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Die Erfindung betrifft eine Lenkeranordnung für ein lenkbares Rad eines Kraftfahrzeugs, mit deren Hilfe das Rad gelenkig an ein Fahrwerk des Kraftfahrzeugs angebunden werden kann.
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DE 10 2013 016 766 A1 ist eine Lenkeranordnung für ein lenkbares Vorderrad eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der ein vorderer Querlenker und ein hinterer Querlenker, die jeweils an dem Vorderrad angelenkt sind, schwenkbar mit einem Hilfsrahmen einer Kraftfahrzeugkarosserie verbunden sind. Bei einem Crash kann der vordere Querlenker von dem Hilfsrahmen abgetrennt werden, so dass der vordere Querlenker frei beweglich mit dem Vorderrad verbunden bleibt und der hintere Querlenker bei einer elastischen Deformation das Vorderrad in eine für den Crash günstige Relativlage verlagern kann, ohne dass der abgetrennte vordere Querlenker diese Bewegung blockieren kann.
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DE 103 38 627 A1 ist ein Querlenker für ein Rad eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem der Querlenker an einer vorderen Lagerstelle aus einer axial aus einer Lagerhülse herausrutschen kann, wenn sich infolge eines Crashs der Abstand der vorderen Lagerstelle zu der hinteren Lagerstelle verkürzt.
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DE 10 2012 018 554 B3 ist es bekannt, dass ein Querlenker für ein Rad eines Kraftfahrzeugs bei einem Crash definiert ausknicken kann, um eine vollständige Separation des Querlenkers zu vermeiden.
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GB 2 327 649 A ist ein Formel 1 Rennwagen mit einem hohlen V-förmigen Querlenker für ein Rad bekannt, bei dem ein an beiden Enden mit einer Karosserie des Rennwagens verbundenes Sicherheitskabel im Inneren durch den hohlen Querlenker geführt ist, damit bei einem Zusammenbrechen des Querlenkers bei einem Crash die zerbrochenen Einzelteile des Querlenkers nicht davongeschleudert werden können.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis das Crashverhalten eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein gutes Crashverhalten eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Lenkeranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Lenkeranordnung für ein lenkbares Rad eines Kraftfahrzeugs mit einem Hilfsrahmen zur Abtragung von Lasten an ein Fahrwerk des Kraftfahrzeugs, einem an einer vorderen Lagerstelle und einer hinteren Lagerstelle an dem Hilfsrahmen schwenkbar gelagerten Querlenker zur gelenkigen Anbindung an das Rad, wobei die vordere Lagerstelle als Ausrücklager zur relativen Verschiebbarkeit des Querlenkers zum Hilfsrahmen im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs oberhalb einer auf dem Hilfsrahmen einwirkenden Crashkraft ausgestaltet ist, wobei die hintere Lagerstelle ausgestaltet ist oberhalb einer einwirkenden Grenzkraft den Querlenker von der hinteren Lagerstelle abzutrennen und der Querlenker im Bereich der hinteren Lagerstelle über ein flexibles Verbindungselement zur Begrenzung einer Relativbewegung des Querlenkers zur hinteren Lagerstelle des Hilfsrahmens mit dem Hilfsrahmen gekoppelt ist.
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Wenn das Kraftfahrzeug auf ein Hindernis aufprallt („Crash“) kann ein Teil des Kraftfahrzeugs plastisch deformiert werden. Hierbei kann es vorkommen, dass der Hilfsrahmen in einer Art und Weise deformiert wird, dass sich der Abstand der vorderen Lagerstelle zu der hinteren Lagerstelle verändert. Damit dies nicht zu einer unerwünschten elastischen und/oder plastischen Deformation des Querlenkers führt, die zu einer ungünstigen Relativlage des angelenkten Rads führt, kann bei einem Crash die Anbindung des Querlenkers an der vorderen Lagerstelle eine Relativbewegung zum Hilfsrahmen in Fahrtrichtung ausführen. Wenn bei einem Frontalcrash der vordere Teil des Hilfsrahmens zusammen mit der vorderen Lagerstelle entgegen der Fahrtrichtung verlagert wird, kann der Querlenker in Fahrtrichtung aus der vorderen Lagerstelle ausrücken. Der sich deformierende Hilfsrahmen kann dadurch den Querlenker an der vorderen Lagerstelle nicht mitnehmen, so dass eine unerwünschte Bewegung des Rads, beispielsweise in Richtung eines Fahrgastinnenraums des Kraftfahrzeugs, vermieden werden kann. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass der Querlenker zur Ermöglichung einer Auf- und Abbewegung des Rads um eine im Wesentlichen in Fahrtrichtung verlaufende Schwenkachse an dem Hilfsrahmen angelenkt ist, so dass leicht ein in Fahrtrichtung verlagerbares Lager an der vorderen Lagerstelle vorgesehen werden kann. Das Lager kann Radialkräfte aufnehmen und gegebenenfalls in einem gewissen Ausmaß Axialkräfte aufnehmen. Wenn bei einem Crash der sich deformierende Hilfsrahmen auf den in der vorderen Lagerstelle gelagerten Querlenker eine die Crashkraft übersteigende Axialkraft entgegen der Fahrtrichtung aufprägt, kann die als Ausrücklager ausgestaltet vordere Lagerstelle nachgeben und den Querlenker in Fahrtrichtung aus der vorderen Lagerstelle ausrücken lassen. Durch die als Ausrücklager ausgestaltete vordere Lagerstelle kann der sich bei einem Frontalcrash deformierende Hilfsrahmen den Querlenker nicht mitnehmen und dadurch das Rad nicht in eine ungünstige Relativlage bewegen, so dass ein gutes Crashverhalten eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Die hintere ist Lagerstelle ausgestaltet oberhalb einer einwirkenden Grenzkraft den Querlenker von der hinteren Lagerstelle abzutrennen. Bei einem „small overlap crash“, bei dem beispielsweise nur ein für das Rad vorgesehener Radkasten aber nicht der Hilfsrahmen beteiligt ist, oder einem besonders starken Frontalcrash kann der Querlenker von der hinteren Lagerstelle abgetrennt werden und dadurch Platz für einen ausreichenden Deformationsweg schaffen, der nicht durch das Rad blockiert wird. Je nach Art des Crashs kann der Querlenker hierbei aus der vorderen Lagerstelle ausgerückt sein oder noch in der vorderen Lagerstelle verbleiben. Die Grenzkraft, bei welche der Querlenker von der hinteren Lagerstelle getrennt wird, kann zur Erreichung einer günstigen Bewegungskinematik des Rads beim Crash gewählt sein. Beispielsweise kann die Grenzkraft so hoch sein, dass zunächst der Querlenker vom Rad getrennt wird, bevor der Querlenker von der hinteren Lagerstelle getrennt wird.
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Der Querlenker ist im Bereich der hinteren Lagerstelle über ein flexibles Verbindungselement, insbesondere Band oder Seil, zur Begrenzung einer Relativbewegung des Querlenkers zur hinteren Lagerstelle des Hilfsrahmens mit dem Hilfsrahmen gekoppelt. Der Querlenker kann dadurch von der hinteren Lagerstelle getrennt werden, aber sich nicht unkontrolliert bewegen. Eine unkontrollierte Bewegungskinematik des Querlenkers im Bereich der hinteren Lagerstelle kann dadurch vermieden werden, so dass auch eine ungünstige Relativbewegung des Rads bei einem Crash vermieden werden kann. Das flexible Verbindungselement kann ein Trennen des Querlenkers von der hinteren Lagerstelle sowie eine begrenzte relative Bewegbarkeit zulassen, aber eine zu weite Entfernung des Querlenkers von der hinteren Lagerstelle sperren. Das flexible Verbindungselement kann den von der hinteren Lagerstelle abgetrennten Querlenker abfangen und in einem vorab definierten Ausmaß in der Nähe der hinteren Lagerstelle festhalten. Durch den über das flexible Verbindungselement auch im von der hinteren Lagerstelle getrennten Zustand immer noch an dem Hilfsrahmen angebundenen Querlenker kann bei einem Crash des Kraftfahrzeugs eine günstige Bewegungskinematik für das Rad erreicht werden, so dass ein gutes Crashverhalten eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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Der Querlenker ist insbesondere als Dreiecksquerlenker oder Trapezquerlenker ausgestaltet, so dass es zur Einzelradaufhängung des Rads nicht erforderlich ist zwei voneinander separierte in Fahrtrichtung hintereinander angeordnete Querlenker vorzusehen. Da der Querlenker bei einem Frontalcrash aus der als Ausrücklager ausgestalteten vorderen Lagerstelle ausrücken kann, ist durch die einteilige an dem Hilfsrahmen angelenkten Teile des Querlenkers im Wesentlichen keine signifikant ungünstige Bewegungskinematik des Rads bei einem Frontalcrash zu erwarten. Die Lenkeranordnung kann prinzipiell für jedes einzeln aufgehängtes lenkbares Rad vorgesehen sein. Bei Kraftfahrzeugen handelt es sich hierbei in der Regel um das Vorderrad. Die Begriffe „vorne“ und „hinten“ beziehen sich daher exemplarisch auf die frontseitige und heckseitige Richtung eines Vorderrads. Im Falle eines Hinterrads würden sich aber der Begriff „vorne“ auf die heckseitige und der Begriff „hinten“ auf die frontseitige Richtung des Kraftfahrzeugs beziehen. Der Hilfsrahmen kann Teil des Fahrwerks sein und/oder mit einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigt sein. Uber den Hilfsrahmen können die im regulären Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs auftretenden und von dem Rad eingeleiteten Kräfte abgetragen werden. Insbesondere weist der Hilfsrahmen Crashbauteile auf, die bei einem Crash bewusst plastisch verformt werden können, um die Aufprallenergie des Crashs absorbieren zu können.
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Insbesondere weist der Hilfsrahmen eine im Wesentlichen in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufende Hülse auf und der Querlenker ist drehbar in der Hülse gelagert. Die Hülse ist entlang der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs an ihren Axialseiten geöffnet ausgeführt, so dass bei einem Crash, wenn die Hülse von dem deformierenden Hilfsrahmen entgegen der Fahrtrichtung relativ zum Querlenker verlagert wird, der Querlenker in Fahrtrichtung aus der Hülse ausrücken kann. Im ausgerückten Zustand kann die Hülse auf einen entsprechend dünnen Teil des Querlenkers aufgesteckt sein, wobei vorzugsweise zwischen der Hülse und dem Querlenker ein deutliches Spiel vorgesehen ist, das auch eine Schrägstellung der Hülse zum Querlenker und/oder einen seitlichen Versatz der Hülse in horizontaler und/oder in vertikaler Richtung quer zur Fahrtrichtung zulässt. Eine ungewollte Beschädigung und/oder Deformation des Querlenkers durch die mit dem Hilfsrahmen verbundene Hülse ist dadurch vermieden.
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Vorzugsweise weist der Hilfsrahmen zwischen der vorderen Lagerstelle und der hinteren Lagerstelle ein Crashbauteil zur Absorption von Aufprallenergie durch plastische Verformung auf. Da der Querlenker bei einem Crash aus der vorderen Lagerstelle ausrücken kann, ist es problemlos möglich in dem Hilfsrahmen zur Absorption von Aufprallenergie Crashbauteile vorzusehen, die im Falle eines Crash zu einer Abstandsänderung der vorderen Lagerstelle zur hinteren Lagerstelle führen. Dadurch kann entsprechend viel Aufprallenergie von dem Hilfsrahmen absorbiert werden, wodurch sich das Crashverhalten des Kraftfahrzeugs weiter verbessert.
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Besonders bevorzugt weist der Querlenker ein Blockierelement zum axialen Anschlagen an dem Hilfsrahmen im Wesentlichen in einer zur Kraftfahrzeugmitte weisenden Längsrichtung des Kraftfahrzeugs auf, wobei insbesondere das Blockierelement als eine Abstützscheibe mit einer den Durchmesser der Hülse übersteigenden radialen Erstreckung ausgestaltet ist. Bei einem Frontalcrash kann der Querlenker in Fahrtrichtung aus der ersten Lagerstelle ausrücken, aber bei einer möglichen Relativbewegung in der entgegengesetzten Richtung kann das Blockierelement anschlagen und diese Relativbewegung sperren. Dadurch kann vermieden werden, dass bei einem starkem Bremsen und den dabei auftretenden Kräften der Querlenker aus der vorderen Lagerstelle herausgelangt. Ein sicheres Bremsen ist dadurch gewährleistet. Zudem kann bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs an einem Hindernis mit geringer Uberlappung („small overlap crash“), bei dem beispielsweise nur ein für das Rad vorgesehener Radkasten aber nicht der Hilfsrahmen beteiligt ist, der Querlenker in der vorderen Lagerstelle bleiben und eine für einen derartigen Crash günstige Bewegungskinematik des Rads sicherstellen. Die Crashkraft, die überwunden werden muss, damit der Querlenker in Fahrtrichtung aus der vorderen Lagerstelle ausrückt, kann leicht an die Beschleunigungskräfte des Kraftfahrzeugs angepasst und so hoch gewählt werden, dass auch bei einem maximal vorgesehenen Beschleunigen des Kraftfahrzeugs der Querlenker in der vorderen Lagerstelle verbleibt.
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Insbesondere ist der Querlenker über ein Schwenklager mit dem Rad koppelbar, wobei das Schwenklager ausgestaltet ist oberhalb einer einwirkenden Trennkraft den Querlenker von dem Rad abzutrennen. Insbesondere bei einem „small overlap crash“, bei dem beispielsweise nur ein für das Rad vorgesehener Radkasten aber nicht der Hilfsrahmen beteiligt ist, kann das Rad in eine im regulären Fahrbetrieb eigentlich nicht vorgesehene Relativlage bewegt werden, die im Crashfall jedoch günstiger ist. Beispielsweise kann das Rad im Wesentlichen um 90° um eine vertikale Achse verdreht werden, bis das Rad im Wesentlichen quer zur Fahrtrichtung ausgerichtet ist, so dass der Radkasten besonders stark plastisch deformiert werden kann.
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Vorzugsweise ist die Trennkraft für das Schwenklager geringer als die Grenzkraft für die hintere Lagerstelle. Dadurch kann sichergestellt werden, dass zunächst der Querlenker von dem Rad getrennt wird, bevor der Querlenker von der hinteren Lagerstelle getrennt wird. Der Querlenker ist dadurch lange genug an der hinteren Lagerstelle abgestützt, um eine Relativbewegung des Rads in eine für den Crashfall günstige Relativlage zu erzwingen, bevor der Querlenker von der hinteren Lagerstelle getrennt wird, um genug Platz für einen großen Deformationsweg zu schaffen.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische perspektivische Ansicht einer Lenkeranordnung vor einem ersten Crashscenario,
- 2: eine schematische perspektivische Ansicht der Lenkeranordnung aus 1 nach dem ersten Crashscenario,
- 3: eine schematische perspektivische Ansicht einer Lenkeranordnung vor einem zweiten Crashscenario,
- 4: eine schematische perspektivische Ansicht der Lenkeranordnung aus 3 nach dem zweiten Crashscenario,
- 5: eine schematische Schnittansicht einer ersten Lagerstelle der Lenkeranordnung aus 1 und 3 und
- 6: eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Lenkeranordnung.
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Die in 1 vereinfacht dargestellte Lenkeranordnung 10 weist einen Hilfsrahmen 12 auf, der mit einem Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs verbunden sein kann. An dem Hilfsrahmen 12 ist an einer vorderen Lagerstelle 14 und einer hinteren Lagerstelle 16 ein als Dreiecksquerlenker ausgestalteter Querlenker 18 um eine in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs verlaufende Schwenkachse schwenkbar angelenkt. Der Querlenker 18 kann über ein Schwenklager 20 mit einem nicht dargestellten lenkbaren Rad, insbesondere einzeln aufgehängtes Vorderrad, gekoppelt sein.
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Wie in 2 dargestellt kann bei einem Frontalcrash der Hilfsrahmen 12 entgegen der Fahrtrichtung plastisch zusammengedrückt sein. Der Hilfsrahmen 12 kann hierzu beispielsweise als Crashbox ausgestaltete Crashbauteile 22 aufweisen, die bei einem Crash bewusst plastisch deformiert werden sollen, um die Aufprallenergie zu absorbieren. Durch die plastische Deformation des Hilfsrahmens 12 kann sich der Abstand der vorderen Lagerstelle 14 zur hinteren Lagerstelle 16 verringern. Die vordere Lagerstelle 14 weist eine mit dem Hilfsrahmen 12 fest verbundene Hülse 24 auf, in welcher der Querlenker 18 über ein beispielsweise als tordierbares Lagergummi ausgestaltetes Lager 26 gelagert sein kann. Durch die Hülse 24 und das in axialer Richtung in der Hülse 24 eingesteckte Lager 26 ist die vordere Lagerstelle 14 als Ausrücklager ausgestaltet, durch das es ermöglicht ist, dass der Querlenker 18 insbesondere zusammen mit dem Lager 26 aus der Hülse 24 in Fahrtrichtung ausrücken kann, wenn der Hilfsrahmen 12 deformiert wird. Eine plastische Verformung des Querlenkers 18 und eine unkontrollierte Verlagerung des angekoppelten Rads kann dadurch vermieden werden.
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Wenn bei einem small overlap crash die in 3 dargestellte Lenkeranordnung 10 wie in 4 dargestellt verformt wird, kann der Querlenker 18 an der hinteren Lagerstelle 16 von dem Hilfsrahmen 12 getrennt werden, so dass der Querlenker 18 als Ganzes eine Relativbewegung zum Hilfsrahmen 12 ausführen kann. Hierbei wird vorzugsweise vor einer Trennung des Querlenkers 18 von dem Hilfsrahmen zunächst das Schwenklager 20 des Querlenkers 18 von dem Rad abgetrennt.
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Wie in 5 dargestellt kann der Querlenker 18 im Bereich der vorderen Lagerstelle 14 ein als Abstützscheibe ausgestaltetes Blockierelement 28 aufweisen, das ein Ausrücken des Querlenkers 18 aus der Hülse 24 entgegen der Fahrtrichtung sperren kann. Dadurch ist es möglich, dass der Querlenker 18 nur bei einem Frontalcrash, wenn der Hilfsrahmen zusammengedrückt wird, aus der vorderen Lagerstelle 14 ausrücken kann.
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Wie in 6 dargestellt ist der Querlenker 18 im Bereich der hinteren Lagerstelle 16 über ein als Band oder Seil ausgestaltetes flexibles Verbindungselement 30 mit dem Hilfsrahmen 12 gekoppelt. Dadurch kann die Relativbewegung des Querlenkers 18 im Bereich der hinteren Lagerstelle 16 auch dann eingeschränkt sein, wenn der Querlenker 18 von der hinteren Lagerstelle 16 abgetrennt ist.
