DE102017201615A1

DE102017201615A1 - Radaufhängung für ein gelenktes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102017201615A1
Application number: DE102017201615.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Klinger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2017-02-01
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2018-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung (10) für ein gelenktes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs, bei der ein Radträger (12) geteilt ausgebildet ist und ein radseitiges Schwenkteil (12-1) und ein karosserieseitiges Tragteil (12-2) umfasst, wobei das karosserieseitige Tragteil (12-2) über eine Lenkeranordnung karosserieseitig gelagert ist und das radseitige Schwenkteil (12-1) um eine erste Lenkachse (D) drehbar am Tragteil (12-2) gelagert ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das karosserieseitige Tragteil (12-2) um eine zweite Lenkachse (D) drehbar an einem Lenker (14) der Lenkeranordnung gelagert ist, wobei das radseitige Schwenkteil (12-1) mit einer Spurkoppel (24) mit einem Lenker (14) der Lenkanordnung verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein gelenktes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.
Eine gattungsgemäße Radaufhängung für ein gelenktes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs ist aus der DE 10 2007 007 181 A1 bekannt. Die offenbarte Radaufhängung zeichnet sich u.a. durch einen zweiteiligen Radträger aus, dessen das Rad drehbar aufnehmender erster Trägerteil über eine Lenkachse definierende Lager schwenkbar an einem zweiten Trägerteil angelenkt und mittels einer Spurstange mit einer Lenkeinrichtung verbunden ist, wobei das zweite Trägerteil über eine am Aufbau des Kraftfahrzeuges angelenkte Lenkeranordnung und einen etwa vertikal angeordneten, fest mit dem zweiten Trägerteil verbundenen Teleskop-Stoßdämpfer am Aufbau geführt ist.
Ein bekanntes Problem derartig gelenkter Achsen ist, dass diese in der Regel einen Lenkwinkel kleiner 50° aufweisen. Ein Grund für diese Beschränkung ist, dass die Spurstange oder andere Elemente der Radaufhängung in extremen Lenkstellungen mit dem Rad, insbesondere der Felge, kollidiert und/oder die Lenkübersetzung extrem wird, weil zwischen Spurstange und Spurhebelarm ein Winkel nahe 180° oder nahe 0° entsteht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Radaufhängung für ein gelenktes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass eine verbesserte Wendigkeit des Kraftfahrzeugs gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.
Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In bekannter Art und Weise ist bei der Radaufhängung für ein gelenktes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs der Radträger geteilt ausgebildet und umfasst ein radseitiges Schwenkteil und ein karosserieseitiges Tragteil. Weiterhin ist in bekannter Art und Weise das karosserieseitige Tragteil über eine Lenkeranordnung karosserieseitig gelagert und das radseitige Schwenkteil ist um eine erste Lenkachse drehbar am Tragteil gelagert.
Erfindungsgemäß ist das karosserieseitige Tragteil um eine zweite Lenkachse drehbar an einem Lenker der Lenkeranordnung gelagert, wobei das radseitige Schwenkteil mit einer Spurkoppel mit einem Lenker der Lenkeranordnung verbunden ist.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Effekt, dass das Rad bei einer Lenkbewegung um eine aus den beiden Lenkachsen resultierende Achse - nachfolgend als Spreizachse bezeichnet - ausgelenkt wird. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung erweist sich als besonders vorteilhaft, da nunmehr aufgrund der bei höheren Lenkwinkeln in Fahrzeuglängsrichtung FL betrachtet nach hinten (Außeneinschlag) bzw. vorne (Inneneinschlag) wandernden Spreizachse hohe Lenkwinkel ohne Bauteilkollisionen ermöglicht werden. So ist durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung insbesondere ein ausreichender Freigang des Rades zum unteren Lenker sichergestellt.
Vorzugsweise ist am Tragteil ein Spurhebelarm angeordnet, an dem eine Spurstange angreift, wobei das Tragteil über die am Spurhebelarm angreifende Spurstange um die zweite Lenkachse auslenkbar ist. Auch in diesem Fall werden hohe Lenkwinkel ohne Bauteilkollisionen ermöglicht, da aufgrund der auftretenden zusätzlichen Übersetzung des Lenkhubs ein ausreichender Freigang der Spurstange zur Felge gewährleistet ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass die aus dem Stand der Technik bisher bekannten kritischen Winkel (nahe 180° bzw. nahe 0°) zwischen Spurstange und Spurhebelarm nicht mehr auftreten, so dass extreme Lenkübersetzungen vermieden werden.
Bevorzugt ist dabei das radseitige Schwenkteil des Radträgers über ein erstes Lager und ein in Fahrzeughochrichtung betrachtet darüber angeordnetes zweites Lager um die durch die beiden Lager definierte erste Drehachse drehbar am karosserieseitigen Tragteil des Radträgers gelagert.
Vorzugsweise sind hierbei die beiden Drehachsen vertikal bzw. im Wesentlichen vertikal ausgerichtet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die über ein erstes Lager am radseitigen Schwenkteil des Radträgers und über ein zweites Lager am Lenker gelagerte Spurkoppel in Fahrzeuglängsrichtung verlaufend ausgerichtet ist, wobei in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet das erste Lager hinter dem zweiten Lager angeordnet ist, d.h. vom lenkerseitigen, zweiten Lager aus betrachtet ist die Spurkoppel nach hinten gerichtet. Alternativ ist auch eine umgekehrte Anordnung denkbar, d.h. bei der in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Spurkoppel ist in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet das schwenkteilseitige erste Lager vor dem lenkerseitigen zweiten Lager angeordnet, so dass vom lenkerseitigen, zweiten Lager aus betrachtet die Spurkoppel nach vorne ausgerichtet ist.
Vorzugsweise ist weiterhin in Fahrzeugquerrichtung betrachtet die Spurkoppel zwischen der ersten und zweiten Drehachse angeordnet.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Spurstange in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet hinter einer Rotationsachse des Rades angeordnet ist. Alternativ ist auch denkbar, dass die Spurstange in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet vor der Rotationsachse des Rades angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, handelt es sich bei der Radaufhängung um eine Radaufhängung für ein gelenktes, angetriebenes Rad einer Achse. Eine mögliche Ausführungsform sieht dabei vor, dass das Rad über einen zugeordneten Radnabenmotor angetrieben wird.
Eine im Vergleich zum Radnabenmotor alternative, kostengünstigere Ausgestaltung sieht vor, dass eine im radseitigen Schwenkteil des Radträgers drehbar gelagerte Radnabe über eine Antriebswelle mit einem Antrieb wirkverbunden ist, wobei die Antriebswelle ein der Radnabe zugeordnetes äußeres Gelenk und ein dem Antrieb zugeordnetes inneres Gelenk umfasst.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist dabei die Antriebswelle geteilt, einen radnabenseitigen Wellenabschnitt und einen antriebsseitigen Wellenabschnitt sowie ein zwischen den beiden Wellenabschnitten angeordnetes mittleres Gelenk aufweisend ausgebildet, wobei der radnabenseitige oder der antriebsseitige Wellenabschnitt über ein Lager drehbar im karosserieseitigen Tragteil des Radträgers gelagert ist. Diese Ausgestaltung hat den Effekt, dass die drei Gelenke (=> äußeres Gelenk, mittleres Gelenk, inneres Gelenk) in Bezug auf die Lenkbewegung und/oder Ausfederbewegung teilentkoppelt sind, wodurch keines der Gelenke die maximalen Gelenkbeugewinkel überschreitet: So wird beispielsweise beim Lenken hauptsächlich das äußere Gelenk bewegt, jedoch muss das äußere Gelenk hierbei nur einen Anteil des Gesamtlenkwinkels aufnehmen, da der übrige Anteil des Lenkwinkels konstruktionsbedingt vom mittleren Lager aufgenommen wird. Das innere Gelenk und vor allem das mittlere Gelenk werden zudem noch beim Federn einen Beugewinkel erfahren. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine Radaufhängung für ein gelenktes, angetriebenes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, die aufgrund des Antriebs über eine Antriebswelle vergleichsweise kostengünstig ist und die aufgrund der geteilt ausgebildeten Antriebswelle zudem noch große Lenkwinkel ermöglicht, so dass hiermit ein vergleichsweise günstiges, wendiges und damit stadttaugliches Kraftfahrzeug darstellbar ist.
Die Achse des Kraftfahrzeugs kann dabei in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein: beispielsweise mit radführendem Dämpfer (analog einer McPherson-Achse), einer Doppelquerlenkerachse oder auch einer Mehrlenkerachse. Bei einer Ausbildung als McPherson-Achse oder Doppelquerlenkerachse ist der das karosserieseitige Tragteil um die zweite Drehachse lagernde untere Querlenker auch gleichzeitig der Lenker, an dem das radseitige Schwenkteil mit der Spurkoppel verbunden ist. Ist die Achse in Form einer Mehrlenkerachse ausgebildet, bei z.B. der der untere Querlenker durch zwei Stablenker ersetzt ist, so kann die Spurkoppel an einem der beiden Stablenker angebunden sein.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
In der Zeichnung bedeutet:

1 eine Radaufhängung für ein gelenktes, angetriebenes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik;
2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung für ein gelenktes, angetriebenes Rad eines Kraftfahrzeugs.

1 zeigt eine insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnete Radaufhängung für ein gelenktes, angetriebenes Rad einer Achse des Kraftfahrzeugs nach dem Stand der Technik. Die Radaufhängung ist vorliegend in Form einer McPherson-Achse ausgebildet.
Die Radaufhängung 10 umfasst einen geteilt ausgebildeten Radträger 12, dessen radseitiges Schwenkteil 12-1 um eine Drehachse D₁ drehbar am karosserieseitigen Tragteil 12-2 gelagert ist. In der unteren Lenkerebene ist das karosserieseitige Tragteil 12-2 des Radträgers 12 über einen unteren Querlenker 14 schwenkbar am Kraftfahrzeugaufbau 16 angelenkt und in der oberen Lenkerebene über einen radführenden Dämpfer 18 geführt.
Das radseitige Schwenkteil 12-1 des Radträgers 12 ist über ein erstes Lager 20 und ein in Kraftfahrzeughochrichtung FH betrachtet darüber angeordnetes zweites Lager 22 um die durch die beiden Lager 20, 22 definierte Drehachse D₁ drehbar bzw. verschwenkbar am karosserieseitigen Tragteil 12-2 des Radträgers 12 gelagert.
Zudem ist - wie 1 weiter zeigt - zwischen karosserieseitigem Tragteil 12-2 des Radträgers 12 und dem unteren Querlenker 14 eine sich im Wesentlichen in Kraftfahrzeugquerrichtung FQ erstreckende Spurkoppel 24 angeordnet und eine mit einer Lenkeinrichtung 26 verbundene Spurstange 28 ist über einen Spurhebel 30 mit dem radseitigen Schwenkteil 12-1 des Radträgers 12 verbunden.
Vorliegend sind Spurstange 28 und Spurhebel 30 in Fahrzeuglängsrichtung FL betrachtet hinter der Rotationsachse R des Rades angeordnet.
Der Antrieb des Rades erfolgt über eine Antriebswelle 32, welche radseitig über ein äußeres Gelenk 34 mit einer im radseitigen Schwenkteil 12-1 des Radträgers 12 drehbar gelagerten Radnabe gelenkig und drehfest verbunden ist. Antriebsseitig ist die Antriebswelle 32 in bekannter Art und Weise über ein - hier nicht dargestelltes - inneres Gelenk mit einer Abtriebswelle des Getriebes/Differentials gelenkig und drehfest verbunden.
Als nachteilig erweist sich bei obiger Radaufhängung 10, dass lediglich ein verhältnismäßig kleiner maximaler Lenkwinkel zu realisieren ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in extremen Lenkstellungen die Spurstange 28 mit dem Rad, insbesondere mit der Radfelge, kollidiert bzw. die Lenkübersetzung aufgrund des zwischen Spurstange 28 und Spurhebel 30 vorliegenden Winkels nahe 0° oder nahe 180° extrem wird.
Zur Vermeidung dieses Nachteils ist - wie in 2 dargestellt - erfindungsgemäß vorgesehen, dass das karosserieseitige Tragteil 12-2 des Radträgers 12 um eine zweite Drehachse D₂ drehbar am unteren Querlenker 14 gelagert ist und dass der radseitige Schwenkteil 12-1 des Radträgers 12 über die Spurkoppel 24 mit dem unteren Querlenker 14 verbunden ist.
Dabei ist - wie 2 weiter zu entnehmen ist - die im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung FL verlaufend ausgerichtete Spurkoppel 24 in Fahrzeugquerrichtung FQ betrachtet zwischen den beiden Drehachsen D₁ und D₂ angeordnet und über ein erstes Lager 24-1 am radseitigen Schwenkteil 12-1 des Radträgers 12 und über ein zweites Lager 24-2 am Querlenker 14 gelagert. D.h. vom querlenkerseitigem zweiten Lager 24-2 aus betrachtet ist die Spurkoppel 24 vorliegend nach hinten ausgerichtet.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Effekt, dass größere Lenkwinkel ohne Bauteilkollisionen ermöglicht werden, da einerseits aufgrund der auftretenden zusätzlichen Übersetzung des Lenkhubs ein ausreichender Freigang der Spurstange 28 zur Radfelge gewährleistet ist und andererseits bei höheren Lenkwinkeln die Spreizachse des Rades, d.h. die resultierende Achse, um die das Rad bei einer Lenkbewegung um die beiden Drehachsen D₁ und D₂ geschwenkt wird, in Fahrzeuglängsrichtung FL betrachtet nach vorne und hinten wandert, so dass ein ausreichender Freigang des Rades zum unteren Querlenker 14 sichergestellt ist. Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist zudem, dass die kritischen Winkelwerte, d.h. Winkel nahe 0° bzw. nahe 180° zwischen Spurstange 28 und Spurhebel 30 nicht mehr auftreten und damit extreme Lenkübersetzungen vermieden werden.
Zudem ist - wie 2 weiter zu entnehmen ist - die Antriebswelle 32 geteilt ausgebildet und umfasst einen radnabenseitigen Wellenabschnitt 32-1, einen antriebsseitigen Wellenabschnitt 32-2 sowie ein zwischen den beiden Wellenabschnitten 32-1 und 32-2 angeordnetes mittleres Gelenk 36. Entsprechend zu der unter 1 beschriebenen Ausführungsform ist dabei der radnabenseitige Wellenabschnitt 32-1 über das äußere Gelenk 34 mit der Radnabe verbunden, während das den antriebsseitigen Wellenabschnitt 32-2 mit einer Antriebswelle des Getriebes/Differentials verbindende innere Gelenk nicht dargestellt ist.
Der radnabenseitige Wellenabschnitt 32-1 ist vorliegend über ein Wälzlager drehbar im karosserieseitigen Tragteil 12-2 des Radträgers 12 gelagert.
Diese Ausgestaltung hat den Effekt, dass die drei Gelenke der Antriebswelle 32 in Bezug auf die Lenkbewegung und/oder Ausfederbewegung teilentkoppelt sind, wodurch keines der Gelenke die maximalen Gelenkbeugewinkel überschreitet. So ist das äußere Gelenk 34 weitestgehend vom federwegsbedingten Beugewinkel und das mittlere Gelenk 36 weitestgehend vom lenkvorgangsbedingten Beugewinkel abgekoppelt, so dass das äußere Gelenk 34 fast nur noch bei Lenkvorgängen und das mittlere Gelenk 36 entsprechend fast ausschließlich beim Federn gebeugt wird. Als Folge davon erhalten das äußere Gelenk 34 und das mittlere Gelenk 36 deutlich geringere Beugewinkel als das äußere Gelenk 34 im Stand der Technik gemäß 1. Die verringerten Beugewinkel ermöglichen nun vorteilhafter Weise größere Lenkwinkel und/oder Federwege. Es kann die Kinematik auch so ausgelegt werden, dass Gelenk 36 und Gelenk 34 sich die Gelenkbeugewinkel aufgrund Lenkens ungefähr aufteilen. Damit lassen sich extreme Lenkwinkel ermöglichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007007181 A1 [0002]

Claims

Radaufhängung (10) für ein gelenktes Rad einer Achse eines Kraftfahrzeugs, bei der ein Radträger (12) geteilt ausgebildet ist und ein radseitiges Schwenkteil (12-1) und ein karosserieseitiges Tragteil (12-2) umfasst, wobei das karosserieseitige Tragteil (12-2) über eine Lenkeranordnung karosserieseitig gelagert ist und das radseitige Schwenkteil (12-1) um eine erste Lenkachse (D₁) drehbar am Tragteil (12-2) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das karosserieseitige Tragteil (12-2) um eine zweite Lenkachse (D₂) drehbar an einem Lenker (14) der Lenkeranordnung gelagert ist, wobei das radseitige Schwenkteil (12-1) mit einer Spurkoppel (24) mit einem Lenker (14) der Lenkanordnung verbunden ist.
Radaufhängung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am karosserieseitigen Tragteil (12-2) eine Spurstange (28) angreift, über die das Tragteil (12-2) um die zweite Lenkachse (D₂) auslenkbar ist.
Radaufhängung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radseitige Schwenkteil (12-1) des Radträgers (12) über ein erstes Lager (20) und ein in Fahrzeughochrichtung (FH) betrachtet darüber angeordnetes zweites Lager (22) um die durch die beiden Lager (20, 22) definierte erste Drehachse (D₁) drehbar am karosserieseitigen Tragteil (12-2) des Radträgers (12) gelagert ist.
Radaufhängung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drehachsen (D₁, D₂) vertikal oder im Wesentlichen vertikal ausgerichtet sind.
Radaufhängung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurkoppel (24) über ein erstes Lager (24-1) am radseitigen Schwenkteil (12-1) des Radträgers (12) und über ein zweites Lager (24-2) am Lenker (14) gelagert ist.
Radaufhängung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurkoppel (24) in Fahrzeuglängsrichtung (FL) verlaufend ausgerichtet ist, wobei das erste Lager (24-1) der Spurkoppel (24) in Fahrzeuglängsrichtung (FL) betrachtet hinter dem zweiten Lager (24-2) der Spurkoppel (24) angeordnet ist.
Radaufhängung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurkoppel (24) in Fahrzeuglängsrichtung (FL) verlaufend ausgerichtet ist, wobei das erste Lager (24-1) der Spurkoppel (24) in Fahrzeuglängsrichtung (FL) betrachtet vor dem zweiten Lager (24-2) der Spurkoppel (24) angeordnet ist.
Radaufhängung (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Fahrzeugquerrichtung (FQ) betrachtet die Spurkoppel (24) zwischen der ersten Drehachse (D₁) und der zweiten Drehachse (D₂) angeordnet ist.
Radaufhängung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurstange (28) in Fahrzeuglängsrichtung (FL) betrachtet hinter einer Rotationsachse (R) des Rades angeordnet ist.
Radaufhängung (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Spurstange (28) in Fahrzeuglängsrichtung (FL) betrachtet vor einer Rotationsachse (R) des Rades angeordnet ist.
Radaufhängung (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad über einen Radnabenmotor angetrieben ist.
Radaufhängung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine im radseiteigen Schwenkteil (12-1) des Radträgers (12) drehbar gelagerte Radnabe über eine Antriebswelle (32) mit einem Antrieb wirkverbunden ist, wobei die Antriebswelle (32) ein der Radnabe zugeordnetes äußeres Gelenk (34) und ein dem Antrieb zugeordnetes inneres Gelenk umfasst.
Radaufhängung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (32) geteilt, einen radnabenseitigen Wellenabschnitt (32-1) und einen antriebseitigen Wellenabschnitt (32-2) sowie ein zwischen den beiden Wellenabschnitten (32-1, 32-2) angeordnetes mittleres Gelenk (36) aufweisend ausgebildet ist, wobei der radnabenseitige oder der antriebsseitige Wellenabschnitt (32-1, 32-2) über ein Lager drehbar im karosserieseitigen Tragteil (12-2) des Radträgers (12) gelagert ist.
Radaufhängung (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse als McPherson-Achse, Doppelquerlenkerachse oder Mehrlenkerachse ausgebildet ist.