DE102014113261A1

DE102014113261A1 - Kraftfahrzeughinterachse mit elastischer Lagerung

Info

Publication number: DE102014113261A1
Application number: DE102014113261.0A
Authority: DE
Inventors: Rodscha Drabon; Peter Koczar
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2016-03-17
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: US20160075378A1; US9744823B2; DE102014113261B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hinterachsanordnung eines Kraftfahrzeuges (1), aufweisend zwei Einzelradaufhängungen mit jeweils mindestens zwei Lenkern (4, 5, 6) und einem Radträger, wobei die Lenker (4, 5, 6) eine Verbindung zwischen der Karosserie und dem Radträger herstellen und an ihren Enden über elastische Lager (7, 8) relativbeweglich gekoppelt sind und bei statischer Radlast die Räder (3) der Hinterachse in Vorspur (12) stehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein elastisches Lager (7) eines Lenkers (4) eine frequenzabhängige Lagersteifigkeit aufweist, derart, dass bei Geradeausfahrt und hochfrequenter dynamischer Radlast aufgrund einer zunehmenden Lagersteifigkeit des Lagers (7) eine Spuränderung in Nachspur (16) erfolgt und durch die Spuränderung in Nachspur (16) das Rad (3) in negativen Sturz (15) gedrückt wird und optional bei Kurvenfahrt eine elastische Verformung des Lagers (7) bei niederfrequenter Anregung eine Vorspur (12) der Räder (3) beibehält und/oder die Räder (3) in Vorspur (12) steuert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hinterachsanordnung eines Kraftfahrzeuges gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Bei Kraftfahrzeugen kommen in der Regel zwei Achsen an einem Kraftfahrzeug zum Einsatz. Dies ist zum einen die gelenkte Vorderachse, zum anderen die ungelenkte Hinterachse. Die Räder jeder Achse weisen dabei eine Einstellung in Spur und Sturz auf, welche sich aufgrund der kinematischen Koppelung des Rades mit einem Achshilfsrahmen oder aber mit der Karosserie während des Fahrzustandes ändern.
Insbesondere bei der Hinterachse wird zur Erreichung eines stabilen Fahrzustandes, insbesondere bei Kurvenfahrten angestrebt eine erhöhte Seitenführungskraft zu erreichen, so dass ein kritischer Fahrzustand bei Übersteuern des Kraftfahrzeuges vermieden wird. Dies ist auch als Ausbrechen des Hecks bekannt.
Bei den Radaufhängungen sind verschiedene Systeme aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere sind jedoch Einzelradaufhängungen bekannt, bei denen ein jedes Rad einzeln relativ beweglich zu der Karosserie gekoppelt ist. Entweder erfolgt die Anbindung direkt am Lageranbindungspunkt an der Karosserie oder alternativ sind zumindest ein Teil der Lenker mit einem Achshilfsrahmen verbunden.
Insbesondere Mehrlenkerradaufhängungen bieten die Möglichkeit durch Einsatz von mindestens drei, insbesondere vier oder auch fünf einzelnen Lenkern eine derart kinematische Koppelung des Rades bzw. des Radträgers mit der Karosserie herzustellen, so dass sich umfangreiche Spur- und Sturzeinstellungen während des Fahrzustandes aufgrund der kinematischen Koppelung ergeben.
Nunmehr ist es bekannt, durch verschiedene technische Maßnahmen zusätzlich den Fahrzustand zu beeinflussen. Beispielsweise sind hierzu Hinterachsen bekannt, die über einen aktuatorischen Stellantrieb ein Nachlenken derart erfahren, dass Spur- und/oder Sturz jeweils zusätzlich aktiv in der gewünschten Position des Rades eingestellt werden. Nachteilig bei einem solchen System sind jedoch die hohen damit verbundenen Herstellungskosten aufgrund des Einsatzes von aktuatorischem Stellantrieb sowie die erhöhten Wartungs- und Instandhaltungskosten eines solchen Systems.
Aus der DE 197 21 754 B4 ist eine Radaufhängung bekannt, bei der über ein elastisches Lenkerlager eine Vorspuränderung des Rades unter Einwirkung von Seitenkräften auf das Rad bei Kurvenfahrt erfolgt.
Ferner ist aus der DE 37 13 787 C2 eine Mehrlenkerradaufhängung bekannt, bei der in Abhängigkeit der aufgebrachten Seitenkraft eine elastische Verformung eines Lagers zu einer gewünschte Radführungsposition führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik eine Hinterachsaufhängung bereitzustellen, die in Bezug auf Agilität und Reifenverschleiß gegenüber bekannten Hinterachsen verbessert ist und gleichzeitig bei hohen Geschwindigkeiten eine verbesserte Fahrstabilität des Kraftfahrzeuges erreicht.
Die Hinterachsanordnung eines Kraftfahrzeuges weist zwei Einzelradaufhängungen mit jeweils mindestens zwei Lenkern, insbesondere drei Lenkern, bevorzugt vier Lenkern und besonders bevorzugt fünf Lenkern und einem Radträger auf. Die Lenker stellen eine Verbindung zwischen der Karosserie und dem Radträger her, wobei die Enden der Lenker über Lager relativ beweglich gekoppelt sind und bei statischer Radlast die Räder der Hinterachse in Vorspur stehen. Jedes Rad ist somit an einem Radträger befestigt und der Radträger zum Einfedern bzw. Ausfedern über Lenker relativ beweglich zu der Karosserie gekoppelt. Die Koppelung der Lenker an die Karosserie kann entweder unmittelbar an die Karosserie und/oder an einen Achshilfsrahmen erfolgen. Als Lager kommen insbesondere Gummimetalllager jedoch in einfachster Form auch nur ein Lager mit einem Drehfreiheitsgrad zum Einsatz.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass mindestens ein Lager eines Lenkers, bevorzugt die zwei Lager des einen Lenkers, mithin das radträgerseitige Lager und das karosserieseitige Lager eine frequenzabhängige Lagersteifigkeit aufweisen. Die frequenzabhängige Lagersteifigkeit wird derart ausgebildet, dass bei Geradeausfahrt und hochfrequenter dynamischer Radlast die Lagersteifigkeit des Lagers zunimmt und eine Spuränderung in Nachspur erfolgt. Durch die Spuränderung in Nachspur wird das Rad in negativen Sturz gedrückt.
Optional ist ferner erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei Kurvenfahrt eine elastische Verformung des Lagers an dem kurvenäußeren Rad bei niederfrequenter Anregung eine Vorspur des Rades beibehält und/oder das Rad in Vorspur steuert.
Grundsätzlich ist die kinematische Koppelung der jeweiligen Radaufhängung derart ausgebildet, dass eine entsprechende Spur- bzw. Sturzeinstellung abhängig von dem jeweiligen Einfederungs- bzw. Ausfederungsweg des Rades ist. Durch die frequenzabhängige Lagersteifigkeit wird die jeweils eingenommene Spur- bzw. Sturzeinstellung verstärkt oder vermindert. Somit ist die Hinterachsaufhängung derart ausgelegt, dass bei niederfrequenter dynamischer Radlast, mithin quasistatischer Anregung, das jeweilige Rad rein kinematisch in Nachspur steuert. Eine derartige Spuränderung erfolgt insbesondere seitenkraftfrei, so dass über die gyroskopischen Effekte des rollenden Rades durch die Nachspuränderung das Rad in negativen Sturz versetzt wird.
Bei hochfrequenter Fahrbahnanregung soll nunmehr durch die zunehmende Lagersteifigkeit des frequenzabhängigen Lagers eine Verhärtung vorgenommen werden, so dass das Rad immer initial durch die Spuränderung in Nachspur zusätzlich in Richtung negativen Sturz gedrückt wird. Hierdurch ist als Effekt zu verzeichnen, dass der Fahrkomfort erhöht wird und gleichzeitig der Reifenverschleiß reduziert wird, aufgrund weniger dynamischen Relativbewegungen in der Radaufstandsfläche.
Optional ist sowohl die Kinematik der Radaufhängung als auch die frequenzabhängige Lagersteifigkeit derart auszulegen, dass bei Kurvenfahrt mit niederfrequenter Anregung mithin der quasistatischen auf die Räder auftretenden Seitenkraft der Lenker mit dem frequenzabhängigen Lager das Rad in Richtung Vorspur steuert bzw. sofern eine Vorspur bereits eingenommen ist, diese beibehalten wird. Durch die Vorspur der Hinterachse bei Kurvenfahrt wird insbesondere die Fahrstabilität gesteigert, da ein Übersteuern verhindert wird. Dies wird insbesondere realisiert durch eine elastische Verformung des mindestens einen Lagers mit frequenzabhängiger Lagersteifigkeit. Der niederfrequente Bereich liegt dabei bei einer Frequenz von bevorzugt unter 2 Hz.
Bei der besonders bevorzugten Ausführungsvariante ist bei einer Mehrlenkeranordnung, welche insbesondere für ein Rad aus mindestens drei Lenkern ausgebildet ist, der in Fahrtrichtung zeigende vordere Lenker mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung mindestens eines Lagers mit frequenzabhängiger Lagersteifigkeit ausgebildet. Bevorzugt sind zwei Lager vorgesehen, welche jeweils eine frequenzabhängige Lagersteifigkeit aufweisen, insbesondere sind die frequenzabhängigen Lagersteifigkeiten beider Lager gleich.
Das Lager mit frequenzabhängiger Lagersteifigkeit wird bevorzugt in Form eines Hydrolagers ausgebildet. Ein Hydrolager bietet dabei die Möglichkeit durch das Zusammenspiel von gummielastischen Komponenten sowie unter Eingliederung eines Hydraulikmediums unter dynamischen Betriebsbedingungen ein komplexes interagierendes Fluidstruktursystem bereitzustellen. Hierbei sind mittelbare Effekte durch ein hyperelastisches nicht lineares Materialverhalten des Gummikörpers in Verbindung mit einem Fließverhalten der viskosen Flüssigkeit sowie auftretendem Kontakt des Gummikörpers mit Wänden zu verzeichnen, durch das die gewünschten Eigenschaften des Hydrolagers gezielt auslegbar sind. Dies erfolgt im Rahmen der Erfindung unter Abhängigkeit der jeweiligen Anregungsfrequenz in Abstimmung auf die auftretende Kraft, beispielsweise durch geeignete Wahl der Viskosität des verwendeten Hydraulikmediums.
Das Lager ist dabei insbesondere in Form eines zylindrischen Lagers ausgebildet, wobei dessen Mittellängsachse in Hauptrichtung gerichtet in Fahrzeuglängsrichtung orientiert verläuft, so dass die durch den Lenker eingeleiteten Radführungskräfte in Radialrichtung in das Lager, insbesondere in das Hydrolager eingeleitet werden. Hierzu sind die jeweiligen Lenker bevorzugt als Stablenker ausgebildet.
Das frequenzabhängige Lager ist insbesondere mit einer nicht linear verlaufenden Lagersteifigkeit derart ausgelegt, dass es bei höher frequenter Anregung in einem Bereich von insbesondere über 2 Hz eine höhere Lagersteifigkeit aufweist, wobei bei niederfrequenter Anregung insbesondere unter 2 Hz demgegenüber geringere Lagersteifigkeit, besonders bevorzugt kombiniert mit elastischer Verformbarkeit gegebenen ist.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungen werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
1a und b eine Schnittansicht in Kraftfahrzeugquerrichtung und eine Schnittansicht in Kraftfahrzeugvertikalrichtung bei statischer Radlast,
2a und b die Ansichten aus 1 bei Beaufschlagung mit zusätzlich dynamischer Radlast bei Geradeausfahrt und
3a und b die Schnittansichten aus 1 bei Kurvenfahrt durch eine Linkskurve.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
1 zeigt im Falle von 1a eine Querschnittsansicht durch ein Kraftfahrzeug 1 in Hinteransicht in Kraftfahrzeuglängsrichtung gemäß der Schnittlinie I-I aus 1b. 1b zeigt eine Schnittansicht in Draufsicht aus Blickrichtung der Kraftfahrzeugvertikalrichtung auf eine Hinterachse eines Kraftfahrzeuges 1.
1a zeigt ein Kraftfahrzeug 1 aufweisend eine Hinterachsanordnung 2 mit jeweils einem Rad 3, wobei das Rad 3 über mehrere, insbesondere hier dargestellt drei Lenker 4, 5, 6 mit der Kraftfahrzeugkarosserie 9 gekoppelt ist. Es handelt sich dabei um eine Einzelradaufhängung, so dass das jeweilige Rad 3 einer Kraftfahrzeugseite jeweils einzeln mit der Kraftfahrzeugkarosserie 9 gekoppelt ist. Am Rad 3 ist ein nicht näher dargestellter Radträger verbaut, an dem wiederum die Enden der Lenker 4, 5, 6 mittels Lagern 7, 8 gekoppelt sind, wobei die Lager 8 der Lenker 5 und 6 vorzugsweise handelsübliche Gummimetalllager sind und die Lager 7 des Lenkers 4 erfindungsgemäße Lager 7, insbesondere Hydrolager mit frequenzabhängiger Lagersteifigkeit.
Ist nun der Fahrzeugschwerpunkt 10 mit dem Fahrzeuggewicht 11 belastet, so liegt an jedem Rad 3 eine statische Radlast an. Hierbei ist das Fahrzeug gemäß 1b derart eingestellt, dass sich an den Rädern 3 eine Vorspur 12 ergibt, angedeutet durch die Mittellinien, welche durch die Räder 3 verlaufen und in Richtung Fahrzeugfront bzw. Fahrtrichtung 13 aufeinander zulaufen.
Wird nunmehr gemäß 2a das Fahrzeuggewicht 14 um eine entsprechende Einfederungskraft auftretend, beispielsweise durch dynamische Radlast oder zunehmende Beladung des Kraftfahrzeuges 1 erhöht, so ergibt sich aufgrund der kinematischen Koppelung aller Lenker 4, 5, 6 mit der Kraftfahrzeugkarosserie 9 ein negativer Sturz 15. Dieser Effekt wird bei einer hochfrequenten Fahrbahnanregung, mithin insbesondere bei einer hohen Geschwindigkeit bei Geradeausfahrt gemäß 2b durch den in Fahrtrichtung 13 dargestellten ersten Lenker 4 und dessen Lager 7 mit frequenzabhängiger Lagersteifigkeit verstärkt, so dass die Räder 3 nach außen gedrückt werden und stärker initial in Nachspur 16 sich verstellen. Durch die Spuränderung in Nachspur 16 werden gleichzeitig die Räder 3 gemäß 2a verstärkt in negativen Sturz 15 gedrückt.
Erfolgt nunmehr gemäß 3a und b eine Kurvenfahrt mit quasistatisch auftretender Seitenkraft, so erfolgt hier eine niederfrequente Anregung, so dass die seitliche Radführungskraft 17 in die Lager 7, 8 der Lenker 4, 5, 6 radial eingeleitet wird. Aufgrund der Frequenzabhängigkeit des Lagers 7 des Lenkers 4 verformt sich das Lager 7 stärker, da die Lagersteifigkeit bei niederfrequenter Anregung geringer ist und sich somit das Lager 7 entsprechend elastisch verformen kann und dreht gemäß 3b, das kurvenäußere Rad 3ka wiederum in Vorspur 12 bzw. behält die bereits vorhandene Vorspur 12 bei. Aufgrund der Vorspur 12 bei Kurvenfahrt kann das Rad 3 eine höhere Seitenführungskraft aufbauen, so dass wiederum ein Übersteuern vermieden wird.
Bei dem kurveninneren Rad 3ki wird die Vorspur aufgrund der kinematischen Koppelung des Rades mit der Karosserie in der Kurvenfahrt eingestellt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Hinterachsanordnung
3: Rad
3ka: kurvenäußeres Rad
3ki: kurveninneres Rad
4: Lenker zu 7
5: Lenker
6: Lenker
7: Lager zu 4
8: Lager zu 5, 6
9: Kraftfahrzeugkarosserie
10: Fahrzeugschwerpunkt
11: Fahrzeuggewicht
12: Vorspur
13: Fahrtrichtung
14: Fahrzeuggewicht + Einfederung
15: negativer Sturz
16: Nachspur
17: seitliche Radführungskraft
18: Zentrifugalkraft
G: Geradeausfahrt
K: Kurvenfahrt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19721754 B4 [0007]
DE 3713787 C2 [0008]

Claims

Hinterachsanordnung eines Kraftfahrzeuges (1), aufweisend zwei Einzelradaufhängungen mit jeweils mindestens zwei Lenkern (4, 5, 6) und einem Radträger, wobei die Lenker (4, 5, 6) eine Verbindung zwischen der Karosserie und dem Radträger herstellen und an ihren Enden über Lager (7, 8) relativbeweglich gekoppelt sind und bei statischer Radlast die Räder (3) der Hinterachse in Vorspur (12) stehen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elastisches Lager (7) eines Lenkers (4) eine frequenzabhängige Lagersteifigkeit aufweist, derart, dass bei Geradeausfahrt und hochfrequenter dynamischer Radlast aufgrund einer zunehmenden Lagersteifigkeit des Lagers (7) eine Spuränderung in Nachspur (16) erfolgt und durch die Spuränderung in Nachspur (16) das Rad (3) in negativen Sturz (15) gedrückt wird.
Hinterachsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kurvenfahrt eine elastische Verformung des Lagers (7) bei niederfrequenter Anregung eine Vorspur (12) des kurvenäußeren Rades (3ka) beibehält und/oder das kurvenäußere Rad (3ka) in Vorspur (12) steuert.
Hinterachsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Lager (7) ein Hydrolager ist.
Hinterachsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (4) mit dem mindestens einen elastisches Lager (7) ein Stablenker ist und die übertragene Kraft als Radialkraft in das Lager (7) eingeleitet wird.
Hinterachsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Lager (7) eine nicht lineare Lagersteifigkeit aufweist, wobei das elastische Lager (7) bei höherfrequenter Anregung insbesondere über 2 Hz einer höhere Lagersteifigkeit aufweist und bei niederfrequenter Anregung eine demgegenüber geringere Lagersteifigkeit aufweist und insbesondere elastisch verformbar ist.
Hinterachsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenker (4) mit dem elastischen Lager (7) in Fahrtrichtung vor den anderen Lenkern (5, 6) der gleichen Radaufhängung angeordnet ist, wobei der Lenker (4) in Kraftfahrzeugquerrichtung orientiert verlaufend ist.
Hinterachsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spuränderung in Nachspur (16) aufgrund der kinematischen Koppelung des Lenkers (4) mit dem elastischen Lager (7) eingestellt wird.
Hinterachsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die kinematische Koppelung des Lenkers (4) mit dem elastischen Lager (7) derart ausgebildet ist, dass bei niederfrequenter dynamischer Radlast das Rad (3) in Richtung Nachspur (16) drückt und die Spuränderung in Nachspur (16) einen negativen Sturz (15) einstellt.