DE3721026A1 - Radaufhaengungssystem fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Radaufhängungssystem für Kraftfahrzeuge
und insbesondere eine Verbesserung eines Radaufhängungssystems,
welches einen oberen und einen unteren
Steuerarm umfaßt, die an ihren Vorderenden mit einem Gelenk
zum Tragen eines Rades verbunden sind, und deren Basisenden
jeweils an einer vorderen und einer hinteren Stelle vertikal
schwenkbar an einem Fahrzeugkörper gelagert sind.
Solche Radaufhängungssysteme sind bekannt als Doppel-Brustbein-
Systeme (siehe zum Beispiel die Japanische Patentveröffentlichung
Nr. 28 123/69).
Bei einem solchen herkömmlichen Radaufhängungssystem sind
der obere und der untere Steuerarm mit ihren Basisenden jeweils
über elastische Glieder an einer horizontalen Welle
angelenkt, die fest an einem Fahrzeugkörper angebracht ist.
Daher werden die Nachgiebigkeit in Längsrichtung und die
Vorlaufsteifigkeit beim Bremsen durch die Federkonstanten dieser
elastischen Glieder bestimmt.
Um weitgehend zu verhindern, daß Stöße, wie sie beispielsweise
entstehen, wenn ein Rad über einen Vorsprung auf einer
Straßenfläche läuft, auf den Fahrzeugkörper übertragen werden,
ist es allgemein erforderlich, das Radaufhängungssystem
mit einer Nachgiebigkeit (compliance) zu versehen. Und um
die Geradlaufeigenschaft eines Rades beim Bremsen sicherzustellen,
ist es erforderlich, dem Radaufhängungssystem eine
große Vorlaufsteifigkeit zu erteilen.
Wenn bei dem herkömmlichen Radaufhängungssystem die Federkonstante
eines elastischen Gliedes auf einen kleineren Wert
eingestellt wird, um eine größere Längsnachgiebigkeit vorzusehen,
wird aber die Vorlaufsteifigkeit vermindert und verschlechtert
die Geradlaufeigenschaft des Rades. Wenn im
Gegensatz dazu die Federkonstante des elastischen Gliedes
auf einen höheren Wert eingestellt wird, um eine größere
Vorlaufsteifigkeit beim Bremsen vorzusehen, wird die Längsnachgiebigkeit
vermindert, was von einer Beeinträchtigung
des Fahrkomforts begleitet wird. Folglich ist es schwierig,
sowohl der Nachgiebigkeit in Längsrichtung als auch der
Vorlaufsteifigkeit beim Bremsen zu genügen.
In Anbetracht dieser Umstände ist die Erfindung ausgeführt
worden; Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Radaufhängungssystems
der beschriebenen Art, bei welchem es möglich
ist, sowohl der Längsnachgiebigkeit als auch der Vorlaufsteifigkeit
beim Bremsen zu genügen.
Erfindungsgemäß wird das genannte Ziel erreicht durch Schaffung
eines Radaufhängungssystems für Kraftfahrzeuge, mit
einem oberen und einem unteren Steuerarm, die an ihren
Vorderenden mit einem Gelenk zum Tragen eines Rades verbunden
sind und Basisenden aufweisen, die jeweils an einer vorderen
und einer hinteren Stelle vertikal schwenkbar an einem Fahrzeugkörper
gelagert sind, welches dadurch gekennzeichnet ist,
daß ein oberer und ein unterer Tragarm vorragend angebracht
sind an einer Tragwelle, welche an dem Fahrzeugkörper über
elastische Glieder so gelagert ist, daß sie sich vertikal
erstreckt, und daß entweder die vorderen oder die hinteren
Armabschnitte der jeweiligen Basisenden des oberen und des
unteren Steuerarmes jeweils mit dem oberen bzw. unteren
Tragarm verbunden sind.
Wenn bei einem derartigen Aufbau eine Belastung in Längsrichtung
des Fahrzeugs auf einen mittleren Abschnitt des Gelenks
ausgeübt wird, dann üben der obere und der untere Steuerarm
entsprechende Drehmomente in der gleichen Richtung auf die
Tragwelle aus, und folglich ist das von der Tragwelle aufgenommene
gesamte Drehmoment groß. Wenn andererseits eine
Bremskraft auf einen Berührungspunkt des Reifens mit dem
Erdboden ausgeübt wird, dann üben der obere und der untere
Steuerarm Drehmomente in entgegengesetzten Richtungen auf
die Tragwelle aus, so daß diese Momente einander aufheben,
was dazu führt, daß das auf die Tragwelle ausgeübte gesamte
Drehmoment null oder gering ist. Selbst wenn die Federkonstante
eines elastischen Gliedes zum Lagern der Tragwelle
auf einen kleineren Wert eingestellt wird, um eine größere
Längsnachgiebigkeit vorzusehen, kann dementsprechend eine
größere Vorlaufsteifigkeit während des Bremsens sichergestellt
werden. Dies ermöglicht es, sowohl dem Stoßdämpfvermögen
beim Fahren des Fahrzeugs auf einer rauhen Straßenfläche
als auch dem Geradelaufvermögen während des Bremsens
zu genügen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines gesamten Radaufhängungssystems;
Fig. 2 und 3
Schnittansichten entlang der Linie II-II bzw. III-
III in Fig. 1;
Fig. 4 und 5
eine Draufsicht bzw. Seitenansicht zur Erläuterung
eines Vorgangs, wenn ein Rad sich auf einen Vorsprung
auf einer Straßenfläche bewegt; und
Fig. 6 und 7
eine Draufsicht bzw. Seitenansicht zur Erläuterung
eines Vorgangs beim Bremsen.
Fig. 1 zeigt ein Radaufhängungssystem für Kraftfahrzeuge
gemäß einer ersten Ausführungsform, welche ein Gelenk 2 zum
Tragen eines Rades 1 aufweist. Das Gelenk 2 umfaßt einen
Achsschenkel 3 zum Lagern des Rades 1 über ein (nicht gezeigtes)
Lager. Von dem Basisende des Achsschenkels 3 erstrecken
sich gegabelte Arme 4 und 4′, die nach oben und
nach unten verzweigt sind. Ein oberer Steuerarm 6 und ein
unterer Steuerarm 7 sind an ihren Vorderenden mit dem gegabelten
Arm 4 bzw. 4′ über ein Kugelgelenk 5 bzw. 5′ verbunden.
Ein Vorlauf für das Rad 1 wird bestimmt durch die
Neigung einer geraden Linie, welche die entsprechenden
Mittelpunkte der Kugelgelenke 5 und 5′ verbindet.
Der obere Steuerarm 6 läuft an seinem Basisende in einen
vorderen und einen hinteren Armabschnitt 6 f bzw. 6 r auseinander,
während der untere Steuerarm 7 ebenfalls an seinem
Basisende in einen vorderen und einen hinteren Steuerabschnitt
7 f bzw. 7 r auseinanderläuft. Die hinteren Armabschnitte
6 r und 7 r sind über jeweilige elastische Glieder
10 bzw. 11 vertikal schwenkbar gelagert an Drehzapfen 8 und
9, welche an einem Fahrzeugkörper B so befestigt sind, daß
sie sich in dessen Längsrichtung erstrecken. Beide Steuerarme
6 und 7 sind durch nicht gezeigte Aufhängungsfedern
elastisch nach unten vorgespannt.
Vor und benachbart den vorderen Armabschnitten 6 f und 7 f ist
eine Hohlwelle 12 als Tragwelle angeordnet und drehbar über
elastische Glieder 18, 18′ an einem Tragzapfen 17 gelagert,
dessen entgegengesetzte Enden an dem Fahrzeugkörper B befestigt
sind, und welcher vertikal verläuft (siehe Fig. 3).
An der Außenfläche der Hohlwelle 12 sind ein oberer und ein
unterer nach hinten vorragender Tragarm 13 und 14 einteilig
ausgebildet, und die vorderen Armabschnitte 6 f und 7 f sind
über jeweilige Kugelgelenke 15 und 16 mit den Tragarmen 13
und 14 verbunden.
Wenn die wirksame Länge des oberen Steuerarmes 6 durch A 1,
die wirksame Länge des unteren Steuerarmes 7 durch A 2, der
Abstand zwischen Drehpunkten an den Basisenden des vorderen
und des hinteren Armabschnitts 6 f und 6 r des oberen Steuerarmes
6 durch B 1, der Abstand zwischen Drehpunkten an den
Basisenden des vorderen und hinteren Armabschnitts 7 f und
7 r des unteren Steuerarmes 7 durch B 2, die wirksame Länge
des oberen Tragarmes 13 durch C 1, die wirksame Länge des
unteren Tragarmes 14 durch C 2, die Höhe der Verbindung am
Vorderende des oberen Steuerarmes 6 über dem Erdboden durch
H 1 sowie die Höhe der Verbindung am Vorderende des unteren
Steuerarmes 7 über dem Erdboden wiedergegeben werden, werden
diese Abmessungen so eingestellt, daß sie die folgende Beziehung
erfüllen:
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind elastische Anschläge 19 und 20
gegenüberliegend in vorbestimmtem Abstand auf seitlich entgegengesetzten
Seiten des oberen Tragarmes 13 an dem Fahrzeugkörper
B befestigt, so daß das Anschlagen der Anschläge
19 und 20 an dem Tragarm 13 den Drehwinkel der Hohlwelle 12
begrenzt.
Das Bezugszeichen 21 in der Zeichnung bezeichnet einen Gelenkarm
21, der an dem Gelenk 2 angebracht ist. Der Gelenkarm
21 kann mit einem Lenkmechanismus verbunden sein, wenn
das Rad 1 ein Vorderrad ist, oder kann anderenfalls an dem
Fahrzeugkörper gelagert sein, wenn das Rad 1 ein Hinterrad
ist. Ein Pfeil A zeigt die Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs an.
Diese Ausführungsform arbeitet wie folgt:
Unter Bezug auf die Fig. 4 und 5 sei angenommen, daß das
Rad 1 während der Fahrt eines Fahrzeuges über einen Vorsprung
oder eine Erhöhung 22 wie zum Beispiel einen Kiesel auf
einer Straßenfläche G läuft. Wenn das Rad 1 über die Erhöhung
22 hinübergeht, wird eine nach hinten gerichtete Komponente
F einer Kraft, die von der Erhöhung 22 auf das Gelenk 2 ausgeübt
wird, durch die gegabelten Arme 4 und 4′ in parallele
Kraftkomponenten F 1 und F 2 aufgelöst, die auf die Vorderenden
des oberen und unteren Steuerarmes 6 und 7 wirken.
Folglich erhalten beide Steuerarme 6 und 7 nach hinten gerichtete
Momente M 1 und M 2 und üben also Drehmomente M 3 und
M 4 in der gleichen Richtung auf die Tragarme 13 und 14 der
Hohlwelle 12 aus, wobei sie die entsprechenden elastischen
Glieder 10 und 11 an ihren jeweiligen Basisenden verformen.
Dementsprechend ist das gesamte Drehmoment M 3 + M 4, das von
der Hohlwelle 12 aufgenommen wird, groß, und die elastischen
Glieder 18 und 18′ zum Tragen der Hohlwelle 12 können durch
Aufnehmen einer großen Torsionskraft leicht verformt werden,
so daß der obere und der untere Steuerarm 6 und 7 durch
die vorgenannte Kraftkomponente F relativ leicht in Rückrichtung
des Fahrzeugs geneigt werden können. Auf diese
Weise wird dem Radaufhängungssystem ein große Längsnachgiebigkeit
erteilt, und dies ermöglicht es, eine Stoßkraft von
der Erhöhung 22 zu mäßigen und ihre Übertragung auf den
Fahrzeugkörper zu verhindern.
Die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Vorderrades 1 beim
Überfahren der Erhöhung 22 werden durch die Vertikalschwenkbewegung
des oberen und des unteren Steuerarmes 6 und 7
um die entsprechenden Drehzapfen 8 und 9 und die entsprechenden
Kugelgelenke 15 und 16 gestattet.
Unter Bezug auf die Fig. 6 und 7 sei angenommen, daß das
Rad 1 während der Fahrt des Fahrzeugs durch die Betätigung
eines (nicht gezeigten) Bremssystems gebremst worden ist.
Wenn das Rad 1 gebremst worden ist, wird ein Vorwärtsmoment
m 1 auf den oberen Steuerarm 6 ausgeübt, und ein Rückwärtsmoment
m 2 wirkt auf den unteren Steuerarm 7 durch eine
Reibungsbremskraft f, die von der Straßenfläche G auf das
Vorderrad 1 ausgeübt wird. Folglich übt der obere Steuerarm 6
ein Drehmoment m 3 gegen den Uhrzeigersinn, in Fig. 6 betrachtet,
auf den oberen Tragarm der Hohlwelle 12 aus, wogegen
der untere Steuerarm 7 ein Moment m 4 im Uhrzeigersinn auf
den unteren Tragarm 14 der Hohlwelle 12 ausübt. Auf diese
Weise haben die auf die Tragarme 13 und 14 ausgeübten Drehmomente
m 3 und m 4 gerade die entgegengesetzte Richtung und
heben sich deshalb über die Hohlwelle 12 gegenseitig auf.
Auf diese Weise wird das gesamte Drehmoment, welches auf
die Hohlwelle 12 wirkt, annähernd null bei Einstellung der
oben beschriebenen Beziehung (1). Folglich können der obere
und der untere Steuerarm 6 und 7 gegen die Reibungskraft f
der Straßenfläche G davon abgehalten werden, sich vorwärts
oder rückwärts zu bewegen, um eine Versetzung des Gelenks
2 zu verhindern. Selbst wenn ein Reifen während des Bremsens
auf eine Erhöhung gelaufen ist, kann deshalb eine Nachgiebigkeit
in Längsrichtung erzielt werden, die sich nicht von
der beim Nichtbremsen unterscheidet. Dies ist angemessen,
wenn dem Fahrkomfort Vorrang gegeben wird.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform beschrieben.
Ein Radaufhängungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform
hat einen ähnlichen Aufbau wie das System der ersten Ausführungsform,
abgesehen davon, daß die Abmessungen der einzelnen
Teile so bemessen sind, daß sie der folgenden Beziehung
genügen:
Diese Ausführungsform arbeitet wie folgt:
Wenn das Rad 1 über eine Erhöhung 22 wie beispielsweise
Kiesel auf der Straßenfläche G läuft, ist das durch die
Hohlwelle 12 aufgenommene gesamte Drehmoment groß wie bei
der ersten Ausführungsform, und folglich wird eine große
Längsnachgiebigkeit erreicht. Wenn das Rad 1 beim Fahren
des Fahrzeugs durch Betätigung des Bremssystems gebremst
worden ist, ist das auf die Hohlwelle 12 wirkende Gesamtdrehmoment
kleiner. Ferner sind, selbst wenn der obere und
der untere Steuerarm 6 und 7 durch die Wirkung dieses Gesamtdrehmoments
bewegt werden, die Beträge der Bewegungen
dieser Arme gleich in Übereinstimmung mit der Erfüllung der
obigen Beziehung (2). Folglich kann der Vorlaufwinkel sich
nicht verändern, und daher kann eine hohe Vorlaufsteifigkeit
erzielt werden. Dies ist angemessen, wenn der Geradlaufeigenschaft
Vorrang gegeben wird.
Claims (3)
1. Radaufhängungssystem für Kraftfahrzeuge, mit einem
oberen und einem unteren Steuerarm, die an ihren Vorderenden
mit einem Gelenk zum Tragen eines Rades verbunden sind
und Basisenden aufweisen, die jeweils an einer vorderen
und einer hinteren Stelle vertikal schwenkbar an einem
Fahrzeugkörper gelagert sind, dadurch gekennzeichnet,
daß ein oberer und ein unterer Tragarm (13, 14) vorragend
angebracht sind an einer Tragwelle (12), welche an dem
Fahrzeugkörper (B) über elastische Glieder (18, 18′) so gelagert
ist, daß sie sich vertikal erstreckt, und daß entweder
die vorderen oder die hinteren Armabschnitte (6 f,
7 f, 6 r, 7 r) der jeweiligen Basisenden des oberen und des
unteren Steuerarmes (6, 7) jeweils mit dem oberen bzw.
unteren Tragarm (13, 14) verbunden sind.
2. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beziehung
hergestellt wird, wenn A 1 die wirksame Länge des oberen
Steuerarmes (6), A 2 die wirksame Länge des unteren Steuerarmes
(7), B 1 den Abstand zwischen vorderem und hinterem
Drehpunkt an den Basisenden des oberen Steuerarmes (6), B 2
den Abstand zwischen vorderem und hinterem Drehpunkt an den
Basisenden des unteren Steuerarmes (7), C 1 die wirksame
Länge des oberen Tragarmes (13), C 2 die wirksame Länge des
unteren Tragarmes (14), H 1 die Höhe einer Verbindung am
Vorderende des oberen Steuerarmes (6) über dem Erdboden sowie
H 2 die Höhe einer Verbindung am Vorderende des unteren
Steuerarmes (7) über dem Erdboden bedeuten.
3. Radaufhängungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Beziehung
hergestellt wird, wenn A 1 die wirksame Länge des oberen
Steuerarmes (6), A 2 die wirksame Länge des unteren Steuerarmes
(7), B 1 den Abstand zwischen vorderem und hinterem
Drehpunkt an den Basisenden des oberen Steuerarmes (6), B 2
den Abstand zwischen vorderem und hinterem Drehpunkt an den
Basisenden des unteren Steuerarmes (7), C 1 die wirksame
Länge des oberen Tragarmes (13) sowie C 2 die wirksame Länge
des unteren Tragarmes (14) bedeuten.
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