DE102018002855A1

DE102018002855A1 - Federbeinachse mit hohen Lenkwinkeln

Info

Publication number: DE102018002855A1
Application number: DE102018002855.1A
Authority: DE
Inventors: Lutz Eckstein; Christian Förster
Original assignee: Fka Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen Mbh Aachen
Current assignee: Fka Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen Mbh Aachen
Priority date: 2018-04-05
Filing date: 2018-04-05
Publication date: 2019-10-10

Abstract

Einzelradaufhängung (101) für ein zweispuriges Fahrzeugs, bei welcher die Führung des jeweiligen Rades mittels eines Radträgers (119) erfolgt, der durch einen im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten Querlenker (108) und einen radführenden Dämpfer (104) direkt oder indirekt mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist; wobei der Querlenker (108) mit der Buchse (109) und der Buchse (112) gelenkig direkt oder indirekt am Fahrzeugaufbau befestigt ist und mit dem Kugelgelenk (106) gelenkig am Radträger (119) angebunden ist; wobei der Dämpfer (104) starr mit dem Radträger (119) verbunden ist und gelenkig direkt oder indirekt am Fahrzeugaufbau angebunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (110) mittels einer ersten Spurstange (113) über einen gelenkig mit dem Querlenker (108) verbundenen Hebel (114) und einer zweiten Spurstange (117) an den Radträger (119) angebunden wird; wobei die Anbindung des Hebels (114) an den Querlenker (108) dabei mittels eines Drehgelenks (107) erfolgt; wobei die erste Spurstange (113) durch das Kugelgelenk (111) gelenkig am Lenkgetriebe (110) und mit dem Kugelgelenk (115) gelenkig am Hebel (114) befestigt wird; wobei die zweite Spurstange (117) mit dem Kugelgelenk (116) gelenkig am Hebel (114) und mit dem Kugelgelenk (118) gelenkig am Radträger (119) befestigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine lenkbare Einzelradaufhängung für Kraftfahrzeuge mit zwei Spuren, die hohe Radlenkwinkel ermöglicht.
Für gelenkte Radaufhängungen mehrspuriger Kraftfahrzeuge ist eine Vielzahl von Konzepten bekannt, wobei nach Stand der Technik nur eine begrenzte Auswahl zu nennenswerter Anwendung in Serienfahrzeugen kommt.
Insbesondere bei kleineren Fahrzeugen haben sich die Federbeinachsen weitestgehend durchgesetzt, welche sich durch einen für diese Fahrzeugklassen guten Kompromiss aus Fahrverhalten, Kosten und Bauraumbedarf sowie weiteren Anforderungen auszeichnen. Federbeinachsen bestehen im Wesentlichen aus einem Radträger, der über einen Dreiecksquerlenker und ein radführendes Feder-Dämpferbein mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Der Dreiecksquerlenker kann durch zwei Stablenker kinematisch äquivalent ersetzt werden. Die Lenkbewegung wird von einem Zahnstangenlenkgetriebe als translatorische Bewegung induziert und mittels einer einfachen Koppelstange, der sogenannten Spurstange, auf die Radträger übertragen, wodurch die Lenkbewegung der Räder erfolgt. Daneben kommen insbesondere bei höherwertigen Fahrzeugen Doppelquerlenkerachsen zum Einsatz. Bei einer Doppelquerlenkerachse wird die Radführung von zwei Dreiecksquerlenkern übernommen, die den Radträger mit dem Fahrzeugaufbau verbinden. Der Fahrzeugdämpfer und die Tragfeder haben bei diesen Achsen keine radführende Funktion. Auch bei diesen Achsen wird die Lenkbewegung von einem Zahnstangenlenkgetriebe erzeugt und über eine Spurstange an die Radträger übertragen. Durch Ersetzen eines oder beider Dreieckslenker durch jeweils zwei Stablenker kann die Doppelquerlenkerachse in eine Vierlenkerachse beziehungsweise eine Fünflenkerachse umgewandelt werden.
Andere bekannte Vorderachskonzepte wie beispielsweise Starrachsen oder Doppelkurbelachsen sind nicht in der Lage, die Anforderungen an Pkw-Vorderachsen nach Stand der Technik zufriedenstellend zu erfüllen.
Zahnstangenlenkgetriebe, und in ihrer Wirkung vergleichbare Konzepte, setzen die Drehbewegung des Fahrers am Lenkrad in eine translatorische Bewegung der Zahnstange um, die vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung angeordnet wird. Diese Bewegung wird nach Stand der Technik über einfache Koppelstangen, den Spurstangen, an die beiden Radträger dieser Achse übertragen, woraus die Lenkbewegung der Räder resultiert.
Daneben sind noch weitere Lenkgetriebebauformen, wie beispielsweise Kugelumlauflenkungen, bekannt, welche die rotatorische Lenkeingabe des Fahrers in eine schwenkförmige Bewegung eines drehbar gelagerten Lenkhebels umwandeln. Diese Lenkgetriebe treiben ein aufbaufest gelagertes Hebelgetriebe an, welches das linke und rechte Rad koppelt. Die Bewegung dieses Gestänges wird ebenfalls mittels einer einfachen Spurstange auf die Radträger übertragen.
Neben diesen einfachen Spurstangen als verbindendes Element zwischen Lenkgetriebe und Radträger sind nach Stand der Technik auch komplexere Getriebebauformen bekannt. Für gefederte Einzelradaufhängungen kommen hierfür Hebelgetriebe, und Kombinationen aus Hebelgetrieben und Verzahnungsgetrieben in Betracht.
Daneben existieren sogenannte Einzelrad-Steer-by-Wire Systeme in technisch stark unterschiedlichen Ausführungen. Hier wird jedes Rad mittels eines eigenen elektromechanischen Stellers gelenkt. Die verwendeten mechanischen Konfigurationen lassen in einigen Ausführungsbeispielen große Radlenkwinkel zu.
Der bekannte Stand der Technik weist mehrere Nachteile auf.
Bei Verwendung einfacher Spurstangen sind für alle bekannten Radführungssysteme die erreichbaren Radlenkwinkel aus kinematischen Gründen stark eingeschränkt, was die Manövrierfähigkeit der Fahrzeuge begrenzt.
Um diesen Nachteil zu beheben, kommt der Einsatz von Verzahnungsgetrieben als zusätzliche Übersetzungsstufe zwischen Lenkgetriebe und Radträgern in Betracht. Dies ist mit einem unzulässig hohen technischen Aufwand verbunden. Zudem sind Verzahnungsgetriebe entweder nicht spielfrei, und damit für die Radführung eines schnell fahrenden Straßenfahrzeugs nicht geeignet, oder sie sind stark reibungsbehaftet, wodurch die Rückmeldung des aktuellen Fahrzustandes an den Fahrer komprimittiert wird und eine sichere Fahrzeugführung für den Fahrer kaum möglich ist.
Ein anderer Lösungsansatz umfasst die Verwendung von Hebelgetrieben zwischen Radträgern und Lenkgetriebe. Bekannte Hebelgetriebe benötigen viel Bauraum, wodurch sie nur außerhalb der Radschüssel eingesetzt werden können und sie sind nicht mit den nach Stand der Technik häufig verwendeten Federbeinachskonstruktionen kompatibel. Derartige Lösungsansätze sind nicht in der Lage, die erforderlichen Bauraum- und Kostenrestriktionen von Fahrzeugen nach Stand der Technik einzuhalten.
Einzelrad-Steer-by-Wire Systeme bedingen einen hohen technischen Aufwand zur Sicherstellung der erforderlichen Betriebssicherheit, wodurch sie für kostensensitive Anwendungen nicht geeignet sind.
Nach Stand der Technik ist kein System bekannt, das mit einfachen Mittel und geringen Kosten sowie vertretbarem Bauraumbedarf die Erzeugung großer Lenkwinkel ermöglicht und somit die Manövrierfähigkeit eines Fahrzeugs verbessert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radführung mit zugehörigem Lenksystem zu entwickeln, um zumindest die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Einzelradaufhängung mit den in den Ansprüchen 1 bis 6 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung greift den Stand der Technik dadurch auf, dass die Radführung auf der bekannten Bauform der MacPhersonachsen, oder auch Federbeinachsen genannt, aufbaut. Im Unterschied zum Stand der Technik ermöglicht die Erfindung die Kombination eines Hebeigetriebes mit dieser Achsbauform, wodurch große Lenkwinkel erzielt werden, ohne auf die Vorteile dieser Bauform verzichten zu müssen oder die fahrdynamischen Eigenschaften der Achse negativ zu beeinflussen.
Die Radführung dieser gelenkten Einzelradaufhängung für zweispurige Fahrzeuge erfolgt für jedes Rad jeweils durch einen dreiecksförmigen Querlenker und ein radführendes Federdämpferbein, welche den Radträger mit dem Fahrzeugaufbau verbinden. Das Lenkgetriebe wird jeweils mittels eines Hebelgetriebes mit dem jeweiligen Radträger verbunden, welches sich auf dem zugehörigen Dreieckslenker abstützt. Das Hebelgetriebe besteht dabei aus einer ersten Spurstange, die mittelbar oder unmittelbar mit dem Abtrieb des Lenkgetriebes verbunden ist, einem Hebel, der drehbar am Querlenker befestigt ist und von der ersten Spurstange angetrieben wird, sowie einer zweiten Spurstange, die diesen Hebel mit dem Radträger verbindet. Das Hebelgetriebe überträgt die Bewegung des Lenkgetriebes in geeigneter Form, so dass eine Lenkbewegung des Rades erfolgt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante einer der voranstehenden Konfigurationen wird das Hebelgetriebe so angeordnet, dass die Drehbewegung des Hebels verstärkt auf den Radträger übertragen wird, wodurch große Radlenkwinkel erreicht werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante einer der voranstehenden Konfigurationen wird die Drehachse des Drehgelenks zwischen Hebel und Querlenker beziehungsweise Stablenker so gegen die Lenkerebene verdreht, dass Bauraumkonflikte zwischen dem gelenkten Rad und dem Lenkgestänge vermieden werden.
In einer möglichen Ausführungsvariante einer der voranstehenden Konfigurationen wird das translatorisch wirkende Lenkgetriebe durch ein Lenkgetriebe mit rotatorischer Bewegung des Abtriebs, beispielsweise einem Kugelumlauflenkgetriebe oder einer in der Wirkung vergleichbaren Getriebeausführung, ersetzt.
In einer weiteren Ausführungsvariante einer der voranstehenden Konfigurationen erfolgt die Anbindung des Lenkgetriebes an die erste Spurstange nicht unmittelbar durch ein Kugelgelenk, sondern mittelbar durch ein dazwischen angeordnetes Übertragungselement oder Getriebesystem.
In einer möglichen Ausführungsvariante wird der Dreiecksquerlenker durch zwei Stablenker _[EN1]ersetzt. Der Hebel ist dann drehbar mit einem der beiden Stablenker verbunden.
In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsvariante mindestens einer der vorstehenden Ausführungen werden eines oder mehrere der Kugelgelenke durch Elastomerlager ersetzt.
In einer weiteren möglichen Ausführungsvariante werden eine oder mehrere Buchsen durch Kugelgelenke oder Elastomerlager ersetzt.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden anhand anliegender Zeichnungen und nachfolgender Beschreibung erläutert, in welchen beispielhaft eine erfindungsgemäße Achse dargestellt und beschrieben wird.
Die in der 1 gezeigte beispielhafte Ausführung zeigt eine mögliche Umsetzung
Bezugszeichenliste

101: Radaufhängung
102: Reifen
103: Felge
104: Dämpfer
105: Feder
106: Kugelgelenk
107: Drehgelenk
108: Querlenker
109: Buchse
110: Lenkgetriebe
111: Kugelgelenk
112: Buchse
113: Spurstange
114: Hebel
115: Kugelgelenk
116: Kugelgelenk
117: Spurstange
118: Kugelgelenk
119: Radträger

Claims

Einzelradaufhängung (101) für ein zweispuriges Fahrzeug, bei welcher die Führung des jeweiligen Rades mittels eines Radträgers (119) erfolgt, der durch einen im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung ausgerichteten Querlenker (108) und einen radführenden Dämpfer (104) direkt oder indirekt mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist; wobei der Querlenker (108) mit der Buchse (109) und der Buchse (112) gelenkig direkt oder indirekt am Fahrzeugaufbau befestigt ist und mit dem Kugelgelenk (106) gelenkig am Radträger (119) angebunden ist; wobei der Dämpfer (104) starr mit dem Radträger (119) verbunden ist und gelenkig direkt oder indirekt am Fahrzeugaufbau angebunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (110) mittels einer ersten Spurstange (113) über einen gelenkig mit dem Querlenker (108) verbundenen Hebel (114) und einer zweiten Spurstange (117) an den Radträger (119) angebunden wird; wobei die Anbindung des Hebels (114) an den Querlenker (108) dabei mittels eines Drehgelenks (107) erfolgt; wobei die erste Spurstange (113) durch das Kugelgelenk (111) gelenkig am Lenkgetriebe (110) und mit dem Kugelgelenk (115) gelenkig am Hebel (114) befestigt wird; wobei die zweite Spurstange (117) mit dem Kugelgelenk (116) gelenkig am Hebel (114) und mit dem Kugelgelenk (118) gelenkig am Radträger (119) befestigt wird.
Einzelradaufhängung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung des Gesamtsystems so ausgeführt ist, dass die Drehbewegung des Hebels (114) mit einer derartigen Übersetzung auf den Radträger (119) übertragen wird, das große Radlenkwinkel erzielt werden.
Einzelradaufhängung nach einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Drehgelenks (107) so gegen die aus den Drehpunkten der Buchsen (109) und (112) sowie des Kugelgelenkes (106) gebildete, Ebene verschränkt ist, dass eine besonders vorteilhafte Bauraumanordnung entsteht und so eine Kollision der Spurstangen (113) und (117) mit der Felge (103) auch für große Radlenkwinkel vermieden wird.
Einzelradaufhängung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe (110) mit einer translatorischen Abtriebsbewegung durch ein Lenkgetriebe mit rotatorischer Abtriebsbewegung ersetzt wird.
Einzelradaufhängung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Anbindung des Lenkgetriebes (110) an die erste Spurstange (113) mittelbar durch ein dazwischengeschaltetes Übertragungsglied oder Getriebe erfolgt.
Einzelradaufhängung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Querlenker (108) durch zwei Stablenker ersetzt wird; wobei der Hebel (114) drehbar über das Gelenk (107) mit einem der beiden Stablenker verbunden ist.
Einzelradaufhängung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Kugelgelenke durch Elastomerlager ersetzt werden.
Einzelradaufhängung nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Buchsen durch Kugelgelenke oder Elastomerlager ersetzt werden.