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Die Erfindung betrifft eine Hinterradaufhängung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Bei Kraftfahrzeugen sind unterschiedlichste Aufhängungen für die Räder des Fahrzeugs bekannt. Man kann insbesondere zwischen der heutzutage bei Pkw fast ausschließlich genutzten Einzelradaufhängung und der hauptsächlich bei Hinterachsen von Nutzfahrzeugen verwendeten Starrachsaufhängung unterscheiden. Im Falle der Einzelradaufhängung ist ein Radträger, an welchem das jeweilige Fahrzeugrad drehbar gelagert ist, über mehrere Lenker mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Die Bewegung des Fahrzeugrades wird somit von der des Fahrzeugaufbaus entkoppelt, da die Lenker sowohl mit dem Fahrzeugaufbau als auch mit dem Radträger gelenkig verbunden sind. Die gelenkige Verbindung ist normalerweise über Schwenklager oder über Kugelgelenke gegeben. Die jeweiligen Lager können unter Umständen elastisch ausgebildet sein, um einerseits die Übertragung von Vibrationen auf den Fahrzeugaufbau zu verringern und andererseits um hierdurch eine gewisse Nachgiebigkeit beispielsweise quer zu einer Schwenkachse des Lagers zu erreichen.
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Grundsätzlich bestehen an die Einzelradaufhängung verschiedene Anforderungen, insbesondere sollen eine ausreichende Steifigkeit gegenüber Verdrehungen des Radträgers um die X-Achse (Sturzsteifigkeit), Y-Achse (Nachlaufsteifigkeit) sowie Z-Achse (Spursteifigkeit) gegeben sein. Andererseits ist ein niedriges Gewicht der gesamten Radaufhängung, eine geringe Komplexität und geringe Herstellungskosten wünschenswert. Zudem besteht die Anforderung, eine Übertragung von radseitig entstehenden Vibrationen auf den Fahrzeugaufbau zu verhindern.
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Die
US 8,616,567 B2 offenbart eine Aufhängungsvorrichtung für ein Hinterrad eines Fahrzeugs, mit einem Radträger, der über einen Längslenker, ein Paar von oberen und unteren Querlenkern sowie einen hinter diesen angeordneten, zusätzlichen unteren Querlenker mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden ist. Die jeweiligen Lenker sind über elastische Schwenklager angelenkt. Die Aufhängungen der einander gegenüberliegenden Räder sind über einen Stabilisator aneinandergekoppelt, der durch Kopplungsstangen mit den unteren Querlenkern verbunden ist.
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Die
US 5,620,199 A zeigt ein Radaufhängungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Radträger, einem unteren Lenker, der schwenkbar mit dem unteren Ende des Radträgers sowie mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, einem oberen Lenker, der einen ersten Lenker, der schwenkbar mit dem oberen Ende des Radträgers verbunden ist, und einen zweiten Lenker aufweist, der an einem Ende mit dem ersten Lenker und an dem anderen Ende mit der Fahrzeugkarosserie schwenkbar verbunden ist. Ein Steuerglied, das schwenkbar mit dem oberen und dem unteren Lenker verbunden ist und den Radsturz steuert, weist einen abgewinkelten Abschnitt auf, der an einem zwischen seinen Enden angeordneten Gelenkabschnitt entweder mit dem oberen Lenker oder mit dem unteren Lenker schwenkbar verbunden ist, ein erstes Armstück, das von dem Gelenkabschnitt aus zur Fahrzeugkarosserie hin verläuft, und ein zweites Armstück, das von dem Gelenkabschnitt ausgeht und schwenkbar mit dem unteren bzw. dem oberen Lenker verbunden ist.
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Aus der
US 7,635,138 B2 ist eine Hinterachsaufhängung bekannt, bei der zwei Längslenker jeweils einerseits an Längsträgern einer Karosserie und andererseits an Radträgern angelenkt sind. Die Längslenker sind des Weiteren über ein quer verlaufendes Verbindungselement miteinander verbunden, dass in einem mittleren Bereich einen Umlenkhebel trägt, an dem wiederum Kopplungsstangen eines Watt-Mechanismus angelenkt sind, die mit den Längsträgern verbunden sind.
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Die
US 8,727,380 B2 offenbart eine Aufhängungsstützenstruktur für ein Fahrzeug. Eine als Starrachse ausgebildete Hinterachse des Fahrzeugs ist über Blattfedern sowie Stoßdämpfer mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Die Hinterachse weist ein Differenzialgetriebe auf, das durch eine Kardanwelle mit einem Frontmotor verbunden ist.
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Die
US 4,671,531 A zeigt eine Hinterradaufhängung für Kraftfahrzeuge mit einem Radträger, der mit dem Fahrzeugaufbau über einen nach vorn gerichteten Längsarm, einen oberen Querlenker sowie zwei untere Querlenker verbunden ist. Der Längsarm ist dabei wenigstens mittelbar gelenkig mit dem Radträger verbunden und an dem vorderen der beiden unteren Lenker zwischen dessen beiden Enden über ein Verbindungslager abgestützt, das diesen Lenker mit dem Längsarm in vertikaler Richtung koppelt, jedoch horizontale Relativbewegungen zwischen dem Lenker und dem Längsarm zulässt.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Einzelradaufhängung von Hinterrädern eines Fahrzeugs noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige und effiziente Hinterradaufhängung zur Verfügung zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Hinterradaufhängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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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.
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Durch die Erfindung wird eine Hinterradaufhängung für ein um eine Raddrehachse drehbares Rad zur Verfügung gestellt. Es versteht sich, dass die Hinterradaufhängung insbesondere für Kraftfahrzeuge wie Lkw oder Pkw vorgesehen ist. Allerdings ist auch bspw. eine Anwendung für nicht angetriebene Fahrzeuge wie Anhänger bzw. Sattelauflieger denkbar. Die Hinterradaufhängung ist für ein um eine Raddrehachse drehbares Rad ausgelegt und definiert typischerweise die Position dieser Raddrehachse. Unter Umständen kann das Rad auch im weiteren Sinne als Teil der Hinterradaufhängung aufgefasst werden. Insbesondere kann es sich bei dem Rad um ein angetriebenes Rad handeln. In diesem Fall kann die Hinterradaufhängung auch Teile eines Antriebssystems aufweisen oder zur Aufnahme solcher Teile ausgebildet sein. Solche Teile können bspw. eine Antriebswelle des Rades, ein Differenzialgetriebe und/oder ein Elektromotor oder Verbrennungsmotor sein.
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Die Hinterradaufhängung weist einen Radträger auf, der über einen unterhalb der Raddrehachse angelenkten unteren Querlenker, einen oberhalb der Raddrehachse angelenkten Sturzquerlenker sowie einen vor der Raddrehachse angelenkten Spurquerlenker mit einem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Hier und im Folgenden beziehen sich die Angaben „vor“ und „hinter“ auf die Position bezüglich der X-Achse, also der Fahrzeuglängsachse, so dass „vor“ eine Position näher zur Fahrzeugfront bezeichnet und „hinter“ eine Position näher zum Fahrzeugheck. Der Spurquerlenker ist also bezüglich der X-Achse vor der Raddrehachse angelenkt, d.h. näher an der Fahrzeugfront. Alternativ kann man auch sagen, dass der Spurquerlenker in Fahrtrichtung gesehen vor der Raddrehachse angelenkt ist. Im zusammengebauten Zustand ist an dem Radträger - bspw. über eine Naben-Lager-Einheit - das Rad gelagert. Die Raddrehachse ist dabei bezüglich des Radträgers stationär, während der Radträger gegenüber dem Fahrzeugaufbau beweglich ist. Als Fahrzeugaufbau werden hierbei sämtliche Teile des Fahrzeugs bezeichnet, die der gefederten Masse zuzuordnen sind, also ein Chassis, eine Karosserie, ein Hilfsrahmen etc. Die Verbindung zu dem Radträger ist über drei Querlenker gegeben, die in diesem Zusammenhang als Sturzquerlenker, Spurquerlenker und unterer Querlenker bezeichnet werden. Die Lenker sind typischerweise ebenso wie der Radträger aus Metall, bspw. Gusseisen, Aluminium oder Stahlblech ausgebildet; daneben wäre allerdings auch eine Fertigung aus anderen Materialien, bspw. Verbundwerkstoffen wie GFK oder CFK denkbar.
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Abgesehen von den genannten Lenkern sind typischerweise wenigstens eine Feder sowie wenigstens ein Stoßdämpfer zwischen dem Radträger und dem Fahrzeugaufbau zwischengeordnet. Sowohl die Feder als auch der Stoßdämpfer können entweder unmittelbar am Radträger oder an einem der Querlenker, insbesondere am unteren Querlenker, ansetzen bzw. sich hieran abstützen.
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Alle drei Querlenker sind einerseits radträgerseitig angelenkt, also beweglich mit dem Radträger verbunden, sowie andererseits aufbauseitig angelenkt, also beweglich mit dem Fahrzeugaufbau verbunden. Nachfolgend werden die radträgerseitigen Gelenke als Außengelenke bezeichnet, da sie bezüglich der Fahrzeugmittelebene außen angeordnet sind, während die aufbauseitigen Gelenke als Innengelenke bezeichnet werden. Jedes der Gelenke, die auch als Lager bezeichnet werden können, kann bspw. als Drehgelenk (bzw. Schwenklager) oder als Kugelgelenk ausgebildet sein. Während grundsätzlich im ersteren Fall ein Freiheitsgrad und im letzteren Fall drei Freiheitsgrade vorliegen, erhöht sich die Anzahl der Freiheitsgrade typischerweise dadurch, dass das jeweilige Gelenk als elastisches Gelenk ausgebildet ist. D.h. das jeweilige Gelenk weist wenigstens ein gummielastisches bzw. elastomeres Element auf, das in begrenztem Maße Verschiebungen und/oder Verdrehungen des Lenkers relativ zum Fahrzeugaufbau bzw. zum Radträger ermöglicht. Wenigstens Teile des jeweiligen elastischen Gelenks können dabei in eine hierfür vorgesehene Ausnehmung im Lenker bzw. im Radträger oder im Fahrzeugaufbau eingepresst sein. Durch die Elastizität des Gelenks werden zum einen zusätzliche Freiheitsgrade - wenn auch mit begrenztem Bewegungsspielraum - eröffnet, wodurch bspw. eine andernfalls gegebene Überbestimmung aufgelöst werden kann. Zum anderen wird hierdurch die Übertragung von radseitig entstehenden Vibrationen auf den Fahrzeugaufbau unterdrückt. Außerdem kann die Elastizität eines Lagers dazu genutzt werden, eine Vorspannung zu erzeugen, die sich auf die Dynamik der Hinterradaufhängung auswirkt.
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Der untere Querlenker ist unterhalb der Raddrehachse am Radträger angelenkt. D.h. das entsprechende wenigstens eine Außengelenk ist bezüglich der Fahrzeughochachse (Z-Achse) unterhalb der Raddrehachse angeordnet. Der Sturzquerlenker ist demgegenüber oberhalb der Raddrehachse am Radträger angelenkt, womit sein wenigstens ein Außengelenk bezüglich der Fahrzeughochachse oberhalb der Raddrehachse angeordnet ist. Somit sind der untere Querlenker und der Sturzquerlenker in Z-Richtung zueinander versetzt angelenkt. Die Größe und Geometrie des Sturzquerlenkers sowie die Position seiner Innen- und Außengelenke haben wesentlichen Einfluss darauf, ob und wie sich der Sturz des Rades beim Einfedern verändert. Der Spurlenker ist bezüglich der Fahrzeuglängsachse (X-Achse) vor der Raddrehachse am Radträger angelenkt. Das entsprechende Außengelenk ist also gegenüber der Raddrehachse in X-Richtung nach vorne versetzt. Des Weiteren ist der Spurquerlenker vor wenigstens einem der beiden anderen Lenker, typischerweise vor beiden anderen Lenkern, am Radträger angelenkt. Dabei können der Sturzquerlenker und/oder der untere Querlenker hinter der Raddrehachse am Radträger angelenkt sein. Alternativ kann wenigstens einer dieser beiden Lenker bezüglich der X-Achse auf Höhe der Raddrehachse angelenkt sein. Die Größe und Geometrie des Spurquerlenkers sowie die Position seiner Innen- und Außengelenke haben wesentlichen Einfluss darauf, ob und wie sich die Spur des Rades beim Einfedern verändert.
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Der untere Querlenker ist durch zwei in X-Richtung beabstandete untere Innengelenke mit dem Fahrzeugkörper verbunden und ist dazu ausgebildet, in X-Richtung zwischen dem Radträger und dem Fahrzeugaufbau wirkende Kräfte zu übertragen. D.h. der untere Querlenker ist nicht über ein einzelnes Innengelenk, sondern über zwei untere Innengelenke am Fahrzeugkörper angelenkt, die in Fahrzeuglängsrichtung beabstandet sind. Hierdurch ist der untere Querlenker gegenüber Drehmomenten um die Z-Achse sowie um die Y-Achse wesentlich stabilisiert. U. a. kann er daher in X-Richtung, also in Fahrzeuglängsrichtung, wirkende Kräfte aufnehmen bzw. übertragen. Diese Funktion wird im Stand der Technik durch einen Längslenker erfüllt, welcher bei der erfindungsgemäßen Hinterradaufhängung unnötig ist. Es versteht sich, dass die in X-Richtung wirkenden Kräfte auch anteilig durch den Sturzquerlenker und/oder den Spurquerlenker übertragen werden können. Die Stabilisierung um die Z-Achse führt insgesamt zu einer Verbesserung der Spursteifigkeit, während die Stabilisierung um die Y-Achse zu einer Verbesserung der Nachlaufsteifigkeit führt. Gleichzeitig zeichnet sich die erfindungsgemäße Hinterradaufhängung durch einen vergleichsweisen einfachen Aufbau aus, der lediglich drei Querlenker benötigt. Spur und Sturz bzw. die Veränderung derselben beim Einfedern können jeweils durch Anpassung des Spurquerlenkers bzw. des Sturzquerlenkers eingestellt werden.
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Die beiden unteren Innengelenke sind in Fahrzeuglängsrichtung zueinander versetzt und können somit als vorderes unteres Innengelenk und hinteres unteres Innengelenk bezeichnet werden. Jedes der Gelenke kann als Drehgelenk ausgebildet sein, wobei die Schwenkachsen der beiden Gelenke nicht parallel zueinander verlaufen müssen. Wenigstens eines der unteren Innengelenke, insbesondere das vordere untere Innengelenk, kann eine Vorspannung aufweisen. D. h. das Gelenk bzw. Lager ist elastisch ausgebildet, wobei beim Zusammenbau der Hinterradaufhängung eine Vorspannung im Gelenk erzeugt wird, durch welche wiederum die Dynamik der Hinterradaufhängung vorteilhaft beeinflusst werden kann.
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Normalerweise wird versucht, die Vorspannung des vorderen unteren Innengelenks zu minimieren. Üblicherweise ist das vordere untere Innengelenk eher weich ausgelegt und das hintere untere Innengelenk eher steif ausgelegt. Hierdurch werden eine hohe Steifigkeit in Y-Richtung (Quersteifigkeit), eine hohe Sturzsteifigkeit sowie eine geringe Steifigkeit in X-Richtung (Längsweichheit) unterstützt, um sowohl ein optimales querdynamisches Fahrverhalten als auch einen sehr guten Fahrkomfort zu erzielen.
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Insbesondere können der Sturzquerlenker, der Spurlenker und/oder der untere Querlenker mit einem Hilfsrahmen verbunden sein. Dieser Hilfsrahmen ist normalerweise seinerseits mit dem Chassis des Fahrzeugs verbunden. Insbesondere kann eine elastische Verbindung zum Chassis, bspw. über eine oder mehrere elastische Buchsen, gegeben sein. Hierdurch können das Chassis sowie die Karosserie wirksam gegenüber Vibrationen seitens der Räder abgeschirmt werden. Hinsichtlich der Ausgestaltung des Hilfsrahmens bestehen keinerlei Einschränkungen, bspw. kann dieser aus mehreren gegossenen Metallteilen oder Blechformteilen zusammengesetzt sein, die jeweils durch geeignete Verbindungstechniken wie Schweißen, Nieten, Verschrauben oder dergleichen miteinander verbunden sind. Auch eine einteilige Ausbildung wäre denkbar.
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Bevorzugt ist der untere Querlenker durch zwei in X-Richtung beabstandete untere Außengelenke mit dem Radträger verbunden. Die unteren Außengelenke können dabei in X-Richtung fluchtend angeordnet sein, so dass sie eine zur X-Achse parallele Schwenkachse definieren. Es wäre aber auch möglich, dass sie zusätzlich in Y-Richtung und/oder in Z-Richtung beabstandet sind, womit die genannte Schwenkachse im Winkel zur X-Achse verlaufen würde. Durch die Beabstandung der unteren Außengelenke kann ein Verdrehen des Radträgers gegenüber dem unteren Querlenker besonders wirksam verhindert werden. Unter Umständen können die beiden unteren Außengelenke durch eine gemeinsame Achse verbunden sein, die bspw. durch einen Gewindebolzen oder dergleichen gebildet sein kann. In diesem Fall kann je nach Ausführungsform auch von einem einzigen unteren Außengelenk gesprochen werden, welches sich in X-Richtung erstreckt. Der Bereich zwischen den beiden unteren Außengelenken kann ganz oder teilweise vom unteren Querlenker oder vom Radträger umschlossen sein, wodurch sich ein optimaler Schutz vor Schmutz, Feuchtigkeit und extremen Temperaturen realisieren lässt. Alternativ kann der Bereich auch offen sein, wodurch sich das Gewicht der Hinterradaufhängung sowie der Platzbedarf verringern.
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Bevorzugt ist der untere Querlenker in Schalenbauweise mit einer oberen Schale und einer unteren Schale ausgebildet. Dies schließt prinzipiell die Möglichkeit ein, dass wenigstens eine der genannten Schalen in sich mehrteilig ausgebildet ist, wenngleich diese normalerweise einteilig gefertigt sind. Die Schalen sind üblicherweise Blechformteile, allerdings könnten sie auch aus Verbundwerkstoff, bspw. faserverstärktem Kunststoff gefertigt sein. Sie können durch unterschiedliche Verbindungstechniken wie bspw. Schweißen oder Kleben miteinander verbunden sein. Durch die Schalenbauweise lässt sich eine hohe Torsionssteifigkeit des unteren Querlenkers bezüglich der Y-Achse erreichen. Dies wiederum führt zu einer besonders hohen Nachlaufsteifigkeit der Hinterradaufhängung insgesamt. Alternativ zu der Schalenbauweise kann der untere Querlenker einteilig gefertigt sein. Bspw. kann er aus Metall (Gusseisen, Aluminium oder dergleichen) gegossen oder aus Faserverbundwerkstoff urgeformt sein.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass ein Abstand zwischen den unteren Innengelenken des unteren Querlenkers wenigstens 100 mm, bevorzugt wenigstens 120 mm, weiter bevorzugt wenigstens 150 mm, beträgt. Hierdurch werden Verdrehungen des unteren Querlenkers gegenüber dem Fahrzeugkörper minimiert, sofern deren Raddrehachse nicht der Verbindungslinie zwischen den unteren Innengelenken entspricht. Dies wiederum führt zu einer verbesserten Stabilisierung des Radträgers und somit zu einer erhöhten Spursteifigkeit bzw. Nachlaufsteifigkeit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine erste Verbindungslinie von einem Sturzquerlenker-Innengelenk des Sturzquerlenkers am Fahrzeugaufbau zu einem Sturzquerlenker-Außengelenk des Sturzquerlenkers am Radträger gegenüber der Y-Z-Ebene zwischen -45° und +45°, bevorzugt zwischen -20° und +20°, nach vorne bzw. nach hinten geneigt. Das Sturzquerlenker-Innengelenk ist dasjenige Gelenk, mit dem der Sturzquerlenker mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist, während der Sturzquerlenker über das Sturzquerlenker-Außengelenk mit dem Radträger verbunden ist. Die Verbindungslinie zwischen den beiden genannten Gelenken kann wie geschildert gegenüber der (durch die Y-Achse und die Z-Achse aufgespannten) Y-Z-Ebene nach hinten (also in positiver X-Richtung) geneigt sein, um eine Vorspannung des vorderen unteren Innengelenks zu kompensieren. Dementsprechend ist das Sturzquerlenker-Außengelenk gegenüber dem Sturzquerlenker-Innengelenk geringfügig (in positiver X-Richtung) nach hinten versetzt. Allgemein sind auch größere Neigungswinkel als ±45° denkbar, die allerdings als weniger vorteilhaft angesehen werden. Es ist oftmals vorteilhaft, wenn die erste Verbindungslinie gegenüber der Y-Z-Ebene um wenigstens ±2°, wenigstens ±5° oder wenigstens ±10° geneigt ist.
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Wie bereits erwähnt, weist die Radaufhängung normalerweise wenigstens eine Feder auf. Hierbei kann es sich bspw. um eine Schraubenfeder handeln. Alternativ wären allerdings auch andere Federtypen möglich, bspw. eine pneumatische Feder, die ggf. gleichzeitig als Stoßdämpfer wirkt. Eine Kraftwirkungslinie der Feder, die mit einer Mittellinie der Feder übereinstimmen kann, kann bspw. parallel zur Z-Achse verlaufen. Alternativ kann diese Kraftwirkungslinie allerdings auch gegenüber der Z-Achse geneigt sein. Insbesondere kann die Kraftwirkungslinie gegenüber der Y-Z-Ebene nach hinten geneigt sein. D. h. die Kraftwirkungslinie ist von unten nach oben betrachtet zur X-Achse hin geneigt. Alternativ oder zusätzlich kann die Kraftwirkungslinie gegenüber der X-Z-Ebene nach innen geneigt sein. Durch eine derartige Neigung, insbesondere gegenüber der Y-Z-Ebene, kann wiederum die oben erwähnte Vorspannung des vorderen unteren Innengelenks des unteren Querlenkers kompensiert werden. Insbesondere im Falle einer Schraubenfeder kann die Feder durch obere und untere Halteelemente wie bspw. Federteller gehalten sein, die einerseits am Fahrzeugaufbau und andererseits am Radträger oder an einem der Lenker, insbesondere am unteren Querlenker, angeordnet sein können. Die entsprechenden Halteelemente können geneigt ausgebildet sein, um die erwähnte Neigung der Schraubenfeder zu unterstützen.
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Es ist bevorzugt, dass ein Spurquerlenker-Außengelenk des Spurquerlenkers am Radträger entlang der Z-Achse um höchstens 70 mm, bevorzugt um höchstens 50 mm gegenüber der Raddrehachse versetzt ist. D.h., das Spurquerlenker-Außengelenk, durch welches der Spurquerlenker gelenkig mit dem Radträger verbunden ist, ist entlang der Z-Achse in etwa auf Höhe der Raddrehachse angeordnet. Sofern ein Versatz entlang der Z-Achse, also ein Höhenversatz, vorliegt, beträgt dieser höchstens 70 mm oder bevorzugt höchstens 50 mm. Es kann sich um einen Versatz nach oben (in positiver Z-Richtung) oder nach unten (in negativer Z-Richtung) handeln. Durch die hier beschriebene Anordnung des Spurquerlenker-Außengelenks lässt sich eine unabhängige Einstellung der Spursteifigkeit einerseits und der Sturzsteifigkeit andererseits besonders gut realisieren.
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Vorteilhaft ist eine zweite Verbindungslinie von einem Spurquerlenker-Innengelenk des Spurquerlenkers am Fahrzeugaufbau zum Spurquerlenker-Außengelenk um höchstens ±20°, bevorzugt um höchstens ±10°, gegenüber der X-Y-Ebene geneigt. Das Spurquerlenker-Innengelenk ist das Gelenk, mit welchem der Spurquerlenker gelenkig mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Betrachtet man eine Verbindungslinie zwischen dem Spurquerlenker-Innengelenk und dem Spurquerlenker-Außengelenk, so kann diese bei der hier beschriebenen Ausführungsform entweder innerhalb der durch die X-Achse und die Y-Achse aufgespannten X-Y-Ebene verlaufen oder gegenüber dieser geringfügig geneigt sein, nämlich um höchstens ±20° bzw. bevorzugt um höchstens ±10°. Es kann sich um eine Neigung nach oben (in positiver Z-Richtung) oder nach unten (in negativer Z-Richtung) handeln. Die Ausrichtung der genannten Verbindungslinie hängt allgemein von der momentanen Radlast ab. Insofern bezieht sich die Aussage hinsichtlich der Ausrichtung der Verbindungslinie auf die Normallast des Fahrzeugs, also einen Zustand, in dem das Fahrzeug nicht oder nur unwesentlich beladen ist und keine dynamische Be- oder Entlastung des Rades aufgrund von Unebenheiten der Fahrfläche gegeben ist.
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Hinsichtlich der Anordnung des Sturzquerlenkers bestehen unterschiedliche Möglichkeiten. Bspw. kann der Sturzquerlenker in X-Richtung vor der Raddrehachse angeordnet sein, wobei er selbstverständlich in Z-Richtung wenigstens teilweise oberhalb der Raddrehachse angeordnet ist. Bspw. kann die oben erwähnte Schraubenfeder in X-Richtung vor der Raddrehachse angeordnet sein und der Sturzquerlenker kann in X-Richtung zwischen der Schraubenfeder und der Raddrehachse angeordnet sein. Die Position der Raddrehachse kann im Fall einer angetriebenen Achse im Allgemeinen dem Verlauf der Antriebswelle entsprechen, wenngleich die Antriebswelle auch gegenüber der Raddrehachse geneigt sein kann.
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Alternativ kann der Sturzquerlenker (wenigstens teilweise) in X-Richtung auf Höhe der Raddrehachse angeordnet sein. D.h. er ist wenigstens teilweise vertikal oberhalb der Raddrehachse angeordnet, wobei er insgesamt entweder parallel zur Raddrehachse oder im Winkel zu dieser verlaufen kann. In letzterem Fall kreuzt der Sturzquerlenker die Raddrehachse bezüglich der X-Y-Ebene. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass der Sturzquerlenker in X-Richtung hinter der Raddrehachse angeordnet ist. Bspw. kann der oben erwähnte Stoßdämpfer in X Richtung hinter der Raddrehachse angeordnet sein, wobei der Sturzquerlenker entweder zwischen der Raddrehachse und dem Stoßdämpfer angeordnet sein kann oder hinter dem Stoßdämpfer.
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Um die Rollbewegung des Fahrzeugs zu beschränken, kann in bekannter Weise ein Stabilisator eingesetzt werden, der bei ungleichseitigem Einfedern Kräfte von der Radaufhängung auf einer Seite des Fahrzeugs zur Radaufhängung auf der gegenüberliegenden Seite überträgt. Gemäß einer Ausführungsform ist ein solcher Stabilisator durch eine Kopplungsstange mit dem unteren Querlenker verbunden, wobei die Kopplungsstange durch ein Kopplungsstangengelenk mit dem unteren Querlenker verbunden ist, das benachbart zu einer dritten Verbindungslinie zwischen einem hinteren unteren Außengelenk und einem hinteren unteren Innengelenk des unteren Querlenkers angeordnet ist. D.h., die sich entlang der Z-Richtung (aber im Allgemeinen nicht parallel zur Z-Achse) vom Stabilisator abwärts erstreckende Kopplungsstange ist einerseits mit dem Stabilisator verbunden sowie andererseits über das Kopplungsstangengelenk mit dem unteren Querlenker. Das Kopplungsstangengelenk kann elastisch oder inelastisch ausgebildet sein. Das hintere untere Außengelenk ist das hintere der beiden Außengelenke, mit denen der untere Querlenker mit dem Radträger verbunden ist, während das hintere untere Innengelenk das hintere der beiden Innengelenke ist, mit denen der untere Querlenker mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. Die Effektivität des Stabilisators wird verbessert, wenn das Kopplungsstangengelenk entweder auf der Verbindungslinie zwischen diesen Gelenken oder benachbart zu dieser Verbindungslinie angeordnet ist, bspw. maximal 30 mm oder maximal 20 mm versetzt zur Verbindungslinie. Außerdem lässt sich bei dieser Ausgestaltung die Masse des unteren Querlenkers minimieren. Dabei wird ausgenutzt, dass insbesondere der strukturelle Verbindungpfad zwischen dem hinteren unteren Außengelenk und dem hinteren unteren Innengelenk (entsprechend der dritten Verbindungslinie) bevorzugt möglichst steif ausgeführt ist. Es ist daher günstig, auch die über die Kopplungsstange in den unteren Querlenker eingeleiteten Kräfte in unmittelbarer Nähe zur dritten Verbindungslinie einzuleiten, da die Struktur in diesem Bereich ohnehin bereits verstärkt und daher steif ausgeführt ist. Zudem sind das hintere untere Außengelenk sowie das hintere untere Innengelenk im Allgemeinen ebenfalls steif ausgelegt, um insgesamt eine steife Gesamtstruktur der Hinterradaufhängung in Y-Richtung zu erzeugen. Dies ermöglicht zusätzlich auch eine hohe Effizienz des Stabilisatorsystems, da die über die Koppelstangen in den unteren Querlenker eingeleiteten Kräfte effektiv bis in den Radträger übertragen werden können.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Hinterradaufhängung;
- 2 eine Draufsicht der Hinterradaufhängung aus 1;
- 3 eine Seitenansicht der Hinterradaufhängung aus 1;
- 4 eine erste perspektivische Ansicht der Hinterradaufhängung aus 1; sowie
- 5 eine zweite perspektivische Ansicht der Hinterradaufhängung aus 1.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 - 5 zeigen eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hinterradaufhängung 1, die bspw. für einen PKW oder LKW vorgesehen sein kann.
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Ein hier nicht dargestelltes Rad ist über eine Naben-Lager-Einheit 3 an einem Radträger 2 aufgenommen, der bspw. aus Gusseisen oder Aluminium gefertigt sein kann. Durch die Naben-Lager-Einheit 3 ist eine Raddrehachse A des Rades definiert. Der Radträger 2 ist durch einen unteren Querlenker 4, einen Sturzquerlenker 10 und einen Spurquerlenker 15 mit einem Hilfsrahmen 41 verbunden. Der Hilfsrahmen 41 weist Hülsenabschnitte 41.1 auf, in denen Gummibuchsen aufgenommen sind, über welche eine Verbindung zum (nicht dargestellten) Chassis des Fahrzeugs gegeben ist. Letzteres ist ebenso wie der Hilfsrahmen 41 Teil eines Fahrzeugaufbaus 40. Die Gummibuchsen isolieren den Hilfsrahmen 41 gegenüber dem restlichen Fahrzeugaufbau, um die Übertragung von Vibrationen zu minimieren.
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Der untere Querlenker 4 ist mit dem Hilfsrahmen 41 durch ein vorderes unteres Innengelenk 5 sowie ein hinteres unteres Innengelenk 6 verbunden, die in den unteren Querlenker 4 eingepresst sind, und mit dem Radträger 2 durch einen vorderes unteres Außengelenk 7 und ein hinteres unteres Außengelenk 8, die in den Radträger 2 eingepresst sind. Die unteren Innengelenke 5, 6 sind in X-Richtung voneinander beabstandet. Um insbesondere die Nachlaufsteifigkeit der Hinterradaufhängung 1 zu maximieren, ist ein relativ großer Abstand von über 150 mm vorgesehen. Das vordere untere Innengelenk 5 sollte idealerweise frei von Vorspannung sein. Der untere Querlenker 4 ist in Schalenbauweise mit einer oberen Schale 4.1 und einer unteren Schale 4.2 ausgestaltet. Durch diese Bauweise wird eine hohe Torsionssteifigkeit bezüglich der Y-Achse erreicht und somit eine verbesserte Nachlaufsteifigkeit der Hinterradaufhängung 1. Die unteren Außengelenke 7, 8 sind mit dem unteren Querlenker 4 durch eine einzige Schraube verbunden, die in einer rohrförmigen Struktur 4.3 zwischen den Schalen 4.1, 4.2 aufgenommen ist. Die Struktur 4.3 ist in einem Bereich 2.2 des Radträgers 2 angeordnet, der im vorliegenden Beispiel offen ausgestaltet ist. Alternativ könnte er aber auch geschlossen ausgebildet sein, wodurch sich insbesondere ein optimaler Schutz der unteren Außengelenke 7, 8 gegenüber Schmutz, Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen ergäbe.
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Der Sturzquerlenker 10 ist mit dem Hilfsrahmen 41 durch ein in den Sturzquerlenker 10 eingepresstes Sturzquerlenker-Innengelenk 11 verbunden und mit dem Radträger 2 durch ein entweder in den Sturzquerlenker 10 oder in den Radträger 2 eingepresstes Sturzquerlenker-Außengelenk 12. Letzteres ist gegenüber dem Sturzquerlenker-Innengelenk 11 bezüglich der X-Achse nach vorne versetzt (man kann auch sagen: in einer Fahrtrichtung F nach vorne versetzt), so dass eine erste Verbindungslinie B vom Sturzquerlenker-Innengelenk 11 zum Sturzquerlenker-Außengelenk 12 gegenüber der Y-Z-Ebene um einen ersten Neigungswinkel α geneigt ist, der bevorzugt zwischen +45° und -45° betragen kann und im gezeigten Beispiel bei -10° liegt (entsprechend einer Neigung nach hinten).
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Der Spurquerlenker 15 ist mit dem Hilfsrahmen 41 durch ein in den Spurquerlenker 15 eingepresstes Spurquerlenker-Innengelenk 16 verbunden und mit dem Radträger 2 durch einen Spurquerlenker-Außengelenk 17, das entweder in den Spurquerlenker 15 oder in den Radträger 2 eingepresst ist. Um eine unabhängige Einstellbarkeit der Spursteifigkeit einerseits und der Sturzsteifigkeit andererseits zu ermöglichen, ist das Spurquerlenker-Außengelenk 17 in vertikaler Richtung ungefähr auf Höhe der Raddrehachse A angeordnet. Bei der hier gezeigten Ausführungsform beträgt der Höhenversatz wenige Millimeter, alternativ kann aber auch ein Höhenversatz von bspw. bis zu 50 mm nach oben oder unten vorliegen. Des Weiteren liegt bei der in den Figuren dargestellten Normallast des Fahrzeugs (also in unbelastetem Zustand und ohne dynamische Belastung) eine zweite Verbindungslinie C vom Spurquerlenker-Innengelenk 16 zum Spurquerlenker-Außengelenk 17 um einen zweiten Neigungswinkel β gegenüber der X-Y-Ebene geneigt, welcher allgemein höchstens ±20°, bevorzugt höchstens ±10°, beträgt. Im vorliegenden Fall liegt eine Aufwärtsneigung von ca. 10° vor.
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Die o. g. Gelenke zwischen den Querlenkern 4, 10, 15 und dem Radträger 2 bzw. dem Hilfsrahmen 41 können jeweils elastische Drehgelenke oder Kugelgelenke sein. Die Gelenkelemente sind typischerweise in die Querlenkern 4, 10, 15 bzw. in den Radträger 2 eingepresst und mit dem Radträger 2 bzw. dem Hilfsrahmen 41 mittels Schrauben und Muttern verbunden.
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Eine Schraubenfeder 20 ist zwischen dem Radträger 2 und dem Fahrzeugaufbau 40 zwischengeordnet. Elastische Federunterlagen 21, 22 dienen dazu, die Schraubenfeder 20 gegenüber dem Radträger 2 bzw. dem Fahrzeugaufbau 40 zu isolieren. Eine Federunterlage 22 ist von einem Auflageabschnitt 2.1 des Radträgers 2 gestützt. Um die oben erwähnte Vorspannung des vorderen unteren Innengelenks 5 zu kompensieren, ist eine Kraftwirkungslinie E der Schraubenfeder 20, welche in diesem Fall mit ihrer Mittellinie identisch ist, um einen dritten Neigungswinkel γ gegenüber der Y-Z-Ebene nach hinten geneigt. Zusätzlich ist die Kraftwirkungslinie E gegenüber der X-Z-Ebene nach innen geneigt. Um die Neigungen zu realisieren, ist der Auflageabschnitt 2.1 in entsprechender Weise geneigt.
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Des Weiteren ist ein Stoßdämpfer 23 zwischen dem Radträger 2 und dem Fahrzeugaufbau 40 zwischengeordnet. Alternativ könnte der Stoßdämpfer 23 auch an einem der Lenker 4, 10, 15 abgestützt sein, insbesondere am unteren Querlenker 4. Dabei verbessert eine Anbindung des Stoßdämpfers an den Radträger 1 die Dämpferübersetzung, während eine Anbindung an den unteren Querlenker 4 einen geringeren Platzbedarf insbesondere in vertikaler Richtung mit sich bringt. Oberseitig ist der Stoßdämpfer 23 in nicht näher dargestellter Weise am Fahrzeugaufbau 40 angelenkt. Unterseitig ist der Stoßdämpfer 23 durch ein Verbindungselement 25 mit dem Radträger 2 verbunden. Optional kann eine Ventileinheit 26 mit dem Stoßdämpfer 23 verbunden sein, sofern eine veränderbare Dämpfung erforderlich ist.
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Bei der in 1 - 5 dargestellten Ausführungsform ist der Sturzquerlenker 10 in X-Richtung hinter der Raddrehachse A angeordnet, und zwar zwischen dieser und dem weiter hinten angeordneten Stoßdämpfer 23. Alternativ hierzu könnte er auch hinter dem Stoßdämpfer 23 angeordnet sein. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer Anordnung vor der Raddrehachse A, bspw. zwischen der Schraubenfeder 20 und der Raddrehachse A. Weiterhin kann der Sturzquerlenker 10 (wenigstens teilweise) in X-Richtung auf Höhe der Raddrehachse A angeordnet sein, wobei er insgesamt entweder parallel zur Raddrehachse A oder im Winkel zu dieser verlaufen kann.
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Eine Antriebswelle 27 ist zur Kraftübertragung zwischen der Naben-Lager-Einheit 3 und einer hinteren Antriebseinheit 28 zwischengeordnet. Die hintere Antriebseinheit 28 kann ein Differenzialgetriebe aufweisen, das über eine Kardanwelle mit einem Frontmotor verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann sie auch einen eigenen Motor, bspw. einen Elektromotor aufweisen. Die hintere Antriebseinheit 28 ist am Hilfsrahmen 41 mit Hilfe von Lagerelementen 29 angebracht.
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Ein Stabilisator 30 ist durch Stabilisatorgelenke 31 mit dem Hilfsrahmen 41 verbunden und am unteren Querlenker 4 durch Kopplungsstangen 32 angekoppelt. Dabei ist ein als Drehgelenk ausgebildetes Kopplungsstangengelenk 33 benachbart zu einer dritten Verbindungslinie D vom hinteren unteren Innengelenk 6 zum hinteren unteren Außengelenk 8 angeordnet. Hierdurch kann die Effizienz des Stabilisators 30 optimiert und gleichzeitig das Gewicht des unteren Querlenkers 4 minimiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hinterradaufhängung
- 2
- Radträger
- 2.1
- Auflageabschnitt
- 2.2
- Bereich
- 3
- Naben-Lager-Einheit
- 4
- unterer Querlenker
- 4.1
- obere Schale
- 4.2
- untere Schale
- 4.3
- rohrförmige Struktur
- 5
- vorderes unteres Innengelenk
- 6
- hinteres unteres Innengelenk
- 7
- vorderes unteres Außengelenk
- 8
- hinteres unteres Außengelenk
- 10
- Sturzquerlenker
- 11
- Sturzquerlenker-Innengelenk
- 12
- Sturzquerlenker-Außengelenk
- 15
- Spurquerlenker
- 16
- Spurquerlenker-Innengelenk
- 17
- Spurquerlenker-Außengelenk
- 20
- Schraubenfeder
- 21, 22
- Federunterlage
- 23
- Stoßdämpfer
- 25
- Verbindungselement
- 26
- Ventileinheit
- 27
- Antriebswelle
- 28
- Antriebseinheit
- 29
- Lagerelement
- 30
- Stabilisator
- α, β, γ
- Neigungswinkel
- 31
- Stabilisatorgelenk
- 32
- Kopplungsstange
- 33
- Kopplungsstangengelenk
- 40
- Fahrzeugaufbau
- 41
- Hilfsrahmen
- 41.1, 41.2
- Hülsenabschnitt
- A
- Raddrehachse
- B, C, D
- Verbindungslinie
- E
- Kraftwirkungslinie
- F
- Fahrtrichtung
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8616567 B2 [0004]
- US 5620199 A [0005]
- US 7635138 B2 [0006]
- US 8727380 B2 [0007]
- US 4671531 A [0008]
