DE102014003220A1

DE102014003220A1 - Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102014003220A1
Application number: DE102014003220.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Schindler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2014-03-05
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: DE102014003220B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrzeugrad eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit einem Lenkerverband aus Lenkern (12, 14, 16, 18), die an aufbauseitigen Schwenklagerstellen (19) am Fahrzeugaufbau und an radträgerseitigen Schwenklagerstellen (30, 34) an einem Radträger (20) angelenkt sind. Erfindungsgemäß ist zumindest eine radträgerseitige Schwenklagerstelle (30), insbesondere mittels einer elektrisch ansteuerbaren Stelleinrichtung (44, 48, 54), mit Bezug auf den Radträger (20) um einen Verstellweg (Δx) hubverstellbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Räder eines zweispurigen Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine Radaufhängung der gattungsgemäßen Art ist beispielsweise in der EP 0 289 889 B1 beschrieben, bei der die Lenker der unteren und oberen Lenkerebene durch aufgelöste Lenker bzw. Einzellenker gebildet sind, die am Radträger an zueinander beabstandeten Gelenkköpfen angelenkt sind. Der Vorteil einer derartigen Konstruktion besteht darin, dass die gedachten Verlängerungen der Lenkerlagerungen eine virtuelle Lenkachse des Rades definieren, die hinsichtlich u. a. der Spreizachse, des Radsturzes, des Lenkrollradius und bei angetriebenen Rädern des Störkrafthebelarms unabhängig von baulichen Zwängen (zum Beispiel Freigang des Rades innerhalb des Radhauses) günstig bestimmen lassen.
Der Störkrafthebelarm ist als die Strecke zwischen dem Kreuzungspunkt der horizontalen Radachse mit der Radmittelebene und dem Kreuzungspunkt der Radachse mit der virtuellen Lenkachse definiert. Der Störkrafthebelarm und auch der Lenkrollradius ist bei angetriebenen Fahrzeugachsen möglichst klein zu halten, damit der Fahrer keine Schwingungen durch Radunwuchten, Antriebs- oder Bremsschwankungen wahrnimmt.
Aus der weiteren JPH 06183242 ist eine Vierlenker-Vorderachse mit einem in der oberen Lenkerebene als Aktor ausgebildeten aktiven Lenker. Durch eine Längenänderung des aktiven Lenkers können Kinematikpunkte des Lenkers variiert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radaufhängung bereitzustellen, bei der ausgehend von der konstruktiven, kinematischen Auslegung eine weitere, insbesondere fahrdynamische Anpassung der Kinematikeigenschaften erzielbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass zumindest eine der radträgerseitigen Schwenklagerstelle der Lenker nicht ortsfest am Radträger ausgebildet ist, sondern vielmehr am Radträger relativ zu den weiteren radträgerseitigen Schwenklagerstellen hubverstellbar (zum Beispiel in der Fahrzeugquer- oder -längs- oder -hochrichtung) ausgebildet ist. Damit ist es möglich, über die konstruktiv vorgegebene Kinematik der Radaufhängung die Lenkachse, den Radsturz und den besagten Störkrafthebelarm zusätzlich abhängig von fahrdynamischen Zuständen (hohe Antriebsmomente, Bremsmomente, Kurvenagilität) des Kraftfahrzeugs günstig zu beeinflussen bzw. die konstruktiven Freiheitsgrade in der Auslegung der Radaufhängung zu erweitern. Die Verstellung kann insbesondere elektronisch über ein gegebenenfalls im Kraftfahrzeug vorhandenes Fahrstabilitätsprogramm erfolgen.
Es wird daher erfindungsgemäß kein aus dem obigen Stand der Technik bekannter aktive Lenker verwendet, sondern vielmehr eine aktiv verstellbar Schwenklagerstelle mit zugehörigem starren Lenker. Die Schwenklagerstelle ist mittels eines ansteuerbaren Aktors (bzw. einer Stelleinrichtung) hubverstellbar. Auf diese Weise kann der Spreizwinkel in der oberen oder unteren Lenkerebene bei unterschiedlichen Fahrsituationen immer optimal eingestellt werden.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass radträgerseitig bereits eine geringfügige Hubverstellung der Schwenklagerstelle ausreicht, um den Pol zum Beispiel entweder weiter nach radaußen oder nach radinnen zu verstellen. Eine solches aktiv verstellbare radträgerseitige Schwenklagerstelle ist auch im Hinblick auf eine Ausfallsicherheit vorteilhaft: So bleibt bei einem Ausfall des mit der Schwenklagerstelle zusammenwirkenden Aktors der letzte Kinematikpunkt des Schwenklagers erhalten und ist das Fahrzeug somit nach wie vor noch sicher fahrbar.
Besonders bevorzugt kann die verstellbare Lageraufnahme über eine Schiebeführung am Radträger gehalten und mittels einer Stelleinrichtung verschiebbar sein; alternativ könnte aber auch eine Exzenterverstellung vorgesehen sein. Die Schiebeführung kann bevorzugt als robuste Schwalbenschwanzführung ausgeführt sein, die auf die am Radträger auftretenden Radlasten und Radmomente ausgelegt und reibungsoptimiert ausgelegt sein kann.
Des Weiteren kann die Stelleinrichtung durch eine am Radträger axial unverschiebliche, drehbare Gewindespindel gebildet sein, die in ein Innengewinde des Gelenkkopfs eingreift und die elektromotorisch betätigbar ist. Die Gewindespindel kann so ausgeführt sein, dass sie selbsthemmend wirkt (Ausfallsicherheit) und nur geringe Verstellkräfte erfordert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass eine Verstellung des korrespondierenden Gelenkkopfes in der Regel nicht mehr als wenige mm erfordert und zudem abhängig von der Pfeilung der Einzellenker bzw. deren Winkellage ist.
Der am Gelenkkopf befestigte Elektromotor kann in vorteilhafter Weise über ein Übersetzungsgetriebe auf die Gewindespindel abtreiben. Dies ermöglicht den Einsatz eines gewichtsgünstigen Elektromotors geringerem Abtriebsmoments.
Das Übersetzungsgetriebe kann insbesondere durch einen Umschlingungstrieb mit einem antreibenden Zahnrad am Elektromotor, einem abtreibenden Zahnrad auf der Gewindespindel und mit einem Umschlingungsmittel, insbesondere einem Zahnriemen, gebildet sein.
Die Ausrichtung der Schiebeführung des verstellbaren Gelenkkopfs ist bevorzugt in Verbindung mit der Pfeilung der Einzellenker so ausgelegt, dass die virtuelle Lenkachse, der Radsturz und/oder der Störkrafthebelarm mit gezieltem Vorrang verstellbar sind.
Schließlich kann bei einer oberen und unteren Lenkerebene der Radaufhängung mit Einzellenkern und einem unteren Lenkarm am Radträger, an dem die Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs über eine Spurstange angelenkt ist, ein Gelenkkopf der oberen Lenkerebene verstellbar ausgebildet sein. Dabei ist es von Vorteil, dass die obere Lenkerebene ohne Traggelenke weniger stark im Fahrbetrieb belastet ist und somit geringere Stellkräfte und geringere Beanspruchungen der Stelleinrichtung anliegen.
Bei der obigen Ausführungsform kann der Radträger einen in der Fahrzeughochrichtung nach oben abragenden Tragarm aufweisen. An dessen oberem Ende kann sowohl die ortsfeste radträgerseitige Schwenklagerstelle als auch die hubverstellbare radträgerseitige Schwenklagerstelleausgebildet sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in raumbildlicher Darstellung eine vordere Radaufhängung für gelenkte Räder von Kraftfahrzeugen, mit in der oberen und unteren Lenkerebene angeordneten Einzellenkern, die an zueinander beabstandeten Gelenkköpfen des Radträgers angelenkt sind, wobei eine Schwenklagerstelle (Gelenkkopf) der oberen Lenkerebene über eine Stelleinrichtung verstellbar ausgeführt ist;
2 die Stelleinrichtung der über eine Schiebeführung am Radträger verstellbaren Lageraufnahme, die mittels eines Elektromotors, eines Umschlingungstriebs und einer Gewindespindel verstellbar ist; und
3 den oberen Abschnitt des Radträgers mit der Schiebeführung für die Lageraufnahme (Gelenkkopf) gemäß 2.
In der 1 ist soweit für das Verständnis der Erfindung erforderlich eine linksseitige, vordere Radaufhängung 10 für ein gelenktes Rad eines Kraftfahrzeuges dargestellt, mit einer unteren Lenkerebene mit Einzellenkern 12, 14 und einer oberen Lenkerebene mit Einzellenkern 16, 18, an denen ein Radträger 20 für ein angetriebenes Vorderrad (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs geführt ist. An einem vom Radträger 20 abragenden Lenkarm 22 ist die Spurstange 24 einer nicht weiter dargestellten Lenkeinrichtung, insbesondere einer Zahnstangenlenkung, angelenkt.
Die Einzellenker 12, 14, 16, 18 sind an aufbauseitigen Schwenklagerstellen 19 über Schwenkachsen 28 am Aufbau des Kraftfahrzeugs (oder an einem Hilfsrahmen) angelenkt und an radträgerseitigen Schwenklagerstellen 30, 34 mit dem Radträger 20 verbunden. Die radträgerseitigen Schwenklagerstellen 30, 34 sind hier beispielhaft durch einen radträgerseitigen Gelenkzapfen 31 und durch ein damit zusammenwirkendes lenkerseitiges Lagerauge 33 des jeweiligen Lenkers gebildet ist. Der in der 1 gezeigte Radträger 20 weist einen in der Fahrzeughochrichtung z nach oben abragenden Tragarm 22 auf, an dessen oberem Ende sowohl die ortsfeste radträgerseitige Schwenklagerstelle 34 als auch die hubverstellbare radträgerseitige Schwenklagerstelle 30 ausgebildet sind.
Das korrespondierende Vorderrad, die Radlagerung, die Tragfeder und der Teleskop-Stopdämpfer der Radaufhängung 10 sind nicht dargestellt und können bekannter Bauweise sein.
Die Einzellenkern 16, 18 der oberen Lenkerebene spannen einen in Richtung auf den Radträger 20 konvergierenden Winkel auf. Die radträgerseitige Schwenklagerstelle 30 des in der Fahrtrichtung F vorne liegenden Einzellenkers 16 ist an einem verstellbaren Lagerschlitten (2) hubverstellbar angeordnet. Die radträgerseitige Schwenklagerstelle 30, 34 des hinten liegenden Einzellenkers 18 weist dagegen einen ortsfest am Radträger 20 befestigten Gelenkzapfen 31 auf.
Auch die Einzellenker 12, 14 der unteren Lenkerebene können gegebenenfalls über deren Gelenke (nicht ersichtlich) an zueinander beabstandeten Gelenkköpfen bzw. Schwenklagerstellen des Radträgers 20 fixiert sein.
Daraus resultiert eine Lenkachse für das Vorderrad, die sich aus den gedachten Wirklinien der Einzellenker 16, 18 bzw. gegebenenfalls 12, 14 an deren Polen (Kreuzungspunkten) ergibt. Dies ist in der 1 an der oberen Lenkerebene 16, 18 übertrieben dargestellt und zeigt, dass bei einer Verstellung der Lageraufnahme 32 im Wesentlichen parallel oder schräg zur Fahrzeuglängsrichtung x und bedingt auch durch die Pfeilung der Einzellenker 16, 18 die Lenkachse von P beispielsweise nach P1 oder P2 verschoben werden kann, wobei dies den Radsturz und den Störkrafthebelarm im Bereich der Radmitte (Störkrafthebelarm = Abstand zwischen der Lenkachse und der Radmittelebene in der Raddrehachse; vergleiche die in der Beschreibungseinleitung genannte EP 0 289 889 ) entsprechend verändert. Der Lenkwinkel (Spur) des Rads bleibt durch den im Bereich der unteren Lenkerebene angeordneten Lenkarm 22 des Radträgers 20 unverändert.
Die verstellbare Lageraufnahme 32 der Schwenklagerstelle 30 weist eine Aufnahmebohrung 36 (2) für den Gelenkzapfen 31 (nicht dargestellt) auf und ist über eine Schiebeführung 38 bzw. Schwalbenschwanzführung (3) in Richtung des Doppelpfeils 40 (2) am Radträger 20 verschiebbar geführt.
Ferner ist am Radträger 20 eine Gewindespindel 44 angeordnet. Diese ist in einer in einer Lagerausnehmung 42 axial unverschieblich, jedoch drehbar gelagert und in ein in die verstellbare Lageraufnahme 31 eingearbeitetes Innengewinde (nicht ersichtlich) eingeschraubt. Durch Verdrehen der Gewindespindel 44 kann somit die Lageraufnahme 31 bzw. der Gelenkkopf relativ zum Radträger 20 entlang der Schiebeführung 38 verstellt werden.
Am freien Ende der Gewindespindel 44 (2) ist ein Zahnrad 46 ausgebildet, dass als Teil eines Umschlingungstriebs 48, insbesondere eines Zahnradtriebs, über einen Zahnriemen 50 mit einem antreibenden Zahnrad 52 trieblich verbunden ist. Das antreibende Zahnrad 52 sitzt auf der Antriebswelle (nicht ersichtlich) eines Elektromotors 54, dessen Gehäuse an der verstellbare Lageraufnahme 31 des Radträgers 20 befestigt ist.
Über die selbsthemmend ausgelegte Gewindespindel 44 kann bei entsprechender Ansteuerung des Elektromotors 54 und über den Umschlingungstrieb 48 die verstellbare Lageraufnahme 32 mit der Schwenklagerstelle 30 an dem Einzellenker 16 relativ zur radträgerfesten Schwenklagerstelle 34 entlang der Schiebeführung 38 gezielt verstellt werden, um somit die unterschiedlichen Positionen der Pole P, P1 oder P2 bzw. die daraus resultierenden, unterschiedlichen Lenkachsen bei verändertem Radsturz, Störkrafthebelarm, etc. einzustellen. Die Verstellbewegung der Lageraufnahme 32 relativ zur Gewindespindel 44 kann über das Zahnrad 46 bei entsprechend breiter Auslegung ausgeglichen werden.
Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel könnte zusätzlich oder alternativ auch eine radträgerseitige Schwenklagerstelle der unteren Lenkerebene 12, 14 am Radträger 20, wie beschrieben, verstellbar ausgeführt sein, um Modifikationen an der Kinematik der Radaufhängung 10 bzw. der Lenkachse für das Rad zu ermöglichen.
Die Stelleinrichtung bzw. insbesondere die Schiebeführung 38 und die Lagerung der Gewindespindel 44 kann reibungsoptimiert ausgeführt und innerhalb einer schützenden Abdeckung (Gummimanschette, etc.) angeordnet sein (nicht dargestellt).
Der Elektromotor 54 kann bevorzugt an ein modifiziertes Fahrstabilitätsprogramm des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein, um eine Verstellung der Lenkachse P bei starken Fahrzeugbeschleunigungen, bei Bremsmanövern, bei hohen Seitenkräften an der Radaufhängung 10, bei Radschwingungen, etc. zu steuern.
Mit dem so bereitgestellten Verschiebemechanismus kann der Lagerabstand zwischen den beiden Schwenklagerstellen 32, 34 eingestellt werden, das heißt die beiden Schwenklagerstellen 32, 34 können auseinander und zusammengeschoben werden. Der Störkrafthebelarm, der Lenkrollhalbmesser sowie der Sturz und weitere achskinematischen Kenngrößen sind somit aktiv beeinflussbar und können beim Bremsvorgang bzw. beim frei rollenden Rad unter Anderem Lenkradschwingungen entgegenwirken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0289889 B1 [0002]
JP 06183242 [0004]
EP 0289889 [0026]

Claims

Radaufhängung für Fahrzeugräder eines zweispurigen Kraftfahrzeugs, mit einem Lenkerverband aus Lenkern (12, 14, 16, 18), die an aufbauseitigen Schwenklagerstellen (19) am Fahrzeugaufbau und an radträgerseitigen Schwenklagerstellen (30, 34) an einem Radträger (20) angelenkt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine radträgerseitige Schwenklagerstelle (30), insbesondere mittels einer elektrisch ansteuerbaren Stelleinrichtung (44, 48, 54), mit Bezug auf den Radträger (20) um einen Verstellweg (Δx) hubverstellbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radträgerseitige Schwenklagerstelle (30) durch eine radträgerseitige Lageraufnahme (31), etwa ein Gelenkzapfen oder Gelenkkopf, und durch eine damit zusammenwirkende lenkerseitige Lagerkontur (33), etwa ein Lagerauge des Lenkers (16), gebildet ist.
Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radträgerseitige Lageraufnahme (31) der Schwenklagerstelle (30) als ein separates Bauteil am Radträger (20) hubverstellbar geführt ist, und dass insbesondere die verstellbare radträgerseitige Lageraufnahme (31) über eine Schiebeführung (38) am Radträger (20) gehalten und mittels der Stelleinrichtung (44, 48, 54) verstellbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeführung (38) als Schwalbenschwanzführung ausgeführt ist.
Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (44, 48, 54) durch eine am Radträger (20) axial unverschiebliche, drehbare Gewindespindel (44) gebildet ist, die in ein Innengewinde der Lageraufnahme (31) eingreift und die elektromotorisch betätigbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Lageraufnahme (31) ein Elektromotor (54) befestigt ist, der über ein Übersetzungsgetriebe (48) auf die Gewindespindel (44) abtreibt.
Radaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsgetriebe ein Umschlingungstrieb (48) mit einem antreibenden Zahnrad (52) am Elektromotor (54), einem abtreibenden Zahnrad (46) auf der Gewindespindel (44) und mit einem Umschlingungsmittel, insbesondere einem Zahnriemen (50) ist.
Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hubverstellbare radseitige Schwenklagerstelle (30) zusammen mit einer ortsfest am Radträger (20) gebildeten radseitigen Schwenklagerstelle (34) in einer gemeinsamen Lenkerebene angeordnet sind, und dass die beiden Schwenklagerstellen (30, 34) über einen Lagerabstand voneinander beabstandet sind sowie die daran angelenkten Einzellenker (16, 18) zueinander gepfeilt angeordnet sind, wobei die gedachte Verlängerung der Wirklinien der Einzellenker (16, 18) eine virtuelle Schwenkachse des Radträgers (20) definieren.
Radaufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiebeführung (38) der verstellbaren Lageraufnahme (31) in Verbindung mit der Pfeilung der Einzellenker (16, 18) so ausgelegt ist, dass die virtuelle Lenkachse (P), der Radsturz und/oder ein Störkrafthebelarm gezielt verstellbar sind.
Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer oberen und unteren Lenkerebene mit Einzellenkern (12, 14, 16, 18) und einem unteren Lenkarm (22) am Radträger (20), an dem eine Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs über eine Spurstange (24) angelenkt ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Radträger (20) einen in der Fahrzeughochrichtung (z) nach oben abragenden Tragarm (22) aufweist, an dessen oberem Ende sowohl die ortsfeste radträgerseitige Schwenklagerstelle (34) als auch die hubverstellbare radträgerseitige Schwenklagerstelle (30) ausgebildet sind.