DE102015210850A1 - Wheel suspension for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung (1) für ein Kraftfahrzeug, wenigstens umfassend einen Radträger (2) zur Aufnahme eines Rades (3), einen Längsträger (4) als Teil eines Fahrzeugaufbaus, sowie eine Feder (5). Um eine Radaufhängung mit guten Federeigenschaften und geringem Gewicht zur Verfügung zu stellen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein oberes Ende (6) der Feder (5) im Bereich des Längsträgers (4) mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist und ein unteres Ende (7) der Feder (5) mit dem Radträger (2) verbunden ist, wobei das untere Ende (7) seitlich einer Einbauposition des Rades (3) angeordnet und weiter außen angeordnet ist als das obere Ende (6).The invention relates to a wheel suspension (1) for a motor vehicle, comprising at least one wheel carrier (2) for receiving a wheel (3), a longitudinal carrier (4) as part of a vehicle body, and a spring (5). To provide a suspension with good spring properties and low weight available, the invention provides that an upper end (6) of the spring (5) in the region of the longitudinal member (4) is connected to the vehicle body and a lower end (7) of Spring (5) is connected to the wheel carrier (2), wherein the lower end (7) laterally of an installation position of the wheel (3) and disposed further outwardly than the upper end (6).
Description
Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a wheel suspension for a motor vehicle having the features of the preamble of
Bei modernen Kraftfahrzeugen sind sämtliche Räder über eine Federung mit der Karosserie bzw. dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Das jeweilige Rad sowie ein dieses aufnehmender Radträger sind hierbei Teil der ungefederten Masse, die mehr oder weniger dem Höhenverlauf der jeweiligen Fahrfläche folgt, während Karosserie und Chassis Teile der gefederten Masse bilden, die zumindest weitgehend von plötzlichen Bewegungen der ungefederten Masse entkoppelt sein soll. Im Stand der Technik sind verschiedene Formen von Federn bekannt. Bei heutigen Fahrzeugen kommen vor allen Dingen entweder Schraubenfedern (zum Beispiel aus Stahl) oder pneumatische Federn zum Einsatz. Die Wirkung der Federn wird ergänzt durch Stoßdämpfer, die die Energie der Bewegung zwischen gefederter und ungefederter Masse in Wärme umwandeln und so ein unerwünschtes Schwingungsverhalten unterbinden. Da die Bewegung der gefederten Masse gegenüber der ungefederten Masse überwiegend senkrecht ist, sind normalerweise auch Federn und Stoßdämpfer im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet. Daneben ist der Radträger mit mehr oder weniger waagerecht verlaufenden Lenkern (z. B. Querlenker oder Längslenker) mit dem Chassis verbunden. Neben Radaufhängungen, bei denen die Feder zumindest indirekt mit dem Radträger verbunden ist, sind auch solche Bauformen bekannt, bei denen die Feder an einem Lenker angreift.In modern motor vehicles, all wheels are connected via a suspension with the body or the chassis of the vehicle. The respective wheel and a wheel carrier receiving this are part of the unsprung mass, which follows more or less the height profile of the respective running surface, while body and chassis form parts of the sprung mass, which should be at least largely decoupled from sudden movements of the unsprung mass. Various forms of springs are known in the art. In today's vehicles, above all, either coil springs (for example made of steel) or pneumatic springs are used. The effect of the springs is complemented by shock absorbers, which convert the energy of the movement between sprung and unsprung mass into heat and thus prevent unwanted vibration behavior. Since the motion of the sprung mass with respect to the unsprung mass is predominantly vertical, normally also springs and shock absorbers are oriented substantially vertically. In addition, the wheel carrier is connected to the chassis with more or less horizontally extending arms (eg wishbone or trailing arm). In addition to suspensions in which the spring is at least indirectly connected to the wheel, such designs are known in which the spring acts on a handlebar.
Im Hinblick auf die generelle Anforderung, Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen zu reduzieren, wird derzeit angestrebt, das Gewicht des Fahrzeugs möglichst zu reduzieren, wovon prinzipiell alle Baugruppen und Komponenten des Fahrzeugs betroffen sind. Auch im Bereich der Radaufhängungen wird angestrebt, das Gewicht zu reduzieren. Hierbei besteht teilweise die Möglichkeit, einzelne Komponenten aus leichteren Materialien wie faserverstärktem Kunststoff zu konstruieren. Allerdings sind insgesamt die Möglichkeiten einer Gewichtsreduzierung durch die vorgegebene Architektur der Aufhängung begrenzt.In view of the general requirement to reduce fuel consumption and CO 2 emissions, the aim is currently to reduce the weight of the vehicle as possible, which in principle all components and components of the vehicle are affected. Also in the area of the wheel suspensions, the aim is to reduce the weight. Here, it is sometimes possible to construct individual components from lighter materials such as fiber-reinforced plastic. However, overall the possibilities of weight reduction are limited by the given architecture of the suspension.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Entwicklung einer Radaufhängung mit guten Federeigenschaften und geringem Gewicht noch Raum für Verbesserungen. Hierbei sollte insbesondere das Gewicht der Feder reduziert werden, ohne dass sich dies negativ auf deren Leistungsfähigkeit auswirkt.The development of a suspension with good spring properties and low weight still offers room for improvement in view of the prior art shown. In particular, the weight of the spring should be reduced, without this having a negative effect on their performance.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhängung mit guten Federeigenschaften und geringem Gewicht zur Verfügung zu stellen.The invention is therefore an object of the invention to provide a suspension with good spring properties and low weight available.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Radaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.According to the invention the object is achieved by a suspension with the features of
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be noted that the features listed in the following description as well as measures in any technically meaningful way can be combined with each other and show other embodiments of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, in particular in connection with the figures.
Durch die Erfindung wird eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere PKW oder LKW infrage. Es kann sich um die Radaufhängung eines Vorderrades oder eines Hinterrades handeln. Die Radaufhängung weist einen Radträger zur Aufnahme eines Rades, einen Längsträger als Teil eines Fahrzeugaufbaus sowie eine Feder auf. Der Radträger oder Achsschenkel nimmt hierbei die eigentliche Drehachse des Rades auf, das somit in eingebautem Zustand bezüglich desselben drehbar gelagert ist. Der Längsträger bildet einen Teil des Fahrzeugaufbaus bzw. Fahrzeugrahmens und verläuft im Wesentlichen in Längsrichtung bzw. entlang der X-Achse des Fahrzeugs. Die Feder dient zur Entkopplung der gefederten Masse, deren Teil der Längsträger ist, von der ungefederten Masse, deren Teil der Radträger ist. Sie kann prinzipiell jede Bauform annehmen, die im Stand der Technik bekannt ist.The invention provides a wheel suspension for a motor vehicle. As motor vehicles in particular cars or trucks come into question. It may be the suspension of a front wheel or a rear wheel. The suspension has a wheel carrier for receiving a wheel, a side member as a part a vehicle body and a spring on. The wheel or axle takes on the actual axis of rotation of the wheel, which is thus rotatably mounted in the installed state with respect to the same. The longitudinal beam forms part of the vehicle body or vehicle frame and extends substantially in the longitudinal direction or along the X-axis of the vehicle. The spring is used to decouple the sprung mass, part of which is the side member of the unsprung mass, part of which is the wheel carrier. It can in principle assume any design that is known in the art.
Erfindungsgemäß ist ein oberes Ende der Feder im Bereich des Längsträgers mit dem Aufbau verbunden und ein unteres Ende der Feder ist mit dem Radträger verbunden, wobei das untere Ende seitlich einer Einbauposition des Rades angeordnet ist. Bevorzugt ist das obere Ende (wenigstens indirekt) mit dem Längsträger verbunden. Die genannten Verbindungen sind in der Regel derart gegeben, dass sich die Feder am Längsträger bzw. am Radträger abstützt und dort im Betriebszustand durch Ihre Vorspannung gehalten wird, wobei sie z. B. in einer Art Federteller aufgenommen ist, der seinerseits am Längsträger bzw. am Radträger befestigt ist. Die Verbindung kann somit indirekt durch eine zwischengeschaltete Federaufnahme (z. B. Federteller) gegeben sein.According to the invention an upper end of the spring in the region of the longitudinal member is connected to the structure and a lower end of the spring is connected to the wheel carrier, wherein the lower end is arranged laterally of an installation position of the wheel. Preferably, the upper end is connected (at least indirectly) to the side member. The compounds mentioned are usually given in such a way that the spring is supported on the longitudinal member or on the wheel and is held there in the operating state by its bias, where it is z. B. is accommodated in a kind of spring plate, which in turn is attached to the side member or on the wheel. The connection can thus be provided indirectly by an intermediate spring receptacle (eg spring plate).
Das untere Ende der Feder befindet sich bei eingebautem Rad seitlich desselben, also entlang der Y-Achse neben dem Rad und entlang der Z-Achse auf Höhe des Rades. Es ist also somit tief positioniert. Hierdurch kann zum einen, trotz der üblicherweise relativ niedrigen Position des Längsträgers, eine relativ lange Feder verwendet werden. Dies bedeutet, dass der im Betriebszustand maximal mögliche Federweg im Verhältnis zur Gesamtlänge der Feder kleiner ist. Insbesondere ist es hierbei leichter zu verhindern, dass die Feder im Betriebszustand vollständig komprimiert wird. Die vorliegende Bauform ermöglicht allerdings auch ein relativ großes Verhältnis von Federweg der Feder zu Federweg des Rades. Dieses große Verhältnis von Federweg der Feder zu Federweg des Rades wird dadurch erreicht, dass das untere Ende der Feder direkt an den Radträger angebunden ist. Dies wiederum ist entscheidend für eine Gewichtsersparnis, da bei einem größeren Federweg der Feder diese aufgrund der geringeren statischen Last im Allgemeinen leichter ausgeführt werden kann.The lower end of the spring is the same with built-in wheel laterally, ie along the Y-axis next to the wheel and along the Z-axis at the level of the wheel. It is thus deeply positioned. In this way, on the one hand, despite the usually relatively low position of the longitudinal member, a relatively long spring can be used. This means that the maximum possible spring travel in the operating state in relation to the total length of the spring is smaller. In particular, it is easier to prevent that the spring is fully compressed in the operating state. However, the present design also allows a relatively large ratio of spring travel of the spring to travel of the wheel. This large ratio of travel of the spring to spring travel of the wheel is achieved in that the lower end of the spring is connected directly to the wheel. This, in turn, is crucial for weight savings since, with a longer spring travel, the spring can generally be made lighter due to the lower static load.
Insbesondere kann das obere Ende der Feder an einer Unterseite des Längsträgers angeordnet sein. Alternativ kann es auch seitlich des Längsträgers angeordnet sein. Bevorzugt ist das obere Ende der Feder direkt unterhalb des Längsträgers bzw. direkt unterhalb des Längsträger in lateraler Richtung (also in Y-Richtung) zur Fahrzeugaußenseite hin versetzt angeordnet.In particular, the upper end of the spring can be arranged on an underside of the longitudinal member. Alternatively, it may also be arranged laterally of the longitudinal member. Preferably, the upper end of the spring is arranged offset directly below the longitudinal member or directly below the longitudinal member in the lateral direction (ie in the Y direction) to the vehicle outer side.
Erfindungsgemäß ist das untere Ende der Feder weiter außen angeordnet als das obere Ende. Anders ausgedrückt, die Feder ist, von oben nach unten betrachtet, nach außen geneigt. Selbstverständlich bezeichnet „außen" hierbei eine Position, die bezüglich der Y-Achse des Fahrzeugs weiter von der Fahrzeugmitte entfernt ist und sich näher am Radträger befindet. Diese Bauform ist bei einer Verbindung zum Längsträger einerseits und zum Radträger andererseits in vielen Fällen besonders günstig. Zu beachten ist hierbei, dass die Feder aufgrund ihrer Schrägstellung nicht nur Kräfte in Z-Richtung (also senkrecht) aufnimmt, sondern auch Kräfte in Y-Richtung. Durch die Schrägstellung der Feder nimmt auch ihr Federweg (bezogen auf den Federweg des Rades) zu, da das untere Ende der Feder dadurch direkt an den Radträger angebunden werden kann, was unter dem o.g. Aspekt der Gewichtsersparnis ebenfalls erwünscht ist.According to the invention, the lower end of the spring is arranged on the outside than the upper end. In other words, the spring, when viewed from top to bottom, is inclined outwards. Of course, "outside" refers to a position that is farther from the center of the vehicle with respect to the Y-axis and closer to the wheel carrier Note that due to its inclination, the spring absorbs not only forces in the Z direction (ie perpendicular), but also forces in the Y direction. because the lower end of the spring can be connected directly to the wheel, which is also desirable under the above-mentioned aspect of weight saving.
Vorteilhaft ist das untere Ende der Feder niedriger als eine Drehachse des Rades angeordnet. Auf diese Weise besteht auch bei einer relativ niedrigen Position des Längsträgers gegenüber dem Radträger genug Raum für den Einbau der Feder, wobei u.a. auch eine zu starke Schrägstellung der Feder vermieden werden kann. Bei zu starker Schrägstellung würde zum einen die Hauptfunktion der Feder, nämlich die Aufnahme von senkrechten Kräften, beeinträchtigt, zum anderen würden die durch die Feder vermittelten seitlichen Kräfte eventuell zu stark. Der Radträger kann bei dieser Ausgestaltung eine Art unteren Ausleger aufweisen, auf dem sich das untere Ende der Feder abstützt.Advantageously, the lower end of the spring is arranged lower than a rotational axis of the wheel. In this way, even with a relatively low position of the longitudinal member relative to the wheel carrier enough space for the installation of the spring, u.a. also an excessive inclination of the spring can be avoided. Too strong an inclination would on the one hand the main function of the spring, namely the absorption of vertical forces, impaired, on the other hand, the mediated by the spring lateral forces may be too strong. The wheel carrier may in this embodiment have a kind of lower arm, on which the lower end of the spring is supported.
Um das Maß der seitlich wirkenden Kräfte wenigstens teilweise von der Schrägstellung der Feder zu entkoppeln, ist es bevorzugt, dass eine Kraftwirkungslinie der Feder im Winkel zu einer Mittellinie der Feder verläuft. Die Mittellinie bzw. Federmittellinie entspricht bei einer zylindrischen Schraubenfeder der Zylinderachse. Bei nicht-zylindrischen Federn, bei welchen z. B. die einzelnen Windungen unterschiedliche Durchmesser aufweisen und/oder zueinander versetzt sind, wird normalerweise eine Art Mittelpunkt jeder einzelnen Windung konstruiert und die genannten Mittelpunkte werden durch eine gedachte Linie verbunden, die dann die Mittellinie bildet. Während die Mittellinie im unbelasteten Zustand ggf. gekrümmt sein kann, sind im Stand der Technik bekannte Federn normalerweise so konstruiert, dass sich im unbelasteten Zustand eine gerade Mittellinie gibt.To at least partially decouple the amount of laterally acting forces from the skew of the spring, it is preferred that a force line of action of the spring be at an angle to a centerline of the spring. The center line or spring center line corresponds with a cylindrical coil spring of the cylinder axis. For non-cylindrical springs, in which z. For example, if the individual coils have different diameters and / or are offset from one another, a kind of center of each individual coil is normally constructed and said centers are connected by an imaginary line which then forms the center line. While the center line in the unloaded state may possibly be curved, springs known in the prior art are normally designed such that a straight center line exists in the unloaded state.
Gemäß einer Ausgestaltung ist die Kraftwirkungslinie stärker gegenüber der Senkrechten geneigt als die Mittellinie. Anders gesagt, die Schrägstellung der Kraftwirkungslinie ist größer durch diese Ausgestaltung. Somit kann bei einer vorgegebenen Einbauposition der Feder die seitliche Steifigkeit der Aufhängung verbessert werden, da die Feder in stärkerem Maße seitliche Kräfte (entlang der Y-Achse) aufnimmt. Dies kann sich insbesondere bei Kurvenfahrten positiv auf das Fahrverhalten und die Stabilität auswirken.According to one embodiment, the force line of action is more inclined to the vertical than the center line. In other words, the Inclination of the force of action line is greater by this configuration. Thus, at a given installation position of the spring, the lateral rigidity of the suspension can be improved as the spring receives more lateral forces (along the Y-axis). This can have a positive effect on driving behavior and stability, especially when cornering.
Andererseits kann in bestimmten Fällen eine zu starke Schrägstellung der Kraftwirkungslinie zu unerwünschten Vorspannungen in einigen Lagerbuchsen der Aufhängung führen. Dies ist auf die bereits angesprochene seitliche Kraftkomponente zurückzuführen. Um diesen Effekt zu mindern, kann in einer alternativen Ausführungsform die Kraftwirkungslinie schwächer gegenüber der Senkrechten geneigt sein als die Mittellinie. Dies schließt selbstverständlich auch den Fall ein, dass die Kraftwirkungslinie senkrecht verläuft, während die Mittellinie gegenüber der Senkrechten geneigt ist.On the other hand, in some cases too much skew of the force line of action may lead to undesirable preloads in some bushings of the suspension. This is due to the already mentioned lateral force component. To mitigate this effect, in an alternative embodiment, the force line of action may be less inclined to the vertical than the center line. Of course, this also includes the case that the force line of action is perpendicular, while the center line is inclined with respect to the vertical.
Des Weiteren lassen sich durch die Schrägstellung der Kraftwirkungslinie der Feder auch die Fahrstabilität und das Selbstlenkverhalten unter Einfederung gezielt beeinflussen bzw. optimieren.Furthermore, the inclination of the force line of action of the spring can also be used to selectively influence or optimize the driving stability and the self-steering behavior under spring deflection.
Grundsätzlich kann die Feder durch unterschiedliche Baumformen realisiert werden, bspw. als pneumatische Feder. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist die Feder als Schraubenfeder ausgebildet. Sie besteht hierbei typischerweise aus Federstahl oder Faserverbundkunststoff. In der einfachsten Ausgestaltung ist die Feder in entspanntem Zustand gerade und zylinderförmig. Es kommen daneben aber auch Bauformen infrage, bei denen bspw. der Krümmungsradius der einzelnen Windungen variiert oder auch die Mittellinie in entspanntem Zustand gekrümmt ist. Gemäß einer solchen Ausgestaltung ist die Feder S-förmig ausgebildet. Dies bezieht sich auf die Form der Feder bzw. ihrer Mittellinie in entspanntem Zustand. Wie bereits oben angemerkt, sind derartige Federn normalerweise im gespannten Zustand gerade ausgebildet. Allerdings weisen Sie im gespannten Zustand eine Kraftwirkungslinie auf, die nicht mit der Mittellinie übereinstimmt, sondern zu dieser im Winkel steht. Ein ähnlicher Effekt lässt sich auch mit pneumatischen Federn mit einem Rollbalg aus einem Faser-Gummi-Verbund erzielen. Dabei wird eine zur geometrischen Mittellinie der pneumatischen Feder angewinkelte Kraftwirkungslinie durch die asymmetrische Ausgestaltung des Rollbalgs erreicht.Basically, the spring can be realized by different tree shapes, for example. As a pneumatic spring. According to another embodiment, the spring is designed as a helical spring. It typically consists of spring steel or fiber composite plastic. In the simplest embodiment, the spring is in a relaxed state straight and cylindrical. In addition, however, there are also designs in question in which, for example, the radius of curvature of the individual turns varies or the center line is curved in a relaxed state. According to such an embodiment, the spring is S-shaped. This refers to the shape of the spring or its center line in a relaxed state. As noted above, such springs are normally straight in the tensioned state. However, in the tensioned state, they have a force action line that does not coincide with the center line but is at an angle to it. A similar effect can be achieved with pneumatic springs with a rolling bellows made of a fiber-rubber composite. In this case, an angled to the geometric center line of the pneumatic spring force line of action is achieved by the asymmetric design of the rolling bellows.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigtFurther advantageous details and effects of the invention are explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the figure. It shows
Ebenfalls eingezeichnet ist eine Mittellinie
Alternativ kann auch eine Schraubenfeder
Weiterhin zeigt die Figur eine Kraftwirkungslinie
Es versteht sich, dass die Radaufhängung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Radaufhängung Arm
- 22
- Radträger wheel carrier
- 33
- Rad wheel
- 44
- Längsträger longitudinal beams
- 55
- Schraubenfeder coil spring
- 66
- oberes Ende top end
- 77
- unteres Ende lower end
- 88th
- Ausleger boom
- 99
- Mittellinie center line
- 10.1, 10.210.1, 10.2
- Kraftwirkungslinie Line of action
- 1111
- Drehachse axis of rotation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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