DE1112415B

DE1112415B - Steering knuckle for vehicles

Info

Publication number: DE1112415B
Application number: DEF26222A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dirk Forkel
Original assignee: DIRK FORKEL DR ING
Current assignee: DIRK FORKEL DR ING
Priority date: 1958-07-21
Filing date: 1958-07-21
Publication date: 1961-08-03

Description

Achsschenkel-Lenkung für Fährzeuge Die Erfindung betrifft eine Achsschenkel-Lenkung für Kraftfahrzeuge mit zwei oder mehr gelenkten Rädern, bei der die Lenkbewegung zwischen den gelenkten Rädern durch Spurhebel, geteilte Spurstangen und Lenkhebel übertragen wird.Steering knuckle for vehicles The invention relates to a steering knuckle for motor vehicles with two or more steered wheels, in which the steering movement between the steered wheels by means of track levers, split tie rods and steering levers is transmitted.

Es ist bekannt, die gelenkten Räder über eine an den Spurhebeln angreifende ungeteilte Spurstange zu verbinden, so daß ein Gelenkviereck entsteht (Fig.1). Weiterhin ist es bekannt und besonders bei unabhängig aufgehängten Rädern üblich, die Spurstange geteilt auszuführen und die nicht an den Spurhebeln angreifenden Enden der beiden Spurstangenteile an einem Lenkhebel drehbar zu befestigen, der seinerseits am Fahrzeug drehbar gelagert ist, so daß zwei Gelenkvierecke entstehen (Fig. 2). Schließlich ist eine Ausgestaltung dieser Anordnung bekannt, bei der jedes dieser Gelenkvierecke einen gesonderten Lenkhebel hat, wobei dann beide Lenkhebel z. B. durch eine Verbindungsstange miteinander verbunden sind (Fig. 3). Darüber hinaus sind Anordnungen bekannt, bei denen in Abwandlung von Fig. 2 und 3 die Spurstangen vor der Vorderachse liegen oder bei denen die Spurhebel und Lenkhebel auf verschiedenen Seiten der Spurstange liegen, so daß sich beide Hebel gegenläufig bewegen.It is known that the steered wheels have an acting on the track levers to connect undivided tie rod, so that a four-bar linkage arises (Fig. 1). Farther it is known and especially common for independently suspended wheels, the tie rod to be carried out divided and the ends of the two that do not act on the track levers To fasten tie rod parts rotatably on a steering lever, which in turn on the vehicle is rotatably mounted, so that two hinge quadrilaterals are created (Fig. 2). In the end an embodiment of this arrangement is known in which each of these hinge quadrilaterals has a separate steering lever, then both steering levers z. B. by a connecting rod are connected to each other (Fig. 3). In addition, arrangements are known at which, in a modification of FIGS. 2 and 3, the tie rods are in front of the front axle or where the toe arms and steering arms are on different sides of the tie rod so that both levers move in opposite directions.

Die Auslegung einer solchen Lenkung soll möglichst so erfolgen, daß der Lenkfehler 0 (Fig.4) im ganzen Einschlagwinkelbereich möglichst klein bleibt, d. h., zu jedem Außenrad-Einschlagwinkel a soll sich ein Innenrad-Einschlagwinkel ß ergeben, der von dem angestrebten Wert ßsoll möglichst wenig abweicht. Dieser Sollwert ist durch die bekannte Bedingung für fehlerfreie Lenkung ctg ßsoll = etg a - geä geben, wobei ä das Verhältnis vom Abstand der Lenkzapfen b zum Radstand a des Fahrzeuges bedeutet. Als Nebenbedingung ist zu berücksichtigen, daß der Übertragungswinkel #t (Fig. 4) sich nicht zu weit der Endlage 0 oder 180° nähert.Such a steering should be designed so that the steering error 0 (Fig. 4) remains as small as possible in the entire steering angle range, that is, for each outer wheel steering angle a, an inner wheel steering angle ß should result which is as close as possible to the desired value ßsoll little deviates. This target value is given by the known condition for faultless steering ctg ßsoll = etg a - geä, where ä means the ratio of the distance between the steering pin b and the wheelbase a of the vehicle. As a secondary condition, it must be taken into account that the transmission angle #t (FIG. 4) does not approach the end position 0 or 180 ° too far.

Bei den bekannten Lenkungsanordnungen ergeben sich die in den Fig.5 bis 7 zusammengestellten Kurven für die kennzeichnenden Werte. In Fig. 5 ist die Winkeldifferenz der eingeschlagenen Vorderräder in Abhängigkeit vom Einschlagwinkel a des Außenrades in der voll ausgezeichneten Kurve dargestellt. Die unterbrochen gezeichnete Kurve stellt zum Ausgleich den angestrebten Verlauf (Sollkurve) dar. Die Differenz zwischen beiden Kurven ist der LenkfehIer 0, der in Fig.6 zur Verdeutlichung gesondert dargestelt ist. Fig.7 zeigt den Verlauf des kritischen Übertragungswinkels [t, der sich mit größer werdendem Einschlagwinkel immer mehr dem Wert 0 bzw. 180° nähert.In the case of the known steering arrangements, the results shown in FIG. 5 to 7 compiled curves for the characteristic values. In Fig. 5 is the Angle difference of the turned front wheels depending on the turning angle a of the outer wheel is shown in the fully marked curve. The interrupted The drawn curve represents the desired course (target curve) for compensation. The difference between the two curves is the steering error 0, which is shown in FIG. 6 for clarification is shown separately. 7 shows the course of the critical transmission angle [t, which becomes more and more the value 0 or 180 ° as the steering angle increases approaching.

Alle diese Lenkungen haben mehr oder weniger stark ausgeprägt folgende Nachteile: 1. Der größtmögliche Einschlagwinkel ist praktisch durch den Übertragungswinkel #t am kurveninneren Rad begrenzt, der mit größer werdendem Einschlag seiner Endlage zustrebt. Dieser Nachteil macht sich besonders bemerkbar, wenn ein kleiner Spurkreisdurchmesser gewünscht wird.All of these controls have the following to a greater or lesser extent Disadvantages: 1. The largest possible steering angle is practical due to the transmission angle #t limited at the wheel on the inside of the curve, which is limited as its end position increases strives towards. This disadvantage is particularly noticeable when the turning circle diameter is small it is asked for.

2. Das Voreilen des kurveninneren Rades gegenüber der Sollstellung beim Größteinschlag bedingt vorzeitiges Erreichen einer etwa durch das Fahrgestell gegebenen Einschlagwinkelbegrenzung. Das kurvenäußere Rad kann somit die zugeordnete Stellung nicht erreichen, wodurch auch der dem vorgegebenen größten Innenrad-Einschlagwinkel entsprechende Drehkreisdurchmesser nicht erreicht werden kann.2. The leading of the wheel on the inside of the curve compared to the target position in the case of the largest felling, a premature reaching of, for example, is caused by the chassis given steering angle limitation. The wheel on the outside of the curve can thus be assigned Not reaching position, which also results in the specified largest internal wheel steering angle corresponding turning circle diameter cannot be achieved.

3. Der Lenkfehler nimmt im mittleren und insbesondere im oberen Einschlagwinkelbereich Absolutwerte von mehreren Winkelgraden an, wodurch zusätzlicher Reifenverschleiß und vergrößerte Rutschneigung entstehen.3. The steering error increases in the middle and especially in the upper steering angle range Absolute values of several degrees of angle, resulting in additional tire wear and increased tendency to slip.

4. Der unter 3 angeführte Nachteil wird durch entsprechende Bemessung oft dadurch gemildert, daß der zweite Nullpunkt der Lenkfehlerkurve in die Nähe des größten Einschlagwinkels verlegt wird. Dadurch wird jedoch der Lenkfehler in dem häufig benutzten mittleren Bereich entsprechend vergrößert.4. The disadvantage mentioned under 3 is made by appropriate assessment often mitigated by the fact that the second zero point of the steering error curve is in the vicinity the largest steering angle is laid. However, this eliminates the steering error in enlarged according to the frequently used central area.

Es sind weiterhin Lenkausführungen bekannt, bei denen durch entsprechende Bemessung jeweils einer der genannten Nachteile vermieden wird, wobei jedoch ein anderer verstärkt in Kauf genommen werden muß. Zur Vermeidung dieser Nachteile sind Lenkanordnungen bekannt, die andere Bauelemente, wie Gleitführungen, Zahnräder u. a., mit größerem konstruktivem Aufwand vorsehen.There are also steering designs known in which by appropriate Dimensioning in each case one of the disadvantages mentioned is avoided, but one others must increasingly be accepted. To avoid these disadvantages are Steering arrangements known that other components, such as sliding guides, Provide gears, among others, with greater constructive effort.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile sämtlich gleichzeitig zu vermeiden und darüber hinaus Bestwerte für alle kennzeichnenden Größen der Lenkung ohne zusätzlichen Bauaufwand, d. h. nur mit den üblichen Konstruktionselementen, zu erreichen.The object of the invention is to address the disadvantages mentioned all at the same time to avoid and, moreover, the best values for all characteristic sizes of the steering without additional construction costs, d. H. only with the usual construction elements, to reach.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale, die gleichzeitig vorhanden sein müssen, erreicht: a) Die beiden festen Drehpunkte der aus Spurhebel, geteilter Spurstange und Lenkhebel gebildeten zwei Gelenkvierecke liegen in an sich bekannter Weise auf verschiedenen Seiten der Spurstangen.According to the invention, this object is achieved by the combination of the following Features that must be present at the same time achieved: a) The two fixed Pivot points of the two formed from the track lever, split tie rod and steering lever Articulated quadrilaterals lie in a manner known per se on different sides of the tie rods.

b) Das von der ungelenkten Fahrzeugachse aus gesehen links liegende Gelenkviereck hat in an sich bekannter Weise die Form eines Z.b) The one on the left as seen from the unguided vehicle axle The quadrangle has the shape of a Z in a manner known per se.

c) Die Winkel, welche die Spurstange in der Geradeausstellung mit dem Spurhebel und dem Lenkhebel bildet, sind untereinander gleich groß und kleiner als 90°, wie es an sich bekannt ist, und sind um so kleiner, je größer das Verhältnis Drehzapfenabstand zu Radabstand des Fahrzeuges ist.c) The angles which the tie rod in the straight ahead position with the track lever and the steering lever are equal in size and smaller than one another than 90 °, as it is known per se, and are the smaller, the larger the ratio The pivot spacing is to the wheelbase of the vehicle.

d) Die Winkel, welche die Verbindungslinie der beiden festen Drehpunkte mit dem Spurhebel und dem Lenkhebel in der Geradeausstellung bilden, sind in an sich bekannter Weise untereinander gleich und kleiner als die Winkel zwischen Spurstange und Spurhebel bzw. Lenkhebel und sind ebenfalls um so kleiner, je größer das Verhältnis Drehzapfenabstand zu Radstand des Fahrzeuges ist.d) The angles that form the line connecting the two fixed pivot points with the toe arm and the steering arm in the straight ahead position are in on is known to be equal to each other and smaller than the angle between the tie rod and toe levers or steering levers and are also smaller, the greater the ratio The distance between the pivot pin and the wheelbase of the vehicle is.

e) Die Spurstange ist kürzer als der Abstand der beiden festen Drehpunkte und ist um so kürzer, je größer das Verhältnis Drehzapfenabstand zu Radstand des Fahrzeuges ist.e) The tie rod is shorter than the distance between the two fixed pivot points and is shorter, the greater the pivot distance to wheelbase ratio of the Vehicle is.

Soll aus konstruktiven Gründen die Länge von Spurhebel und Lenkhebel ungleich ausgeführt werden, so werden ähnliche Ergebnisse wie bei der eben beschriebenen Ausführung mit gleicher Hebellänge dann erreicht, wenn die Spurhebellänge etwa unverändert bleibt, während mit der Vergrößerung des Lenkhebels der Winkel zwischen Lenkhebel und Spurstange in der Geradeausstellung größer und der Winkel zwischen Spurhebel und Spurstange etwa um den gleichen Betrag kleiner ist, wobei die Spurstange verkürzt wird, und umgekehrt.Should, for structural reasons, the length of the track lever and steering lever are carried out differently, the results will be similar to the one just described Execution with the same lever length is achieved when the track lever length remains roughly unchanged remains, while with the enlargement of the steering arm, the angle between the steering arm remains and tie rod in the straight ahead position is greater and the angle between tie rods and tie rod is smaller by approximately the same amount, the tie rod being shortened will, and vice versa.

Ausführungsbeispiele von Lenkanordnungen nach der Erfindung sind in den Fig. 8 bis 12 dargestellt. Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines der zwei Gelenkvierecke gemäß der Ausführung nach Fig.10 für ein Verhältnis Drehzapfenabstand b zu Radstand a = 0,3325. Dabei ist der Winkel zwischen der Verbindungslinie der festen Drehpunkte 1, deren Länge =1 gesetzt werden kann, und dem Spurhebel 2 bzw. Lenkhebel 4 = 72° und die Länge der Spurstange 3 = 0,965.Embodiments of steering assemblies according to the invention are in FIGS. 8 to 12 are shown. Figure 8 shows an embodiment of one of the two Articulated quadrilaterals according to the embodiment according to FIG. 10 for a pivot distance ratio b to wheelbase a = 0.3325. The angle between the connecting line is the fixed pivot points 1, the length of which can be set = 1, and the track lever 2 resp. Steering lever 4 = 72 ° and the length of the tie rod 3 = 0.965.

Eine Lenkanordnung unter spiegelbildlicher Verwendung der in Fig.8 dargestellten Gelenkvierecke zeigt Fig.9. Hier ist der Lenkhebel 4 mit seinem festen Drehpunkt 1 gemeinsamer Bestandteil beider Gelenkvierecke.A steering arrangement using the mirror image in Fig. 8 The illustrated hinge quadrilaterals are shown in Fig. 9. Here is the steering lever 4 with its fixed Pivot point 1 common part of both articulated quadrilaterals.

Eine weitere Ausgestaltung, bei der der Drehpunkt 1 der Lenkhebel weiter nach hinten gerückt ist, so daß die geteilten Spurstangen 3 sich mehr der Fahrzeuglängsrichtung nähern, ist in Fig.11 dargestellt. Im Extremfall können die Spurstangen auch etwa parallel zur Fahrzeuglängsachse liegen unter Beibehaltung der Ähnlichkeit der verwendeten Gelenkvierecke 6 (d. h. unter Beibehaltung der Winkel und Längenverhältnisse).Another embodiment in which the pivot point 1 is the steering lever is moved further back, so that the split tie rods 3 are more of the Approaching the longitudinal direction of the vehicle is shown in Fig. 11. In extreme cases, the Tie rods also lie roughly parallel to the vehicle's longitudinal axis while maintaining them the similarity of the quadrangles 6 used (i.e. while maintaining the angles and aspect ratios).

Fig.12 zeigt schließlich ebenfalls unter Verwendung des in Fig. 8 dargestellten Gelenkvierecks eine Anordnung, bei der die festen Drehpunkte 1 der Lenkhebel 4 nicht zusammenfallen. In diesem Falle ist zum Übertragen der Drehbewegung zwischen den beiden Drehpunkten ein Parallelogrammgestänge vorgesehen.FIG. 12 finally shows, also using the one in FIG. 8 An arrangement in which the fixed pivot points 1 of the Steering lever 4 do not collapse. In this case, the rotary motion is to be transmitted a parallelogram linkage is provided between the two pivot points.

Der Verlauf der kennzeichnenden Kurven für Lenkanordnungen mit erfindungsgemäß ausgebildeten Gelenkvierecken 6 ist in Fig.13 dargestellt. Aufgetragen ist die Einschlagwinkeldifferenz ,8 - a (Fig. 4) über dem Außenradeinschlagwinkel a. Während der anzustrebende Sollverlauf mit 7 bezeichnet ist, zeigt die Kurve 8 den aus einer ausgeführten Lenkung üblicher Art ermittelten Verlauf. Der durch Anwenden der erfindungsgemäß ausgebildeten Lenkvierecke erreichbare optimale Verlauf ist mit 9 bezeichnet. Dadurch, daß die Kurve 9 sich sehr eng an die Kurve 7 schmiegt und erst im oberen Einschlagwinkelbereich nach unten abweicht, erklären sich die obengenannten Verbesserungen gegenüber üblichen Lenkungsanordnungen: 1. Der Übertragungswinkel R, strebt hier nicht gegen Null (Fig.7), sondern unterschreitet an keiner Stelle einen zulässigen Mindestwert, so daß der Einschlagwinkel niemals durch Erreichen der Endlage im Gelenkviereck (@.-@0) begrenzt wird.The course of the characteristic curves for steering arrangements according to the invention formed quadrangles 6 is shown in Fig.13. The steering angle difference is shown , 8 - a (Fig. 4) over the outer wheel steering angle a. During the target course to be striven for is denoted by 7, the curve 8 shows the more common from an executed steering Type determined course. By using the steering quadrilaterals designed according to the invention The optimum course that can be achieved is denoted by 9. Because the curve 9 is nestles very closely to curve 7 and only follows in the upper steering angle range differs below, explain the above improvements compared to the usual Steering arrangements: 1. The transmission angle R does not tend towards zero here (Fig.7), but does not fall below a permissible minimum value at any point, so that the The steering angle is never limited by reaching the end position in the quadrangular joint (@ .- @ 0) will.

2. Das kurveninnere Rad eilt in seiner Einschlagbewegung gegenüber dem Sollwert an keiner Stelle, insbesondere beim Größteinschlag, vor, d. h., wenn der Einschlagwinkel des kurveninneren Rades z. B. durch das Fahrgestell begrenzt ist, ist das kurvenäußere Rad nicht weniger, sondern etwas mehr eingeschlagen, als es seinem Sollwert entspricht. Der Drehkreisdurchmesser ist damit kleiner als bei den bekannten Lenkanordnungen, bei denen das kurveninnere Rad gegenüber dem Sollwert nacheilt.2. The wheel on the inside of the curve hurries opposite in its turning movement the target value at no point, especially at the largest felling, d. i.e. if the steering angle of the inside wheel z. B. limited by the chassis is, the outside wheel is not less, but a little more turned than it corresponds to its target value. The turning circle diameter is therefore smaller than for the known steering arrangements in which the wheel on the inside of the curve compared to the target value lags behind.

3. Der Lenkfehler kann in dem normalerweise benutzten Einschlagwinkelbereich vernachlässigt werden und erreicht selbst im Bereich größter Einschlagwinkel erst Werte, die, verglichen mit denen bekannter Lenkungen, unbedeutend sind.3. The steering error can be in the steering angle range normally used can be neglected and only reaches the largest steering angle Values that are insignificant compared to those of known steering systems.

Die Erfindung ist verwendbar für alle Fahrzeuge mit Achsschenkellenkung und ist insbesondere in den Fällen vorteilhaft, in denen besonders gute Lenkkinematik bzw. geringer Reifenverschleiß oder besonders großer Einschlagwinkel und große Wendigkeit des Fahrzeuges angestrebt wird.The invention can be used for all vehicles with kingpin steering and is particularly advantageous in cases where particularly good steering kinematics or low tire wear or a particularly large steering angle and great maneuverability of the vehicle is sought.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Kingpin steering for vehicles with two or more steered wheels, in which the steering movement passes through between the steered wheels Tie-rods, split tie-rods and steering arms are transferred, characterized by the combination of the following features: a) The two fixed pivot points (1) of the Tie lever (2), split tie rod (3) and steering lever (4) form two quadrangular joints lie in a manner known per se on different sides of the tie rods. b) The four-bar linkage on the left as seen from the unguided vehicle axle (6) has the form of a Z in a manner known per se. C) The angles which the tie rod (3) in the straight-ahead position with the track lever (2) and steering lever (4) are equal to each other and smaller than 90 °, as is known per se, and are the smaller, the greater the ratio of the pivot distance to the wheelbase of the vehicle is. d) The angles which the line connecting the two fixed pivot points (1) with the track lever (2) and the steering lever (4) in the straight ahead position in a manner known per se equal to each other and smaller than the angles between Tie rod (3) and track lever (2) or steering lever (4) and are also the smaller, the greater the ratio of the pivot distance to the edge of the vehicle. e) The Tie rod (3) is shorter than the distance between the two fixed pivot points (1) and is the shorter, the greater the ratio of the pivot distance to the wheelbase of the vehicle is.

2. steering knuckle steering according to claim 1, characterized in that if the length of the track lever (2) and the steering lever (4) are unequal, the track lever length (2) remains approximately unchanged compared to that selected in claim 1, while with the enlargement of the steering lever (4) the angle between the steering lever (4) and the tie rod (3) in the straight ahead position is greater and the angle between the tie lever (2) and the tie rod (3) is smaller by approximately the same amount, whereby the tie rod (3) is shortened, and vice versa. Documents considered: German Patent No. 485 299; French Patent No. 861058; British Patent No. 775,778; U.S. Patent Nos. 2,728,586, 2,726,877, 1676322.