DE3744304A1 - Fahrzeug-aufhaengungssystem fuer ein steuerbares rad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Aufhängungssystem für ein steuerbares Rad, insbesondere ein solches Aufhängungssystem für ein steuerbares Rad, bei dem die Änderung der zum Aufrechterhalten eines Steuerwinkels beim Steuern des Rades erforderliche Kraft minimiert wird.

Bei herkömmlichen Aufhängungssystemen für ein steuerbares Rad ist es be­ kannt, das Gelenk, das das Rad drehbar lagert, an seinem oberen bzw. unte­ ren Punkt schwenkbar zu lagern gegen die freien Enden beispielsweise ei­ nes Paares von A-Hebeln, die am Fahrzeugkörper angelenkt sind, und zwar an ihren Basisenden, um eine vertikale Bewegung und einen Steuerungsvor­ gang des Rades zu erlauben. Bei einem solchen Aufhängungssystem kann ein imaginärer Achsschenkelbolzen als Linie definiert werden, die die oberen und unteren Gelenkpunkte des Gelenkes definiert. Das Rad wird um diesen imaginären Achsschenkelbolzen gesteuert. Da jedoch das Zentrum der Lauf­ fläche des Rades (tread contact surface) und der Schnittpunkt zwischen den imaginären Achsschenkelbolzen und der Lauffläche im allgemeinen nicht miteinander zusammenfallen, wird normalerweise das sogenannte selbstaus­ richtende Moment erzeugt, das dazu neigt, bei dem Rad eine Geradeausposi­ tion wiederherzustellen.

Wird manuelle Steuerung angewandt, so wird natürlich dieses selbstein­ stellende oder selbstausrichtende Drehmoment auf das Steuerrad übertra­ gen und gibt dem Fahrer das Gefühl für den jeweiligen Zustand des gesteu­ erten Rades. Auch beim Servolenkungssystem wird die Reaktionskraft, die das Rad von der Straße her erfährt, auf das Steuerrad des Steuersystems übertragen, so daß das Handhaben des Fahrzeugs erleichtert wird, indem der Fahrer das notwendige Gefühl des gesteuerten Rades vermittelt. In jedem Falle muß dieses selbstausrichtende Moment zum Erzielen eines handhabbaren Wertes geregelt werden; jedenfalls sollte es beim Verändern des Steuerwin­ kels weder plötzlich zunehmen noch abnehmen.

Im Falle eines steuerbaren Hinterrades eines Fahrzeuges, das mit einem Vierrad-Steuersystem ausgestattet ist, wobei das Verhältnis des Steuerwin­ kels der Hinterräder zum Steuerwinkel der Vorderräder verändert wird, je­ weils in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeuges oder des Steu­ erwinkels der Vorderräder, kann das selbstausrichtende Moment in äußerst komplexer Weise einer Veränderung unterliegen, ohne daß dies irgendeinen Vorteil bringt; falls hierbei möglich, wäre es wünschenswert, das selbst­ ausrichtende Moment völlig auszuschalten.

Ist der Achsschenkelbolzen - sei er wirklich existierend oder nur imaginär -, fixiert, so wie dies bei den meisten herkömmlichen Aufhängesystemen der Fall ist, so läßt sich das selbstausrichtende Moment dadurch leicht elimi­ nieren, daß man den Achsschenkelbolzen sich mit dem Zentrum der Laufkontakt­ fläche (tread contact surface) des Rades schneiden läßt; ist dies nicht mög­ lich aus anderen Erwägungen, so ist es unmöglich, das selbstausrichtende Mo­ ment in den Griff zu bekommen.

JP-PS 52-9 889 zeigt ein Aufhängungssystem mit zwei Paar seitlicher Verbindungs­ elemente, die an das obere bzw. untere Teil des Gelenkes angeschlossen sind. Hiermit ist es möglich, die verschiedenen Parameter des Aufhängungssystemes zu verändern, ferner eine günstige Einstellung des Radsturzes, der Spurwei­ te sowie das Nachlaufen. Da sich jedoch der imaginäre Achsschenkelbolzen mit der Änderung des Steuerwinkels verändert und die resultierende Änderung des selbstausrichtenden Momentes oder der zum Konstanthalten eines Steuerwinkels erforderlichen Kraft dazu neigen, sich sehr stark zu verändern, oder auf komplizierte Weise, ist dieses System unbefriedigend.

Im Hinblick auf die genannten Probleme, die den bekannten Systemen eigen ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Aufhängungssystem zu schaffen, das zwei Paar seitlicher Verbindungselemente aufweist, die am oberen und unteren Teil eines Gelenkes angreifen, wobei die Veränderung der zum Aufrechterhalten eines Steuerwinkels erforderlichen Kraft verringert wird.

Außerdem soll ein Aufhängungssystem für ein steuerbares Rad unter Anwen­ dung von vier seitlicher Verbindungselemente geschaffen werden, bei dem die Kraft zum Beibehalten eines Steuerwinkels verringert wird, während gleichzeitig größere Freiheiten gewonnen werden bezüglich des Einstellens der verschiedenen Radausrichtparameter.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Durch Regeln der Veränderung des Abstandes zwischen dem imaginären Achs­ schenkelbolzen und dem Zentrum der Radkontaktfläche auf ein Minimum wird die Änderung der zum Aufrechterhalten eines Steuerwinkels erforderlichen Kraft minimiert, während die Freiheit des Einstellens solcher Parameter beibehalten wird, die entscheidend für ein Fahrzeugaufhängungssystem mit einem parallelen Vier-Element-Verbindungsglied ausgerüstet ist.

Da die Komponente des Abstandes zwischen dem imaginären Achsschenkelbolzen und dem Zentrum der Radkontaktfläche in Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Fahrzeuges im Hinblick auf das Kontrollieren des selbstausrichtenden Mo­ mentes wichtig ist, ist es am besten, den Bereich jener Kurve, die als Schnittkurve zwischen der Horizontalebene und der Bahnfläche in Vorwärts- Rückwärts-Richtung gegeben ist, für einen bestimmten Bereich des Steuer­ winkels zu minimieren.

Die Erfindung ist insbesondere wichtig bei der Anwendung auf ein Hinter­ rad eines Fahrzeuges, das mit dem Vierrad-Steuersystem ausgestattet ist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Ein­ zelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform des Auf­ hängungssystemes gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm der Ausführungsform nach Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Diagramm der Lauffläche (Kontaktfläche) des Rades.

Das in Fig. 1 dargestellte Aufhängungssystem für ein steuerbares Rad dient der Anwendung auf ein Hinterrad eines mit einem Vierrad-Steuersystem ausge­ rüsteten Fahrzeuges. Das Rad 1 ist auf einem Achszapfen 3 drehbar gelagert, der seinerseits einteilig von einem Bügel 2 vorragt. Ein Bügelarm 4 ist ei­ nem unteren Teil des Bügels 2 angeformt und steht nach innen und nach hin­ ten von diesem ab. Das freie Ende dieses Bügelhebels 4 ist gelenkig mit ei­ ner Zugstange 5 verbunden, die eine Steuerkraft überträgt.

Die äußeren Enden 6 a und 7 a zweier Verbindungselemente 6 und 7 greifen an den oberen Teilen des Bügels 2 an, die ihrerseits in Vorwärts-Rückwarts- Richtung (Fahrzeug-Lenkrichtung) um einen bestimmten Abstand gegeneinander versetzt sind. Der Angriff findet statt über Kardangelenke. Die inneren En­ den 6 b und 7 b dieser Verbindungselemente 6 und 7 sind hingegen in gleicher Weise an einem hier nicht dargestellten Fahrzeugkörper befestigt, und zwar ebenfalls mittels Kardangelenken (ball joints). Die Außenenden 8 a und 8 b eines weiteren Paares von Verbindungselementen 8 und 9 greifen in gleicher Weise an unteren Teilen des Bügels 2 an, und zwar wiederum mit Kardangelen­ ken oder Kugelgelenken, während die inneren Enden 8 b und 9 b dieser Verbin­ dungselemente 8 und 9 am Fahrzeugkörper über Gummimuffen angreifen. Die in­ neren Enden 8 b und 9 b dieser Verbindungselemente können über Kugelgelenke am Fahrzeugkörper angreifen, jedoch sind die seitlichen Winkelveränderungen die­ ser Verbindung in bezug auf den Fahrzeugkörper so klein, daß die Gummimuffen derartige Winkeländerungen in den Verbindungselementen 8 und 9 ohne weiteres ermöglichen.

Rad 1 ist demgemäß derart gelagert, daß es vertikale Bewegungen ausführen kann. Die Änderungen des Radsturzes, des Nachlaufes sowie der Spurweite des Rades lassen sich dadurch frei bestimmen, daß die Längen und die Anordnungen (Orte) der Gelenkpunkte dieser Verbindungselemente 6 bis 9 bestimmt werden. Durch Aufbringen einer Betätigungskraft auf die Zugstange 5 wird eine Steuer­ kraft auf Bügel 2 übertragen, und Rad 1 wird um einen imaginären Achsschen­ kelbolzen herumgesteuert, was noch weiter unten beschrieben werden soll.

Im folgenden sollen die Verbindungselemente 6 und 7 betrachtet werden, so wie in Fig. 2 dargestellt. Das Momentan-Rotationszentrum 12 eines oberen Teiles des Bügels 2 ist als Bahn 10 des Schneidens der Erstreckungen der Verbin­ dungselemente 6 und 7 gegeben. Betrachtet man die Verbindungselemente 8 und 9, so ist das Momentan-Rotationszentrum 11 eines unteren Teiles des Bügels 2 als Laufbahn 11 des Schneidens der Erstreckungen der Verbindungselemen­ te 8 und 9 gegeben. Die zentrale Drehachse des Bügels 2 oder der imagi­ näre Achsschenkelbolzen 14 (king pin) ist als Linie angegeben, die diese Momentan-Rotationszentren 12 und 13 miteinander verbindet. Ändert sich der Steuerwinkel, so bewegt sich der imaginäre Achsschenkelbolzen und de­ finiert eine Verlaufsfläche 15, die konisch oder leicht konisch verdreht ist; der imaginäre Achsschenkelbolzen 14 stellt dabei die Erzeugende für diese Verlaufsfläche 15 dar.

Aus Fig. 2 erkennt man ferner, daß die Laufbahn 10 des oberen Teiles 12 des imaginären Achsschenkelbolzens 14 relativ lang ist, während der Ver­ lauf 11 des unteren Teiles 13 des imaginären Achsschenkelbolzens 14 rela­ tiv kurz ist, so daß die Verlaufsfläche 15 nach unten konvergiert und der Bereich der Bahn 16 des Schneidens 19 des imaginären Achsschenkelbolzens 14 mit der Radlauffläche des Reifens oder des Schneidens der Verlaufs­ fläche 15 mit der Radlauffläche minimiert wird. Fig. 3 veranschaulicht ja, wie erwähnt, die Radkontaktfläche 17. Die zum Beibehalten eines ge­ wissen Steuerwinkels des Rades erforderliche Kraft ist bestimmt durch ei­ nen Längszug B oder die Längskomponente des Zuges A, der durch die Länge einer geraden Linie gegeben ist, die ihrerseits das Zentrum 18 der Lauf­ fläche und den Schnittpunkt 19 zwischen dem imaginären Achsschenkelbolzen 14 und der Lauffläche 17 in Vorwärts-Rückwärts-Richtung verbindet (ima­ ginäre Linie 20). Durch Minimieren der Veränderung des Längszuges B läßt sich somit die Veränderung der Kraft minimieren, die notwendig ist, um einen bestimmten Steuerwinkel aufrechtzuerhalten. Da die Veränderung der Kraft zum Aufrechterhalten eines gewissen Steuerwinkels aufgrund der An­ wesenheit des seitlichen Zuges C oder der seitlichen Komponente des Zuges A in Seitenrichtung (imaginäre Linie 21) des Fahrzeuges durch die Beiträ­ ge des rechten und des linken Rades aufgehoben wird, beeinflußt sie nicht in nennenswerter Weise diejenige Kraft, die erforderlich ist, um einen gewissen Steuerwinkel beizubehalten.

Gemäß der Erfindung lassen sich verschiedene Parameter des Aufhängungssy­ stemes dadurch optimieren, daß zwei Paare von seitlichen Verbindungselemen­ ten verwendet werden. Die Paare sind übereinander angeordnet, und die zum Aufrechterhalten eines Steuerwinkels erforderliche Kraft läßt sich dadurch minimieren, daß man die Änderung des Längszuges des Rades kontrolliert (longitudinal trail of the wheel). Ein entscheidender Vorteil läßt sich erzielen bezüglich des Handhabens des Fahrzeuges durch eine entsprechende Gestaltung des Aufhängungssystemes.

Claims (3)

1. Aufhängungssystem für ein steuerbares Rad mit einem Bügel (2), der ein Rad (1) drehbar lagert, mit zwei Paaren seitlicher Verbindungselemente (6 bis 9), die übereinander angeordnet sind und die äußere Enden (6 a bis 9 a) haben, die ihrerseits an einem oberen bzw. unteren Teil des Bügels angelenkt sind, ferner mit inneren Enden (6 b bis 9 b), die am Fahrzeugkör­ per angelenkt sind und somit einen Steuervorgang sowie eine vertikale Be­ wegung des Bügels erlauben, dadurch gekennzeichnet, daß die Radberührungs­ fläche derart gestaltet ist, daß sie mit einer horizontalen Ebene zusam­ menfällt, und zwar derart, daß ein Bereich einer Kurve für einen gege­ benen Bereich eines Steuerwinkels minimiert wird, wobei die Kurve gege­ ben ist als Schnittkurve (16) zwischen der horizontalen Ebene (17) und ei­ ner Verlaufsfläche (15), definiert durch eine Erzeugende (14), die gebil­ det ist durch Verbindung eines Momentan-Rotationszentrums (12) des Bügels, gegeben durch das obere Paar der seitlichen Verbindungselemente (6, 7) mit einem weiteren Momentan-Rotationszentrum (13) des Bügels, gegeben durch das untere Paar der seitlichen Verbindungselemente (8, 9).

2. Aufhängungssystem für ein steuerbares Rad nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Bereich B der Kurve, gegeben als Schnittkurve zwischen der horizontalen Ebene und der Verlaufsfläche in Vorwärts-Rückwärts-Rich­ tung für einen gegebenen Bereich eines Steuerwinkels minimiert wird.

3. Aufhängungssystem für ein steuerbares Rad gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das steuerbare Rad ein Hinterrad eines Fahrzeuges ist, das mit einem Vierrad-Steuersystem ausgerüstet ist.