DE102016221306A1

DE102016221306A1 - Verstellbare Radaufhängung

Info

Publication number: DE102016221306A1
Application number: DE102016221306.7A
Authority: DE
Inventors: Tomas Smetana; Andreas Kufner
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Radaufhängung (1) für ein Fahrzeug, welche eine zur Anbindung an einen Fahrzeugaufbau vorgesehene Schwinge (2), eine zur Verbindung mit einem Fahrzeugrad (3) vorgesehene Hubvorrichtung (4) und eine Antriebseinheit (5) umfasst, wobei auf der Schwinge (2) die Hubvorrichtung (4) mittels der Antriebseinheit (5) um einen Drehpunkt (D1) schwenkbar ist. Mit der vorgeschlagenen Radaufhängung kann eine Niveauregulierung als auch Wankstabilisierung erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft eine verstellbare Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
In der DE 10 2014 206 142 A1 und der DE10 2010 036 238 A1 werden Vorrichtungen zur Höhenverstellung eines Fahrzeugaufbaus beschrieben. Aus der EP 2 329 970 A1 ist ein elektromechanisch regelbarer Achssteller bekannt. In der DE 10 2007 003 950 A1 , DE 10 2005 012 245 B4 , DE 10 2011 082 128 A1 , DE 10 2013 218 570 A1 und der DE 198 57 394 C 2 werden Einzelradaufhängungen mit einem Dämpfer oder einer Federung vorgeschlagen. Ein elektrischer Dämpfer für ein Kraftfahrzeug wird in der DE 10 2010 035 087 A1 vorgestellt. Ein Rotationsdämpfer mit Zug- und Druckanschlag aus der DE 10 2014 003 219 A1 , ein Wankstabilisator aus der DE 198 46 275 A 1, eine Vorrichtung und Verfahren zum Dämpfen von Relativbewegungen zwischen Massen aus der DE 10 2011 006 094 A1 und ein Stabilisator für ein Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges aus der DE 10 2012 218 396 A1 umfassen ebenfalls elektromechanische Vorrichtungen. In: Auto Straßenverkehr, Heft 19 vom 24. August 2016, Seite 7 wird über ein Fahrwerk berichtet, bei dem elektromechanische Rotationsdämpfer die bisherigen hydraulischen Dämpfer ersetzen und zusätzlich für Rekuperation genutzt werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte verstellbare Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur Verfügung zu stellen, welche eine Niveauregulierung und eine Wankstabilisierung in einer vorzugsweise elektromechanischen Vorrichtung vereint.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine verstellbare Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße verstellbare Radaufhängung für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfasst eine Schwinge, eine Hubvorrichtung und eine Antriebseinheit, wobei auf der Schwinge die Hubvorrichtung mittels der Antriebseinheit um einen Drehpunkt schwenkbar ist. Die Schwinge als ein Längslenker ist zur Anbindung an einen Fahrzeugaufbau und die Hubvorrichtung zur Verbindung mit einem Fahrzeugrad vorgesehen. Die Verbindung der Hubvorrichtung mit dem drehbaren Fahrzeugrad erfolgt über ein Radlager.
Die Hubvorrichtung wird von der Antriebsvorrichtung verschwenkt, wobei mittels der Hubvorrichtung wiederum die Position des Rades relativ zur Schwinge verstellt wird. Auf diese Weise lässt sich über die Antriebseinheit der Abstand des Rades zur Karosserie des Fahrzeuges im Sinne einer Höhenverstellung anpassen. Beim Anheben des Fahrzeugaufbaus wird der Abstand des Rades relativ zur Schwinge erhöht, wobei die Antriebseinheit Arbeit leisten muss.
Bei ebener Fahrbahn und bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten werden bei einem niedrigen Radabstand zur Karosserie eine bessere Aerodynamik und damit ein geringerer Energieverbrauch des Fahrzeuges erzielt. Bei einer sehr unebenen Fahrbahn kann bei Einstellung eines hohen Radabstandes zur Karosserie ein Anschlagen des Karosseriebodens auf die Fahrbahn vermieden werden.
Werden zwei in einer Fahrzeugachse befindliche verstellbare Radaufhängungen der vorgeschlagenen Art um den gleichen Betrag verstellt, so bedeutet dies eine Niveauverstellung. Durch asymmetrische Verstellung der Radaufhängungen auf der linken und rechten Fahrzeugseite ist eine Wankstabilisierung realisierbar, welche einer Schwenkbewegung um die Längsachse des Fahrzeuges entspricht.
Die Antriebseinheit kann mittels einer daran gekoppelten Steuervorrichtung geregelt werden. Alternativ kann die Steuervorrichtung auch in die Antriebseinheit integriert sein.
In Weiterbildung der vorgeschlagenen verstellbaren Radaufhängung ist die Hubvorrichtung mit einer Federanordnung gegen die Schwinge angefedert. In dieser Ausführung muss die Antriebseinheit lediglich die Differenzenergie zwischen den Radstellungen überwinden und nicht gegen das gesamte Fahrzeuggewicht arbeiten. Die Federanordnung entspricht also einem Energiespeicher. Die Federanaordnung kann beispielsweise schon durch eine einfache Biegefeder realisiert werden. Als besonders einfache und gleichzeitig robuste Federanordnung hat sich eine Torsionsfeder erwiesen. Als Torsionsfeder eignen sich insbesondere eine Schraubenfeder oder eine Drehfeder. Zweckmäßigerweise ist ein Anlenkungspunkt der Federanordnung an der Hubvorrichtung konzentrisch zum Fahrzeugrad angeordnet.
Zur Anfederung der Hubvorrichtung an die Schwinge können auch schwächere Federn verwandt werden, wenn der Anlenkungspunkt der Federanordnung an der Hubvorrichtung dafür hinreichend von dem Drehpunkt der Hubvorrichtung entfernt ist. Auf diese Weise wird eine schwächere Federkraft durch eine größere Hebelwirkung ausgeglichen oder übertroffen.
Als Antriebseinheit kann beispielsweise schon ein einfacher Hydraulikmotor verwandt werden, welcher eine schnelle Beschleunigung, schnelles Ansprechverhalten und hohe Leistung aufweist. Bei gleichzeitiger kompakter Bauweise hat sich als Antriebseinheit ein Elektromotor besonders bewährt, in welchem sich auch besonders einfach eine Steuervorrichtung integrieren lässt. Mit einem Elektromotor als Antriebseinheit ist auch eine Rekuperation von mechanischer in elektrische Energie möglich, beispielsweise beim Verringern des Abstandes zwischen dem Rad und der Karosserie.
Nachfolgend wird auf Weiterbildungen der vorgeschlagenen verstellbaren Radaufhängung durch eine Anbindung der Schwinge über eine Feder-Dämpferanordnung und einen Schwenkpunkt an die Karosserie eines Fahrzeuges sowie auf vorteilhafte Anordnungsgeometrien eingegangen.
Für eine optimale Federung und Dämpfung ist der Drehpunkt in Längsrichtung der Schwinge zwischen einer Anbindung der Schwinge an eine Feder-Dämpferanordnung und an den Schwenkpunkt der Schwinge angeordnet.
In einer besonders einfach zu bewerkstelligenden Ausführung ist die Feder-Dämpferanordnung an einem einzigen Anbindungspunkt an die Schwinge gekoppelt. Kinematisch und fertigungstechnisch sind besonders vorteilhaft der Drehpunkt der Hubvorrichtung, der Schwenkpunkt der Schwinge und der Anbindungspunkt der Feder-Dämpferanordnung auf derselben Geraden angeordnet; dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zusätzlich ein Anlenkungspunkt der Federanordnung an der Schwinge ebenfalls auf dieser Gerade liegt.
Die vorgeschlagene verstellbare Radaufhängung ist für Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotor als auch für Elektrofahrzeuge geeignet. Besonders vorteilhaft sind bei gleichzeitig kompakter Bauweise eine Höhenverstellung als auch eine Niveauregulierung und Wankstabilisierung bei der vorgeschlagenen Radaufhängung in nur einer Vorrichtung realisiert.
Die vorgeschlagene verstellbare Radaufhängung ist für jedes Fahrzeug geeignet, welches eine Radaufhängung benötigt, insbesondere ist die vorgeschlagene verstellbare Radaufhängung ist für solche Fahrzeuge geeignet, welche sowohl bei hohen Geschwindigkeiten als auch auf unebener Fahrbahn eingesetzt werden. Dies betrifft vor allem Nutzfahrzeuge, aber beispielsweise auch Sportfahrzeuge, die geländetauglich sein sollen. Weiter gestattet die vorgeschlagene verstellbare Radaufhängung durch ihr schnelles Ansprechverhalten auch bei hohen Kurvengeschwindigkeiten eine effiziente Wankstabilisierung des Fahrzeuges.
Insbesondere durch eine Anfederung der Hubvorrichtung an die Schwinge eignet sich die vorgeschlagene verstellbare Radaufhängung für Nutzfahrzeuge mit schwerem Karosserieaufbau oder schwerer Fracht, vor allem, wenn beispielsweise bei hoher Frachtzuladung oder sperriger Fracht der Fahrzeugschwerpunkt abgesenkt werden muss; neben Lastkraftwagen betrifft dies auch Omnibusse, bei denen für einen möglichst großen Passagierraum möglichst kompakte Baugruppen verwandt werden müssen. Eine Anfederung bewirkt auch aufgrund der mechanischen Entlastung von Schwinge und Hubvorrichtung einen geringeren Verschleiß der vorgeschlagenen verstellbaren Radaufhängung.
Weitere Beispiele für Fahrzeuge, für welche die vorgeschlagene verstellbare Radaufhängung geeignet ist, sind Motorräder, Personenkraftwagen mit hohem Zuladungsvolumen, Traktoren und landwirtschaftliche Maschinen, Baufahrzeuge und Baumaschinen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand zweier Zeichnungen näher erläutert. Hierin zeigen:

1 eine verstellbare Radaufhängung mit einer Schwinge, Hubvorrichtung und Antriebseinheit;
2 eine verstellbare Radaufhängung mit einer Schwinge, Hubvorrichtung und Antriebseinheit bei verringerten Radabstand zur Karosserie.

Die 1 zeigt eine verstellbare Radaufhängung 1 mit einer Schwinge 2, einer mit einem Fahrzeugrad 3 verbundenen Hubvorrichtung 4 und mit einer Antriebseinheit 5. Auf der Schwinge 2 ist die Hubvorrichtung 4 mittels der Antriebseinheit 5 um einen Drehpunkt D1 schwenkbar. Die Antriebseinheit 5 ist als Elektromotor ausgebildet, in welchen eine Vorrichtung zur Steuerung der Hubvorrichtung integriert ist. Die Hubvorrichtung 4 ist gegen die Schwinge 2 mit einer Federanordnung 6, welche als Torsionsfeder 7 in Form einer Schraubenfeder ausgebildet ist, angefedert. Ein Anlenkungspunkt D2 der Federanordnung 6 ist konzentrisch zum Fahrzeugrad 3 angeordnet. Der Drehpunkt D1 ist in Längsrichtung der Schwinge 2 zwischen einem Schwenkpunkt D3 der Schwinge 2 und an einem Anbindungspunkt D4 einer Feder-Dämpferanordnung 8 angeordnet. Der Schwenkpunkt D3 der Schwinge 2 ist mit der Karosserie des Fahrzeuges verbunden. Die Feder-Dämpferanordnung 8 ist mit der Karosserie und nur in dem Anbindungspunkt D4 mit der Schwinge 2 verbunden. Der Drehpunkt D1, der Schwenkpunkt D3, der Anbindungspunkt D4 und ein Anlenkungspunkt D5 der Federanordnung 6 an der Schwinge 2 liegen auf derselben Gerade G1. Die Verbindung der Hubvorrichtung 4 mit dem drehbaren Fahrzeugrad 3 erfolgt über eine Radlager 9, wobei das Radlager 9 durch den Anlenkungspunkt D2 verläuft.
Wird das Fahrzeugrad 3 um eine Höhendifferenz x zwischen der Karosserie und Fahrbahn verstellt, so führt die Hubvorrichtung 4 mittels der Antriebseinheit 5 um den Drehpunkt D1 eine Verschwenkung um den Schwenkwinkel φ durch. Die Höhendifferenz x ist eine Funktion f(φ) des Schwenkwinkels φ.
In 2 ist die verstellbare Radaufhängung nach 1 bei einem geringeren Abstand zwischen Karosserie und Fahrbahn dargestellt, wie dies bei einer Höhenverstellung des Fahrzeugrades 3 oder bei einer Niveauregulierung oder einer Wankstabilisierung erfolgt. Hierbei arbeitet die Hubvorrichtung 4 über die Antriebseinheit 5 gegen die Federanordnung 6 an.
Bei Vergrößerung des Abstandes zwischen Karosserie und Fahrbahn muss die Antriebseinheit 5 lediglich die Differenzenergie zwischen den verschiedenen Niveaus des Fahrzeuges überwinden und nicht gegen das gesamte Fahrzeuggewicht arbeiten. Bei Verringerung des Abstandes zwischen Karosserie und Fahrbahn wird über Rekuperation die gewonnene mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt.
Bezugszeichenliste

1: Radaufhängung
2: Schwinge
3: Fahrzeugrad
4: Hubvorrichtung
5: Antriebseinheit
6: Federanordnung
7: Torsionsfeder
8: Feder-Dämpferanordnung
9: Radlager
D1: Drehpunkt
D2: Anlenkungspunkt
D3: Schwenkpunkt
D4: Anbindungspunkt
D5: Anlenkungspunkt
G1: Gerade
x: Höhendifferenz
φ: Schwenkwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014206142 A1 [0002]
DE 102010036238 A1 [0002]
EP 2329970 A1 [0002]
DE 102007003950 A1 [0002]
DE 102005012245 B4 [0002]
DE 102011082128 A1 [0002]
DE 102013218570 A1 [0002]
DE 19857394 C [0002]
DE 102010035087 A1 [0002]
DE 102014003219 A1 [0002]
DE 19846275 A [0002]
DE 102011006094 A1 [0002]
DE 102012218396 A1 [0002]

Claims

Verstellbare Radaufhängung (1) für ein Fahrzeug, welche eine zur Anbindung an einen Fahrzeugaufbau vorgesehene Schwinge (2), eine zur Verbindung mit einem Fahrzeugrad (3) vorgesehene Hubvorrichtung (4) und eine Antriebseinheit (5) umfasst, wobei auf der Schwinge (2) die Hubvorrichtung (4) mittels der Antriebseinheit (5) um einen Drehpunkt (D1) schwenkbar ist.
Radaufhängung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine die Hubvorrichtung (4) gegen eine die Schwinge (2) anfedernde Federanordnung (6).
Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federanordnung (6) als Torsionsfeder (7) ausgebildet ist.
Radaufhängung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anlenkungspunkt (D2) der Federanordnung (6) an der Hubvorrichtung (2) konzentrisch zum Fahrzeugrad (3) angeordnet ist.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (5) einen Elektromotor umfasst.
Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (D1) in Längsrichtung der Schwinge (2) zwischen einer Anbindung der Schwinge (2) an eine Feder-Dämpferanordnung (8) und einem Schwenkpunkt (D3) der Schwinge (2) angeordnet ist.
Radaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die die Feder-Dämpferanordnung (8) an einem einzigen Anbindungspunkt (D4) mit der Schwinge gekoppelt ist.
Radaufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt (D1), der Schwenkpunkt (D3) und der Anbindungspunkt (D4) auf derselben Geraden (G1) liegen.
Radaufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anlenkungspunkt (D5) der Federanordnung (6) an der Schwinge (2) auf der Geraden (G1) liegt.