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Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung. Insbesondere betrifft die Erfindung die Aufhängung eines lenkbaren Rads an einem Kraftfahrzeug.
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Ein Personenkraftwagen umfasst üblicherweise vier Räder, von denen eines oder zwei lenkbar ausgelegt sind. Um das lenkbare Rad an einer Karosserie, einem Fahrgestell oder einem Drehschemel des Kraftfahrzeugs anzubringen, kann eine Einzelradaufhängung vorgesehen sein, bei der ein Radträger, an dem das Rad um seine Radachse drehbar befestigt ist, mittels Lenkern derart mit dem Kraftfahrzeug verbunden ist, dass Längs- und Querkräfte zwischen dem Rad und dem Kraftfahrzeug geeignet übertragen werden und das Rad mit dem Radträger um eine Lenkachse lenkbar ist.
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Beispielsweise bindet eine Radaufhängung, die unter der Bezeichnung McPherson-Federbein bekannt ist, den Radträger an seinem unteren Ende mittels eines Lenkers und an seinem oberen Ende mittels eines Federbeins am Kraftfahrzeug an. Die beiden vertikalen Enden des Radträgers liegen dabei allgemein seitlich neben dem Rad. Diesen und ähnlichen Konstruktionen haftet der Nachteil an, dass ein Lenkwinkel des Rads um eine vertikal verlaufende Lenkachse dadurch eingeschränkt ist, dass das Rad mit dem Lenker kollidiert. Ein üblicher maximaler Lenkwinkel derartiger Konstruktionen beträgt ca. ±45°. Außerdem benötigt diese Konstruktion einen relativ großen vertikalen Bauraum, sodass eine Person, mit der das Kraftfahrzeug kollidiert, durch ein Element der Radaufhängung verletzt werden kann.
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CN101181905A und
CN201124866Y beschreiben eine Radaufhängung für ein zweispuriges Kraftfahrzeug. Dabei ist an einem um die Längsachse des Kraftfahrzeugs schwenkbaren Achselement links und rechts je ein Radträger angebracht, der um eine vertikale Lenkachse geschwenkt werden kann.
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JPH037670A betrifft eine Radaufhängung an einem Kraftfahrzeug, wobei ein Radträger eines Rads mittels einer Anordnung von Zahnrädern um die vertikale Lenkachse geschwenkt werden kann.
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Manche Kraftfahrzeuge erfordern einen großen Lenkwinkel, um den Nutzwert des Kraftfahrzeugs, beispielsweise beim Einparken oder beim Manövrieren auf engem Raum, zu maximieren. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Technik zur verbesserten Radaufhängung anzugeben, die einen vergrößerten Lenkwinkel realisieren kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Eine Radaufhängung zur Aufhängung eines Rads mit einer Radachse an einem Kraftfahrzeug umfasst einen Radträger, der dazu eingerichtet ist, das Rad drehbar um die Radachse zu lagern, ein Abstützelement, das sich vom Radträger aus in vertikaler Richtung erstreckt, ein erstes Gelenk am Abstützelement, und einen Querlenker, der mittels eines zweiten Gelenks mit dem Abstützelement verbunden ist, sodass der Radträger um eine Lenkachse schwenkbar ist, die durch das erste und das zweite Gelenk verläuft. Dabei liegen das erste und das zweite Gelenk oberhalb von radialen Außenkonturen des Rads. Der Querlenker verläuft vom zweiten Gelenk zu einem dritten und einem vierten Gelenk, sodass das erste, das dritte und das vierte Gelenk derart mit einem Strukturbauteil des Kraftfahrzeugs verbunden werden können, dass die drei Gelenke paarweise voneinander beabstandet sind.
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Dadurch kann die Radaufhängung in vertikaler Richtung relativ geringen Bauraum erfordern, sodass ein konstruktiver Spielraum für das Kraftfahrzeug erhöht sein kann. Insbesondere dann, wenn die Radaufhängung im Bereich eines Vorderrads des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, kann eine Verletzungsgefahr für eine mit dem Kraftfahrzeug zusammenstoßende Person durch den flachen Aufbau der Radaufhängung verringert sein. Durch den genannten Aufbau kann vorteilhafterweise ein Lenkwinkel des Radträgers bezüglich des Strukturbauteils erhöht sein. Eine Manövrierbarkeit des Kraftfahrzeugs kann dadurch gesteigert sein. Insbesondere bei einem Leichtelektromobil, auch L7e-Fahrzeug genannt, können die entstehenden Radführungskräfte auf die beschriebene Weise gut zwischen dem Radträger und dem Strukturbauteil übermittelt werden.
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Es ist bevorzugt, dass das zweite Gelenk auf der vom Strukturbauteil entfernten Seite des Abstützelements liegt. Bezüglich einer Fahrzeuglängsachse liegt also das zweite Gelenk bevorzugterweise weiter außen als das dritte oder das vierte Gelenk. Dadurch kann ein über dem Rad liegender Bauraum für den Querlenker genutzt werden. Die Radaufhängung kann so auch in lateraler Richtung, also in Querrichtung des Kraftfahrzeugs, kompakt aufgebaut sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Querlenker bogenförmig zwischen dem zweiten Gelenk und dem dritten oder vierten Gelenk, sodass das Abstützelement beim Einlenken des Rads in den Bogen eintauchen kann. Der Bogen liegt dabei bevorzugterweise im Wesentlichen parallel zu einer Straße, auf der das Kraftfahrzeug fahren kann. Durch den Bogen kann der Lenkwinkel des Rads vergrößert werden. Bezüglich einer Geradeausfahrt kann der Lenkwinkel bei Eintauchen des Abstützelements in den Bogen beispielsweise 90° oder 100° betragen.
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In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der Querlenker zwischen dem zweiten und dem dritten Gelenk in einem ersten Bogen und zwischen dem zweiten und dem vierten Gelenk in einem zweiten Bogen, sodass das Abstützelement beim Einlenken des Rads in einen der Bögen eintauchen kann. Der gesteigerte maximale Lenkwinkel kann so in beide Richtungen genutzt werden. Die Bögen weisen bevorzugterweise einander entgegengesetzte Krümmungen auf, sodass der Querlenker von oben oder von unten betrachtet je nach Drehung die Gestalt der Ziffer 3 oder des Buchstaben W aufweisen kann. Dabei liegt der Querlenker bevorzugterweise im Wesentlichen flach, also parallel zu einem Untergrund des Rads.
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Eine durch das erste Gelenk verlaufende Erstreckungsachse des Abstützelements kann mit der Lenkachse einen spitzen Winkel einschließen. Die Lenkachse verläuft bevorzugterweise im Wesentlichen vertikal, wobei die Erstreckungsachse von oben nach unten von einem Bereich über dem Rad zu einem Bereich neben dem Rad, nämlich bevorzugterweise in Richtung der Fahrzeuglängsachse, verläuft. In diesem Bereich kann auch die Radachse des Rads verlaufen. Der durch diese Konstruktion erforderliche Bauraum am Kraftfahrzeug kann weiter verringert sein.
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Insbesondere in der letztgenannten Ausführungsform kann am Radträger ein Antriebsmotor für das Rad angeordnet sein. Der Antriebsmotor kann insbesondere einen Elektromotor umfassen, der in einer weiter bevorzugten Ausführungsform als Nabenmotor, mit oder ohne Getriebe, ausgeführt ist. Dadurch kann eine integrierte Antriebseinheit für das Kraftfahrzeug gebildet sein, die eine vorteilhafte Lauf- bzw. Lenkgeometrie mit einem kompakten Aufbau kombinieren kann. Ein beispielsweise elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere mit einer relativ geringen Masse von bis zu ca. 350 bis 500 kg, kann dadurch vorteilhaft angetrieben werden.
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Es ist weiter bevorzugt, dass das erste Gelenk dazu eingerichtet ist, eine um die Lenkachse wirkende Lenkkraft zu übertragen. Eine Lenkeinrichtung seitens des Kraftfahrzeugs kann dadurch keinen weiteren Lenker unterhalb des ersten Gelenks erfordern.
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Es ist weiter bevorzugt, dass das Abstützelement in einem Bereich zwischen dem ersten und dem zweiten Gelenk eine teleskopische Federung umfasst. Die Federung kann dazu eingerichtet sein, Lenkkräfte zu übertragen. Als energiespeicherndes Element ist eine Feder, insbesondere eine Schraubenfeder bevorzugt. Die Integration von Fahrwerksfunktionen in der Radaufhängung kann dadurch weiter gesteigert sein.
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Ein Fahrwerk für ein Kraftfahrzeug umfasst die oben beschriebene Radaufhängung und eine Lenkeinrichtung, die dazu eingerichtet ist, den Radträger mit dem Rad um wenigstens 180° um die Lenkachse zu drehen. Dieser maximale Lenkwinkel kann symmetrisch oder asymmetrisch aufgeteilt sein, wobei der Querlenker an den maximalen Lenkwinkel in beiden Richtungen in seiner Form angepasst sein kann. Das Fahrwerk umfasst üblicherweise die Gesamtheit aller Teile, die eine Verbindung eines Strukturbauteils mit dem Rad herstellen.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 eine erste Ansicht einer Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug;
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2 eine zweite Ansicht einer Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug; und
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3 Draufsichten auf eine Radaufhängung nach einer der 1 oder 2 bei unterschiedlichen Lenkwinkeln
darstellt.
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1 zeigt eine Radaufhängung 100 für ein Kraftfahrzeug 105 in einer ersten Ausführungsform. Die Radaufhängung 100 kann insbesondere Teil eines Fahrwerks 110 des Kraftfahrzeugs 105 sein. Das restliche Fahrwerk 110 kann weitere Radaufhängungen 100 umfassen. Die dargestellte Radaufhängung 100 ist in exemplarischer Weise einem linken Vorderrad eines vierrädrigen Kraftfahrzeugs 105 zugeordnet. In anderen Ausführungsformen kann die Radaufhängung 100 auch an einem beliebigen anderen Rad des Kraftfahrzeugs 105 eingesetzt werden.
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Die Radaufhängung 100 umfasst einen Radträger 115, der dazu eingerichtet ist, ein Rad 120 drehbar um dessen Radachse 125 zu lagern. In der dargestellten Ausführungsform ist zwischen dem Radträger 115 und dem Rad 120 ein Antriebsmotor 130 vorgesehen, um das Rad 120 bezüglich des Radträgers 115 um die Radachse 125 anzutreiben. Der Antriebsmotor 130 ist bevorzugterweise elektrisch ausgeführt und kann ein festes, variables oder schaltbares Getriebe umfassen. In einer anderen Ausführungsform kann der Antriebsmotor 130 auch entfallen.
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Der Radträger 115 ist mit einem Abstützelement 135 verbunden, das sich in vertikaler Richtung erstreckt. Das Abstützelement 135 kann auch integriert mit dem Radträger 115 ausgebildet sein. In der dargestellten Ausführungsform ist das Abstützelement 135 integriert mit einer teleskopischen Federung 140 ausgeführt, die bevorzugterweise als Federbein mit einer Schraubenfeder ausgeführt ist. Die Federung 140 umfasst üblicherweise ein Tauchrohr, in das ein Standrohr teleskopisch eingeschoben werden kann, wobei in der vorliegenden Ausführungsform das Tauchrohr fest mit dem Radträger 115 verbunden ist. Im Bereich des oberen Endes des Abstützelements 135 oder hier der teleskopischen Federung 140 ist ein erstes Gelenk 145 vorgesehen, das auch Domlager genannt werden kann. Ein zweites Gelenk 150 befindet sich weiter unten am Abstützelement 135. Ist die teleskopische Federung 140 vorgesehen, wo wirkt sie zwischen dem ersten Gelenk 145 und dem zweiten Gelenk 150.
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Zur Verbindung des zweiten Gelenks 150 mit einem dritten Gelenk 155 und einem vierten Gelenk 160 ist ein Querlenker 165 vorgesehen. Der Querlenker 165 umfasst bevorzugterweise einen ersten Abschnitt 170, der sich zwischen dem zweiten Gelenk 150 und dem dritten Gelenk 155 erstreckt, und einen zweiten Abschnitt 175, der sich zwischen dem zweiten Gelenk 150 und dem vierten Gelenk 160 erstreckt. Die Gelenke 145, 155 und 160 sind bevorzugterweise paarweise voneinander beabstandet, sodass sie ein Dreieck bilden. Je weiter die jeweiligen Abstände voneinander sind, desto günstiger können die entstehenden Hebelkräfte sein. Die Gelenke 155 und 160 ermöglichen jeweils eine vertikale Schwenkbewegung des Querlenkers 165 am zweiten Gelenk 150, wobei Drehachsen der Gelenke 155 und 160 zueinander parallel sein oder miteinander fluchten können. In einer Ausführungsform verlaufen die beiden Drehachsen parallel zu einer Längsachse des Kraftfahrzeugs 105. Das erste Gelenk 145 liegt üblicherweise höher und weiter außen als die Gelenke 155 und 160 am Kraftfahrzeug 105. Weiter bevorzugt liegt das erste Gelenk 145 über dem Rad 120, während die Gelenke 155 und 160 bevorzugt seitlich vom Rad 120, aber oberhalb der Radachse 125 liegen.
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Das erste Gelenk 145, das dritte Gelenk 155 und das vierte Gelenk 160 sind dazu eingerichtet, mit einem Strukturbauteil 180 des Kraftfahrzeugs 105 verbunden zu werden. Das Strukturbauteil 180 wird auch als tragendes Teil des Kraftfahrzeugs 105 bezeichnet und kann insbesondere ein Fahrgestell, einen Fahrschemel, ein Untergestell, einen Rahmen, ein Chassis oder eine Karosserie des Kraftfahrzeugs 105 umfassen. Vom Kraftfahrzeug 105 ist in 1 nur ein Strukturbauteil 180 auf symbolische Weise dargestellt.
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Das erste Gelenk 145 und das zweite Gelenk 150 liegen zumindest in vertikaler Richtung üblicherweise oberhalb von radialen Außenkonturen des Rads 120. Um den über dem Rad 120 liegenden Raum durch die Radaufhängung 100 besser nutzen zu können ist es bevorzugt, dass eine Erstreckungsachse 185 des Abstützelements 135 bzw. der teleskopischen Federung 140 mit einer Lenkachse 190 einen spitzen Winkel α einschließt. Die Erstreckungsachse 185 verläuft dabei von oben nach unten von einem Bereich über dem Rad 120 in eine Bereich seitlich neben dem Rad 120, durch den bevorzugterweise auch die Radachse 125 verläuft. Der Winkel α kann beispielsweise dadurch beeinflusst werden, dass ein seitlicher Abstand des zweiten Gelenks 150 von der Erstreckungsachse 185 vergrößert oder verkleinert wird.
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Das zweite Gelenk 150 liegt bevorzugterweise bezüglich des Abstützelements 135 bzw. der teleskopischen Federung 140 den Gelenken 155 und 160 gegenüber. Anders ausgedrückt liegt das zweite Gelenk 150 bevorzugterweise auf einer lateralen Außenseite des Abstützelements 135 bezüglich einer Längsachse des Kraftfahrzeugs 105. Das dritte Gelenk 155 und das vierte Gelenk 160 sind bevorzugterweise in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 105 versetzt angeordnet. Dazu können die Gelenke 155, 160 auf unterschiedlichen Seiten einer Ebene liegen, die vertikal durch die Radachse 125 des Rads 120 verläuft. Die Gelenke 155 und 160 erlauben es dem Rad 120, geführt durch den Querlenker 165, eine vertikale Bewegung durchzuführen. Dabei kann die teleskopische Federung 140 ihre Länge ändern.
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Der Querlenker erstreckt sich üblicherweise im Wesentlichen in horizontaler Richtung, also in einer Ebene parallel zu einem Untergrund des Kraftfahrzeugs 105. Wenigstens einer der Abschnitte 170, 175 des Querlenkers 165 ist bevorzugterweise bogenförmig ausgebildet. Der jeweilige Abschnitt 170, 175 erstreckt sich bevorzugterweise vom zweiten Gelenk 150 aus zunächst in einer lateralen Richtung des Kraftfahrzeugs 105 nach außen und dann, bogenförmig, zurück bis zum zugeordneten Gelenk 155, 160. Sind beide Abschnitte 170, 175 bogenförmig ausgeführt, so sind die Bögen in unterschiedliche Richtungen gekrümmt. In der Darstellung von 1 etwa ist der erste Abschnitt 170 in einer Draufsicht im Uhrzeigersinn und der zweite Abschnitt 175 entgegen dem Uhrzeigersinn gekrümmt. Zweck der Bögen ist, dass beim Schwenken der Radaufhängung 100 um die Lenkachse 190 ein Abschnitt des Abstützelements 135 bzw. der teleskopischen Federung 140 in den jeweiligen Bogen eintauchen kann, sodass der Lenkeinschlag vergrößert ausfallen kann. Die konkrete Form der Bögen ist dabei bevorzugterweise an die Geometrie des Abstützelements 135 bzw. der teleskopischen Federung 140 angepasst. Die Abschnitte 170 und 175 können dazu angepasst sein, in einer oder in beiden Richtungen einen Lenkeinschlag von bis zu 90°, bis zu 100° oder noch mehr um die Lenkachse 190 zu erlauben. Unterschiedliche maximale Einschlagwinkel nach rechts und links sind ebenfalls möglich.
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In einer Ausführungsform ist das erste Gelenk 145 dazu eingerichtet, ein Drehmoment um die Lenkachse 190 zu übertragen. Eine Lenkeinrichtung 195 kann dann seitens des Kraftfahrzeugs 105 vorgesehen sein, um zusammen mit der Radaufhängung 100 Teil des Fahrwerks 110 des Kraftfahrzeugs 105 zu sein. Die Lenkeinrichtung 195 kann in vertikaler Richtung oberhalb des ersten Gelenks 145 angeordnet sein, man spricht dann von einer „top mount“-Anordnung, oder an einer anderen, beispielsweise vertikal, seitlich oder in Längsrichtung versetzten Position, von wo aus ein Hebel oder Lenker eine Lenkkraft zum ersten Gelenk 145 übertragen kann.
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2 zeigt eine zweite Ansicht der Radaufhängung 100 von 1. Gut zu sehen sind die Bögen, die die Abschnitte 170 und 175 des Querlenkers 165 beschreiben, um beim Verschwenken des Radträgers 115 um die Lenkachse 190 einen Abschnitt des Radträgers 115 bzw. der teleskopischen Federung 140 aufzunehmen.
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Insbesondere durch die Anordnung der Gelenke 145 bis 160 kann die Radaufhängung 100 bei einer vertikalen Bewegung des Rads 120 gegenüber dem Strukturbauteil 180 eine nennenswerte Veränderung der Fahrwerksgeometrie bedingen, sodass beispielsweise ein Sturzwinkel vorübergehend verändert sein kann. Außerdem kann die Form des Querlenkers 165 eine gewisse Nachgiebigkeit dieses Elements begünstigen, die sich ebenfalls auf die Fahrwerksgeometrie auswirken kann. Bei einem relativ kleinen oder leichten Fahrzeug, das insbesondere vorzugsweise innerstädtisch bewegt wird, können diese Eigenschaften weniger entscheidend sein, sodass die Vorteile des erhöhten Lenkwinkels oder der flacheren Konstruktion überwiegen können. Ein derartiges Fahrzeug kann insbesondere ein elektrisch antreibbares Fahrzeug sein, das etwa der europäischen Spezifikation L7e für Leichtelektromobile entsprechen kann. In diesem Fall weist das Kraftfahrzeug 105 vier Räder und eine Masse von bis zu 400 oder 550 kg auf. In der verwandten Spezifikation L6e ist eine Gesamtmasse von nur 350 kg vorgesehen. Eine weitere Ausführung eines leichten Elektrofahrzeugs, an dem die Erfindung vorteilhaft angewendet werden kann, ist im US-amerikanischen Gebiet als Neighborhood Electric Vehicle (NEV) bekannt.
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3 zeigt Draufsichten auf die Radaufhängung 100 nach den 1 oder 2 bei unterschiedlichen Lenkwinkeln. Bezogen auf eine Längsachse 305 des Kraftfahrzeugs 105 beträgt der Lenkwinkel in 3A 0°, in 3B 35°, in 3C 45°, in 3D 90° und in 3E 100°. Die Drehung ist im mathematisch positiven Sinn nach links, gegen den Uhrzeigersinn, dargestellt. Durch den in der Darstellung von 3 symmetrischen Aufbau des Querlenkers 165 ist ein entsprechender Einschlag in die entgegengesetzte Richtung ebenfalls möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Radaufhängung
- 105
- Kraftfahrzeug
- 110
- Fahrwerk
- 115
- Radträger
- 120
- Rad
- 125
- Radachse
- 130
- Antriebsmotor
- 135
- Abstützelement
- 140
- teleskopische Federung
- 145
- erstes Gelenk
- 150
- zweites Gelenk
- 155
- drittes Gelenk
- 160
- viertes Gelenk
- 165
- Querlenker
- 170
- erster Abschnitt
- 175
- zweiter Abschnitt
- 180
- Strukturbauteil
- 185
- Erstreckungsachse
- 190
- Lenkachse
- 195
- Lenkeinrichtung
- 305
- Längsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 101181905 A [0004]
- CN 201124866 Y [0004]
- JP 037670 A [0005]
