-
Die Erfindung betrifft eine Vorderradaufhängung für ein Personenkraftfahrzeug mit querliegendem Frontmotor und Frontantrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
-
Bekanntlich läßt sich durch geeignete Anordnung von Quer- und Längslenkern von Kraftfahrzeugen bei der Kurvenfahrt eine Versetzung des Momentanzentrums zur Innenseite der Kurve erreichen. Eine solche Versetzung dient dazu, die Radlastdifferenzen zwischen äußerem und innerem Rad zu verkleinern, um dadurch wiederum die Gesamt-Seitenführungskraft zu vergrößern.
-
In "Bussien": Ergänzungsband zum Automobiltechnischen Handbuch, S. 534, 535 wird näher erläutert, wie das Momentanzentrum einer Kraftfahrzeugachse ermittelt wird. Die Verbindungslinie der Momentanzentren der Vorder- und Hinterachse, die sogenannte Rollachse, läßt sich durch seitliche Verlagerung der Momentanzentren der Achse bei Kurvenfederung räumlich verändern. Auch aus der DE-OS 30 48 864 ist es bekannt, das Momentanzentrum zur Kurveninnenseite hin zu verlegen, indem die Länge und die Winkellage der Radführungsglieder entsprechend abgestimmt werden. In der letztgenannten Druckschrift ist insbesondere die Konstruktion einer Hinterachse ausgeführt. Allerdings bezieht sich die spezielle Konstruktion jeweils nur auf den Fahrzustand, nicht jedoch auf die Konstruktionslage des Fahrzeuges.
-
Bei Fahrzeugen mit Frontmotor und Frontantrieb liegt in aller Regel der Schwerpunkt nicht auf der Mittellängsachse des Fahrzeugaufbaues, sondern er ist seitlich versetzt. Hält man nun in an sich bekannter Weise die Konstruktion so, daß das Momentanzentrum in der Konstruktionslage des Fahrzeuges mit der Mittellängsachse des Fahrzeugaufbaues zusammenfällt, so ergeben sich bei Kurvenfahrten unterschiedliche Radlasten: Liegt der Schwerpunkt auf der linken Seite der Fahrzeuglängsachse und wird eine Linkskurve gefahren, so belasten die Fliehkräfte die äußeren, rechten Räder stärker als die inneren, linken Räder. Die Radlastdifferenz ist demnach relativ gering. Anders bei einer Rechtskurve: Zu der bereits in der Konstruktionslage aufgrund des unsymmetrischen Schwerpunktes höheren Belastung der linken Räder kommt noch die Fliehkraftwirkung, die die linken, äußeren Räder höher belastet als die inneren Räder. Die Radlastdifferenz ist erheblich höher als bei einer Linkskurvenfahrt. Der Fahrer des Fahrzeuges merkt dies daran, daß er bei einer Rechtskurve wesentlich stärker einschlagen muß als bei einer Linkskurve.
-
Verstärkt wird der oben erläuterte Effekt noch dadurch, daß bei Fahrzeugen mit Frontantrieb und Frontmotor üblicherweise das Schaltgetriebe und das Differentialgetriebe seitlich von dem Motor angeordnet ist, und zwar seitlich der Mittellängsachse des Fahrzeuges. Hierdurch wirken auf die Vorderräder unterschiedliche Momente ein. Die unterschiedliche Momenten-Wirkung ist am Lenkrad spürbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorderradaufhängung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei Personenkraftfahrzeugen mit querliegendem Frontmotor und Frontantrieb die Gesamt-Seitenführungskraft bei Kurvenfahrten vergrößert.
-
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
Im Gegensatz zu den bislang bekannten Radaufhängungen sind erfindungsgemäß die Radführungsglieder so ausgelegt, daß das Momentanzentrum der Achse nicht erst während der Kurvenfahrt seitlich versetzt wird, sondern bereits in der Konstruktionslage seitlich gegenüber der Fahrzeuglängsachse zum Schwerpunkt hin versetzt ist. Bei Kurvenfahrten wirkt sich die erfindungsgemäße Maßnahme in der Weise günstig aus, daß das Lenkrad bei Linkskurven und bei Rechtskurven mit gleichem Radius gleich stark eingeschlagen werden kann. Die erfindungsgemäße Maßnahme schafft einen Ausgleich zwischen den Radlasten bei Linkskurven einerseits und Rechtskurven andererseits, so daß die Steuerwirkung bei Linkskurven die gleiche ist wie bei Rechtskurven.
-
In den Unteransprüchen sind spezielle Weiterbildungen der Erfindung für spezielle Radaufhängungen angegeben.
-
Zwar ist es aus der Zeitschrift "L'automobile", Mai 1965, S. 65-68 bekannt, den Schwerpunkt des Fahrzeuges seitlich gegenüber der Mittellängsachse des Fahrzeugaufbaues zu versetzen, jedoch konnte dieser Konstruktion kein Hinweis in Richtung auf die Erfindung entnommen werden, weil es sich bei der dort beschriebenen Radaufhängung um eine Rennwagen-Konstruktion handelt, die für einen Rundkurs mit ausschließlich Linkskurven ausgelegt ist. Durch die ungleiche Belastung von linken und rechten Rädern in der Konstruktionslage wird den während des Rennens auftretenden Fliehkräften entgegengewirkt. Bei normalen Personenkraftwagen geht man demgegenüber aber von Links- und Rechtskurven aus, so daß die in "L'automobile" beschriebene Maßnahme bei Personenkraftwagen nicht in Frage kommt.
-
In folgendem werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
-
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines Kraftfahrzeuges mit Frontantrieb und Frontmotor, bei dem die erfindungsgemäße Vorderradaufhängung vorgesehen ist,
-
Fig. 2A bis 2C schematische Skizzen, die die Lageänderungen des Momentanzentrums bei der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion für Kurvenfahrten veranschaulicht,
-
Fig. 3 eine Skizze, die die Kräfte- und Moment-Verhältnisse einer Vorderradaufhängung darstellt,
-
Fig. 4 ein Diagramm, welches die Radlastverteilung bei einer erfindungsgemäßen Vorderradaufhängung für Kurvenfahrten veranschaulicht,
-
Fig. 5 eine Skizze einer weiteren Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit einer Radaufhängung mit Federbein und einem unteren Querlenker,
-
Fig. 6 eine Skizze einer weiteren Ausführungsform für eine Radaufhängung mit Federbein und unterem Querlenker,
-
Fig. 7 eine schematische Skizze, die die Bewegung des Momentanzentrums bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 5 und 6 zeigt,
-
Fig. 8 eine Skizze einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, hier in Verbindung mit einer Doppelquerlenkerachse,
-
Fig. 9 eine Skizze einer weiteren Ausführungsform, ebenfalls in Verbindung mit einer Doppelquerlenkerachse, und
-
Fig. 10 eine Skizze einer weiteren Ausführungsform in Verbindung mit einer Doppelquerlenkerachse.
-
Fig. 1 zeigt - von hinten betrachtet - eine Vorderradaufhängung mit Querlenker und Federbein für ein Fahrzeug mit Frontmotor und Frontantrieb. Das Fahrzeug ist in seiner Konstruktionslage dargestellt. Ein Motor 1 ist gegenüber der Längsachse des Aufbaus 5 des Fahrzeuges (durch die vertikale Mittellinie M in dieser Figur dargestellt) nach rechts versetzt und ist quer angeordnet, so daß seine Abtriebswelle sich nach links quer zur Längsachse erstreckt. Eine Kupplung 2, ein Schaltgetriebe 3 und ein Differentialgetriebe 4 sind an der linken Seite der Achse angeordnet. An einem rechten, unteren Querlenker 6 A, der schwenkbar mit dem Aufbau 5 verbunden ist, ist mit einer Verbindung 7 A und einem Gelenkstück 8 A ein rechtes Vorderrad 9 A angebracht. Das rechte Vorderrad 9 A ist mit der Abtriebswelle des Differentialgetriebes 4 über eine rechte Antriebswelle 10 A verbunden, welche mit dem rechten Vorderrad 9 A und der Abtriebswelle des Differentialgetriebes 4 mittels Gelenken 11 A bzw. 12 A verbunden ist. Die Gelenke 11 A und 12 A gestatten die Vertikalbewegung der rechten Antriebswelle 10 A bezüglich dem Rad 9 A und dem Differentialgetriebe 4. Ein Stoßdämpfer 13 A ist zwischen dem Aufbau 5 und dem Gelenkstück 8 A angeordnet. Eine Spiralfeder 15 A umgibt den Stoßdämpfer 13 A, um das rechte Vorderrad 9 A gegen die Straße 14 zu drücken.
-
Ein linkes Vorderrad 9 B ist in ähnlicher Weise von einem linken unteren Querlenker 6 B, einer Verbindung 7 B, einem Gelenkstück 8 B, einem Stoßdämpfer 13 B und einer Spiralfeder 15 B getragen und ist mit dem Differentialgetriebe 4 mittels einer linken Antriebswelle 10 B und Gelenke 11 B und 12 B verbunden.
-
Die rechte Antriebswelle 10 A ist länger als die linke Antriebswelle 10 B, und der Schwerpunkt G des Fahrzeuges ist gegenüber der Achse (M) nach rechts versetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der rechte untere Querlenker 6 A kürzer ausgebildet als der linke untere Querlenker 6 B, um das Momentanzentrum zum Schwerpunkt G hin zu versetzen. Die Höhe des Anbringungspunktes am rechten Querlenker 6 A und die Höhe der Verbindung 7 A, welche den Querlenker 6 A mit dem Gelenkstück 8 A verbindet, sind den entsprechenden Maßen der linken Seite gleich.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Momentanzentrum gegenüber der Längsachse M des Aufbaus 5 zum Schwerpunkt G hin dadurch versetzt, daß der Querlenker auf der Seite des Schwerpunktes G, d. h. der rechte Querlenker 6 A, gegenüber dem linken Querlenker 6 B verkürzt ist, um den Unterschied zwischen der Steuerwirkung nach rechts und der Steuerwirkung nach links infolge der unterschiedlichen Radlasten zu nivellieren.
-
Die Fig. 2A bis 2C sind schematische Ansichten der Vorderradaufhängung nach Fig. 1 bei Geradeausfahrt, Rechtskurvenfahrt bzw. Linkskurvenfahrt. Das Momentanzentrum Cist gegenüber der Mittellinie M zum rechten Vorderrad 9 A hin versetzt, welches am kürzeren unteren Querlenker getragen ist, und weist eine Höhe h auf, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt (Fig. 3A). Wenn das Fahrzeug eine Rechts- oder Linkskurve fährt, wird das Momentanzentrum C nach rechts oder links verlagert, wie dies an den Stellen C&sub1; und C&sub2; in Fig. 2B bzw. 2C bezeichnet ist, und die Höhe des Momentanzentrums wird verringert auf h&sub1; bzw. h&sub2;. Da der rechte Querlenker 6 A kürzer ist als der linke Querlenker 6 B, ist die Höhe h&sub1; des Momentanzentrums C&sub1; bei einer Rechtskurve höher als die Höhe h&sub2; des Momentanzentrums C&sub2; bei einer Linkskurve, wenn die Kurvenradien gleich sind.
-
Bei der Querlenkeraufhängung befindet sich das Momentanzentrum C am Schnittpunkt einer Linie LA, die durch den Auflagepunkt 9 a des rechten Rades 9 A und einen imaginären Momentanpol O&min; der rechten Aufhängung hindurchläuft, mit einer Linie LB, die durch den Auflagepunkt 9 b des linken Rades 9 B und einen imaginären Momentanpol O&min;&min; der linken Aufhängung hindurchläuft.
-
Anhand von Fig. 3 wird das Gleichgewicht der Momente in der Vorderradaufhängung, z. B. der Momente um den Punkt O, an welchem die Linie, welche die Auflagepunkte des rechten und linken Rades miteinander verbindet, die vertikale Mittellinie M schneidet, erörtert. Wenn man annimmt, daß die Fliehkraft bei einem Zentripetal-Beschleunigungsbeiwert von μ μ W beträgt, die Starrheit gegenüber Rollbewegung der Aufhängung m beträgt, der Rollwinkel des Aufbaus R beträgt, die Vorderradspurbreite b beträgt und der Unterschied zwischen den Lasten an den Vorderrädern Δ Fz beträgt, dann gilt:
μ W · h + m R = b · Δ Fz&udf53;vu10&udf54;&udf57;°KD&udf56;°KFz°k¤=¤@W:&udf57;°Km&udf56;°KW°k¤´¤°Kh°k¤+¤°Km°k&udf57;°KV&udf56;:°Kb°k&udf54;&udf50;&udf53;vu10&udf54;
-
Dementsprechend wird der Unterschied zwischen jenen Vertikallasten, die auf die Vorderräder während der Rollbewegung aufgebracht werden, größer, wenn die Höhe h des Momentanpols höher wird. Da die Höhe des Momentanzentrums bei Kurvenfahrt nach rechts höher ist als bei Kurvenfahrt nach links, wie oben beschrieben, ist der Unterschied zwischen den Vertikallasten, die auf die Vorderräder während der Kurvenfahrt aufgebracht werden, bei Kurvenfahrt nach rechts größer als bei Kurvenfahrt nach links. Dieser Effekt wird detaillierter unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schwerpunkt des Aufbaus gegenüber der Aufbaumitte nach rechts versetzt. Nun wird die Verlagerung der Lasten an den Vorderrädern während der Kurvenfahrt nach rechts in Betracht gezogen, wenn man davon ausgeht, daß die Kräfte, die auf das rechte und linke Vorderrad aufgebracht werden, W Ro bzw. W Lo betragen, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, wobei W Ro größer ist als W Lo (W Ro >W Lo ). Wenn man davon ausgeht, daß das Maß der Lastverlagerung infolge des Rollvorganges während der Kurvenfahrt nach rechts Δ Fz 1 beträgt, werden die Vertikallasten, die auf das linke und rechte Vorderrad aufgebracht werden
W L 1 (W L 1 = W Lo + Δ Fz 1) bzw. W R 1 (W R 1 = W Ro - Δ Fz 1).
Wenn in ähnlicher Weise das Maß der Lastenverlagerung infolge des Rollvorganges während der Kurvenfahrt nach links Δ Fz 2 sein soll, dann werden die Vertikallasten, die auf das linke und rechte Vorderrad aufgebracht werden,
W L 2 (W L 2 = W Lo - Δ Fz 2) bzw. W R 2 (W R 2 = W Ro + Δ Fz 2).
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der rechte untere Querlenker gegenüber dem linken unteren Querlenker derart verkürzt, daß die Lastenverlagerung während der Kurvenfahrt nach rechts größer wird als während der Kurvenfahrt nach links, d. h. Δ Fz 1>Δ Fz 2. Dadurch, daß man den Unterschied zwischen der Lastenverlagerung während der Kurvenfahrt nach rechts und der Lastenverlagerung während der Kurvenfahrt nach links, d. h. (Δ Fz 1-Δ Fz 2) gleich dem Unterschied zwischen den Lasten einstellt, die auf das rechte und linke Vorderrad aufgebracht werden, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, d. h. (W Ro -W Lo ), kann dementsprechend der Unterschied zwischen den Lasten, die auf das rechte und linke Vorderrad während der Kurvenfahrt nach rechts aufgebracht werden, d. h. (|W L 1-W R 1|), angeglichen werden an die Lasten während der Kurve nach links, d. h. (|W L 2-W R 2|).
-
Somit ist es möglich, die Auswirkung des versetzten Schwerpunktes des Aufbaus aufzuheben und die Kurvenkräfte bei Fahrt nach rechts an die bei Fahrt nach links im wesentlichen anzugleichen. Gemäß Fig. 4 ist z. B. das linke Rad bei einer Rechtskurve genauso hoch belastet (W L 1) wie das rechte Rad bei einer Linkskurve (bei gleichem Radius) (W R 2).
-
Es gibt verschiedene Methoden zur seitlichen Verlagerung des Momentanzentrums. Zwei andere Methoden werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben.
-
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, kann bei der Querlenkeraufhängung das Momentanzentrum C&sub0; von der Längsachse M zu einer gewünschten Seite (in Fig. 5 nach rechts), nach C&min; dadurch verlagert werden, daß man den Neigungswinkel α&min; bezüglich der Horizontalen H eines der Querlenker 6&min; an der gewünschten Seite größer ausgebildet als α am anderen Querlenker 6. In anderen Worten: wenn man den Winkel α an der gewünschten Seite α&min; vergrößert, wird der Momentanpol von 0 nach 0&min;&min; und dementsprechend das Momentanzentrum von C&sub0; nach C&min; verlagert. Der Momentanpol 0 (0&min;&min;) ist ein Schnitt einer Linie, die durch die beiden Enden X, Y des unteren Querlenkers 6 (6&min;) hindurchläuft, mit einer Linie, die durch den oberen Anlenkungspunkt Z des Federbeins 13 zu diesem unter einem rechten Winkel R hindurchgeht. In Fig. 5 ist 0&min; der Momentanpol an der Aufhängung an der gegenüberliegenden Seite.
-
Ferner kann, wie in Fig. 6 gezeigt, das Momentanzentrum C&sub0; von der Mittellinie M zu einer gewünschten Seite, die mit C&min;&min; bezeichnet ist, dadurch verlagert werden, daß man den Neigungswinkel β&min; des Federbeins 13&min; an der gewünschten Seite kleiner ausgebildet als den Neigungswinkel β des Federbeins 13 an der gegenüberliegenden Seite.
-
Bei den Beispielen nach Fig. 5 und 6 bewegt sich das Momentanzentrum C längs der Kurve, die in Fig. 7 gezeigt ist und einen Scheitel Cp an der Seite des Schwerpunktes aufweist. Es kann dementsprechend im wesentlichen derselbe Effekt erzielt werden wie dadurch, daß man den unteren Querlenker auf der Seite des Schwerpunktes verkürzt.
-
Die Fig. 8, 9, 10 zeigen drei Ausführungsbeispiele bei einer Doppelquerlenkerachse. In diesen Figuren sind verschiedene Punkte, welche jenen entsprechen, die in Fig. 5 und 6 gezeigt sind, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet einen unteren Querlenker und 17 einen oberen Querlenker.
-
Gemäß Fig. 8 kann das Momentanzentrum C&sub0; zur Seite des Schwerpunktes hin verlagert werden (zur rechten Seite bei diesem Ausführungsbeispiel), wie durch C&min; bezeichnet, indem man die Länge des unteren Querlenkers 16&min; auf der Seite des Schwerpunktes gegenüber dem unteren Querlenker 16 auf der gegenüberliegenden Seite verkürzt, ohne die Höhe des Punktes X zu ändern, bei dem der untere Querlenker 16&min; mit dem Aufbau verbunden ist.
-
Ferner kann, wie in Fig. 9 gezeigt, das Momentanzentrum C&sub0; zur Seite des Schwerpunktes hin verlagert werden, wie durch C&min;&min; bezeichnet, indem man den Neigungswinkel α&min; des unteren Querlenkers 16&min; auf der Seite des Schwerpunktes gegenüber dem Neigungswinkel α des unteren Querlenkers 16 auf der gegenüberliegenden Seite vergrößert.
-
Wie ferner in Fig. 10 gezeigt, kann das Momentanzentrum C&sub0; zur Seite des Schwerpunktes hin verschoben werden, wie mit C&min;&min;&min; bezeichnet ist, indem man den Neigungswinkel β&min; bezüglich der Horizontalen H der Linie, welche den Punkt Z&min;, an welchem der obere Querlenker 17&min; an der Seite des Schwerpunktes mit dem Aufbau verbunden ist, mit dem Punkt Y verbindet, an welchem der untere Querlenker 16 auf derselben Seite mit dem Rad verbunden ist, gegenüber dem Winkel β der entsprechenden Linie auf der gegenüberliegenden Seite verkleinert.
-
Somit kann, wie in Fig. 8, 9 und 10 gezeigt ist, auch bei der Doppelquerlenkeraufhängung das Momentanzentrum seitlich zu einer gewünschten Seite hin dadurch verschoben werden, daß man die Länge eines der unteren Querlenker 16, 16&min; ändert oder die Neigungswinkel α (α&min;) und β (β&min;) bei einer der Vorderradaufhängungen ändert.
-
Bei der Längslenkeraufhängung kann beispielsweise das Momentanzentrum seitlich zu einer gewünschten Seite hin dadurch verlagert werden, daß man den Winkel des Längslenkers verändert.