DE102021127309A1

DE102021127309A1 - suspension

Info

Publication number: DE102021127309A1
Application number: DE102021127309.9A
Authority: DE
Inventors: Fabian Weitz; Michael Frey
Original assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Current assignee: Karlsruher Institut fuer Technologie KIT
Priority date: 2021-10-21
Filing date: 2021-10-21
Publication date: 2023-04-27

Abstract

Radaufhängung für ein Fahrzeug Hubfunktion und/oder Niveauregulierung und adaptierbarer Federsteifigkeit, umfassend einen Achskörper mit einem Radträger für die Aufnahme mindestens eines Rades (7) in einem Radträger, Führungselemente für die Führung der Beweglichkeit des Achskörpers in zumindest einem Freiheitsgrad relativ zum Fahrzeugkörper, eine Feder-Dämpfer-Anordnung (6) zwischen mindestens einem ersten Lasteintrittspunkt am Achskörper oder dem Radträger und mindestens einem zweiten Lasteintrittspunkt am Fahrzeugkörper, umfassend ein Federelement und ein Dämpferelement mit je einer Wirkrichtung, wobei jede der beiden Wirkrichtungen nicht senkrecht zu dem Freiheitsgrad ausgerichtet ist, wobei Stellmittel (1, 3, 4, 5) für eine Verschiebung mindestens eines des mindestens einen Lasteintrittspunkts vorgesehen sind, wobei zumindest eine der Wirkrichtungen in einem Schwenkbereich schwenkbar ist.Wheel suspension for a vehicle with lifting function and/or level control and adaptable spring stiffness, comprising an axle body with a wheel carrier for accommodating at least one wheel (7) in a wheel carrier, guide elements for guiding the mobility of the axle body in at least one degree of freedom relative to the vehicle body, a spring - Damper arrangement (6) between at least a first load entry point on the axle body or the wheel carrier and at least a second load entry point on the vehicle body, comprising a spring element and a damper element, each with an effective direction, each of the two effective directions not being aligned perpendicularly to the degree of freedom, wherein Adjusting means (1, 3, 4, 5) are provided for shifting at least one of the at least one load entry point, with at least one of the directions of action being pivotable in a pivoting range.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für ein Fahrwerk eines Rad- oder Kettenfahrzeugs, vorzugsweise eines Straßenkraftfahrzeugs mit Hubfunktion und/oder Niveauregulierung und adaptierbarer Federsteifigkeit gemäß dem ersten Patentanspruch.The invention relates to a wheel suspension for a chassis of a wheeled or tracked vehicle, preferably a road motor vehicle, with a lifting function and/or level control and adaptable spring stiffness according to the first patent claim.

Rad- oder Kettenfahrzeugs weisen üblicherweise Fahrwerke mit gefedert und gedämpft beweglichen Radaufhängungen auf. Sie dienen der Beweglichkeit und Führung der auf dem Boden abrollenden Räder relativ zum Fahrzeugkörper, wobei die Räder das Gewicht des Radfahrzeugs (als überwiegend vertikal ausgerichtete Gewichtskraft) auf den Boden weiterleiten. In diesen Radaufhängungen sind die Radlager der Räder integriert. Bei Kettenfahrzeugen werden die Ketten auf diesen Rädern geführt.Wheeled or tracked vehicles usually have chassis with spring-loaded and damped movable wheel suspensions. They are used for the mobility and guidance of the wheels rolling on the ground relative to the vehicle body, with the wheels transferring the weight of the wheeled vehicle (as a predominantly vertically aligned weight force) to the ground. The wheel bearings of the wheels are integrated in these wheel suspensions. In tracked vehicles, the tracks are guided on these wheels.

Eine Radaufhängung umfasst als Basis für die Erfindung vorzugsweise die nachfolgend genannten Fahrwerkskomponenten. Ein Achskörper ist schwenkbar am Fahrzeugkörper angebracht, wobei die Schwenkachse je nach Anforderung parallel (bevorzugt bei Pendelachsen z.B. mit Querlenkern oder bei Längslenkerachsen) oder in einem spitzen Winkel (bevorzugt bei Schräglenkerachsen) zum Untergrund verläuft. Führungselemente dienen dabei der Führung der Beweglichkeit, d.h. der Schwenkbarkeit des Achskörpers in zumindest einem Freiheitsgrad relativ zum Fahrzeugkörper. Der Achskörper dient der Aufnahme mindestens eines Radlagers für mindestens ein Rad in einem Radträger an einem schwenkbaren Bereich am Achskörpers. Die Führungselemente umfassen in der Regel eine Schwenkachse, meist technisch umgesetzt durch zwei hintereinander fluchtende Achskörperbolzen, die eine Schwenkbarkeit des Achskörpers in genau einem Freiheitsgrad zulassen. Ferner ist eine Feder-Dämpfer-Anordnung, umfassend ein Federelement und ein Dämpferelement, jeweils mit einer Wirkrichtung, zwischen mindestens einem Lasteintrittspunkt am Achskörper und mindestens einem Lasteintrittspunkt am Fahrzeugkörper vorgesehen. Dabei ist keine der genannten Wirkrichtungen senkrecht dem genannten Freiheitsgrad, d.h. der Bewegungsrichtung am Lasteintrittspunkt am Achskörper, ausgerichtet.As a basis for the invention, a wheel suspension preferably includes the chassis components mentioned below. An axle body is pivoted on the vehicle body, with the pivot axis running parallel to the ground (preferably for swing axles, e.g. with wishbones or trailing arm axles) or at an acute angle (preferably for semi-trailing arm axles), depending on the requirements. Guide elements are used to guide the mobility, i.e. the pivoting of the axle body in at least one degree of freedom relative to the vehicle body. The axle body is used to accommodate at least one wheel bearing for at least one wheel in a wheel carrier in a pivotable area on the axle body. The guide elements generally include a pivot axis, usually implemented technically by two axle body bolts aligned one behind the other, which allow the axle body to pivot in precisely one degree of freedom. Furthermore, a spring-damper arrangement comprising a spring element and a damper element, each with an effective direction, is provided between at least one load entry point on the axle body and at least one load entry point on the vehicle body. None of the mentioned directions of action is perpendicular to the stated degree of freedom, i.e. the direction of movement at the load entry point on the axle body.

Der genannte Freiheitsgrad bezieht sich im Rahmen der Anmeldung nicht auf die drei Freiheitsgrade des Fahrzeugs insgesamt, sondern auf die möglichen Bewegungsfreiheitsgrade des Achskörpers relativ zum Fahrzeugkörper und beschreibt insbesondere die Schwenkbewegung des Achskörpers.In the context of the application, the stated degree of freedom does not refer to the three degrees of freedom of the vehicle as a whole, but to the possible degrees of freedom of movement of the axle body relative to the vehicle body and in particular describes the pivoting movement of the axle body.

Einer ständigen Optimierung der Fahrzeugkonstruktionen geschuldet stehen für die genannten Fahrwerkskomponenten oftmals nur ein beengter Bauraum im Fahrzeug zur Verfügung, insbesondere dann, wenn neben einem Feder-Dämpfer-System auch eine Hubvorrichtung beispielsweise für eine Niveauregulierung vorgesehen werden soll. Die Hubvorrichtung übernimmt den Zweck des Hebens und Senkens des Fahrzugkörpers, beispielsweise eines Fahrzeugrahmens oder einer (selbsttragenden) Karosserie.Due to constant optimization of the vehicle design, there is often only a limited amount of space available in the vehicle for the chassis components mentioned, especially if a lifting device is to be provided in addition to a spring-damper system, for example for level control. The lifting device takes over the purpose of raising and lowering the vehicle body, for example a vehicle frame or a (self-supporting) body.

In der Fahrzeugtechnik sind Feder-Dämpfer-Systeme bekannt, welche durch hydraulische oder pneumatische Federn-Dämpfer-Elemente zusätzlich eine Niveauregulierung ermöglichen.In vehicle technology, spring-damper systems are known which also allow level control by means of hydraulic or pneumatic spring-damper elements.

DE 10 2016 221 306 A1 beschreibt beispielhaft eine verstellbare Radaufhängung mit einem Achskörper, der um eine Schwenkachse quer zur Fahrtrichtung schwenkbar aufgehängt ist. Auf dem Achskörper ist wiederum eine mit einer Hubvorrichtung schwenk- und verstellbare Schwinge mit einer Aufnahme für das Fahrzeugrad angeordnet. Mit der vorgeschlagenen Radaufhängung kann eine Niveauregulierung als auch Wankstabilisierung erfolgen. DE 10 2016 221 306 A1 describes an example of an adjustable wheel suspension with an axle body which is suspended transversely to the direction of travel so as to be pivotable about a pivot axis. On the axle body, in turn, there is a rocker arm that can be swiveled and adjusted with a lifting device and has a receptacle for the vehicle wheel. With the proposed wheel suspension, level control and roll stabilization can take place.

Davon ausgehend liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, eine Radaufhängung so zu gestalten, dass sie neben einer einfachen und robusten Möglichkeit der Niveauregulierung auch eine einfache, aber zugleich zuverlässige und stabile Arretierbarkeit in einem Notfallmodus bietet.Proceeding from this, one object of the invention is to design a wheel suspension in such a way that, in addition to a simple and robust possibility of level regulation, it also offers a simple but at the same time reliable and stable locking capability in an emergency mode.

Eine weitere Aufgabe liegt darin, eine Radaufhängung vorzugschlagen, die neben einer Niveauregulierung auch eine individuelle Einstellbarkeit der Federungs- und/oder Dämpfungseigenschaften ermöglicht.A further object is to propose a wheel suspension which, in addition to level control, also enables individual adjustment of the suspension and/or damping properties.

Eine weitere Aufgabe liegt in einem Bauraum sparenden Konzept der vorgeschlagenen Radaufhängung.A further task lies in a space-saving concept for the proposed wheel suspension.

Die Aufgaben werden mit einer Radaufhängung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Unteransprüche, die sich auf diesen beziehen, geben vorteilhafte Ausgestaltungen wieder.The tasks are solved with a wheel suspension with the features of the first claim. Subclaims that refer to this reflect advantageous configurations.

Zur Lösung wird eine Radaufhängung der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei dem die Ausrichtung des Federelements und/ oder des Dämpferelements mit ihrer jeweiligen Wirkrichtung relativ zum Freiheitsgrad des Achskörpers verstellbar sind. Radaufhängung umfasst folglich die folgenden Komponenten:

a) Achskörper mit Führungselementen:
- Ein Achskörper dient der Aufnahme mindestens eines Rades. Es liegt im Rahmen der Erfindung, hierfür auch mehrere parallel wirkende Achskörper vorzusehen, die sich synchron und je nach Anforderung parallel oder nicht parallel zueinander angeordnet am Fahrzeugkörper in Führungselementen schwenkbar gelagert sind. Über die Schwenkbewegungen der Achskörper ist auch ein Radlagergehäuse (Radträger) geführt schwenkbar, wobei das Rad in der Regel mittelbar über den Radträger und einem Radträgergelenk mit dem Achskörper schwenkbar verbunden ist. Damit erreicht man eine Führung und eine Beweglichkeit des Achskörpers und des Rades relativ zum Fahrzeugkörper in zumindest einem Freiheitsgrad. Der Begriff des Achskörpers umfasst Achslenker, Lenker oder insbesondere die im Kraftfahrzeugbereich geläufigen Dreieckslenker, aber grundsätzlich auch andere gleichwirkende Bauformen, beispielsweise eine Schwinge eines Motorrades, an dem die Erfindung auch grundsätzlich anwendbar ist.
b) Feder-Dämpfer-Anordnung zwischen mindestens einem ersten Lastangriffspunkt am Achskörper und mindestens einem zweiten Lasteintrittspunkt am Fahrzeugkörper:
- Diese Anordnung umfasst ein Federelement und ein Dämpferelement, jeweils mit einer Wirkrichtung, wobei jede der Wikrichtungen nicht senkrecht zu dem Freiheitsgrad (d.h. der Schwenkbewegung des Achskörpers jeweils an den jeweiligen ersten Lasteintrittspunkten des Federelements bzw. des Dämpferelements) ausgerichtet ist. Nur so ist eine vektorielle Aufteilung der Kraft von dem Federelement oder dem Dämpferelement auf den Achskörper einwirkende in einen ersten vektoriellen Anteil parallel zum Freiheitsgrad ungleich Null und einen zweiten vektoriellen Anteil senkrecht zum Freiheitsgrad möglich. Es liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle eines Federelements und eines Dämpferelements auch jeweils mehr als ein Federelement und/oder Dämpferelement, jeweils in einer paralleler, serieller und/oder individueller Anordnung zueinander sowie jeweils mit ersten und zweiten Lasteintrittspunkten vorzusehen.
c) Stellmittel für eine Verschiebung mindestens zumindest eines der zweiten Lasteintrittspunkte, vorzugsweise am Fahrzeugkörper:
- Mit einer Verschiebung einher geht eine Änderung der Wirkrichtung des Federelements und/oder des Dämpferelements in der Feder-Dämpfer-Anordnung und damit eine Veränderung des ersten vektoriellen Anteils parallel zum Freiheitsgrad der an den jeweiligen ersten Lasteintrittspunkten auf den Achskörper übertragbaren Kraft. Damit lässt sich in vorteilhafter Weise nicht nur die Höhe des Fahrzeugkörpers über der Bodenfläche einstellen, sondern auch die vektoriellen Kraftanteile von Federung und Dämpfung verschieben.

To solve this, a wheel suspension of the type mentioned at the outset is proposed, in which the alignment of the spring element and/or the damping element with their respective direction of action can be adjusted relative to the degree of freedom of the axle body. Wheel suspension consequently includes the following components:

a) Axle body with guide elements:
- An axle body serves to accommodate at least one wheel. It is within the scope of the invention to also provide several parallel-acting axle bodies for this purpose, which are synchronous and depending on Requirement parallel or not arranged parallel to each other are pivotally mounted on the vehicle body in guide elements. A wheel bearing housing (wheel carrier) can also be guided and pivoted via the pivoting movements of the axle bodies, with the wheel generally being indirectly pivotably connected to the axle body via the wheel carrier and a wheel carrier joint. This achieves guidance and mobility of the axle body and the wheel relative to the vehicle body in at least one degree of freedom. The term axle body includes axle links, links or, in particular, the wishbones commonly used in motor vehicles, but in principle also other structural forms that have the same effect, for example a swing arm of a motorcycle, to which the invention can also be applied in principle.
b) Spring-damper arrangement between at least one first load application point on the axle body and at least one second load application point on the vehicle body:
- This arrangement comprises a spring element and a damper element, each with an effective direction, with each of the effective directions not being aligned perpendicularly to the degree of freedom (ie the pivoting movement of the axle body at the respective first load entry points of the spring element or damper element). Only in this way is it possible to divide the force from the spring element or the damping element acting on the axle body into a first vectorial component parallel to the degree of freedom not equal to zero and a second vectorial component perpendicular to the degree of freedom. It is within the scope of the invention to provide more than one spring element and/or damper element instead of a spring element and a damper element, each in a parallel, serial and/or individual arrangement to one another and each with first and second load application points.
c) Adjusting means for shifting at least one of the second load entry points, preferably on the vehicle body:
- A shift is accompanied by a change in the effective direction of the spring element and/or the damper element in the spring-damper arrangement and thus a change in the first vectorial component parallel to the degree of freedom of the force that can be transmitted to the axle body at the respective first load entry points. In this way, not only can the height of the vehicle body above the ground be adjusted in an advantageous manner, but the vectorial force components of the suspension and damping can also be shifted.

Ein wesentliches Merkmal liegt somit in der Möglichkeit des Kippens oder Schwenkes der Wirkrichtungen der Feder-Dämpfer-Anordnung, d.h. des mindestens einen oder bevorzugt genau einen Federelements und/oder des mindestens einen oder bevorzugt genau einen Dämpferelements relativ zu den Freiheitsgraden des jeweiligen ersten Lasteintrittspunktes auf den Achskörper. Damit einher gehen eine Übersetzungsänderung zwischen dem schwenkenden Achskörper und der Feder-Dämpfer-Anordnng. Eine Kraft, die über die Räder und die ersten Lasteintrittspunkte, ggf. auch über einen Umweg über die Achskörper, auf ein Federelement und/oder Dämpferelement übertragen werden, wird je nach Ausrichtung der jeweiligen Wirkrichtung zur Freiheitsgrad an den jeweiligen ersten Lasteintrittspunkten auf den Achskörper individuell übersetzt, wobei die Übersetzung umso höher ausfällt, je näher sich der Winkel zwischen Wirkrichtung und genannten Freiheitsgrad an einen rechten Winkel nähert. Mit steigender Übersetzung nimmt grundsätzlich die vom Feder- oder Dämpferelement aufzunehmende Kraft zu, der dabei entstehende Ausschlag des Feder- oder Dämpferelements ab.An essential feature is therefore the possibility of tilting or pivoting the directions of action of the spring-damper arrangement, i.e. the at least one or preferably exactly one spring element and/or the at least one or preferably exactly one damper element relative to the degrees of freedom of the respective first load entry point the axle body. This is accompanied by a change in translation between the pivoting axle body and the spring-damper arrangement. A force that is transmitted via the wheels and the first load entry points, possibly also via a detour via the axle body, to a spring element and/or damper element, depending on the orientation of the respective direction of action, becomes an individual degree of freedom at the respective first load entry points on the axle body translated, the translation being higher the closer the angle between the direction of action and said degree of freedom approaches a right angle. With increasing gear ratio, the force to be absorbed by the spring or damper element increases, and the resulting deflection of the spring or damper element decreases.

Das genannte Übersetzungsverhältnis lässt sich auch über eine Veränderung des Hebelverhältnisses durch eine Verschiebung des oder der ersten Lastangriffspunkte auf dem Achskörper zum Fahrzeugkörper hin oder weg verändern und einstellen. Die Stellmittel sind hierbei zumindest teilweise an dem (im Betrieb schwingenden oder oszillierenden) Achskörper vorzusehen, wobei zur Reduzierung der bewegten Massen vorgeschlagen wird, zumindest motorische Antriebe im Fahrzeugkörper vorzusehen und die Übertragung der Antriebsleistung vom Antrieb zum verschiebbaren Lasteintrittspunkt über Übertragungsmittel wie beispielsweise Bowdenzüge oder Kardanwellen vorzusehen.Said transmission ratio can also be changed and adjusted by changing the lever ratio by shifting the or the first load application points on the axle body towards or away from the vehicle body. The adjusting means are to be provided at least partially on the axle body (vibrating or oscillating during operation), with it being proposed in order to reduce the moving masses to provide at least motor drives in the vehicle body and to transmit the drive power from the drive to the movable load entry point via transmission means such as Bowden cables or cardan shafts to foresee.

Zur Verstellung von Lasteintrittspunkten auf einer beweglichen Komponente wie z.B. einem schwingenden oder oszillierenden Achskörper oder einem Radträger werden optional Stellmittel mit mehreren Stellmittelteilen vorgeschlagen. Zur Reduzierung der beweglichen Massen wird beispielsweise vorgeschlagen, nur ein Teil dieser Stellmittelteile unmittelbar auf der bewegten Komponente anzuordnen, während man andere Stellmittelteile vorzugsweise an nicht oder weniger bewegten Komponenten, wie z.B. am Fahrzeugkörper anordnet. Beispielsweise werden im Falle von hydraulischen Stellmitteln nur die für eine Verschiebung der Lasteintrittspunkte unmittelbar erforderlichen hydraulischen Stellzylinder direkt auf dem Achskörper oder dem Radträger angeordnet, während sich z.B. eine Hydraulikversorgung und -Steuerung vorzugsweise auch auf einem nicht oder weniger schwingenden oder oszillierenden Ort des Fahrzeugs (z.B. am Fahrzeugkörper) anordnen und über eine flexible Hydraulikleitung mit den Stellzylindern verbinden ließen. Ebenso ließen sich auch mechanische Stellmittel z.B. in Aktoren, Steuerung und mechanischen Kraftübertragungsmitteln aufteilen, wobei Aktoren und Steuerung an einem weniger schwingenden oder oszillierenden Ort des Fahrzeugs angeordnet ihre Stellbewegung mittels mechanischen Kraftübertragungsmitteln wie vorzugsweise Bowdenzüge, Stellstangen, Wellen oder Seilübertragungsmittel zu den Lasteintrittspunkten übertragen.To adjust load entry points on a movable component such as a vibrating or oscillating axle body or a wheel carrier, adjusting means with several adjusting means parts are optionally proposed. To reduce the moving masses, it is proposed, for example, to arrange only some of these adjusting means parts directly on the moving component, while other adjusting means parts are preferably arranged on non-moving or less moving components, such as on the vehicle body. For example, in the case of hydraulic actuating means, only the hydraulic actuating cylinders directly required for shifting the load entry points are arranged directly on the axle body or the wheel carrier, while a hydraulic supply and control system, for example, is preferably used can also be placed on a location on the vehicle that does not vibrate or oscillates less (e.g. on the vehicle body) and can be connected to the actuating cylinders via a flexible hydraulic line. Likewise, mechanical actuating means could also be divided, for example, into actuators, control and mechanical force transmission means, with actuators and control being arranged at a less vibrating or oscillating location on the vehicle and transmitting their actuating movement to the load entry points by means of mechanical force transmission means such as preferably Bowden cables, control rods, shafts or cable transmission means.

Das Federelement nimmt insbesondere die Gewichtskraft des Fahrzeugkörpers auf und gibt sie an den Achskörper weiter. Mit einer vorgenannten Vergrößerung des Winkels zwischen Wirkrichtung (Wirklinie) des Federelements und des vorgenannten Freiheitsgrads erfolgt bei unveränderten Steifigkeit des Federelements ein stärkeres Einfedern des Federelements, was zu einer Niveauänderung des Fahrzeugaufbaus führt. Damit übernimmt eine Feder-Dämpfer-Anordnung mit variablen Lasteintrittspunkten (vorzugsweise der zweiten, aber grundsätzlich auch ersten Lasteintrittspunkten) neben der Federungs- und Dämpfungsfunktion zusätzlich sowohl die Hubfunktion und/oder die Niveauregulierung. Zusätzlich wird mit einer Verkippung (vorzugsweise mit einer Verschiebung eines Lasteintrittspunktes) oder Verschiebung (vorzugsweise mit einer Verschiebung beider Lasteintrittspunkte) der Wirkrichtungen die wirksame Steifigkeit eines Federelements auf die auftretenden Lasten und damit die Fahrwerksteifigkeit verändert. Allein hierdurch ist es möglich, mit einer Feder ein breites Band von Lastfällen abzudecken. So ist es beispielsweise möglich, eine Feder auf die maximale Zuladung auszulegen und sie bei geringeren Lasten durch Kippen im optimalen Arbeitsbereich zu überführen.In particular, the spring element absorbs the weight of the vehicle body and passes it on to the axle body. With an aforementioned increase in the angle between the direction of action (line of action) of the spring element and the aforementioned degree of freedom, the spring element deflects more strongly while the stiffness of the spring element remains unchanged, which leads to a change in the level of the vehicle body. A spring-damper arrangement with variable load entry points (preferably the second, but in principle also the first load entry points) thus takes on both the lifting function and/or the level control in addition to the suspension and damping function. In addition, tilting (preferably shifting a load entry point) or shifting (preferably shifting both load entry points) the directions of action changes the effective stiffness of a spring element on the loads that occur and thus the chassis stiffness. This alone makes it possible to cover a wide range of load cases with one spring. For example, it is possible to design a spring for the maximum payload and to transfer it to the optimal working range by tilting it at lower loads.

Ein Vorteil der beanspruchten Radaufhängung mit einer verstellbaren Feder-Dämpfer-Anordnung liegt in der Realisierbarkeit mehrerer Teilfunktionen (Federung und Dämpfung, Hub, Niveauregulierung) ohne ein Vorhalten oder temporäres Hinzuschalten von zusätzlichen Dämpfer- oder Federelementen oder anderen Zusatzkomponenten. Damit verbunden ist ein Gewichts- und Platzeinsparung.An advantage of the claimed wheel suspension with an adjustable spring-damper arrangement lies in the feasibility of several sub-functions (suspension and damping, stroke, level control) without providing or temporarily switching on additional damper or spring elements or other additional components. This is associated with weight and space savings.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Realisierbarkeit eines breiten Spektrums von möglichen Belastungssituationen mit einen und demselben Federelement und/oder Dämpfungselement, da die effektive Last auf der Feder mit einer verstellbaren Feder-Dämpfer-Anordnung in einem definierten Lastintervall gehalten werden kann.A further advantage lies in the ability to implement a wide range of possible load situations with one and the same spring element and/or damping element, since the effective load on the spring can be kept within a defined load interval with an adjustable spring-damper arrangement.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Radaufhängung zeichnet sich dadurch aus, dass das Federelement und das Dämpferelement einen gemeinsamen Lasteintrittspunkt und eine gemeinsame Wirkrichtung aufweisen sowie Stellmittel für eine Verschiebung dieses gemeinsamen Lasteintrittspunkts am Fahrzeugkörper vorgesehen sind. Das Feder- und Dämpferelement sind dabei vorzugsweise zu einem Federbein (kein MacPherson-Federbein, da dieses zwingend starr an den Radträger angebunden ist und mit diesem zusammen schwenkbar ist) zusammengefasst und in diesem parallel verschaltet. Weiter bevorzugt ist ein hydraulischer Teleskopstoßdämpfer zwischen zwei Federtelleraufnahmen, zwischen denen eine Schraubenfeder eingespannt ist, eingesetzt. Diese Bauform zeichnet sich durch eine besonders platzsparende Ausgestaltung mit nur einem erforderlichen Stellmittel aus.A preferred embodiment of the wheel suspension is characterized in that the spring element and the damping element have a common load entry point and a common direction of action, and adjusting means are provided for shifting this common load entry point on the vehicle body. The spring and damper elements are preferably combined to form a spring strut (not a MacPherson spring strut, since this must be rigidly connected to the wheel carrier and can be pivoted together with it) and connected in parallel therein. A hydraulic telescopic shock absorber is also preferably used between two spring plate mounts, between which a helical spring is clamped. This design is characterized by a particularly space-saving design with only one adjusting means required.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Radaufhängung zeichnet sich dadurch aus, dass das Federelement und das Dämpferelement jeweils einen eigenen Lasteintrittspunkt und jeweils eine eigene Wirkrichtung aufweisen sowie für das Federelement und das Dämpferelement jeweils ein separates Stellmittel für eine Verschiebung des jeweiligen Lasteintrittspunkts am Fahrzeugkörper vorgesehen ist. Federelement und Dämpferelement sind getrennte und in ihrer Wirkrichtung separat schwenkbare Elemente, womit in vorteilhafter Weise auch deren Wirkungen auf die Eigenschaften der Radaufhängung separat beeinflussbar sind. Vorzugsweise ist eine Niveauregulierung ohne eine Änderung der Dämpfungseigenschaften möglich. Andererseits sind auch nur oder überwiegend die Dämpfungseigenschaften in Abhängigkeit z.B. der Fahrbahnunebenheit oder an einen Dämpferverschleiß angepasst individuell einstellbar.A further preferred embodiment of the wheel suspension is characterized in that the spring element and the damper element each have their own load entry point and each have their own direction of action, and a separate adjusting means is provided for the spring element and the damper element in each case for shifting the respective load entry point on the vehicle body. Spring element and damper element are separate elements that can be pivoted separately in their direction of action, which means that their effects on the properties of the wheel suspension can also be influenced separately in an advantageous manner. Level control is preferably possible without changing the damping properties. On the other hand, only or mainly the damping properties can be individually adjusted depending on e.g. the unevenness of the road surface or adapted to damper wear.

Davon abgeleitet wird bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Radaufhängung vorgeschlagen, nur das Federelement mit Stellmittel für eine Verschiebung des Lasteintrittspunkts am Fahrzeugkörper auszustatten, während die Dämpferelemente in ihren Wirkrichtungen unveränderbar bleiben. Auf diese Weise lassen sich die Radaufhängungen beispielsweise auch an wechselnde Fahrzeuggewichte, hervorgerufen z.B. durch eine Beladung, anpassen, ohne die Dämpfungseigenschaften zu verändern.Derived from this, it is proposed in a further preferred embodiment of the wheel suspension to equip only the spring element with adjusting means for shifting the point of application of the load on the vehicle body, while the damping elements remain unchangeable in their directions of action. In this way, the wheel suspensions can also be adapted to changing vehicle weights, e.g. caused by loading, without changing the damping properties.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Radaufhängung umfassen die Stellmittel eine mittels eines Aktors positionierbare Führungsöse auf einer Führungsschiene. Grundsätzlich ist die Führungsschiene hierzu am Fahrzeugkörper oder am Achskörper angeordnet, wobei jedoch die Stellmittel vorzugsweise nahe der Führungsöse angeordnet werden. Die Achskörper sind jedoch bewegliche Teile, die man bei einem Fahrwerkskonzept grundsätzlich im Gewicht zu reduzieren versucht. Insofern ist eine Anordnung der Stellmittel und der Führungsschiene am Fahrzeugkörper vorzuziehen. Die Führungsöse bildet dabei eine einen Lasteintrittspunkt für mindestens ein Federelement und/oder mindestens ein Dämpferelement, bevorzugt am Fahrzeugkörper.In a further preferred embodiment of the wheel suspension, the adjusting means comprise a guide eyelet that can be positioned on a guide rail by means of an actuator. For this purpose, the guide rail is basically arranged on the vehicle body or on the axle body, but the adjusting means are preferably arranged near the guide eyelet. However, the axle beams are moving parts that can be found in a chassis con basically tried to reduce the weight. In this respect, an arrangement of the adjusting means and the guide rail on the vehicle body is preferable. The guide eyelet forms a load entry point for at least one spring element and/or at least one damper element, preferably on the vehicle body.

Eine Ausgestaltung der vorgenannten Ausführungsform sieht vor, die Führungsschiene geradlinig auszugestalten. Die Ausrichtung dieser ist dabei stets unparallel zu jeder möglichen Wirkrichtung der Feder- und Dämpferelemente, d.h. in jeder Verschiebung in den Schwenkbereichen. Nur so lassen sich die Wirkrichtungen der Feder- und Dämpferelemente in vorteilhafter Weise schwenken. Bei einer parallelen Anordnung von Führungsschiene und Wirkrichtung wäre diese Schwenkung nicht möglich, sondern nur eine Verschiebung eines der Lasteintrittspunkte. Damit ließe sich nur die Vorspannung eines Federelements oder des Arbeitspunkt eines Dämpferelements ändern, nicht aber die Wirkrichtung. Die Führungsschiene ist bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise als Ganzes oder zumindest teilweise horizontal ausgerichtet, was mit einer bevorzugt vertikalen Ausrichtung der Wirkrichtungen der Feder- und Dämpferelemente besonders harmoniert.A refinement of the aforementioned embodiment provides for the guide rail to be designed in a straight line. The alignment of these is always unparallel to every possible direction of action of the spring and damper elements, i.e. in every shift in the pivoting areas. Only in this way can the directions of action of the spring and damper elements pivot in an advantageous manner. With a parallel arrangement of the guide rail and direction of action, this pivoting would not be possible, but only a displacement of one of the load entry points. This would only change the preload of a spring element or the operating point of a damper element, but not the direction of action. In this configuration, the guide rail is preferably aligned horizontally as a whole or at least partially, which harmonises particularly well with a preferred vertical alignment of the effective directions of the spring and damper elements.

Im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Radaufhängung umfassen die Stellmittel einen Aktor, vorzugsweise einen Linearaktor, für die Verschiebung mindestens eines des mindestens einen (zweiten) Lasteintrittspunkts am Fahrzeugkörper. Als optionale Ausgestaltung werden eine konzeptionelle Zusammenfassung von Führungsschiene und Linearaktor vorgeschlagen.Within the scope of a further preferred embodiment of the wheel suspension, the actuating means comprise an actuator, preferably a linear actuator, for shifting at least one of the at least one (second) load entry point on the vehicle body. As an optional embodiment, a conceptual combination of guide rail and linear actuator is proposed.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, den folgenden Figuren und Beschreibungen näher erläutert. Alle dargestellten Merkmale und deren Kombinationen sind nicht nur auf diese Ausführungsbeispiele und deren Ausgestaltungen begrenzt. Vielmehr sollen diese stellvertretend für weitere mögliche, aber nicht explizit als Ausführungsbeispiele dargestellte weitere Ausgestaltungen kombinierbar angesehen werden. Es zeigen

1a und b ein erstes Ausführungsbeispiel eines Teils einer Radaufhängung mit einem Federbein in zwei Positionen sowie
2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Teils einer Radaufhängung mit separaten Feder- und Dämpferelementen.

The invention is explained in more detail using exemplary embodiments, the following figures and descriptions. All of the features shown and their combinations are not just limited to these exemplary embodiments and their configurations. Rather, these should be viewed as representative of other possible configurations that are not explicitly shown as exemplary embodiments and can be combined. Show it

1a and b a first exemplary embodiment of a part of a wheel suspension with a spring strut in two positions and
2 a second embodiment of a part of a wheel suspension with separate spring and damper elements.

Die in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele zeigen mit dem Rad 7 (gelagert in einem Radträger), der Feder-Dämpfer-Anordnung (Federbein 6, Federelement 8 und Dämpferelement 10) sowie dem Stellmittel (Aktor 4 und Schubstange 5 für Führungsöse 1 mit Drehgelenk 3 auf Führungsschiene 2) nur einen Teil der Radaufhängung. Da der erste Lasteintrittspunkt, d.h. die Anbindung der Feder-Dämpfer-Anordnung dieser Ausführungsbeispiele am Radträger erfolgt, sind zur besseren Übersicht die Achskörper mit den Führungselementen am Fahrzeugkörper und dem Radträger nicht dargestellt.The exemplary embodiments illustrated schematically in the figures show the wheel 7 (mounted in a wheel carrier), the spring-damper arrangement (suspension strut 6, spring element 8 and damper element 10) and the actuating means (actuator 4 and push rod 5 for guide eyelet 1 with swivel joint 3 on guide rail 2) only part of the wheel suspension. Since the first load entry point, i.e. the connection of the spring-damper arrangement of these exemplary embodiments, takes place on the wheel carrier, the axle bodies with the guide elements on the vehicle body and the wheel carrier are not shown for a better overview.

Um die Funktionen Hub, Niveauregulierung sowie der Justierung und Einstellung der Federungs- und Dämpfungeigenschaften technisch platzsparend und einfach zu ermöglichen, werden bei der Erfindung mehrere Mechanismen zusammengefasst. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1a und b ist das Federbein 6 als Feder-Dämpfer-Anordnung schwenkbar mit dem Radträger des Rades 7 und dem Drehgelenk 3 verbunden. Der Aktor 4 und die Schubstange 5 dienen der Verschiebung und Positionierung der Führungsöse 1 und des auf diese aufgesetzten Drehgelenks 3 auf und entlang der Führungsschiene 2. Führungsschiene und Aktor sind dabei am Fahrzeugkörper befestigt. Das Federbein 6 ist bei maximaler Beladung des Fahrzeuges vorzugsweise senkrecht zur Fahrbahn ausgerichtet (1a). Durch ein lastbedingtes Einfedern des Federbeins 6 ergibt sich die Höhe h zwischen den beiden Lasteintrittspunkten, d.h. zwischen dem Verbindungsgelenk am Rad 7 bzw. der Führungsschiene 2 zum Federbein 6.In order to enable the functions of stroke, level control and the adjustment and setting of the suspension and damping properties in a technically space-saving and simple manner, several mechanisms are combined in the invention. In the embodiment according to 1a and b, the spring strut 6 is pivotably connected to the wheel carrier of the wheel 7 and the swivel joint 3 as a spring-damper arrangement. The actuator 4 and the push rod 5 serve to shift and position the guide eyelet 1 and the swivel joint 3 placed on it and along the guide rail 2. The guide rail and actuator are fastened to the vehicle body. The spring strut 6 is preferably aligned perpendicular to the roadway when the vehicle is loaded to its maximum ( 1a) . A load-related deflection of the spring strut 6 results in the height h between the two load entry points, ie between the connecting joint on the wheel 7 or the guide rail 2 to the spring strut 6.

Für die Umsetzung der Hubfunktion (reine Höhenverstellung des Fahrzeugkörpers) muss der Fahrzeugkörper in der Höhe h absenk- und anhebbar sein. Zum Absenken des Fahrzeugkörpers (vgl. 1b) wird mit dem Aktor 4 die Schubstange 5 bewegt, sodass die Führungsöse 1 entlang der Führungsschiene 2 verschoben wird. Durch das resultierende Kippen der Feder-Dämpfer-Einheit 6 wird die Höhe h verringert. Dem Kippen des Federbeins 6 aus der senkrechten Lage in 1a folgt auch die Wirkrichtung der abstützenden Federkraft. Die nach wie vor vertikale Ausrichtung der aufzunehmenden Gewichtskraft des Fahrzeugs auf dem Boden muss somit durch eine gekippte Feder aufgenommen werden, was zu einer höheren auf die Feder wirkenden resultierenden Kraft führt (Änderung der mechanischen Übersetzung). Durch die höhere durch die Feder aufzunehmende Kraft federt die Feder bei unveränderter Federsteifigkeit stärker ein, was den Abstand zwischen den beiden Lasteintrittspunkten des kontrahierten Federbeins 6 noch verkürzt und die effektive Änderung der Höhe h noch verstärkt. Durch dieses mechanische Zusammenspiel ist, verglichen mit einer rein geometrischen Verschiebung unnachgiebiger Körper, für einen bestimmten Hub ein geringerer Querweg der Führungsöse 1 erforderlich. Ein Anheben des Fahrzeugkörpers erfolgt sinngemäß in umgekehrter Richtung, durch ein Zurückschwenken des Federbeins.For the implementation of the lifting function (pure height adjustment of the vehicle body), the vehicle body must be able to be lowered and raised at height h. To lower the vehicle body (cf. 1b) the push rod 5 is moved with the actuator 4, so that the guide eyelet 1 is displaced along the guide rail 2. The resulting tilting of the spring-damper unit 6 reduces the height h. The tilting of the spring strut 6 from the vertical position in 1a also follows the effective direction of the supporting spring force. The still vertical alignment of the vehicle's weight force on the ground must therefore be absorbed by a tilted spring, which leads to a higher resultant force acting on the spring (change in the mechanical translation). Due to the higher force to be absorbed by the spring, the spring compresses more with unchanged spring stiffness, which shortens the distance between the two load application points of the contracted spring strut 6 and increases the effective change in height h. As a result of this mechanical interaction, a smaller transverse travel of the guide eyelet 1 is required for a specific stroke, compared to a purely geometric displacement of unyielding bodies. The vehicle body is raised in the opposite direction, by pivoting the spring strut back.

Eine Niveauregulierung, bei dem der Fahrzeugkörper in Abhängigkeit seiner Beladung oder seines Gesamtgewichts in seiner Höhe h konstant gehalten, angehoben oder abgesenkt wird, funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie die Hubfunktion. Mit einer Beladung des Fahrzeuges steigt die von der Radaufhängung auf den Boden zu übertragenden Gewichtskraft, was ohne eine Maßnahme zu einer Kontraktion des Federbeins 6 und zu einer Reduzierung der Höhe h führt. Um die Höhe h jedoch konstant zu halten, wird vorgeschlagen, das Federbeins 6 entsprechend der aufzunehmenden Kraft geregelt nachzujustieren, wobei bei einer Unterschreitung der Höhe h die Kippung des Federbeins in Richtung der Vertikalen und bei Überschreitung der Höhe h die Kippung in Richtung der Horizontalen erfolgt.Level control, in which the height h of the vehicle body is kept constant, raised or lowered depending on its load or its total weight, works according to the same principle as the lifting function. When the vehicle is loaded, the weight force to be transmitted from the wheel suspension to the ground increases, which leads to a contraction of the spring strut 6 and a reduction in the height h if no measure is taken. However, in order to keep the height h constant, it is proposed to readjust the strut 6 in a controlled manner according to the force to be absorbed, with the strut tilting in the vertical direction if the height h is not reached and in the horizontal direction if the height h is exceeded .

Ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel zeigt 2. Er repräsentiert eine Bauform, die sich von der vorgenannten darin unterscheidet, dass das Federelement 8 und das Dämpferelement 10 der Feder-Dämpfer-Anordnung als separate Komponenten insbesondere in ihrer Kippfähigkeit voneinander entkoppelt sind. Im dargestellten Beispiel ist nur das Federelement 8 mit entsprechenden Stellmitteln wie zuvor beschriebenen kippbar gestaltet um Hub und Niveauregulierung zu ermöglichen. Die Führung der Feder zwischen den beiden Lasteintrittspunkten wird durch eine entsprechende kontrahierbare Federführung 9 (z.B. über eine Ausgestaltung als Teleskopführung) gewährleistet. Das Dämpfungselement 10 ist dagegen im Ausführungsbeispiel vertikal eingebaut, ist an kein Stellmittel angebunden und lässt sich folglich auch nicht aktiv schwenken. Der (zweite) Lasteintrittspunkt am oberen Ende des Dämpferelements 10 ist fix und vorzugsweise vertikal oberhalb des Rades am Fahrzeugkörper vorgesehen; die Wirkrichtung des Dämpferelements bleibt damit unveränderbar und bevorzugt vertikal zum Untergrund ausgerichtet. Das jeweils untere Ende des Dämpferelements 10 und des Federelements 8 sind an einem gemeinsamen ersten Lasteintrittspunkt am Radträger des Rades 7 angebunden. Bei maximaler Beladung des Fahrzeuges (vgl. 1a) wird vorgeschlagen, das Federelement ebenfalls durch die Stellmittel in eine vertikale Position einzuschwenken (maximale Federsteifigkeit aufgrund der niedrigen Übersetzung). Beim Absenken der Fahrzeugkörper für die Hubfunktion oder Niveauregulierung wird dagegen das Federelement aus der vertikalen Position heraus gekippt, während das Dämpfungselement in seiner vertikalen Ausrichtung verbleibt (2).Another possible embodiment shows 2 . It represents a design that differs from the aforementioned one in that the spring element 8 and the damper element 10 of the spring-damper arrangement are decoupled from one another as separate components, in particular in terms of their ability to tilt. In the example shown, only the spring element 8 is designed such that it can be tilted with corresponding adjusting means, as described above, in order to enable lifting and leveling. The guidance of the spring between the two load entry points is ensured by a corresponding contractible spring guide 9 (for example, via a design as a telescopic guide). In contrast, the damping element 10 is installed vertically in the exemplary embodiment, is not connected to any adjusting means and consequently cannot be actively pivoted either. The (second) load entry point at the upper end of the damping element 10 is fixed and preferably provided vertically above the wheel on the vehicle body; the effective direction of the damper element thus remains unchangeable and is preferably aligned vertically to the ground. The respective lower end of the damping element 10 and the spring element 8 are connected to a common first load entry point on the wheel carrier of the wheel 7 . When the vehicle is loaded to its maximum (cf. 1a) it is proposed that the spring element also be pivoted into a vertical position by the actuating means (maximum spring stiffness due to the low translation). On the other hand, when lowering the vehicle body for the lifting function or level control, the spring element is tilted out of the vertical position, while the damping element remains in its vertical alignment ( 2 ).

BezugszeichenlisteReference List

11: Führungsöseguide eyelet
22: Führungsschieneguide rail
33: Drehgelenkswivel joint
44: Aktoractuator
55: Schubstangepush rod
66: Federbeinstrut
77: Radwheel
88th: Federelementspring element
99: Federführungleadership
1010: Dämpferelementdamper element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102016221306 A1 [0007]

Claims

Wheel suspension for a vehicle with lifting function and/or level control and adaptable spring stiffness, comprising a) an axle body with a wheel carrier for accommodating at least one wheel (7) in a wheel carrier, b) guide elements for guiding the mobility of the axle body in at least one relative degree of freedom to the vehicle body, c) a spring-damper arrangement (6, 8, 10) between at least a first load entry point on the axle body or the wheel carrier and at least a second load entry point on the vehicle body, comprising a spring element (6, 8) and a damper element (6, 10) each with one direction of action, each of the two directions of action not being aligned perpendicularly to the degree of freedom, characterized in that d) adjusting means (1, 3, 4, 5) are provided for shifting at least one of the at least one load entry point, with at least one of the directions of action can be pivoted in a pivoting range.

suspension after claim 1 , characterized in that the adjusting means (1, 3, 4, 5) are provided for a displacement of only the second load entry point on the vehicle body.

suspension after claim 1 or 2 , characterized in that the spring element (8) and the damper element (10) are combined to form a spring strut (6) or have common load entry points and a common direction of action, and the actuating means (1, 3, 4, 5) for a displacement of at least one common Load entry point are provided.

suspension after claim 1 or 2 , characterized in that the spring element (8) and the damping element (10) each have their own load entry points and each have their own direction of action, and for the spring element and/or the damping element each have a separate adjusting means (1, 3, 4, 5) for displacement of the respective load entry point is provided on the vehicle body.

suspension after claim 4 , characterized in that only the spring element (8) has adjusting means for shifting the second load entry point on the vehicle body.

Wheel suspension according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting means (1, 3, 4, 5) comprise a guide eyelet (1) which can be positioned on a guide rail (5) by means of an actuator (4), the guide eyelet being a load entry point for at least one Spring element and / or forms at least one damper element.

suspension after claim 6 , characterized in that the guide rail (5) is rectilinear and is always oriented non-parallel to each of the directions of action in each displacement in the pivoting range.

suspension after claim 6 or 7 , characterized in that the guide rail (5) is at least partially aligned horizontally.

Wheel suspension according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting means (1, 3, 4, 5) comprise an actuator (4), preferably a linear actuator, for shifting at least one of the at least one second load entry point on the vehicle body.

Wheel suspension according to one of the aforesaid Claims 1 until 5 , characterized in that the actuating means (1, 3, 4, 5) comprises a hydraulic actuator, a hydraulic actuating cylinder for the displacement of at least one load entry point and a hydraulic line in between.

suspension after claim 10 , characterized in that the hydraulic actuator is attached to the vehicle body and the actuating cylinder for the displacement of at least one of the at least one first load entry point is arranged on the axle body.