DE102015009667B4

DE102015009667B4 - Radaufhängung für eine Fahrzeug-Hinterachse

Info

Publication number: DE102015009667B4
Application number: DE102015009667.2A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Langhoff; Andreas Ottinger; Vladimir Idelevitch
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-07-25
Filing date: 2015-07-25
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2035-07-26
Also published as: DE102015009667A1

Abstract

Radaufhängung für eine Hinterachse (1) eines zweispurigen Fahrzeugs, mit zwei in der Fahrzeugquerrichtung (y) gegenüberliegenden Radträgern (2), von denen jeder über einen Lenkerverband (5) an einem, an einem Fahrzeugaufbau (19) anbindbaren Antriebsaggregat (7) angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (7) unter Zwischenlage einer Einheit (17) zur Spurverstellung eines Hinterrads (3) am Fahrzeugaufbau (19) angebunden ist, mittels der bei Einwirkung einer Längs-/Seitenkraft (Fs) auf das Hinterrad (3) das Antriebsaggregat (7) unter Einstellung einer Vor- oder Nachspur um einen Querversatz (Δy) querverlagerbar ist, und dass der Lenkerverband (5) starrer an den Anlenkstellen (15) am Antriebsaggregat (7) angelenkt ist als die Einheit (17) am Fahrzeugaufbau (19).

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für eine Hinterachse eines zweispurigen Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 oder nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 6.
Bei einem zumindest teilweise elektrisch betriebenen zweispurigen Kraftfahrzeug kann an dessen Hinterachse jedem der Hinterräder eine Elektromaschine zugeordnet sein. Die Elektromaschinen der Hinterachse können im Fahrbetrieb voneinander unabhängig mittels einer zentralen Steuereinheit mit einer Momentenvorgabe ansteuerbar sein.
Aus der FR 2 691 930 A1 ist eine gattungsgemäße Radaufhängung für eine solche Fahrzeug-Hinterachse bekannt. Die beiden in der Fahrzeugquerrichtung einander gegenüberliegenden Radträger sind jeweils über einen Lenkerverband an einer, am Fahrzeugaufbau angebundenen Elektromaschine angelenkt. Die Elektromaschine ist dabei starr und unbeweglich am Fahrzeugaufbau aufgehängt.
In gängiger Praxis sind die elastokinematischen Eigenschaften der radseitigen sowie achsseitigen Lenkerlager des Lenkerverbandes, das heißt deren Lagerelastizitäten so ausgelegt, dass sich das Spur-/Sturzverhalten der Hinterräder der jeweiligen Fahrsituation (zum Beispiel eine Kurvenfahrt oder ein Bremsvorgang) anpasst. Die Lenkerlager des Lenkerverbandes können als herkömmliche Gummi-Metall-Hülsenlager ausgeführt sein und am Radträger und an der Elektromaschine angelenkt sein.
Die Lenkerlager sind so ausgelegt, dass sich die Vorspur unter Seitenkraft-Einwirkung an der Hinterachse ändert. Dies wird erreicht, indem die Drucksteifigkeit der in Fahrtrichtung vor dem Radmittelpunkt liegenden Lenkerlager kleiner ist als die Drucksteifigkeit der in Fahrtrichtung hinter dem Radmittelpunkt liegenden Lenkerlager. Die auf die Gummi-Metall-Hülsenlager gerichtete Seitenkraft, erzeugt unter Ausnutzung der Lagerelastizitäten ein Ein- oder Ausschwenken des jeweiligen Radträgers zur Erzeugung einer Vor- oder Nachspur.
Eine derartige elastokinematische Auslegung der Lenkerlager ist jedoch mit einer hohen Bauteil-Komplexität sowie einem hohem Bauteilgewicht verbunden.
Aus der WO 2006 / 030 532 A1 ist eine Antriebsvorrichtung für Elektrofahrzeuge bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Radaufhängung für eine Fahrzeug-Hinterachse eines zweispurigen Kraftfahrzeugs bereitzustellen, bei dem die fahrsituationsbedingte Einstellung einer Vor- oder Nachspur vereinfacht ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform und gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird bei der Einstellung des Spurverhaltens der Hinterräder des Kraftfahrzeugs auf eine entsprechende Anpassung von elastokinematischen Eigenschaften der Lenkerlager des Lenkerverbundes verzichtet. Anstelle dessen wird das Antriebsaggregat gezielt unter Zwischenlage einer Einheit zur Hinterrad-Spurverstellung am Fahrzeugaufbau angebunden. Mittels der Einheit zur Hinterrad-Spurverstellung wird bei einer Längs-/Seitenkrafteinwirkung auf das Hinterrad das Antriebsaggregat um einen Querversatz in der Fahrzeugquerrichtung querverlagert, was zu einer Spurverstellung am Hinterrad führt. Auf diese Weise ergibt sich eine im Vergleich zum Stand der Technik vereinfachte Bauweise der Fahrzeug-Hinterachse. Zudem ermöglicht die Erfindung den Wegfall von Achsträgern sowie eine bauraumgünstige Integration von Elektromaschinen. Durch die elastokinematische Anbindung der Elektromaschine am Fahrzeugaufbau ergibt sich außerdem in Doppelfunktion eine akustische Entkopplung der Elektromaschine.
Erfindungsgemäß werden somit die elastokinematischen Eigenschaften der Hinterachse eine Ebene nach hinten, das heißt auf das radnahe Antriebsaggregat verlagert, wodurch die Komplexität aus dem Lenkerverband genommen ist.
In der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Einheit zur Spurverstellung zumindest eine Anbindungsstelle auf, die in der Fahrzeugquerrichtung nachgiebig sowie in der Fahrzeughochrichtung im Vergleich dazu unnachgiebig ausgebildet ist. Bevorzugt kann das Antriebsaggregat über zwei Anbindungsstellen am Fahrzeugaufbau angebunden sein, die über einen Lagerabstand voneinander beabstandet sind. In einer konstruktiv besonders einfachen Ausführungsform können die Anbindungsstellen jeweils als Elastomerlager, insbesondere als Gummi-Metall-Hülsenlager ausgeführt sein, deren elastokinematischen Eigenschaften entsprechend den obigen Erfordernissen angepasst sind.
In der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist die Antriebsaggregat-Anbindungsstelle ein Gestänge auf, mittels dem das Antriebsaggregat um eine Hochachse schwenkbar am Fahrzeugaufbau angelenkt ist. Bei Ausübung einer Längs-/Seitenkraft kann somit das Antriebsaggregat um die Hochachse in Fahrzeugquerrichtung betrachtet um einen Drehwinkel Ein- oder Ausschwenken.
In der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist das Gestänge als ein Viergelenk ausgeführt. Das Viergelenk weist zwei Gelenkhebel auf, die in der Fahrzeuglängsrichtung um einen Lagerabstand voneinander beabstandet sind. Die beiden Gelenkhebel sind sowohl am Antriebsaggregat als auch am Fahrzeugaufbau drehgelenkig angekoppelt. Zur Einstellung des Spurverhaltens können die beiden Gelenkhebel mit nachgiebigen Elastomerkörpern zusammenwirken, die als Drehanschläge einer Schwenkbewegung der Gelenkhebel entgegenwirken, unter Aufbau einer Rückstellkraft.
Im Hinblick auf ein einwandfreies Eigenlenkverhalten an der Fahrzeug-Hinterachse können die beiden Antriebsaggregate zueinander kraftentkoppelt sein, das heißt nicht kraftübertragend miteinander verbunden sein. Auf diese Weise wird verhindert, das Kräfte in der Querrichtung auf die benachbarte Radaufhängung übertragen werden.
Der Lenkerverband zwischen dem Radträger und dem jeweiligen Antriebsaggregat kann in einfacher Weise ausgeführt sein, zum Beispiel als eine sogenannte Doppelquer-Lenkeranordnung bestehend aus einem oberen und einem unteren Dreieckslenker, deren Kugelgelenke die Spreizachse bilden. Alternativ dazu sind beliebige andere Lenker-Anordnungen denkbar. In einer Ausführungsform kann der Lenkerverband unter Zwischenschaltung von Gummi-Metall-Lagern am Radträger und am Antriebsaggregat angebunden sein. Die Auslegung der Steifigkeit der Gummi-Metall-Lager hängt von der Fahrdynamik und von Akustikanforderungen ab. Beispielhaft kann für ein besseres sowie direktes, sportliches Fahrgefühl eher eine härtere Gummimischung mit einer Steifigkeit von mehr als 10 kN/mm verwendet werden, während im Hinblick auf eine verbesserte akustische Entkopplung eher weichere Elastomer-Materialien mit einer Steifigkeit von 1 bis 10 kN/mm anwendbar sind.
Alternativ dazu ist in einer besonders einfachen Ausführung der Radaufhängung auf den Einsatz von Elastomergelenken als Lenkerlager verzichtet. Anstelle dessen können die Lenkerlager komplett starr am Radträger und am Antriebsaggregat angebunden sein. In diesem Fall ergibt sich (im Unterschied zu einer Elastokinematik) eine Starrkinematik, bei der der Lenkerverband zum Beispiel um Gelenkachsen schwenkbar ist, die achsparallel zur Fahrzeuglängsachse ausgerichtet sind. Bei Schwenkbewegungen um diese Gelenkachsen erfolgt eine Hinterrad-Sturzverstellung. Bei einer solchen Konstellation wird somit das Sturzverhalten durch die Lenkerachsen des Lenkerverbandes eingestellt, während das Spurverhalten davon getrennt an der karosserieseitigen Anbindungsstelle des Antriebsaggregates eingestellt wird.
In der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Lenkerverband starrer an den Anlenkstellen am Antriebsaggregat angelenkt als die Einheit am Fahrzeugaufbau.
Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

1 in einer grob schematischen Ansicht von oben eine Hinterachse eines zweispurigen Fahrzeugs;
2 in einer vergrößerten Darstellung eine Einzelrad-Radaufhängung der in der 1 gezeigten Fahrzeug-Hinterachse; und
3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus der 2.

In der 1 ist eine Hinterachse 1 eines zweispurigen, elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges gezeigt. Die 1, wie auch die 2 und 3, sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt. Von daher sind die Figuren lediglich grob vereinfachte Darstellungen, die keinen realitätsgetreuen Aufbau der Fahrzeug-Hinterachse 1 wiedergeben. So weist in der 1 die Fahrzeug-Hinterachse 1 in der Fahrzeugquerrichtung y einander gegenüberliegende Radträger 2 auf, die jeweils Hinterräder 3 tragen. Jeder der Radträger 2 ist Bestandteil einer Radaufhängung, bei der der Radträger 2 über einen Lenkerverband 5 an einer Elektromaschine 7 angelenkt ist. In der 3 besteht der Lenkerverband 5 beispielhaft aus einem oberen Dreieckslenker 9 und einem unteren Dreieckslenker 11. Alternativ dazu können beliebig andere Lenkeranordnungen eingesetzt werden.
Die beiden Elektromaschinen 7 sind jeweils einem der Hinterräder 3 zugeordnet und jeweils über eine gestrichelt angedeutete Antriebswelle 8 mit den Hinterrädern 3 in Antriebsverbindung. Zudem sind die Elektromaschinen 7 der Hinterachse 1 in Signalverbindung mit einer nicht gezeigten Steuereinheit. Mit deren Hilfe wird im Fahrbetrieb die Leistungselektronik der jeweiligen Elektromaschine 7 mit einer Momentenvorgabe angesteuert.
Die beiden Dreieckslenker 9, 11 sind jeweils über radträgerseitige Lagerstellen 13 (2) am Radträger 2 und über achsseitige Lagerstellen 15 (2 und 3) an der Elektromaschine 7 angelenkt. Die radträgerseitigen und achsseitigen Lagerstellen 13, 15 sind in den Figuren exemplarisch starr, das heißt ohne Verwendung von Gummi-Metall-Hülsenlager, ausgeführt und definieren gemäß der 1 Gelenkachsen G1, die achsparallel zur Fahrzeuglängsachse L ausgerichtet sind. In der 2 ist die Elektromaschine 7 an seiner vom Lenkerverband 5 abgewandten Seite mittels einer Viergelenk-Anordnung 17 am karosserieseitigen Fahrzeugaufbau 19 angebunden. Die Viergelenk-Anordnung 17 bildet eine Einheit zur Spurverstellung, mittels der das jeweilige Hinterrad 3 um einen in der 1 oder 2 angedeuteten Momentenpol MP in Vor- oder Nachspur gehen kann. Gemäß der 1 sind die linke und die rechte Radaufhängung der Fahrzeug-Hinterachse jeweils mit Bezug auf die Fahrzeuglängsachse L spiegelbildlich ausgeführt.
Wie aus den 1 oder 2 hervorgeht, weist die Viergelenk-Anordnung 17 zwei Gelenkhebel 21 auf, die zwischen der Elektromaschine 7 und dem Fahrzeugaufbau 19 angelenkt sind und in der Fahrzeuglängsrichtung x um einen Lagerabstand I voneinander beabstandet sind. Jeder der Gelenkhebel 21 ist sowohl am Fahrzeugaufbau 19 als auch an der Elektromaschine 7 an Koppelstellen 23 drehgelenkig angekoppelt. Jede der Koppelstelle 23 definiert eine Gelenkachse G2, die achsparallel zur Fahrzeughochachse z verläuft. In den 1 oder 2 laufen die geradlinigen Verlängerungen (in gestrichelter Linie angedeutet) der beiden Gelenkhebel 21 an einem Schnittpunkt zusammen. Dieser liegt in der Fahrzeugquerrichtung y außerhalb des Hinterrads 1 und bildet einen Momentanpol MP, um den das jeweilige Hinterrad 1 in Vorspur oder Nachspur geht.
Im Fahrbetrieb kann zum Beispiel bei einer Kurvenfahrt oder bei einem Bremsvorgang eine Längs- und/oder Seitenkraft Fs auf die Hinterräder 3 ausgeübt werden. Bei Einwirken einer solchen Längs-/ Seitenkraft Fs wird die Elektromaschine 7 mittels der Viergelenk-Anordnung 17 um einen in der 2 angedeuteten Querversatz Δy ein- oder ausgeschwenkt. Auf diese Weise passt sich die Radspur des Hinterrads 3 der aktuellen Fahrsituation an. Zur Einstellung der elastokinematischen Eigenschaften bei der Spurveränderung wirken die beiden Gelenkhebel 21 mit, als Drehanschläge ausgebildete Elastomerkörper 25 zusammen. Diese wirken unter Aufbau einer elastischen Rückstellkraft einer Schwenkbewegung der Gelenkhebel 21 entgegen.
Im Unterschied zur oben dargelegten Spurverstellung erfolgt die Sturzverstellung nicht mittels der Viergelenk-Anordnung 17, sondern mit Hilfe des Lenkerverbands 5. Wie oben bereits erwähnt, definieren die achsseitigen und radträgerseitigen Lagerstellen 13, 15 jeweils Gelenkachsen G1, die beispielhaft achsparallel zur Fahrzeuglängsachse L ausgerichtet sind. Die Lagerstellen 13, 15 sind nicht durch Gummi-Metall-Hülsenlager realisiert, sondern komplett starr ausgeführt. Auf diese Weise ergibt sich - in Abgrenzung zu den elastokinematischen Eigenschaften der Elektromaschinen-Anbindung eine Starrkinematik, bei der durch Ein- und Ausfedervorgänge im Fahrbetrieb (das heißt Schwenkbewegungen des Lenkerverbands 5 nach oben und unten) eine Hinterrad-Sturzverstellung erfolgt.

Claims

Radaufhängung für eine Hinterachse (1) eines zweispurigen Fahrzeugs, mit zwei in der Fahrzeugquerrichtung (y) gegenüberliegenden Radträgern (2), von denen jeder über einen Lenkerverband (5) an einem, an einem Fahrzeugaufbau (19) anbindbaren Antriebsaggregat (7) angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (7) unter Zwischenlage einer Einheit (17) zur Spurverstellung eines Hinterrads (3) am Fahrzeugaufbau (19) angebunden ist, mittels der bei Einwirkung einer Längs-/Seitenkraft (Fs) auf das Hinterrad (3) das Antriebsaggregat (7) unter Einstellung einer Vor- oder Nachspur um einen Querversatz (Δy) querverlagerbar ist, dass die Einheit (17) zur Spurverstellung zumindest eine Anbindungsstelle (23) aufweist, die in der Fahrzeugquerrichtung (y) nachgiebig sowie in der Fahrzeughochrichtung (z) unnachgiebig ausgebildet ist, dass die Antriebsaggregate-Anbindungsstelle (23) ein Gestänge (17) aufweist, mittels dem das Antriebsaggregat (7) an zumindest einer Gelenkachse (G2) schwenkbar am Fahrzeugaufbau (19) angelenkt ist, so dass das Antriebsaggregat (7) bei Ausübung einer Seitenkraft (Fs) um die Gelenkachse (G2) um einen Drehwinkel ein- oder ausschwenkbar ist, dass das Gestänge (17) als ein Viergelenk ausgebildet ist, und dass das Viergelenk in der Fahrzeuglängsrichtung (x) um einen Lagerabstand (I) voneinander beabstandete Gelenkhebel (21) aufweist, die sowohl am Antriebsaggregat (7) als auch am Fahrzeugaufbau (19) drehgelenkig angekoppelt sind.
Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkachse (G2) achsparallel zur Fahrzeughochrichtung (z) verläuft.
Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung elastokinematischer Eigenschaften die Gelenkhebel (21) des Viergelenks mit als Drehanschläge ausgebildete Elastomerkörper (25) zusammenwirken.
Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Antriebsaggregate (7) voneinander kraftentkoppelt sind, das heißt nicht kraftübertragend miteinander verbunden sind.
Radaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkerverband (5) an radträgerseitigen und an aggregateseitigen Anlenkstellen (13, 15) starr angelenkt ist, und zwar unter Bildung einer Starrkinematik, bei der der Lenkerverband (5) um Gelenkachsen (G1) schwenkbar ist, die achsparallel zur Fahrzeuglängsachse (L) ausgerichtet sind, so dass bei Schwenkbewegungen des Lenkerverbands (5) um die Gelenkachsen (G1) eine Hinterrad-Sturzverstellung erfolgt.
Radaufhängung für eine Hinterachse (1) eines zweispurigen Fahrzeugs, mit zwei in der Fahrzeugquerrichtung (y) gegenüberliegenden Radträgern (2), von denen jeder über einen Lenkerverband (5) an einem, an einem Fahrzeugaufbau (19) anbindbaren Antriebsaggregat (7) angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat (7) unter Zwischenlage einer Einheit (17) zur Spurverstellung eines Hinterrads (3) am Fahrzeugaufbau (19) angebunden ist, mittels der bei Einwirkung einer Längs-/Seitenkraft (Fs) auf das Hinterrad (3) das Antriebsaggregat (7) unter Einstellung einer Vor- oder Nachspur um einen Querversatz (Δy) querverlagerbar ist, und dass der Lenkerverband (5) starrer an den Anlenkstellen (15) am Antriebsaggregat (7) angelenkt ist als die Einheit (17) am Fahrzeugaufbau (19).