DE102021130060A1

DE102021130060A1 - Mehrlenker-mittelhöhenaufhängung für kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102021130060A1
Application number: DE102021130060.6A
Authority: DE
Inventors: Scott Kolp
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-02-11
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2022-08-11
Also published as: CN114919355A; US20220250430A1

Abstract

Eine Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Achsschenkel, an dem eine Radeinheit drehbar gelagert ist, und eine Spurstange, die an einem entsprechenden Drehgelenk des Achsschenkels befestigt ist. Zwei untere Lenker sind hinter der Spurstange angeordnet und haben nach innen gerichtete Enden, die an entsprechenden Montageverbindungen am Fahrzeugchassis angebracht sind, und nach außen gerichtete Enden, die an entsprechenden Drehgelenken an einem unteren Ende des Achsschenkels angebracht sind. Zwei obere Querlenker, die sich hinter der Spurstange befinden und vertikal von den unteren Querlenkern beabstandet sind, haben innenliegende Enden, die an entsprechenden Montageverbindungen am Fahrzeugchassis montiert sind, und außenliegende Enden, die an entsprechenden Drehgelenken an einem oberen Ende des Achsschenkels montiert sind. Die Drehgelenke befestigen die oberen und unteren Lenkstangen am Achsschenkel innenliegend von der Radeinheit und unterhalb eines oberen Bereichs des Reifens der Radeinheit.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Aufhängungssysteme für Kraftfahrzeuge. Insbesondere beziehen sich die Aspekte dieser Offenbarung auf Mehrgelenk-Vorderradaufhängungen mit mittlerer Höhe.
Aktuelle Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik versorgt. Bei Kraftfahrzeugen besteht der Antriebsstrang beispielsweise aus einem Motor, der das Antriebsdrehmoment über ein automatisches oder manuell geschaltetes Getriebe an das Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Differential, Achswellen, Räder usw.) überträgt. Während des Betriebs des Fahrzeugs ermöglicht eine Lenkanlage dem Fahrer, den gewünschten Kurs des Fahrzeugs beizubehalten und die Richtungsänderungen des Fahrzeugs zu steuern. Das Lenksystem umfasst ein handbetätigtes Lenkrad, das über eine zentrale Nabe an einer Lenksäulenbaugruppe befestigt ist. Die Teleskopwellen der Lenksäule verbinden das Lenkrad mit einem Lenkradmechanismus, meist einer Zahnstangenlenkung. Wenn das Lenkrad gedreht wird, dreht sich gleichzeitig ein Ritzel am distalen Ende einer Lenkwelle, das eine lineare Zahnstange, die so genannte „Zahnstange“, in Querrichtung des Fahrzeugs bewegt. Eine Spurstange an jedem Ende der Zahnstange ist mit dem Lenkarm eines Achsschenkels verbunden; die sich bewegende Zahnstange und die Spurstange schwenken den Achsschenkel, um das Rad zu drehen. Bei den meisten Kraftfahrzeug-Antriebssträngen ist ein Fahrzeugrad eine pneumatische Einheit mit einem Reifen aus synthetischem Gummi, der auf die äußere Felge („Trommel“) eines Metallrades aufgezogen ist. Um ein gleichmäßiges Fahrverhalten, Lenken und Bremsen zu gewährleisten, ist jede Radeinheit z. B. über Radspeichen und eine zentrale Nabe (zusammenfassend als „Radfläche“ bezeichnet) mit dem Fahrgestell des Fahrzeugs über ein Aufhängungssystem verbunden, das aus einem Zusammenspiel von Federn, Stoßdämpfern und Gestängen besteht. Ein vorderes Eckmodul eines herkömmlichen Autos mit Hinterradantrieb verfügt beispielsweise über einen Achsschenkel mit einer Spindel, auf der eine Nabe und ein Bremsrotor drehbar gelagert sind. Die inneren Kontaktpunkte des Achsschenkels sind mit der Fahrzeugkarosserie verbunden, z. B. über einen Querlenker, einen Stabilisator, einen Federbeindämpfer und eine Spurstange, während das äußere Ende mit der Radnabe verbunden ist, z. B. über die Spindel und die Nabe. Die Radeinheit dreht und lenkt sich auf dem Achsschenkel, der Spindel und der Spurstange, während sie von dem Achsschenkel, dem Federbein und der Feder in einer stabilen Bewegungsebene gehalten wird.
BESCHREIBUNG
Vorgestellt werden Mehrgelenk-Aufhängungssysteme für Kraftfahrzeuge, Verfahren zur Herstellung und Verwendung solcher Aufhängungssysteme sowie Kraftfahrzeuge, die mit Mehrgelenk-Vorderradaufhängungen mittlerer Höhe ausgestattet sind. Als Beispiel wird eine vordere Aufhängungsbaugruppe vorgestellt, die den Achsschenkel und die Radeinheit strukturell am Fahrgestell des Fahrzeugs befestigt, wobei eine Fünf-Punkt-Gestängeanordnung mit einem Satz unterer Lenker, einem Satz oberer Lenker und einer Spurstange verwendet wird. Ein äußeres Ende jedes unteren Lenkers ist mit einem individuellen Drehpunkt an der Unterseite des Achsschenkels verbunden, während ein inneres Ende an einer separaten Stelle mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist (z. B. an der Karosseriebefestigung oder am Rahmenholm). Ebenso sind die äußeren Enden der oberen Querlenker mit einzelnen Drehpunkten am oberen Ende des Achsschenkels verbunden, während die inneren Enden an diskreten Stellen des Fahrgestells angeschlossen sind. Die oberen Querlenker sind in Längsrichtung voneinander und in vertikaler Richtung von den unteren Querlenkern beabstandet. Die Spurstange, die sich innerhalb der Radeinheit und vor allen vier Lenkern befindet, koppelt den Achsschenkel mechanisch z. B. mit einer Zahnstange. Ein optionaler Stabilisator ist an seinem äußeren Ende über einen horizontalen Scharnierbolzen mit einer Innenseite des Achsschenkels verbunden, die an die äußeren Verbindungspunkte der oberen Querlenker angrenzt. Alle äußeren Verbindungspunkte der oberen und unteren Lenker befinden sich innerhalb der Radeinheit und unterhalb des oberen Bereichs des Reifens.
Zu den Vorteilen zumindest einiger der vorgestellten Konzepte gehört eine 5-Lenker-Mittelarm-Vorderradaufhängung, die eine verkürzte Spindellänge ermöglicht und gleichzeitig den Bauraumbedarf reduziert, z. B. indem sie ein niedrigeres Profil der Motorhaube und/oder einen größeren Reifendurchmesser zulässt. Die hier vorgestellten Aufhängungssysteme tragen auch zur Verbesserung des Fahrverhaltens und der Belastung des Lenksystems bei, indem sie den Nachlauf und den Schlupf beim Lenken verringern. Dies wird erreicht, indem die Spreizung der Oberlenkergelenke vergrößert wird, um dadurch den Achsschenkelwinkel und die Achsschenkelgeometrieveränderung beim Lenken im Vergleich zu anderen Mehrgelenk-Vorderradaufhängungen zu verringern. Diese Optionen können für vollelektrische Fahrzeuge (FEV) besonders vorteilhaft sein, weil: (1) FEVs haben keinen Verbrennungsmotor, so dass die vordere Motorhaube deutlich abgesenkt werden kann; (2) das hohe Drehmoment des Fahrmotors profitiert von einer Geometrie mit geringer Spindellänge; und (3) ein aktueller Trend bei Fahrzeugen mit Elektroantrieb sind große Reifenaußendurchmesser (OD).
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Mehrgelenk-Vorderradaufhängungen mittlerer Höhe für Kraftfahrzeuge. Eine Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung umfasst beispielsweise einen Achsschenkel, der drehbar an einer Radeinheit angebracht ist, z. B. über eine Achsnabe und eine Lageranordnung. Eine Spurstangenverbindung ist an ihrem äußeren Ende an einem speziellen Drehgelenk des Achsschenkels und an ihrem inneren Ende an einem Stellglied des Lenksystems (z. B. einer Zahnstangen-Ritzel-Baugruppe) befestigt. Mehrere untere Lenker, die sich hinter der Spurstangenverbindung befinden, haben jeweils ein innenliegendes Ende, das an einem speziellen Montageanschluss am Fahrzeugchassis befestigt ist, und ein außenliegendes Ende, das an einem speziellen Drehgelenk an einem unteren Ende des Achsschenkels befestigt ist. Ebenso haben mehrere obere Lenker, die sich hinter der Spurstangenverbindung befinden und vertikal von den unteren Lenkern beabstandet sind, jeweils ein innenliegendes Ende, das an einer speziellen Montageverbindung am Fahrzeugchassis befestigt ist, und ein außenliegendes Ende, das an einem speziellen Drehgelenk an einem oberen Ende des Achsschenkels befestigt ist. Die Drehgelenke der Lenkstangen befestigen die unteren und oberen Lenkstangen am Achsschenkel innerhalb der Radeinheit und unterhalb eines oberen Bereichs des Reifens der Radeinheit.
Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Kraftfahrzeuge, die mit Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung en mittlerer Höhe ausgestattet sind. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform zu bezeichnen, wie z. B. Personenkraftwagen (ICE, HEV, FEV, Brennstoffzelle, voll- und teilautonome Fahrzeuge usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Raupenfahrzeuge, Gelände- und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Flugzeuge, usw. In einem Beispiel umfasst ein Kraftfahrzeug ein Fahrzeugchassis (z. B. eine Einheitskarosserie oder eine Karosserie auf einem Rahmen) mit einem Fahrgastraum, mehreren Radeinheiten und anderen Standardausrüstungen. Eine Antriebsmaschine, bei der es sich um einen Verbrennungsmotor (ICE) und/oder einen elektrischen Fahrmotor handeln kann, treibt selektiv eines oder mehrere der Räder an, um das Fahrzeug anzutreiben.
Um die Diskussion des obigen Beispiels fortzusetzen, umfasst das Fahrzeug auch mehrere Mehrgelenk-Aufhängungsanordnungen. Jede Aufhängungsbaugruppe umfasst einen Achsschenkel, der drehbar an einer der Radeinheiten des Fahrzeugs angebracht ist, und eine Spurstangenverbindung, die an einem entsprechenden Drehgelenk des Achsschenkels befestigt ist. Hinter der Spurstange befindet sich ein Paar untere Lenkstangen, von denen jede ein innenliegendes Ende hat, das an einer entsprechenden Befestigungsverbindung am Fahrzeugchassis angebracht ist, und ein außenliegendes Ende, das an einem entsprechenden Drehgelenk an einem unteren Ende des Achsschenkels angebracht ist. Hinter der Spurstange und vertikal beabstandet von den unteren Lenkern befindet sich ein Paar oberer Lenker, von denen jeder ein innenliegendes Ende hat, das an einer entsprechenden Befestigungsverbindung am Fahrzeugchassis angebracht ist, und ein außenliegendes Ende, das an einem entsprechenden Drehgelenk an einem oberen Ende des Achsschenkels angebracht ist. Die Drehgelenke der Querlenker befestigen die oberen und unteren Querlenker am Achsschenkel an Stellen, die sich innerhalb der Radeinheit und unterhalb des oberen Bereichs des Reifens befinden.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auch auf Fertigungssysteme und -verfahren zur Herstellung von Aufhängungsbaugruppen und/oder Kraftfahrzeugen. In einem Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung für ein Kraftfahrzeug vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale: Anbringen einer Spurstangenverbindung (TBL) an einem TBL-Drehgelenk eines Achsschenkels, wobei der Achsschenkel so konfiguriert ist, dass er drehbar an der Radeinheit angebracht ist; Anbringen einer Vielzahl von unteren Steuerverbindungen (LCL) an dem Achsschenkel hinter der Spurstangenverbindung, wobei jede der unteren Steuerverbindungen ein entsprechendes LCL-Innenende aufweist, das so konfiguriert ist, dass es an einer entsprechenden LCL-Montageverbindung an dem Fahrzeugchassis angebracht wird, und ein entsprechendes LCL-Außenende, das an einem entsprechenden LCL-Drehgelenk an einem unteren Ende des Achsschenkels angebracht ist; und Anbringen einer Vielzahl von oberen Steuerverbindungen (UCL) an dem Achsschenkel hinter der Spurstangenverbindung und vertikal beabstandet von den unteren Steuerverbindungen, wobei jede der oberen Steuerverbindungen ein entsprechendes UCL-Innenende aufweist, das so konfiguriert ist, dass es an einer entsprechenden UCL-Montageverbindung an dem Fahrzeugchassis angebracht wird, und ein entsprechendes UCL-Außenende, das an einem entsprechenden UCL-Drehgelenk an einem oberen Ende des Achsschenkels angebracht ist, wobei die UCL- und LCL-Drehgelenke die oberen und unteren Steuerverbindungen an dem Achsschenkel innenliegend von der Radeinheit und unterhalb einer oberen Ausdehnung des Reifens befestigen.
Bei allen offenbarten Aufhängungsbaugruppen, Verfahren und Fahrzeugen können die äußeren Enden der oberen Steuerlenker um einen ersten horizontalen Abstand voneinander beabstandet sein. In diesem Fall können die inneren Enden der oberen Steuerlenker um einen zweiten horizontalen Abstand voneinander beabstandet sein, der größer ist als der erste horizontale Abstand, so dass die oberen Steuerlenker in einer ersten V-förmigen Konfiguration angeordnet sind. In gleicher Weise können die äußeren Enden der unteren Steuerlenker um einen dritten horizontalen Abstand voneinander beabstandet sein. In diesem Fall können die inneren Enden der unteren Steuerlenker um einen vierten horizontalen Abstand voneinander beabstandet sein, der größer ist als der dritte horizontale Abstand, so dass die oberen Steuerlenker in einer zweiten V-förmigen Konfiguration angeordnet sind.
Bei allen offenbarten Aufhängungsbaugruppen, Verfahren und Fahrzeugen können die äußeren Enden der oberen Steuerlenker von den äußeren Enden der unteren Steuerlenker nach innen beabstandet sein. Ebenso können die innenliegenden Enden der oberen Steuerlenker von den innenliegenden Enden der unteren Steuerlenker nach außen beabstandet sein. Als weitere Option können die Steuerlenker-Befestigungsverbindungen am Fahrzeugchassis jeweils einen horizontalen Buchsenstift aufweisen; die innenliegenden Enden der unteren und oberen Steuerlenker können jeweils ein Buchsengehäuse aufweisen, in dem einer der horizontalen Buchsenstifte aufgenommen wird. Die Querlenker-Drehgelenke am Achsschenkel können jeweils einen Lagerbolzen eines Gelenklagers enthalten. In diesem Fall können die äußeren Enden der unteren und oberen Querlenker jeweils eine entsprechende Lagerbuchse aufweisen, die ein kugelförmiges Ende eines der Lagerbolzen aufnimmt.
Bei allen offenbarten Aufhängungsbaugruppen, Verfahren und Fahrzeugen kann der Achsschenkel mit einer zentralen Nabe hergestellt werden, die über eine Achsnabenbaugruppe drehbar an der Radeinheit befestigt ist. Von der zentralen Nabe können mehrere Befestigungsarme radial nach außen ragen: ein Spurstangen-Befestigungsarm umfasst einen horizontalen Flansch, an dem das Drehgelenk der Spurstange an der Spurstangenverbindung befestigt ist; ein unterer Steuerlenker-Befestigungsarm umfasst einen horizontalen Flansch, an dem die Drehgelenke der Steuerlenker an den unteren Steuerlenkern befestigt sind; und ein oberer Steuerlenker-Befestigungsarm umfasst einen horizontalen Flansch, an dem die Drehgelenke der Steuerlenker an den oberen Steuerlenkern befestigt sind.
Bei allen offenbarten Aufhängungsbaugruppen, -verfahren und -fahrzeugen kann die Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung einen Stabilisatorlenker umfassen, der schwenkbar am Achsschenkel in der Nähe der Drehgelenke des oberen Querlenkers angebracht ist und sich von den oberen Querlenkern nach unten erstreckt. Als weitere Option kann die Aufhängungsbaugruppe eine Stoßdämpferbaugruppe und ein Stoßdämpferjoch umfassen, das das untere Ende der Stoßdämpferbaugruppe mit einem der unteren Lenker verbindet. In diesem Fall befindet sich jedes der oberen Steuergelenke auf einer Seite der Stoßdämpferbaugruppe. Es kann wünschenswert sein, dass jedes Steuerglied als separates Bauteil hergestellt wird, das sich strukturell, z. B. in Länge und Form, von den anderen Steuergliedern unterscheidet.
Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Auführungsformen zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung leicht ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus schließt diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale ein.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit einer Inspektionsansicht einer Vorderradeinheit, die auf einer Mehrgelenk-Vorderradaufhängung mit mittlerer Höhe in Übereinstimmung mit den Aspekten der vorliegenden Offenbarung gelagert ist.
2 ist eine nach hinten gerichtete perspektivische Darstellung einer repräsentativen Mehrgelenk-Vorderradaufhängung mit mittlerer Höhe gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
3 ist eine erhöhte perspektivische Ansicht der repräsentativen Aufhängungsbaugruppe von 2, wobei die Radeinheit, der Stabilisator und der Achsschenkel entfernt sind.
4 ist eine Draufsicht auf die repräsentative Aufhängungsanordnung von 3.

Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Figuren dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie zum Beispiel von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung dienen. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die z. B. in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Beschreibung“, „Beschreibung der Zeichnungen“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht ausdrücklich in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung noch auf andere Weise. Darüber hinaus sind die hier besprochenen Figuren möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Lehrzwecken. Daher sind die in den Abbildungen dargestellten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „hat“ und Permutationen davon bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung wie „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier im Sinne von „bei, nahe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder einer beliebigen logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können sich richtungsbezogene Adjektive und Adverbien wie „vorn“, „hinten“, „innen“, „außen“, „steuerbord“, „backbord“, „vertikal“, „horizontal“, „nach oben“, „nach unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“ usw. auf ein Kraftfahrzeug beziehen, z. B. auf die Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug auf einer horizontalen Fahrfläche betrieben wird.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, zeigt 1 eine perspektivische Darstellung eines repräsentativen Kraftfahrzeugs, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Dreibox-Personenkraftwagen im Limousinenstil dargestellt wird. Das dargestellte Kraftfahrzeug 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neue Aspekte dieser Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Umsetzung der vorliegenden Konzepte in einer vorderen fahrerseitigen Eckbaugruppe eines Antriebsstrangs mit Hinterradantrieb (RWD) auch als eine repräsentative Umsetzung der hierin offenbarten neuen Konzepte verstanden werden. Es versteht sich von selbst, dass Aspekte der vorliegenden Offenbarung auch auf andere Kurvenbaugruppen angewandt, in alternativen Antriebsstrangkonfigurationen verwendet und in jeden logisch relevanten Kraftfahrzeugtyp eingebaut werden können. Schließlich sind nur ausgewählte Komponenten gezeigt worden und werden hier im Detail beschrieben. Nichtsdestotrotz können die im Folgenden beschriebenen Kraftfahrzeuge und Aufhängungssysteme zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten und Hardware zur Ausführung der verschiedenen Merkmale und Funktionen dieser Offenbarung enthalten.
In der Nähe eines vorderen Endes des Fahrzeugs 10, z. B. hinter einer vorderen Stoßfängerverkleidung 14 und vor einem Fahrgastraum 16, ist ein vorderes Eckmodul 12 angebracht, das in einem Radkasten positioniert ist, der zum Teil durch ein vorderes Kotflügelblech 18 der Fahrzeugkarosserie 20 definiert ist. Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, umfasst das vordere Eckmodul 12 Komponenten der vorderen Aufhängung, Lenkung und des Bremssystems zur Verbindung einer Radeinheit 22 mit der Fahrzeugkarosserie 20 innerhalb des Radkastens des Kotflügels 18. Diese Aufhängungs-, Lenkungs- und Bremssysteme können alle handelsüblichen oder später entwickelten Architekturen annehmen, einschließlich: elektromagnetische, hydraulische und Reibungsbremssysteme (Trommel- oder Scheibenbremsen); Ackermann-, Umlenk-, Servo- und By-Wire-Lenksysteme; unabhängige oder abhängige, aktive oder passive, Blattfeder-, Verbundlenker- oder Schraubenfeder-, Querlenker-, Längslenker- oder Mehrgelenk-Aufhängungssysteme, usw. Das vordere Eckmodul 12 in 1 wird im Allgemeinen durch einen Bremsrotor 24 einer vorderen Scheibenbremsenbaugruppe und eine Achsnaben- und -lagerbaugruppe 26 eines unabhängigen Aufhängungssystems dargestellt. Zwischen dem Bremsrotor 24 und einem Achsschenkel, einer Spindel, einem Federbein usw. des Lenk- und Aufhängungssystems befindet sich eine Staubabdeckung (oder „Spritzschutz“) 28, um diese Komponenten vor Straßenschmutz, Eis, Wasser usw. zu schützen.
Die Radeinheit 22 von 1 besteht im Allgemeinen aus einem Verbundreifen aus synthetischem Kautschuk 30, der ein Rad aus einem Metallverbundwerkstoff umgibt, das allgemein mit 32 bezeichnet ist. Unabhängig von der Art des Reifens, ob Ganzjahresreifen, Geländereifen, Geländereifen, Niederquerschnittsreifen, Schneereifen, Schlammreifen usw., kann der Reifen 30 eine mehrlagige Torusform mit einer äußeren Lauffläche haben, die die Traktion und damit das Fahrverhalten des Fahrzeugs verbessert. Ein typischer Radialluftreifen besteht beispielsweise aus einer Gummilauffläche, die von Metallgürteln, Deck- und Radialschichten überlagert wird, und einer Hauptkarkasse mit undehnbaren Wülsten, die am äußeren Umfang des Rades 32 abdichten. Der Reifen 30 kann mit einem Rückschlagventil vom Typ Schrader zur Regulierung des Reifendrucks ausgestattet sein. Wie üblich kann der Reifen 30 direkt auf die Struktur des Rades 32 montiert werden und Luft aufnehmen, ohne dass ein separater Schlauch erforderlich ist.
Das Metallrad 32 kann aus einer ringförmigen Trommel 34 bestehen, die an einer zentralen Radfläche 36 befestigt ist und diese umschreibt. In einem nicht einschränkenden Beispiel können die Radhülse 34 und die Radstirnfläche 36 von 1 ein einheitliches gegossenes oder geschmiedetes Schweißteil sein, das vollständig aus einem metallischen Werkstoff besteht, z. B. aus einer Aluminiumlegierung 356 für ein gegossenes Schweißteil und aus einer Aluminiumlegierung 6061 oder Aluminium 5454 für ein geschmiedetes Schweißteil. Eine Reihe von Speichen ist in Umfangsrichtung in gleichem Abstand um eine zentrale Radnabe 44 (1) angeordnet und ragt radial nach außen; die Nabe 44 und die Speichen bilden zusammen die Radfläche 36 der Radeinheit 22. Die zentrale Nabe 44 des Rades 32 und damit die Radbaugruppe 22 ist über eine kreisförmige Anordnung von Radmuttern 38 auf komplementären Bolzen der Naben-Lager-Baugruppe 26 zur gemeinsamen Drehung mit dem Rotor 24 montiert.
Um die Fahrqualität des Fahrzeugs mit ausgewogenen Fahreigenschaften zu optimieren, sorgt ein Mehrlenker-Fahrzeugaufhängungssystem für eine kontrollierte Relativbewegung - „Ausfedern“ und „Zurückfedern“ - zwischen den Laufrädern und dem tragenden Fahrgestell während des Fahrzeugbetriebs. Bei lenkbaren Rädern, wie z. B. den Vorderrädern auf der Fahrer- und Beifahrerseite, trägt das Aufhängungssystem auch dazu bei, Sturz und Nachlauf der Reifen zu regulieren, um die richtige Ausrichtung beizubehalten. 2 zeigt eine repräsentative 5-Lenker-Mittelarm-Vorderradaufhängung 50, die dazu beitragen kann, die Spindellängengeometrie einer Mittelarmaufhängung erheblich zu verkürzen und gleichzeitig das Fahrzeughandling durch Verringerung des Nachlaufs und der Sturzänderung während eines Lenkmanövers zu verbessern. Gemäß dem dargestellten Beispiel besteht die Aufhängungsbaugruppe 50 aus: einem Achsschenkel 52; einer Spurstangenverbindung (TBL) 54; einem Satz vorderer und hinterer unterer Steuerlenker (LCL) 56 bzw. 58; einem Satz vorderer und hinterer oberer Steuerlenker (UCL) 60 bzw. 62; einer Stoßdämpferbaugruppe 64; und einer Stabilisatorbaugruppe (SL) 66. Es versteht sich von selbst, dass die Aufhängungsbaugruppe 50 mehr, weniger oder alternative Komponenten zu den in den Zeichnungen gezeigten umfassen kann, wie z. B. eine Luftfeder mit variablem Druck, eine Schrauben- oder Blattdämpferfeder, eine Federbeinbaugruppe, usw.
Um das Fahrzeug 10 bei der Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt zu lenken, ermöglicht die Spurstangenverbindung 54 ein selektives Schwenken der Radeinheit 22 auf dem Achsschenkel 52 relativ zur Fahrzeugkarosserie 20, die eine Unibody- oder Body-on-Frame-Konstruktion sein kann. Ein äußeres Ende der länglichen Spurstangenverbindung 54, z. B. das am weitesten von der Fahrzeugmittellinie entfernte Längsende, ist an einem speziellen TBL-Drehgelenk 68 des Achsschenkels 52 befestigt. Umgekehrt wird ein innenliegendes Ende der Spurstangenverbindung 54, z. B. das Längsende, das sich am nächsten zur Fahrzeugmittellinie befindet, über einen Spurstangenkrümmer an einem Aktuator des Lenksystems, z. B. an der Zahnstange einer Zahnstangenlenkung, befestigt. Um eine freie Drehung in mehreren Ebenen zu ermöglichen, kann das Drehgelenk 68, das die Spurstange 54 mit dem Achsschenkel 52 verbindet, als Kugellager ausgeführt sein, z. B. als hochpräzises Kugelgelenk.
Die Stoßdämpferbaugruppe 64 trägt dazu bei, Stoßimpulse zu absorbieren und zu dämpfen, die während des Betriebs des Fahrzeugs durch eine inhomogene Fahrbahn erzeugt werden (siehe 2). Die Stoßdämpferbaugruppe 64 besteht im Allgemeinen aus einem pneumatischen oder hydraulischen Zylinder 70 mit einem hin- und hergehenden Kolbenkopf (nicht sichtbar), der in einer abgedichteten Fluidkammer innerhalb des Zylinders 70 gleitend beweglich ist. Ein oberer Montagekopf 74 befestigt den Kolbenkopf beweglich am Fahrzeugchassis über eine Kolbenstange 72, die durch ein oberes Ende des Luftzylinders 70 ragt. Ein Stoßbügel 76 koppelt einen unteren Befestigungskopf 75 am unteren Ende des Stoßdämpferzylinders 70 mit dem vorderen unteren Steuerlenker 56, z. B. über ein U-Drehgelenk. Bei dieser Anordnung befinden sich die vorderen und hinteren oberen Steuerlenker 60, 62 auf der vorderen bzw. hinteren Seite der Stoßdämpferbaugruppe 64, während der Steuerlenker 56 und das Stoßdämpferjoch 76 zwischen dem Zugstangenglied 54 und dem hinteren unteren Steuerlenker 58 angeordnet sind.
Um die von der Radeinheit 22 während des Fahrzeugbetriebs aufgenommenen Torsionskräfte abzumildern, erstreckt sich eine optionale Stabilisatorlenker-Baugruppe 66 von der Radeinheit 22 nach innen, nach unten vom Achsschenkel 52 und den oberen Steuerlenkern 60, 62, wickelt sich um die vordere Fläche der Dämpferbaugruppe 64 und wird in eine Stabilisatorstangenklemme 78 eingesetzt, die hinter der Stoßdämpferbaugruppe 64 mit dem Fahrzeugchassis verbunden ist. Ein äußeres Ende eines Stabilisatorlenkers 80 ist über ein oberes SL-Gelenk 82 (z. B. ein horizontales Kugelgelenk) schwenkbar an einer nach innen weisenden Fläche des Achsschenkels 52 in der Nähe der Achsschenkel-Befestigungspunkte für die oberen Querlenker 60, 62 angebracht. Das innen liegende Ende des Stabilisatorlenkers 80 ist dagegen über ein unteres SL-Gelenk 84 mit einer Stabilisatorstange 86 verbunden, die den Stabilisatorlenker 80 drehbar mit der Stabilisatorstangenklemme 78 koppelt.
Der Achsschenkel 52, der als strukturelles Zwischenglied für die Lenkung, Aufhängung und Bremssysteme des Fahrzeugs fungiert, ist charakteristischerweise eine gegossene und bearbeitete, einteilige Metallstruktur, die die verschiedenen Komponenten des vorderen Eckmoduls 12 physisch trägt. Gemäß dem gezeigten Beispiel umfasst der Achsschenkel 52 eine hohle zentrale Nabe 51, die über die Achsnaben- und Lagerbaugruppe 26 drehbar an der Radeinheit 22 angebracht ist. Von der zentralen Nabe 51 ragen drei angeformte Befestigungsarme radial nach außen: ein nach vorne ragender TBL-Befestigungsarm 53 mit einem eigenen horizontalen Flansch, der das TBL-Drehgelenk 68 stützt, das die Spurstangenverbindung 54 am Achsschenkel 52 befestigt; ein nach unten und nach innen ragender LCL-Befestigungsarm 55 mit einem eigenen horizontalen Flansch, der zwei LCL-Drehgelenke 88, 100 stützt, die die unteren Steuerverbindungen 56, 58 am Achsschenkel 52 befestigen; und einen nach oben und innen ragenden UCL-Befestigungsarm 57 mit einem Flansch, der sich an zwei UCL-Drehgelenken 90, 102 abstützt, mit denen die oberen Querlenker 60, 62 am Achsschenkel 52 befestigt sind. Ähnlich wie das Drehgelenk 68 der Spurstange können die Steuergelenk-Drehgelenke 88, 100 und 90, 102 einfache Kugellager sein, wie z. B. hochpräzise Kugelgelenke. Die hier vorgestellten Drehgelenkschnittstellen können alternativ auch Bogengelenke, T-Stücke oder andere geeignete mechanische Gelenkkonfigurationen umfassen.
Die vier Achsschenkellenker 56, 58, 60, 62 sind alle hinter der Spurstangenverbindung 54 angeordnet, wobei die oberen Lenker 60, 62 vertikal von den unteren Lenkern 56, 58 beabstandet sind (siehe 2-4). Das innere Ende jedes unteren Lenkers 56, 58 ist an einer separaten Befestigungsverbindung MJ₁ und MJ₂ am Fahrzeugchassis (z. B. an einer Karosseriehalterung oder einem Rahmenträger) befestigt. Die äußeren Enden der unteren Lenker 56, 58 sind dagegen über unabhängige LCL-Drehgelenke 88, 100 am LCL-Montagearm 55 befestigt, der schräg vom unteren Ende des Achsschenkels 52 absteht. Ebenso wird ein innenliegendes Ende jedes oberen Lenkers 60, 62 an einer separaten Befestigungsverbindung MJ₃ und MJ₄ am Fahrzeugchassis befestigt. Umgekehrt sind die äußeren Enden jedes Steuergelenks 60, 62 über unabhängige Drehgelenke 90, 102 an dem UCL-Montagearm 57 befestigt, der schräg vom oberen Ende des Achsschenkels 52 absteht. Aus konstruktiven und fertigungstechnischen Gründen kann es erforderlich sein, dass die unteren Steuerlenker 56, 58 an einem gemeinsamen Flansch eines gemeinsamen Befestigungsarms 55 und die oberen Steuerlenker 60, 62 an einem gemeinsamen Flansch eines gemeinsamen Befestigungsarms 55 befestigt werden. Optional kann jedes Steuerglied 56, 58, 60, 62 mit einem eigenen, vom Achsschenkel 52 abstehenden Befestigungsarm gekoppelt werden.
In Übereinstimmung mit der repräsentativen 5-Lenker-Aufhängungsbaugruppe 50 der 2 bis 4 können alle vier Befestigungsverbindungen der Steuerlenker MJ₁ bis MJ₄ am Fahrzeugchassis unabhängige Gleitlager darstellen, um eine vertikale Verschiebung zwischen dem Achsschenkel 52 und dem Fahrzeugaufbau 20 zu ermöglichen.
Insbesondere können die unteren Montageverbindungen MJ₁, MJ₂ und die oberen Montageverbindungen MJ₃, MJ₄ jeweils einen horizontalen Buchsenstift 92 und 94 ( 4) aufweisen, der in einer entsprechenden U-förmigen Halterung (nicht dargestellt) befestigt ist. Die inneren Enden der unteren und oberen Steuerglieder 56, 58, 60, 62 sind mit entsprechenden Buchsengehäusen 96 und 98 versehen, die einen der horizontalen Buchsenstifte 92, 94 aufnehmen.
Die Drehbewegung zwischen dem Achsschenkel 52 und der Fahrzeugkarosserie 20 kann durch Drehgelenke am Achsschenkel 52 ermöglicht werden, die als unabhängige, gleitende Gelenklagerbaugruppen ausgeführt sind. Jedes Drehgelenk verfügt über einen entsprechenden Lagerbolzen 88, 90 mit einem unteren Gewindeende, das mit einem komplementären konischen Mantel 104 (2) verbunden ist, der in den Flansch des entsprechenden Befestigungsarms 55, 57 passt. Die äußeren Enden der unteren und oberen Steuerlenker 56, 58, 60, 62 enthalten entsprechende Lagerbuchsen 100 und 102, die jeweils in eine kugelförmige Spitze am oberen Ende eines der Lagerbolzen 88, 90 eingreifen. Wie dargestellt, ist jedes Steuerglied 56, 58, 60, 62 ein eigenständiges Bauteil, das sich strukturell von den anderen Steuergliedern unterscheidet (z. B. unterschiedliche gekrümmte Form und unterschiedliche Breiten und Längen).
Um eine 5-Lenker-Mittelarm-Aufhängungsarchitektur zu ermöglichen, sind die äußeren Enden der oberen Steuerlenker 60, 62 in einem ersten UCL-Horizontalabstand D_U1 voneinander beabstandet und die inneren Enden der oberen Steuerlenker 60, 62 sind in einem zweiten UCL-Horizontalabstand D_U2 voneinander beabstandet, der größer ist als der erste Horizontalabstand D_U1, so dass die oberen Steuerlenker 60, 62 in einer ersten V-förmigen Konfiguration angeordnet sind, wie am besten in 4 zu sehen. Gleichzeitig sind die äußeren Enden der unteren Steuerglieder 56, 58 um einen ersten horizontalen UCL-Abstand D voneinander beabstandet _L1 und die inneren Enden der unteren Steuerglieder 56, 58 sind um einen zweiten horizontalen UCL-Abstand D_L2 voneinander beabstandet, der größer ist als der erste horizontale Abstand D_L1, so dass die oberen Steuerglieder 56, 58 in einer zweiten V-förmigen Konfiguration angeordnet sind. Wie dargestellt, unterscheidet sich die V-förmige Anordnung der oberen Steuerlenker 60, 62 von der V-förmigen Anordnung der unteren Steuerlenker 56, 58, nämlich dass der innere horizontale Abstand D_U1 größer ist als der innere horizontale Abstand D_L1 und der äußere horizontale Abstand D_U2 größer ist als der äußere horizontale Abstand DL2. Durch diese Anordnung können die oberen Steuerlenker 60, 62 die Stoßdämpferbaugruppe 64 „umschlingen“.
Es kann wünschenswert sein, Originalausstattungen und Nachrüstungen mit vergrößerten Reifendurchmessern und tiefergelegten Fronthauben anzubieten, ohne dass es zu Konflikten zwischen den Steuergliedern und dem Radkasten kommt. Diese Optionen können durch die Anordnung aller vier Steuerlenker 56, 58, 60, 62 innerhalb der Radeinheit 22 ermöglicht werden, wobei die oberen Steuerlenker 60, 62 unterhalb einer oberen Schwelle T_UT (2) des Reifens 30 angeordnet sind. Insbesondere befestigen die UCL- und LCL-Drehgelenke die oberen und unteren Steuerlenker 56, 58, 60, 62 an den Achsschenkeln 52 innerhalb der Radeinheit 22 und unterhalb einer oberen Ausdehnung des Reifens 30. Wie in 4 am besten zu sehen ist, sind die äußeren Enden der oberen Lenker 60, 62 von den äußeren Enden der unteren Lenker 56, 58 nach innen beabstandet. Darüber hinaus sind die innenliegenden Enden der oberen Steuerlenker 60, 62 von den innenliegenden Enden der unteren Steuerlenker 56, 58 nach außen beabstandet.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden ausführlich unter Bezugnahme auf die abgebildeten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offenbarten Zusammensetzungen beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Rahmen der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus schließen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale ein.

Claims

Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei das Kraftfahrzeug ein Fahrzeugchassis und eine Radeinheit mit einem Reifen umfasst, wobei die Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung umfasst: einen Achsschenkel, der so konfiguriert ist, dass er drehbar an der Radeinheit angebracht ist; eine Spurstangenverbindung, TBL, die an einem TBL-Drehgelenk des Achsschenkels befestigt ist; eine Vielzahl von unteren Steuerverbindungen, LCL, die hinter der Spurstangenverbindung angeordnet sind, wobei jede der unteren Steuerverbindungen ein entsprechendes LCL-Innenende aufweist, das so konfiguriert ist, dass es an einer entsprechenden LCL-Befestigungsverbindung am Fahrzeugchassis angebracht ist, und ein entsprechendes LCL-Außenende, das an einem entsprechenden LCL-Drehgelenk an einem unteren Ende des Achsschenkels angebracht ist; und eine Vielzahl von oberen Steuerverbindungen, UCL, die hinter der Spurstangenverbindung angeordnet und vertikal von den unteren Steuerverbindungen beabstandet sind, wobei jede der oberen Steuerverbindungen ein entsprechendes UCL-Innenende aufweist, das so konfiguriert ist, dass es an einer entsprechenden UCL-Befestigungsverbindung am Fahrzeugchassis angebracht wird, und ein entsprechendes UCL-Außenende, das an einem entsprechenden UCL-Drehgelenk an einem oberen Ende des Achsschenkels angebracht ist, wobei die UCL- und LCL-Drehgelenke die oberen und unteren Lenkstangen am Achsschenkel innenliegend von der Radeinheit und unterhalb einer oberen Ausdehnung des Reifens befestigen.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die UCL-Außenenden der oberen Steuerlenker um einen ersten horizontalen UCL-Abstand voneinander beabstandet sind.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 2, wobei die UCL-Innenenden in einem zweiten horizontalen Abstand voneinander beabstandet sind, der größer als der erste horizontale Abstand des UCL ist, so dass die oberen Steuerlenker in einer ersten V-förmigen Konfiguration angeordnet sind.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 3, wobei die äußeren Enden der unteren Steuerlenker um einen ersten horizontalen Abstand voneinander beabstandet sind.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die innenliegenden Enden der LCL um einen zweiten horizontalen Abstand voneinander beabstandet sind, der größer ist als der erste horizontale Abstand der LCL, so dass die oberen Steuerlenker in einer zweiten V-förmigen Konfiguration angeordnet sind.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die UCL-Außenenden der oberen Steuerlenker von den LCL-Außenenden der unteren Steuerlenker nach innen beabstandet sind.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 6, wobei die inneren Enden der oberen Steuerlenker, UCL, von den inneren Enden der unteren Steuerlenker, LCL, nach außen beabstandet sind.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die LCL- und UCL-Montageverbindungen am Fahrzeugchassis jeweils einen horizontalen Buchsenstift aufweisen und wobei die innenliegenden Enden der unteren und oberen Steuerlenker von LCL und UCL jeweils ein Buchsengehäuse aufweisen, das so konfiguriert ist, dass es einen der horizontalen Buchsenstifte darin aufnimmt.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die LCL- und UCL-Drehgelenke am Achsschenkel entsprechende Lagerbolzen aufweisen und wobei die LCL- und UCL-Außenenden der unteren und oberen Steuerlenker jeweils eine entsprechende Lagerbuchse aufweisen, die so konfiguriert ist, dass sie darin einen entsprechenden der Lagerbolzen aufnimmt.
Mehrgelenk-Aufhängungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Achsschenkel eine zentrale Nabe aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie über eine Achsnabenanordnung drehbar an der Radeinheit angebracht ist.