DE202013100881U1

DE202013100881U1 - Verbundlenkerachse für Fahrzeuge

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Publication number: DE202013100881U1
Application number: DE202013100881U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2023-03-02

Abstract

Verbundlenkerachse für Fahrzeuge, aufweisend einen biegesteifen, torsionsweichen Querträger (3), der bezüglich seiner Längserstreckung endbereichsseitig mit jeweils einem biege- und torsionssteifen Längslenker (4) winkelsteif verbunden ist, wobei der Längslenker (4) bezüglich seiner Längserstreckung einenends Mittel (5) zur Achsanlenkung an einem Fahrzeugaufbau (6) und anderenends Mittel (7) zur Anbindung wenigstens eines Fahrzeugrads (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (3) entlang der Längslenker (4) verschiebbar mit diesen verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Verbundlenkerachsen haben sich vorzugsweise bei frontgetriebenen Personenkraftwagen wegen ihres vergleichsweise geringen Platzbedarfs, ihres im Prinzip einfachen konstruktiven Ausbaus sowie ihrer guten Fahreigenschaften in der Großserienproduktion bestens bewährt.
Eine Verbundlenkerachse mit einer biegesteifen, torsionsweichen Querstrebe, die mit biege- und torsionssteifen Längslenkern verbunden ist, die eine Achsanlenkung und einen Radträger aufweisen, ist beispielsweise in der DE 197 07 643 C1 oder der EP 0 769 397 B1 beschrieben.
Beim Abstimmen der einzelnen Kraftelemente eines Fahrwerks eines Fahrzeugs, insbesondere Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel Feder- und Dämpferelemente, werden diese üblicherweise an das Gewicht des Fahrzeugs sowie an die gewünschten dynamischen Fahreigenschaften angepasst. Neben den Eigenschaften der Feder- und Dämpferelemente, mit denen sich hauptsächlich die vertikalen Bewegungen des Fahrzeugaufbaus beeinflussen lassen, können ebenfalls die Wank- bzw. Rollsteifigkeit und die Wank- bzw. Rollbewegungen des Fahrzeugaufbaus in einer aktiven oder semi-aktiven Weise verändert werden.
Ein in der Federrate anpassbarer Stabilisator für ein Fahrzeug ist in der US 2009/0079177 A1 offenbart. Der Stabilisator umfasst eine Drehstabfeder und einen an einem Ende mittels einer Anpassvorrichtung an der Drehstabfeder angebrachten, flexiblen Längshebel. Die Anpassvorrichtung lagert ein längsverschiebbares Gleitelement, das an dem flexiblen Längshebel anliegt und mit einem seiner Enden einen Hebelpunkt des Längshebels festlegt. Durch Verschieben des Gleitelements wird der Hebelpunkt entlang des Längshebels verschoben und damit seine wirksame Federrate verändert. Die Verschiebung des Gleitelements erfolgt manuell mit Hilfe eines Seilzugs.
Ein Stabilisator zur Wank- bzw. Rollsteuerung eines Fahrzeugs ist in der US 2002/0195790 A1 beschrieben. Der Stabilisator umfasst eine Drehstabfeder, einen passiven Längshebel, der drehfest an einem Ende der Drehstabfeder mit dieser verbunden ist, und einen aktiven Längshebel, der an dem anderen Ende der Drehstabfeder drehbar mit dieser verbunden ist. Parallel zum aktiven Längshebel und starr mit diesem verbunden ist eine Einstellvorrichtung, mit welcher der Winkelbereich der relativen Verdrehung zwischen dem aktiven Längshebel und der Drehstabfeder eingestellt und eingeschränkt werden kann. Die Einstellung erfolgt mit Hilfe eines Nockenmechanismus, der von einem Aktuator linear betätigt wird.
Des Weiteren ist eine aktiv verstellbare Verbundlenkerachse beispielsweise aus der DE 10 2004 053 364 A1 bekannt. Die Verbundlenkerachse umfasst einen Querträger, der einen rinnenförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Biege- und Torsionssteifigkeit des Querträgers in Abhängigkeit von der jeweiligen Fahrsituation aktiv unter Verwendung aktiver Elemente einstellbar ist. Die aktiven Elemente sind in den offenen Kanalbereich des Querträgers eingliederbar oder an diesen angeschlossen. Sie umfassen insbesondere elektrorheologische Fluide oder Elastomere.
Ebenso sind verschiedenartige Federungssysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, wie sie beispielsweise in der WO 93/22150 , der DE 197 27 819 A1 und der DE 37 34 698 A1 beschrieben sind, die mit Hilfe von Stangen- und Hebelanordnungen die wirksame Federrate abhängig von einem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs verändern.
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbundlenkerachse für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, zu schaffen, mit der bei einem einfachen Aufbau die Wank- bzw. Rollsteifigkeit des Fahrzeugs allgemein veränderbar und insbesondere an unterschiedliche Fahrzeuge und Fahrwerksbelastungen sowie an unterschiedliche Fahrsituationen anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Verbundlenkerachse für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Erfindungsgemäß weist eine Verbundlenkerachse für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, einen biegesteifen, torsionsweichen Querträger und zwei biege- und torsionssteife Längslenker auf. Der Querträger ist bezüglich seiner Längserstreckung endbereichsseitig mit jeweils einem der Längslenker winkelsteif verbunden. Ferner weist der Längslenker seinerseits bezüglich seiner Längserstreckung einenends Mittel zur Achsanlenkung an einem Fahrzeugaufbau des Fahrzeugs, zum Beispiel Lagerbuchsen, und anderenends Mittel zur Anbindung wenigstens eines Fahrzeugrads, beispielsweise Radträger, auf. Gemäß der Erfindung ist der Querträger entlang der Längslenker, das heißt in Längsrichtung der Längslenker, verschiebbar mit diesen verbunden. Die verschiebbare Verbindung des Querträgers mit den Längslenkern ermöglicht es in vorteilhafter und einfacher Weise, die Rollsteifigkeit der Verbundlenkerachse abhängig von der aktuellen Position des Querträgers bezüglich der Längserstreckung der Längslenker zu verändern. Die Rollsteifigkeit der Verbundlenkerachse nimmt allgemein zu, je weiter der Querträger von den Mitteln zur Achsanlenkung in Richtung der Mittel zur Anbindung der Fahrzeugräder verschoben wird. Somit lässt sich die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse in einfacher Weise an unterschiedliche Fahrzeuge, insbesondere deren verschiedenen Fahrzeugmassen, an unterschiedliche Fahrwerksbelastungen und unterschiedliche Fahrsituationen des Fahrzeugs anpassen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Aktuator zur Verschiebung des Querträgers vorgesehen ist. Der Aktuator ermöglicht sowohl die Verschiebung des Querträgers entlang der Längslenker als auch das Halten des Querträgers in der gewünschten Position bzw. in dem gewünschten Abstand des Querträgers zu den Mitteln zur Achsanlenkung bzw. den Mitteln zur Anbindung der Fahrzeugräder. Der Aktuator kann elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betrieben werden, bevorzugt werden jedoch aufgrund ihrer kompakten Bauart und ihres energiesparenden Einsatzes elektrisch betriebene Aktuatoren. Mit Hilfe des Aktuators kann eine Verschiebung des Querträgers und damit eine Verstellung der Rollsteifigkeit der Verbundlenkerachse während des Betriebs des Fahrzeugs abhängig von verschiedenen Betriebszuständen, zum Beispiel Fahrzeuggewicht, Fahrzeuggeschwindigkeit und dergleichen, verwirklicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktuator ein Linearaktuator. Mit Hilfe des Linearaktuators lässt sich eine genaue Verschiebung des Querträgers und damit eine genaue Einstellung der Rollsteifigkeit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse erreichen, wobei der Hub des Linearaktuators je nach Anordnung und Ausrichtung des Aktuators im Wesentlichen dem Verschiebeweg des Querträgers entlang der Längslenker entsprechen kann. Ferner lassen sich mittels eines kompakt bauenden Linearaktuators relativ große Verschiebewege realisieren. Bei Verwendung von Linearaktuatoren mit Selbsthemmung wird vorteilhafterweise gleichzeitig das Halten des Querträgers in der gewünschten Betriebsstellung wesentlich erleichtert, da keine zusätzliche Bremse zum Halten der Betriebsstellung vorgesehen werden muss.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jedem Längslenker ein Aktuator zugeordnet ist, der sich einenends an dem ihm zugeordneten Längslenker und anderenends am Querträger abstützt. So sind bei einer zwei Längslenker aufweisenden Verbundlenkerachse zwei Aktuatoren zur Verschiebung des Querträgers vorgesehen. Diese greifen in den beiden Bereichen der Verbindungen des jeweiligen Längslenkers mit dem Querträger, das heißt an den Endbereichen des Querträgers bezogen auf seine Längserstreckung, am Querträger an, so dass bei gleichzeitiger und gleichmäßiger Betätigung der Aktuatoren beispielsweise ein Verkanten des Querträgers beim Verschieben desselben entlang der Längslenker sicher vermieden wird.
Ferner sind gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung Führungsmittel zur Verbindung des Querträgers mit den Längslenkern vorgesehen, die starr mit dem Querträger verbunden und an den Längslenkern verschiebbar geführt sind. Die starre Verbindung der Führungsmittel mit dem Querlenker ermöglicht trotz der Verschiebbarkeit entlang der Längslenker eine relativ winkelsteife Verbindung des Querträgers mit dem jeweiligen Längslenker.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispiels der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse,
2 eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Verbundlenkerachse in einer ersten und zweiten Betriebsstellung und
3 eine Rückansicht der in 2 gezeigten Verbundlenkerachse in der ersten und zweiten Betriebsstellung.
In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 stellt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse 1 für die Hinterräder 2 eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dar. Die Verbundlenkerachse 1 weist einen torsionsweichen, beigesteifen Querträger 3 und zwei torsions- und biegesteife Längslenker 4 auf, wobei der Querträger 3 in seinen Endbereichen bezüglich seiner Längserstreckung in Richtung der in 1 gezeigten y-Achse mit jeweils einem Längslenker 4 verbunden ist. Die Längslenker 4 weisen ihrerseits hinsichtlich ihrer Längserstreckung jeweils einenends Mittel 5 zur Achsanlenkung an einem Fahrzeugaufbau 6, zum Beispiel Lagerbuchsen, und anderenends Mittel 7 zur Anbindung der Fahrzeugräder 2, zum Beispiel Radträger, auf. Die Radträger 7 verbinden die Räder 2 um eine Drehachse 8 drehbar mit den Längslenkern 4, wobei die Längslenker 4 wiederum mittels der Lagerbuchsen 5 um eine Schwenkachse 9 schwenkbar am Fahrzeugaufbau 6 angelenkt sind.
Wie in 1 mittels Doppelpfeilen 10 angedeutet ist, ist der Querträger 3 entlang der Längslenker 4 verschiebbar mit diesen verbunden. Die Verschiebungsrichtung 10 des Querträgers 3 entspricht in der 1 der ebenfalls dargestellten x-Achse.
Wie 1 weiter zu entnehmen ist, sind Führungsmittel 11 vorgesehen, mit denen der Querträger 3 mit den Längslenkern 4 verbunden ist, wobei die Führungsmittel 11 starr mit dem Querträger 3 verbunden und die Führungsmittel 11 an den Längslenkern 4 verschiebbar geführt sind.
Ferner sind in 1 zwei Linearaktuatoren 12 dargestellt, von denen jeweils einer einem Längslenker 4 zugeordnet ist. Die Linearaktuatoren 12 stützen sich hierbei jeweils an dem ihnen zugeordneten Längslenker 4 und an dem Querträger 3 ab, um eine Verschiebung des Querträgers 3 in die Verschieberichtung 10 bewirken zu können. Durch das Vorsehen zweier Aktuatoren 12, die stets gleichzeitig und in gleichem Maße betrieben werden, wird ein Verkanten des Querträgers 3 beim Verschieben entlang der Längslenker 4 wirksam verhindert. Die Aktuatoren 12 halten den Querträger 3 nach dem Verschieben in der gewählten Position.
Das Verschieben des Querträgers 3 entlang der Längslenker 4 bewirkt unmittelbar eine Änderung der Rollsteifigkeit der Verbundlenkerachse 1, wie nachstehend erläutert wird.
2 stellt eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Verbundlenkerachse 1 in einer ersten und zweiten Betriebsstellung 3-1 bzw. 3-2 des Querträgers 3 dar. Die Betriebsstellung 3-1 weist eine geringere Entfernung des Querträgers 3 zu den Lagerbuchsen 5 auf als die zweite Betriebsstellung 3-2 des Querträgers 3. In 2 sind ebenfalls die Führungsmittel 11 in einer ersten Betriebsstellung 11-1 und einer zweiten Betriebsstellung 11-2 dargestellt. In der Betriebsstellung 3-1 des Querträgers 3 weist die Verbundlenkerachse 1 eine geringere Rollsteifigkeit auf als in der Betriebsstellung 3-2. Allgemein gilt, dass die Rollsteifigkeit der Verbundlenkerachse 1 mit zunehmendem Abstand des Querträgers 3 von den Lagerbuchsen 5 zunimmt.
Anhand der nachfolgend beschriebenen graphischen Konstruktion lassen sich die den Betriebsstellungen 3-1 und 3-2 zugeordneten Rollzentrumshöhen der Verbundlenkerachse 1 bestimmen. Wie in 2 zu erkennen ist, können mit Hilfe der Geraden durch den Punkt A (Mittelpunkt der Lagerbuchse 5) und den Punkt B1 (Schnittpunkt der Längsachse des Querträgers 3-1 mit einer in 2 dargestellten Längsmittelebene 13 des Fahrzeugs) bzw. den Punkt B2 (Schnittpunkt der Längsachse des Querträgers 3-2 mit der Fahrzeuglängsmittelebene 13) die Punkte C1 bzw. C2 auf der Raddrehachse 8 konstruiert werden. Die Längsmittelebene 13 entspricht der xz-Ebene des in den 1 bis 3 dargestellten x-, y- und z-Achsensystems.
3 stellt eine Rückansicht der in 2 gezeigten Verbundlenkerachse 1 in der ersten und zweiten Betriebsstellung 3-1 bzw. 3-2 des Querträgers 3 dar, wobei in 3 lediglich die aus den ersten und zweiten Betriebsstellungen 3-1 und 3-2 der 2 gewonnenen Punkte C1 und C2 auf der Raddrehachse 8 sichtbar sind. Mit den Geraden durch die Punkte C1 bzw. C2 und den Radaufstandspunkt D des Rads 2 ergeben sich die Rollzentrumshöhen H1 bzw. H2 als Abstand der Punkte E1 bzw. E2 von einer Fahrbahnoberfläche 14, wobei die Punkte E1 bzw. E2 die Schnittpunkte der zuvor erwähnten Geraden durch die Punkte C1 bzw. C2 und D mit der Fahrzeuglängsmittelebene 13 sind. Es ist in 3 zu erkennen, dass die aus der Betriebsstellung 3-1 des Querträgers 3 resultierende Rollzentrumshöhe H1 kleiner ist als die aus der Betriebsstellung 3-2 des Querträgers 3 resultierende Rollzentrumshöhe H2. Allgemein ist festzustellen, dass die Rollzentrumshöhe mit zunehmendem Abstand des Querträgers 3 von den Lagerbuchsen 5 zunimmt.
Obwohl die Rollsteifigkeit der Verbundlenkerachse 1 bei der vorstehenden Beschreibung der 2 und 3 lediglich abhängig von der Verschiebung des Querträgers 3 entlang der Längslenker 4 dargestellt wurde, ist zu verstehen, dass die Rollsteifigkeit der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse ebenso von weiteren Eigenschaften der Verbundlenkerachse beeinflusst wird. So nehmen die Torsionssteifigkeit und die Biegesteifigkeit des Querträgers ebenso Einfluss auf die Rollsteifigkeit der Verbundlenkerachse wie auch die Biegesteifigkeit der Längslenker. Durch die Veränderung der Achsgeometrie der erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse beim Verschieben des Querträgers entlang der Längslenker wird das Querprofil im Übrigen auch mehr oder weniger auf Biegung beansprucht.
Die vorstehend beschriebene, erfindungsgemäße Verbundlenkerachse für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, ist nicht auf die hierin offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen.
In bevorzugter Ausführung wird die erfindungsgemäße Verbundlenkerachse als Hinterachse in Fahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, zur Anlenkung der Hinterräder an einem Fahrzeugaufbau des Fahrzeugs verwendet, um hiermit die Wank- bzw. Rollsteifigkeit des Fahrzeugaufbaus während des Betriebs des Fahrzeugs wenigstens in semi-aktiver Weise verändern zu können, das heißt, die wirksame Wank- bzw. Rollsteifigkeit der Verbundlenkerachse wenigstens zwischen verschiedenen, vorher festlegbaren Arbeitsbereichen auswählen zu können.
Bezugszeichenliste

1: Verbundlenkerachse
2: Fahrzeugrad
3: Querträger
3-1: Querträger in erster Betriebsposition
3-2: Querträger in zweiter Betriebsposition
4: Längslenker
5: Lagerbuchse
6: Fahrzeugaufbau
7: Radträger
8: Drehachse
9: Schwenkachse
10: Verschiebungsrichtung von 3
11: Führungsmittel
11-1: Führungsmittel in erster Betriebsposition
11-2: Führungsmittel in zweiter Betriebsposition
12: Linearaktuator
13: Längsmittelebene
14: Fahrbahnoberfläche
A: Mittelpunkt von 5
B1: Schnittpunkt der Längsachse von 3-1 mit 13
B2: Schnittpunkt der Längsachse von 3-2 mit 13
C1: Schnittpunkt der Geraden durch A und B1 mit 8
C2: Schnittpunkt der Geraden durch A und B2 mit 8
D: Radaufstandspunkt
E1: Schnittpunkt der Geraden durch C1 und D mit 13
E2: Schnittpunkt der Geraden durch C2 und D mit 13
H1: Rollzentrumshöhe von 3-1
H2: Rollzentrumshöhe von 3-2
x: x-Achse
y: y-Achse
z: z-Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19707643 C1 [0003]
EP 0769397 B1 [0003]
US 2009/0079177 A1 [0005]
US 2002/0195790 A1 [0006]
DE 102004053364 A1 [0007]
WO 93/22150 [0008]
DE 19727819 A1 [0008]
DE 3734698 A1 [0008]

Claims

Verbundlenkerachse für Fahrzeuge, aufweisend einen biegesteifen, torsionsweichen Querträger (3), der bezüglich seiner Längserstreckung endbereichsseitig mit jeweils einem biege- und torsionssteifen Längslenker (4) winkelsteif verbunden ist, wobei der Längslenker (4) bezüglich seiner Längserstreckung einenends Mittel (5) zur Achsanlenkung an einem Fahrzeugaufbau (6) und anderenends Mittel (7) zur Anbindung wenigstens eines Fahrzeugrads (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Querträger (3) entlang der Längslenker (4) verschiebbar mit diesen verbunden ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Aktuator (12) zur Verschiebung des Querträgers (3) vorgesehen ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (12) ein Linearaktuator ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Längslenker (4) ein Aktuator (12) zugeordnet ist, der sich einenends an dem ihm zugeordneten Längslenker (4) und anderenends am Querträger (3) abstützt.
Verbundlenkerachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Führungsmittel (11) zur Verbindung des Querträgers (3) mit den Längslenkern (4) vorgesehen sind, die starr mit dem Querträger (3) verbunden sind und an den Längslenkern (4) verschiebbar geführt sind.