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Die Erfindung betrifft eine Lenkervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen sind üblicherweise mit lenkbaren Fahrzeugachsen ausgebildet. Dabei werden die Fahrzeuge unter anderem mit sogenannten McPherson-Radaufhängungen im Bereich der lenkbaren Mehrlenker-Fahrzeugachsen, wie lenkbare Vorderachsen ausgeführt. Zusätzlich dazu existieren verschiedene Radaufhängungskonfigurationen mit Vierlenkern, Dreiecksquerlenkern oder mit Doppelquerlenkern.
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Mit diesen konventionellen Radaufhängungen sind jedoch die Schwenkwinkelbereiche der Räder einer lenkbaren Fahrzeugachse nachteilhafterweise auf etwa +/–40 Grad beschränkt und die Manövrierbarkeit von Fahrzeugen insbesondere während Einparkvorgängen unzureichend ist. Die beschränkten Lenkwinkelbereiche resultieren daraus, dass die Querlenker der vorstehend bezeichneten Mehrlenkerachsen in dem für größere Schwenkwinkelbereiche benötigten Bauraum im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung verlaufend angeordnet sind.
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Darüber hinaus sind Mehrlenkerachsen bekannt, durch welche die Manövrierbarkeit des Fahrzeugs verbessert wird. Beispielsweise ist in der
DE 10 2012 203 382 A1 eine aufgelöste Mehrlenkeranordnung gezeigt, bei der ein schwenkbarer und gekröpft ausgebildeter Teilquerlenker beim Einlenken eines Rades des Fahrzeugs in Richtung eines zweiten Teilquerlenkers in einem einen Schwenkwinkel eines Radträgers erhöhenden Umfang bewegbar ausgeführt ist und einen Schwenkbereich des Rades durch die gekröpfte Ausgestaltung und die Schwenkbewegung freigibt. Dadurch sind Lenkwinkel von 90 Grad und auch darüber hinaus darstellbar, womit ein mit einer solchen Mehrlenkerachse ausgeführtes Fahrzeug durch eine gute Manövrierbarkeit bzw. Wendigkeit gekennzeichnet ist.
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Die Verwendung mehrerer derart ausgestalteter Mehrlenkerachsen bietet beispielsweise die Möglichkeit einen Paralleleinschlag aller Räder der Vorderachse und der Hinterachse eines zweiachsigen Fahrzeuges um 90 Grad darzustellen und das Einparken des Fahrzeugs zu vereinfachen. Ist dagegen ein solches zweiachsiges Fahrzeug nur mit einer solchen lenkbaren Mehrlenkerachse ausgebildet, dreht sich ein Fahrzeug bei entsprechendem Lenkeinschlag um die Mitte der jeweils nicht lenkbaren Fahrzeugachse.
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Zur Darstellung der Schwenkbewegung der Teilquerlenker ist die Radaufhängung nachteilhafterweise jeweils mit einer aufwendigen mechanischen Kopplung zwischen den Teilquerlenkern und dem Radträger ausgebildet, über die die Schwenkbewegung der Teilquerlenker direkt mit der Lenkbewegung des Radträgers und damit des jeweiligen Rades gekoppelt ist, womit die Betätigung der Teilquerlenker lediglich mit geringem Freiheitsgrad durchführbar ist. Des Weiteren ist die Radaufhängung jeweils nur mit hohem konstruktivem Aufwand in verschiedene, bereits bestehende Fahrzeugsysteme implementierbar, da die mechanische Kopplung zwischen den Teilquerlenkern und dem Radträger jeweils an in den verschiedenen Fahrzeugsystemen zur Verfügung stehende Bauräume anzupassen ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ausgehend vom genannten Stand der Technik eine mit geringem Aufwand betätigbare Lenkervorrichtung zu schaffen, mittels der gute Manövrierfähigkeit eines Fahrzeugs über einen möglichst großen Betriebsbereich eines Fahrzeuges erzielbar ist und die auf einfache Art und Weise in verschieden ausgeführte sowie bereits bestehende Fahrzeugsysteme implementierbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Lenkervorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Demnach wird eine Lenkervorrichtung für eine einer lenkbaren Achse zugeordneten Radaufhängung eines Fahrzeugs mit einem ersten Lenker und zumindest einem zweiten Lenker vorgeschlagen, die über Lagereinheiten sowohl mit einem Radträger als auch mit einer Fahrzeugkarosserie in Wirkverbindung bringbar sind und sich in Einbaulage zwischen einem Radträger und der Fahrzeugkarosserie wenigstens annähernd in Fahrzeugquerrichtung erstrecken.
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Dabei sind die mindestens zwei Lenker relativ zueinander bewegbar und zumindest der erste Lenker ist aus einer mit einer Geradeausstellung des Radträgers korrespondierenden Stellung heraus in Richtung des zweiten Lenkers in einen einen Schwenkwinkelbereich des Radträgers in eine erste Lenkrichtung erhöhenden Umfang und zumindest der zweite Lenker ist aus einer mit der Geradeausstellung des Radträgers korrespondierenden Stellung heraus in Richtung des ersten Lenkers in einem den Schwenkwinkelbereich des Radträgers in eine zu der ersten Lenkrichtung entgegengesetzten zweiten Lenkrichtung erhöhenden Umfang bewegbar ausgeführt.
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Erfindungsgemäß sind fahrzeugseitige Lagereinheiten der Lenker jeweils aus ihren mit einer Geradeausstellung eines Radträgers korrespondierenden Stellungen heraus sowohl jeweils in Richtung der Lagereinheit wenigstens des anderen Lenkers als auch in die dazu entgegengesetzte Richtung mittels eines Aktuators zur Darstellung einer Relativbewegung zwischen den Lenkern betätigbar.
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Im Unterschied zu aus dem Stand der Technik bekannten Lenkervorrichtungen bzw. Radaufhängungen sind die beiden fahrzeugseitigen Lagereinheiten der Lenker und damit die Lenker der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung während der Darstellung größerer Lenkwinkel, z. B. 90 Grad und größer, und eines damit einhergehenden Lenkvorgangs mittels eines Aktuators relativ zueinander und jeweils unabhängig von der Bewegung des anderen Lenker verschiebbar.
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Für beide Lenker kann ein gemeinsamer Aktuator zum Verstellen der Lenker relativ zueinander vorgesehen sein oder alternativ jeder Lenker über einen separaten Aktuator ansteuerbar und verstellbar sein.
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Alternativ hierzu kann die von einem Aktuator erzeugte Stellkraft über ein flexibles Übertragungselement an mindestens einem der Lenker aufgebracht werden, wodurch der Aktuator auf einfache Art und Weise im Bereich des jeweils zur Verfügung stehenden Bauraums anordenbar ist.
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Die erfindungsgemäße Lenkervorrichtung ist z. B. für einen Einsatz im Bereich von antreibbaren, lenkbaren Fahrzeugachsen geeignet, deren Räder direkt durch einen jeweils im Bereich der Räder angeordneten elektrischen Radnabenantrieb antreibbar sind, die ohne in Fahrzeugquerrichtung zwischen einem Achsdifferential und den Rädern verlaufende Antriebswellen herkömmlicher antreibbarer Fahrzeugachsen ausgeführt sind.
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Vorliegend stellen die Begriffe Schwenkwinkel, Lenkwinkel und Einschlagwinkel jeweils Synonyme zur Beschreibung einer Größe einer Schwenkbewegung zumindest eines Radträgers sowie eines jeweils damit gekoppelten Rades einer zumindest lenkbaren Fahrzeugachse dar.
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Die erfindungsgemäße Lenkervorrichtung ist beispielsweise anstatt eines unteren und/oder eines oberen Dreiecksquerlenkers einer Doppelquerlenkeranordnung oder als Teil einer aufgelösten Mehrlenkeranordnung einsetzbar, um ein Fahrzeug mit hohen Lenkwinkeleinschlägen betreiben zu können.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aktuator hydraulisch, elektromechanisch und/oder pneumatisch betätigbar, womit der Aktuator abhängig von einem im Fahrzeug zur Verfügung stehenden bzw. bevorzugten Versorgungssystem passend ausgewählt und betrieben werden kann.
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Weist eine Wirkverbindung zwischen dem Aktuator und den Lenkern ein Getriebe auf, kann die Drehrichtung und/oder die Drehzahl einer vom Aktuator bereitgestellten rotatorischen Bewegung zwischen dem Aktuator und dem Lenker in Abhängigkeit der konstruktiven Ausführung angepasst werden.
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Ist das Getriebe mit einer Gewindespindel ausgeführt, in dessen Bereich eine rotatorische Betätigungsbewegung des Aktuators in eine Stellbewegung der Lenker umwandelbar ist, kann somit vorteilhafterweise eine vom Aktuator bereitgestellte rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung oder Schwenkbewegung überführt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Gewindetrieb wenigstens zwei Verbindungsstreben, die jeweils mit den Lenkern wirkverbunden sind. Diese Wirkverbindung ist mittels Gelenken ausgebildet. Diese Verbindungsstreben sind mit der Gewindespindel ebenfalls wirkverbunden. Selbstverständlich können mehr als zwei Verbindungsstreben aufgewiesen werden. Die Gewindespindel kann vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung oder aber in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Gewindespindel selbsthemmend ausgeführt. Dies verhindert ein ungewolltes Rotieren der Gewindespindel. Vorzugsweise ist diese Selbsthemmung derart, dass diese eine Rotation ohne Energieaufwand bzw. unbestromt sperrt (normally closed). Beispielsweise kann diese Gewindespindel eine Trapezgewindespindel sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung ist ein doppelwirkender Aktuator mit den Lenkern verbunden, mittels dessen zum Variieren des lotrechten Abstandes zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten eine Zugkraft und eine Druckkraft zwischen den Lenkern aufbringbar ist.
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Mittels des mit den Lenkern verbundenen doppelwirkenden Aktuators kann mit einem einzigen Aktuator als Stellkraft sowohl eine Zug- als auch eine Druckkraft auf die Lenker aufgebracht werden, wodurch keine weiteren Aktuatoren erforderlich sind. Als doppelwirkender Aktuator kann beispielsweise eine doppelwirkender Hydraulik- oder Pneumatikzylindereinheit verwendet werden.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung ist eine annähernd bogenförmig ausgeführte und mit der Karosserie eines Fahrzeugs verbindbare Führungsbahn vorgesehen, mit der die Lenker über die fahrzeugseitigen Lagereinheiten bewegbar verbunden sind und entlang der die Lenker mit ihren fahrzeugseitigen Lagereinheiten in einem den lotrechten Abstand zwischen diesen variierenden Umfang verstellbar gelagert sind. Dadurch ist die erfindungsgemäße Relativbewegung zwischen den Lenker bzw. sind die unabhängig voneinander darstellbaren Bewegungen jedes einzelnen Lenkers mit geringem konstruktiven Aufwand entlang der Führungsbahn geometrisch definiert.
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Die Führungsbahn kann bogenförmig oder kreisbahnförmig sein. Die Führungsbahn kann entweder einstückig ausgebildet sein oder auch mehrere einzelne Führungsbahnsegmenten umfassen, wobei die Lenkervorrichtung bei letztgenannter Ausführungsform mit höherem Freiheitsgrad an zur Verfügung stehende Bauräume anpassbar ist und daher eine größere konstruktive Gestaltungsfreiheit bei der Ausführung der Radaufhängung gegeben ist.
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Ein weiterer Vorteil einer Führungsbahn und mit dieser über die fahrzeugseitigen Lagereinheiten bewegbar verbundener Lenker ist der in Fahrzeughochrichtung geringe benötigte Bauraum. Der Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung in Verbindung mit einer Führungsbahn ist auch bezüglich einer Fahrzeughorizontalebene vergleichbar mit dem eines aus dem Stand der Technik bekannten starren Dreieckslenkers, mit dem lediglich kleine Lenkwinkel realisierbar sind.
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Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung ist ein lotrechter Abstand zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten der Lenker veränderbar und der zweite Lenker oder der erste Lenker zum Einstellen einer definierten Stützbreite zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten der Lenker während einer den Schwenkwinkelbereich erhöhenden Verstellung des ersten Lenkers oder des zweiten Lenkers jeweils in Richtung der mit der Geradeausstellung des Radträgers korrespondierenden Stellung führbar.
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Während Lenkbewegungen ausgehend von kleinen Lenkwinkeln hin zu größeren oder maximalen Lenkeinschlägen, wird derjenige Lenker der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung, der einen größeren Lenkeinschlag eines Radträgers und somit eines an dem Radträger montierten Rades in der aktuellen Stellung behindert, in Richtung des anderen Lenkers und relativ zu diesem bewegt, wodurch eine Kollision zwischen dem Radträger und somit dem damit verbundenen Rad und dem den Lenkwinkeleinschlag zunächst begrenzenden Lenker vermieden wird und ein angeforderter Lenkeinschlag ermöglicht wird. Der andere Lenker, auf den der eine Lenker zubewegt wird und gegenüber dem sich der Radträger mit dem daran montierten Rad wegbewegt verbleibt in der mit der Geradeausstellung des Radträgers korrespondierenden Stellung oder wird in diese Stellung geführt, um karosserieseitig eine möglichst große Stützbreite zwischen den Lenkern zu erreichen und auch bei hohen Lenkwinkeln ein gewünscht gutes Fahrverhalten darstellen zu können.
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Dadurch wird vorteilhafterweise bewirkt, dass auch bei großen Lenkwinkeln bis zu 90 Grad in Relation zur Geradeausstellung des Rades und des Radträgers der lotrechte Abstand zwischen fahrzeugseitigen Lagereinheiten der Lenker sowohl während der Relativbewegung eines der Lenker in Richtung des anderen der Lenker als auch in der Endposition bei maximalem Lenkeinschlagwinkel größtmöglich haltbar oder einstellbar ist und zwischen den beiden Lenkern betriebszustandsabhängig jeweils ein möglichst größer Winkel und eine damit einhergehende große Stützbreite erzielbar ist und die Lenker möglichst weit gespreizt sind.
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Somit wird eine verbesserte Stabilität des aufgelösten Querlenkers, oder genauer des Dreiecksquerlenkers und damit der gesamten Radaufhängung erzielt und die von dem Rad über den Radträger auf die Radaufhängung wirkenden Kräfte können durch die erfindungsgemäße Lenkervorrichtung besser aufgenommen werden. Des Weiteren ist die erfindungsgemäße Lenkervorrichtung mit stangenartigen, geradlinig ausgeführten Lenkern herstellbar sowie somit auf kosten- und bauraumgünstige Art und Weise in bestehende Fahrzeugsysteme implementierbar.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung ist eine Relativbewegung zwischen den Lenkern jeweils über eine Arretiereinrichtung sperrbar. Hierdurch kann zumindest einer der beiden Lenker oder können beide Lenker in definierten Stellungen oder Positionen festgehalten werden. Dabei ist auch ohne zusätzliche auf den oder die Lenker wirkende Haltekräfte gewährleistbar, dass der oder die Lenker in einer oder mehreren definierten Positionen arretiert werden können und über den Lenker oder die Lenker Kräfte, die über das Rad und den Radträger auf die Radaufhängung wirken, aufgenommen und in Richtung eine damit wirkverbundenen Fahrzeugkarosserie weitergeleitet werden.
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Die Arretiereinrichtung ist bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung als eine lösbare mechanische Sperreinrichtung ausgebildet, über die die Lenker in aktiviertem Betriebszustand voneinander beabstandeten Positionen haltbar sind, während in deaktiviertem Betriebszustand der Sperreinrichtung eine Relativbewegung zwischen den Lenkern freigegeben ist.
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Mittels einer solchen erfindungsgemäßen Arretiereinrichtung besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Lenkervorrichtung zunächst in einen definierten Betriebszustand zu überführen und diesen anschließend daran und unabhängig von im Betrieb eines Fahrzeuges auftretenden und den Betriebszustand verändernden Störeinflüssen aufrecht zu erhalten.
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Somit kann beispielsweise in Abhängigkeit des Schwenkwinkels des Radträgers eine Wirkverbindung zwischen einer fahrzeugseitigen Lagereinheit eines Lenkers oder zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten beider Lenker und der Führungsbahn gelöst oder hergestellt werden. Durch diese Arretiereinrichtung ist gewährleistet, dass eine Relativbewegung eines aufgrund des Schwenkwinkels des Radträgers zu verstellenden Lenkers relativ zu dem anderen Lenker ermöglicht wird, während der jeweils andere Lenker aufgrund einer sperrenden Wirkverbindung zwischen seiner fahrzeugseitigen Lagereinheit und der Führungsbahn in seiner aktuellen Position gehalten wird.
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Erfolgt nun im weiteren Verlauf wiederum ein Radeinschlag in die entgegengesetzte Lenkrichtung, kann in Abhängigkeit des Schwenkwinkels des Radträgers die sperrende Wirkverbindung zwischen dem einen Lenker und der Führungsbahn gelöst werden, um eine Relativbewegung dieses Lenkers in Schwenkrichtung des Rades und des Radträgers in Richtung des zuvor verschwenkten Lenkers zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lenkervorrichtung sind die Lenker im Bereich ihrer radträgerseitigen Lagereinheiten jeweils über eine als Drehgelenk, vorzugsweise als Kugelgelenk, ausgeführte Lagereinheit mit dem Radträger in Wirkverbindung bringbar.
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Mittels des Drehgelenks wird vorteilhafterweise der Lenkwinkel und ein Einfederwinkel gleichermaßen ermöglicht. Ist ein solches radträgerseitiges Kugelgelenk im Mittelpunkt einer bogenförmigen, vorzugsweise im Kreismittelpunkt einer kreisbahnförmigen Führungsbahn angeordnet, resultieren aus während des Betriebs des Fahrzeugs auftretenden und auf die Radaufhängung einwirkenden Kräften keine Verdrehmomente auf die Lenkervorrichtung und die Lenker, die ein Ausweichen der Lenker bei an einem Rad angreifenden Längskräften zur Folge hätten.
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Weiterhin ist es möglich, die erfindungsgemäße Lenkervorrichtung mit einer Anschlageinrichtung auszuführen, über die eine Bewegung der Lenker zum Variieren des Abstandes zwischen den Lenkern begrenzbar ist, ist auf einfache Art und Weise eine definierte Stellung eines der Lenker oder beider Lenker zueinander und an einer Führungsbahn festlegbar.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich allein oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
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1a eine dreidimensionale Teilansicht einer lenkbaren Fahrzeugachse mit einer eine obere herkömmlich ausgeführte Lenkervorrichtung und eine untere erfindungsgemäß ausgeführte Lenkervorrichtung aufweisenden Radaufhängung;
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1b die Radaufhängung gemäß 1a in einer stark schematisierten Darstellung;
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2a eine Ausführungsform der Radaufhängung, bei der Lenker der unteren Lenkervorrichtung über eine Gewindespindel miteinander in Wirkverbindung stehen;
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2b die Radaufhängung gemäß 2a in einem Betriebszustand, zu dem das Rad gegenüber seiner Geradeausstellung um etwa 90 Grad verschwenkt ist;
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1a zeigt eine dreidimensionale Teilansicht einer lenkbaren Fahrzeugachse 1 mit einer auf einer Fahrzeugseite angeordneten Radaufhängung 2 aus einer ersten Ansicht. Zusätzlich ist die Radaufhängung 2 in 1b in schematisiertem Umfang in einer zweiten Ansicht dargestellt. Die Radaufhängung 2 umfasst eine obere Lenkervorrichtung 3, die als starrer Dreieckslenker ausgebildet ist. Die obere Lenkervorrichtung 3 ist im Verbindungsbereich 4 von zwei Lenkern 5, 6 über ein vorliegend als Kugellager ausgeführtes Verbindungsgelenk 7 und einen weiteren Lenker 8 mit einem Radträger 9 verbunden, um im Betrieb eines mit der Fahrzeugachse 1 ausgeführten Fahrzeuges im Bereich eines mit dem Radträger 9 verbundenen Rades 9A angreifende Radkräfte, wie Quer- und Längskräfte, über die obere Lenkervorrichtung 3 im Bereich einer Fahrzeugkarosserie 10 abstützen zu können. Hierfür ist die obere Lenkervorrichtung 3 im Bereich von karosserieseitigen Lagereinheiten 11 in definiertem Umfang bewegbar mit der Fahrzeugkarosserie wirkverbunden, um ein Ein- und Ausfedern des Rades und des damit verbundenen Radträgers 9 in an sich bekannter Art und Weise zu ermöglichen. Bewegungen des Radträgers 9 gegenüber der Fahrzeugkarosserie 10 werden zur Darstellung eines gewünscht hohen Fahrkomforts über eine Feder-Dämpfer-Einheit 112 in an sich bekannter Art und Weise abgefedert und gedämpft.
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Zusätzlich umfasst die Radaufhängung 2 eine untere Lenkervorrichtung 12 mit einem ersten Lenker 13 und einem zweiten Lenker 14, die in dem in 1a und 1b dargestellten Umfang über Lagereinheiten 15, 16, 17 sowohl mit der Fahrzeugkarosserie 10 als auch mit dem Radträger 9 in Wirkverbindung stehen und sich in Einbaulage zwischen dem Radträger 9 und der Fahrzeugkarosserie 10 wenigstens annähernd in Fahrzeugquerrichtung y erstrecken.
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Die zwei Lenker 13, 14 der unteren Lenkervorrichtung 12 sind vorliegend relativ zueinander bewegbar. Dabei ist der erste Lenker 13 aus der in 1a und 1b dargestellten und mit der ebenfalls in 1a und 1b dargestellten Geradeausstellung des Radträgers 9 korrespondierenden Stellung heraus in Richtung des zweiten Lenkers 14 in einem einen Schwenkwinkelbereich des Radträgers 9 in eine erste Lenkrichtung R erhöhenden Umfang und zumindest der zweite Lenker 14 aus seiner ebenfalls in 1a bzw. in 1b dargestellten und mit der Geradeausstellung des Radträgers 9 korrespondierenden Stellung heraus in Richtung des ersten Lenkers 13 in einem den Schwenkwinkelbereich des Radträgers 9 in eine zu der ersten Lenkrichtung R entgegengesetzten zweiten Lenkrichtung L erhöhenden Umfang bewegbar ausgeführt. Dabei ist der Radträger 9 in seiner Geradeausstellung parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung x ausgerichtet.
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Hierfür ist eine wenigstens annähernd bogenförmig ausgeführte und mit der Fahrzeugkarosserie 10 verbundene Führungsbahn 18 vorgesehen, mit der die Lenker 13, 14 über die fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 der Lenker 13, 14 bewegbar verbunden sind und entlang der die Lenker 13, 14 mit ihren fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 in einem einen lotrechten Abstand LA zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 variierenden Umfang verstellbar gelagert sind.
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Die fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 sind beispielsweise als Gleitlager oder auch als Wälzlager ausführbar, wobei die fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 die vorzugsweise rohrförmig ausgebildete Führungsbahn 18 in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles vollumfänglich umfassen oder die Führungsbahn lediglich über einen solchen Umfangswinkel hinweg umgreifen, dass ein selbsttätiges Lösen der Lenker 13, 14 im Bereich der fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 von der Führungsbahn 18 durch einen Formschluss zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 und der Führungsbahn 18 sicher vermieden ist.
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Der lotrechte Abstand LA zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 der beiden Lenker 13, 14 der unteren Lenkervorrichtung 12 ist im vorbeschriebenen Umfang jeweils durch eine Relativbewegung zwischen den Lenkern 13, 14 entsprechend veränderbar. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der zweite Lenker 14 oder der erste Lenker 13 zum Einstellen einer definierten Stützbreite zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 der Lenker 13, 14 während einer den Schwenkwinkelbereich des Radträgers 9 erhöhenden Verstellung des ersten Lenkers 13 oder des zweiten Lenkers 14 jeweils in Richtung der mit der Geradeausstellung des Radträgers 9 korrespondierenden Stellung führbar ist. Die Lenker 13, 14 der unteren Lenkervorrichtung 12 stehen im Bereich ihrer radträgerseitigen Lagereinheit 17 über eine als Drehgelenk, vorzugsweise als Kugelgelenk, ausgeführte Lagereinheit mit dem Radträger 9 in Wirkverbindung. Die radträgerseitige Lagereinheit 17 ist vorliegend bei der in 1a und 1b dargestellten Ausführungsform der Radaufhängung 2 als gemeinsames Drehgelenk mit einem Freiheitsgrad für die beiden Lenker 13, 14 ausgeführt. Hiervon abweichend besteht in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles wiederum die Möglichkeit, dass die Lenker 13, 14 jeweils über ein separates Drehgelenk mit dem Radträger 9 verbunden sind, um in gleichem Umfang wie über das gemeinsame Drehgelenk Reifenquer- und Reifenlängskräfte über die Lenker 13, 14 im Bereich der Fahrzeugkarosserie 10 abstützen zu können.
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Im Bereich der radträgerseitigen Lagereinheit 17 bzw. des Drehgelenkes ist der Radträger 9 mittels eines nicht näher dargestellten Kugelkopfes mit den beiden Lenkern 13, 14 verbunden, um den Lenkwinkel und einen Einfederwinkel des Rades realisieren zu können. Des Weiteren ist die radträgerseitige Lagereinheit 17 vorzugsweise im Kreismittelpunkt der Kurvenbahn/ der Führungsbahn 18 angeordnet, wodurch auf die Lenker 13, 14 der unteren Lenkervorrichtung 12 wirkende Verdrehmomente im Betrieb eines mit der Radaufhängung 2 ausgeführten Fahrzeuges auf einfache Art und Weise vermieden werden. Dies ist von Vorteil, da derartige auf die Lenker 13, 14 einwirkende Verdrehmomente ansonsten ein unerwünschtes Ausweichen der Lenker 13, 14 bei anliegenden Reifenlängskräften verursachen und ein Fahrverhalten eines mit der Radaufhängung 2 ausgeführten Fahrzeuges beeinträchtigen.
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Dem Rad 9A und dem damit wirkverbundenen Radträger 9 wird mittels eines Aktuators 19, der beispielsweise als Drehaktuator ausgeführt und im Bereich eines weiteren radführenden Bauteiles, z. B. im Bereich des Feder-Dämpfer-Systems 112, angebunden sowie zwischen der oberen Lenkervorrichtung 3 und dem Radträger 9 positioniert ist, die Lenkbewegung aufgeprägt.
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Aufgrund der verschiebbaren Ausführung der Lenker 13, 14 ist eine Länge der Führungsbahn 18 nur so lang wie die Abstützbasis der karosserieseitigen Lagereinheiten 15, 16 in ihren mit der Geradeausstellung des Radträgers 9 bzw. des damit wirkverbundenen Rades 9A vorzusehen, womit die Radaufhängung 2 eine bauraumgünstige Lösung darstellt.
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Zusätzlich ist die Radaufhängung 2 in dem in 1b schematisiert dargestellten Umfang im Bereich der Führungsbahn 18 mit einer Anschlageinrichtung 20 ausgebildet, über die eine Bewegung der Lenker 13, 14 zum Variieren des lotrechten Abstandes LA zwischen den Lenkern 13, 14 bzw. deren fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 und damit auch ein Verschiebeweg der Lenker 13, 14 entlang der Führungsbahn 18 begrenzt ist. Dabei ist über die Anschlageinrichtung 20 jeweils eine Bewegung der Lenker 13, 14 über die mit der Geradeausstellung des Radträgers 9 korrespondierenden Stellungen der Lenker 13, 14 hinaus begrenzt. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, dass über die Anschlageinrichtung 20 eine Bewegung der Lenker 13, 14 über die eine Verstellung eines Lenkers 13 oder 14 aus der mit der Geradeausstellung des Radträgers 9 korrespondierenden Stellung heraus in Richtung des jeweils anderen Lenkers 14 oder 13 in einem einen Schwenkwinkelbereich des Radträgers 9 in die erste oder zweite Lenkrichtung erhöhenden Umfang limitiert ist.
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Das bedeutet, dass die Lenker 13, 14 von der Anschlageinrichtung 20 in den in 1b dargestellten Stellungen gehalten sind und von der Anschlageinrichtung 20 lediglich individuelle Bewegungen der Lenker 13, 14 ausgehend von den in 1b dargestellten und mit der Geradeausstellung des Radträgers 9 bzw. des damit wirkverbundenen Rades 9A in Richtung des jeweils anderen Lenkers 14 oder 13 möglich ist.
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In den mit der Geradeausstellung des Radträgers 9 korrespondierenden Stellungen der Lenker 13, 14 sind jeweils Lenkwinkel des Radträgers 9 bzw. des damit verbundenen Rades 9A in die Lenkrichtung L oder die Lenkrichtung R vorzugsweise bis zu Lenkwinkeln von etwa 50 Grad ausgehend von der Geradeausstellung möglich, ohne dass die Lenker 13 oder 14 hierfür in einem den lotrechten Abstand LA zwischen den Lenkern 13, 14 bzw. zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 verringernden Umfang jeweils aus ihren mit der Geradeausstellung des Radträgers 9 korrespondierenden Stellungen zu verfahren sind.
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Um jeweils größere Lenkwinkel, d. h. vorzugsweise größer als 50 Grad und bis zu 90 Grad oder auch darüber hinaus ausgehend von der Geradeausstellung des Radträgers 9 ermöglichen zu können, sind die Lenker 13, 14 jeweils aus der in 1b dargestellten Position in Richtung des jeweils anderen Lenkers 14 oder 13 verschiebbar ausgeführt. So nimmt beispielsweise der Lenker 14 bei vollem Lenkeinschlag des Rades 9A die unter dem Bezugszeichen 14A dargestellte Schwenkstellung ein, bei der der lotrechte Abstand zwischen der fahrzeugseitigen Lagereinheit 16 des Lenkers 14 und der fahrzeugseitigen Lagereinheit 15 des Lenkers 13, der sich dann nach wie vor in seiner mit der Geradeausstellung des Rades 9A korrespondierenden Stellung befindet, gegenüber dem lotrechten Abstand LA zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 reduziert ist.
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Zusätzlich umfasst die untere Lenkervorrichtung 12 eine Arretiereinrichtung 21, über die jeweils eine Relativbewegung zwischen den Lenkern 13, 14 entlang der Führungsbahn 18 sperrbar ist. Dabei ist eine eine Relativbewegung eines Lenkers 13 oder 14 in Bezug auf den jeweils anderen Lenker 14 oder 13 sperrende Wirkverbindung im Bereich der Arretiereinrichtung 21 zwischen einer der fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 der Lenker 13, 14 und der Führungsbahn 18 bei Vorliegen eines definierten Schwenkwinkels des Radträgers 9 bzw. des damit verbundenen Rades 9A lösbar, während die Wirkverbindung bei Vorliegen einer definierten Stellung der Lenker 13, 14 jeweils herstellbar ist. Damit ist wiederum auf konstruktiv einfache Weise gewährleistet, dass die Lenker 13, 14 jeweils in gewünschten Endstellungen haltbar und für ein gewünschtes Fahrverhalten erforderliche Stützbreiten bzw. lotrechte Abstände zwischen den fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 der Lenker 13, 14 aufrecht erhalten werden können, selbst wenn an den Lenkern 13, 14 im Betrieb eines Fahrzeuges die Lenker 13, 14 Stellkräfte angreifen, die die Lenker 13, 14 in nicht arretiertem Zustand aufeinander zubewegen würden.
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Dabei besteht wiederum in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles die Möglichkeit, dass die Wirkverbindung zwischen einer fahrzeugseitigen Lagereinheit 15, 16 der Lenker 13, 14 und der Führungsbahn 18 im Bereich der Arretiereinrichtung 21 eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung darstellt. Alternativ hierzu oder zusätzlich dazu sind im Bereich der fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 derart hohe Reibkräfte im Anlagebereich der Lenker 13, 14 an der Führungsbahn 18 darstellbar, die eine sogenannte Selbsthemmung zur Verfügung stellen und ein selbstständiges Verschwenken der Lenker 13, 14 um die radträgerseitige Lagereinheit 17 herum und entlang der Führungsbahn 18 ohne aktive Betätigung der Lenker 13, 14 verhindern.
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Wiederum zusätzlich dazu oder alternativ hierzu kann es auch vorgesehen sein, dass eine Ausführungsform der Radaufhängung 2 mit einer Arretiereinrichtung 21 ausgebildet ist, die ein verstellbares Sperrelement umfasst, das eine formschlüssige Verbindung zwischen den Lenkern 13, 14 und der Führungsbahn 18 herstellt, um eine selbstständige Verstellung der Lenker 13, 14 in Richtung des jeweils anderen Lenkers 14 bzw. 13 sicher zu verhindern.
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Die in 2a, 2b dargestellte Ausführungsform der Radaufhängung 2 zeigt eine Lösung, bei welcher sich das Rad 9A nicht ausgehend von den Lenkern 13, 14 bewegt. In Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles wird jeweils einer der Lenker 13 oder 14 in Bezug auf den jeweils anderen Lenker 14 oder 13 in einem den lotrechten Abstand LA zwischen den Lenkern 13, 14 bzw. zwischen deren fahrzeugseitigen Lagereinheiten 15, 16 variierenden Umfang mittels eines Aktuators und/oder mittels eines Kraftspeichers verstellt, während der jeweils andere Lenker in einem den lotrechten Abstand zwischen den Lenkern 13, 14 variierenden Umfang mittels eines Aktuators und/oder eines Kraftspeichers verstellbar ausgeführt ist.
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Bei der in 2a und 42b dargestellten Ausführungsform der Radaufhängung 2 werden Stellbewegungen zwischen den Lenkern 13, 14 der unteren Lenkervorrichtung 12 über den Aktuator 22 aktiv betätigt, wobei zwischen dem Aktuator 22 und den Lenkern 13, 14 ein als Gewindetrieb ausgeführtes Getriebe 30 vorgesehen ist. Der Gewindetrieb 30 umfasst Verbindungsstreben 31, die im Bereich der Gelenke 32, 33 jeweils mit den Lenkern 13, 14 verbunden sind. Im Bereich ihrer den Gelenken 32 und 33 abgewandten Enden sind die Verbindungsstreben 31 in der Mittelebene des Gewindetriebs 30 mit einer Gewindespindel 34 derart wirkverbunden, dass bei einer aktorseitig ausgelösten Drehbewegung der Gewindespindel 34 die Verbindungsstreben entlang der Gewindespindel 34 aufeinander zu- bzw. voneinander wegbewegt werden. Der Aktuator 22 ist an zwei der Verbindungsstreben 31 angeordnet.
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Während eines Betriebszustandsverlaufs der Radaufhängung 2, während dem der Lenkwinkel des Rads 9A einen definierten Wert überschreitet, wird die Gewindespindel 34 derart durch den Aktuator 22 in Rotation versetzt, dass die mit der Gewindespindel 34 verbundenen Enden der Verbindungsstreben 31 voneinander wegbewegt werden. Um den Lenker 13 aus der in 2a gezeigten und mit der Geradeausstellung des Rads 9A korrespondierenden Stellung in die in 2b gezeigte und den Schwenkwinkelbereich des Rads 9A freigebende Stellung überführen zu können, wird die Arretiereinrichtung 21 im Bereich der fahrzeugseitigen Lagereinheit 16 in aktiviertem Betriebszustand belassen, während die Wirkverbindung der Arretiereinrichtung 21 im Bereich der fahrzeugseitigen Lagereinheit 15 gelöst wird.
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Damit der Lenker 13 bei entsprechender Lenkbewegung des Rads 9A in Richtung seiner Geradeausstellung wieder in die in 4a gezeigte Position zurückführbar ist, wird die Gewindespindel 34 durch den Aktuator 22 in die entgegengesetzte Drehrichtung betätigt.
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Ist der Gewindetrieb 30 bzw. dessen Gewindespindel 34 selbsthemmend ausgeführt, beispielsweise als Trapezgewindespindel, ist der Lenker 13 ohne im Bereich des Aktuators 22 eine Haltekraft aufbringen zu müssen, in der in 2b dargestellten Position haltbar und daher ein Energiebedarf zur Betätigung der Radaufhängung 2 gering.
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Alternativ hierzu oder zusätzlich dazu kann der Gewindetrieb 30 auch mit einer Sperreinrichtung ausgeführt sein, um ein ungewolltes Rotieren der Gewindespindel 34 zu verhindern. Je nach Sicherheitskonzept kann diese Sperreinrichtung mit einer sogenannten normally-closed-Funktion ausgeführt sein und die Rotation in unbestromtem Betriebszustand sperren.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- lenkbare Fahrzeugachse
- 2
- Radaufhängung
- 3
- obere Lenkervorrichtung
- 4
- Verbindungsbereich
- 5, 6
- Lenker
- 7
- Verbindungsgelenk
- 8
- weiterer Lenker
- 9
- Radträger
- 9A
- Rad
- 10
- Fahrzeugkarosserie
- 11
- fahrzeugseitige Lagereinheit
- 12
- untere Lenkervorrichtung
- 13
- erster Lenker
- 14
- zweiter Lenker
- 15
- fahrzeugseitige Lagereinheit des ersten Lenkers
- 16
- fahrzeugseitige Lagereinheit des zweiten Lenkers
- 17
- radträgerseitige Lagereinheit
- 18
- Führungsbahn
- 19
- Aktuator
- 20
- Anschlageinrichtung
- 21
- Arretiereinrichtung
- 22
- Aktuator
- 30
- Getriebe
- 31
- Verbindungsstrebe
- 32
- Gelenk
- 33
- Gelenk
- 34
- Gewindespindel
- 46
- Schwenkachse des Radträgers
- 99A
- Einheit Radträger-Rad in Geradeausstellung
- 99B
- Einheit Radträger-Rad in verschwenkter Stellung
- 112
- Feder-Dämpfer-System
- L
- Lenkrichtung
- LA
- lotrechter Abstand
- R
- Lenkrichtung
- x
- Fahrzeuglängsrichtung
- y
- Fahrzeugquerrichtung
- z
- Fahrzeughochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012203382 A1 [0004]
