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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einzelradaufhängung nach den oberbegrifflichen Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine derartige Einzelradaufhängung ist aus der gattungsbildenden Schrift,
DE 10 2015 226 589 A1 , zu entnehmen.
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Auch in der
DE 69 028 558 T2 ist eine entsprechende Einzelradaufhängung offenbart. Aus der
DE 10 2013 017 052 A1 oder der
DE 33 42 025 A1 sind Winkelgetriebe bekannt.
Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Aufhängungen von lenkbaren Rädern bekannt, die am Fahrzeugaufbau um eine Lenkachse verschwenkbar gelagert sind. Bekannt sind beispielsweise die sogenannten McPherson-Radaufhängungen oder Radaufhängungen mit Vierlenkern, Dreiecksquerlenkern oder Doppelquerlenkern. Derartige Radaufhängungen benötigen jedoch Spurstangen, die im Radkasten einen erheblichen Bauraumbedarf besitzen, womit nur eingeschränkte Lenkwinkel von etwa ± 40° realisierbar sind, was zu einem relativ großen Wendekreis des Fahrzeugs führt.
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Um die erlaubten Einschlagwinkel zu vergrößern und damit den möglichen Wendekreis zu verkleinern, sind in
DE 10 2016 213 571 A1 und
DE 10 2015 226 589 A1 Lenkervorrichtungen vorgeschlagen, bei denen Teile der Radaufhängung auf teilkreisförmigen Führungsbahnen gelagert sind, die deutlich größere Einschlagwinkel und mithin deutlich kleinere Wendekreise ermöglichen. Offenbarte Lenkvorrichtungen lassen sich insbesondere aufgrund der teilkreisförmigen Führungsbahnen jedoch nur mit einem erheblichen Mehraufwand in gängige Fahrzeugaufbauten integrieren.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einzelradaufhängung für ein lenkbares Fahrzeugrad vorzuschlagen, die in herkömmliche Fahrzeugaufbauten mit einem Minimum an erforderlichen Anpassungen integrierbar ist, die einen geringen Bauraumbedarf aufweist und mit der große Lenkwinkel erreichbar sind.
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Diese Aufgabe wird durch die Einzelradaufhängung nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besitzt die Einzelradaufhängung einen um seine Drehachse rotierend antreibbaren Querlenker, der mit einem Fahrzeugaufbau verbunden ist und eine Antriebswelle eines ersten Winkelgetriebes bildet. Ferner besitzt die Einzelradaufhängung einen Vertikallenker, der eine Abtriebswelle des ersten Winkelgetriebes bildet und dessen Drehachse mit der Lenkachse zusammenfällt, wobei der Vertikallenker drehfest mit dem Radträger verbunden ist, so dass eine Rotation des antreibbaren Querlenkers eine Verschwenkung des Radträgers um die Lenkachse bewirkt. Durch die Anordnung eines Winkelgetriebes zwischen dem antreibbaren Querlenker und dem Vertikallenker, der eine Rotation des Querlenkers und eine Schwenkbewegung des Radträgers koppelt, können im Vergleich zu bekannten Radaufhängungen deutlich größere Lenkwinkel von 60° bis 70° erreicht werden. Ferner kann auf herkömmliche Spurstangen verzichtet werden, was den Bauraumbedarf der Einzelradaufhängung deutlich reduziert.
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Die erfindungsgemäße Einzelradaufhängung ist für Straßenfahrzeuge geeignet, die an zumindest einer Achse lenkbare Fahrzeugräder besitzen. Hierbei kann es sich um die Räder der Vorder- und/oder der Hinterachse des Fahrzeugs handeln, was auch die Option miteischließt, dass alle Räder des Fahrzeugs unabhängig voneinander mit der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung lenkbar sind. Ebenfalls ist es möglich, die Einzelradaufhängung für angetriebene oder nicht angetriebene Räder einzusetzen, wobei ein etwaiger Antrieb beispielsweise durch (elektrische) Radnabenmotoren realisiert werden kann.
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Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Aktuator vorgesehen, der fahrzeugaufbauseitig mit dem antreibbaren Querlenker verbunden ist und eine Rotation des Querlenkers um vorgebbare Rotationswinkel bewirkt. Ein solcher Aktuator kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein, der durch eine geeignete Steuereinheit den vorgebbaren Rotationswinkel einstellt.
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Der um eine Lenkachse schwenkbar gelagerte Radträger besitzt nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ein Radlager und einen Achsschenkel. Das Radlager ist zur Fixierung eines Fahrzeugrades ausgebildet und um eine Drehachse des Fahrzeugrades drehbar mit dem Achsschenkel verbunden. Der Achsschenkel ist an dem als Abtriebswelle des ersten Winkelgetriebes ausgebildeten Vertikallenker fixiert. Hierdurch ergibt sich die kinematische Kette der Einzelradaufhängung wie folgt. Der Aktuator versetzt den rotierend antreibbaren Querlenker in eine Rotation um seine Drehachse. Diese Rotation wird über das erste Winkelgetriebe an den Vertikallenker weitergegeben, der mit dem Radträger drehfest verbunden ist, so dass sich eine vorgebbare Schwenkbewegung des Radträgers um die Lenkachse ergibt.
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Um den maximal möglichen Lenkwinkel auf zumindest ± 90° zu vergrößern, was beispielsweise das Seitwärtsfahren eines Fahrzeugs mit einer Allradlenkung erlaubt, das Drehen um die Hochachse des Fahrzeugs ermöglicht und das Einparken in kleine Parklücken vereinfacht, ist nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein unterer Querlenker vorgesehen, der um seine Drehachse rotierbar mit dem Fahrzeugaufbau und dem ersten Winkelgetriebe oder einem zweiten Winkelgetriebe verbunden ist, das eine Rotation des unteren Querlenkers über den Vertikallenker mit einer Verschwenkung des Radträgers um die Lenkachse koppelt und umgekehrt. Dabei ist der untere Querlenker in einem Abschnitt zwischen dem ersten oder dem zweiten Winkelgetriebe und dem Fahrzeugaufbau gebogen ausgebildet und bildet einen Querlenkerbogen, der bei einem montierten Fahrzeugrad eine Verschwenkung des Radträgers um zumindest ± 90° um die Lenkachse anschlagfrei erlaubt. Bei dieser Ausführungsform weist das Winkelgetriebe zwischen dem unteren Querlenker und dem Vertikallenker ein bevorzugtes Übersetzungsverhältnis von 1:1 auf, damit der Querlenkerbogen in beide Einschlagrichtungen des Radträgers eine Ausweichbewegung ausführt, die verhindert, dass Teile eines montierten und verschwenkten Fahrzeugrades am unteren Querträger anschlagen. Hierzu ist der untere Querträger in der neutralen Position, d.h. in der Geradeausfahrt, mit Bezug auf ein Fahrzeugkoordinatensystem entlang der y-z-Ebenen gebogen. Eine Verschwenkung des Radträgers um die Lenkachse führt richtungsunabhängig dazu, dass sich der Querlenkerbogen aus der y-z-Ebenen in Richtung der x-y-Ebenen verschwenkt und Raum für Felge und Reifen, insbesondere für die Felgeninnenkante und die Radinnenseite des montierten Fahrzeugrades schafft.
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Die vorliegende Erfindung umfasst unterschiedliche Ausführungsformen, die sich im Wesentlichen durch die Position des rotierend antreibbaren Querlenkers unterscheiden.
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1. Aktuator am unteren Querlenker
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Im Rahmen einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der rotierend antreibbare Querlenker als der untere Querlenker ausgebildet ist. Zu Gunsten einer hinreichend stabilen Lagerung des Fahrzeugrades ist ergänzend ein oberer Querlenker vorgesehen, der drehfest zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem Vertikallenker gelagert ist, wobei der obere Querlenker mit dem Vertikallenker vorzugsweise über ein Drehgelenk verbunden ist. Der Vertikallenker ist dabei in einem Abschnitt zwischen dem Radträger und dem Drehgelenk am oberen Querlenker gebogen ausgebildet und bildet einen Vertikallenkerbogen, der abgesehen von der Fixierung des Fahrzeugrades am Radlager und unabhängig vom Einschlagwinkel des Radträgers eine anschlagfreie (berührungslose) Lagerung des Fahrzeugrades erlaubt. Da der Vertikallenker drehfest mit dem Radträger verbunden ist, folgt der Vertikallenkerbogen unmittelbar einer etwaigen Schwenkbewegung des Radträgers um die Lenkachse, womit ein Anschlag am Vertikallenker unabhängig vom gewählten Lenkeinschlag verhindert ist.
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Die vorgeschlagene Radaufhängung umfasst mithin mindestens zwei Querlenker, die zumindest mittelbar eine hinreichend stabile Verbindung zwischen Radträger und Fahrzeugaufbau schaffen.
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Im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform der Einzelradaufhängung, nach der der Aktuator am unteren Querlenker angeordnet ist, so dass der untere Querlenker den rotierend antreibbaren Querlenker bildet, kann der untere Querlenker wie bereits beschrieben gebogen ausgebildet sein und einen Querlenkerbogen aufweisen, was die Option eines Lenkwinkels von bis zu ± 90° schafft.
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2. Aktuator an einem oberen Querlenker
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Nach einer zweiten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der rotierend antreibbare Querlenker als ein oberer Querlenker ausgebildet ist. Hierzu ist der obere Querlenker über das erste Winkelgetriebe mit dem Vertikallenker verbunden, so dass die Schwenkbewegung des Radträgers vom oberen Querlenker über den Vertikallenker übertragen wird. Im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels kann bei eingeschränkten Lenkwinkeln von 60° bis 70° der untere Querlenker drehfest zwischen dem Fahrzeugaufbau und dem Radträger gelagert sein, wobei der untere Querlenker über ein Drehgelenk mit dem Vertikallenker verbunden ist, der drehfest mit dem Radträger verbunden ist. Auch im Rahmen dieses Ausführungsbeispiels ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Vertikallenker in einem Abschnitt zwischen dem Radträger und dem ersten Winkelgetriebe gebogen ausgebildet ist und einen Vertikallenkerbogen bildet, der abgesehen von der Fixierung eines Fahrzeugrades am Radlager und unabhängig vom Einschlagwinkel des Radträgers eine anschlagfreie (berührungslose) Lagerung des Fahrzeugrades erlaubt.
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Unabhängig hiervon ist auch im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels ein maximaler Lenkwinkel von zumindest ± 90° vorgesehen. Hierzu ist der untere Querlenker vorzugsweise um seine Drehachse rotierbar am Fahrzeugaufbau angeordnet und über das zweite Winkelgetriebe mit dem Vertikallenker verbunden, der drehfest mit dem Radträger verbunden ist. Dabei ist der untere Querlenker zwischen dem zweiten Winkelgetriebe und dem Fahrzeugaufbau gebogen ausgebildet und bildet einen Querlenkerbogen, der bei einem montierten Fahrzeugrad eine Verschwenkung des Radträgers um zumindest ± 90° um die Lenkachse anschlagfrei erlaubt. Das zweite Winkelgetriebe sollte in diesem Fall ein Übersetzungsverhältnis von 1:1 aufweisen, um eine Verschwenkung des Radträgers und des Querlenkerbogens von je identischen Winkeln zu bewirken. Geringfügige Abweichungen hiervon sind dennoch tolerierbar. Das erste Winkelgetriebe, das im vorliegenden Fall am oberen Querlenker angeordnet ist, kann demgegenüber ein beliebiges Übersetzungsverhältnis aufweisen.
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Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der obere und/oder der untere Querlenker verschwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist/sind, was eine gefederte Aufhängung des Radträgers erlaubt.
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Die Schwenkachsen sind dabei vorzugsweise in der x-Richtung des Fahrzeugkoordinatensystems ausgerichtet, so dass sich eine Verschwenkbarkeit in der z-y-Ebene ergibt.
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Damit der Radträger in Bezug auf den Fahrzeugaufbau auch bei einer Verschwenkung der Querlenker einen konstanten Winkel aufweist, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Vertikallenker mehrteilig ausgebildet ist und eine gelenkige Verbindung zum oberen Querlenker sowie eine gelenkige Verbindung zum Radträger aufweist.
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Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und weitere bevorzugte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1a-d unterschiedliche Ausführungsformen einer Einzelradaufhängung,
- 2a-c eine Einzelradaufhängung bei verschiedenen Lenkwinkeln und
- 3 eine Einzelradaufhängung mit verschwenkbaren Querlenkern.
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Die 1a-d zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung 1, die sich im Wesentlichen durch die Position eines Aktuators 2 und die gebogene oder im wesentlichen geradlinige Ausgestaltung eines unteren Querlenkers 3 unterscheiden. Das der Erfindung zugrundeliegende Funktionsprinzip ist unabhängig hiervon jeweils identisch. Hiernach ist die Einzelradaufhängung 1 für ein lenkbares Fahrzeugrad 4 ausgebildet, das mit seiner Felge 5 lösbar an einem (nicht dargestellten) Radlager eines Radträgers 6 montierbar ist, der um eine Lenkachse 7 schwenkbeweglich gelagert ist. Die Einzelradaufhängung 1 besitzt einen rotierend antreibbaren Querlenker 8, der am Fahrzeugaufbau 9 angelenkt und mit dem Aktuator 2 verbunden ist. Der rotierend antreibbare Querlenker 8 bildet die Antriebswelle eines ersten Winkelgetriebes 10, das über zwei winklig zueinander ausgerichtete Kegelräder 11, 11' eine etwaige Rotation des antreibbaren Querlenkers 8 auf einen Vertikallenker 12 überträgt, der die Abtriebswelle des ersten Winkelgetriebes 10 bildet und dessen Drehachse mit der Lenkachse 7 zusammenfällt. Der Vertikallenker 12 ist drehfest mit dem Radträger 6 bzw. dessen Achsschenkel 13 verbunden, so dass eine Rotation des angetriebenen Querlenkers 8 eine Verschwenkung des Radträgers 6 bewirkt, wodurch über geeignete Steuereinrichtungen (nicht gezeigt) eine präzise Lenkbewegung vorgegeben werden kann.
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1a zeigt eine Ausführungsform bei der der rotierend antreibbare Querlenker 8 als unterer Querlenker 3 ausgebildet ist. Das erste Winkelgetriebe 10, das die Rotation des Querlenkers 8 auf den Vertikallenker 12 überträgt, ist zumindest teilweise innerhalb der Felge 5 angeordnet, also innerhalb des Hohlraums 16, der von der Felge 5 nach außen hin begrenzt ist. Zu Gunsten einer hinreichenden stabilen Lagerung ist oberhalb des montierten Fahrzeugrades 4 ein weiterer (oberer) Querlenker 17 vorgesehen, der drehfest mit dem Fahrzeugaufbau 9 verbunden ist. Der obere Querlenker 17 ist über ein Drehgelenk 18 mit dem Vertikallenker 12 verbunden, der im Abschnitt zwischen dem Drehgelenk 18 und dem Radträger 6, bzw. dem Achsschenkel 13, einen Vertikallenkerbogen 19 bildet, der einen Anschlag des montierten Fahrzeugrades 4 am Vertikallenker 12 verhindert. Die Form und die Position des Vertikallenkerbogens 19 ist an den Reifenradius RR, den Felgenradius RF, die die kumulierte Reifen- und Felgendicke DRF und die Reifenbreite RB anzupassen. Die kumulierte Reifen- und Felgendicke DRF entspricht dabei der Differenz zwischen Radradius RR und Felgenradius RF.
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1b zeigt eine alternative Ausführungsform, nach der der rotierend antreibbare Querlenker 8 als oberer Querlenker 17 ausgebildet ist. Der untere Querlenker 3 ist einerseits drehfest mit dem Fahrzeugaufbau 9 und andererseits über ein Drehgelenk 20 mit dem Vertikallenker 12 verbunden, der drehfest mit dem Radträger 6 und drehbar mit dem ersten Winkelgetriebe 10 verbunden ist. Im Übrigen ist der Aufbau zu 1a identisch.
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Die Ausführungsformen nach den 1a, b sind für Lenkwinkel bis zu ± 70° ausgelegt, da bei darüberhinausgehenden Lenkbewegungen ein Anschlag am unteren Querlenker 3 auftritt. Dabei würde die Felgeninnenseite bzw. die Radinnenseite an dem Querlenker 3 anschlagen, so dass entsprechend große Lenkwinkel blockiert sind.
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Die 1c, d zeigen jeweils Ausführungsbeispiele, bei denen das montierte Fahrzeugrad 4 demgegenüber um ± 90° verschwenkbar ist, ohne dabei am unteren Querlenker 3 anzuschlagen. Hierzu ist der untere Querlenker 3 zwischen dem (nach 1c ersten und nach 1d zweiten) Winkelgetriebe 10, 21 und dem Fahrzeugaufbau 9 gebogen ausgebildet und bildet einen Querlenkerbogen 22, der bei Lenkbewegungen des Radträgers 6 eine Ausweichbewegung ausführt, die auch bei Lenkbewegungen von ± 90° einen Anschlag des Fahrzeugrades 4 am unteren Querlenker 3 verhindert. Hierzu weist der Querlenkerbogen 22 vom Radmittelpunkt 23 aus betrachtet im Abstand zwischen dem Felgenradius RF bis zum Radradius RR einen Abstand A zur Drehachse 14 des unteren Querlenkers 3 von mehr als einer halben Reifenbreite RB auf. Im Übrigen entspricht der Aufbau der Einzelradaufhängung 1 nach 1c der Einzelradaufhängung nach 1a, bei der der untere Querlenker 3 als antreibbarer Querlenker 8 ausgestaltet ist. Bei der Ausführungsform nach 1d ist demgegenüber der obere Querlenker 17 als antreibbarer Querlenker 8 ausgebildet, was der Ausführungsform nach 1b entspricht. Bei dieser Ausgestaltung sind zur Übertragung und Kopplung der Dreh- und Schwenkbewegungen zwei Winkelgetriebe 10, 21 erforderlich.
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Die Funktionsweise der Ausweichbewegung des unteren Querlenkers 3 ergibt sich aus den 2a-c und wird nachfolgend erläutert.
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2a zeigt hierzu die Querschnittsansicht A-A aus 1c und mithin die neutrale Position des Fahrzeugrades 4 bei der Geradeausfahrt, bei der die Drehachse 15 des Fahrzeugrades 4 mit der Drehachse 14 des unteren Querlenkers 3 zusammenfällt. Um einen Lenkeinschlag nach links auszuführen und mithin das Fahrzeugrad 4 in positiver Richtung um die Lenkachse 7 (z-Achse des dargestellten rechtshändigen Fahrzeugkoordinatensystems) zu verschwenken, muss der untere Querlenker 3 durch den Aktuator 2 in positiver Drehrichtung um die y-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems gedreht werden. Hierdurch verschwenkt sich der Querlenkerbogen 22 aus der y-z-Ebenen in die x-y-Ebene des Fahrzeugkoordinatensystems und schafft hierdurch Raum, in den die Felgeninnenkante 25 und die Radinnenseite 26 eingreifen kann.
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2b zeigt eine Lenkbewegung des Fahrzeugrades 4 nach links von + 90° (in Pfeilrichtung 24). Der Querlenkerbogen 22 hat sich dabei vollständig in die x-y-Ebene des Fahrzeugkoordinatensystems gelegt, so dass die Felgeninnenkante 25 und die Radinnenseite 26 anschlagfrei in den Querlenkerbogen 22 eingreifen. Durch eine Rotation des unteren Querlenkers 3 in negativer Drehrichtung um die y-Achse wird das Fahrzeugrad 4 wieder zurück verschwenkt und erreicht bei einer Drehung um - 90° die in 2a gezeigte neutrale Position, in der der Querlenkerbogen 22 aus der Zeichenebene herausragt und vollständig in der y-z-Ebenen des Fahrzeugkoordinatensystems liegt.
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2c zeigt eine Lenkung nach rechts, indem das Fahrzeugrad 4 von der neutralen Position ausgehend um - 90° in negativer Drehrichtung um die z-Achse (Lenkachse 7) verschwenkt ist (Pfeilrichtung 27). Der untere Querlenker 3 ist hierzu ebenfalls um - 90° um die y-Achse gedreht, so dass sich der Querlenkerbogen 22 in die x-y-Ebene des Fahrzeugkoordinatensystems gelegt hat und hierdurch Platz für das Fahrzeugrad 4, insbesondere die Felgeninnenkante 25 und die Radinnenseite 26 schafft. Durch eine Rotation des unteren Querlenkers 3 und des Fahrzeugrads 4 von jeweils + 90° um die jeweiligen Dreh- bzw. Schwenkachsen 14, 7 wird wieder die neutrale Position nach 2a erreicht.
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3 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung 1, die eine gefederte Lagerung des Radträgers 6 ermöglicht, indem der untere Querlenker 3 und der obere Querlenker 17 verschwenkbar mit dem Fahrzeugaufbau 9 verbunden ist. Hierzu sind zwei Drehgelenke 28, 28' vorgesehen, deren Drehachsen entlang der x-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems verlaufen. Damit Einfederbewegungen durchgeführt werden können, ist der Vertikallenker 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel mehrstückig ausgebildet und besitzt einen Abschnitt 29, der den Vertikallenkerbogen 19 miteinschließt und der am oberen Ende gelenkig mit einem Achsstummel 31 verbunden ist, der drehbeweglich mit dem oberen Querlenker 17 verbunden ist. Am unteren Ende ist dieser Abschnitt 29 mit einem Abschnitt 30 des Vertikallenkers 12 gelenkig verbunden, der zumindest abschnittsweise innerhalb des ersten Winkelgetriebes 10 angeordnet ist und der drehfest mit dem Radträger 6 verbunden ist. Durch die mehrstückige und gelenkige Ausgestaltung des Vertikallenkers 12 können Einfederungen der Einzelradaufhängung 1 durchgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelradaufhängung
- 2
- Aktuator
- 3
- unterer Querlenker
- 4
- Fahrzeugrad
- 5
- Felge
- 6
- Radträger
- 7
- Lenkachse
- 8
- rotierend antreibbarer Querlenker
- 9
- Fahrzeugaufbau
- 10
- erstes Winkelgetriebe
- 11, 11'
- Kegelrad
- 12
- Vertikallenker
- 13
- Achsschenkel
- 14
- Drehachse des unteren Querlenkers
- 15
- Drehachse des Fahrzeugrades
- 16
- Hohlraum der Felge
- 17
- oberer Querlenker
- 18
- Drehgelenk
- 19
- Vertikallenkerbogen
- 20
- Drehgelenk
- 21
- zweites Winkelgetriebe
- 22
- Querlenkerbogen
- 23
- Radmittelpunkt
- 24
- Pfeilrichtung
- 25
- Felgeninnenkante
- 26
- Radinnenseite
- 27
- Pfeilrichtung
- 28, 28'
- Drehgelenk
- 29
- Abschnitt des Vertikallenkers mit Vertikallenkerbogen
- 30
- Abschnitt des Vertikallenkers innerhalb des ersten Winkelgetriebes
- 31
- Achsstummel
- A
- Abstand
- DRF
- kumulierte Reifen- und Felgendicke
- RB
- Reifenbreite
- RF
- Felgenradius
- RR
- Radradius
