DE2433583C2

DE2433583C2 - Aufhängung der lenkbaren Räder eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE2433583C2
Application number: DE2433583A
Authority: DE
Inventors: Peter James 3180 Wolfsburg Milner
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1974-07-12
Filing date: 1974-07-12
Publication date: 1983-12-22
Also published as: DE2433583A1; FR2277690A1; GB1506527A; FR2277690B1; US4084837A

Description

60

Die Erfindung bezieht sich auf eine Aufhängung der lenkbaren Räder eines Kraftfahrzeuges der im Oberbegriff des Patentanspruchs I genannten Art, wie sie beispielsweise aus den FR-PS 1149 962, der f'R-PS 89 165 sowie dem DE-GM 71 02 556 bekannt ist.

Bei Radaufhängungen lenkbarer Rüder tritt recht häufig eine unerwünschte Lenkunruhe auf. welche die verschiedensten Ursachen haben kann. So ist es beisjpielsweise bekannt (Buch »Kraftfahrzeuglenkung« von Heider. VEB-Verlag Technik, 1970. Seiten 226 bis 229; Zeitschrift ATZ. Heft 10, Oktober 1959. Seiten 296/297), daß durch einen Höhenschlag oder eine Unwucht des Rades oder durch Überrollen eines Hindernisses ein Drehmoment um den Lenkzapfen erzeugt wird, was zu einem Rattern oder Wobbein tri der_Lenkung führt.

Üblicherweise wird versucht, die Lenkunruhe durch' Lenkungsdämpfer, durch exaktes Auswuchten der Räder, durch 'Radmittenzentrierung und durch ein bewußtes Vergrößern der Reibung in Lenkung und Achse zu vermeiden bzw. zu verringern.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Aufhängung der lenkbaren Räder der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art insbesondere den Teil der Lenkunruhe, welcher durch das Flattern bzw. Wobbein infolge einer Unwucht oder eines Höhenschlages des Rades hervorgerufen ist, zu beseitigen oder zumindest zu verringern, ohne dabei die Lenkung durch erhöhte Reibung zu verschlechtern oder den Aufwand für den Radrundlauf zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte und erfindungswesentliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in der. Unteransprüciben angegeben.

Die erfindungsgemäße Radaufhängung macht sich die an sich bekannte Tatsache zunutze, daß bei einem Fahrzeug, bei welchem die Auslenkung des Rades mit einer Sturzänderung verbunden ist, eine Sturzänderung des sich drehenden Rades nach den Kreiselgesetzen ein Kreiselmoment um den Lenkzapfen zur Folge hat (Zeitschrift ATZ, Heft 10. Oktober 1959, Seiten 300/301; Buch von Heider »Kraftfahrzeuglenkung«, VEB-Verlag Technik 1970, Seiten 230 bis 237^. In der Erkenntnis, daß dieses Kreiselmoment um den Lenkzapfen entgegengesetzt zu dem durch eine Unwucht oder einen Höbenschlag des Rades hervorgerufenen, ein Flattern verursachenden Drehmoment wirkt, ist die Anlenkung des radführenden Dämpfer- oder Federbeins erfindungsgemäß bewußt definiert seitenkraftweich ausgebildet, so daß die durch Unwucht und/oder durch den Höhenschlag verursachten Vertikalkräfte durch seitliches Verschieben der Dämpfer- bzw. Federbeinanlenkung eine definierte elastische Sturzänderung bewirken, wodurch der auf Unwucht und/oder Höhenschlag zurückzuführende Anteil am Flattei π bzw. Wobbein herabgesetzt oder sogar beseitigt wird.

Anhand eines i.i der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels werden die Erfindung und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung erläutert.

In der Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung

Fig. 1 die Aufhängung eines gelenkten Fahrzeugrades unter Verwendung eines rr.dführenden Federbeines,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus der in F i g, 1 gezeigten Radaufhängung und

F i g. 3 nochmals eine schematische Darstellung der in Fig. I gezeigten Radaufhängung.

In F i g. I ist das gelenkte Rad 1 eines Kraftfahrzeuges über ein radführendes Federbein 3 und einen unteren Querlenker 2 am nur schematisch angedeuteten Fahrzeugaufbau 4 angelenkt. Das Federbein 3, welches aus dem Dämpfer 31 und der Federung 32 besteht, ist in seinem oberen Bereich über ein elastisches Lager 5

beweglich mit dem Fahrzeugaufbau 4 und in-seinem unteren Bereich beweglich mit einem Querlenker 2 verbunden. Das Fahrzeugrad 1 ist über einen Radträger 6 starr am. Federbein 3 gelagert. Das obere elastische Federbeinlager 5 ist besonders seitenkräftweich ausge- 5 bildet so daß sich eine nur geringe Sturzwinkelsteifigkeit ergibt, wodurch die Lenkunruhe verringert wird. Es besteht aus einer als Gummiring 51 ausgebildeten Gummifeder-Baueinheit. Die untere Stirnfläche 52 des Gummirings 51 steht mit dem Federbein 3 und die obere to Stirnfläche 53 mit dem Fahrzeugaufbau 4 in Verbindung. Diese Verbindung ist einerseits durch ein oberes Lagerblcch 57, welches mit dem Fahrzeugaufbau 4 M_w — T ■

verschraubt ist, und andererseits durch ein unteres Lagerblech 58, welches mit einem auf der Federbeinachse angeordneten Kugellager 56 u. ä. in Verbirrdung steht, gegeben. Die Wandstärke des Gummirings 51 ist geringer -als seine Höhe, so daß die erwünschte sehenkraftweiche Anlenkung gewährleistet ist. Um die gewünschte Federsteife zu verwirklichen, ist es vorteilhaft, das elastische Lager 5 so auszubilden, daß der Gummiring 51 durch Vertikalkräfte. d. h. insbesorrdere durch die Radaufstandskraft, ausschlieUfich auf Druck (hart) und durch Sturzmomente ausschäeßäich auf Schub (weich) beansprucht wird. Im Ausführungsbeispiel ist der Gummiring 51 daher in der Weise angeordnet, daß seine Mittelachse A durch den Schnittpunkt zwischen der Radmittelebene B und der Verlängerung Cdes Querlenkers 2 verläuft. Durch diese konstruktiven Maßnahmen ergibt sich die gewünschte geringe Sturzwinkelsteifigkeit. Sie kann Werte von nur etwa 25% der üblichen Sturzwinkelsteifigkeit erreichen. Im allgemeinen soil die gewünschte geringe Sturzwinkelsteifigkeit nur für eine begrenzte Auslenkung des elastischen Lagers von etwa 2 bis 3 mm gelten. Zur Begrenzung der Querbewegung der oberen Federbeinlagerung sind im Ausführungsbeispiel daher besondere seitliche Anschläge 54 und 55 vorgesehen. Diese Einzelheiten sind in Fig.2 gut zu erkennen. Das obere Lagerblech 57 besitzt zu diesem Zwecke einen zur Federbeinachse hin gerichteten sickenförmigen Anschlag 55. Dieser seitliche Anschlag 55 befindet sich im unteren Bereich des äußeren Umfanges des Gummiringes 51. Ein zweiter seitlicher Anschlag 54 ist im oberen Bereich des inneren Umfanges des Gummiringes 51 vorgesehen. Man erkennt, daß nach einer gewissen seitlichen Auslenkung des oberen Federbeinlagers einerseits der seitliche Anschlag 54 an der Innenfläche des Gummiringes 51 und andererseits der seitliche Anschlag 55 an der äußeren Fläche des Gummiringes 51 zur Anlage kommt. Die gewünschte seitenkraftweiche Lagerung liegt nur vor, solange der Gummiring 51 noch nicht an den beiden seitlichen Anschlägen 54 bzw. 55 zur Anlage gelangt ist.

Anhand der F15.3 sei die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einzelradaufhängung schematisch erläutert. Wie bereits eingangs ausgeführt, ist es bekannt, daß eine Unwucht oder ein Höhenschlag des Rades oder ein Überrollen eines Hindernisses zum Flattern oder Wobbein in der Lenkung führt. Dies ist in der Weise zu erklären, daß sich dadurch der dynamische Rollradius des Rades ändert, wodurch sich zwangsläufig auch die Drehzahl bzw. die Winkelgeschwindigkeit des Rades des mil konstanter Geschwindigkeit fahrenden Fahrzeuges ändert, so daß wegen der Trägheit des Rades ein Drehmoment um den Lenkzapfen — im Ausführungsbeispiel um die Lenkachse D — hervorgerufen wird. Unter der .Annahme einer konstanten

Geschwindigkeit V des-Radmittelpunktes und einer durch die LInwucht bzw. den Höhenschlag des Rades bedingten vertikalen Schwingung

Z = Z - sin (at

gilt unter Berücksichtigung der Beziehungen V = R - oj und T - R = θώ

für das durch die im Radmittelpunkt angreifende Kraft Terzeugte Flatter- bzw. Wobbeimoment M_n:

Q -Z-ω¹- r R²

COS Wt.

Dabei bedeuten θ das ι rägheitsmoment des Rades um die Rotationsachse, Z die Amplitude der vertikalen Schwingung des Rades infolge der Unwucht, des Höhenschlages oder des Überfahrens eines Hindernisses, ω die Winkelgeschwindigkeit des Rades, ώ die Winkelbeschleunigung des Rades, ../, den mittleren dynamischen Roiiradius des Rades und r den in Fig.3 eingezeichneten wirksamen Hebelarm der im Radmittelpunkt senkrecht zur Zeichenebene angreifenden Kraft T. Dieses Wobbeimoment wird positiv gezählt, wenn es <«. Richtung Vorspur wirkt.

Durch die bewußt seitenkraftweiche Ausbildung des oberen Federbeinlagers 5 erzeugen die durch Unwucht und Höhenschlag bedingten vertikalen Schwingungen der ungefederten Massen entsprechend der seitlichen Auslenkung des oberen Federbeinlagers eine Änderung des Sturzwinkels y. Aus der Momentengleichung (um Punkt P)

m ■ ζ ■ e - F₁ ■ h= 0

ergibt sich für die zeitliche Änderung des Sturzwinkels (Sturzwinkelgeschwindigkeit) bei Berücksichtigung der Beziehung

F,~C,-h-y

m ■ Z ■ ω^}■ e

C₁

cos ω t .

Die Sturzwinkeländerung γ, die auch eine Änderung der Drehachse des rotierenden Fahrzeugrades bedeutet, bewirkt nach den Kreiselgesetzen ein um die Lenkachse D wirkendes Kreiselmoment Mk (positiv bei Wirkung in Richtung Vorspur). Dieses beträgt:

M_k = θ ■ ω ■ 9 = -

m · Q · ω⁴ ■ Z ■ e
C₅ -Λ²

cos ω t.

Dabei bedeutet pi die Masse der ungefederten Massen,©das Trägheitsmoment des Rades um die Rotationsachse, ω die Winkelgeschwindigkeit des Rades. Z die Amplitude der vertikalen Auslenkung des Rades aufgrund derbnwucht bzw. des Höhenschlages, c den waagerechten Abstand des Schwerpunkts S der ungefederten Massen von der Radmiiielcbcnc. ·η der der Punkt P liegt. C die Federsieife <lcs oberen Fcderbcinliigers in der seitlichen Richtung. /; die Entfernung des Punktes P (Schnittpunkt /wischen Radmiiielebene öund Verlängerung Cdes Querlenkers 2) vom Angriffspunkt der im oberen Fedcrbeinlager 5 wirksamen Seitenkraftkomponenie /-">.

Wie Fig. 3 zeigt, ist /ur Aufstellung der vorerwähnten Momentengleichung die auf das Federbein 3 einwirkende Kraft Fdes Aufbaus in die durch den Punkt P gehende Kraftkoniponente Fi und die quer dazu gerichtete Kraft Fvaufgeteilt worden.

F.in Vergleich /wischen dem Wobbeimoment M_n und dem Kreiselmomcnt Mt, zeigt, daß beide Momente in Phase sind (Faktor cosu)t) aber entgegengcset/t wirken. Bei entsprechender Bemessung der einzelnen Faktoren können sie sich daher gegenseitig aufheben. Die geschilderte durch Unwucht und/oder Höhcnschhig verursachte Lenkiinruhe, das Wobbein, könnte somit zumindest annähernd unwirksam gemacht werden, wenn für die Federsteife C des oberen Federbeinlagers 5 der Wert

C,

R² ■

■V¹ ■,

f-h*

rh¹

gewählt werden würde. Hierbei wäre für V diejenige Cicschwindigkeit einzusetzen, bei der das Wobbein am stärksten auftritt. Es versteht sich, daß dabei die F.lastizität des Federbein-, selbst berücksichtigt werden muH

Die erfindungsgeniiiße Einzelradaufhängung weist den wesentlichen Vorteil auf. daß eine Reduzierung der Lenkunruhe erzielt wird, ohne daß die Lenkung durch Reibung o. ä. verschlechtert wird. Darüber hinaus können bei Anwendung der erfinderischen Maßnahmen größere Toleranzen an Radunwiichi und Radexentrizität zugelassen werden.

Die erfindungsgemäße Einzelradaufhängung ist am Beispiel einer radführenden Federbeinachse erläutert

ίο worden. Grundsätzlich ist sie jedoch auf eine derartige Anordnung nicht beschränkt. Es leuchtet ein, daß sie auch bei anderen Achsanordnungen. beispielsweise bei Doppel-Querlenker-Achsen eingesetzt werden kann. Entscheidend ist dabei lediglich, daß die Anlenkung der Lenker so seitenkrnftweich erfolgt, daß die durch Unwucht und/oder Höhenschlag verursachten Vertikalschwingungen der Fahrzeugräder eine elastische Sturzänderung bewirken können. In diesem Fall würde für die

gewählt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

"Patentansprüche:

1. Aufhängung der lenkbaren Räder eines Kraftfahrzeuges, mit je einem gelenkig am zugeordneten Radträger angelenkten Querlenker und einem in seinem unteren Bereich starr mit dem Radträger verbundenen und seinem oberen Bereich über ein gummielastisches Dämpferlager am Fahrzeugaufbau angelenkten radführenden Dämpfer- oder Federbein, dadurch gekennzeichnet^ daß das Dämpferlager (5) als eine derart definiert geringe Sturzwinkelsteifigkeit bewirkendes, seitenkraftweiches Lager ausgebildet ist. daß das durch die Sturzwinkeländerungen entstehende, dem Wobbel- 1; moment entgegengerichtete Kreiselmoment etwa die gleiche Größe erreicht wie dieses.

2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federsteife G des Dämpferlagers (5) in ,seitlicher Richtung so bemessen ist, daß zumindest annähernd gut:

m ■ V¹ ■ e

■h¹

25

worin /τ/die Masse der ungefederten Massen, V die Resonanzgeschwindigkeit,' e den waagerechten Abstand des Schwerpunktes S der ungefederten Massen von der Radmittelebene, r den wirksamen Hebelarm der im Radmittelpunkt angreifenden, ein Wobbelmonnent erzeugenden Kraft und Λ die Entfernung des Schnittpunktes zwischen Radmittelebene und Verlängerung des Querlenkers vom Angriffspunkt der im Dämpferiager (5) wirksamen Seitenkraftkomponente bedeuten.

3. Aufhängung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpferiager (5) aus einer Gummifeder-Baueinheit besteht, welche derart ausgebildet und angeordnet ist, daß sie zumindest annähernd durch die Radaufstandskrnft ausschließlich auf Druck und durch Seitenkräfte ausschließlich auf Schub beansprucht wird.

4. Aufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummifeder-Baueinheit als Gummiring (51) ausgebildet ist, dessen untere Stirnfläche (52) mit dem Dämpfer (3) und dessen obere Stirnfläche (53) mit dem Fahrzeugaufbau (4) in Verbindung steht, wobei die Wandstärke des Gummiringes geringer ist als seine Höhe.

5. Aufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Querbewegung der Dämpferlagerung seitliche Anschläge (54, 55) vorgesehen sind.

6. Aufhängung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummifeder-Baueinheit derart angeordnet ist, daß ihre Mittelachse (A) durch den Schnittpunkt zwischen Radmittelebene (B)und Querlenkerverlängerung (C) verläuft.