DE19518154C2

DE19518154C2 - Radaufhängung für ein lenkbares Antriebsrad

Info

Publication number: DE19518154C2
Application number: DE19518154A
Authority: DE
Inventors: Unkoo Lee
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 1995-05-17
Filing date: 1995-05-17
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2015-05-18
Also published as: US5597171A; DE19518154A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radaufhängung für ein lenk- bzw. steuer bares Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs und insbesondere auf eine Radauf hängung zur Bildung einer imaginären Achsschenkelbolzenachse zwecks Op timierung der geometrischen Eigenschaften der Fahrzeuglenkung, Erhöhung der Sicherheit infolge der Bildung einer imaginären Verbindung und der Mini mierung des Schwankungsverhältnisses der Höhe eines Rollzentrums, Erhö hung des Freiheitsgrads des Layouts bezüglich einer Änderung des Winkels des Radsturzes und der Reifenlauffläche, sowie zur Erhöhung der Fahrsicher heit durch Herabsetzung eines Montagepunkts des Stoßdämpfers und einer Motorhaube.

Die primären Funktionen einer Radaufhängung oder eines Radaufhängungs systems sind die folgenden:

1. Es soll eine vertikale Nachgiebigkeit vorhanden sein, so daß die Räder einer unebenen Straße folgen können. Dabei soll mit anderen Worten das Fahrzeugchassis gegenüber der Rauhigkeit der Straße isoliert sein.
2. Geeignete Lenk- und Radsturzstellungen bezüglich der Straßenoberflä che sollen aufrechterhalten bleiben.
3. Das Radaufhängungssystem soll auf Steuerkräfte reagieren können, die durch Reifenlängsbeschleunigungen und Bremskräfte, Lateralkräfte sowie durch Brems- und Antriebsmomente erzeugt werden.
4. Das Radaufhängungssystem soll einem Rolleffekt des Fahrzeugchassis entgegenwirken.
5. Dieses System soll ferner die Reifen in Kontakt mit der Straße halten, und zwar mit minimalen Lastschwankungen.

Die herkömmlichen Designs von Aufhängungssystemen für lenkbare Räder ei nes Kraftfahrzeugs sind vom Wishbone-Typ oder vom MacPherson-Typ. Die Fig. 5A und 5B zeigen ein konventionelles Radaufhängungssystem vom MacPherson-Typ mit einem Radträger 100, einer einen Stoßdämpfer 102 und eine Feder 103 aufweisenden Verstrebung 104, einem unteren Lenker 106 und einer Kugelgelenkverbindung 108. Die Verstrebung von MacPherson ist im wesentlichen dann im Hinblick auf die Raumausnutzung vorteilhaft, wenn ein querstehender Motor zum Einbau kommt.

Ist der in Fig. 5B gezeigte Versatz A klein, so werden Gelenke und Achs schenkelbolzen geringer belastet und die Tendenz, daß die Spur während des Fahrens verlassen wird, nimmt ebenfalls ab. Um den Versatz A zu verringern oder negativ (-) zu machen, kann ein Stützpunkt 110 der Verstrebung 104 in Richtung zur Seite des Motorraums verschoben werden, oder es kann alterna tiv dazu die Kugelgelenkverbindung 108 in Richtung zur Außenseite des Ra des verschoben werden. Im zuerst genannten Fall verringert sich allerdings das effektive Volumen des Motorraums und der Winkel α des Achsschenkel bolzens wird zu groß. Dies wirkt sich nachteilig auf das Kurvenverhalten des Kraftfahrzeugs aus. Im zuletzt genannten Fall ergeben sich demgegenüber bei der Verschiebung der Kugelgelenkverbindung in Richtung des Rades andere Schwierigkeiten, da jetzt die Bremsscheibe im Wege stehen kann.

Die Fig. 6A und 6B zeigen eine konventionelle Radaufhängung 128 vom Wishbone-Typ. Es enthält obere und untere Lenker 120 und 122, einen Achs schenkel 124, einen Stoßdämpfer 126 und Kugelgelenkverbindungen 130 und 132 zur jeweiligen Verbindung des oberen und unteren Arms mit dem Achs schenkel 124. Bei der Radaufhängung nach Wishbone treten dieselben Prob leme auf wie beim System nach MacPherson, wenn der Versatz A kleiner oder negativ (-) gemacht werden soll.

Wie oben beschrieben, kann bei den konventionellen Radaufhängungen nach MacPherson und Wishbone der Winkel α des Achsschenkelbolzens nur in ei nem relativ kleinen Bereich eingestellt werden, so daß es eine Grenze hin sichtlich der Verbesserung der Funktion dieser Aufhängungssysteme gibt. Das Vor- und Zurückprellen des Rades wird darüber hinaus von einer kurzen Steuerverbindung beeinflußt, so daß sich eine relativ große Schwankungsrate der Höhe des Rollzentrums ergibt. Dies wirkt sich nachteilig auf die Fahrsta bilität aus. Da ferner die Anzahl der Verbindungen des Aufhängungssystems gering ist, lassen sich auf das Fahrzeugchassis wirkende Stöße nicht so gut über einen weiten Bereich verteilen, so daß sich keine so gute Stoßabsorpti onsfähigkeit ergibt. Dies führt zu einem schlechten Fahrkomfort und auch zu einer verringerten Fahrsicherheit.

Aus der DE 43 43 525 A1 ist eine Radaufhängung für ein lenkbares Rad be kannt, die einen Radträger, einen vorderen unteren Lenker, einen hinteren unteren Lenker und eine obere Lenkeranordnung aufweist. Die unteren Len ker sind an ihren äußeren Enden mit einem unteren Abschnitt des Radträ gers verbunden, während ihre inneren Enden über Lagerbuchsen mit einem Querträger oder Hilfsrahmen verbunden sind. Die obere Lenkeranordnung umfasst einen äußeren oberen Steuerarm, dessen äußeres Ende mit dem Radträger und dessen inneres Ende mit äußeren Enden von inneren oberen Steuerarmen schwenkbar verbunden ist, die sich parallel zueinander erstrecken und mit ihren inneren Enden über Lagerbuch sen ebenfalls am Querträger oder Hilfsrahmen angebracht sind.

Die JP-A-3-213411 zeigt eine weitere Radaufhängung mit einem Radträger, einem unteren, gabelförmigen Lenker und einer oberen Lenkeranordnung, die jeweils den Radträger mit einem Fahrzeugrahmen verbinden. Die obere Lenkeranordnung besteht aus einem äußeren oberen Lenker, der gelenkig mit einem inneren oberen Lenker verbunden ist. Eine Verbindungsstrebe er streckt sich vom äußeren Abschnitt des unteren Lenkers zu einem mittleren Abschnitt des inneren oberen Lenkers.

Der Radträger, der äußere obere Lenker und die Verbindungsstrebe bilden so mit zusammen mit den entsprechenden Abschnitten des inneren oberen Len kers und des unteren Lenkers ein Fünfeck, das als Eckpunkte Drehverbin dungen aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Radaufhängung für ein lenkbares Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, mit der sich insbesondere die Fährsicherheit verbessern und das Schwankungsverhältnis der Höhe des Rollzentrums reduzieren läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Mit der erfindungsgemäßen Radaufhängung ist es möglich, größere Freiheits grade bei der Einstellung der Achsschenkelbolzenachse und bei der Änderung des Radsturzes und der Reifenlauffläche zu erzielen. Ferner läßt sich die Fahrsicherheit dadurch erhöhen, daß der Montage- bzw. Befestigungspunkt des Stoßdämpfers und die Motorhaube abgesenkt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Rad aufhängungssystems für ein lenkbares Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs;

Fig. 2 eine Rückansicht des Aufhängungssystems nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Aufhängungssystems nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungs gemäßen Radaufhängungssystems;

Fig. 5A und 5B eine konventionelle Radaufhängung nach MacPherson; und

Fig. 6A und 6B eine konventionelle Radaufhängung nach Wishbone.

Im nachfolgenden wird eine Radaufhängung nach der Erfindung unter Bezug nahme auf die Zeichnung genauer beschrieben. Dabei sind gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Entsprechend den Fig. 1 bis 3 gehört zum Radaufhängungssystem ein Radträger 2, der ein Rad 1 drehbar trägt (siehe Fig. 2), wie dies auch beim Stand der Technik der Fall ist. Der Radträger 2 weist ein Durchgangsloch 20 auf, durch das eine Antriebswelle hindurchläuft.

Ein Lenkarm 21 erstreckt sich ausgehend vom Radträger 2 nach hinten, wäh rend eine Spurstange 22 über eine Kugelgelenkverbindung 61 mit dem Lenk arm 21 verbunden ist, um eine Lenkung des Rades 1 zu ermöglichen.

Weiterhin ist ein äußerer oberer Lenker 3 mit seinem einen Ende über eine Kugelgelenkverbindung 30 mit dem Radträger 2 verbunden und mit seinem anderen Ende mit einem Ende eines inneren oberen Lenkers 4, und zwar über eine elastische Hülse 40 bzw. Muffe.

Das andere Ende des inneren oberen Lenkers 4 ist schwenkbar mit einem Hilfsrahmen 8 gekoppelt, und zwar über eine elastische Hülse 41 bzw. Lager buchse.

Ein untere Lenkeranordnung 5 verbindet das untere Ende des Radträgers 2 mit dem Hilfsrahmen 8 des Fahrzeugchassis und weist einen vorderen Lenker 50 und einen hinteren Lenker 51 auf. Radseitige Enden des vorderen Lenkers 50 und des hinteren Lenkers 51 sind jeweils über Kugelgelenkverbindungen 52 und 53 mit dem Radträger 2 gekoppelt. Ein chassisseitiges Ende des vor deren Lenkers 50 ist dagegen schwenkbar mit dem Hilfsrahmen 8 gekoppelt, und zwar über eine elastische Verbindungsmuffe 54. Das fahrzeugseitige Ende des hinteren Lenkers 51 ist schwenkbar mit dem Fahrzeugchassis über eine elastische Muffe bzw. Hülse 55 gekoppelt.

Ein Zwischenglied bzw. Verbindungsstück 6 verbindet den äußeren oberen Lenker 3 mit der unteren Lenkeranordnung 5. Ein Ende des Verbindungs stücks 6 ist mit einem mittleren Teil des äußeren oberen Lenkers 3 über eine elastische Muffe 60 verbunden, während das andere Ende des Verbindungs stücks 6 mit dem vorderen unteren Lenker 50 über eine elastische Muffe 61 verbunden ist.

Eine Verstrebung 7 dient zur Absorption von Vibrationen und Stößen in Auf wärts- und Abwärtsrichtung und enthält einen Stoßdämpfer 70 und eine Fe der 71. Die Feder 71 ist als Schraubenfeder ausgebildet und umgibt den Stoßdämpfer 70. Das untere Ende der Verstrebung 7 ist auf der oberen Flä che des äußeren oberen Lenkers 3 positioniert und stützt sich auf dieser ab, während das obere Ende der Verstrebung von einem Trägerteil 80 des Hilfs rahmens 8 getragen wird.

Die Größe der Verschiebung der Verstrebung 7 ist somit kleiner als die Auf wärts- und Abwärtsbewegung des Rades 1.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Radaufhängung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4 genauer beschrieben.

In Fig. 4 ist jeder Verbindungspunkt der Lenker mit Bezugszeichen P1, P2, P3, . . ., P7 versehen, so daß eine leichtere Beschreibung möglich ist.

Prellt das Rad und schlägt es zurück oder tritt ein Rollen des Fahrzeugchas sis auf, so wird der Punkt P1, der den inneren oberen Lenker 4 mit dem Fahr zeugchassis verbindet, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des inneren oberen Lenkers 4 bezüglich des Fahrzeugchassis, während der Punkt P4, der den un teren Lenker 50 mit dem Fahrzeugchassis verbindet, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des unteren Lenkers 50 bezüglich des Fahrzeugchassis wird. Der Punkt P2, der den inneren oberen Lenker 4 mit dem äußeren oberen Len ker 3 verbindet, wird ein Momentan- bzw. Drehzentrum des äußeren oberen Lenkers 3 bezüglich des inneren oberen Lenkers 4. Dagegen werden die Punk te P3 und P5 Momentan- bzw. Drehzentren des Rades 1, und zwar jeweils be züglich des inneren oberen Lenkers 4 und des unteren Lenkers 50.

Ein Punkt C1 wird durch den Schnittpunkt zweier Linien bzw. Geraden erhal ten, von denen die eine Gerade durch die Punkte P3 und P5 hindurchläuft, während die andere Gerade durch die Punkte P6 und P7 hindurchläuft. Die ser Punkt C1 wird ein Momentan- bzw. Drehzentrum des äußeren oberen Lenkers 3 bezüglich des Radträgers 2 und des Verbindungsstücks 6. Ferner existiert ein Punkt C2, der durch den Schnittpunkt zweier Geraden erhalten wird, von denen die eine durch die Punkte C1 und P4 hindurchläuft, während die andere durch die Punkte P2 und P1 hindurchläuft. Dieser Punkt C2 wird dann ein Momentan- bzw. Drehzentrum des Verbindungsstücks 6 bezüglich des Fahrzeugchassis.

Es bildet sich somit ein Momentan- bzw. Drehzentrum des Rades 1 bezüglich des Fahrzeugchassis an einem Punkt C3 aus, wo sich die Gerade, die durch die Punkte P3 und C2 hindurchläuft, mit der Geraden schneidet, die durch die Punkte P5 und P4 hindurchläuft.

Das bedeutet, daß im Ergebnis diejenige Gerade, die die Punkte P3 und C3 miteinander verbindet, einen imaginären Schwingarm S bildet, also einen imaginären oberen Lenker.

Da gemäß Fig. 4 die Länge des imaginären oberen Lenkers P3, C3 sehr stark vergrößert ist, wird der Drehwinkel des imaginären oberen Lenkers P3, C3 bei den Auf- und Abbewegungen des Momentan- bzw. Drehzentrums sehr eng bzw. klein.

Aus diesem Grunde wird das Schwankungsverhältnis der Höhe des Momen tan- bzw. Drehzentrums C3 relativ stark minimiert. Das bedeutet, daß auch das Schwankungsverhältnis der Höhe H eines Rollzentrums RC sehr klein wird, wobei das Rollzentrum RC dort liegt, wo sich eine vertikale Zentrumsli nie CL des Fahrzeugchassis mit einer Geraden schneidet, die das Momentan- bzw. Drehzentrum C3 mit dem Erdkontaktpunkt des Rades 1 verbindet. Eine geringe Schwankung der Höhe des Rollzentrums RC führt zu einer erhöhten Fahrsicherheit.

Wie die Fig. 1 weiter erkennen läßt, verbindet eine imaginäre Linie bzw. Ge rade (K) die Kugelgelenkverbindung 30 mit einem Punkt, wo sich zwei weitere Geraden schneiden. Eine dieser Geraden ist eine Verlängerung des vorderen unteren Lenkers 50, während die andere dieser Geraden (K) eine Verlänge rung des hinteren unteren Lenkers 51 ist. Die genannte imaginäre Gerade stellt somit einen imaginären Achsschenkelbolzen K dar. Es ist somit mög lich, den Achsschenkelbolzenversatz 0 oder negativ zu machen, was ebenfalls zu einer Verbesserung der Fahrsicherheit führt.

Wie oben beschrieben, werden das Roll- bzw. Wankzentrum, der Radsturz und die Radlauffläche durch eine Mehrzahl von Lenker und Verbindungen de finiert, so daß sich Änderungen hinsichtlich der Stellung des Achsschenkel bolzens, des Radsturzes oder der Reifenlauffläche leicht vornehmen lassen, um das lenkbare Rad auszurichten.

Claims

1. Radaufhängung für ein lenkbares Antriebsrad eines Kraftfahrzeugs, mit:
einem Radträger (2) zur drehbaren Aufnahme eines Rades (1),
einem äußeren oberen Lenker (3), der mit seinem einen Ende drehbar mit dem Radträger (2) und mit seinem anderen Ende drehbar mit einem äu ßeren Ende eines inneren oberen Lenkers (4) verbunden ist, der mit seinem inneren Ende mit einem Hilfsrahmen (8) verbunden ist,
einer unteren Lenkeranordnung (5) mit einem vorderen Lenker (50) und einem hinteren Lenker (51), durch die jeweils ein unteres Ende des Radträ gers (2) mit dem Hilfsrahmen (8) bzw. mit einem Fahrzeugchassis verbunden ist, und
einem Verbindungsstück (6), das mit seinem oberen Ende mit einem mittleren Bereich des äußeren oberen Lenkers (3) und mit seinem unteren Ende mit der unteren Lenkeranordnung (5) gekoppelt ist.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Ende des Verbindungsstücks (6) näher am Rad (1) liegt als das untere Ende des Verbindungsstücks (6).

3. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Punkt (C1), in welchem sich eine Gerade, die durch den Verbindungspunkt (P3) des äußeren oberen Lenkers (3) mit dem Radträger (2) einerseits und durch den Verbindungspunkt des unteren Lenkers (50) mit dem Radträger (2) andererseits hindurchläuft, mit einer Geraden schneidet, die eine Verlänge rung des Verbindungsstücks (6) ist, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des äußeren oberen Lenkers (3) bezüglich des Radträgers (2) und des Verbin dungsstücks (6) ist.

4. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Punkt (C2), in welchem sich eine Verlängerung des inneren oberen Lenkers (4) mit einer Geraden schneidet, die durch ein Momentan- bzw. Drehzentrum (C1) des äußeren oberen Lenkers (3) bezüglich des Radträgers (2) und des Verbindungsstücks (6) sowie ferner durch einen Verbindungspunkt (P4) des unteren Lenkers (50) mit dem Fahrzeugchassis hindurchläuft, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des Verbindungsstücks (6) bezüglich des Fahrzeugchassis ist.

5. Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Punkt (C3), in welchem sich eine Gerade, die durch den Verbindungspunkt (P3) des äußeren oberen Lenkers (3) mit dem Radträger (2) einerseits und durch den Punkt (C2) des Momentan- bzw. Drehzentrum des Verbindungs stücks (6) bezüglich des Fahrzeugchassis andererseits hindurchläuft, mit ei ner Verlängerung des unteren Lenkers (50) schneidet, ein Momentan- bzw. Drehzentrum des Rades (1) bezüglich des Fahrzeugchassis ist.

6. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine imaginäre Linie zwischen einem Verbindungspunkt des äußeren oberen Len kers (3) und dem Radträger (2) einerseits und einem Punkt andererseits, in welchem sich eine Verlängerung des vorderen unteren Lenkers (50) mit einer Verlängerung des hinteren unteren Lenkers (51) schneidet, einen imaginären Achsschenkelbolzen bildet (K).