DE102017106826B4 - Federbein für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Federbein (1) für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs (2), umfassend ein in einer Karosserie (3) aufgenommenes Federbeinlager (5) zur axialen und radialen Abstützung des Federbeins (1), wobei das Federbein (1) einen Dämpfer (6) mit einer zumindest teilweise darin aufgenommenen Kolbenstange (7) umfasst, die in einer oberen Linearführung (8) axial geführt und an einem unteren Ende mit einer Radgabel (9) zur Aufnahme eines Rades (10) verbunden ist, wobei die Radgabel (9) in einer unteren Linearführung (11) axial geführt und über ein Federelement (12) am Federbeinlager (5) abgestützt ist, und wobei das Federbein (1) einen Lenkaktuator (16) zur Verstellung eines Lenkwinkels (W) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Federbein für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs und ein Fahrzeug, welches ein derartiges Federbein aufweist, umfassend ein in einer Karosserie aufgenommenes Federbeinlager zur axialen und radialen Abstützung des Federbeins, wobei das Federbein einen Dämpfer mit einer zumindest teilweise darin aufgenommenen Kolbenstange umfasst.
  • Beispielsweise geht aus der EP 1 346 854 A1 eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug hervor, enthaltend ein Lagerelement für die Radachse und einen Träger, an dem das Lagerelement bezüglich einer im Wesentlichen vertikalen Achse drehbar gelagert ist. Die vertikale Achse verläuft dabei nahe dem Radzentrum. Ferner enthält die Radaufhängung ein Federbein, das mit dem Träger verbunden und an der Karosserie abgestützt ist und einen Lenker, der mit der Karosserie gekoppelt und mit dem Träger in einem Gelenk verbunden ist. Das Federbein und/oder der Träger sind mit einem Stabilisator gekoppelt.
  • Die FR 2 973 300 A1 offenbart ein Federbein mit einer in üblicher Weise in Richtung Federbeinlager gerichteten Kolbenstange.
  • Aus der DE 10 2008 029 062 A1 ist ein Federbein mit einer Upside-Down-Anordnung bekannt. An dem unteren Ende der Kolbenstange ist eine weitere Feder angeordnet, welche zur Abfederung dient.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Federbein für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs weiterzuentwickeln.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Federbein mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
  • Ein erfindungsgemäßes Federbein für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs umfasst ein in einer Karosserie aufgenommenes Federbeinlager zur axialen und radialen Abstützung des Federbeins, wobei das Federbein einen Dämpfer mit einer zumindest teilweise darin aufgenommenen Kolbenstange umfasst, die in einer oberen Linearführung axial geführt und an einem unteren Ende mit einer Radgabel zur Aufnahme eines Rades verbunden ist, wobei die Radgabel in einer unteren Linearführung axial geführt und über ein Federelement am Federbeinlager abgestützt ist, und wobei das Federbein einen Lenkaktuator zur Verstellung eines Lenkwinkels aufweist.
  • Mit anderen Worten ist der Lenkwinkel ein Radlenkwinkel. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet, wobei die jeweiligen das erfindungsgemäße Federbein aufweisenden Räder bevorzugt mittels eines jeweiligen Radnabenantriebs angetrieben werden. Dabei kann auf eine von außen zugeführte Antriebswelle verzichtet werden, wodurch zum einen der Wirkungsgrad des Fahrzeugantriebs erhöht und zum anderen eine Verdrehung des Federbeins in einem relativ großen Lenkwinkelbereich möglich ist. Es ist alternativ auch möglich nicht alle jeweiligen das Federbein aufweisende Räder anzutreiben. Der Radnabenantrieb kann sowohl axial an das jeweilige Rad angrenzend angeordnet sein und mittels eines elektrischen Motors angetrieben werden. Alternativ kann der Radnabenantrieb auch innerhalb des Rades beziehungsweise der Felge integriert sein, wodurch der Hohlraum des Rades optimal genutzt wird.
  • Mindestens eine, vorzugsweise alle Fahrzeugachsen eines Kraftfahrzeugs weisen jeweils zwei Räder mit dem erfindungsgemäßen Federbein auf. Dabei sind die Federbeine vorzugsweise in Dachträgersäulen des Kraftfahrzeugs, insbesondere in den A-Säulen und C-Säulen, aufgenommen. Vorteilhaft ist dabei die platzsparende Anordnung des Federbeins in der Karosserie des Kraftfahrzeugs. Dabei sind die Federbeine vorzugsweise senkrecht in der Karosserie angeordnet, wobei alternativ eine der Geometrie und der Fahrdynamik des Fahrzeugs angepasste schräge Anordnung des jeweiligen Federbeins möglich ist.
  • Das im Federbein angeordnete Federelement ist in Reihe mit dem Dämpfer angeordnet, jedoch sind das Federelement und der Dämpfer bezüglich des Kraftflusses vorzugsweise parallel geschaltet. Mit anderen Worten weist das Federbein einen säulenartigen Aufbau auf. Ein derartiger Aufbau ist besonders vorteilhaft bezüglich eines großen möglichen Lenkwinkelbereichs. Vorzugsweise ist das an der Radgabel angeordnete Rad durch den Lenkaktuator um jeweils 90° nach links und rechts um die Längsachse des Federbeins verdrehbar. Der gesamte Lenkwinkelbereich beträgt somit insgesamt 180°. Es ist aber auch denkbar einen größeren Lenkwinkelbereich abzudecken. Eine Verdrehung der Räder um bis zu 90° ermöglicht ein vereinfachtes seitliches beziehungsweise schräges Einparken mit minimaler Platzerfordernis. Mit anderen Worten ist das Fahrzeug so zur Seite oder um die eigene Achse lenkbar. Alternativ ist es auch denkbar, lediglich die Räder der Vorderachse um bis zu 90 Grad zu verschwenken, um das Kraftfahrzeug um einen Drehpunkt, der in der Mitte der Hinterachse angeordnet ist, zu wenden. Analog dazu ist das Kraftfahrzeug um die Front drehbar, wenn nur die Räder der Hinterachse des Kraftfahrzeugs die erfindungsgemäßen Federbeine aufweisen.
  • Ferner wird aufgrund der säulenartigen Bauweise des Federbeins der Platzverbrauch zwischen den Rädern in Quer- und Längsrichtung reduziert. Dadurch ist möglich eine Antriebsbatterie des Elektromotors für das Fahrzeug beispielsweise größer zu gestalten oder zwischen den beiden Fahrzeugachsen anzuordnen. So kann ferner die Fahrzeuggröße bei gleicher Innenraumgröße reduziert werden.
  • Der im Federbein angeordnete Lenkaktuator ist axial oberhalb des Dämpfers angeordnet und zumindest mittelbar mit einem äußeren Zylinder des Dämpfers verbunden. Somit ist der Dämpfer drehfest mit dem Lenkaktuator verbunden. Der Dämpfer wirkt während der Fahrt als Stoßdämpfer beziehungsweise Schwingungsdämpfer und lässt die während der Fahrt erzeugten Schwingungen des Kraftfahrzeugs abklingen. Der Dämpfer kann beispielsweise als hydraulischer oder mechanischer Stoßdämpfer ausgebildet sein. Innerhalb des Dämpfers ist die mit der Radgabel verbundene Kolbenstange axial durch die obere Linearführung geführt und drehfest mit dem Zylinder des Dämpfers verbunden.
  • Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist räumlich zwischen dem Federbeinlager und dem Federelement eine Niveauverstellungsvorrichtung angeordnet, die dazu vorgesehen ist, eine Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus vorzunehmen, wobei die Niveauverstellungsvorrichtung die Kolbenstange zusätzlich axial führt und gegen Verdrehung sichert. Alternativ kann die Funktion der Verdrehsicherung anstatt in der Niveauverstellungsvorrichtung direkt in der oberen Linearführung integriert sein, um ein relatives Verdrehen zwischen Kolbenstange und Dämpfer zu verhindern.
  • Das Federelement ist axial zwischen der Radgabel und der Niveauverstellungsvorrichtung angeordnet und um die Kolbenstange herum geführt. Vorteilhaft ist die platzsparende Gestaltung des Federelements mit einem geringeren Durchmesser in dem säulenartigen Aufbau des Federbeins. Die Niveauverstellungsvorrichtung ist beispielsweise als elektromechanische Niveauverstellungsvorrichtung ausgebildet und mittels eines Aktuators verstellbar.
  • Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist das Federbein ferner einen Aktuator zur Verstellung eines Sturzes und/oder eines Nachlaufes auf. Der Aktuator ist beispielsweise durch einen Motor angetrieben und zumindest mittelbar mit dem Federbein wirkverbunden, wobei die Verstellung alternativ manuell über Schraubelemente erfolgen kann.
  • Zur Einstellung des Sturzes wird das Federbein quer zur Fahrtrichtung um einen den Sturz einstellenden Winkel verschwenkt. Unter dem Begriff Sturz ist ein Winkel zwischen der Radmittelebene und einer zur Fahrbahn senkrechten Ebene zu verstehen. Der Sturz beeinflusst den Seitenkraftaufbau und damit die Querdynamik des Kraftfahrzeugs. Insbesondere bei Kurvenfahrten kann so der natürlichen Neigung des Rades nach außen durch erzeugte Sturzseitenkräfte entgegengewirkt werden, sodass die Querführung der Achse und die Seitenkraftübertragung verbessert werden. Mit anderen Worten ist das Rad insbesondere nach innen geneigt, das heißt es weist einen negativen Sturzwinkel auf. Im Optimalfall stellt der Aktuator den Winkel gegen Null, das heißt vertikal, ein, um den Reifenverschleiß zu reduzieren.
  • Zur Einstellung des Nachlaufs wird das Federbein in Fahrtrichtung um einen den Nachlauf einstellenden Winkel verschwenkt. Unter dem Begriff Nachlauf ist ein Neigungswinkel der Lenkachse zur Senkrechten auf die Fahrbahn zu verstehen. Mit anderen Worten führt die Einstellung des Nachlaufs zu einer Senkung beziehungsweise Anhebung des Fahrwerks und zu einer Ausbildung einer Nachlaufstrecke. Eine positiv ausgebildete Nachlaufstrecke, das heißt wenn der Durchstoßpunkt der Lenkachse in Fahrtrichtung vor dem Radaufstandspunkt liegt, begünstigt eine Spurhaltungsstabilität und bei Kurvenfahrt eine Lenkrückstellung über die Seitenkräfte. Dementsprechend wirkt sich das Halten der Spur positiv auf die Fahrsicherheit aus. Durch den Nachlauf wird der Fahrzeugaufbau beim Lenken angehoben, wodurch ein Lenkrückstellmoment erzeugt wird. Der Nachlaufwinkel erzeugt am kurvenäußeren eingeschlagenen Rad einen negativen Sturz, der sicher wiederum positiv auf die Seitenkraftübertragung auswirkt.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen. Hierbei zeigt
    • 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs zur Veranschaulichung der Anordnung eines erfindungsgemäßen Federbeins in einer jeweiligen Dachträgersäule,
    • 2 eine schematische Draufsicht des Kraftfahrzeugs gemäß 1,
    • 3 eine schematische Schnittansicht einer Radaufhängung zur Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Federbeins gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
    • 4 eine schematische Schnittansicht der Radaufhängung zur Veranschaulichung des Aufbaus des erfindungsgemäßen Federbeins gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Gemäß 1 weist ein vorliegendes Kraftfahrzeug 2 zwei Fahrzeugachsen 4 auf, wobei an jeder Fahrzeugachse 4 im Bereich einer Radaufhängung jeweils zwei Federbeine 1 angeordnet sind, und wobei jedes Federbein 1 zur Radaufhängung mit einem Rad 10 verbunden ist. Eine Karosserie 3 des Kraftfahrzeugs 2 weist vier Dachträgersäulen 15 auf, wobei aus perspektivischen Gründen lediglich zwei Federbeine 1 und zwei Dachträgersäulen 15 sichtbar sind. Die Dachträgersäule 15 der Frontachse stellt die A-Säule und die Dachträgersäule 15 der Heckachse die C-Säule dar, wobei die Federbeine 1 in den jeweiligen Dachträgersäulen 15 aufgenommen sind.
  • Nach 2 ist das mit einer Radgabel 9 verbundene Rad 10 von einem Radnabenantrieb 18 antreibbar, wobei der Radnabenantrieb 18 einen - hier nicht dargestellten - Elektromotor umfasst. Der jeweilige Radnabenantrieb 18 ist zum Antrieb des jeweiligen Rades 10 zwischen der Radgabel 9 und dem Rad 10 angeordnet. Vorliegend sind alle vier Räder 10 des Kraftfahrzeugs 2 antreibbar. Alternativ ist nur die Vorderachse des Kraftfahrzeugs 2 antreibbar. Es ist aber auch denkbar, dass nur die Hinterachse antreibbar ist. Die Räder 10 sind in jeweiligen Radkästen 17 des Kraftfahrzeugs 2 aufgenommen. Im jeweiligen Federbein 1 ist ein in den 3 und 4 gezeigter Lenkaktuator 16 ausgebildet, der eine Verdrehung des jeweiligen an der Radgabel 9 angeordneten Rades 10 um die Längsachse des Federbeins 1 ermöglicht. Das jeweilige Rad 10 kann um bis zu 90° nach links und rechts verdreht werden, wobei ein beliebiger dazwischen liegender Lenkwinkel W eingestellt werden kann. Somit liegt der gesamte einstellbare Lenkwinkelbereich bei 180°. Die Räder 10 jeder Fahrzeugachse 4 werden gemeinsam mit einem im Wesentlichen identischen Winkel beziehungsweise geringen Lenkwinkelunterschied verdreht, wodurch eine Lenkbewegung des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann. Es ist aber auch denkbar alle Räder um den gleichen Winkel zu verdrehen, wodurch insbesondere Parkmanöver mit einem minimalen Platzbedarf ausgeführt werden können.
  • In den 3 und 4 nimmt die Karosserie 3 ein Federbeinlager 5 zur axialen und radialen Abstützung des Federbeins 1 auf. Das Federbein 1 umfasst ferner einen Dämpfer 6 mit einer teilweise darin aufgenommenen Kolbenstange 7. Die Kolbenstange 7 ist in einer oberen Linearführung 8 innerhalb des Dämpfers 6 axial geführt und gegen eine Verdrehung gesichert. Ferner ist die Kolbenstange 7 an einem unteren Ende mit einer Radgabel 9 verbunden, die das in 3 dargestellte Rad 10 aufnimmt. Dabei ist die Radgabel 9 in einer unteren Linearführung 11 axial geführt und über ein Federelement 12 an einer Niveauverstellungsvorrichtung 13 abgestützt, die wiederum an dem Federbeinlager 5 zur Anlage kommt. Die Niveauverstellungsvorrichtung 13 ist dazu vorgesehen, eine Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus vorzunehmen. Der mit dem Federbein 1 verbundene Lenkaktuator 16 verstellt das Rad 10 beliebig in einem in 2 dargestellten Lenkwinkel W um die Längsachse des Federbeins 1. Der Dämpfer 6 und das Federelement 12 sind bezüglich des Kraftflusses innerhalb des Federbeins 1 parallel geschaltet.
  • 4 zeigt in einer zweiten Ausführungsform einen oberhalb des Lenkaktuators 16 angeordneten Aktuator 14, der dazu vorgesehen ist einen Sturz und einen Nachlauf zu verstehen. Der Aktuator 14 ist mit dem Federbein 1 wirkverbunden und verschwenkt das Federbein 1, wobei der Sturz durch eine Verschwenkung des Federbeins 1 quer zur Fahrtrichtung und der Nachlauf durch eine Verschwenkung des Federbeins 1 in Fahrtrichtung eingestellt werden kann.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Federbein
    2
    Kraftfahrzeug
    3
    Karosserie
    4
    Fahrzeugachse
    5
    Federbeinlager
    6
    Dämpfer
    7
    Kolbenstange
    8
    Obere Linearführung
    9
    Radgabel
    10
    Rad
    11
    Untere Linearführung
    12
    Federelement
    13
    Niveauverstellungsvorrichtung
    14
    Aktuator
    15
    Dachträgersäule
    16
    Lenkaktuator
    17
    Radkasten
    18
    Radnabenantrieb
    W
    Lenkwinkel

Claims (9)

  1. Federbein (1) für eine Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs (2), umfassend ein in einer Karosserie (3) aufgenommenes Federbeinlager (5) zur axialen und radialen Abstützung des Federbeins (1), wobei das Federbein (1) einen Dämpfer (6) mit einer zumindest teilweise darin aufgenommenen Kolbenstange (7) umfasst, die in einer oberen Linearführung (8) axial geführt und an einem unteren Ende mit einer Radgabel (9) zur Aufnahme eines Rades (10) verbunden ist, wobei die Radgabel (9) in einer unteren Linearführung (11) axial geführt und über ein Federelement (12) am Federbeinlager (5) abgestützt ist, und wobei das Federbein (1) einen Lenkaktuator (16) zur Verstellung eines Lenkwinkels (W) aufweist.
  2. Federbein (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Federbeinlager (5) und dem Federelement (12) eine Niveauverstellungsvorrichtung (13) angeordnet ist, die dazu vorgesehen ist, eine Höhenverstellung des Fahrzeugaufbaus vorzunehmen, wobei die Niveauverstellungsvorrichtung (13) die Kolbenstange (7) axial führt und gegen Verdrehung sichert.
  3. Federbein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federbein (1) ferner einen Aktuator (14) zur Verstellung eines Sturzes und/oder eines Nachlaufes aufweist.
  4. Federbein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige an der Radgabel (9) angeordnete Rad (10) durch den Lenkaktuator (16) um bis zu jeweils 90° nach links und rechts um die Längsachse des Federbeins (1) verdrehbar ist.
  5. Federbein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfer (6) und das Federelement (12) parallel geschaltet sind.
  6. Federbein (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radgabel (9) einen Radnabenantrieb (18) zum Antrieb des Rades (10) aufweist.
  7. Kraftfahrzeug (2), umfassend mindestens eine Fahrzeugachse (4) mit zwei Federbeinen (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Kraftfahrzeug (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federbeine (1) der mindestens einen Fahrzeugachse (4) zumindest teilweise in Dachträgersäulen (15) des Kraftfahrzeugs (2) aufgenommen sind.
  9. Kraftfahrzeug (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Federbein (1) in einer jeweiligen A-Säule und/oder einer C-Säule des Kraftfahrzeugs (2) aufgenommen ist.
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