DE102018220235A1 - Einzelradaufhängung für ein Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Einzelradaufhängung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenker (2, 12), welcher elastische Schwenklager (2.1, 12.1) aufweist, die um eine Schwenkachse (S, S) schwenkbar an einem Fahrzeugaufbau (20) gelagert sind, eine Rad-Anbindungsstelle (2.2, 12.2) zur wenigstens indirekten Anbindung eines Fahrzeugrads (5, 15) aufweist und wenigstens indirekt über eine passive Federeinheit (3, 13) mit dem Fahrzeugaufbau (20) verbunden ist.Um bei einer Fahrzeugachse mit Einzelradaufhängung, insbesondere bei fehlenden Querlenkern, einem Übersteuern entgegenzuwirken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Federeinheit (3, 13) dazu eingerichtet ist, eine beim Einfedern zunehmende, entlang der Y-Achse nach außen gerichtete Kraftkomponente (F, F) auf den Lenker (20) zu erzeugen.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Bei modernen Kraftfahrzeugen sind sämtliche Räder beweglich mit der Karosserie bzw. dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Das jeweilige Rad sowie ein dieses aufnehmender Radträger sind hierbei Teil der ungefederten Masse, die mehr oder weniger dem Höhenverlauf der jeweiligen Fahrfläche folgt, während Karosserie und Chassis Teile der gefederten Masse bilden, die zumindest weitgehend von plötzlichen Bewegungen der ungefederten Masse entkoppelt sein soll. Die bewegliche Anbindung ist in vielen Fällen über einen oder mehrere Lenker pro Rad gegeben, die normalerweise um wenigstens eine Achse schwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau verbunden sind. Nach Bedarf können unterschiedliche Anzahlen von Lenkern zur Führung des Rades dienen. Je nach Verlauf des Lenkers bezüglich des Fahrzeugs bzw. dessen Längsachse lassen sich Längslenker, Schräglenker und Querlenker unterscheiden. Bei einem vergleichsweise einfach aufgebauten Typ von Aufhängung, der praktisch nur für Hinterachsen eingesetzt wird, ist jedes Rad einzeln über einen einzigen Lenker, der auch als Schwinge bezeichnet werden kann, schwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Der jeweilige Lenker kann ein Längslenker sein, der also um eine parallel zur Fahrzeugquerachse verlaufende Schwenkachse schwenkbar ist, oder ein Schräglenker, bei dem die Schwenkachse schräg zur Querachse sowie zur Längsachse verläuft. Üblicherweise ist der Radträger fest mit dem Lenker verbunden oder sogar einstückig mit diesem gefertigt. Der Lenker weist in der Regel eine grob dreieckige Struktur auf, bei der im vorderen Bereich zwei Schwenklager für die Anbindung an dem Fahrzeugaufbau vorgesehen sind und im hinteren Bereich der Radträger bzw. eine Anbindungsstelle für denselben.
• Vornehmlich um die Übertragung von Vibrationen seitens des Fahrwerks auf den Fahrzeugaufbau zu minimieren, ist der Lenker normalerweise durch elastische Lager mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Zwar unterdrückt die Elastizität der Lager in erwünschter Weise die Übertragung von Stößen und Vibrationen und trägt so insgesamt zum Fahrkomfort bei, allerdings wird hierdurch gleichzeitig auch die Führung des Lenkers gegenüber dem Fahrzeugaufbau und somit die des Rades beeinträchtigt. Bei seitlich einwirkenden Kräften, insbesondere bei Kurvenfahrten, kommt es zu einer Verdrehung der Schwinge gegenüber dem Fahrzeugaufbau um die Fahrzeughochachse. Das Fahrzeug neigt somit zum Übersteuern, und zwar umso stärker, je weicher bzw. elastischer die Lager ausgebildet sind. Dieser Problematik könnte prinzipiell entgegengewirkt werden, indem der Längs- bzw. Schräglenker mit Querlenkern kombiniert wird, dies ist allerdings hinsichtlich der Kinematik der Achse problematisch, u.U. auch gar nicht praktikabel.
• Die US 3,781,032 A zeigt eine Längslenkerachse, bei der das jeweilige Rad über einen Dreieckslenker mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Der Dreieckslenker ist über zwei vordere Schwenklager mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, die eine Schwenkachse parallel zur Y-Achse definieren. In einem hinteren Bereich ist ein Radträger am Dreieckslenker angeordnet. In der Nähe des Radträgers ist der Dreieckslenker durch ein Federbein mit dem Fahrzeugaufbau verbunden, welches gegenüber der Z-Achse zur X-Achse hin geneigt ist.
• Carlitz, A., Allibert, S., Schmitz, T., and Engels, A., „Effect of Force Vectoring Spring implementafon into a Twistbeam Rear Suspension,“ SAE Int. J. Veh. Dyn., Stab., and NVH 1(2):283-288, 2017, beschreibt eine Verbundlenkerachse, bei welcher die Federung gegenüber dem Fahrzeugaufbau durch Force-Vectoring-Federn gegeben ist. Diese erzeugen eine seitliche Kraftkomponente, welche dazu dient, die Spur des jeweiligen Rades besser zu kontrollieren.
• Die US 7,984,915 B2 zeigt eine Radaufhängung, bei der ein Radträger über einen Längslenker, zwei hintere Querlenker sowie einen vorderen Querlenker mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Am hinteren unteren Querlenker setzt ein Federbein an. Um das Spurverhalten des betreffenden Rades bei Einwirken einer seitlichen Kraft einzustellen, ist vorgesehen, dass eine Steifigkeit des vorderen Querlenkers in Querrichtung einstellbar ist. Hierzu weist dieser Querlenker einen hydraulischen Aktor auf, über den sich die Steifigkeit einstellen lässt. Der Aktor kann in Abhängigkeit von Sensordaten angesteuert werden, die bspw. Geschwindigkeit, Last oder Beschleunigung des Fahrzeugs entsprechen.
• Die US 6,343,618 B1 offenbart eine Ventileinheit mit zwei in Reihe angeordneten Verschlussklappen, die jeweils über ein federbelastetes Schließelement betätigt werden. Das Schließelement weist nach Art eines Federbeins eine Schraubenfeder auf und ist über ein Kugelgelenk innerhalb eines Ventilgehäuses gelagert.
• Die GB 1 482 500 A zeigt eine Hinterradaufhängung, mit einem als Radführungsglied dienenden Federbein, welches einen Radträger mit dem Fahrzeugaufbau verbindet, und einer Längsschwinge aus Stahlblech, die den Radträger mit dem Fahrzeugaufbau verbindet, wobei sie mit letzterem schwenkbar verbunden ist. Die beiden Längsschwingen der Hinterachse sind zu einer einstückigen Baueinheit aus Stahlblech zusammengefasst, indem sie im Bereich ihrer am Fahrzeugaufbau angelenkten Enden durch einen quer verlaufenden Stahlblechstreifen formfest und winkelsteif miteinander verbunden sind.
• Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Verhinderung oder Minimierung eines Übersteuerns bei Einzelradaufhängungen mit Längslenkern oder Schräglenkern durchaus noch Raum für Verbesserungen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Fahrzeugachse mit Einzelradaufhängung einem Übersteuern entgegenzuwirken.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Einzelradaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
• Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
• Durch die Erfindung wird eine Einzelradaufhängung für ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt. Als Kraftfahrzeuge kommen hierbei insbesondere PKW oder LKW infrage. Es kann sich um die Radaufhängung eines Vorderrades oder Hinterrades handeln. Insbesondere kann es die Radaufhängung eines angetriebenen oder nicht angetriebenen Hinterrades sein. Der Begriff „Einzelradaufhängung“ impliziert hierbei, dass die beiden Räder einer Achse einzeln und unabhängig voneinander aufgehängt sind und insoweit zumindest weitgehend unabhängig voneinander beweglich sind. Dies schließt allerdings die Möglichkeit ein, dass durch einen Stabilisator in bekannter Weise eine Kraftübertragung zwischen den Aufhängungen der einzelnen Räder gegeben ist. Der Stabilisator ist allerdings, soweit vorhanden, nicht wie bspw. bei einer Verbundlenkerachse starr mit den beiderseitigen Radaufhängungen verbunden.
• Die Radaufhängung weist einen Lenker auf, welcher elastische Schwenklager aufweist, die um eine Schwenkachse schwenkbar an einem Fahrzeugaufbau gelagert sind. D.h., es sind Schwenklager ausgebildet, durch welche der Lenker schwenkbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau gelagert ist. In bevorzugter Ausgestaltung weist die Radaufhängung einen Lenker auf, welcher durch zwei wenigstens bezüglich der Y-Achse versetzte, elastische Schwenklager um eine Schwenkachse schwenkbar an einem Fahrzeugaufbau gelagert sind. D.h., es sind zwei Schwenklager ausgebildet, durch welche der Lenker schwenkbar gegenüber dem Fahrzeugaufbau gelagert ist. „Fahrzeugaufbau“ dient hier als Sammelbegriff für die Karosserie, das Chassis sowie ggf. einen Hilfsrahmen. Auf Seiten des Lenkers können bspw. Lageraugen oder Lagerhülsen ausgebildet sein, die Gummi-Metall-Buchsen oder vergleichbare Elemente aufnehmen. Seitens des Fahrzeugaufbaus kann bspw. ein Achsbolzen vorgesehen sein, der durch die Gummi-Metall-Buchse geführt ist. In jedem Fall sind beide Schwenklager elastisch ausgebildet, was vorrangig dazu dient, die Übertragung von Stößen und Vibrationen auf den Fahrzeugaufbau zu minimieren. Durch die Anordnung der beiden Schwenklager zueinander ist eine Schwenkachse definiert, die normalerweise auch der Ausrichtung der Lagerhülsen oder vergleichbarer Elemente entspricht. Die beiden Schwenklager sind bevorzugt bezüglich der Y-Achse versetzt zueinander angeordnet, womit die Schwenkachse im Winkel - also nicht parallel - zur X-Achse verläuft. Optional können die Schwenklager zusätzlich auch bezüglich der X-Achse und/oder bezüglich der Z-Achse zueinander versetzt angeordnet sein.
• Des Weiteren weist der Lenker eine Rad-Anbindungsstelle zur wenigstens indirekten Anbindung eines Fahrzeugrads auf. Die Rad-Anbindungsstelle kann zur Befestigung eines Radträgers dienen. Es ist aber auch möglich, dass am Lenker selbst ein Radträger ausgebildet ist. Ein derartiger Radträger oder Achsschenkel ist in bekannter Weise dazu vorgesehen, das Rad aufzunehmen, das somit in eingebautem Zustand bezüglich desselben drehbar gelagert ist. Die beiden Schwenklager sowie die Rad-Anbindungsstelle bilden eine im Wesentlichen dreieckige Anordnung. In einigen Ausführungsformen kann der Lenker auch als Dreieckslenker bezeichnet werden. Hinsichtlich der Materialien und der weiteren Ausgestaltung des Lenkers bestehen im Rahmen der Erfindung keinerlei Einschränkungen. Er kann bspw. in Schalenbauweise aus Blechteilen gefertigt sein, er kann aus Grauguss oder Leichtmetall, bspw. Aluminium, gegossen sein oder er könnte aus Verbundstoff bspw. faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Selbstverständlich ist auch eine Kombination der genannten Materialien denkbar. Der Lenker kann eine mehr oder weniger flächige Form aufweisen oder aber er kann mehrere Arme aufweisen, an denen endseitig jeweils die Schwenklager bzw. die Rad-Anbindungsstelle angeordnet sind. Derartige Arme können gerade, gebogen und/oder abgewinkelt ausgebildet sein.
• Der Lenker ist wenigstens indirekt über eine passive Federeinheit mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Man könnte auch sagen, der Fahrzeugaufbau ist wenigstens indirekt über die passive Federeinheit am Lenker abgestützt. Die Federeinheit dient dabei selbstverständlich der Federung des Rades gegenüber dem Fahrzeugaufbau. Sie kann entweder direkt am Lenker ansetzen oder aber an einem hiermit verbundenen Bauteil, bspw. einem Radträger, sofern dieser nicht einstückig mit dem Lenker ausgebildet ist. Die Federeinheit dient zur Entkopplung des Fahrzeugaufbaus, also der gefederten Masse des Fahrzeugs, von der ungefederten Masse. Bei einer vertikalen Auslenkung des Rades und somit des Lenkers gegenüber dem Fahrzeugaufbau erfolgt eine elastische Verformung der Federeinheit, die wiederum zu einer Rückstellkraft führt. Die Federeinheit kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Sie ist passiv ausgebildet, d.h. sie weist keine Aktoren oder einen motorischen Antrieb auf.
• Es versteht sich, dass der Lenker direkt oder indirekt auch durch einen Stoßdämpfer mit dem Fahrzeugaufbau verbunden sein kann, der dazu dient, Schwingungen zu dämpfen, indem er Bewegungsenergie in Wärme umsetzt. Ein solcher Stoßdämpfer kann räumlich mit der Federeinheit kombiniert sein.
• Erfindungsgemäß ist die Federeinheit dazu eingerichtet, eine beim Einfedern zunehmende, entlang der Y-Achse nach außen gerichtete Kraftkomponente auf den Lenker zu erzeugen. Die Federeinheit ist also dazu eingerichtet, eine entlang der Y-Achse nach außen gerichtete Kraftkomponente auf den Lenker zu erzeugen. Die Federeinheit kann wie bereits oben angedeutet, unmittelbar oder auch mittelbar - über wenigstens ein zwischengeschaltetes Bauteil - die Kraftkomponente auf den Lenker übertragen. Die entsprechende Kraftkomponente wirkt entlang der Y-Achse, also in Querrichtung, und zwar nach außen, von der Fahrzeugmitte bzw. Fahrzeugmittelebene fort. Wenn aufgrund von zunehmender statischer oder dynamischer Belastung ein Einfedern erfolgt, also eine vertikale Auslenkung des Fahrzeugrades gegenüber dem Fahrzeugaufbau, nimmt die entsprechende Kraftkomponente zu. Dies schließt prinzipiell die Möglichkeit ein, dass ohne ein Einfedern, also bspw. bei Normallast, die entsprechende Kraftkomponente null beträgt und somit beim Einfedern ausgehend von null zunimmt.
• Bei einer Kurvenfahrt kommt es bei dem kurvenäußeren Rad zu einem Einfedern. Gleichzeitig besteht aufgrund der Trägheit des Fahrzeugaufbaus eine Tendenz, dass dieser gegenüber dem Lenker und dem daran angeordneten Rad bezüglich der Kurve nach außen gedrückt wird. Vom Fahrzeugaufbau aus gesehen könnte man auch sagen, dass das kurvenäußere Rad bzw. der kurvenäußere Lenker eine zur Mitte des Fahrzeugs hin wirkende Kraft bzw. ein entsprechendes Drehmoment um die Hochachse erfährt. Hieraus würde ein Übersteuern resultieren, welchem allerdings durch die von der Federeinheit erzeugte Kraftkomponente entgegengewirkt wird. Je nach Ausführungsform oder momentaner Belastung kann das Übersteuern ganz oder teilweise unterdrückt werden. Die Radaufhängung bzw. die Federeinheit sind dabei selbstverständlich bevorzugt derart ausgelegt bzw. eingerichtet, dass bei Geradeausfahrt des Fahrzeugs aus der Gesamtsumme der auf jedes der Räder bzw. jeden der Lenker seitlich (also entlang der Y-Achse) wirkenden Kräfte eine Ausrichtung des Rades parallel zur Fahrtrichtung resultiert. D.h., sofern die Federeinheit auch bei Geradeausfahrt eine seitliche Kraftkomponente erzeugt, kann diese bspw. durch Lagerkräfte an den Rad-Anbindungsstellen kompensiert werden.
• Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung, dass dem Übersteuern durch eine rein passive Federeinheit entgegengewirkt wird. Es werden keine aktiven Elemente benötigt, die den Aufbau der Radaufhängung verkomplizieren würden. Dabei übernimmt die Federeinheit wenigstens anteilig auch die gewöhnliche Funktion einer federnden Abstützung des Lenkers bzw. des daran angeordneten Rades gegenüber dem Fahrzeugaufbau. Je nach Ausführungsform sind keine zusätzlichen Bauteile nötig, sondern lediglich eine Modifikation der Ausgestaltung bzw. Anordnung ohnehin vorhandener Bauteile.
• Vorteilhaft ist die Federeinheit derart eingerichtet, dass die nach außen gerichtete Kraftkomponente als Funktion einer Radlast des Fahrzeugrades monoton anwächst. Anders ausgedrückt, je größer die Radlast ist, desto größer ist die nach außen gerichtete Kraftkomponente. In diesem Fall reduziert sich die nach außen gerichtete Kraftkomponente beim Ausfedern. Hierdurch wird erreicht, dass beim kurveninneren Rad, welches üblicherweise ausfedert, ebenfalls einem Übersteuern entgegengewirkt wird. Dieses kurveninnere Rad erfährt bei einer Kurvenfahrt aufgrund der Trägheit des Fahrzeugaufbaus normalerweise eine Kraft bzw. ein Drehmoment, durch welches es gegenüber dem Fahrzeugaufbau nach außen gedrückt wird, also von der Fahrzeugmitte fort. Dies entspricht ebenfalls einem Übersteuern. Dadurch, dass die von der Federeinheit erzeugte, nach außen gerichtete Kraftkomponente im Vergleich zu einer Geradeausfahrt reduziert wird, wird auch das Übersteuern des kurveninneren Rades wenigstens reduziert, ggf. sogar verhindert.
• Gemäß einer Ausführungsform verläuft die Schwenkachse parallel zur Y-Achse, wobei der Lenker als Längslenker ausgebildet ist. D.h., die beiden Schwenklager liegen bezüglich der X- und Z-Achse auf der gleichen Position und sind lediglich entlang der Y-Achse zueinander versetzt, normalerweise beabstandet. Der Lenker ist als Längslenker ausgebildet und erstreckt sich bezüglich der X-Achse von den Schwenklagern nach hinten. Normalerweise entspricht die Rad-Anbindungsstelle dem hintersten Teil des Lenkers. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Radaufhängung kommen bei dieser Ausgestaltung am stärksten zum Tragen, da seitliche (also in Richtung der Y-Achse wirkende) Kräfte mit einem großen effektiven Hebelarm am Lenker angreifen. Daher ist die wenigstens teilweise Kompensation derartiger Kräfte bei einer Kurvenfahrt besonders wichtig, um die Spur des jeweiligen Rades zu stabilisieren.
• Gemäß einer alternativen Ausgestaltung verläuft die Schwenkachse im Winkel zur Y-Achse, wobei der Lenker als Schräglenker ausgebildet ist. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Schräglenkerachse. Die Schwenkachsen der beiderseits angeordneten Lenker verlaufen symmetrisch bezüglich der Fahrzeugmittenebene. Sie verlaufen jeweils diagonal bezüglich der X-Y-Ebene, d.h. weder parallel zur X-Achse noch parallel zur Y-Achse. Der Winkel zur Y-Achse kann unterschiedlich groß gewählt sein, typischerweise liegt er zwischen 10° und 45°. Die Schwenkachse kann zusätzlich im Winkel zur X-Y-Ebene verlaufen, d.h. die beiden Schwenklager können zusätzlich bezüglich der Z-Achse zueinander versetzt sein, also sie können einen Höhenversatz aufweisen. In diesem Fall könnte man sagen, dass die Projektion der jeweiligen Schwenkachse auf die X-Y-Ebene im Winkel zur X-Achse sowie zur Y-Achse verläuft.
• Die Federeinheit kann bevorzugt eine Feder aufweisen, deren Kraftwirkungslinie gegenüber der Z-Achse zur Y-Achse nach innen geneigt ist. Die Kraftwirkungslinie entspricht dabei dem effektiven Verlauf der durch die Feder erzeugten Kraft. Wenn wie beschrieben die Kraftwirkungslinie gegenüber der Z-Achse zur Y-Achse nach innen geneigt ist, also die Kraftwirkungslinie von unten nach oben gesehen nach innen (also zur Fahrzeugmitte) verläuft, erzeugt die Feder zwangsläufig einerseits eine vertikale Kraftkomponente, die der Abstützung des Fahrzeugaufbaus dient, sowie andererseits eine horizontale Kraftkomponente, nämlich die nach außen gerichtete Kraftkomponente. Beide Kraftkomponenten nehmen beim Einfedern zu. Die Neigung der Kraftwirkungslinie gegenüber der Z-Achse kann je nach Bedarf unterschiedlich groß gewählt sein. Im Allgemeinen liegt sie allerdings unter 45°, so dass die vertikale Kraftkomponente größer ist als die nach außen gerichtete Kraftkomponente.
• Die Feder kann bspw. an einem vom Lenker separat gefertigten Radträger abgestützt sein. Auch wären im Prinzip andere, ggf. komplizierte Mechanismen zur Kraftübertragung zwischen Feder und Lenker denkbar. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Feder am Lenker abgestützt. Normalerweise ist sie an einer Oberseite des Lenkers abgestützt, ggf. unter Zwischenschaltung eines Federtellers oder eines anderen geeigneten Elements, durch das eine sichere Verbindung zwischen Feder und Lenker erreicht wird. Es ist auch möglich, dass die Feder am Lenker gelenkig gelagert ist, so dass eine gewisse Schwenkbewegung möglich ist.
• Die Neigung der Kraftwirkungslinie kann in unterschiedlicher Weise realisiert werden. Zum einen kann eine Mittellinie der Feder gegenüber der Z-Achse zur Y-Achse nach innen geneigt sein. Die Mittellinie bzw. Federmittellinie entspricht bei einer zylindrischen Schraubenfeder der Zylinderachse. Bei nicht-zylindrischen Federn, bei denen z.B. die einzelnen Windungen unterschiedliche Durchmesser aufweisen und/oder zueinander versetzt sind, wird normalerweise eine Art Mittelpunkt jeder einzelnen Windung konstruiert und die genannten Mittelpunkte werden durch eine gedachte Linie verbunden, die dann die Mittellinie bildet. Die Erfindung ist allerdings ausdrücklich nicht auf Schraubenfedern beschränkt, sondern es können auch andere Federtypen wie bspw. pneumatische Federn eingesetzt werden.
• Alternativ oder zusätzlich kann die Kraftwirkungslinie der Feder gegenüber der Mittellinie der Feder zur Y-Achse nach innen geneigt sein. Man kann auch sagen, dass die Kraftwirkungslinie gegenüber der Mittellinie in der Y-Z-Ebene gekippt bzw. geneigt ist. Anders ausgedrückt, die Projektion der Kraftwirkungslinie auf die Y-Z-Ebene verläuft im Winkel zur Projektion der Mittellinie. Mathematisch kann dies auch als Drehung um die X-Achse aufgefasst werden. D.h., die Neigung der Kraftwirkungslinie wird nicht (oder jedenfalls nicht ausschließlich) durch eine Neigung der Feder erreicht, sondern durch die Ausgestaltung der Feder. Derartige Federn werden auch als Force-Vectoring-Federn bezeichnet. Während ihre Mittellinie im unbelasteten Zustand ggf. gekrümmt sein kann, sind derartige Federn normalerweise so konstruiert, dass sich im eingebauten Zustand unter Normallast auch eine gerade Mittellinie ergeben kann. In diesem Zustand können die äußeren Abmessungen zumindest im Wesentlichen einer herkömmlichen Feder entsprechen, bei welcher die Kraftwirkungslinie mit der Mittellinie zusammenfällt. Eine derartige Force-Vectoring-Feder kann so eingebaut sein, dass ihre Mittellinie parallel zur Z-Achse verläuft, d.h. eine Neigung der Feder insgesamt ist unnötig. Dies hat entscheidende Vorteile für die gesamte Baugröße der Radaufhängung. Dem Einbau einer geneigten Feder sind mitunter aus konstruktiven Gründen oft Grenzen gesetzt, die somit auch hinsichtlich der Beeinflussung der nach außen gerichteten Kraftkomponente bestehen. Mit der geschilderten abweichenden Kraftwirkungslinie können diese Beschränkungen überwunden werden. Somit ist es möglich, eine nach außen gerichtete Kraftkomponente zu erzeugen und ggf. auch an unterschiedliche Varianten eines Fahrzeugmodells anzupassen, ohne die Einbauposition oder Dimensionierung der Feder zu verändern. Hierfür müsste lediglich eine Feder mit einer anderen Kraftwirkungslinie eingesetzt werden.
• Grundsätzlich kann die Feder durch unterschiedliche Baumformen realisiert werden, bspw. als pneumatische Feder. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist die Feder als Schraubenfeder ausgebildet. Sie besteht hierbei typischerweise aus Federstahl oder Faserverbundkunststoff. Eine Schraubenfeder, bei der die Kraftwirkungslinie und die Mittellinie zusammenfallen, ist in entspanntem Zustand normalerweise gerade und zylinderförmig. Im Rahmen der Erfindung kommen hingegen Bauformen infrage, bei denen bspw. der Krümmungsradius der einzelnen Windungen variiert oder auch die Mittellinie in entspanntem Zustand gekrümmt ist.
• Gemäß einer solchen Ausgestaltung ist die Feder in entspanntem Zustand S-förmig ausgebildet. Dies bezieht sich auf die Form der Feder bzw. ihrer Mittellinie in entspanntem Zustand. Wie bereits oben angemerkt, sind derartige Federn normalerweise im gespannten bzw. komprimierten Zustand gerade ausgebildet. Allerdings weisen Sie im gespannten Zustand eine Kraftwirkungslinie auf, die nicht mit der Mittellinie übereinstimmt, sondern zu dieser im Winkel steht. Ein ähnlicher Effekt lässt sich auch mit pneumatischen Federn mit einem Rollbalg aus einem Faser-Gummi-Verbund erzielen. Dabei wird eine zur geometrischen Mittellinie der pneumatischen Feder angewinkelte Kraftwirkungslinie durch die asymmetrische Ausgestaltung des Rollbalgs erreicht.
• Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand von unterschiedlichen, in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung;
• 2 eine Vorderansicht der Einzelradaufhängung aus 1 bei Geradeausfahrt;
• 3 eine Vorderansicht der Einzelradaufhängung aus 1 bei Kurvenfahrt;
• 4 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung;
• 5 eine Vorderansicht der Einzelradaufhängung aus 4 bei Geradeausfahrt;
• 6 eine Vorderansicht der Einzelradaufhängung aus 4 bei Kurvenfahrt; sowie
• 7 eine Draufsicht einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung.
• In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung 1 eines Kraftfahrzeugs, bspw. eines Pkw. Die Zeichenebene entspricht hierbei der X-Y-Ebene des Kraftfahrzeugs. Zwei Räder 5, 15 sind durch jeweils einen Lenker 2, 12 mit einem Fahrzeugaufbau 20 verbunden. Jeder der Lenker 2, 12 weist dabei in einem vorderen Bereich zwei Schwenklager 2.1, 12.1 auf, durch die eine Schwenkachse S₁ , S₂ definiert ist. Jedes der Schwenklager 2.1, 12.1 ist in hier nicht näher dargestellter Weise als elastisches Lager ausgebildet, bspw. durch eine Gummi-Metall-Buchse, die in einer am Lenker 2, 12 ausgebildeten Lagerhülse aufgenommen ist. Die beiden Schwenklager 2.1, 12.1 jeweils eines Lenkers 2, 12 sind parallel zur Y-Achse zueinander versetzt, womit auch die jeweilige Schwenkachse S₁ , S₂ parallel zur Y-Achse verläuft.
• Jedes Rad 5, 15 ist mittels eines Radträger geführt, der an einer Rad-Anbindungsstelle 2.2, 12.2 einstückig mit dem Lenker 2, 12 ausgebildet ist. Jeder Lenker 2, 12 ist durch eine passive Federeinheit 3, 13 gegenüber dem Fahrzeugaufbau 20 gefedert, die im vorliegenden Fall durch eine Schraubenfeder 4, 14 gebildet ist. Wie insbesondere aus der Vorderansicht in 2 ersichtlich ist, verläuft die jeweilige Feder 4, 14 nicht parallel zur Z-Achse, sondern ist mit ihrer Mittellinie M₁ , M₂ zur Y-Achse nach innen, also zur Fahrzeugmitte hin, geneigt. Jede der Federn 4, 14 ist als herkömmliche, homogene Schraubenfeder ausgebildet, womit die jeweilige Kraftwirkungslinie W₁ , W₂ der Feder 4, 14 mit der Mittellinie M₁ , M₂ zusammenfällt und ebenfalls gegenüber der Z-Achse geneigt ist.
• 2 entspricht einem Zustand des Fahrzeugs bei Normallast und Geradeausfahrt. Beide Federn 4, 14 sind gleich belastet. 3 stellt eine Vorderansicht entsprechend 2 dar, wobei allerdings eine Kurvenfahrt dargestellt ist. Hierdurch ist ein kurvenäußeres Rad 15 stärker belastet als ein kurveninneres Rad 5. Entsprechend wirkt innerhalb der kurvenäußeren Feder 14 eine größere vertikale Kraftkomponente F_2z als in der kurveninneren Feder 4. Da die Federkraft parallel zur jeweiligen Kraftwirkungslinie W₁ , W₂ und somit zur Mittellinie M₁ , M₂ wirkt, ergibt sich aufgrund der Neigung der Federn 4, 14 zum einen eine geringere vertikale Kraftkomponente F_1z in der kurveninneren Feder 4. Zum anderen ist auch eine parallel zur Y-Achse nach außen gerichtete Kraftkomponente F_1y im Falle der kurveninneren Feder 4 kleiner als die entsprechende Kraftkomponente F_2y bei der kurvenäußeren Feder 14.
• Durch die bei der kurvenäußeren Feder 14 größere nach außen gerichtete Kraftkomponente F_2y wird ein Drehmoment auf den Lenker 12 erzeugt, das bestrebt ist, diesen nach außen, gewissermaßen aus der Kurve heraus, zu drehen. Daher kompensiert die nach außen gerichtete Kraftkomponente F_2y ganz oder teilweise eine hier nicht dargestellte entgegengesetzte Kraftkomponente, die während der Kurvenfahrt aus der Trägheit des Fahrzeugaufbaus 20 sowie der Reibung des Rades 15 an der Fahrfläche resultiert. Ein mögliches Übersteuern wird auf diese Weise zumindest reduziert, idealerweise sogar verhindert. Gleichermaßen wird die kurveninnere Feder 4 gegenüber einer Geradeausfahrt entspannt, so dass sich dort die nach außen gerichtete Kraftkomponente F_1y im Vergleich zur Geradeausfahrt verringert. Aufgrund anderer hier nicht dargestellter Kraftkomponenten, die bspw. in den Schwenklager an 2.1 erzeugt werden können, erfährt auch der kurveninnere Lenker 2 insgesamt ein Drehmoment, das einem Übersteuern entgegenwirkt. Mit dem gezeigten Aufbau lässt sich also ein Übersteuern auch dann wenigstens begrenzen, idealerweise sogar verhindern, wenn die Schwenklager 2.1, 12.1 eine vergleichsweise hohe Elastizität aufweisen, etwa um den Fahrkomfort zu erhöhen.
• Normalerweise ist jeder der Lenker 2, 12 durch einen Stoßdämpfer mit dem Fahrzeugaufbau 20 verbunden, wenngleich diese aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 - 3 nicht dargestellt sind. Gleichermaßen können die beiden Lenker 2, 12 typischerweise durch einen Stabilisator miteinander verbunden sein, durch den Wankbewegungen des Fahrzeugaufbaus 20 begrenzt werden.
• 4 - 6 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung 1, die größtenteils der in 1 - 3 gezeigten ersten Ausführungsform entspricht und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Bei dieser Ausführungsform werden allerdings Schraubenfedern 4, 14 verwendet, bei denen die Kraftwirkungslinie W₁ , W₂ gegenüber der Mittellinie M₁ , M₂ zur Y-Achse hin nach innen geneigt ist. Allerdings ist die jeweilige Feder 4, 14 sowie ihre jeweilige Mittellinie M₁ , M₂ vertikal, also parallel zur Z-Achse ausgerichtet. Die von der Mittellinie M₁ , M₂ abweichende Kraftwirkungslinie W₁ , W₂ ist im vorliegenden Beispiel dadurch realisiert, dass die jeweilige Feder 4, 14 in entspanntem Zustand S-förmig ausgebildet ist. Hierdurch ergibt sich im eingebauten Zustand, in welchem die Feder 4, 14 gerade ausgerichtet ist, eine asymmetrische Kraftverteilung innerhalb der Feder 4, 14, die zu der gezeigten Neigung der Kraftwirkungslinie W₁ , W₂ führt. Wie aus dem Vergleich von 6, die wiederum eine Kurvenfahrt darstellt, mit 3 hervorgeht, lässt sich auch bei dieser Ausführungsform eine nach außen gerichtete Kraftkomponente F_1y , F_2y erzeugen, die beim kurveninneren Rad 5 kleiner ist als beim kurvenäußeren Rad 15. Somit kann auch hier ein Übersteuern zumindest reduziert werden. Vorteilhaft ist bei der in 4 - 6 gezeigten Ausführungsform, dass keine Schrägstellung der Federn 4, 14 notwendig ist, wodurch sich diese wesentlich leichter in die gesamte Radaufhängung 1 integrieren lassen. Eine Erzeugung bzw. Variation der nach außen gerichteten Kraftkomponente F_1y , F_2y ist möglich, ohne die äußeren Abmessungen oder die Einbauposition der Feder 4, 14 angepasst werden müssen.
• 7 zeigt in einer 1 und 4 entsprechenden Draufsicht eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Radaufhängung 1, die weitgehend mit der in 4 - 6 gezeigten Ausführungsform identisch ist und insofern nicht nochmals erläutert wird. Bei dieser Ausführungsform sind allerdings die Lenker 2, 12 als Schräglenker ausgebildet. D.h. die Schwenklager 2.1, 12.1 des jeweiligen Lenkers 2, 12 sind nicht nur in Y-Richtung, sondern auch in X-Richtung zueinander versetzt angeordnet. Somit verläuft die jeweilige Schwenkachse S₁ , S₂ diagonal innerhalb der X-Y-Ebene. Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden wie in 4 - 6 vertikal ausgerichtete Federn 4, 14 verwendet, bei denen die Kraftwirkungslinie W₁ , W₂ gegenüber der Mittellinie M₁ , M₂ nach innen geneigt ist. Alternativ wäre es auch möglich, wie in 1 - 3 konventionelle Schraubenfedern einzusetzen, die in ihrer Gesamtheit nach innen geneigt sind.
• Bezugszeichenliste

1

Radaufhängung

2, 12

Lenker

2.1, 12.1

Schwenklager

2.2, 12.2

Rad-Anbindungsstelle

3, 13

Federeinheit

4, 14

Feder

5,15

Rad

F_1y, F_1z, F_2y, F_2z

Kraftkomponente

M₁, M₂

Mittellinie

S₁, S₂

Schwenkachse

W₁, W₂

Kraftwirkungslinie

20

Fahrzeugaufbau

X

X-Achse

Y

Y-Achse

Z

Z-Achse

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 3781032 A [0004]
• US 7984915 B2 [0006]
• US 6343618 B1 [0007]
• GB 1482500 A [0008]

Claims (10)

1. Einzelradaufhängung (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Lenker (2, 12), welcher elastische Schwenklager (2.1, 12.1) aufweist, die um eine Schwenkachse (S₁, S₂) schwenkbar an einem Fahrzeugaufbau (20) gelagert sind, eine Rad-Anbindungsstelle (2.2, 12.2) zur wenigstens indirekten Anbindung eines Fahrzeugrads (5, 15) aufweist und wenigstens indirekt über eine passive Federeinheit (3, 13) mit dem Fahrzeugaufbau (20) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (3, 13) dazu eingerichtet ist, eine beim Einfedern zunehmende, entlang der Y-Achse nach außen gerichtete Kraftkomponente (F_1y, F_2y) auf den Lenker (20) zu erzeugen.
2. Einzelradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (3, 13) derart eingerichtet ist, dass die nach außen gerichtete Kraftkomponente (F_1y, F_2y) als Funktion einer Radlast des Fahrzeugrades (5, 15) monoton anwächst.
3. Einzelradaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (S₁, S₂) parallel zur Y-Achse verläuft, wobei der Lenker (2, 12) als Längslenker ausgebildet ist.
4. Einzelradaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (S₁, S₂) im Winkel zur Y-Achse verläuft, wobei der Lenker (2, 12) als Schräglenker ausgebildet ist.
5. Einzelradaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (3, 13) eine Feder (4, 14) aufweist, deren Kraftwirkungslinie (W₁, W₂) gegenüber der Z-Achse zur Y-Achse nach innen geneigt ist.
6. Einzelradaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (4, 14) am Lenker (2, 12) abgestützt ist.
7. Einzelradaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mittellinie (M₁, M₂) der Feder (4, 14) gegenüber der Z-Achse zur Y-Achse nach innen geneigt ist.
8. Einzelradaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwirkungslinie der Feder gegenüber der Mittellinie der Feder zur Y-Achse nach innen geneigt ist.
9. Einzelradaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (4, 14) als Schraubenfeder ausgebildet ist.
10. Einzelradaufhängung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (4, 14) in entspanntem Zustand S-förmig ausgebildet ist.

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