-
Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mittels eines oberen und eines unteren Querlenkers und eines Längslenkers, die einesends mit einem Radträger verbunden und anderenendes gelenkig an einem zum Fahrzeug gehörenden Teil angelenkt sind, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Achskonstruktionen mit derartiger Radführung werden in Fachkreisen als Längs-Doppelquerlenkerachse oder als Sphärische Doppelquerlenkerachse bezeichnet. Deren Anlenkung kann entweder direkt am Fahrzeug oder an einem mit diesem über nachgiebige Lager verbundenen Hilfsrahmen sein. Durch das Zusammenwirken der drei Lenker kann das Eigenlenkverhalten und der Radsturz in geringem Maße beeinflusst werden. Der Abstimmungsaufwand ist dabei aber erheblich und durch die erzielbare Wirkung meist nicht gerechtfertigt.
-
Um höchsten Anforderungen an das Fahrverhalten auch in Grenzsituationen zu genügen, ist eine aktive Verstellung erforderlich. Bei bekannten Konstruktionen wird der Anlenkpunkt eines der Querlenker verlagert (z. B. Integralhinterachse von BMW, siehe WALLENTOWITZ, H.; DONGES, E.; WIMBERGER, J.: Die aktive Hinterachs-Kinematik (AHK) des BMW 850 Ci, 850 CSi. In: ATZ Automobiltechnische Zeitschrift, Bd. 94, 1992, H. 12, S. 618–628. - ISSN 0001-2785). Dabei handelt es sich aber um Radführungen mit mehr als drei Lenkern (Raumlenkerachsen), bei denen nicht nur sehr viele Teile vorkommen, sondern die kinematischen Verhältnisse und damit die Abstimmung wieder sehr kompliziert sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Hinterachse überhaupt als zweite Lenkachse zu gestalten. Damit alleine ist aber die ebenfalls erwünschte aktive Sturzänderung nicht zu erreichen.
-
Aus der gattungsbildenden
EP 1 070 609 A1 ist bekannt, dass ein Kraftfahrzeug mit einem System zur Steuerung des Sturzwinkels der Räder des Fahrzeugs in der Kurve ausgestattet ist, mit mindestens einer Vorder- und/ oder Hinterachse des Fahrzeugs für jedes Rad, und mit einem Aufhängungsmittel, das von einem Paar aus oberem und unterem Aufhängungsarm gebildet ist.
-
Die
US 4 796 720 A beschreibt ein Lenkungs- und Aufhängungssystem, welches alle vier Räder bei Kurvenfahrten und bei Geradeausfahrten lenkt und führt. Das Lenkungs- und Aufhängungssystem synchronisiert auch die gyroskopischen Kräfte der vier Räder während der Wende.
-
Die
US 4 515 390 A beschreibt ein Fahrwerks- und Aufhängungssystem, welches ein Fahrwerk aufweist, das schwenkbar durch ein Vorder- und Hinter-Subfahrwerk und durch Vorder- und Hinter-Zwischenfahrwerksfedern aufgehängt ist, welche nachgiebig die Schwenkbewegung des Fahrwerks relativ zum Vorder- und Hinter-Subfahrwerk einschränkt.
-
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine Radführung vorzuschlagen, die einfach und mit wenigen Bauteilen, eine leicht abstimmbare Veränderung von Sturz und Lenkwinkel (beides in einem sehr kleinen Winkelbereich) erlaubt.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
-
Erfindungsgemäß wird die Lösung der Aufgabe also dadurch erreicht, dass mittels eines oberen und eines unteren Querlenkers und eines Längslenkers, die einesends mit einem Radträger verbunden und anderenendes gelenkig an einem zum Fahrzeug gehörenden Teil angelenkt sind, wobei der obere und der untere Querlenker mit ihren Enden an der Fahrzeuginnenseite an einem Zentralrahmen angelenkt sind, der seinerseits um eine in der Fahrzeugmitte in Längsrichtung verlaufende Achse schwenkbar ist, welche Achse in Höhe der Anlenkpunkte der oberen Querlenker liegt und wobei zum Verschwenken des Zentralrahmens ein Aktuator an diesem angreift, wobei der Längslenker am Fahrzeugkörper gelagert ist.
-
Das Verschwenken des ganzen Zentralrahmens im Zusammenwirken mit den Längslenkern bringt dank übersichtlicher Kinematik die erwünschte Verstellung beider Größen in leicht aufeinander abstimmbarer Weise, ohne dass weitere Lenker erforderlich wären. Der um die hochgelagerte Achse schwenkbare Zentralrahmen ermöglicht die Verlagerung der Anlenkpunkte der oberen und unteren Querlenker auf Kreisbahnen mit verschiedenem Radius. Das bewirkt direkt die Sturzänderung und indirekt (weil sich dadurch auch der Abstand des Radträgers von der Fahrzeugmitte ändert) eine Änderung des Lenkwinkels.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform bildet der Zentralrahmen in vertikaler Längsansicht ungefähr ein Rechteck, in dessen Eckpunkte die Anlenkpunkte der Querlenker gelegt sind und in der Mitte zwischen den Anlenkpunkten der oberen Querlenker die längsgerichtete Schwenkachse angeordnet ist. So lässt er sich trotz geringen Gewichtes und Raumbedarfes mit hoher Steifigkeit ausstatten. Des weiteren ist es vorteilhaft, den Aktuator in der Mitte zwischen den Anlenkpunkten der unteren Querlenker angreifen zu lassen.
-
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles beschrieben und erläutert. Es stellen dar:
-
1: Eine axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäßen Radführung,
-
2: eine vergrößerte Ansicht gemäß B in 1.
-
In 1 ist die Hinterachse eines Kraftfahrzeuges ohne dessen Antriebselemente schematisch dargestellt. Sie umfasst die erfindungsgemäßen Radaufhängungen der Hinterräder. Die Längsachse des Kraftfahrzeuges ist mit 1 bezeichnet, weiters ist ein Koordinatenkreuz mit den im Kraftfahrzeugbau üblichen x, y- und z-Richtungen eingezeichnet. Da die Radaufhängungen naturgemäß symmetrisch sind, wird im Folgenden nur eine Seite beschrieben, was dann jeweils auch für die andere Seite zutrifft.
-
Die Räder 2, 3 sind nur schematisch als Scheibe dargestellt, die den Boden im Radaufstandspunkt 4 berührt. Der Mittelpunkt der Scheibe ist der Radmittelpunkt x. Schneidet man eine y-z-Ebene, die durch Punkt x geht, mit der Radscheibe, so erhält man die Schnittlinie 5. Der Winkel zwischen dieser Schnittlinie und einer Senkrechten ist der Sturzwinkel. Der Winkel zwischen den Linien 5 und 5' ist die Änderung des Sturzwinkels. Schneidet man eine x-y-Ebene, die den Punkt x enthält, mit der Radscheibe, so erhält man die Schnittlinie 7. Der Winkel zwischen dieser Schnittlinie 7 und der x-Achse ist der Lenkwinkel. Die Linie 5 nimmt bei einer durch die Achskinematik verursachten Verlagerung des Radaufstandspunktes 4 die Lage 5' ein. Wenn man die Radscheibe 2 mit einer durch dessen Laufachse gehenden x-, y-Ebene schneidet, erhält man eine Schnittlinie 7. Die Schnittlinie 7 spannt bei achskinematisch bedingter Verlagerung (7') mit dieser einen Lenkwinkel 8 auf.
-
Die Laufachse der Räder 2, 3 ist durch einen Radträger 10 bestimmt, der mit einem Längslenker 11 einstückig oder fest verbunden ist. Der Längslenker 11 ist bei 12 mittels eines ersten sphärischen Gelenkes gelagert. Weiters hat der Radträger 10 in einigem horizontalem Abstand ein zweites sphärisches Gelenk 13 zur Verbindung mit einem oberen Querlenker 14 und ein drittes sphärisches Gelenk 15 zur Verbindung mit einem unteren Querlenker 16. Die beiden Querlenker 14, 16 sind mittels eines vierten sphärischen Gelenkes 17 und eines fünften sphärischen Gelenkes 18 an einem verschwenkbaren Zentralrahmen 20 angelenkt.
-
Der verschwenkbare Zentralrahmen 20 ist ungefähr rechteckig und liegt ungefähr in einer y-, z-Ebene. An seinen Ecken sind die Anlenkpunkte 17, 21 der oberen Querlenker 14 und die Anlenkpunkte 18, 22 der unteren Querlenker 16. Ungefähr in Höhe der Verbindungslinie der oberen Anlenkpunkte 17, 21 hat der Zentralrahmen 20 in dem abgebildeten Ausführungsbeispiel in x-Richtung verlaufende Fortsätze, die eine Achse 24 bilden.
-
Diese Achse 24 ist in Lagern 25, 26 drehbar gelagert, sodass der Zentralrahmen 20 um diese Achse mittels eines Aktuators 27 verschwenkbar ist. Der Abstand zwischen den Lagern 25, 26 in x-Richtung soll möglichst groß sein, damit der Zentralrahmen 20 möglichst gut geführt ist und möglichst große Kräfte aufnehmen kann. Dabei kann die Achse 24 auch nur eine gedachte Achse sein, um die der Zentralrahmen 20 in anderen Führungen verschwenkbar ist.
-
Die Lage der Achse 24 in z-Richtung ist ungefähr in der Verbindungslinie der Anlenkpunkte 17, 21, kann aber auslegungsbedingt auch darüber oder etwas darunter sein. Der Zentralrahmen 20 ist eine steife Konstruktion aus geschlossenen Profilen, die sich abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel zusätzlich in die x-Richtung erstrecken kann. Zwischen der Achse 24 und dem Angriffspunkt 28 des Aktuators 27 ist hier eine Verstärkung 23 vorgesehen. Der Aktuator 27 stützt sich wieder auf einem Stützpunkt 29 ab. Für die Lage des Aktuators 27, dessen Wirkungsweise und dessen Angriffspunkt gibt es im Rahmen der Erfindung viele Möglichkeiten. Wesentlich ist, dass der Aktuator 27 ein Verschwenken des Zentralrahmens 20 um die Achse 24 bewirkt. Die Verbindung zwischen der beschriebenen Radaufhängung und dem Fahrzeugkörper erfolgt mittels der sphärischen Gelenke 12, der Lager 25, 26, der Achse 24 und des Stützpunktes 29 des Aktuators 27. Diese sind entweder direkt am Fahrzeugkörper befestigt, oder an einem ebensowenig dargestellten Hilfsrahmen, der schwingungsentkoppelt mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist.
-
In 2 ist die Kinematik und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Radaufhängung erkennbar. In ihr ist der Zentralrahmen 20 in seiner Neutralstellung und in einer geringfügig im Uhrzeigersinn verschwenkten Stellung 20' zu sehen. Bei der Schwenkbewegung werden die Anlenkpunkte 17, 18 auf Kreisbögen verschiedener Radien 37, 38 verlagert. Weil sich die Schwenkachse 24 ungefähr in Höhe des oberen Anlenkpunktes 17 befindet, sind die Radien und damit auch die Komponenten der Verlagerung in der y-Richtung verschieden groß. Das führt dazu, dass sich das zweite sphärische Gelenk 13 zwischen dem oberen Querlenker 14 und dem Radträger 10 in y-Richtung praktisch nicht verlagert, das untere sphärische Gelenk 15 jedoch schon, in die Stellung 15'. Dabei ändert sich der Sturzwinkel 6.
-
Da sich bei dem Verschwenken des Radträgers 10 auch dessen Position in y-Richtung ändert, dieser aber über das erste sphärische Gelenk 12 mit dem Fahrzeugkörper verbunden ist, ändert sich auch der Lenkwinkel, um den in 1 mit 8 bezeichneten Winkel. Mit der Wahl weniger Dimensionen des Zentralrahmens 20 können so Sturzänderung 6 und Lenkwinkeländerung 8 aufeinander abgestimmt werden. So wird etwa durch das Verkleinern des Abstandes zwischen den Anlenkpunkten 17, 18 der beiden Querlenker 14, 16 die auf die Sturzänderung bezogene Lenkwinkeländerung größer und bei Absenken der Achse 24 bezüglich der oberen Anlenkpunkte 17, 21 kleiner. Der Radius 29 des Kreisbogens, auf dem der Angriffspunkt 28 des Aktuators 27 sich bewegt, beeinflußt naturgemäß die Betätigungskraft. Insgesamt sind die kinematischen Verhältnisse so einfach, dass die Abstimmung mit geringem Aufwand möglich ist.
