DE19941717A1 - Unabhängige Hinterradaufhängung für Personenkraftwagen - Google Patents

Abstract

Für eine unabhängige Hinterradaufhängung mit einem in vier Punkten gegenüber dem Aufbau gehaltenen Fahrschemel wird eine Anlenkung des Fahrschemels gegenüber dem Aufbau über elastische Lager vorgeschlagen, die der Radaufhängung unter Seitenkrafteinfluss eine Tendenz zum Untersteuern aufprägt.

Description

Die Erfindung betrifft eine unabhängige Hinterradaufhängung für Personenkraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine unabhängige Hinterradaufhängung der vorgenannten Art ist beispielsweise aus dem Buch: "Alles über die Mercedes-Benz A-Klasse" von Christof Vieweg, ISBN 3-9804457-8-X, Seite 188 bekannt. Bei dem mit dieser Hinterradaufhängung ausgestatteten Fahrzeug handelt es sich um einen Fahrzeugtyp, der bei sehr kompakter Bauweise und PKW-Komfort auf ein maximales Raumange­ bot abzielt, verbunden mit einer auch aus Sicherheitsgründen hochliegenden, durchlaufenden Bodenfläche und entsprechend ho­ her Schwerpunktlage. Diese erschwert eine auf Komfort ausgeleg­ te Federabstimmung, insbesondere unter Berücksichtigung mögli­ cher, durch Wedelvorgänge ausgelöster Pendelschwingungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hinterradaufhän­ gung der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass diese sich ohne Eingriff in die Federauslegung für das Fahrzeug stabilisierend auf das Fahrverhalten des Fahrzeuges auch unter Fahrbedingungen, bei denen extreme, seitenkraftabhängige Reak­ tionen auftreten, auswirkt.

Erreicht wird dies bei einer unabhängigen Hinterradaufhängung durch eine Ausgestaltung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung werden die in der Ver­ bindung des Fahrschemels zum Aufbau vorgesehenen Elastizitäten unter Seitenkrafteinfluss zu Erzielung von Lenkeffekten ge­ nutzt, die tendenziell zu einem Untersteuern des Fahrzeuges führen, d. h. dass beim Kurvenfahren die Hinterräder in die Kur­ ve hineinlenken und einem Ausschwingen des Fahrzeuges im Be­ reich der Hinterachse entgegenwirken, somit auch ein Aufschwin­ gen bei mehrfachen Spurwechselvorgängen, wie beispielsweise bei Wedelvorgängen zumindest dämpfen. Die hierzu erforderliche ge­ zielte Festlegung und Anordnung der Elastizitäten in den vier Anlenkpunkten des Fahrschemels gegenüber dem Aufbau bei zur Fahrzeuglängsmittelebene symmetrischer Lage und Anordnung der die Elastizitäten bildenden Lager ermöglicht unter Berücksich­ tigung der in Fahrzeuglängsrichtung gegebenen Abstände der vor­ deren und der hinteren Lager zur Wirkungslinie der Seitenkraft ohne weitere Eingriffe in das Fahrwerk die Bestimmung eines Schwenkpoles für den Fahrschemel und die über Radführungsglie­ der von diesem getragenen Räder, der bei aufrechter Schwenkach­ se bezogen auf die Fahrtrichtung hinter den Achslinien der Rä­ der liegt und der unter dem Einfluss von Seitenkräften, die im Bereich der die Achslinie der Räder enthaltenden Querebene wir­ ken, für den Fahrschemel jeweils ein in die Kurve Hineinschwen­ ken bewirkt und somit für die Räder zu einer jeweils tenden­ ziell in Richtung Untersteuern der Hinterachse wirkenden Ein­ stellung führt.

Die elastischen Lager sind erfindungsgemäß bevorzugt als napfförmige Lager mit aufrechter, quer zur Bodenebene liegender Lagerachse ausgebildet, die über ihren Umfang unterschiedliche Härten aufweisen, wobei die Ausgestaltung bevorzugt derart ist, dass bezogen auf ein Achskreuz mit Schnittpunkt der senkrecht zueinander stehenden Achsen in der Lagerachse die weiche und die harte Lagerrichtung jeweils einer Achsrichtung entsprechen. Bevorzugt ist die Art der Lagerrichtung durch einen als Voll­ körper ausgebildeten, gegebenenfalls Versteifungen aufweisenden Steg gebildet, der in der weichen Lagerrichtung zum Lagerumfang freiliegt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in Draufsicht und schematisiert die Darstellung einer unabhängigen Hinterradaufhängung eines Personenkraft­ wagens,

Fig. 2 in Draufsicht ein in der Anbindung des Fahrschemels der unabhängigen Hinterradaufhängung zum Aufbau vor­ gesehenes elastisches Lager, und

Fig. 3 einen Schnitt durch das Lager gemäß Fig. 2 entspre­ chend der Schnittführung III-III.

In Fig. 1 ist bezogen auf ein nicht weiter dargestelltes Fahr­ zeug dessen unabhängige Hinterradaufhängung 1 gezeigt, die ei­ nen Fahrschemel 2 umfasst, der aus zwei Längsarmen 3, 4 und ei­ ner diese starr verbindenden Querabstützung 5, hier in Gestalt eines Rohres aufgebaut ist. Die Vorwärtsfahrtrichtung für das nicht dargestellte Fahrzeug ist durch den Pfeil F symbolisiert, während der Pfeil R die Fahrtrichtung des Fahrzeuges in einer Rechtskurve symbolisiert, bei der zwischen den Rädern 6, 7 und der Fahrbahn eine über die Räder 6, 7 auf die Hinterradaufhän­ gung 1 wirkende Seitenkraft S auftritt. Die Räder 6, 7 sind über Längslenker 8, 9 geführt, die sich anschließend an ihren jeweiligen, nach aussen abgewinkelten und eines der Räder 6 bzw. 7 tragenden Teil in Überdeckung zu den Längsarmen 3, 4 des Fahrschemels 2 in Fahrtrichtung F erstrecken und im Bereich der vorderen Enden der Längsarme 3, 4 des Fahrschemels 2 an diesen über quer verlaufende Schwenkachsen 10, 11 angelenkt sind. Die Anlenkung über die Schwenkachsen 10, 11 erfolgt, bezogen auf die Erstreckungsrichtung der Bodenebene des nicht gezeigten Fahrzeuges, also bezogen auf den in Fig. 1 dargestellten Grundriss winkelsteif und in Höhenrichtung verschwenkbar, wobei die Längslenker 8, 9 in nicht dargestellter Weise über Tragfe­ dern gegen die Längsarme 3, 4 abgestützt sind, gegebenenfalls in Verbindung mit einer entsprechenden Dämpferanordnung.

Die Anbindung des Fahrschemels 2 der Hinterradaufhängung 1 ge­ gen den Boden bzw. Aufbau des nicht dargestellten Fahrzeuges erfolgt über elastische Lager, die mit 12 bis 15 bezeichnet sind und von denen die Lager 12 und 13 im bezogen auf die Fahrtrichtung F vorderen Bereich der Längsarme 3 bzw. 4 und die Lager 14, 15 in deren rückwärtigen Endbereich angeordnet sind.

Die Lager 12 bis 15 sind bei aufrechter Lagerachse in entspre­ chend zylindrischen, napfförmigen oder topfförmigen Ausnehmun­ gen der Längsarme 3, 4 gehalten und über zentrale, ebenfalls nicht weiter dargestellte Verschraubungen gegenüber dem Aufbau angebunden, wobei die Lager 12 bis 15 in Hochrichtung zumindest weitgehend unnachgiebig, also steif bis nahezu starr ausgelegt sind.

Über ihren Umfang weisen die Lager 12 bis 15 jeweils radial un­ terschiedliche Steifigkeiten auf, wobei im Rahmen der Erfindung die vorderen Lager 12, 13 bzw. die rückwärtigen Lager 14, 15 jeweils gleich ausgebildet sind und eine besonders einfache er­ findungsgemäße Lösung darin besteht, alle vier Lager 12 bis 15 untereinander gleich auszubilden. Die über ihren Umfang radial unterschiedliche Steifigkeit der Lager wird im Rahmen der Er­ findung durch entsprechende Anordnung und Ausrichtung der Lager 12 bis 15 genutzt, um dem Fahrschemel 2 und damit der Hinter­ radaufhängung 1 unter dem Einfluss von bei Kurvenfahrt auftre­ tenden Seitenkräften ein vorgegebenes, bezogen auf das Fahrzeug untersteuerndes Fahrverhalten aufzuprägen.

Eine im Rahmen der Erfindung mögliche, zweckmäßige Ausgestal­ tung der Lager 12 bis 15 ist anhand der Fig. 2 und 3 für ein beispielhaft dargestelltes Lager 16 aufgezeigt, wobei mit 17 die zentrale aufrechte Lagerachse bezeichnet ist, die im Schnittpunkt des aus Erläuterungsgründen vorgesehenen Achsen­ kreuzes mit den Achsen x und y liegt. Das Lager 16 weist im Ausführungsbeispiel einen Ringmantel 18 in Form eines metalli­ schen Ringes auf, über den das Lager 16, wie für die Lager 12 bis 15 veranschaulicht, in einer entsprechenden nach oben offe­ nen Aufnahme der Längsarme 3 bzw. 4 des Fahrschemels 2 anzuord­ nen ist. Das Lager 16 weist über seinen Umfang radial unter­ schiedliche Härte auf, was dadurch realisiert ist, dass die zentrale Lagerbüchse 19 über einen elastischen Lagersteg 20 mit dem Ringmantel 18 verbunden ist, der sich in Richtung der x- Achse erstreckt und in seinem Überdeckungsbereich zum Ringman­ tel 18 mit diesem in bekannter Weise, z. B. durch Vulkanisieren oder dergleichen verbunden ist. Die Breite des Lagersteges 20 ist kleiner als der Durchmesser des Ringmantels 16, so dass quer zum Lagersteg 20 in Richtung der y-Achse zwischen diesem und dem Ringmantel 18 als Ausnehmungen 21, 22 bezeichnete Frei­ räume verbleiben, in deren Bereich der Lagersteg 20 zum Ring­ mantel 18 freiliegt. Dieser Lageraufbau führt dazu, dass das Lager 16 bezogen auf quer zur Lagerachse 17 wirkende Kräfte in Richtung der x-Achse steif und in Richtung der y-Achse weich reagiert, wobei die Steifigkeit des Lagersteges 20, insbesonde­ re auch dessen Biegeverhalten bei in Richtung der y-Achse wir­ kenden Kräfte durch eingelegte Stabilisierungsstege, insbeson­ dere Stabilisierungsbleche beeinflusst werden kann, die sich quer zur x-Achse, bevorzugt parallel zur y-Achse erstrecken und die mit 23 bezeichnet sind.

Zusätzlich tragen die Stabilisierungsstege 23 auch zu einer Verhärtung des Lagers in Richtung seiner Achse 17 bei, wobei es hierzu zweckmäßig sein kann, das Lager, bezogen auf die Dar­ stellung gemäß Fig. 3, gegebenenfalls nicht eben, sondern ko­ nisch auszubilden, wenn dies im Hinblick auf die harte Aufnahme von in Richtung der Lagerachse 17 wirkenden Kräften erforder­ lich ist.

Neben der Anordnung von Stabilisierungsstegen 23 im Lagersteg 20 ist dessen Härte in bekannter Weise auch durch entsprechende Wahl der Elastizität des Stegmateriales zu beeinflussen.

Fig. 1 veranschaulicht die Verwendung eines Lagers 16 gemäß Fig. 2 und 3 als Fahrschemellager 12 bis 15 in Verbindung mit einem Fahrschemel 2, wobei erfindungsgemäß die vorderen La­ ger 12 und 13 sowie die hinteren Lager 14 und 15 jeweils symme­ trisch zu Längsmittelebene 24 des nicht dargestellten Fahrzeu­ ges und der Hinterradaufhängung 1 liegen und mit ihren der Er­ streckungsrichtung des Lagersteges 20 entsprechenden x-Achse Polstrahlen 25, 26 und 27, 28 bestimmen, die sich in einem Pol P schneiden, der in der gezeigten idealisierten Konstruktions­ lage in der Längsmittelebene 24 liegt.

Der Pol P liegt bezogen auf die Fahrtrichtung F hinter der durch die Achsen 29, 30 der Räder 6, 7 bestimmten Achslinie, die ihrerseits in der aufrechten Querebene liegt, in deren Be­ reich die Seitenkraft S wirkt. Entsprechend dem im Grundriss gemäß Fig. 1 bezogen auf die Fahrtrichtung F gemessenen Ab­ stand zwischen der Wirkungslinie der Seitenkraft S und der Ver­ bindungslinie der Achsen 17 der vorderen Fahrschemellager 12, 13 bzw. der hinteren Fahrschemellager 14, 15 wird die Seiten­ kraft S. wie in Fig. 1 dargestellt, in Seitenkraftanteile Sv und Sh aufgeteilt, so dass sich bezogen auf die in Fig. 1 dar­ gestellte Konstruktion, in der die Achslinie der Räder 6, 7 im Bereich zwischen den vorderen Fahrschemellagern 12, 13 und den hinteren Fahrschemellagern 14, 15 benachbart zu letzteren liegt, ein gegenüber dem vorderen Seitenkraftanteil Sv größerer hinterer Seitenkraftanteil Sh ergibt. Dies bedingt eine gegen­ über der Fahrtrichtung F steilere Anstellung der hinteren Fahr­ schemellager 14, 15 bezüglich ihrer x-Achse, symbolisiert durch die Polstrahlen 27, 28, im Vergleich zur Anstellung der x-Achse der vorderen Fahrschemellager 12, 13, symbolisiert durch deren Polstrahlen 25 und 26. Die entsprechenden Winkel sind bei 31 und 32 angedeutet.

Dadurch, dass der Pol P, wie durch den Pfeil 33 gezeigt, mit deutlichem Abstand hinter der die Radachslinie enthaltenden Querebene liegt, ergibt sich unter dem Einfluss einer Seiten­ kraft S bei einer Kurvenfahrt R ein Verschwenken des Fahrsche­ mels 2, und damit der gesamten Hinterradaufhängung 1 um den Pol P in Richtung des Pfeiles R, also im rechtsdrehenden Sinn, mit der Folge, dass die Räder 6, 7 in die Kurve hineinlenken und somit der Hinterradaufhängung 1 ein untersteuerndes Verhalten aufgeprägt wird. Für die Größe des in Abhängigkeit von der je­ weiligen Seitenkraft sich einstellenden Schwenkwinkels der Hin­ terradaufhängung 1 sind neben den angesprochenen geometrischen Gegebenheiten insbesondere die jeweiligen Lagerhärten in x- und y-Richtung und die Ausrichtung der Lager bezogen auf die Fahrt­ richtung massgebend, wobei sich im Rahmen der Erfindung auch, wie gezeigt, verhältnismässig große Abstände 33 zwischen der die Radachslinie enthaltenen Querebene und dem Pol P in Abhän­ gigkeit von der Anstellung der jeweiligen Lager realisieren lassen.

Anstelle einer unterschiedlichen Anstellung der Lager, wie sie insbesondere bei Verwendung gleicher Lager in den vorderen und den hinteren Anlenkpunkten des Fahrschemels 2 als zweckmäßig erweist, ist es selbstverständlich auch möglich, Lager unter­ schiedlicher Auslegung bezüglich ihrer Härte in x- und y- Richtung einzusetzen.

Im Rahmen der Erfindung lassen sich unschwer auch verhältnismä­ ssig große Schwenkwinkel für den Fahrschemel 2 realisieren, die in der Größenordnung von etwa 1° liegen und die deutliche Len­ keffekte zur Folge haben.

Das in Fig. 1 schematisiert dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt grob massstäblich eine zweckmäßige Gesamtkonfiguration, wobei der Anstellwinkel 31 der vorderen Fahrschemellager 12, 13 bezüglich ihrer mit den Polstrahlen 25, 26 zusammenfallenden x- Achse gegenüber der Fahrzeuglängsmittelebene 24 in der Größen­ ordnung von 30° liegt, und der entsprechende Anstellwinkel 32 der hinteren Fahrschemellager 14, 15 bei 45°. Der Abstand zwi­ schen den Verbindungslinien der vorderen Fahrschemellager 12, 13 und der hinteren Fahrschemellager 14, 15 ist etwa halb so groß wie der in Fahrzeuglängsrichtung gemessene Abstand 33 des Poles P von der die Radachsen enthaltenen Querebene. Desweite­ ren entspricht der Abstand der Verbindungslinie der vorderen Lager 12, 13 zur besagten Querebene etwa dem doppelten des Ab­ standes der Verbindungslinie der hinteren Fahrschemellager 14, 15 von dieser Querebene. Die Steifigkeit der Fahrschemellager 12 bis 15, die im Ausführungsbeispiel untereinander gleich aus­ gebildet sind, ist in x-Richtung, wie für das Lager 16 erkenn­ bar um ein Vielfaches höher als in y-Richtung, wobei die Feder­ rate in x-Richtung bezogen auf das Ausführungsbeispiel bei rund 1500 N/mm² und in y-Richtung bei rund 50 N/mm² liegen kann.

Einer Auslegung einer erfindungsgemäßen Hinterradaufhängung 1 entspricht bei einer Hinterachslast von etwa 700 kg und einer Querbeschleunigung von etwa 0,3 g ein untersteuernder Lenkwin­ kel von etwa 0,5°, was veranschaulichen dürfte, dass die erfin­ dungsgemäße Ausgestaltung eine signifikante Beeinflussung des Fahrverhaltens mit einem hohen Stabilisierungseffekt bei z. B. Wedeln oder mehrfachem Spurwechsel ermöglicht.

Um Fehler bei der Montage der Lager 12 bis 15 hinsichtlich ih­ rer Ausrichtung zu vermeiden, kann es zweckmäßig sein, diese mit Markierungen, Nasen oder dergleichen zu versehen, die die Einbaulage anzeigen oder einen Einbau lediglich in der gekenn­ zeichneten Lage zu lassen.

Claims (12)

1. Unabhängige Hinterradaufhängung für Personenkraftwagen mit einem formsteifen, der Fahrzeugbodenebene entsprechende Aus­ richtung aufweisenden Fahrschemel, der zwei über eine Querab­ stützung verbundene Längsarme aufweist, die in ihren Endberei­ chen über elastische Lager gegen den Fahrzeugbodenbereich abge­ stützt sind und in deren in Fahrtrichtung vorderem Bereich je­ weils ein Längslenker in Richtung auf den Fahrzeugboden ver­ schwenkbar und quer hierzu winkelsteif gelagert ist, wobei die Achslinie der gegen den Fahrschemel federnd abgestützten Längs­ lenker im längsmittleren Bereich der Längsarme liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen, in Erstreckungsrichtung der Bodenebene radial unterschiedlich steifen Lager (12 bis 15; 16) in der Einbaulage des Fahrschemels (2) derart gegeneinander ausgerich­ tet sind, dass sich unter Seitenkrafteinfluss ein fiktiver, hinter der Achslinie der Räder (6, 7) im Bereich der Fahrzeu­ glängsmittelebene (24) liegender Schwenkpol P ergibt.

2. Unabhängige Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Lager (12 bis 15; 16) in zwei winklig, insbesondere senkrecht zueinander stehenden Richtungen (x, y) unterschiedliche Härte aufweisen.

3. Unabhängige Hinterradaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Lager (12 bis 15; 16) einen Lagerkörper aufweisen, der in der harten Lagerrichtung (x) als Vollkörper ausgebildet ist.

4. Unabhängige Hinterradaufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vollkörper aussteifende Einlagen (23) aufweist.

5. Unabhängige Hinterradaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Lager (12 bis 15; 16) einen Lagerkörper aufweisen, der in der weichen Lagerrichtung (y) im Querschnitt geschwächt ausgebildet ist.

6. Unabhängige Hinterradaufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkörper mit Ausnehmungen (21, 22) versehen ist.

7. Unabhängige Hinterradaufhängung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Lager (12 bis 15; 16) einen Lagerkörper aufweisen, der durch einen Lagersteg (20) und seitlich hierzu liegende Ausnehmungen (21, 22) gebildet ist.

8. Unabhängige Hinterradaufhängung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager derart angeordnet und/oder ausgebildet sind, dass die bezogen auf die Fahrtrichtung (F) rückwärtigen Lager (14, 15) im Verhältnis zum abzustützenden Seitenkraftanteil (Sh) eine größere Härte aufweisen als die vorderen Lager (12, 13)

9. Unabhängige Hinterradaufhängung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bezogen auf die Fahrtrichtung (F) jeweils vorderen bzw. hinteren Lager (12, 13 bzw. 14, 15) symmetrisch zur Fahr­ zeuglängsmittelebene (24) angeordnet sind.

10. Unabhängige Hinterradaufhängung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (12 bis 15) bezogen auf ihren jeweiligen Pol­ strahl (25 bis 28) symmetrisch angeordnet bzw. ausgebildet sind.

11. Unabhängige Hinterradaufhängung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager (12 bis 15) in Bezug auf in Richtung ihrer La­ gerachse wirkende Hochkräfte steif ausgebildet sind.

12. Unabhängige Hinterradaufhängung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager als Konuslager ausgebildet sind.