DE3507435A1

DE3507435A1 - Unabhaengige radaufhaengung fuer ein kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE3507435A1
Application number: DE19853507435
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl.-Ing. 5200 Siegburg Krude
Original assignee: GKN Automotive Components Inc
Current assignee: GKN Driveline North America Inc
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1985-03-02
Publication date: 1985-09-05
Also published as: ES8602498A1; IT8567224A0; GB2155420A; CA1239658A; JPH032094B2; BR8406299A; ES540957A0; DE3507435C2; KR890004514B1; IT1183772B; US4632203A; FR2560564A1; JPS60189617A; IT8553092V0; GB8505304D0; AU3545684A; GB2155420B; KR850007044A; AU571605B2

Description

GKN AUTOMOTIVE COMPONENTS INC. X0127.001

South Field, Michigan 48075 « 3« Ne/Fe

USA 27.02.1985

Unabhängige Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug

Beschreibuung

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für unabhängig aufgehängte Räder an einem Kraftfahrzeug nach der durch den Oberbegriff des Hauptanspruches bestimmten Art.

Die Erfindung ist auf unabhängige Aufhängungssysteüie für angetriebene Vorder- und Hinterräder von Fahrzeugen anwendbar, bei denen eine Antriebseinheit, z.B. aus Motor und Getriebe, und eine Achseinheit mit einem Differentialgetriebe am Fahrgestell befestigt sind und Kraft über Antriebswellen, insbesondere Halbwellen,für die Laufräder übertragen wird. Beim Betrieb des Fahrzeuges bewegen sich die Räder in Bezug auf das Fahrzeug auf und ab, eine Bewegung, die als Ein- und Ausfedern bezeichnet wird. Wenn die Bewegung der Räder so geführt wird, daß sie ungefähr normal zur Fahrbahnoberfläche verläuft, war es bisher erforderlich, die effektive Länge der Halbwellen entsprechend zu ändern. Mit anderen Worten, die Entfernung zwischen dem Rad und dem Differentialgetriebe variiert. Solche Längenänderungen werden normalerweise aufgenommen, indem man ein relative Axialbewegung entweder zwischen zwei Teilen einer Halbwelle oder eines in der HaIbwellenanordnung enthaltenen Kreuzgelenkes zuläßt. Wegen der mit solchen Radbewegungen zusammenhängenden dynamischen Beanspruchung und den Änderungen in der Geometrie der Aufhängungteile als Folge der unterschiedlichen Belastungs- und Straßenverhältnisse, denen das Fahrzeug

ausgesetzt ist, ist es bisher im allgemeinen üblich gewesen, die kraftübertragenden Teile vollkommen von den Aufhängungsteilen zu isolieren, damit die ersteren nicht durch die Aufhängung beansprucht werden. Die kraftübertragenden Teile tragen nur die mit dem Antrieb des Fahrzeuges in Verbindung stehenden Beanspruchungen, während das Aufhängungssystem alle anderen Beanspruchungen aufnimmt.

Im allgemeinen werden zwei Arten von drehmomentübertragenden Gelenken zur Verwendung in Halbwellen in Betracht gezogen, nämlich Kardangelenke und Gleichlaufgelenke.

Gegen die Verwendung von Kardangelenken in den Halbwellen von unabhängigen Radaufhängungen für treibende Fahrzeugräder spricht die starke Begrenzung des zulässigen Gelenkbeugungswinkels bei hohen Drehmomentbeanspruchungen. Die Verwendung solcher Gelenke in Fahrzeugen ist daher im allgemeinen auf Fälle beschränkt, wo die Beugungswinkel wesentlich weniger als 10 Grad, meist sogar weniger als drei Grad betragen.

Gleichlaufgelenke sind bisher in den Halbwellen von unabhängigen Radaufhängungen verwendet worden, um die oben aufgeführten Nachteile von Kardangelenken zu vermeiden. Gleichlaufgelenke sind z.B. aus den US Patenten 2046584, 3262026, 3688521, 3928985, 4240680 oder 4231233 bekannt. Aber auch hier wurden diese Gelenke verwandt, um nur Drehmomentbelastungen aufzunehmen.Wenn solche Gelenke in gebeugtem Zustand Drehmomente übertragen, werden Kräfte erzeugt, die sich im allgemeinen axial zu den Gelenkteilen erstrecken.

Die in Halbwellen verwendeten Gelenke sind daher normalerweise Gleichlaufgelenke, die eine axiale oder Verschiebebewegung zulassen, um sicherzustellen, daß keine Aufhängungskräfte übertragen werden.

Bei der Konstruktion eines Fahrzeugaufhängungssystemes müssen der Sturz der Räder und andere diesbezügliche Aufhängungsparameter innerhalb vorbestimmter Grenzen gehalten werden, damit das Fahrzeug die gewünschten Handhabungs- und Lenkeigenschaften hat. Wenn das Rad jedoch an einer unabhängigen Radaufhängung aufgehangen wird, bei der sich das Rad um eine Schwingachse an der Seite der Differentialeinhait bewegt, ändert sich der Radsturz um einen Betrag, tier sich in Abhängigkeit von der Schwingbewegung des Rades ändert. Bisher hat man verschiedene Konstruktionen vorgesehen, um den effektiven Radius, um den die Schwingbewegung des Rades stattfindet, zu verlängern. Diese zusätzlichen Konstruktionen waren jedoch verhältnismäßig kompliziert und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radaufhängung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der in einfacher und leichter Konstruktion der effektive Schwingradius des Rades in Bezug auf das innere Gleichlaufgelenk vergrößert wird und die Gleichlaufgelenke von Schubkräften entlastet sind. Erfindungmäßig wird die Aufgabe gelöst durch Schaffung einer unabhängigen Radaufhängung mit den Merkmalen des Hauptanspruches.

Die Erfindung bewirkt, daß bei der Verwendung von Gleichlaufgelenken als Aufhängungsteile, die zusätzlich zu dem Antriebsdrehmoment Schubkräfte übertragen, diese Gleichlaufgelenke in Bezug auf die Radanordnung und die Differentialeinheit so angeordnet werden können, daß der effektive Schwingradius das Rades vergrößert werden kann.

Außerdem kann das innere Gleichlaufgelenk so verwendet werden, daß es größere Beugewinkel zuläßt, wobei das Gelenk in Bezug auf die Drehachse des Rades versetzt wird, um den effektiven Schwingradius des Rades zu vergrößern.

Bei einem solchen Aufhängungssystem ist eine größtmögliche Schwingarmlänge zwischen den Beugungsachsen des inneren und äußeren Gleichlaufgelenkes verwirklicht. Auf diese Weise wird die Änderung des Radsturzes bei der Schwingbewegunq der Radanordnung um die Schwingachse auf ein Minimum reduziert, so daß die gewünschten Fahrzeughandhabungs- und Lenkeigenschaften erhalten bleiben.

Verschiedene Aufhänqungsparameter werden so ausgewählt, daß sie die gewünschten Fahrzeugeigenschaften gewährleisten. Wenigstens zwei der folgenden Parameter, nämlich der Winkel zwischen Rad- und Schwingachse, der Winkel zwischen Antriebs- und Schwingachse, der Winkel zwischen Antriebsachse und Radachse» der Radachsenversatz, der Versatz des inneren und äußeren Kreuzgelenkes und die gewählte Stellung der Gelenkzapfen der Radlenker, können geändert werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Rückansicht einer unabhängigen Radaufhängung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Radaufhängung^

Fig. 3 einen Schnitt durch Gleichlaufgelenke, die in dem Aufhängungssystem Anwendung finden.

Die Figuren 1 und 2 zeigen eine Radaufhängung an einem vierrädigen Kraftfahrzeug, bei dem ein Aufbau 5 an einem Fahrgestell befestigt ist mit ersten und zweiten Längsrahmenelementen 14 und 16 und wenigstens zwei in einem Abstand voneinander dazwischen angeordneten und entsprechend daran befestigten Querträgerelementen 18 und Ein (nicht dargestellter) Motor versorgt das eine Ende einer Längswelle 27 mit einem Antriebsdrehmoment; ihr anderes Ende ist mit einem Antrieb 24 einer Differentialeinheit 26 verbunden.

Die Differentialeinheit 26 weist eine Eingangsachse 28 auf. Ein Gehäuse 30 des Differentials ist an einem Querträgerelement 20 z.B. mit Schrauben 23 befestigt und enthält ein Differentialgetriebe, wie es teilweise in der Figur 2 dargestellt ist; es überträgt das Drehmoment von der Längseingangsachse 28 zu der in Querrichtung sich erstreckenden Differentialausgangsachse 32, die im wesentlichen senkrecht zu der Eingansachse 28 steht und sich durch die gegenüberliegenden Seiten 34 und 36 des Differentialgehäuses 30 erstreckt.

An jeder Seite des Differentialgehäuses 30 und innerhalb dieses Gehäuses befindet sich ein inneres Gleichlaufgelenk 40 mit einem Gelenkaußenteil 42, das mit einem entsprechenden Getriebe zwecks Drehung um die Differentialausgangsgsachse 32 verbunden ist. Das innere Gleichlaufgelenk 40 weist weiterhin ein Gelenkinnenteil 44 auf, das zwecks Drehung um eine Antriebsachse mit dem inneren Ende einer Antriebswelle 46 verbunden ist und eine Beugung um einen Beugungswinkel A zwischen der Differentialausgangsachse und der Antriebsachse 48 um eine Achse ermöglicht, die sich durch den Beugungspunkt 50 des inneren Gelenkes in der homokinetischen Gelenkebene erstreckt.

Der Beugungspunkt 50 des inneren Gelenkes befindet sich in einer in Längsrichtung sich erstreckenden Ebene, die gegenüber der Differentialeingangsebene 28 um eine Entfernung D¹ versetzt ist, die im wesentlichen dem Außendurchmesser D" des Gelenkaußenteils 42 entspricht.

Das äußere Ende der Antriebswelle 46 ist mit dem Außenteil 56 eines äußeren Gleichlaufgelenkes 54 verbunden. Das Innenteil des Gelenkes 54 ist mit einer Nabe der Radanordnung 52 verbunden, um sich um eine Achse 58 eines Rades 60 drehen zu können. Das innere Gleichlaufgelenk 40, die Antriebswelle 46 und das äußere Gleichlaufgelenk 54 bilden ein Aufhängungsteil, das in der Lage ist, axiale Schubbeanspruchungen aufzunehmen und das von dem Motor entwickelte Antriebsdrehmoment von dem Differential 26 zu der Radanordnung 62 zu übertragen. Das äußere Gleichlaufgelenk 54 ermöglicht eine Beugung um einen Beugungswinkel A zwischen der Antriebsachse 48 und der Radachse 58 um eine Achse, die sich durch den Beugungspunkt 54 des äußeren Gelenkes in der homokinetischen Gelenkebene erstreckt, der entweder in der sich in Längsrichtung erstreckenden Mittelebene G5, die durch die Mitte des Rades 60 verläuft, so wie es sich von der Vorder- und Rückseite des Fahrzeuges darstellt, oder dazu versetzt in Richtung auf die Außenseite des Rades 60, so wie es sich entlang einer Fahrbahnoberfläche 68 darstellt, angeordnet ist. Auf diese V/eise wird die Länge eines Aufhängungsschwenkarmes 70 zwischen dem Beugungspunkt 50 des inneren Gelenkes und dem Beugungspunkt 65 des äußeren Gelenkes maximiert, um die Sturzänderung des Rades 60 auf ein Minimum zu reduzieren, wenn es relativ zu dem inneren Gleichlaufgelenk 40 auf seiner Mittelebene herausschwingt.

Die inneren und äußeren Gleichlaufgelenke 40 und 54 sind vorzugsweise Festgelenke, die keine axiale Bewegung ausführen, so wie dies im einzelnen in der Figur 2 dargestellt ist. In bestimmten Anwendungsfällen kann es sich jedoch auch bei einem dieser Gleichlaufgelenke oder bei beiden um axial bewegliche Verschiebegelenke handeln, so wie sie als innere Gelenke in Figur 2 gezeigt sind, oder es sind teleskopische oder keilverzahnte Gelenktypen, wie sie in dem US Patent 3688521 beschrieben werden. Dabei sollen diese Gelenktypen an beiden Enden ihres axialen Bewegungsbereiches Axialkräfte übertragen können, damit sie in gleicher Weise wie das Gleichlauffestgelenk als Aufhängungsteil des Aufhängungssystemes wirken können. Bei einigen Anwendungsfällen könnte es außerdem erforderlich sein, daß nur das innere Gelenk ein Gleichlaufgelenk ist, während es sich bei dem äußeren Gelenk um eine andere Kupplungsart, z.B. ein Kreuzgelenk oder irgendeine andere Gelenkart, handelt.

Die Radanordnung 62 ist schwenkbar mit dem anderen Querträgerelement 18 mittels eines Schwenkarmes 70 verbunden, der an seinem radseitigen Enda 72 schwenkbar mit einem an der Radanordnung 62 befestigten Gelenkzapfen oder -mechanismus verbunden ist, und weiterhin ein Rahmenende 75 aufweist, das schwenka^br mit einem Gelenkzapfen 78 verbunden ist, der seinerseits von einem an dem Querteil befestigten Halteelement 80 gehalten wird. Der Gelenkzapfen 78 weist eine Gelenkachse 82 auf, auf der der Beugunspunkt 50 des inneren Gelenkes 40 liegt. Auf diese Weise bilden das innere Gleichlaufgelenk 40 und der Gelenkzapfen 78 eine Schwingachse 84.

Das innere Gleichlaufgelenk 40 ist entlang der Differentialeingangsachse 28 an einer gegenüber der Radachse 58 versetzten Stelle angeordnet, um einen Schnittwinkel B

von mindestens fünf Grad zwischen der Antriebsachse und der Radachse 58 zu bilden. Der Gelenkzapfen 78 ist auf dem Schwenkarm 70 angeordnet, so daß die Schwingachse 84 mit oer Antriebsachse 48 einen Winkel C bildet. Indem man den Schnittwinkel B zwischen der Antriebsachse und der Schwingachse kombiniert, erhält man einen Winkel D von weniger als 30 Grad zwischen der Schwingachse und der Radachse. Die Größe dieses Winkels reduziert die Sturzveränderungen des Rades 60 aus der in Längsrichtung sich erstreckenden Mittelebene 66 heraus bei der Bewegung des Rades zwischen der oberen und unteren Stellung gegenüber der Schwingachse auf ein Minimum, wodurch verbesserte Fahr-, Handhabungsund Lenkeigenschaften geschaffen werden.

Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen können, daß das hier beschriebene Fahrzeugaufhängungssystem auch verschiedene Kombinationen von Schraubenfedern, Blattfedern, Stoßdämpfern und anderen bekannten Aufhängungsfederungsund -dämpfungsvorrichtungen aufweisen kann.

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Unabhängige Radaufhängung für zwei antreibbare Räder eines Kraftfahrzeuges, wobei das Aufhängungssystem folgende Elemente aufweist:

eine Differentialeinheit (26), bestehend aus einem von dem Fahrgestell gehaltenen Gehäuse (30), einem um eine Antriebsachse (28) drehbaren und mit dem Motor zur Drehmomentübertragung zu verbindenden Antrieb (27) und zwei an den Seiten (3¹I, 36) der Differentialeinheit (26) angeordneten, um eine Differentialausgangsache (32) drehbaren Abtrieben (46), wobei die Differentialeingangsachse (28) sich im wesentlichen senkrecht zu jeder Radachse (58) * erstreckt;

ein inneres Gleichlaufgelenk (40) an jeder Differentialseite (34, 36), das mit dem jeweiligen Abtrieb (46) verbunden ist und wenigstens teilweise im Innern des Differentialgehäuses (30) angeordnet ist, mit einem um die Differentialausgangsachse (32) drehbaren Gelenkkörper (44); ein äußeres Gleichlaufgelenk (54) auf jeder Seite, das mit der jeweiligen Radanordnung verbunden ist, mit einem um die Radachse (58) drehbaren Gelenkkörper (56); eine um eine Antriebsachse (48) drehbare Antriebswelle (46), die das innere und äußere Gleichlaufgelenk (54) miteinander verbindet, damit zwischen diesen Drehmoment und Seitenkräfte übertragen werden können,

dadurch gekennzeichnet,

daß das innere Gleichlaufgelenk (40) die Beugung um eine Achse (32) ermöglicht, die auf der Differentialausgangsachse (48) in einem Punkt des inneren Gelenkes liegt,

der gegenüber der Differentialeingangsachse (28) versetzt ist und das äußere Gleichlaufgelenk (54) die Beugung um eine Achse ermöglicht, die auf der Radachse (58) in einem Punkt des äußeren Gelenkes (5.4) liegt;, der gegenüber der Radmittenebene (66) versetzt ist, und die Radlenker (70), die die Radanordnung (62) und das Fahrgestell miteinander verbinden, einzelne Gelenkzapfen (78) aufweisen, die eine Schwenkverbindung mit dem Fahrgestell um eine Schwingachse (84) ermöglichen, die sich mit dem Beugungspunkt des inneren Gelenkes (40) schneidet, wobei ein Winkel B zwischen der Schwingachse (84) und der Antriebsachse (48) und ein Winkel D zwischen der Schwingachse (84) und der Radachse (58) gebildet wird.

2. Aufhängungssystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel B zwischen der

•f. Antriebs- und der Radachse (48, 58) wenigstens fünf Grad

und der Winkel D zwischen der Rad- und der Schwingachse (58, 84) weniger als dreißig Grad beträgt.

3. Aufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Radmittenebene (66) zwischen der Beugungsachse (58) des äußere Gelenkes (54) und der des inneren Gelenkes (40) liegt.

4. Aufhängungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß das innere Gleichlaufgelenk (40) ein Gelenkaußenteil (42) aufweist, dessen Durchmesser D^H dem Versatz D¹ der Beugungsachse des inneren Gelenkes (44) gegenüber der Differentialeingangsebene (28) entspricht.