer derartigen Einzelradaufhängung am Fahrzeugaufbau abgestützt sind.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine isometrische Ansicht einer Einzelradaufhängung parallel zu einer Y-Achse von außen nach innen,
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2 eine isometrische Ansicht der Einzelradaufhängung parallel zu einer X-Achse von vorne nach hinten,
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3 eine isometrische Ansicht eines Radträgers der Radaufhängung parallel zur Y-Achse von innen nach außen.
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Entsprechend 1 umfasst eine Einzelradaufhängung 1 für eine lenkbare Vorderachse eines Personenkraftwagens, die zum Abstützen eines durch einen Kreis angedeuteten Fahrzeugrads 2 an einem hier nur symbolisch angedeuteten Fahrzeugaufbau 3 dient, einen Radträger 4, an dem ein Radlager 5 angebaut sein kann. Ferner umfasst die Einzelradaufhängung 1 eine untere Querlenkeranordnung 6, die außen am Radträger 4 und innen am Fahrzeugaufbau 3 gelagert ist. Des Weiteren ist eine hier nicht dargestellte obere Querlenkeranordnung vorgesehen, die ebenfalls außen am Radträger 4 und innen am Fahrzeugaufbau 3 gelagert ist.
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In 2 ist zur besseren Veranschaulichung der Radträger 4 nicht dargestellt. Im Unterschied dazu zeigt 3 den Radträger 4 ohne die übrigen Komponenten der Einzelradaufhängung 1.
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Entsprechend den 1 und 2 ist die untere Querlenkeranordnung 6 in einen vorderen Querlenker 7 und einen hinteren Querlenker 8 aufgelöst, die als separate Querlenker 7, 8 ausgebildet sind. Dementsprechend ist der vordere Querlenker 7 über ein vorderes Radträgerlager 9 am Radträger 4 gelagert, während der hintere Querlenker 8 über ein hinteres Radträgerlager 10 am Radträger 4 gelagert ist. Die beiden Radträgerlager 9 und 10 sind dabei separat ausgebildet und voneinander beabstandet am Radträgerlager 4 angeordnet.
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In den 1 bis 3 ist ferner ein rechtwinkeliges Koordinatensystem 11 angedeutet, das eine vertikal verlaufende Z-Achse Z, eine horizontal und in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende X-Achse X und eine horizontal und in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Y-Achse Y aufweist.
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Zur besseren Orientierung ist in den 1 bis 3 außerdem die Fahrtrichtung des Fahrzeugs bei Vorwärtsfahrt durch einen Pfeil angedeutet und mit F bezeichnet.
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Die Radträgerlager 9, 10 sind hier als Kugelgelenklager konzipiert, so dass jedes Radträgerlager 9, 10 einen Lagermittelpunkt 12 bzw. 13 aufweist. Eine Koppelgerade 14 verbindet die beiden Mittelpunkte 12, 13 der beiden Radträgerlager 9, 10 miteinander. Gemäß 3 ergibt eine Vertikalprojektion der Koppelgeraden 14 auf eine X-Y-Ebene 15, die in 3 vereinfacht dargestellt ist, eine projizierte Koppelgerade 14', welche die beiden projizierten Mittelpunkte 12' und 13' miteinander verbindet. In dieser Vertikalprojektion, die in einer parallel zur Z-Achse verlaufenden Projektionsrichtung 16 erfolgt, ist die projizierte Koppelgerade 14' gegenüber der X-Achse X geneigt, und zwar derart, dass der projizierte Mittelpunkt 12' des vorderen Radträgerlagers 9 relativ zu einer Referenzgeraden 17 nach außen versetzt angeordnet ist. Diese Referenzgerade 17 liegt in der X-Y-Ebene 15, verläuft parallel zur X-Achse X und verläuft durch den projizierten Mittelpunkt 13 des hinteren Radträgerlagers 10.
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Die Ausrichtung der projizierten Koppelgeraden 14' bezüglich der Referenzgeraden 17 ergibt sich zumindest in der Geradeausstellung der Radaufhängung 1. Für die Geradeausstellung ergibt sich ferner gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zwischen der projizierten Koppelgeraden 14' und der X-Achse X bzw. der Referenzgeraden 17' ein Winkel 18, der bevorzugt in einem Winkelbereich von einschließlich 20° bis einschließlich 50° liegt. Im gezeigten Beispiel der 3 liegt besagter Winkel rein exemplarisch bei etwa 30°.
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Wie sich insbesondere den Ansichten der 1 bis 3 entnehmen lässt, sind die beiden Radträgerlager 9, 10 und somit die zugehörigen Mittelpunkte 12, 13 bezüglich der Z-Achse Z auf unterschiedlichen Höhen angeordnet, also relativ zur Z-Achse Z zueinander versetzt. Bevorzugt ist dabei die hier gezeigte Variante, bei welcher das vordere Radträgerlager 9 gegenüber dem hinteren Radträgerlager 10 nach oben versetzt angeordnet ist. Dementsprechend ist auch der Lagermittelpunkt 12 des vorderen Radträgerlagers 9 nach oben versetzt zum Lagermittelpunkt 13 des hinteren Radträgerlagers 10. Beispielsweise kann dabei gemäß 3 ein vertikaler Z-Abstand 19 realisiert werden, der beispielsweise in einem Wertebereich von 40 mm bis 60 mm und vorzugsweise in einem Wertebereich von 42 mm bis 56 mm liegen kann.
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Durch den vertikalen Versatz der beiden Radträgerlager 9, 10 ist es möglich, die beiden Radträgerlager 9, 10 relativ dicht aneinander anzuordnen. Ferner ergibt sich daraus, dass die projizierte Koppelgerade 14' in der Projektionsebene 15 kürzer ist als die sich räumlich erstreckende tatsächliche Koppelgerade 14, die dem tatsächlichen Abstand der beiden reellen Mittelpunkte 12, 13 entspricht.
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Insbesondere den 1 und 2 lässt sich entnehmen, dass die beiden Radträgerlager 9, 10 derart dicht aneinander angeordnet werden können, dass sie sich bezüglich der Z-Achse Z überlappen.
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Entsprechend 2 kann die Koppelgerade 14 zur Definition eines virtuellen rechtwinkeligen Quaders 20 herangezogen werden, der zu Veranschaulichungszwecken in 2 räumlich dargestellt ist, obwohl die Blickrichtung für die Radaufhängung 1 im Übrigen parallel zur X-Achse X verläuft. Durch die gewählte Darstellung sind X-Kanten 21 des Quaders 20 erkennbar, die parallel zur X-Achse X verlaufen. Der Quader 20 weist außerdem Y-Kanten 22 auf, die parallel zur Y-Achse Y verlaufen, sowie Z-Kanten 23, die parallel zur Z-Achse Z verlaufen. Der Quader 20 ist dabei bezüglich der Koppelgeraden 14 so angeordnet, dass ein Mittelpunkt 33 des Quaders 20 mit einer Mitte 34 der Koppelgeraden 14 zusammenfällt. Alle X-Kanten 21 sind gleich lang. Alle Y-Kanten 22 sind gleich lang. Alle Z-Kanten 23 sind gleich lang. Zweckmäßig besitzen die X-Kanten 21 eine Länge von 40–50 mm; bevorzugt ist eine Länge von 43–48 mm. Zweckmäßig besitzen die Y-Kanten 22 eine Länge von 40–50 mm. Bevorzugt ist eine Länge von 43–48 mm. Zweckmäßig besitzen die Z-Kanten 23 eine Länge von 30–45 mm, wobei eine Länge von 35–40 mm bevorzugt ist. Für einen erhöhten Lenkkomfort hat sich gezeigt, dass die Mittelpunkte 12, 13 der Radträgerlager 9, 10 innerhalb des Quaders 20 liegen.
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Weitere Besonderheiten der hier vorgestellten Radaufhängung können insbesondere darin gesehen werden, dass ein Feder- und/oder Dämpferbein 24 am hinteren Querlenker 8 abgestützt ist und/oder dass ein Stabilisator 26 über einen Koppellenker 25 am hinteren Querlenker 8 abgestützt ist. Dabei kann ein lenkerseitiges Lager 27 des Koppellenkers 25 zwischen einem lenkerseitigen Lager 28 des Feder- und/oder Dämpferbeins 24 und einem hinteren Aufbaulager 29 angeordnet sein, über welches der hintere Querlenker 8 am Fahrzeugaufbau 3 gelagert ist.
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Gemäß den 1 und 3 sind am Radträger 4 außerdem Anbindungsstellen 30 für eine Radbremsanlage ausgebildet sowie eine Lagerstelle 31 für eine Spurstange zur Lenkbetätigung des Radträgers 4.
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In 3 ist außerdem am oberen Ende des Radträgers 4 eine Lagerstelle 32 für die obere Querlenkeranordnung erkennbar. In diesem Fall ist die obere Querlenkeranordnung nur über eine einzige Lagerstelle 32 am Radträger 4 gelagert. Die obere Querlenkeranordnung kann sich dabei in herkömmlicher Weise an zwei in der Fahrzeuglängsrichtung, also in Richtung der X-Achse X voneinander beabstandeten Lagerstellen am Fahrzeugaufbau 3 gelagert sein. Die obere Querlenkeranordnung kann dadurch im Wesentlichen hufeisenförmig ausgestaltet sein.
