DE102016218922A1

DE102016218922A1 - Verbundlenkerachse

Info

Publication number: DE102016218922A1
Application number: DE102016218922.0A
Authority: DE
Inventors: Manfred Kraus; Benjamin Wübbolt-Gorbatenko
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-09-29
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2018-03-29

Abstract

Eine Verbundlenkerachse weist einen Querträger (12) auf, welcher fest mit zwei Längslenkern (7, 10) verbunden ist. Der Querträger (12) ist aus zwei Querträgerhälften (13, 14) aufgebaut, welche mittels einer schaltbaren Kupplung (8) miteinander gekoppelt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs geeignete Verbundlenkerachse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Verbundlenkerachse eines Kraftfahrzeugs ist zum Beispiel aus der DE 10 2010 045 919 B4 bekannt. Diese Verbundlenkerachse weist einen Querträger auf, welcher als rohrförmiger Profilkörper ausgebildet ist. An den rohrförmigen Profilkörper sind endseitig Längslenker angeschweißt, welche in diesem Fall als Längsschwingen bezeichnet sind.
Eine aus der DE 10 2004 053 364 B4 bekannte Verbundlenkerachse weist einen Querträger auf, dessen Biege- und Torsionssteifigkeit einstellbar ist. Die Veränderung der Biege- und Torsionssteifigkeit soll mit Hilfe eines elektrorheologischen Materials bewerkstelligbar sein.
Die DE 10 2014 201 621 B4 offenbart eine Verbundlenkerachse, bei welcher ein torsionsweicher Querträger in Längsrichtung zweier biege- und torsionssteifer Längslenker verschiebbar ist.
In der DE 10 2011 082 390 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines Längslenkers einer Verbundlenkerachse vorgeschlagen, in den eine Antriebseinheit eines radnahen elektrischen Antriebs integriert ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelte Verbundlenkerachse mit veränderbaren Eigenschaften anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verbundlenkerachse mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Verbundlenkerachse weist in an sich bekannter Grundkonzeption einen Querträger auf, welcher fest mit zwei Längslenkern verbunden ist. Erfindungsgemäß ist der Querträger aus zwei Querträgerhälften aufgebaut, welche mittels einer schaltbaren Kupplung miteinander gekoppelt sind. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch eine Verbundlenkerachse, deren Querträger aus zwei mittels einer elastischen Kupplung miteinander gekoppelten Querträgerhälften gebildet ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass an einer Achse eines Fahrzeugs das linke Fahrzeugrad typischerweise mittels eines Stabilisators mit dem rechten Fahrzeugrad gekoppelt ist. Der Stabilisator wirkt hierbei als Torsionsfeder und stellt hinsichtlich seiner Torsionssteifigkeit stets einen Kompromiss dar, der bei der Auslegung des Fahrwerks einzugehen ist:
Ist das linke Fahrzeugrad mit dem rechten Fahrzeugrad steif gekoppelt, so begünstigt dies eine hohe Fahrdynamik, besonders auf einer hochwertigen, ebenen Fahrbahn. Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus werden durch die steife Kopplung zwischen linkem und rechtem Fahrzeugrad wirksam unterdrückt. Sobald jedoch ein Fahrzeugrad einfedert, kommt es über den biegesteif ausgelegten Stabilisator zwangsläufig zu einem Kopiereffekt auf das andere Rad. Dieser Kopiereffekt ist besonders dann nachteilig, wenn das Fahrzeug auf unebenem Untergrund, insbesondere im Gelände, bewegt wird. Bei Geländefahrt ist eine schwache Kopplung, im Extremfall eine aufgehobene Kopplung, zwischen dem linken und dem rechten Fahrzeugrad vorteilhaft.
Um diesen Zielkonflikt zwischen einer steifen und einer weichen Kopplung zwischen den Rädern einer Fahrzeugachse aufzuheben, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, einen als Torsionsfeder ausgebildeten Stabilisator mittig zu teilen, wobei die Stabilisatorhälften über eine schaltbare Kupplung miteinander koppelbar sind. Beispiele derartiger Lösungen sind in den Dokumenten DE 10 2013 219 760 A1 und DE 10 2015 201 265 A1 offenbart.
Die Erfindung wendet sich von diesen Lösungsansätzen ab und baut auf das Grundprinzip einer Verbundlenkerachse auf, welche sich gegenüber bekannten Achskonstruktionen mit schaltbaren Kupplungen durch einen besonders einfachen und raumsparenden Aufbau auszeichnet. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz des primitiven Grundaufbaus einer Verbundlenkerachse signifikante Vorteile hinsichtlich der Fahrdynamik und des Fahrkomforts erzielbar sind, indem in die Verbundlenkerachse eine schaltbare Kupplung und/oder eine elastische Kupplung integriert wird.
Mit Hilfe der schaltbaren Kupplung sind mindestens zwei Schaltzustände des Querträgers und damit der gesamten Verbundlenkerachse einstellbar. Im einfachsten Fall ist die schaltbare Kupplung zur vollständigen Entkopplung der beiden Querträgerhälften ausgebildet. Im vollständig entkoppelten Zustand wird hierbei unabhängig von der Winkelrelation zwischen den Querträgerhälften kein Drehmoment zwischen diesen übertragen. Im eingekuppelten Zustand der schaltbaren Kupplung wird dagegen in dieser Ausgestaltung ein in einer Querträgerhälfte wirkendes Drehmoment uneingeschränkt auf die zweite Querträgerhälfte übertragen.
Statt einer solchen Kupplung, welche im Sinne einer Null-Eins-Kupplung ausschließlich entweder den vollständig eingekuppelten oder den vollständig entkoppelten Zustand einnehmen kann, können innerhalb der Verbundlenkerachse auch andere Kupplungstypen verwendet werden, welche sich hinsichtlich ihrer Drehmomentübertragungscharakteristik von einer solchen Null-Eins-Kupplung unterscheiden.
Beispielsweise ist eine Kupplung für die Verbundlenkerachse geeignet, welche in jedem Betriebszustand eine zumindest geringfügige Kopplung zwischen den Querträgerhälften, was die Drehmomentübertragung betrifft, gewährleistet. Von einem solchen teilweise gekoppelten Zustand kann die schaltbare Kupplung in einen Zustand mit stärkerer Kopplung zwischen den Querträgerhälften, im Extremfall mit absolut drehsteifer Kopplung, umgeschaltet werden.
Generell kann es sich bei der schaltbaren Kupplung entweder um eine Kupplung mit diskreten Schaltzuständen oder um eine kontinuierlich einrückbare Kupplung, insbesondere Reibungskupplung, handeln. Im Fall der Ausgestaltung der Kupplung als Reibungskupplung ist diese vorzugsweise hydraulisch oder elektromechanisch betätigbar.
Unabhängig von der Schaltcharakteristik und dem Wirkprinzip der Kupplung kann der Winkelbereich, innerhalb dessen die beiden Querträgerhälften relativ zueinander verschwenkbar sind, begrenzt sein, wobei an den beiden Anschlägen eine in Umfangsrichtung wirksame Dämpfung, das heißt Anschlagsdämpfung, vorgesehen sein kann.
Alternativ zu einer herkömmlichen, durch Federkraft, insbesondere einer Tellerfeder, belasteten Kupplung kann die schaltbare Kupplung der Verbundlenkerachse beispielsweise ein elektromagnetisches Wirkprinzip nutzen. Im Fall der Ausbildung der Kupplung als Reibungskupplung kann diese beispielsweise entsprechender einer im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs üblichen Kupplung aufgebaut sein. Bei verschiedensten Bauarten von schaltbaren Kupplungen können durch Elastomermaterialien, welche im Drehmomentfluss zwischen den Querträgerhälften zum Einsatz kommen, dämpfende Effekte erzielt werden. Dies gilt sowohl für die vorgenannten Kupplungsbauarten als auch für einen beidseitig schaltbaren Freilauf, welcher ebenfalls im Sinne einer schaltbaren Kupplung in der Verbundlenkerachse verwendbar ist.
Ein Dämpfungseffekt zwischen den Querträgerhälften ist beispielsweise auch mit Hilfe eines Fluids, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit erzielbar. Eine Variation der Dämpfungseigenschaften, welche gleichbedeutend mit einer Veränderung des Schaltzustands der Kupplung sind, ist mit Hilfe eines magnetorheologischen und/oder elektrorheologischen Fluids in der Kupplung realisierbar.
Die schaltbare Kupplung der Verbundlenkerachse ist vorzugsweise mit einer Steuereinheit gekoppelt, welche eine Ansteuerung der Kupplung in Abhängigkeit verschiedenster Parameter ermöglicht. Als Parameter, die den Zustand der Kupplung beeinflussen, sind der Lenkwinkel des Fahrzeugs, die Lenkwinkelgeschwindigkeit, das heißt die Winkelgeschwindigkeit, mit welcher der Lenkwinkel verändert wird, sowie die Querbeschleunigung, welche auf das mit der Verbundlenkerachse ausgestattete Fahrzeug wirkt, zu nennen. Ebenso kann beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit in die Ansteuerung der schaltbaren Kupplung eingehen. Weitere Parameter, die Einfluss auf den Schaltzustand der Kupplung haben können, sind der Fahrbahnzustand einschließlich eventueller Straßenschäden sowie die Straßenführung. Entsprechende Daten können beispielsweise aus einem Datennetzwerk, beispielsweise einer sogenannten Cloud, abgerufen werden. Von Vorteil ist in diesem Zusammenhang auch eine datentechnische Verknüpfung zwischen einem Navigationssystem und der schaltbaren Kupplung der Verbundlenkerachse.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, jeweils in schematischer Ansicht:
1 ein Kraftfahrzeug mit Verbundlenkerachse in Draufsicht,
2 eine Ansicht der Verbundlenkerachse in Längsrichtung des Fahrzeugs,
3 eine perspektivische Ansicht der Verbundlenkerachse.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Kraftfahrzeug weist zwei Achsen 2, 3, nämlich eine nicht näher dargestellte Vorderachse 2 und eine Hinterachse 3, nämlich Verbundlenkerachse, auf. Bei dem Fahrzeug 1 handelt es sich um ein Kraftfahrzeug mit Vorderradantrieb. Prinzipiell ist die im Folgenden erläuterte Vorrichtung auch bei Fahrzeugen mit Hinterradantrieb verwendbar.
Die mit 4 bezeichneten Hinterräder des Kraftfahrzeugs 1 sind über die Verbundlenkerachse 3 miteinander gekoppelt. Die Verbundlenkerachse 3 ist aufgebaut aus einem Querträger 12, welcher fest mit zwei Längslenkern 7, 10 verbunden ist. Fahrwerksfedern 5 sowie Dämpfer 6 wirken zwischen den Längslenkern 7, 10 und dem Fahrzeugaufbau.
Der Querträger 12 ist über zwei Lagerstellen 9 mit der Karosserie des Fahrzeugs 1 verbunden. Hierbei ist in jeder der beiden Lagerstellen 9 jeweils eine Querträgerhälfte 13, 14 geführt. Die Querträgerhälften 13, 14 sind mittels einer schaltbaren Kupplung 8 miteinander gekoppelt.
Die schaltbare Kupplung 8, welche Teil der Verbundlenkerachse 3 ist, ist mittels einer Steuereinheit 11 ansteuerbar. Je nach Fahrzustand des Kraftfahrzeugs 1 können damit die beiden Querträgerhälften 13, 14 wahlweise drehfest miteinander gekoppelt, voneinander entkoppelt, oder in einem Zwischenmodus betrieben werden. In verschiedenen, einstellbaren Betriebsmodi der Steuereinheit 11 wird der Schaltzustand der als Entkopplungseinheit wirkenden schaltbaren Kupplung 8 entweder automatisch eingestellt oder durch den Fahrer des Kraftfahrzeugs 1 vorgegeben.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Vorderachse
3: Hinterachse
4: Hinterrad
5: Fahrwerksfeder
6: Dämpfer
7: Längslenker
8: Kupplung
9: Lagerstelle
10: Längslenker
11: Steuereinheit
12: Querträger
13: Querträgerhälfte
14: Querträgerhälfte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010045919 B4 [0002]
DE 102004053364 B4 [0003]
DE 102014201621 B4 [0004]
DE 102011082390 A1 [0005]
DE 102013219760 A1 [0009]
DE 102015201265 A1 [0009]

Claims

Verbundlenkerachse, mit einem Querträger (12), welcher fest mit zwei Längslenkern (7, 10) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (12) aus zwei Querträgerhälften (13, 14) aufgebaut ist, welche mittels einer schaltbaren oder elastischen Kupplung (8) miteinander gekoppelt sind.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (8) zur vollständigen Entkopplung der beiden Querträgerhälften (13, 14) ausgebildet ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (8) zur Entkopplung der beiden Querträgerhälften (13, 14) in einem beschränkten Winkelbereich ausgebildet ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die schaltbare Kupplung (8) zur partiellen Drehmomentübertragung zwischen den Querträgerhälften (13, 14) ausgebildet ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (8) von der Winkelgeschwindigkeit einer Schwenkbewegung zwischen den Querträgerhälften (13, 14) abhängige Drehmomentübertragungseigenschaften aufweist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die schaltbare Kupplung (8) als elektromagnetische Kupplung ausgebildet ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die die schaltbare Kupplung (8) als Reibungskupplung, insbesondere mit hydraulischer oder elektromechanischer Betätigung, ausgebildet ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (8) ein magnetorheologisches und/oder elektrorheologisches Fluid umfasst.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (8) mittels eines Elastomermaterials gedämpft ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (11), welche zur Ansteuerung der schaltbaren Kupplung (8) in Abhängig mindestens eines der Parameter Lenkwinkel, Lenkgeschwindigkeit, Fahrbahnzustand, Straßenführung und Querbeschleunigung ausgebildet ist.