DE3928906C2

DE3928906C2 - Federbeinaufhängung

Info

Publication number: DE3928906C2
Application number: DE3928906A
Authority: DE
Inventors: Toshiyasu Santo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1988-09-05
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2009-09-01
Also published as: US4995633A; DE3928906A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Federbeinradaufhängung eines Fahrzeuges, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei der in Fig. 21 gezeigten Aufhängung, entsprechend der JP 56-82613 A1 ist ein oberer Abschnitt 21 eines Federbeines 20 schwenkbar mit einer Fahrzeugkarosse 23 verbunden, während ein unterer Federbeinabschnitt 22, der relativ zum oberen Federbeinab schnitt 21 gleiten kann, schwenkbar mit einem Aufhängungsarm 24 verbunden ist, der sich in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse erstreckt. Ein Abschnitt eines Radträgers 25, der über einer Drehachse eines Rades angeordnet ist, ist schwenkbar über ein Kugelgelenk 26 mit einem Hilfslenker 27 verbunden. Dieser Hilfslenker 27 ist schwenkbar mit dem unteren Federbeinabschnitt 22 verbunden, während ein Abschnitt des Radträgers 25, der unterhalb der Drehachse angeordnet ist, über ein Kugel gelenk 28 schwenkbar mit dem Aufhängungsarm 24 in Verbindung steht.

Um der Entwicklung von hochentwickelten Kraftfahrzeugen mit Vorderradan trieb, sogenannten FF-Fahrzeugen, gerecht zu werden, die durch den Einbau eines Motors mit hoher Leistung ein besonders gutes Betriebsverhal ten zeigen, muß jedes Vorderrad sobald wie möglich daran gehindert werden, sich bei einer schnellen Beschleunigung oder Verzögerung um eine Lenkachse, d. h. eine Achsschenkelbolzenachse, zu drehen, um auf diese Weise die Lenkbarkeit sicherzustellen.

Das Vorderrad neigt dazu, sich um die Achsschenkelbolzenachse bzw. den Radträger aufgrund einer auf den Mittelpunkt der Bodenkontaktfläche des Rades einwirkenden Bremskraft rückwärts zu drehen. Es neigt ferner dazu, sich aufgrund einer Antriebskraft, die auf einen Punkt einwirkt, der durch den Schnittpunkt der Drehachse des Rades und einer imaginären Vertikalebene, die sich durch den Mittelpunkt der Bodenkontaktfläche des Rades erstreckt, verläuft, vorwärtszudrehen. Der von der Bremskraft erzeugte Rotationsgrad schwankt in Abhängigkeit von der Größe des Achsschenkelbolzenversatzes, der der Strecke zwischen dem Schnittpunkt der Achsschenkelbolzenachse und der Bodenfläche und dem Mittelpunkt der Bodenkontaktfläche des Reifens entspricht. Auch der von der Antriebskraft erzeugte Rotationsgrad schwankt in Abhängigkeit von der Größe der Strecke zwischen dem Schnittpunkt der imaginären Vertikal ebene, die durch den Mittelpunkt der Bodenkontaktfläche des Rades verläuft, und der Drehachse des Rades sowie der Achsschenkelbolzenachse, der sogenannten IK-Strecke. Um das Vorderrad soweit wie möglich daran zu hindern, sich um die Achsschenkelbolzenachse zu drehen, sollten der Achs schenkelbolzenversatz (Lenkrollhalbmesser) und die IK-Strecke (Störkrafthebelarm) auf Null gebracht oder so eng wie möglich an Null angenähert werden.

Im Fall der Fig. 21 entspricht die Achsschenkelbolzenachse einer Linie, die den Mittelpunkt des Kugelgelenkes 26 mit dem Mittelpunkt des Kugel gelenkes 28 verbindet. Wie aus der Figur hervorgeht, können die Kugel gelenke 26, 28 so angeordnet sein, daß sie in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse nach außen gerückt werden, um den Achsschenkelbolzenver satz L₁ auf Null und die IK-Strecke L₁ so nah wie möglich an Null zu bringen.

Andererseits sollte der Lenker 27 verkürzt werden, um die Änderung eines Sturzwinkels mit negativer Neigung zu vergrößern. Um den Lenker 27 zu verkürzen und den Achsschenkelbolzenversatz sowie die IK-Strecke auf Null oder möglichst nahe an Null zu bringen, sollte das untere Kugelgelenk 28 natürlich in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse außen angeordnet sein.

Wenn jedoch das Kugelgelenk 28 in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse außen angeordnet ist und der Schwenkwinkel des Kugelgelenkes 28 relativ zum Radträger während des Verschwenkens des Aufhängungsarmes 24 groß ist, tritt eine Behinderung zwischen dem Kugelgelenk 28 und dem Rad oder einer am Radträger vorgesehenen Bremsvorrichtung auf, so daß eine derartige Behinderung vermieden werden sollte. Es sind daher Beschränkungen vorhanden, das Kugelgelenk 28 außerhalb der Fahrzeugkarosse anzuordnen.

Im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird nunmehr von einer Federbeinaufhängung ausgegangen, wie sie in der WO 87/04 125 gezeigt ist.

Diese bekannte Federbeinaufhängung wirkt einer nachteiligen Sturzänderung eines federnd gelagerten Kraftfahrzeugrads bei einem Einfedern entgegen, indem ein Radträger bei einer Aufwärtsverschwenkung eines im wesentlichen horizontal in Fahrzeugquerrichtung gelagerten Aufhängungsarms nach außen verschoben wird, so daß die Rotationsbewegung teil weise in eine horizontale Linearbewegung transformiert wird. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß der Radträger einerseits über ein gelenkig gelagertes Zwischenstück mit dem Aufhängungsarm verbunden, bzw. an einem Federbein ange lenkt ist, wodurch das Zwischenstück eine Relativdrehung bezüglich seiner Gelenkverbindung mit dem Aufhängungsarm erfährt. Frontal auftreffende Kräfte, die diese Federbein aufhängung aus einer Konstruktionslage heraus in Fahrzeuglängs richtung verschieben können, werden mittels eines in Ver längerung zum Zwischenstück einstückig daran befestigten Druckstabs in den Fahrzeugrahmen eingeleitet. Diese zusätz liche Verbindung der Federbeinaufhängung mit dem Fahrzeug schränkt jedoch den Freiraum in der individuellen Gestal tung der Fahrzeugkarosserie und eine weitere Funktionali sierung der Aufhängung erheblich sein.

Dem Anmeldungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde, die Federbeinaufhängung gemäß dem Oberbegriff des An spruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine Aufhängungsver schiebung in Fahrzeuglängsrichtung bei kleinstmöglicher An zahl von Verbindungen mit dem Fahrzeugrahmen verhindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Demnach werden frontal auftreffende Impulse oder Kräfte über den Radträger und das Steuersignal in die als Scharnier ausgebildete Gelenkverbindung von Steuerglied und Aufhängungsarm als Biegekräfte bzw. Biegemomente mit verti kaler Richtung eingeleitet, und über die ebenfalls schar nierförmige Gelenkverbindung zwischen Aufhängungsarm und Fahrzeugrahmen in die Fahrzeugkarosserie abgeleitet. Damit läßt sich die Zahl der Verbindungspunkte zwischen der Fe derbeinradaufhängung und dem Fahrzeugrahmen auf insgesamt zwei Gelenkverbindungen beschränken. Die Schwenkachse zwischen dem Steuerglied und dem Aufhängungsarm ist dabei parallel zum Aufhängungsarm versetzt, so daß bei einer Verschwenkung der Aufhängung die Schwenkachse bezüglich der Gelenkverbin dung zwischen dem Aufhängungsarm und dem Federbein nach außen verschoben wird.

Durch die gemäß Anspruch 2 ausgebildete Gelenkverbindung kann die Federbeinaufhängung auch bei größeren Maßtoleranzen spannungsfrei am Fahrzeugrahmen angelenkt werden, so daß dadurch die Fertigungskosten gesenkt werden können.

Einen weiteren Vorteil ergibt die Ausbildung der Federbein radaufhängung gemäß Anspruch 3, wodurch der Nachlauf bei Ein tauchen des Federbeins, durch die dabei erzwungene Neigung des Radträgers vergrößert und somit der Hebelarm für das Rückstellmoment verlängert wird.

Die durch an sich bekannte Maßnahmen vorgenommene Weiterbildung der Federbeinaufhängung gemäß Anspruch 4 hat den zusätzlichen Vorteil, daß durch das Erzeugen des Imaginärpunkts p der Achsschenkelbolzenversatz nahezu auf Null gebracht werden kann, ohne daß zusätzliche Schwierig keiten für den Einbau weiterer Baugruppen, wie z. B. die Bremsanlage, geschaffen werden.

Die Erfindung sieht dabei zwei bevorzugte Ausführungsformen vor. Bei einer Aus führungsform besitzt das Steuerglied ein Ende, d. h. ein inneres Ende, das mit dem Querlenker drehbar verbunden ist, während das andere Ende, d. h. ein äußeres Ende, eine kugelförmige Gelenkverbindung mit dem Radträger bildet. Bei dieser Ausführungsform ist die Achsschenkelbolzenachse bzw. die Lenkachse eine Linie, die den Mittelpunkt des Kugelgelenkes, das am oberen Abschnitt des Radträgers angeordnet ist, mit dem Mittelpunkt des Kugelgelenkes, das am unteren Abschnitt des Radträgers angeordnet ist, verbindet.

Bei einer anderen Ausführungsform besteht das Steuerglied aus zwei Stangen. Jede Stange weist ein inneres Ende auf, das eine kugelförmige Gelenkverbindung mit dem Querlenker bildet, sowie ein äußeres Ende, das eine kugelförmige Gelenkverbindung mit dem Radträger bildet. Bei dieser Ausführungsform ist die Achs schenkelbolzenachse eine Linie, die den Mittelpunkt des am oberen Abschnitt des Radträgers angeordneten Kugelgelenkes mit dem Schnittpunkt der Verlängerungen von zwei Achsen der Stangen verbindet, wobei die Achsschenkelbolzenachse eine sogenannte imaginäre Achsschenkelbolzenachse ist.

Wenn das Rad einfedert, so daß sich der Querlenker verschwenkt, findet ein Verschwenken des Federbeines statt und zur gleichen Zeit drückt das Steuerglied den unteren Abschnitt des Radträgers in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse nach außen. Während das Auswärtsdrücken des Steuer gliedes ein Verschwenken des Radträgers um das obere Kugelgelenk bewirkt, tritt das Verschwenken des Federbeines zum Radträger hin zu, so daß das Rad beim Einfedern eine Sturzänderung zur negativen Seite hin erfährt.

Wenn das Rad einfedert und der Querlenker verschwenkt wird, verschwenkt sich beispielsweise bei der in Fig. 21 gezeigten Aufhängung das untere Kugelgelenk um einen Winkel, der etwa dem Schwenkwinkel des Querlenkers entspricht. Da jedoch gemäß der vorliegenden Erfindung das Steuerglied mit der Verschwenkung des Querlenkers in seitlicher Richtung nach außen gedrückt wird, wird das an der Verbindungsstelle des Steuergliedes und des Radträgers angeordnete Kugelgelenk wesentlich in seitlicher Richtung verschoben, so daß der Schwenkwinkel des Kugelgelenkes herabgesetzt wird.

Da das Rad beim Einfedern einer großen negativen Sturzänderung ausgesetzt ist, kann das Rad gleichmäßig mit der Straßenoberfläche in Kontakt gebracht werden.

Da der Schwenkwinkel des am unteren Abschnitt des Radträgers angeordneten Kugelgelenks verringert wird, kann das Kugelgelenk in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse soweit wie möglich außen angeordnet sein, ohne daß eine Radbremsvorrichtung behindert wird. Folglich kann der Versatz des Achs schenkelbolzens auf Null gebracht und die IK-Strecke soweit wie möglich gekürzt werden. Wenn daher das Vorderrad die Bremskraft oder Antriebskraft empfängt, ist es möglich, das Vorderrad an einer Drehung um die Achs schenkelbolzenachse zu hindern, so daß ein besonders gutes Betriebsver halten erzielt und die Lenkbarkeit verbessert wird.

Da die Achsschenkelbolzenachse unabhängig eingestellt werden kann, kann der Freiheitsgrad in bezug auf die Ausgestaltung der Aufhängungsgeometrie erhöht werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Rückansicht, teilweise weggebrochen, einer erfindungsgemäß ausgebildeten Federbeinaufhängung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht, die die Basisform der Aufhängung der Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine schematische Ansicht, die eine andere Ausfüh rungsform einer Federbeinaufhängung zeigt;

Fig. 4 eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausfüh rungsform der Federbeinaufhängung zeigt; die

Fig. 5 bis 8 schematische Ansichten, die Anordnungen eines zweiten Steuergliedes der in Fig. 4 dargestellten Aufhängung zeigen; die

Fig. 9 bis 12 schematische Ansichten, die noch weitere Ausfüh rungsformen der Federbeinaufhängung zeigen; die

Fig. 13 und 14 schematische Rückansichten, die eine Änderung des Sturzwinkels bei der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Aufhängung zeigen;

Fig. 15 ein charakteristisches Diagramm, in dem die Sturz änderung dargestellt ist; die

Fig. 16 bis 18 schematische Rückansichten, die die Änderung des Sturzwinkels und einer Achsschenkelbolzenachse bei den Aufhängungen der Fig. 9 und 10 zeigen; die

Fig. 19 und 20 schematische Ansichten, die die Wirkungen der er findungsgemäß ausgebildeten Federbeinaufhängung zeigen; und die

Fig. 21 schematische Ansicht, die eine entsprechende Feder beinaufhängung des Standes der Technik zeigt.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Federbeinradaufhängung ist grundsätzlich in der in Fig. 2 dargestellten Art und Weise ausgebildet. Bei dieser Auf hängung handelt es sich bei einem Federbein 40 um einen Stoßdämpfer einer bekannten Bauart. Das Federbein besitzt einen oberen Abschnitt 41 und einen unteren Abschnitt 42, der relativ zum oberen Abschnitt gleiten kann. Eine Schraubenfeder 38 (siehe Fig. 1) ist zwischen dem oberen und unteren Federbeinabschnitt 41, 42 angeordnet.

Der untere Federbeinabschnitt 42 ist über ein Universalgelenk 48 mit einem Aufhängungsarm bzw. Querlenker 44 verbunden. Das Universalgelenk 48 ist um eine Welle 49, die sich in Längsrichtung der Fahrzeugkarosse erstreckt, und um eine Welle 50, die sich in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse erstreckt, drehbar. Die Welle 49 muß sich nicht unbedingt parallel zu einer Welle 52 erstrecken, an der der Aufhängungsarm 44 und die Fahrzeugkarosse 46 mitein ander ein Drehpaar bilden. Desweiteren erstreckt sich die Achse eines Zylinders 43, auf der der obere Federbeinabschnitt 41 und der untere Federbeinabschnitt 42 ein Gleitpaar miteinander bilden, durch ein Lager 54, an dem der obere Federbeinabschnitt 41 und die Fahrzeugkarosse 46 eine kugelförmige Gelenkverbindung miteinander bilden. Die Achse des Zylinders 43 muß nicht unbedingt in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Achse der Welle 49 und der der Welle 52 verläuft.

Der Aufhängungsarm 44, ein Steuerglied 56, ein Radträger 58 und der untere Federbeinabschnitt 42 bilden zusammen einen Gelenkmechanismus der Aufhängung. Bei diesem Mechanismus bilden der Aufhängungsarm 44 und das Steuerglied 56 miteinander um eine Welle 60 eine Gelenkverbindung. Diese Welle 60 erstreckt sich im wesentlichen parallel zur Welle 49.

Der Radträger 58 besitzt einen Abschnitt 59a, der über einem Radzapfen 64 eines Rades 62 angeordnet ist, und einen Abschnitt 59b, der sich unter dem Radzapfen 64 befindet. Eine Achsschenkelbolzenachse bzw. Lenkachse ist eine Linie, die den Mittelpunkt eines Kugelgelenkes 66, an dem der obere Abschnitt 59a des Radträgers und der untere Federbeinabschnitt 42 eine kugelförmige Gelenkverbindung bilden, mit dem Mittelpunkt eines Kugelgelenks 68 verbindet, an dem der untere Abschnitt 59b des Radträgers und das Steuerglied 56 eine kugelige Gelenkverbindung bilden.

Fig. 1 zeigt einen Betriebszustand der Aufhängung gemäß Fig. 2. Der Aufbau dieser Aufhängung entspricht im wesentlichen dem der Fig. 2, so daß daher auf eine Beschreibung verzichtet wird.

Gemäß Fig. 1 oder 3 ist ein innerer Abschnitt des Aufhängungsarmes 44 gegabelt, und an entsprechenden gegabelten Abschnitten 44a, 44b des Aufhängungsarmes 44 sind Gummibuchsen 44d angeordnet. Der Aufhängungsarm 44 ist über die Welle 52, die sich durch diese Buchsen erstreckt, schwenkbar mit der Fahrzeugkarosse verbunden. Die Gelenkverbindung aus dem Aufhängungsarm 44 und der Fahrzeugkarosse kann hergestellt werden, indem man den Aufhängungsarm 44 mit Hilfe einer im wesentlichen geraden Stange ausbildet und eine Strebe (nicht gezeigt) zur Beschränkung der Längsbewegung der Fahrzeugkarosse mit dem Radträger 58 verbindet.

Der untere Federbeinabschnitt 42 ist ebenfalls gegabelt, und ein Arm 66a erstreckt sich von einem Abschnitt über den gegabelten Abschnitten im wesentlichen senkrecht zum Federbein. Der Arm 66a trägt das Kugelgelenk 66. Eine Gummibuchse (nicht gezeigt) ist an jedem Ende der gegabelten Abschnitte 42a des unteren Federbeinabschnittes 42 vorgesehen (in der Zeichnung ist nur das hintere Ende dargestellt). Der untere Feder beinabschnitt 42 ist schwenkbar mit der Welle 49 verbunden, die sich durch diese Buchsen erstreckt. Andererseits sind die Welle 50 und die Welle 49 T-förmig miteinander verbunden. Die Welle 50 ist durch ein Lager 44a, das am Auf hängungsarm 44 vorgesehen ist, drehbar gelagert. Somit werden die Gelenkver bindungen aus dem unteren Federbeinabschnitt 42 und dem Aufhängungsarm 44 um die Welle 49, 50 gesichert. In diesem Fall müssen die Achse der Welle 49 und die der Welle 50 jedoch nicht unbedingt in einer identischen Ebene liegen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist die Welle 60 in einem Abschnitt des Aufhängungsarmes 44 gelagert, der in seiner Richtung von der Fahrzeugkarosse weiter innen liegt als die Welle 49. Ein innerer Abschnitt des Steuergliedes 56 ist gegabelt. Eine Gummi buchse (nicht gezeigt) ist an jedem Ende des gegabelten Abschnittes 56a angeordnet (in der Zeichnung ist nur das hintere Ende dargestellt), und das Steuerglied 56 ist über die Welle 60, die sich durch diese Buchsen erstreckt, schwenkbar mit dem Aufhängungsarm 44 verbunden. Auf diese Weise wird die Gelenkverbindung aus dem Aufhängungsarm 44 und dem Steuerglied 56 um die Achse 60 gesichert.

Der Verbindungspunkt zwischen dem Aufhängungsarm 44 und dem Steuerglied 56 ist an einer solchen Stelle angeordnet, daß er in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse nach außen verschoben wird, wenn der Aufhängungsarm 44 aus einer Konstruktionslage verschwenkt wird. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die in der Beschreibungseinleitung geschilderte Funktion der Radaufhängung sichergestellt, indem das Niveau der Achse der Welle 52, die in der Verbindung des Aufhängungsarmes 44 und der Fahrzeug karosse angeordnet ist, so eingestellt wird, daß es über dem Niveau der Achse der Welle 60 angeordnet ist. In diesem Fall ist die Achse der Welle 60 als Verbindungspunkt definiert.

Der Radträger 58 ist ein Achsschenkel, und ein Achsschenkelarm 70 ist am oberen Abschnitt 59a des Radträgers vorgesehen. Der Achsschenkelarm 70 ist über ein Kugelgelenk 72 mit einer Zugstange 74 verbunden. Die Zugstange 74 steht über ein Kugelgelenk mit einem Element, beispielsweise einer Zahn stange, eines Lenkgetriebes 75 in Verbindung.

Da bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der untere Federbein abschnitt 42 über die Universalgelenkeinrichtung 48 drehbar um die Welle 49, die sich in Längsrichtung der Fahrzeugkarosse erstreckt, und um die Welle 50, die sich in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse erstreckt, mit dem Aufhängungsarm 44 verbunden ist, können die entsprechenden Verbin dungen vor inneren Kräften geschützt werden, so daß die Funktionsfähigkeit der Aufhängung sichergestellt wird, und zwar selbst dann, wenn Unge nauigkeiten in bezug auf die Bearbeitung des Federbeines 40 und des Auf hängungsarmes 44 oder Verformungen dieser Teile aufgrund von äußeren Kräften auftreten.

Wie in Fig. 3 gezeigt, kann diese Ausführungsform der Erfindung solange eine Schwenkbewegung ausführen, wie der untere Federbeinabschnitt 42 mit dem Aufhängungsarm 44 auf eine Weise verbunden ist, daß er um die Welle 49, die sich in Längsrichtung der Fahr zeugkarosse erstreckt, frei verschwenkbar ist.

Gemäß Fig. 3 ist ein nach unten vorstehender Arm 45 in einem Abschnitt des Aufhängungs armes 44 vorgesehen, der seitlich von der Fahrzeugkarosse weiter innen angeordnet ist als die Welle 49. Die Welle 60 wird vom Arm 45 gelagert. Das Steuerglied 56 ist gegabelt, wobei wie vorstehend beschrieben, Gummibuchsen an den entsprechenden gegabelten Abschnitten 56a, 56b des Steuergliedes 56 vorgesehen sind. Das Steuerglied 56 ist schwenkbar mit dem Arm 45 und somit mit dem Aufhängungs arm 44 über die Welle 60, die sich durch diese Buchsen erstreckt, verbunden.

Der Verbindungspunkt zwischen dem Aufhängungsarm 44 und dem Steuerglied 56 wird in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse nach außen verschoben, wenn der Aufhängungsarm 44 aus der Konstruktionslage heraus einfedert. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die vorstehend beschriebene Funktion erreicht, indem der Arm 45 vom Aufhängungsarm 44 nach unten vorsteht und dann über die Welle 60 mit dem Steuerglied 56 verbunden ist.

Der Achsschenkelarm 70 ist am oberen Abschnitt 59a des Radträgers 58 vorge sehen. Er ist über das Kugelgelenk 72 mit der Zugstange 74 verbunden, während die Zugstange 74 mit einem Element, beispielsweise einer Zahn stange, des Lenkgetriebes (nicht gezeigt) über ein Kugelgelenk 76 verbunden ist.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Aufhängungen können folglich eine Sturzänderung vergrößern, und der Achsschenkelbolzenversatz kann im wesentlichen auf Null gebracht und die IK-Strecke so klein wie möglich gemacht werden.

Wenn man jedoch die vorstehend beschriebenen Aufhängungen unter Fahrbe dingungen überprüft, so weisen diese die nachfolgenden Probleme auf. Wenn das äußere Rad bei einer Lenkbewegung sich schräg nach innen neigt und gleichzeitig einfedert, sollte der Sturzwinkel als negativer Wert feststehen, wobei es erforderlich ist, eine große Änderung des Sturzes beim Einfedern zu verursachen, um den Sturz während des Rollens der Fahrzeugkarosse korrekt aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch ein Einfedern ohne jegliche Lenkbewegung bei einer geraden Fahrt auftritt, sollte die Sturzänderung so weit wie möglich verringert werden, um zu verhindern, daß eine Verschlechterung der Geradlaufeigenschaften aufgrund von Sturzschubwirkungen auftritt.

Die vorstehend beschriebenen Aufhängungen besitzen so große Sturzände rungen, daß die zuletzt genannte Forderung schwierig erfüllt werden kann. Man stellt daher den Sturzwinkel als größeren Wert ein, um die Geradlauf eigenschaften zu verbessern, wobei die Verschlechterung der Geradlauf eigenschaften durch die große Sturzänderung durch die obige Verbesserung kompensiert wird. Wenn jedoch der Sturzwinkel auf einen größeren Wert eingestellt wird, wird jedoch die Geradlaufstabilität beim Fahren insbe sondere im Fall eines FF-Fahrzeuges geschädigt, so daß es schwierig wird, den Sturzwinkel festzulegen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Aufhängung kann die Sturzänderung beim Einfedern und zur gleichen Zeit der Sturzwinkel vergrößert werden. Bei dieser Ausführungsform sind gleiche Elemente wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Auf eine spezielle Beschreibung dieser Elemente wird verzichtet.

Der untere Federbeinabschnitt 42 und der Aufhängungsarm 44 bilden über ein Kugelgelenk 80 eine kugelige Gelenkverbindung.

Ein zweites Steuerglied 82 und der untere Federbeinabschnitt 42 bilden über ein Kugelgelenk 84 eine kugelige Gelenkverbindung und das Steuerglied 82 sowie der Aufhängungsarm 44 bilden über ein Kugelgelenk 86 eine kugelige Gelenkverbindung. Ein Arm 88 ist an einem Zwischenabschnitt des Aufhängungsarmes 44 vorgesehen, und das Kugelgelenk 86 wird vom Arm 88 gelagert. Ferner ist ein Arm 90 am unteren Federbeinabschnitt 42 vorgesehen. Von diesem Arm 90 wird das Kugelgelenk 84 gelagert.

Das Kugelgelenk 86 und das Steuerglied 82 sind derart angeordnet, daß das Kugelgelenk 86 in bezug auf die Fahrzeugkarosse nach hinten bewegt wird, um den Sturzwinkel zu erhöhen, wenn das Rad 62 einfedert. Einige Ausführungsbeispiele in bezug auf die Anordnung des Kugel gelenks 86 und des Steuergliedes 82 werden nachfolgend beschrieben.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist das Kugelgelenk 86 so angeordnet, daß es sich über einer geraden Linie a befindet, die senkrecht zu einer Geraden verläuft, die den Mittelpunkt des Kugelgelenkes 80 mit dem Mittelpunkt des Lagers 54 verbindet und sich durch den Mittelpunkt des Kugelgelenkes 80 erstreckt. Desweiteren ist das Steuerglied 82 in bezug auf eine Ebene, die eine senkrechte Linie enthält, welche vom Mittelpunkt des Kugelgelenkes 80 bis zur Welle 52 und zum Mittelpunkt des Lagers 54 gezogen ist, hinter dem Fahrzeug angeordnet (auf dieser Seite in Fig. 5).

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform befindet sich das Kugelgelenk 86 unter der Geraden a. Desweiteren ist das Steuerglied 82 relativ zu der Ebene, die eine senkrechte Linie vom Mittelpunkt des Kugelgelenkes 80 bis zur Welle 52 und zum Mittelpunkt des Lagers 54 enthält, vor dem Fahrzeug angeordnet.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist das Kugelgelenk 86 über einer Geraden c angeordnet, die den momentanen Mittelpunkt b des unteren Federbeinabschnittes 42 und der Fahrzeugkarosse mit dem Mittelpunkt des Kugelgelenks 84 verbindet. Das Kugelgelenk 86 ist ferner in seitlicher Richtung in bezug auf eine Gerade d, die durch den Mittelpunkt des Kugel gelenks 84 verläuft und sich senkrecht zur Geraden c erstreckt, innerhalb der Fahrzeugkarosse angeordnet. Andererseits ist das Steuerglied 82 relativ zu der Ebene, die eine senkrechte Linie vom Mittelpunkt des Kugelgelenks 80 bis zur Welle 52 und zum Mittelpunkt des Lagers 54 enthält, vor dem Fahr zeug angeordnet.

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform ist das Kugelgelenk 86 unter der Geraden c und weiter innen als die Gerade d angeordnet. Das Steuerglied 82 ist relativ zu der Ebene, die eine senkrechte Linie vom Mittelpunkt des Kugelgelenks 80 bis zur Welle 52 und den Mittelpunkt des Lagers 54 enthält, hinter dem Fahrzeug angeordnet.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Federbeinaufhängung. In bezug auf diese Ausführungsform wird die sich von den vorher beschriebenen Ausführungsformen unterscheidende Konstruktion erläutert. Bei der Aus führungsform der Fig. 9 ist der untere Federbeinabschnitt 42 so mit dem Aufhängungsarm 44 verbunden, daß er um die Achse 49, die sich in Längs richtung der Fahrzeugkarosse erstreckt, und die Achse 50, die sich in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse erstreckt, schwenkbar ist.

Ein Steuerglied 96 besteht aus einer ersten Stange 97 und einer zweiten Stange 98. Beide Stangen 97, 98 sind, von hinten gesehen, auf einem im wesentlichen identischen Niveau angeordnet, so daß sie einem einzigen Steuerglied äquivalent sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bildet die Verbindung einer Geraden, die den Mittelpunkt eines Kugelgelenks 100, an dem die erste Stange 97 und der Aufhängungsarm 44 eine kugelige Gelenkverbindung bilden, mit dem Mittelpunkt eines Kugelgelenks 102, an dem die erste Stange 97 und der untere Abschnitt 59b des Radträgers 58 eine kugelige Gelenkverbindung bilden, verbindet, mit einer Geraden, die den Mittelpunkt eines Kugelgelenks 104, an dem die zweite Stange 98 und der Aufhängungsarm 44 eine kugelige Gelenkverbindung bilden, mit dem Mittelpunkt eines Kugelgelenks 106, an dem die zweite Stange 98 und der untere Abschnitt 59b des Radträgers 58 eine kugelige Gelenkverbindung bilden, verbindet, einen imaginären Drehpunkt P. Von hinten gesehen ist der imaginäre Drehpunkt P so festgelegt, daß er weiter seitlich außerhalb der Fahrzeugkarosse angeordnet ist als die Kugelgelenke 102, 106.

Die Achsschenkelbolzenachse entspricht einer Linie, die den Mittelpunkt des Kugelgelenks 66, an dem der untere Federbeinabschnitt 42 und der obere Abschnitt 59a des Radträgers eine kugelige Gelenkverbindung bilden, mit dem imaginären Drehpunkt P verbindet. Die in Fig. 9 dargestellte Aufhängung besitzt den folgenden Aufbau:

Anstelle des Armes stehen zwei Armabschnitte 45a, 45b, die im Längsabstand voneinander angeordnet sind, vom Aufhängungsarm 44 nach unten vor. Der Armabschnitt 45a ist über das Kugelgelenk 100 mit der ersten Stange 97 verbunden, während der Armabschnitt 45b über das Kugelgelenk 104 mit der zweiten Stange 98 verbunden ist.

Der untere Abschnitt 59b des Radträgers 58 ist gegabelt. Ein Ende von einem gegabelten Abschnitt des unteren Abschnitts 59a ist über das Kugelgelenk 102 mit der ersten Stange 97 verbunden, während ein Ende des anderen gegabelten Abschnittes über das Kugelgelenk 106 mit der zweiten Stange 98 verbunden ist.

Der Verbindungspunkt zwischen dem Aufhängungsarm 44 und dem Steuerglied 96 ist an einer solchen Stelle vorgesehen, daß er in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse nach außen verschoben wird, wenn der Aufhängungsarm 44 aus der Konstruktionslage heraus einfedert. Bei der gezeigten Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, daß zwei Armab schnitte 45a, 45b vom Aufhängungsarm 44 nach unten vorstehen und dann zwei Stangen 97, 98 des Steuergliedes 97 über die Kugelgelenke 100, 104 mit diesen Armabschnitten verbinden. In diesem Fall entspricht eine Linie, die den Mittelpunkt des Kugelgelenks 100 mit dem Mittelpunkt des Kugelgelenks 104 verbindet, dem Verbindungspunkt.

Die in Fig. 10 dargestellte Aufhängung entspricht der der Fig. 9, mit der Ausnahme, daß der untere Federbeinabschnitt 42 derart mit dem Aufhängungs arm 44 verbunden ist, daß er um die Achse 49 schwenkbar ist, die sich in Längsrichtung der Fahrzeugkarosse erstreckt.

Desweiteren findet bei der in Fig. 11 gezeigten Aufhängung ein Steuerglied 96 anstelle des Steuergliedes 56 der in Fig. 4 gezeigten Aufhängung Verwendung.

Die in Fig. 12 gezeigte Aufhängung ist eine Modifikation der in Fig. 4 gezeigten Aufhängung. Das innere Ende des zweiten Steuergliedes 82 ist über das Kugelgelenk 96 schwenkbar mit der Fahrzeugkarosse 46 verbunden. Die in Fig. 11 gezeigte Aufhängung kann ebenfalls in entsprechender Weise ausgebildet sein wie die Aufhängung der Fig. 12.

Als nächstes wird die Funktionsweise der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsformen in Verbindung mit Fig. 13 von hinten gesehen erläutert. Fig. 14 zeigt die Bewegung eines jeden Teiles auf der Basis des unteren Federbeinabschnitts.

Gemäß den Fig. 13 und 14 stellen durchgezogene Linien die Konstruktionslage und gestrichelte Linien den eingefederten Zustand dar. Wenn sich der obere Federbeinabschnitt 41 im Uhrzeigersinn aus der Konstruktionslage beim Einfedern um den Winkel R₁ um das Kugelgelenk 54 dreht, dreht sich der Aufhängungs arm 44 gegen den Uhrzeigersinn aus der Konstruktionslage relativ zum unteren Strebenabschnitt 42 um den Winkel R₂ um die Welle 49. Da sich die Welle um den Winkel R₂ gegen den Uhrzeigersinn relativ zum unteren Federbeinab schnitt 42 um die Welle 49 dreht, um das Kugelgelenk 68 über das Steuer glied 56 nach rechts zu bewegen, dreht sich der Radträger 58 im Uhrzeiger sinn aus der Konstruktionslage relativ zum unteren Federbeinabschnitt 42 um den Winkel R₃ um das Kugelgelenk 66. Desweiteren dreht sich das Rad 62 um den Winkel R₄ im Uhrzeigersinn gegenüber der Konstruktionslage.

Wenn man voraussetzt, daß jeder Winkel in der vorstehend genannten Richtung einen positiven Wert besitzt, dann gilt die Beziehung R₄=R ₁+R₃, wobei R₄ die durch die vorliegende Erfindung erzielte Sturzänderung bedeutet. Mit einer herkömmlich ausgebildeten Federbeinaufhängung kann nur eine Sturz änderung von R₁ erreicht werden, während die vorliegende Erfindung eine Sturzänderung vorsieht, die durch Addition eines Korrekturwinkels von R₃ bis R₁ erhalten wird. In diesem Fall wird der Korrekturwinkel R₃ durch die Lagebeziehung zwischen den Wellen 49 und 60, d. h. die Strecke R zwischen den Wellen 49 und 60 und den Winkel R₅, den eine Gerade, die den Mittel punkt der Welle 49 mit dem Mittelpunkt der Welle 60 verbindet, mit einer Vertikalen bildet, stark beeinflußt.

Die entsprechenden Winkeländerungen beim Ein- und Ausfedern sind in Fig. 15 dargestellt. Aus Fig. 15 geht hervor, daß sich der Sturzwinkel R₄ erfindungsgemäß etwa linear von einem positiven Wert beim Ausfedern bis zu einem negativen Wert beim Einfedern ändert. Eine gestrichelte Linie R₁ gibt die Änderung des Sturzes bei einer herkömmlich ausgebildeten Federbeinauf hängung wieder.

Was die Achsschenkelbolzenachse anbetrifft, so entspricht der Schwenkwinkel des Kugelgelenkes 68 bei einem Einfedern dem Schwenkwinkel des Aufhängungs armes 44 bei einer herkömmlich ausgebildeten Federbeinaufhängung, während der Schwenkwinkel des Kugelgelenkes 68 bei der vorliegenden Erfindung verringert wird, wie in Fig. 14 gezeigt. Es ist somit möglich, das Kugel gelenk 68 in seitlicher Richtung der Fahrzeugkarosse so weit außen wie möglich anzuordnen, so daß die Achsschenkelbolzenneigung innerhalb einer erforderlichen Grenze verringert werden kann, wenn der Achsschenkelbolzen versatz auf Null gebracht wird. Dies bedeutet, daß die IK-Strecke L₂ verringert werden kann.

Es wird nunmehr die Funktionsweise der in Fig. 4 gezeigten Ausführungs form, bei der das zweite Steuerglied 82 mit dem Aufhängungsarm 44 verbunden ist, in Verbindung mit Fig. 5, die eine Ansicht von hinten darstellt, erläutert. In Fig. 5 ist mit durchgezogenen Linien die Konstruktionslage dargestellt, während gestrichelte Linien den eingefederten Zustand verdeutlichen. Die Änderung des Sturzwinkels entspricht der bei der vorstehend beschrie benen Ausführungsform.

Wenn der Aufhängungsarm 44 aus der Konstruktionslage heraus einfedert, dreht sich das Kugelgelenk 86 gegen den Uhrzeigersinn um das Kugelgelenk 80. Da das Kugelgelenk 84 über das Steuerglied 82 mit dem Kugelgelenk 86 verbunden und der Abstand zwischen den Kugelgelenken 84 und 86 eingeschränkt ist, dreht sich zur gleichen Zeit der untere Federbein abschnitt 42 um die Gerade, die den Mittelpunkt des Kugelgelenks 80 mit dem Mittelpunkt des Lagers 54 verbindet. Durch die Drehung des unteren Feder beinabschnittes 42 wird das Kugelgelenk 66 in bezug auf das Fahrzeug nach hinten (zu dieser Seite in der Zeichnung) verschoben. Folglich wird, von dieser Seite her gesehen, der von der Geraden, die den Mittelpunkt des Kugelgelenks 66 mit dem Mittelpunkt des Kugelgelenks 80 verbindet, und der Vertikalen gebildete Winkel, d. h. der Sturzwinkel, erhöht.

Die Funktionsweise dieser Ausführungsform, bei der das zweite Steuerglied 82 mit der Fahrzeugkarosse verbunden ist, wird in Verbindung mit Fig. 7 erläutert, die eine Ansicht von hinten darstellt.

Wenn die Einfederbewegung stattfindet, bewegt sich das Kugelgelenk 84 aufgrund des Vorhandenseins des Steuergliedes 82 relativ zur Fahrzeugkarosse um das Kugelgelenk 86. Diese Bewegung des Kugelgelenkes 84 wird durch den Vektor q verdeutlicht. Unter der Annahme, daß das Kugelgelenk 84 nicht vom Steuer glied 82 behindert wird und somit sich der untere Federbeinabschnitt 42 nicht um die Gerade dreht, die das Kugelgelenk 80 mit dem Lager 54 verbindet, bewegt sich das Kugelgelenk 84 um den momentanen Mittelpunkt b relativ zur Fahrzeugkarosse. Diese Bewegung des Kugelgelenkes 84 wird durch den Vektor r verdeutlicht. Der Unterschied zwischen dem Vektor q und dem Vektor r wird durch die Drehung des unteren Federbeinabschnittes 42 um die Gerade, die das Kugelgelenk 80 mit dem Lager 54 verbindet, absorbiert. Das Kugelgelenk 66 wird durch die Drehung des unteren Federbeinabschnittes 42 in bezug auf die Fahrzeugkarosse nach hinten verschoben.

Die Ausführungsform der Fig. 9 besitzt eine Funktionsweise wie in Fig. 16 von hinten dargestellt. Fig. 17 zeigt die Bewegung eines jeden Teiles auf der Basis des unteren Federbeinabschnittes. Da die durchgezogenen Linien und die gestrichelten Linien die Konstruktionslage einerseits und den eingefederten Zustand andererseits wiedergeben und die entsprechenden Winkel, gemessen von der Konstruktionslage aus, denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen entsprechen, wird auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet. In den Fig. 16 und 17 sind anstelle der Welle 60 die Kugelgelenke 100, 104, anstelle des Steuergliedes 56 die Stangen 97, 98 und anstelle der Welle 68 die Kugelgelenke 102, 106 gezeigt.

In Fig. 18 wird die Achsschenkelbolzenachse einer erfindungsgemäß ausge bildeten Federbeinradaufhängung mit der einer herkömmlich ausgebildeten Federbeinradaufhängung verglichen. Die Achsschenkelbolzenachse K₁ gemäß der Erfindung entspricht einer Linie, die den Mittelpunkt des oberen Kugelge lenkes 66 des Radträgers mit dem imaginären Drehpunkt P verbindet, während die Achsschenkelbolzenachse K₂ der herkömmlich ausgebildeten Aufhängung einer Linie entspricht, die den Mittelpunkt des Kugelgelenkes 54, das an der Verbindung zwischen dem oberen Federbeinabschnitt 41 und der Fahrzeug karosse angeordnet ist, mit dem Mittelpunkt des Kugelgelenkes 110 verbindet, das an der Verbindung des Aufhängungsarmes 44 und des unteren Abschnittes des Radträgers 58 angeordnet ist. Wie aus Fig. 18 hervorgeht, ist der Achsschenkelbolzenversatz bei der Erfindung auf Null gebracht, während der Achsschenkelbolzenversatz bei der herkömmlichen Aufhängung der Strecke L₁ entspricht. Die IK-Strecke entspricht bei der Erfindung L₃, während sie bei der herkömmlichen Ausführungsform L₂ entspricht, die größer ist als L₃.

Als nächstes werden die Funktionsweise und die Vorteile der vorliegenden Erfindung von unterschiedlichen Gesichtspunkten her betrachtet.

Wie aus Fig. 19 hervorgeht, kommt bei der vorliegenden Erfindung der momentane Mittelpunkt des Radträgers 58 relativ zur Fahrzeugkarosse auf einen Punkt T, während der momentane Mittelpunkt des Radträgers bei der herkömmlich ausgebildeten Aufhängung auf einen Punkt S kommt. Bei der Erfindung gelangt der momentane Mittelpunkt nahe an den Radträger 58 heran. Daher wird der Sturzwinkel des Radträgers von der Fahrzeugkarosse her gesehen im Gegensatz zu der herkömmlich ausgebildeten Aufhängung im Falle der vorliegenden Erfindung erhöht.

Wie man Fig. 20 entnehmen kann, wird die Gerade, die die Welle 49 mit dem Kugelgelenk 66 verbindet, mit e bezeichnet. Die Gerade, die die Welle 49 mit der Welle 60 verbindet, wird mit f bezeichnet, das Steuerglied 56 mit g und der Radträger 58 mit h. Der momentane Mittelpunkt des Elementes g relativ zum Element c fällt mit einem Schnittpunkt 112 der Verlängerungen der Elemente f und h zusammen.

Wenn der Schwenkwinkel Δ R₆ des Elementes g durch Δ R₂ gekennzeichnet wird, wird Δ R₆ zu:

wobei l (i-j) die Strecke zwischen i und j bedeutet.

Andererseits existiert folgende Beziehung zwischen Δ R₆ und -Δ R₃:

und es wird ferner die folgende Beziehung erhalten:

Δ R₇=Δ R₃+Δ R₆.

Wenn Δ R₇ durch Δ R₂ ausgedrückt wird, wird Δ R₇ zu:

Da das Element f und das Element h im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind, entspricht l (60-112) im wesentlichen l (68-112), und zwar selbst dann, wenn das Element g geneigt ist. Folglich wird die folgende Beziehung erhalten:

l (49-60) ist kürzer als l (60-112) und l (66-68), so daß die folgenden Beziehungen erhalten werden:

Als Ergebnis wurde festgestellt, daß der Schwenkwinkel des Kugelgelenkes 68 bei der vorliegenden Erfindung geringer ist als der bei der herkömmlich ausgebildeten Federbeinaufhängung.

Claims

1. Federbeinradaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit einem Radträger (58), der an seinem oberen Ende durch ein Ge lenk (66) am unteren Abschnitt (42) des am Fahrzeugrahmen (46) gelenkig gestützten Federbeins (40), und an seinem unteren Ende mittels eines an einem Querlenker (44) ge lenkig gelagerten Steuerglieds (56, 96) mit dem Querlenker (44) verbunden ist, der seinerseits über eine Gelenk verbindung (49, 80) mit dem unteren Federbeinabschnitt (42) verbunden ist, so daß sich der Gelenkanschluß (56a, 56b, 100, 104) des Steuerglieds (56, 96) am Querlenker (44) gegenüber dessen Gelenkverbindung (49, 80) mit dem unteren Federbeinabschnitt (42) an einer solchen Stelle befindet, daß er beim Einfedern des Rades bezüglich der Gelenkverbindung (49, 80) in Fahrzeugquerrichtung nach außen verschoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied (56, 96) über eine in Fahrzeuglängs richtung ausgerichtete, biegesteife Schwenkachse (60) am Querlenker (44) angelenkt ist, die über ein Distanzstück (45, 45a, 45b) fest am Querlenker (44) angebracht ist.

2. Federbeinaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der untere Federbeinabschnitt (42) karda nisch mit dem Querlenker (44) verbunden ist.

3. Federbeinaufhängung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Regelglied (82), das mit dem unteren Federbein abschnitt (42) und dem Querlenker (44) gelenkig verbunden ist, die an ihren Endabschnitten durch ein Kugellager (80) zusammengefügt sind.

4. Federbeinaufhängung nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer glied (96) aus zwei zueinander ausgerichteten Stäben (97, 98) besteht, die jeweils am inneren Ende durch ein Kugel lager (100, 104) am Querlenker (44) und am äußeren Ende durch ein Kugellager (102, 106) am Radträger (58) derart angelenkt sind, daß die Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Kugellager (100, 104) die in Fahr zeuglängsrichtung sich erstreckende Achse (60) bildet und eine imaginäre Achsschenkelbolzenachse als eine Verbin dungslinie zwischen dem Mittelpunkt des am oberen Ab schnitt des Radträgers (58) angeordneten Kugellagers (66) und dem Schnittpunkt (p) der Axialverlängerungen der Stäbe (97, 98) geschaffen wird.

5. Federbeinaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sie ein zweites Regelglied (82) aufweist, das mit einem Ende über ein Kugelgelenk (84) schwenkbar mit dem unteren Federbeinabschnitt (42) und mit dem anderen Ende über ein Kugelgelenk (86) schwenkbar mit der Fahrzeugkarosse verbunden ist, und daß der untere Ab schnitt (42) des Federbeines (40) über ein Kugelgelenk (80) mit dem Querlenker (44) verbunden ist.