DE3524763C2 - Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbesondere für Personenkraftwagen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbe­ sondere für Personenkraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art, wie sie beispielsweise aus den DE 23 36 787, 27 48 193, 28 38 391 und 31 33 312 A1 bekannt ist.

Bekanntlich tritt bei den meisten Kraftfahrzeugen bei Kurvenfahrt infolge von vorhandenen Elastizitäten in der Radaufhängung der Hinter­ achse unter der Einwirkung der Seitenkräfte auf die Räder eine Neigung zur Übersteuerung ein, die im allgemeinen unerwünscht ist. Um dieser Übersteuerungsneigung entgegenzuwirken, ist es bekannt, für die auf­ bauseitige Anlenkung z. B. eines Querlenkers, d. h. eines Radführungs­ gliedes, dessen Schwenkachse etwa parallel zur Fahrzeuglängsachse verläuft, Gummimetall-Lager von unterschiedlicher Nachgiebigkeit ein­ zusetzen und diese so zu bemessen, daß der Radträger bzw. das Rad­ führungsglied bei Kurvenfahrt um eine im wesentlichen vertikale - fiktive - Achse schwenkbar ist, die in Fahrtrichtung gesehen hinter der Drehachse des Rades liegt (z. B. DE 23 36 787 A1). Hierfür werden beispielsweise Gummimetall-Lager eingesetzt, die unter radialer Lastein­ wirkung infolge von im elastischen Material angeordneten Aussparungen in bestimmten Richtungen besonders nachgiebig sind (z. B. DE-GM 71 41 159). In ähnlicher Weise ist es bei über Schräglenker am Fahrzeugaufbau angelenkten Rädern bekannt, für die aufbauseitige Anlenkung der Schräg­ lenker Gummimetall-Lager einzusetzen, die axial besonders nachgiebig sind, so daß der Schräglenker unter der Wirkung der bei Kurvenfahrt auftretenden Flieh- bzw. Seitenkraft einer Übersteuerungsneigung ent­ gegenwirkend in Richtung Vorspur geschwenkt wird.

Bei Kraftfahrzeugen mit Radführungsgliedern, deren Schwenkachsen quer, d. h. unter einem Winkel von zumindest annähernd 90° zur Fahrzeuglängs­ achse verlaufen, wie z. B. Koppel- oder Verbundlenkerachsen oder auch Längslenker mit zwei aufbauseitigen Lagerstellen, ist es bekannt (z. B. DE 27 48 193, 28 38 391), die zwischen einer äußeren und einer inneren Metallbüchse angeordneten elastischen Gummikörper oder aber die Metallbüchsen in Verbindung mit den Gummikörpern zumindest teilweise derart-nicht rotationssymmetrisch auszubilden, daß beim Einleiten von Axialkräften, wie sie bei Kurvenfahrt aufgrund an den Rädern an­ greifender Seitenkräfte auftreten, in den Lagern gezielt Radialkräfte auftreten, durch welche die innere und die äußere Metallbüchse gezielt in eine vorbestimmte Richtung radial gegeneinander verschoben werden, was bei entsprechender Anpassung der beiden aufbauseitigen Anlenkstellen der Radführungsglieder zum gewünschten Verschwenken des Radführungs­ gliedes, d. h. des einzelnen Längslenkers bzw. der Koppel- oder Verbund­ lenkeranordnung führt.

Bekannt ist auch eine aufbauseitige Lagerbockanordnung (DE 31 33 312 A1) zur schwenkbaren Anlenkung insbesondere einer Koppel- oder Verbundlenker­ achse, bei der die Schwenkachse des Radführungsgliedes durch eine Kombination von gummielastischen Elementen und verschwenkbaren Lager­ wangen einerseits bei am Radführungsglied angreifenden Längskräften in Fahrzeuglängsrichtung verlagerbar und andererseits bei am Radführungs­ glied angreifenden Seitenkräften um eine definierte vertikale Achse verschwenkbar ist.

Diese bekannten Radaufhängungen mit spurkorrigierenden Schwenklagern stellen wegen ihres im Vergleich zu konventionellen Achsanordnungen ohne solche Lageranordnungen spürbar verbesserten Eigenlenkverhaltens einen wesentlichen Fortschritt dar. Es ist jedoch festzustellen, daß auch bei diesen fortschrittlichen Radaufhängungen ein optimales Eigen­ lenkverhalten nur innerhalb eines bestimmten Bereiches der Fahrzeugbe­ ladung erreichbar ist.

Zur Abfederung der Räder bzw. Radführungsglieder eines Kraft­ fahrzeuges werden sehr unterschiedliche Federelemente eingesetzt und je nach den räumlichen Gegebenheiten auch sehr unterschied­ lich positioniert. So gibt es z. B. einerseits Personenkraftwa­ gen mit einer Verbundlenker-Hinterachse (z. B. DE-OS 22 20 119), bei denen die Federelemente in Form von Federdämpfern ausgebil­ det und etwa in Höhe der Radachsen angeordnet sind, andererseits aber auch Personenkraftwagen mit Verbundlenker-Hinterachsen (z. B. Buch von J. Reimpell: "Fahrwerktechnik 1", 5. Auflage 1982, Seiten 456/457), bei denen die Federelemente als reine Schrau­ benfedern ausgebildet und auf den Längslenkern des Lenkerver­ bunds zwischen den aufbauseitigen Schwenklagern und den Radach­ sen, d. h. im Abstand zu diesen Radachsen angeordnet sind. Wäh­ rend die aufbauseitigen Schwenklager im ersten Falle im wesent­ lichen von den Radaufstandskräften frei bleiben, weil diese über die in Radachsenhöhe angreifenden Federelemente unmittelbar in den Aufbau geleitet werden, sind im zweiten Falle in den aufbau­ seitigen Schwenklagern zwangsläufig den jeweiligen Radaufstands­ kräften proportionale Vertikalkraftkomponenten wirksam.

Ausgehend von einer Kraftfahrzeug-Hinterachse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese konstruktiv so zu verbessern, daß sich Änderungen der Beladung auf das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges im wesentlichen nicht mehr auswirken.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Radaufhängung wird also so ausge­ bildet, daß die Fahrzeugbeladung in den aufbauseitigen Scbwenklagern der Radführungsglieder unmittelbar eine entsprechende Vertikalkraft­ komponente zur Folge hat und daß diese Vertikalkraftkomponente unmittel­ bar auf die elastische oder elasto-kinematische Seitennachgiebigkeit der Schwenklager derart Einfluß nimmt, daß das einer Übersteuertendenz entgegenwirkende Verschwenken des Radführungsgliedes - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung - mit zunehmender Vertikalkraftkomponente ebenfalls zunimmt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungs­ beispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 die Draufsicht einer Kraftfahrzeug-Hinterachse nach Art einer Koppellenkerachse,

Fig. 2 eine Detaildarstellung der Anlenkung dieser Achse,

Fig. 3 ein Schwenklager gemäß der Erfindung in zum Teil geschnittener Form und

Fig. 4 das gleiche Lager in Richtung des Pfeiles IV der Fig. 3 gesehen.

Fig. 1 zeigt die Draufsicht einer Kraftfahrzeug-Hinterachse in Form einer sogenannten Koppel- oder Verbundlenkerachse, bei der die Rad­ träger oder Achsschenkel 2 der Räder 1 von steifen Längslenkern 3 getragen sind, die im Bereich ihrer aufbauseitigen Schwenklager durch eine biegesteife, aber torsionsweiche Querstrebe 4 form- und winkel­ steif miteinander verbunden sind.

Die Längslenker 3 sind über nur schematisch dargestellte Schwenklager 5, 5′ um eine im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende fiktive Schwenkachse S-S schwenkbar am Fahrzeugaufbau 6 angelenkt; zwecks Erläuterung verschiedener Möglichkeiten sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die beiden Schwenklager 5, 5′ unterschiedlich ausgebildet.

Die federnde Abstützung der beiden Radführungsglieder 3 am Fahrzeug­ aufbau 6 erfolgt über Federelemente 7, die an den Längslenkern 3 außer­ halb der Radmittenebene A-B angreifen. Hierdurch wird bewirkt, daß in den aufbauseitigen Schwenklagern 5, 5′ unmittelbar Vertikalkraft­ komponenten F_zL wirksam werden, die den Radaufstandskräften F_zH propor­ tional sind. Die Schwenklager 5, 5′ sind nun derart ausgebildet, daß ihre elastischen bzw. elasto-kinematischen Eigenschaften unter der Einwirkung der in ihnen unmittelbar wirksamen Vertikalkraftkomponenten F_zL ein lastgesteuertes Eigenlenkverhalten der Hinterachse ergeben, derart, daß die Seitennachgiebigkeit der Schwenklager durch die wirk­ samen Vertikalkraftkomponenten F_zL derart verändert wird, daß der Lenkwinkel δ_H - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung F_yH - mit zunehmender Fahrzeugbeladung, d. h. mit zunehmender Vertikalkraftkom­ ponente F_zL, ebenfalls zunimmt.

Zu diesem Zweck sind die in Fig. 1 nicht weiter dargestellten, in den Fig. 3 und 4 mit 8 bezifferten Schwenkachsen der Schwenklager 5, 5′ jeweils in federelastischen Elementen und in einer unter einem Winkel α, α′ schräg zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Kulisse 5.1, 5.1′ etc. geführt.

Beim Durchfahren einer durch Pfeil angedeuteten Rechtskurve greifen am kurvenäußeren Rad eine Seitenkraft F_yH,a und am kurveninneren Rad eine Seitenkraft F_yH,i an, unter deren Wirkung sich die Schwenkachsen in den Schwenklagern 5 und 5′ in Pfeilrichtung verlagern, wodurch der Achsverbund um einen Lenkwinkel δ_H in Richtung des Lenkeinschlags der Vorderräder, d. h. Übersteuerungstendenzen entgegenwirkend, ver­ schwenkt wird. Beim Durchfahren einer Linkskurve kehren sich diese Verhältnisse entsprechend um.

Zwecks Erläuterung verschiedener Ausführungsbeispiele sind die Schwenk­ lager 5, 5′ im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 unterschiedlich ausge­ bildet. Das in Fig. 1 links sowie in Fig. 2 dargestellte Schwenklager 5′ ist zur Erzielung des gewünschten lastgesteuerten Eigenlenkverhaltens derart ausgebildet, daß in Abhängigkeit von der im Schwenklager wirksamen Vertikalkraftkomponente F_zL verschieden große Schrägungswinkel der Kulisse wirksam sind und zwar derart, daß der wirksame Schrägungswinkel mit zunehmender Vertikalkraftkomponente abnimmt, bei Leerlast also gemäß Fig. 2 z. B. ein Kulissenverlauf 5.2′ mit einem Schrägungswinkel der Größe α′₂ und bei Vollast ein Kulissenverlauf 5.1′ mit einem Schrägungswinkel α′₁ mit entsprechenden Zwischenwerten, z. B. Kulissen­ verlauf 5.3′ vorliegt. Diese lastabhängige selbsttätige Veränderbar­ keit der Schrägungswinkel kann in im einzelnen nicht weiter dargestellter Weise z. B. dadurch erzielt werden, daß die Schwenkachsen der Schwenklager 5′ unter der Einwirkung der Vertikalkraftkomponenten F_zL gegen die Wirkung von federelastischen Elementen, z. B. Gummielementen, selbsttätig vertikal verschoben, d. h. in unterschiedliche Horizontal­ ebenen mit bezüglich ihrer Schrägungswinkel α′₁ bis α′₃ räumlich unterschiedlichen Kulissenverläufen 5.1′ bis 5.3′ verlagert werden. In den Fig. 1 und 2 sind zwei bzw. drei diskrete Kulissenverläufe angedeutet. Es versteht sich, daß entlang der vertikalen Verlagerung der Schwenkachsen eine kontinuierliche Veränderung der Schrägungs­ winkel erfolgt, d. h. eine Vielzahl solcher Kulissenverläufe existiert.

Der Schrägungswinkel α der Kulissenführung ist also eine Funktion der in den Schwenklagern wirksamen Vertikalkraftkomponente F_zL und damit eine Funktion der Hinterachslast F_zH. Bei steigender Achslast wird dieser Schrägungswinkel α somit kontinuierlich kleiner, was - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung - kontinuierlich größer werdende Lenkwinkel δ_H zur Folge hat.

Statt den Kulissenverlauf, d. h. den Schrägungswinkel α radlastabhängig zu verändern, ist es auch möglich, den Schrägungswinkel α der Kulisse unverändert zu lassen und zwecks Erzielung der gewünschten Effekte in Abhängigkeit von der Vertikalkraftkomponente F_zL in Richtung des Schrägungswinkels α erschieden große Kennungen der federelastischen Elemente wirksam werden zu lassen. Ein derartiges Schwenklager 5 mit einer konstant bleibenden Kulissenführung 5.1 ist rechts in Fig. 1 schematisch angedeutet.

In den Fig. 3 und 4 ist eine denkbare Ausbildung eines solchen Schwenklagers dargestellt; wie ein Vergleich mit Fig. 1 zeigt, ist dabei angenommen, daß dieses Schwenklager links eingebaut ist.

Ähnlich dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel wird auch bei diesem Schwenklager die Schwenkachse 8 in Abhängigkeit von der im Schwenk­ lager wirksamen Vertikalkraftkomponente F_zL selbsttätig in unterschied­ liche Horizontalebenen der Kulisse 5.1 bzw. des Schwenklagers verlagert.

Die Schwenkachse 8 wird von einem den Längslenker 3 schwenkbar tragenden Lagerbolzen gebildet, der in einem vorzugsweise metallischen Lager­ körper 9 in Form eines Parallelepipeds gelagert ist, der seinerseits innerhalb des Schwenklagers 5 mit Teilen seiner in Fahrzeuglängsrichtung weisenden Stirnflächen an unter dem Schrägungswinkel α verlaufenden Führungsflächen 5.11 und 5.12 (Fig. 4) gleitend anliegt, sich grundsätz­ lich also innerhalb des Schwenklagers unter dem Schrägungswinkel α in Pfeilrichtung verlagern könnte. Während der Lagerkörper 9 mit seinen in Fahrtrichtung ausgerichteten Stirnseiten unmittelbar mit Führungs­ flächen des Schwenklagers Kontakt hat, sind im übrigen jeweils feder­ elastische, im Ausführungsbeispiel gummielastische Elemente zwischen­ geschaltet. So ist zwischen einer am Fahrzeugaufbau befestigten oberen Grundplatte 5.13 des Schwenklagers 5 und einem oberen Lagerteil 9.2 des Lagerkörpers 9 ein federelastisches Element in Form einer gummi­ elastischen Platte 11 zwischengelegt, die unter Einwirkung der auf sie über den Lagerteil 9.2 einwirkenden Vertikalkraftkomponente F_zL je nach Größe dieser Kraftkomponente mehr oder weniger stark komprimiert wird, wodurch sich die Lagerachse 8 entsprechend mehr oder weniger weit nach oben verlagern kann.

Ein unterer Lagerteil 9.1 des Lagerkörpers 9 wird seitlich von zwei gummielastischen Blöcken 10.1 und 10.2 umschlossen. Man erkennt, daß sich bei einer vertikalen Verlagerung der Schwenkachse 8 bzw. des Lagerkörpers 9 unter der Einwirkung der Vertikalkraftkomponente F_zL der Eingriff zwischen dem unteren Lagerteil 9.1 und den gummielastischen Blöcken 10.1 bzw. 10.2 verändert, und zwar derart, daß der Eingriff mit wachsender Vertikalkraftkomponente geringer wird.

Es ist leicht einzusehen, daß eine lastabhängige Veränderung dieses Eingriffs zur Folge hat, daß in Richtung des Schrägungswinkels α (Fig. 4) lastabhängig verschieden große Kennungen der federelastischen Elemente, d. h. der gummielastischen Blöcke 10.1 und 10.2 wirksam werden. Unter der Einwirkung von an den Rädern 1 angreifenden Seitenkräften F_yH, die im Schwenklager 5 entsprechende Kräfte in Richtung des Schrägungs­ winkels α zu Folge haben, wird sich daher der Lagerkörper 9 - bei gleich großer Krafteinwirkung in Richtung des Schrägungswinkels α - in der Kulisse 5.1 lastabhängig unterschiedlich stark in Pfeilrichtung verlagern können, weil dieser Bewegung wegen der sich lastabhängig verändernden Kennung der gummielastischen Blöcke 10.1 und 10.2 unter­ schiedlich starke Federkräfte entgegenwirken.

In Fig. 3 ist noch angedeutet, daß der obere Lagerteil 9.2 mit Vorteil seitlich durch zusätzliche obere gummielastische Elemente 12 geführt werden kann, deren Federkräfte im Vergleich zu denen der unteren gummi­ elastischen Blöcke 10.1, 10.2 jedoch vernachlässigbar sind. Durch sie wird lediglich eine bessere Führung des Lagerkörpers 9 erreicht.

Die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Konstruktion stellt lediglich ein denkbares Ausführungsbeispiel zur Realisierung eines geeigneten Schwenklagers dar. Die federelastischen Elemente müssen jedoch nicht als gummielastische Elemente ausgebildet sein. Es können natürlich auch mechanische oder sonstige Federelemente eingesetzt werden. Wesent­ lich ist lediglich, daß sie derart ausgebildet und angeordnet werden, daß ihre einer Verlagerung der Schwenkachse 8 in Richtung des Schrägungs­ winkels α entgegenwirkenden Federkräfte in Abhängigkeit von der Vertikal­ kraftkomponente selbsttätig veränderbar sind.

Grundsätzlich wäre es zwar auch denkbar, die Radaufstandskräfte, d. h. die Fahrzeugbeladung an irgendeiner geeigneten Stelle des Fahrzeuges in irgendeiner bekannten Weise, z. B. mittels einer Druckmeßdose o. ä., zu erfassen und mit Hilfe des so erfaßten Lastsignals mittels hydrau­ lischer oder elektromechanischer o. ä. Stellglieder derart auf die Schwenklager einzuwirken, z. B. den Schrägungswinkel durch Verschwenken der Kulisse zu verändern, daß der Lenkwinkel δ_H - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung - mit zunehmender Fahrzeugbeladung ebenfalls zunimmt, doch würde dies im Vergleich zur vorgeschlagenen Lösung einen erheblich höheren technischen Aufwand zur Realisierung erfordern.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die Federelemente 7 zur Abfe­ derung des Fahrzeuges hinter den Rädern 1 und in der Radebene C, z. B. in den Radkästen angeordnet, was den Vorteil einer großen Durchlade­ breite mit sich bringt. Als Federelemente können neben bekannten me­ chanischen Schraubenfedern und Feder- oder Dämpferbeinen insbesondere auch pneumatische Federn oder hydro-pneumatische Federelemente einge­ setzt werden. Insbesondere ist auch der Einbau einer Niveauregulierungs­ anlage möglich, da die achslastabhängige Steuerung der Lagereigen­ schaften, d. h. der Seitennachgiebigkeit (Schrägungswinkel bzw. Quer­ steifigkeit) der Schwenklager 5, 5′ infolge der außerhalb der Radmitten­ ebene A-B angreifenden Federelemente in jedem Falle′ durch die Vertikal­ kraftkomponente F_zL gewährleistet ist.

Die Erfindung wurde anhand einer Koppel- oder Verbundlenkerachse, d. h. einer Achse mit Längslenkern, erläutert. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Sie ist unter Anpassung an die jeweiligen Gegeben­ heiten in entsprechender Weise auch auf Hinterachsen mit Einzelrad­ aufhängung in Form von Querlenkern oder Schräglenkern anwendbar.

Claims (6)

1. Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbesondere für Personenkraftwa­ gen, bei der die aufbauseitigen Schwenklager ihrer die Räder tragenden Radführungsglieder derart elastisch oder elasto-ki­ nematisch ausgebildet und angeordnet sind, daß einer Tendenz der Radführungsglieder, insbesondere bei Kurvenfahrt unter der Wirkung von an den Rädern angreifender Seitenkräfte in Rich­ tung Übersteuern nachzugeben, entgegengewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Abstützung der Rad­ führungsglieder (3) am Fahrzeugaufbau (6) in an sich bekann­ ter Weise derart erfolgt, daß in den aufbauseitigen Schwenk­ lagern (5, 5′) den Radaufstandskräften (F_zH) proportionale Vertikalkraftkomponenten (F_zL) wirksam sind und daß die elastische oder elasto-kinematische Nachgiebig­ keit der Schwenklager (5, 5′) mit zunehmender Vertikalkraft­ komponente (F_zL) ebenfalls zunimmt.

2. Hinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (8) der Schwenklager (5′) jeweils in federelastischen Elementen in einer schräg zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Kulisse (5.1′) geführt sind und daß in Abhängigkeit von den Vertikalkraftkomponenten (F_zL) verschieden große Schrägungswinkel (α) der Kulisse wirksam sind.

3. Hinterachse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (8) der Schwenklager (5′) in Abhängigkeit von den Vertikalkraftkompo­ nenten (F_zL) selbsttätig in unterschiedliche Horizontalebenen der Kulisse (5.1′) verlagert werden und daß die Kulissen in den unterschiedlichen Horizontalebe­ nen verschieden große Schrägungswinkel (α′₁, α′₂) besitzen.

4. Hinterachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (8) der Schwenklager (5) jeweils in federelastischen Elementen (10) in einer schräg zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Kulisse (5.1) geführt sind und daß in Abhängigkeit von den Vertikalkraftkomponenten (F_zL) in Richtung des Schrägungswinkels (α) verschieden große Kennungen der federelastischen Elemente (10) wirksam sind.

5. Hinterachse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (8) der Schwenklager (5) in Abhängigkeit von den Vertikalkraftkompo­ nenten (F_zL) selbsttätig in unterschiedliche Horizontalebenen der Kulisse (5.1) verlagert werden, und daß in den unterschiedlichen Horizontalebenen in Richtung des Schrägungswinkels (α) verschieden große Kennungen der fe­ derelastischen Elemente wirksam sind.

6. Hinterachse nach einem der Ansprüche 1 bis 5 nach Art einer Koppel- oder Verbundlenkerachse, mit die Räder tragenden steifen Längslenkern, die im Bereich ihrer aufbauseitigen Schwenklager durch eine biegesteife, aber torsionsweiche Querstrebe form- oder winkelsteif miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der federnden Abstützung dienende Federelemente (7), ins­ besondere Schraubenfedern, Feder- oder Dämpferbeine, pneuma­ tische Federn oder hydro-pneumatische Federn, an den Längs­ lenkern (3) außerhalb der Radmittenebene A-B, vorzugsweise in der Radebene C und hinter den Rädern (1) angreifen.