DE1813277A1 - Unabhaengige Aufhaengvorrichtung zum Aufhaengen von Automobilraedern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine unabhängige Aufhängvorrichtung, und insbesondere eine Vorrichtung zur unabhängigen drehbaren und schwingfähigen Einzelaufhängung von Automobilhinterrädern, wobei die unabhängige Aufhängvorrichtung entweder vom Typ des halb-freihängenden Lenkers ist, bei dem Radachse und Drehachse des das Rad tragenden Lenkers sich nicht schneiden, oder vom Typ der Schwingachse, wobei sich Radachse und Drehachse des das Rad tragenden Lenkers schneiden.

Bei bekannten unabhängigen Aufhängungen des halb-freihängenden Typs und des Schwingachstyps neigt sich das Rad um den Sturzwinkel t seitwärts, wenn es bedingt durch Unebenheiten der Strassenoberfläche über eine vorgegebene Normal-Höhe angehoben wird, oder pendelt mit seinem oberen Ende in Richtung Fahrzeugboden. Dadurch wird eine seitliche Druckkraft Έ_Λ erzeugt. Diese Seitenkraft T?, verursacht ein unruhiges Fahren und behindert die Geradeausfahrt oder Geradeauslenkbarkeit. -2-

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Falls das Rad derart angeordnet ist, dass es in Abhängigkeit von seiner vertikalen Relativbewegung zum Fahrzeugkörper zusammen mit seiner Sturzänderung um seinen vertikalen Durchmesser schwingt, und falls dieses Schwingen um den vertikalen Durchmesser derart geschieht, dass eine Gegenkraft F₂ von gleicher Grosse wie die Neigungskraft F^j aber entgegengesetzter Richtung aufgebracht wird, wird die erwähnte Behinderung der Geradeauslenkbarkeit und die unsanfte Fahrt von Automobilen auf unebener Strasse im wesentlichen ausgeschaltet und dementsprechend die Geradeauslenkbarkeit und die Fahrt des Automobils erheblich verbessert.

Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die erwähnten Nachteile der bekannten unabhängigen Aufhängungen zu beheben, indem eine neue Aufhängvorrichtung eines halbfreihängenden Lenker- oder Schwingachstyps vorgeschlagen wird, die einen am Fahrzeugboden schwenkbar angebrachten Aufhängearm besitzt, wobei die Drehachse der Aufhängung gegenüber der Längsachse des Fahrzeuges horizontal geneigt und bezüglich einer horizontalen Ebene vertikal geneigt ist, so dass aufgrund einer vertikalen Bewegung des an diesem Aufhängearm befestigten Rades, seitlich eine Spurwinkeländerung in bezug auf den Fahrzeugkörper erzeugt wird, und. zwar in Verbindung mit einer Sturzwinkeländerung gegenüber der Vertikalen, so dass ein aufgrund des Stur ζ winkeis auf -·"■ tretender Sturzneigungsdruck völlig durch eine Gegenkraft ■ ausgeglichen werden kann, die durch den Spurwinkel hervorgerufen wird. . ^;v

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielsweise erläutert.
Es zeigeni

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Mg. 1 und 2 eine schematische rückwärtige Ansicht

"bzw. eine schematische Draufsicht zur Veranschaulichung der Wirkungsweise einer erfindungegemässen unabhängigen Aufhängung,

Eig. 3 eine Teildraufsicht auf eine unabhängige Aufhängung des halb-freihängenden erfindungsgemässen Lenkertyps,

I¹Ig. 4- eine Ansicht der Vorrichtung aus Fig, 3j

Fig. 5A bis 5D schematische Diagramme, die das Verständnis der erfindungsgemässen unabhängigen Aufhängvorrichtung des halb-freihängenden !Typs erleichtern,

Fig. 6 eine graphische Darstellung, die die Beziehungen zwischen der Auslenkung eines erfindungsgemäss aufgehängten Rades und Sturz- sowie Spurwinkel (Vorlaufwinkel) darstellt.

Identische Teile sind in allen Zeichnungen mit gleichen Ziffern und Symbolen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt eine unabhängige Auf häng vorrichtung des halbfreihängenden- oder Schwingachstyps, wobei angenommenermasseit ein Rad a an einer Seite eines Automobils einen Hökker b¹ der Strasse b überfährt und das betreffende Rad relativ zum Körper 0 des Automobils angehoben wird, ohne die Höhe des Körpers C über der Strasse b zu beeinflussen. Dadurch wird das Rad um den Sturz-¥inkel ψ aus der Vertikalen geschwenkt _4_

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und ein Sturzneigungsdruck Έ^ rechtwinklig zur Fahrtrichtung des Automobils erzeugt. Solch ein Sturzneigungsdruck behindert die Geradeauslenkbarkeit oder die Möglichkeit, das Fahrzeug geradeaus zu lenken, und verursacht eine rauhe Fahrt.

Fig. 2 zeigt eine Aufhängvorrichtung, die derart konstruiert ist, dass sie einen Spur- (oder Vorlauf-) winke IT in Abhängigkeit vom Sturzwinkel $" erzeugt. Wenn ein Hocker b¹ auf der Strasse b überfahren wird und der SpurwinkelT so ist, dass er eine Gegenkraft F₂ von gleicher Grosse, aber entgegengesetzter Richtung wie der Sturzneigungsdruck F^. erzeugt, so können die vorerwähnten Behinderungen des Geradeauslenkens und das schlechte Fahrverhalten selbst bei einem auf unebener Strasse fahrenden Automobil zum Verschwinden gebracht werden.

Die unabhängige Aufhängvorrichtung gemäss der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 3 bis 5Ώ beschrieben, die in Teilansichten eine unabhängige Aufhängvorrichtung von halb-freihängender Bauart zeigen.

Ein Rad 1 wird von einer Gelenkwelle 2 angetrieben, die ihrerseits durch ein Differentialgetriebe 3 angetrieben wird. Die Gelenkwelle 2 hat zwei Universalgelenke, z.B. Kardangelenke 2a, 2b, und ein kerbverzahntes Zwischenstück, das von der Schutzhülle 2c umgeben ist. Eine HaL-terung4, welche das Differentialgetriebe 3 trägt, wird von einer Halterungsisolierung oder elastischer Aufhängung 5 getragen. Ein Aufhängelement 6, das von einem Aufhängelementenhalter 7 gehalten wird, hat Anschlussstücke 11, an denen die unteren Abschnitte 8a eines Aufhängearms 8 mit Bolzen 10 schwenkbar befestigt sind. Eine Schraubenfeder 9 zum Auffangen von Stössen ist mit dem Aufhängearm 8 verbunden. Der Aufhängearm 8 hat ein mit ihm · aus einem Stück bestehendes Lagerteil, welches an dessen freiem Ende 8b vorgesehen ist, um das Rad 1 axial zu führen.

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Für Fachleute liegt es auf der Hand, dass die Schraubenfeder 9 durch jede andere geeignete stοssaufnehmende Vorrichtung, wie 2.B. hydraulische Stossfänger, ersetzt werden, kann. Es ist auch möglich, auf das Aufhängelement 6 zu verzichten, indem der Aufhängearm 8 mittels einer anderen geeigneten Vorrichtung, wie z.B. mittels direkt am Körper "befestigter Gelenkbügel, schwenkbar gehalten wird.

Die Fig. 5A bis 5D sind für das Verständnis der Wirkungsweise der in Fig. 3 und 4- dargestellten Vorrichtung nützliche schematische Darstellungen. Fig. 5A ist eine schematische Draufsicht, Fig. 5B eine Seitenansicht aus Richtung des Pfeiles M in Fig. 5A, Fig. 50 eine Seitenansicht aus Richtung des Pfeiles Ii in Fig. 5B und Fig. 5$ ist eine Ansicht der Darstellung aus Fig. 5k. In den Figuren bezeichnet eine Strecke TS die Drehachse des Aufhängearmes 8, eine Strecke PT die Mittellinie der horizontal angenommenen Achse und die Linie C die Längsrichtung des Autos. Ein Winkel << bezeichnet den Neigungswinkel der Drehachse TS gegen eine horizontale Ebene und ein anderer Winkel β bezeichnet den Winkel, der zwischen der Längsrichtung 0 und der Projektion der Drehachse TS in die horizontale Ebene gebildet wird. Wird vorausgesetzt, dass die Punkte P und B auf einer gewissen horizontalen Ebene und die Punkte A und X auf einer vertikalen Linie liegen, wie in Fig. 5k dargestellt, dann bezeichnet die Entfernung JKT die Höhe h des Punktes A über der waagerechten Mittellinie der Achsen. Ferner wird in den Figuren vorausgesetzt, dass /ABP ■ 90° ist. Die Länge der Strecke ΨΒ wird mit R bezeichnet.

Weiter wird angenommen, dass die Achse PT um einen kleinen Winkel Θ gegen die Drehachse TS des Aufhängearms 8 verschoben ist, wie in Fig. 5C dargestellt, so dass die Punkte P und X sich zu den Punkten P¹ und X¹ bewegen·

Mittels einer solchen Verschiebung der Achse PX* wird ein Sturzwinkel $" , wie in Fig. 5D dargestellt, und ein Spur-

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winkelt , wie in Iig..5A dargestellt, beim Rad 1 zustande kommen.

In Pig. 5B kann die Eatf ernung PP' näherungsweise durch die Länge eines Kreisbogens um die Sehne PY¹" wiedergegeben werden, Demnach gilts

Ή.Θ

Der Punkt P¹ liegt in einer um den Winkel <* gegen die vertikale Achse PU geneigten Ebene. Wird vorausgesetzt, dass

/P¹DP - 90° , so gilt Ή) m R© cos«: .

Da die Entfernung PlJeLne HHhe ist, die über der durch den Punkt B gehenden horizontalen Ebene gemessen ist, fällt sie mit einer anderen vertikalen Linie P'E in 3?ig. oder PU » P¹E zusammen.

Andererseits besteht hinsichtlich des Spurwinkels jf , da dieser sehr klein ist, folgende Beziehungί

sin/ &

P¹X¹ "

Die Strecke Ρ'ί¹ kann ausgedrückt werden durch? - PT - ΨΚ - R/(cos/3 ) ......'... (2)

Ausserdem besteht folgende Beziehung:

(3)

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Durch Einsetzen der Gleiclmngen (2) und (3) in Gleichung (1) ergibt sich:

Lote von den Punkten P¹ und X¹ (in Fig. auf die Strecke VZ treffen die Strecke Tl in den Punkten F bzw. Hj der Spurwinkel T genügt der folgenden Beziehung:

(5)

Es gilt aber: ΨΨ m W¹" cos β und nach Fig. 5B: W¹" - E 6> sino< demnach ist:

P¹F « R6> sine< cos/3 (6)

Nach Fig. 5A:

Nach Fig. 50: W* - h©

Nach Fig. 5B: h ■ XB" sinö(

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Nach Pig. 5A E tgß

Demnach gilt: h - E tg^ sinoi

also ist:

X¹H - R.Otgf? sinoi sinß« E©sind sin²^ /coaß Λ;.(7)

aus Gleichung (2):

E/cos^ (8)

Durch Einsetzen der Gleichungen (6)/(7) und (8) in . Gleichung (5) entsteht:

<Τ E0 siiiP< cosA + E^ sia* sin²/^ /cos ß " - E/cos/?

«©sin* (cos²/^ + sin²/* ) «©sin*

Damit:

(9)

d.h.: Für kleine Beträge der Fahrzeugauslenkung sind die .Änderungen des Stürz- und Spur-Winkels während seiner Eücklenkung folgende:

& Θ coso* cos β (4¹)

f -S sin*

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Darin "bedeuten:

#"■»' Sturzwinkel (positiv, falls eine Kraft in Richtung Fahrzeugmitte erzeugt wird)

C μ Spurwinkel (desgleichen)

θ - Winkelverschiebung des Aufhängearmes um seine Drehachse (positiv bei durch Aufwärtsbewegung verursachter Drehung des Aufhängearmes)

O^ ■ Neigung der Drehachse des Aufhängearmes gegenleine horizontale Ebene (positiv, wenn sein radseitiges Ende in bezug auf eine horizontale Ebene durch den tiefsten Punkt des durch den Aufhängearm geführten Hades höher ist als das getriebeseitige Ende)

/* » Winkel zwischen der Längsrichtung des Fahrzeuges und der Projektion der Drehachse des Aufgehängearmes in eine horizontale Ebene (positiv falls das radseitige Ende der Projektion sich von der Mittellinie der Längsrichtung des Fahrzeuges weiter entfernt befindet, als das getriebeseitige Ende)

Um den Sturzneigungsdruck durch eine Gegenkraft auszugleichen, die durch einen veränderbaren Spurwinkel erzeugt wird, muss die folgende Gleichung erfüllt sein:

Es bedeuten:

O¹ « Sturzneigungsdruckkraft (abhängig von der Art des verwandten Reifens, den Belastungsbedingungen usw.) N' ■ Gegenkraft (abhängig von der Art des verwandten Reifens, den Belastungsbedingungen usw.)

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Durch Einsetzen der Gleichungen (4¹) und (9¹) in Gleichung (10) erhält man:

( σ' cosOt COS^ - If' sinoi )0 * ο Deshalb gilt:

cosoi cosß / sinoi ■ -^t/ ............ ο· ·. (11 )

Falls die Winkeloi und ρ so gewählt sind, dass sie der Gleichung (11) genügen* so heben sich de* Druck der Sturzneigung sowie die durch einen veränderbaren Spurwinkel φ erzeugte Gegenkraft unabhängig von der Grosse der Aus- und Rücklenkung gegenseitig auf. Demgemäss wird die Geradeaus-Lenkbarkeit des Fahrzeuges verbessert.

Zum Beispiel wurdefür den Fall P ■ 65° der Winkelt berech net und es ergab sich, dass der am besten geeignete Wert des Winkelst im Bereich von 2° bis 4° liegt, wobei sich der geeignete Betrag des Winkelsol in Abhängigkeit. von der Art des benutzten Reifens und den Belastungsbedingungen des Fahrzeuges ein wenig veränderte Für den Fall kleiner Personenwagen werden die numerischen Werte des Sturzneigungsdruckes c'und der Gegenkraft N' durch die folgenden Gleichungen gegeben:

5 kg/Grad
50kg/Grad

bedeutens

F^. : Gesamtsturzneigungsdruck
F₂ : Gesamtgegenkraft

Durch Verwendung der oben angegebenen numerischen Werte für Neigungsdruckkraft C'und Gegenkraft H'ergibt sich ein Neigungswinkelot - 3j5° für die Drehachse des Tragarmes. ^_1-

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]?ig. 6 .beschreibt ein typisches Beipiel für die Beziehungen zwischen dem Sturz- und Spurwinkel für unterschiedliche Grossen der Auslenkung.

Im Vorstehenden wurde erfindungsgemäss eine unabhängige Aufhängvorrichtung für Automobile offenbart, welche einen Aufhängearm enthält, dessen Drehachse gegen die Längsachse des Automobils horizontal um einen ersten Winkel und gegen eine horizontale Ebene um einen zweiten Winkel geneigt ist. Der erste Winkel verhält, sich zum zweiten Winkel derart, dass der Sturzneigungsdruck, der in dem Automobilkörper durch die Bewegung des Rades relativ zu dem Automobilkörper erzeugt wird, unabhängig von der Grösse der Auslenkbewegung des Bades durch eine Gegenkraft aufgehoben wird, die durch die Bewegung des Hades in dem Automobilkörper erzeugt wird, wodurch die Geradeaus-Lenkbarkeit und das !Fahrverhalten des Automobils selbst beim Befahren unebener Strassen erheblich verbessert werden.

Patentansprüche ι

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   .j Unabhängige Aufhängvorrichtung zur Einzelaufhängung von Automobilrädern mit einem am Automobilkörper befestigten Aufhängelement, einem an dem Aufhängelement mit einem Ende derart befestigten Aufhängearm, dass dieser um seine Drehachse Schwingbewegungen ausführen kann, einem einen Teil des Aufhängearmes darstellenden Lagerteil zur axialen Führung des von einer Welle angetriebenen Rade$, einem Stossfanger, der zwischen dem Aufhängearm und dem Automobilkörper vorgesehen ist, sowie mit einem Bad, dessen Drehachse die Drehachse des Aufhängearmes entweder schneidet oder nicht schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Aufhängearmes (8) gegen die Längsachse (C) des Automobils um einen ersten Winkel β horizontal und um einen zweiten Winkel o* gegen eine horizontale Ebene vertikal geneigt ist, wobei der erste(ß) und der zweiteGl) Winkel der Beziehung

   cos

   /* /sino< -

   genügen, worin(NOeine Gegenkraft ist, die in dem Körper durch die Bewegung des Rades (1) relativ zum Automobilkörper erzeugt wird, und vom Körper aus in einem rechten Winkel zur Längsachse nach aussen gerichtet ist, und (C*) eine Sturzneigungsdruckkraft ist, die in dem Körper durch die Radbewegung erzeugt wird, und der Gegenkraft entgegeii gerichtet ist.
2. 2. Verfahren zur Herstellung einer unabhängigen Aufhängvorrichtung zur Einzelaufhängung von Automobilrädern, bei welchem am Körper des Automobils ein Aufhängelement be-
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4. festigt wird, an welchem an einem Ende ein Aufhängearm schwenkbar angelenkt wird, so dass er um seine Drehachse Schwingbewegungen ausführen kann, und der ein Lagerteil bildet, mit dem das durch eine Welle angetriebene Had axial geführt wird, wobei ein Stossfanger zwischen dem Aufhängearm und dem Automobilkörper eingefügt wird und wobei die Drehachse des Bades die Drehachse des Aufhängearmes entweder schneidet oder nicht schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Aufhängearmes (8) gegen die Längsachse (C) des Automobils um einen ersten Winkel(/3) horizontal und um einen zweiten Winkel) gegen eine horizontale Ebene vertikal geneigt wird, wobei der erste und der zweite Winkel der Beziehung
5. cos oL cos ρ /sin oL « ISf/C*
6. genügen, worin (N¹) eine Gegenkraft ist, die in dem Körper durch die Bewegung des Bades (1) relativ zum Automobilkörper erzeugt wird und vom Körper aus in einem rechten Winkel zur Längsachse nach aussen gerichtet ist, und (CO eine Sturzneigungsdruckkraft ist, die in dem Körper durch die Badbewegung erzeugt wird, und der Gegenkraft entgegengerichtet ist·
7. Vt/FÜ - 20 751
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