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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung für ein Straßenfahrzeug zum Abstützen eines Fahrzeugrads an einem Fahrzeugaufbau, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 199 35 535 A1 ist eine derartige Einzelradaufhängung bekannt. Sie umfasst einen Radträger, an dem das Fahrzeugrad drehbar angeordnet ist, eine obere Querlenkeranordnung, die innen mit dem Fahrzeugaufbau und außen mit dem Radträger gelenkig verbunden ist, sowie eine untere Querlenkeranordnung, die innen mit dem Fahrzeugaufbau und außen mit dem Radträger gelenkig verbunden ist. Des Weiteren ist eine Sturzeinstelleinrichtung zum Verändern eines Sturzwinkels des Fahrzeugrads während der Fahrt und abhängig vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs vorgesehen, die einen Stellantrieb zum Verstellen einer aufbauseitigen inneren Anbindungsstelle in der Fahrzeugquerrichtung bei der unteren Querlenkeranordnung aufweist. Die Realisierung eines derartigen Stellantriebs ist dabei vergleichsweise aufwändig, da über die untere Querlenkeranordnung während des Fahrbetriebs große Kräfte zwischen dem Radträger und dem Fahrzeugaufbau übertragen werden müssen.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Einzelradaufhängung der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine kompakte Bauform und/oder durch eine reduzierte Belastung der Sturzeinstelleinrichtung auszeichnet.
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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, den Stellantrieb mit einem kardanischen hypozykloidischen Getriebe auszustatten. Bei einem Hypozykloid rollt ein Innenkreis mit seiner Außenkontur an einer Innenkontur eines Außenkreises ab. Bei einem kardanischen Hypozykloid ist der Durchmesser des Innenkreises gleich groß wie der Radius des Außenkreises. Bei einem hypozykloidischen Getriebe steht eine Außenverzahnung eines Innenzahnrads mit einer Innenverzahnung eines hohlen Außenzahnrads in Eingriff. Bei einem kardanischen hypozykloidischen Getriebe ist der Durchmesser der Außenverzahnung halb so groß wie der Durchmesser der Innenverzahnung. Bei einem kardanischen Hypozykloid bewegt sich jeder Umfangspunkt des Innenkreises entlang einer linearen, bidirektionalen Bewegungsbahn, wenn der Innenkreis am Außenkreis schlupffrei abrollt. Auf diese Weise lässt sich mit Hilfe eines kardanischen hypozykloidischen Getriebes eine bidirektionale, lineare Hubverstellung für die jeweilige innere Anbindungsstelle der jeweiligen Querlenkeranordnung realisieren, sodass die jeweilige Querlenkeranordnung zur Sturzwinkelverstellung im Wesentlichen nur in einem Freiheitsgrad verstellt wird. Zumindest die Verstellbewegung der inneren Anbindungsstelle lässt sich dadurch mit nur einem Freiheitsgrad realisieren. Mit Hilfe eines derartigen Stellantriebs können unerwünschte Wechselwirkungen bzw. Auswirkungen einer Sturzverstellung auf die übrige Kinematik der Einzelradaufhängung reduziert bzw. vermieden werden. Das Getriebe dient somit zum bidirektionalen, linearen Verstellen der inneren Anbindungsstelle.
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Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Getriebe zumindest ein bezüglich des Fahrzeugaufbaus drehfest angeordnetes Hohlrad mit einer Innenverzahnung und einem Innendurchmesser aufweisen. Ferner kann das Getriebe zumindest ein Planetenrad mit einer zur Innenverzahnung komplementären Außenverzahnung und einem Außendurchmesser aufweisen, der halb so groß ist wie der Innendurchmesser des Hohlrads. Außerdem kann die innere Anbindungsstelle der jeweiligen Querlenkeranordnung im Bereich der Außenverzahnung des jeweiligen Planetenrads ortsfest angeordnet sein. Ferner kann das Getriebe wenigstens einen Planetenradträger aufweisen, der koaxial zum Hohlrad drehbar angeordnet ist und an dem das jeweilige Planetenrad drehbar gelagert ist. Schließlich kann der Stellantrieb einen Motor zum drehenden Antreiben des Planetenradträgers aufweisen. Bei dieser Ausführungsform ist das kardanische hypozykloidische Getriebe nach Art eines Planetengetriebes ausgestaltet, das sich durch eine besonders kompakte Bauform und die Möglichkeit einer hohen Kraft- bzw. Momentübertragung auszeichnet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung können eine Längsmittelachse des jeweiligen Hohlrads und die innere Anbindungsstelle in einer Verstellebene liegen, die sich parallel zur Verstellrichtung der inneren Anbindungsstelle erstreckt. In diesem Fall ist die lineare und bidirektionale Bewegungsbahn der inneren Anbindungsstelle somit in der Stellrichtung ausgerichtet, in der die Anbindungsstelle zur Sturzwinkelveränderung verstellt werden soll. Die innere Anbindungsstelle besitzt in jedem Fall eine Komponente in der Fahrzeugquerrichtung. Grundsätzlich kann jedoch vorgesehen sein, dass die innere Anbindungsstelle parallel zur Fahrzeugquerrichtung, also nur in der Fahrzeugquerrichtung verstellt werden soll. In diesem Fall erstreckt sich die Verstellrichtung parallel zur Fahrzeugquerrichtung. Ferner erstreckt sich die vorgenannte Verstellebene dann horizontal und entspricht dann einer Horizontal- oder Querebene.
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Die innere Anbindungsstelle, die mit Hilfe des Stellantriebs in der Fahrzeugquerrichtung verstellt werden soll, kann sich dabei an der unteren Querlenkeranordnung oder an der oberen Querlenkeranordnung befinden. Bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher die Sturzeinstelleinrichtung mit der oberen Querlenkeranordnung zusammenwirkt, sodass die innere Anbindungsstelle der oberen Querlenkeranordnung zur Sturzwinkelverstellung in der Fahrzeugquerrichtung verstellt wird.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die jeweilige Querlenkeranordnung einen vorderen Querlenker und einen hinteren Querlenker aufweisen, die über eine vordere Anbindungsstelle an einem vorderen Planetenrad, das in einem vorderen Hohlrad angeordnet ist, bzw. über eine hintere Anbindungsstelle an einem hinteren Planetenrad, das in einem hinteren Hohlrad angeordnet ist, angeordnet sind, wobei der Motor beide Planetenräder gemeinsam antreibt. Die beiden Querlenker bilden dann Diagonallenker, die eine dreieckförmige oder trapezförmige obere oder untere Querlenkeranordnung definieren.
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Im vorliegenden Zusammenhang sind die relativen Ortsangaben ”innen”, ”außen”, ”oben”, ”unten”, ”vorne” und ”hinten” auf eine ordnungsgemäße Einbausituation der Einzelradaufhängung in einem Fahrzeug bezogen, wobei sich das Fahrzeug mit seinen Rädern auf einem Boden befindet. Dementsprechend ist ”innen” dem Fahrzeugaufbau zugewandt und vom Fahrzeugrad abgewandt, während ”außen” dem Fahrzeugrad zugewandt und vom Fahrzeugaufbau abgewandt ist. Ferner ist ”oben” vom Boden abgewandt, während ”unten” dem Boden zugewandt ist. Schließlich ist ”hinten” einem Fahrzeugheck zugewandt, während ”vorne” einem Fahrzeugbug zugewandt ist.
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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 stark vereinfachte Axialansicht einer Einzelradaufhängung mit einer Sturzeinstelleinrichtung,
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2 ein vergrößertes Detail der Einzelradaufhängung im Bereich eines Stellantriebs der Sturzeinstelleinrichtung,
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3 ein stark vereinfachtes Funktionsschaubild eines kardanischen Hypozykloids.
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Entsprechend 1 umfasst eine Einzelradaufhängung 1 eines im Übrigen nicht gezeigten Straßenfahrzeugs einen Radträger 2, an dem in üblicher Weise ein Fahrzeugrad 3 drehbar gelagert ist, eine untere Querlenkeranordnung 4 und eine obere Querlenkeranordnung 5. Die untere Querlenkeranordnung 4 ist außen mit dem Radträger 2 gelenkig verbunden, während sie innen mit einem Fahrzeugaufbau 6 gelenkig verbunden ist. Die obere Querlenkeranordnung 5 ist außen ebenfalls mit dem Radträger 2 gelenkig verbunden, während sie innen mit dem Fahrzeugaufbau 6 gelenkig verbunden ist. Die jeweilige Einzelradaufhängung 1 dient somit zum Abstützen eines Fahrzeugrads 3 am Fahrzeugaufbau 6. Die relativen Ortsangaben ”außen”, ”innen”, ”oben” und ”unten” beziehen sich dabei auf die Einbaulage am Fahrzeug, wenn das Fahrzeug auf einem Boden 7 steht. Dementsprechend ist ”innen” vom jeweiligen Fahrzeugrad 3 abgewandt und dem Fahrzeugaufbau 6 zugewandt, während ”außen” dem Fahrzeugrad 3 zugewandt und vom Fahrzeugaufbau 6 abgewandt ist. Im Unterschied dazu ist ”oben” vom Boden 7 abgewandt, während ”unten” dem Boden 7 zugewandt ist.
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Die hier gezeigte Einzelradaufhängung 1 ist außerdem mit einer Sturzeinstelleinrichtung 8 ausgestattet, mit deren Hilfe ein Sturzwinkel des Fahrzeugrads 3 aktiv, also während der Fahrt und abhängig vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs verändert werden kann. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform beträgt der Sturzwinkel 0°, sodass er in 1 nicht erkennbar ist. Der Sturzwinkel ist zwischen einer Vertikalachse 9, die senkrecht auf dem eine Horizontale definierenden Boden 7 steht, und einer Sturzachse 10 aufgespannt, die senkrecht zu einer Rotationsachse 11 verläuft, um welche das Fahrzeugrad 3 drehbar am Radträger 2 angeordnet ist. Wie gesagt, ist bei der in 1 gezeigten Darstellung der Sturzwinkel nicht erkennbar, sodass die Vertikalachse 9 und die Sturzachse 10 hier zusammenfallen.
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In 1 ist außerdem ein Stoßdämpfergestänge 12 angedeutet, das mit einer außerhalb der Einzelradaufhängung 1 angeordneten Feder- und/oder Dämpfereinrichtung gekoppelt sein kann.
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Die hier gezeigten Sturzeinstelleinrichtungen 8 sind dabei jeweils mit der oberen Querlenkeranordnung 5 gekoppelt, um einen in der Fahrzeugquerrichtung 13 gemessenen Querabstand 14 verändern zu können, der zwischen dem Fahrzeugaufbau 6 und einem oberen Verbindungsbereich 15 des Radträgers 2 besteht, wobei in diesem oberen Verbindungsbereich 15 die obere Querlenkeranordnung 5 gelenkig mit dem Radträger 2 verbunden ist. Durch Verändern des Querabstands 14 verändert sich die Ausrichtung der Sturzachse 10 gegenüber der Vertikalachse 9, wodurch sich der Sturzwinkel verändert.
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Um nun den Querabstand 14 variieren zu können, umfasst die Sturzeinstelleinrichtung 8 einen Stellantrieb 16, mit dessen Hilfe eine aufbauseitige innere Anbindungsstelle 17 der oberen Querlenkeranordnung 5 in der Fahrzeugquerrichtung 13 aktiv, also während der Fahrt und abhängig vom aktuellen Fahrzustand des Fahrzeugs, verstellt werden kann. Der Stellantrieb 16 umfasst dabei zumindest ein in 2 wiedergegebenes kardanisches, hypozykloidisches Getriebe 18. Die generelle Funktionsweise eines derartigen Getriebes 18 wird nachfolgend anhand von 3 mittels eines mathematischen, geometrischen Modells näher erläutert.
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Entsprechend 3 rollt bei einem Hypozykloid 19 ein kleinerer Innenkreis 20 innen entlang eines größeren Außenkreises 21 um. Dabei beschreibt ein Punkt 22 des Umfangs des Innenkreises 20 eine Bewegungsbahn, die als Hypozykloid 19 bezeichnet wird. Bei einem kardanischen Hypozykloid 19 ist ein Durchmesser 23 des Innenkreises 20 gleich groß wie ein Radius 24 des Außenkreises 21. In diesem Fall ist die Bewegungsbahn des Umfangspunkts 22 geradlinig und bidirektional, sodass der Umfangspunkt 22 bei einem vollständigen Umlauf des Innenkreises 20 entlang des Außenkreises 21 an einem ersten Endpunkt 25 beginnt, der auf dem Umfang des Außenkreises 21 liegt, sich geradlinig bis zu einem zweiten Endpunkt 26 bewegt, der ebenfalls auf dem Umfang des Außenkreises 21 liegt, wobei sich der Umfangspunkt 22 des Innenkreises 20 danach wieder zum ersten Endpunkt 25 zurückbewegt. Die dadurch gebildete Bewegungsbahn 27 ist eine Gerade, die sich zwischen den beiden Endpunkten 25 und 26 erstreckt und die durch den Mittelpunkt 28 des Außenkreises 21 verläuft.
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Analog zum kardanischen Hypozykloid 19 der 3 besitzt das kardanische hypozykloidische Getriebe 18 gemäß 2 ein bezüglich des Fahrzeugaufbaus 6 drehfest angeordnetes Hohlrad 29 anstelle des Außenkreises 21, das eine Innenverzahnung 30 und einen Innendurchmesser 31 besitzt. Ferner ist das Getriebe 18 mit einem Planetenrad 32 ausgestattet, das dem Innenkreis 20 entspricht, das eine zur Innenverzahnung 30 komplementäre Außenverzahnung 33 aufweist und das einen Außendurchmesser 34 besitzt, der halb so groß ist wie der Innendurchmesser 31 des Hohlrads 29. Die zuvor genannte innere Anbindungsstelle 17 der oberen Querlenkeranordnung 5 ist im Bereich der Außenverzahnung 33, jedoch dazu axial versetzt, ortsfest am Planetenrad 32 angeordnet. Beispielsweise ist die Anbindungsstelle 17 mit Hilfe eines Lagerzapfens 35 realisiert, an den ein Lagerauge 36 eines Querlenkers 37 der oberen Querlenkeranordnung 5 bzw. um die Längsmittelachse 42 des Lagerzapfens 35 um eine Drehachse 42 drehbar gelagert ist. Der Lagerzapfen 35 ist dabei axial außerhalb des Hohlrads 29 drehfest mit dem Planetenrad 32 verbunden, wobei die Längsmittelachse 42 des Lagerzapfens 35 axial fluchtend zur Außenverzahnung 33 angeordnet ist. Die Längsmittelachse 42 des Lagerzapfens 35 definiert dabei die Drehachse bzw. das Drehzentrum der Anbindungsstelle 17 und entspricht dem Umfangspunkt 22 des geometrischen Modells aus 3.
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Das Getriebe 18 umfasst außerdem einen Planetenradträger 38, der koaxial zu einer Längsmittelachse 39 des Hohlrads 29 drehbar angeordnet ist und an dem das Planetenrad 32 bezüglich der Längsmittelachse 39 des Hohlrads 29 exzentrisch gelagert ist. Eine Drehachse 40 des Planetenrads 32 erstreckt sich dabei parallel zur Längsmittelachse 39 des Hohlrads 29. Der Stellantrieb 16 umfasst außerdem einen Motor 41 zum drehenden Antreiben des Planetenradträgers 38 um die Längsmittelachse 39 des Hohlrads 29. Zweckmäßig liegen die Längsmittelachse 39 des Hohlrads 29 und die innere Anbindungsstelle 17 bzw. die Längsmittelachse 42 des Lagerzapfens 35 in einer Verstellebene 43, die sich parallel zu einer Stellrichtung 44 erstreckt, in welcher die Anbindungsstelle 17 verstellt werden soll. Bevorzugt soll die Anbindungsstelle 17 ausschließlich in der Fahrzeugquerrichtung 13 verstellt werden. In diesem Fall verläuft die Stellrichtung 44 parallel zur Fahrzeugquerrichtung 13. In diesem Fall erstreckt sich dann auch die Ebene 43 parallel zur Fahrzeugquerrichtung 13, sodass es sich auch um eine Querebene oder Horizontalebene handelt.
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Entsprechend einer vorteilhaften, hier nicht gezeigten Ausführungsform, kann die obere Querlenkeranordnung 5 einen vorderen Querlenker und einen hinteren Querlenker aufweisen. Der vordere Querlenker ist dann über eine vordere Anbindungsstelle in ein vorderes Getriebe eingebunden, während der hintere Querlenker über eine hintere Anbindungsstelle in ein hinteres Getriebe eingebunden ist. Die beiden Getriebe sind dann baugleich ausgeführt, jedoch in einer Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandet. Im Einzelnen ist dann die vordere Anbindungsstelle an einem vorderen Planetenrad angeordnet, das in einem vorderen Hohlrad angeordnet ist. Die hintere Anbindungsstelle ist dann an einem hinteren Planetenrad angeordnet, das in einem hinteren Hohlrad angeordnet ist. Zweckmäßig sind jedoch die beiden Planetenräder an einem gemeinsamen Planetenradträger gelagert und mit Hilfe desselben Motors gemeinsam angetrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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