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Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs mit Sturzverstellung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
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Es ist bekannt, dass sich das Fahrverhalten eines Kraftfahrzeuges in Abhängigkeit der gewählten Sturzeinstellung ändert. Beispielsweise kann ein verbessertes Kurvenverhalten dadurch erzielt werden, dass ein negativer Sturz gewählt wird, d. h. dass die Räder des Fahrzeugs an ihrem oberen Ende nach innen, d. h. in Richtung des Fahrzeugs geneigt sind. Während eine negative Sturzeinstellung in einer Kurvenfahrt den Vorteil einer verbesserten Kraftübertragung und damit höhere Kurvengeschwindigkeiten ermöglicht, ist ein negativer Sturz beim Bremsen nachteilig. Das liegt daran, dass die Räder mit dem negativen Sturz weniger Auflagefläche bieten, über die die Bremskräfte übertragen werden können.
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Die
US 7,914,020 B2 offenbart eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs mit Sturzverstellung. Hierzu ist der Radträger über obere und untere Lenker gelenkig an der Fahrzeugkarosserie gelagert. Der obere Lenker umfasst dabei einen im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung ausgerichteten Hauptlenker und einen über ein Gelenk, beispielsweise Kugelgelenk, mit dem Hauptlenker verbundenen, im Wesentlichen in Kraftfahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Verbindungslenker. Die Sturzverstellung erfolgt über einen Aktuator, der über eine schräg zum Radträger hin geneigte Gleitlagereinheit mit der karosserieseitigen Lagerstelle des Hauptlenkers in Wirkverbindung steht und eine schräge Auslenkung der karosserieseitigen Lagerstelle des Hauptlenkers bewirkt. Als nachteilig erweist sich hierbei die konstruktiv aufwändige Ausgestaltung sowie die im Hinblick auf die Kinematik umständliche geführte Bewegung der karosserieseitigen Lagerstelle des Hauptlenkers zur Sturzverstellung.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs mit Sturzverstellung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches angegebenen Art derart weiterzubilden, dass neben einer einfachen Konstruktion eine kinematisch einfache Verstellbewegung der karosserieseitigen Lagerstelle gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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In bekannter Art und Weise ist bei der Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs mit Sturzverstellung der Radträger in der oberen Lenkerebene über einen im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung ausgerichteten Stablenker am Kraftfahrzeugaufbau angelenkt und der Stablenker ist mittels einer mit dem Stablenker über ein Lager gelenkig verbundenen Koppel in Kraftfahrzeuglängsrichtung geführt. Zur Sturzverstellung ist ein Aktuator vorgesehen, der mit der karosserieseitigen Lagerstelle des Stablenkers in Wirkverbindung steht und mittels dem die karosserieseitige Lagerstelle des oberen Stablenkers verschiebbar ist.
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Erfindungsgemäß bewirkt der Aktuator eine Verschiebung der karosserieseitigen Lagerstelle des Stablenkers in Kraftfahrzeugquerrichtung und der Stablenker ist derart über das Lager mit der Koppel geführt, dass die durch den Aktuator initiierte Verschiebung der karosserieseitigen Lagerstelle des Stablenkers in Kraftfahrzeugquerrichtung eine Drehbewegung des Stablenkers um das Lager und damit eine Sturzverstellung zur Folge hat. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erweist sich als besonders vorteilhaft, da die Verstellkinematik zur Sturzverstellung aufgrund der Drehbewegung des Stablenkers um das Drehlager wesentlich einfacher ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die erfindungsgemäße Ausgestaltung zudem konstruktiv weniger aufwändig ist, da eine gemäß dem Stand der Technik erforderliche schräg angestellte Gleitlagereinheit nicht mehr erforderlich ist.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radaufhängung steht dabei der Aktuator unmittelbar, d. h. unter Verzicht weiterer Bauteile, mit der karosserieseitigen Lagerstelle des Stablenkers in Wirkverbindung. Diese erste Ausführungsform zeichnet sich insbesondere durch ihren geringen Bauteilbedarf aus und ist daher konstruktiv besonders einfach.
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Vorzugsweise ist dabei die Koppel derart angeordnet, d. h. in Kraftfahrzeuglängsrichtung ausgerichtet, dass für den zwischen dem oberen, im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung ausgerichteten Stablenker und der Koppel liegenden Winkel (α) gilt: 70° Winkel (α) ≤ 90°. Die Anordnung der Koppel in diesem Winkelbereich bewirkt eine möglichst parallele Anordnung der Koppel zur Fahrzeugmittelebene, sodass die bei einer Sturzverstellung auftretende, ungewollte ”Auswanderbewegung” der radträgerseitigen Lagerstelle des Stablenkers in Kraftfahrzeuglängsrichtung auf ein Minimum begrenzt ist.
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Gemäß einer besonders bevorzugten zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radaufhängung ist ein über ein Lager drehbar um die Fahrzeughochrichtung an der Kraftfahrzeugkarosserie gelagerter Umlenkhebel vorgesehen, über den die karosserieseitige Lagerstelle des Stablenkers mit dem Aktuator in Wirkverbindung steht. Als vorteilhaft erweist sich hierbei, dass Kräfte in Fahrzeughochrichtung oder Fahrzeuglängsrichtung (z. B. beim Bremsen) vom Lager des Umlenkhebels aufgenommen werden und daher nicht auf den Aktuator einwirken. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Position des Aktuators nicht an die Lage des oberen Stablenkers gebunden ist, sondern vielmehr über die Geometrie des Umlenkhebels variierbar ist. Damit kann eine packagegünstige Position des Aktuators gefunden werden, z. B. bei Mittelsportwagen eine Querung oberhalb des Motors.
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Zur Übersetzungsänderung, insbesondere um die Kraft am Aktuator zu minimieren, ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Lager des Umlenkhebels so positioniert, dass der Hebelarms b1 zwischen der stablenkerseitigen Lagerstelle des Umlenkhebels und dem Lager kleiner ist als der Hebelarm b2 zwischen der aktuatorenseitigen Lagerstelle des Umlenkhebels und dem Lager.
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Besonders bevorzugt sind bei dieser zweiten Ausführungsform die Koppel und der Umlenkhebel derart zueinander angeordnet, dass für einen zwischen dem Schenkel Stablenker und dem Schenkel Koppel liegenden Winkel (α) und eine zwischen dem Schenkel gedachte Verbindungslinie durch das Lager des Umlenkhebels und der karosserieseitigen Lagerstelle des Stablenkers und dem Schenkel Stablenker liegenden Winkel (β) gilt: 0,7 ≤ Winkel (α) / Winkel (β) ≤ 1,3.
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Die Anordnung in dem entsprechenden Winkelbereich bewirkt eine annähernd parallele Anordnung der Koppel zu der gedachten Verbindungslinie (=> gedachte Linie durch Lager Umlenkhebel und karosserieseitige Lagerstelle Stablenker) und hat den positiven Effekt, dass bei einer Sturzverstellung lediglich eine weitgehende Parallelverschiebung des oberen Stablenkers auftritt, sodass eine ungewollte ”Auswanderbewegung” der radträgerseitigen Lagerstelle des Stablenkers in Kraftfahrzeuglängsrichtung auf ein Minimum begrenzt ist.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Radaufhängung um eine Radaufhängung für gelenkte Räder, wobei die zusätzlich am Radträger angreifende Spurstange, der mit der Spurstange in Wirkverbindung stehende Aktor sowie das untere Radführungselement in einer Ebene angeordnet sind. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung ist, dass eine durch die Verschiebung der karosserieseitigen Lagerstelle bedingte Sturzverstellung des Rades kaum Einfluss auf den Vorspurwinkel des Rades hat.
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Alternativ sind bei der Radaufhängung für gelenkte Räder die Bauteile Spurstange, Aktor und unteres Radführungselement in Fahrzeughochrichtung versetzt angeordnet. Ist dies der Fall, muss bei einer Sturzverstellung zur Vermeidung eines ungewollten Vorspurwinkels auch der mit der Spurstange in Wirkverbindung stehende Aktor nachgestellt werden, d. h. zur Sturzverstellung müssen beide Aktoren bewegt werden. Dies erfordert eine Synchronisierung/gemeinsame Ansteuerung. Die synchrone Ansteuerung der Aktoren erweist sich als vorteilhaft, da hierdurch größere Freiheitsgrade bei der Positionierung der Aktoren ermöglicht sind. Unter anderem ist es so denkbar, die beiden Aktoren auf Höhe der oberen Lenkerebene zu positionieren und sie sowohl zum Lenken (gegensinnig) als auch zum Stürzen (gleichsinnig) gemeinsam anzusteuern. Ein weiterer Vorteil ist, dass – vor dem Hintergrund, dass eine Sturzverstellung in der Regel höhere Kräfte erfordert als eine Lenkverstellung – durch das Zusammenspiel beider Aktoren auch höhere Leistungen erzielt werden können.
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Vorzugsweise sind dabei der mit der Spurstange in Wirkverbindung stehende Aktor sowie der mit der karosserieseitigen Lagerstelle in Wirkverbindung stehende Aktuator als Zahnstangenaktoren ausgebildet.
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Bevorzugt ist das die Koppel und den Stablenker miteinander verbindende Lager, das Lager des Umlenkhebels und die aktuatorenseitige Lagerstelle des Umlenkhebels als ein Gummi-Metall-Lager oder als ein Kugelgelenk auszubilden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Zeichnung bedeutet:
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1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung mit Sturzverstellung;
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung mit Sturzverstellung;
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3 eine Draufsicht auf die Radaufhängung aus 2, und
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4 eine vergrößerte Draufsicht auf die Umlenkhebel aus 2.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs mit Sturzverstellung.
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Wie 1 zu entnehmen ist, ist dabei der Radträger 12 in der unteren Lenkerebene über einen unteren Querlenker 14 und in der oberen Lenkerebene über einen im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung FQ ausgerichteten Stablenker 16 sowie eine im Wesentlichen in Kraftfahrzeuglängsrichtung FL ausgerichtete Koppel 18 am Kraftfahrzeugaufbau 20 angelenkt. Da es sich vorliegend um eine gelenkte Achse handelt, greift am Radträger 12 in der unteren Lenkerebene zudem noch eine Spurstange 22 an, die karosserieseitig mit einem Aktor 24 in Wirkverbindung steht.
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Zudem ist der Stablenker 16 über ein, hier als Kugelgelenk ausgebildetes, Lager 26 drehbar an der Koppel 18 gelagert und in der oberen Lenkerebene ist ein Aktuator 28 angeordnet, der gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform, unmittelbar mit der karosserieseitigen Lagerstelle 16-1 des Stablenkers 16 in Wirkverbindung steht.
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Eine Sturzverstellung erfolgt mittels einer durch den Aktuator 28 initiierten Verschiebung der karosserieseitigen Lagerstelle 16-1 des Stablenkers 16 in Kraftfahrzeugquerrichtung FQ sowie der aus der Drehbewegung des Stablenkers 16 um das Lager 26 resultierenden Schwenkbewegung der radträgerseitigen Lagerstelle 16-2 des Stablenkers 16.
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Zudem ist – wie 1 weiter zu entnehmen ist – die Koppel 18 derart in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet, dass der Winkel α zwischen Stablenker 16 und Koppel 18 annährend 90° beträgt, sodass die Koppel 18 annähernd parallel zur Kraftfahrlängsrichtung FL bzw. Fahrzeugmittelebene angeordnet ist. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass bei der Sturzverstellung ein ungewolltes ”Auswandern” der radträgerseitigen Lagerstelle 16-2 des Stablenkers 16 minimiert wird.
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Vorzugsweise sind zudem die Bauteile unterer Querlenker 14, Spurstange 22 sowie der mit der Spurstange 22 in Wirkverbindung stehende Aktor 24 weitgehend in einer gemeinsamen Ebene liegend angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass bei einer aus der Verschiebung der radträgerseitigen Lagerstelle 16-2 resultierenden Sturzverstellung der Vorspurwinkel des Rades nahezu unverändert bleibt.
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Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radaufhängung 10 ist in 2 dargestellt. Vorliegend ist nur die obere Lenkerebene gezeigt, die nicht dargestellte untere Lenkerebene ist entsprechend zu der Ausführungsform gemäß 1 aufgebaut.
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Entsprechend der Ausbildung gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, ist der im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung FQ ausgerichtete obere Stablenker 16 wiederum über eine, im Wesentlichen in Kraftfahrzeuglängsrichtung FL ausgerichtete Koppel 18 in Kraftfahrzeuglängsrichtung FL geführt.
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Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Ausführungsform steht die karosserieseitige Lagerstelle 16-1 über einen Umlenkhebel 30 mit dem Aktuator 28 in Wirkverbindung, der – wie 2 zeigt – über ein Lager 32 drehbar um die Fahrzeughochrichtung FH an dem Kraftfahrzeugaufbau 20 gelagert ist. Entscheidender Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Aktuator 24 weniger belastet wird, da auftretende Kräfte in Kraftfahrzeughochrichtung und Kraftfahrzeuglängsrichtung, beispielsweise beim Bremsen, vom Lager 32 des Umlenkhebels 30 aufgenommen werden. Da zudem aufgrund einer entsprechenden Gestaltung des Umlenkhebels 30 die Position des Aktuators 28 nicht an die Lage des oberen Stablenkers 16 gebunden ist, kann eine packagegünstige Position des Aktuators 24 gefunden werden, z. B. bei Mittelsportwagen eine Querung oberhalb des Motors.
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Um die Kraft am Aktuator 28 zu minimieren, ist zur Übersetzungsänderung – wie in 3 dargestellt – der Hebelarm b1 zwischen der stablenkerseitigen Lagerstelle 30-1 des Umlenkhebels 30 und dem Lager 32 kleiner als der Hebelarm b2 zwischen der aktuatorenseitigen Lagerstelle 30-2 des Umlenkhebels 30 und dem Lager 32.
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Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn – wie in 3 weiter schematisch gezeigt ist – der Winkel α zwischen dem im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung FQ ausgerichteten Stablenker 16 und der Koppel 18 annähernd gleich groß ist wie der Winkel β zwischen der gestrichelt dargestellten gedachten Verbindungslinie 34 (=> Verbindungslinie zwischen Lager 32 und karosserieseitige Lagerstelle 16-1) und dem Stablenker 16. Durch die nahezu parallele Ausrichtung der Koppel 18 und der Verbindungslinie 34 ist gewährleistet, dass eine Sturzverstellung lediglich eine weitgehende Parallelverschiebung des oberen Stablenkers 16 zur Folge hat, sodass eine ungewollte ”Auswanderbewegung” der radträgerseitigen Lagerstelle 16-2 des Stablenkers 16 in Kraftfahrzeuglängsrichtung FL auf ein Minimum begrenzt ist.
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Wie 4 zeigt, kann zudem durch den Umlenkhebel ein, aus der Lenkung von Vorderachsen bekannter ähnlicher Effekt (unter der Bezeichnung Ackermann-Winkel bekannt) erzielt werden: Obwohl der als Zahnstange ausgebildete Aktuator 28 an linker und rechter Fahrzeugseite dieselbe Länge stellt, bewegt sich der Radträger nicht in gleicher Weise. Dafür sorgt die nichtlineare Übersetzung durch den Umlenkhebel. Dieser Effekt ermöglicht es, am kurvenäußeren Rad mehr negativen Sturz zu stellen als gleichzeitig am kurveninneren Rad an positiven Sturz entsteht. So wird eine als unangenehm empfundene Querbewegung des Kraftfahrzeugs minimiert. Verschiebt sich, wie dargestellt, die Zahnstange nach links, verkürzt sich der Hebelarm zwischen Zahnstange und Lager 32 auf die Größe h1, während rechts sich der Hebelarm auf h2 erhöht. Damit wird dem linken Rad ein großer negativer Sturzwinkel aufgeprägt, während am rechten Rad lediglich eine geringe positive Sturzverstellung auftritt.
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Es wird noch darauf hingewiesen, dass die aktuatorenseitige Lagerstelle 30-2 des Umlenkhebels, vgl. 2 bis 4, so ausgeführt ist, dass die Lagerstelle 30-2 bzw. das hier verbaute Lager den Versatz zwischen der translatorischen Verschiebung des Akuators 28 und der rotatorischen Drehung des Lagers bei 30-2 um den Lagerpunkt 32 ausgleicht. Alternativ kann zwischen Aktuator 28 und der aktuatorenseitigen Lagerstelle 32-2 auch eine weitere Koppel angeordnet sein oder aber der Aktuator 28 nicht am Rohbau gelagert sein, sondern nur an den Lagerstellen 30-2 der linken und rechten Fahrzeugseite.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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