DE2249045A1

DE2249045A1 - Kraftfahrzeug mit rhombischer anordnung der raeder

Info

Publication number: DE2249045A1
Application number: DE2249045A
Authority: DE
Inventors: Alberto Morelli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-10-08
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1973-04-12
Also published as: US3828876A; IT945770B

Description

DlPU-ING. A. GRÜNECKER DR.-ING. H. KINKELDEY

DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. <cauf.inst.oftechn.) PATENTANWÄLTE

MDNCHEN 22 MoximilianstraQe 43 Telefon 297100/296744 Telegramme Monopol München Tefex 05-28380

6. Oktober 1972

PH5154

Alberto MOEELLI Strada VaI Salice 72, Turin, Italien

Kraftfahrzeug
mit rhombischer Anordnung der Räder.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeug mit rhombischer Anordnung der Räder.

Bekannte Fahrzeuge mit stabilem Gleichgewicht haben, wenigstens drei oder vier Räder, von denen jextfeils wenigstens eines angetrieben ist. Je nach der Anordnung der Räder teilt man solche Fahrzeuge ein in ·

Bankkonten: H. Auihäuser, München 17:

liTscho Bun!."

Postseiieclilionlo München 46212

a) Dreiräder mit drei an den Ecken eines Dreiecks angeordneten Rädern,

b) herkömmliche Vierradfahrzeuge mit vier an den Ecken eines Vierecks angeordneten Rädern und

c) rhombische Vier.radfahrzeuge, bei denen die vier Räder an den Ecken eines Rhombus angeordnet sind, und zwar zwei Räder an den Seiten des Fahrzeuges, eines vorne und eines hinten.

Bei allen Fahrzeugen der genannten Arten ist in bekannter Weise ein Schwerpunkt G bestimmt, dessen Projektion auf die Standbzw. Fahrfläche innerhalb eines durch die Auflagepunkte der Räder begrenzten Bereichs liegen muß, sowie ein Momenten-Nullpunkt IT, durch den hindurch die Resultierenden v.on bei Kurvenfahrt am Fahrzeug auftretenden Querkräften verlaufen. Zur Erzielung einer guten Richtungsstabdlität des Fahrzetigs soll der Abstand GIT zwischen dem Schwerpunkt und dem Momenten-Nullpunkt bekanntlich nahezu gleich Null sein. Ist dieser Abstand Gif genau gleich Null- so spricht man von einem neutralen Lenkverhalten des Fahrzeugs.

Bei Einführung der Abstände a und b zwischen dem Schwerpunkt G und einer Verbindungslinie zwischen den Auflagepunkten der Vorderräder bzw. einer Verbindungslinie zvasch.cn den Auflagepunkten der Hinterräder, wobei in erster Näherung eine für alle Räder gleiche Richtungsstabilität angenommen ist, ergibt sich die Größe des Abstandes GN in den drei Fällen wie folgt:

1) Dreirad: GN = 2ψ£

2) Vierradfahrzeug: GN = .^b

3) Rhombus fahrzeug: GN = ^a, ,

wobei im dritten Falle c den Abstand des hinteren Rades vom Schwerpunkt in einer Radanordnung der vorstehend beschriebenen Art angibt.

Die Bedingung GN = O ist in den Fällen 1 und 2 im wesentliehen erfüllt, wenn a = —*τ— bzw. a = - b.

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Im dritten Falle findet die Bedingung GN = O demgegenüber ihren Ausdruck in der linearen Gleichung

a + 2b + c = O

deren Auflösung von einer Bestimmung der Größe einer der Veränderlichen'a, b und c abhängig ist.

Die Erfindung basiert auf den vorstehend angeführten Beziehungen und hat als wichtiges -Ziel die Schaffung eines Kraftfahrzeugs mit rhombischer Radanordnung, bei welchem die in der Vorstehenden Gleichung angegebenen Bedingungen für ein weitgehend neutrales Lenkverhalten in einer mit der möglichen Größe des Raumes für die Insassen des Fahrzeugs, welche sich aus der Spurweite t und dem Abstand H zwischen dem lenkbaren Vorderrad und · den seitlichen Rädern ergibt, mit den-Quer« und Längsabmessungen des Fahrzeugs sowie mit den Voraussetzungen für seine Lenkbarkeit verträglichen Weise erfüllt sind. Dazu muß bei einem vorbestimmten, auf den Schwerpunkt bezogenen Kurvenradius die Kurvenführung der Räder auf den Haftreibungskoeffizienten der Reifen abgestimmt sein, um ein Rutschen der Räder zu vermeiden* Ferner soll gemäß der Erfindung der Antriebssatz eines Fahrzeugs der genannten Art so angeordnet sein, daß die Erfüllung der angegebenen Bedingungen für die Lenkbarkeit nicht beeinträchtigt ist. Weiterhin soll die Richtungsstabilität eines Fahrzeugs der genannten Art auch dann noch gewährleistet sein, wenn sich die Räder bei einer Bremsung der Grenze ihrer Reifenhaftung nähern. Die störenden Wirkungen von Querkräften und Schleudermomenten, wie sie beim Durchdrehen der Räder aufgrund einer das vorhandene Haftvermögen übersteigenden Antriebskraft auftreten, sollen ebenfalls verringert oder praktisch ausgeschaltet werden. Schließlich soll ein Fahrzeug der genannten Art bei Erfüllung der angeführten Bedingungen gemäß der Erfindung eine geometrische Grundanordnung haben, ,welche die Verwendung einer zur Erzielung eines möglichst p;ex^linr;en Luftvjiderntancl.es aerodynamisch geformten Sicherheitskarosserie ermöglicht.

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Bei einem Fahrzeug der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die seitlichen Räder angetrieben sind und das Vorderrad lenkbar ist, daß wenigstens diese drei Räder bremsbar sind, daß das vierte, hintere Rad starr in einer zu den angetriebenen Rädern parallelen Stellung angeordnet ist, daß die Beziehung zwischen den Abständen des vierten Rades und der angetriebenen Räder zum Schwerpunkt zwischen 1,5 und 3 liegt und daß zwischen dem für eine Nutzlast nutzbaren Achsabstand und dem Abstand des lenkbaren Rades zum Schwerpunkt eine Beziehung zwischen 1,225 und 1,166 besteht. .

Bei Einsetzung der angegebenen Werte für die Beziehung £■ ergibt sich eine günstige RichtungsStabilität bei

nur mäßiger Zunahme der Längs- und Querabmessungen im Vergleich zur herkömmlichen Anordnung der Räder. Sofern v- = 2, beträgt die Zunahme der Abmessungen etwa 20%. Die Achse des hinteren Rades liegt dabei zu der der angetriebenen Räder in einem solchen Abstand, daß eine zweckmäßige Anordnung des Antriebssatzes möglich ist.

Bei der erfindungsgemäßen rhombischen Anordnung der Räder mit den angetriebenen Rädern zu beiden Seiten des Fahrzeugs sind zwei Räder mit zwei entfernt voneinander liegenden Achsen vorhanden, um den störenden Wirkungen von Querkräften und Schleudermomenten, wie sie beim Durchdrehen der angetriebenen Räder aufgrund von deren Haftfähigkeit übersteigender Antriebskraft auftreten, entgegenzuwirken.Demgegenüber wirkt bei Fahrzeugen mit herkömmlicher Radanordnung nur eine einzige Achse den unter solchen Bedingungen auftretenden störenden Einflüssen entgegen, was einen gewissen Nachteil darstellt. Bei herkömmlichen Fahrzeugen mit Hinterradantrieb verschiebt sich bei iiberschreiten der Haftfähigkeit der angetriebenen Räder der Momenten-Nullpunkt bekanntlich bis zur Höhe der Vorderachse, so daß das Fahrzexxg auch bei geringer Geschwindigkeit instabil wird und zum Übersteuern neigt.

Dementsprechend verschiebt sich der Nullpunkt bei herkömm-

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lichen Fahrzeugen unter den angegebenen Bedingungen zur Hinterachse, das Fahrzeug neigt zum Untersteuern und verliert zuweilen sop;ar jegliche Lenkbarkeit, so daß es sich geradlinig weiterbewegt.

Ein weiteres Merkmal -der Erfindung "besteht darin, daß die Belastung der Räder derart verteilt, ist, daß unter statischen Bedingungen das hintere "Rad etwa 10%, das lenkbare Vorderrad etwa 23% und die angetreiebenen Räder gleichmäßig den Rest der Belastung aufnehmen. Da sich beim Abbremsen des Fahrzeuges die Belastung des hinteren Rades verringert, somit seine Bremswirkung vernachlässigbar würde, ist dieses Rad vorzugsweise nicht mit einer Bremse versehen. Auf diese Weise läßt sich die Richtungsstabilität des Fahrzeugs bei Bremsvorgängen zusätzlich verbessern. Erreichen oder überschreiten nämlich die drei gebremsten Räder, also das Vorderrad und die seitlichen Räder, die Grenze ihrer Haftfähigkeit, so bleibt diese am Hinterrad erhalten und übt hier stabilisierende Querkräfte aus, so daß es beim Bremsen nicht zum Kreiselschleudern kommen kann.

Da das Hinterrad weder mit einer Bremse versehen noch Antriebskräften unterworfen ist, entspricht seine Drehgeschwindigkeit genau der Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeugs.

Gemäß der Erfindung wird nun die Drehgeschwindigkeit des Hinterrades als Bezugsgröße herangezogen, um die übrigen Räder so zu steuern, daß die Differenz ihrer Winkelgeschwindigkeiten beim Bremsen einen dem Höchstwert des Haftreibungskoeffizienten entsprechenden Wert nicht übersteigt. Dadurch eignet sich das Fahrzeug besonders gut für die Anwendung von automatischen Bremskraft-Steuersystemen, sogenannten Antiskid-Systemen.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigt;

Fig. 1 die geometrische Anordnung der drei in der Beschreibungseinleitung angeführten Arten von Kraftfahrzeugen,

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mit Angabe der vorstehend verwendeten geometrischen Größen,

Pig. 2 eine schematisierte Planansicht eines Fahrzeugs gemäß der Erfindung,

Fig. 3 eine Seitenansicht des Fahrzeugs und

Fig. 4 eine diagraramatlsche Darstellung der Quer- und Längsabmessunpren des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit rhombischer Radanordnung im Vergleich zu denen eines herkömmlichen Vierradfahrzeugs und eines Dreiradfahrzeugs.

Wie man in Fig. 2 erkennt, hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug vier an den Ecken eines Rhombus angeordnete Räder, nämlich ein über ein Lenkrad 10 lenkbares Vorderrad R,,, zwei angetriebene seitliche Räder Rp, R-, urid ein starr in einer Stellung parallel zu den angetriebenen Rädern angeordnetes Hinterrad Ii₁

Entsprechend den in den geometrischen Anordnungen nach Fig. verwendeten Bezeichnungen ist der Schwerpunkt des Fahrzeugs mit G bezeichnet. Seine Projektion auf die Standfläche liegt innerhalb des durch die Auflagepunkte der Räder begrenzten Bereichs. Die Abstände des Vorderrades R^, der seitlichen Räder Rp, R₅, und des Hinterrades R^, zum Schwerpunkt G sind mit a bzw. b bzw. c bezeichnet. Die Lage des Selberpunkts in Bezug auf die Räder und auf die Standfläche ist neben den Veränderlichen a, b und c durch seine Höhe h über der Standfläche gegeben (Fig. 3). Der Achsabstand zwischen dem Vorderrad R^, und den angetr-iebenen Rädern Rp, R₅, ist mit H bezeichnet, mit t die Spurweite der angetriebenen Räder und mit t die Querabmessung eines durch die Auflagepunkte P,. bis P₄, gebildeten Vielecks in Höhe des Schwerpunkts G.

Sämtliche vorstehend angeführten Größen beziehen sich auf ein kartesisches X-Y-Achsensystem, dessen Schnittpunkt, wie aus Fig.1 ersichtlich, mit dem Schwerpunkt G zusammenfällt und dessen Abszisse in bezug auf das Fahrzeug vorwärts und dessen Koordinate querab nach links verläuft.

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Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug sind die Anstände c, b des Hinterrades R^ "bzw. der angetriebenen Räder Rp, R^ zum Schwerpunkt G so gewählt, daß zwischen ihnen eine Beziehung γ-zwischen 1,5 und 3> vorzugsweise von 2 besteht. Bei einer solchen Beziehung ergibt sich bei einem Fahrzeug mit rhombischer Radanordnung ein im Vergleich zu Fahrzeugen mit herkömmlicher Radanordnung günstiges Verhältnis der Längs- und Querabmessungen sowie gleichzeitig die Möglichkeit einer besonders zweckmäßigen Anordnung des Antriebssatzes.

Aus der Gleichung für die RichtungsStabilität

a + 2b + c=O
ergibt sich aufgrund der Beziehung a-b=H die Gleichung

5b + c = -H
oder, dimensionslos,

^{5 +} b ⁼ " b (I)

Außerdem ergibt sich, unter Zugrundelegung der Bezeichnungen in Fig. 2, die Beziehung

e , a H+b _Λ , b

worin t der Querabmessung des Fahrzeugs und t der hinsichtlich der Kippfestigkeit zulässigen Höhe h des Schwerpunkts G über der Standfläche proportional ist.

Aus der Kombination der vorstehenden Gleichungen (I) und. (II) erhält man schließlich die Gleichung

2 ₊ § = \ (III)

Fig. 4 zeigt die Veränderungen der Beziehung^— in Abhängigkeit von Änderungen der Beziehung r-. Die Kurve r- verläuft hier asymptotisch in Richtung auf 1. Man erkennt, daß die Spurweite t des Fahrzeugs mit rhombischer Radanordnung immer größer ist als die eines vergleichbaren herkömmlichen Fahrzeuges, sofern nicht c/b =oo, was sich bei b=0 und daher a = -c ergäbe.

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Die Beziehung a = -c führt in jedem Falle zu einer übermäßigen Länge des Fahrzeugs, da dann H = a ist und erbringt beträchtliche Schwierigkeiten hinsichtlich der Lenkbarkeit des Fahrzeugs. Da andererseits die Länge des Fahrzeugs der Differenz a - c proportional ist, läßt sich die adimensionale Gleichung

a£f(i₊|) ' (IV)

aufstellen, welche im Hinblick auf die vorstehende Gleichung (I) eine Berechnung der Beziehung ^~. als Funktion von £ erlaubt. Die Kurve für die Beziehung ^rr- ist in Fig. 4 ebenfalls einge-

t a-c tragen. Aus den Kurven für.- und —jj- ergeben sich die Beziehungen zwischen Quer- und

Längsabmessungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit rhombischer Radanordnung im Vergleich, zu einem herkömmlichen Fahrzeug.

Aus dem Diagramm von Fig. 4- ist zu entnehmen, daß sich die optimalen Beziehungen für *- = 2 ergeben, bei welchem Wert die Zunahme der Abmessungen in beiden Richtungen etwa 20% beträgt.

Allgemein kann die Beziehung £· in dem in Fig. 4- schraffierten Bereich S zwischen 1,5,,und 3 liegen. Die obere Grenze des Bereichs für die Beziehung £■ ergibt sich aus der mit dem Grenzwert des Haftreibungskoeffizienten des Reifens am Hinterrad R^ noch vereinbaren Querbewegung des Hinterrades. Dieser Grenzwert darf nur bei stärksten Lenkausschlägen beim Manövrieren mit geringster Geschwindigkeit erreicht werden. Demgegenüber ist die untere Begrenzung für die Beziehung v- durch die mit dem Einbau des auf die seitlichen Räder R₀, R-, wirkenden Antriebssatzes vereinbare 2' 5

geringstes Distanz zwischen dem Hinterrad R^ und den Antriebsrädern bestimmt;.

Solange also die Beziehung £ innerhalb der vorstehend angeführten Grenzen bleibt, ermöglicht die Stellung des Hinterrades R^, in bezug auf die Antriebsräder den Einbau dec Motors M in der in Fig. 2 gezeigten Anordnung. V/ie man erkennt, ist der Motor M quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs eingebaut,

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V7oraus sich unter anderem eine gleichmäßige Verteilung der Belastung auf die Räder erzielen läßt. In einer besonders vorteilhaften Anordnung ist die Belastung derart verteilt, daß davon unter statischen Bedingungen etwa 25% auf das Vorderrad R,,, etwa 10% auf das Hinterrad R₂, und der Rest auf die "beiden seitlichen Räder entfallen. Beim Bremsen verringert sich dann die Belastung des .Hinterrades noch weiter. Das.Hinterrad ist nicht mit Bremseinrichtungen versehen, so daß es in bestimmten Fällen eine äußerst wichtige Lenkfunktion übernehmen kann. Erreichen oder überschreiten nämlich die drei gebremsten Räder die Grenze der Haftfähigkeit, so behält das Hinterrad R₂^ die Seine und vermag so eine wirksam stabilisierende Querkraft auszuüben. Ferner verbessert das Vorhandensein des nicht gebremsten Hinterrades R₂, die Richtungsstabilität des Fahrzeugs in solchen Fällen, in denen die Antriebsräder Rp, R^ aufgrund übermäßig großer Antriebskräfte ihre Haftfähigkeit verlieren. In diesem Falle wirken die Räder R_x; und R₂. den auftretenden Querkräften und Schleudermomenten.wirksam entgegen und verhindern weitgehend, daß sich der Momenten-Nullpunkt übermäßig in bezug auf den Schwerpunkt verlagert.

Nimmt man beispielsweise an, daß bei einer Beziehung =- = 2 a = -4b ist, so ergibt sich GN = - b = £ , wobei "GlT der Abstand zwischen dem Schwerpunkt und dem Momenten-Nullpunkt ist. GN ist damit also positiv und das Fahrzeug neigt zum Übersteuern, jedoch nur in einem geringen Maße, bei dem noch keine nennensxtferten Nachteile spürbar sind. Die kritische Geschwindigkeit ergibt sich hier aus der Beziehung

er

worin M die Masse des Fahrzeugs und C die QuerStabilität' eines einzelnen Rades angibt.

Setzt man für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung beispielsweise

M. = 100 Kg m"~Vs²
a = 2,5 m und
C = 400 Kff/rad

ein, so ergibt sich als kritische Geschwindigkeit V etwa

309815/0325 ^cr

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76 km/h, also eine für das Auftreten des Durchdrehens der Räder aufgrund überhöhter Antriebsleistung reichlich hohe Geschwindigkeit.

Da das Hinterrad R. nicht mit einer Bremse versehen und keinen Antriebskräften unterworfen ist, ist seine Drehgeschwindigkeit gemu proportional der Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.

Die Drehgeschwindigkeit des Hinterrades R^ läßt sich somit als Bezugsgröße heranziehen, um die drei anderen Räder so zu steuern, daß die Differenz ihrer Winkelgeschwindigkeiten beim Bremsen einen dem Höchstwert des Haftreibungskoeffizienten entsprechenden V/ert nicht überschreitet. Diese Differenz der Winkelgeschwindigkeiten bewegt sich in einem Bereich bis etwa 20%. Das erfindungsgemäße Fahrzeug eigne,t sich somit besonders gut für die Anwendung von automatischen Bremskraft-Steuersystemen, v/ie sie unter der Bezeichnung "Antiskid-Systeme" allgemein bekannt sind.

Aus der vorstehenden Beschreibung und den Zeichnungen ist ferner zu erkennen, daß sich bei einem Fahrzeug mit rhombischer Radanordnung, bei welchem die Beziehung τ- im angeführten Bereich liegt, zusätzlich zu den verbesserten Stabilitätseigenschaften eine Gesamtanordnung ergibt, welche die Verwendung einer Karosserie mit ausgeprägten aerodynamischen Eigenschaften gestattet. Der Bug PR einer solchen Karosserie kann ein langgestrecktes Spitzbogenprofil erhalten und die Skelettlinie LA ist nach oben gewölbt. Diese Formgebung führt zu hervorragenden aerodynamischen Eigenschaften und ermöglicht gleichzeitig die Erfüllung von besonderen Sicherheit sanforderungen.

Die Einrichtung des Fahrgasträumes läßt sich beim erfindungsgemäßen Fahrzeug besonders vorteilhaft gestalten, da es möglich ist, die hinteren Sitze SP zunächst dem Schwerpunkt anzuordnen und damit dank der bemerkenswerten Verringerung von Stampf- und Schlingerbewegungen einen hohen Fahrkomfort

zu erzielen. 309815/0325

Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in "beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. ' . ·

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Claims

Al

Patentansprüche:

Kraftfahrzeug mit rhombischer Anordnung der Räder, g ,e kennzeichnet, daß die seitlichen Räder (R_?, R₇) angetrieben sind .und das Vorderrad (R/.) lenkbar ist, daß wenigstens diese drei Räder bremsbar sind, daß das vierte, hintere Rad (R^,) starr in einer zu den angetriebenen Rädern parallelen Stellung angeordnet ist, daß die Beziehung (τ-) zwischen den Abständen des vierten Rades und der angetriebenen Räder zum Schwerpunkt (G) zwischen 1,5 und 3 liegt und daß zwischen dem für eine Nutzlast nutzbaren Achsabstand (H) und dem Abstand (a) des lenkbaren Rades zum Schwerpunkt eine Beziehung (~ = r-) im Bereich zwischen 1,225 und 1,166 besteht. ^e
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebssatz (M) zwischen den angetriebenen Rädern (Rp₁ R?) und dem hinteren Rad (R^) quer zur Längsachse des Fahrzeugs angeordnet ist.
3. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Belastung derart auf die Räder verteilt ist, daß unter statischen Bedingungen etwa 10% davon auf das hintere Rad (R^), etwa 25% auf das lenkbare Vorderrad (Ry.) und der restliche Anteil auf die angetriebenen Räder,(Rp, R,) entfallen.
4-. Kraftfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Rad (R^) nicht mit einer Bremse versehen lind daher zum Erzeugen von stabilisierenden Querkräften geeignet ist.
5. Kraftfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Rad (R/.) angeordnete Einrichtungen zum Abtasten von dessen V/inkelgenchwindigkeit betätigungsübertragend mit Steuereinrichtungen für die auf die drei ubri'-on Räder (RyJ₁ Rp R₇) einwirkenden Bremskräfte verbunden sind, mittels

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welcher die Bremskraft "bei Überschreitung eines vorbestimmten Wertes der Differenz zwischen der Winkelgeschwindigkeit des hinteren Rades und derjenigen eines der -gebremsten Räder verringer-"bar ist.
6. Kraftfahrzeug nach wenigstens einem der Ansprüche T "bis 5 ν dadurch gekenn ze i chnet, daß das Verhältnis (■&) zwischen den Abständen des vierten, hinteren Rades (R/,) und der angetriebenen Räder (Rp,' R^) zum Schwerpunkt (G) gleich zwei ist.

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