DE3939313C2 - Hinterradaufhängung für ein vierradgelenktes Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hinterradaufhängung mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei vierradgelenkten Fahrzeugen ist es bekannt, daß aufgrund der Betätigung des Lenkrades die Hinterräder im allgemeinen zur Lenkrichtung der Vorderräder entgegengesetzt eingeschlagen werden, wenn der Lenkwinkel des Lenkrades groß ist, d. h. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit niedrig ist. Dagegen werden die Hinterräder im allgemeinen in der gleichen Richtung wie die Vorderräder eingeschlagen, wenn der Lenkwinkel des Lenkrades klein ist, d. h. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit hoch ist (DE 29 52 566 A1).

Das Einschlagen der Hinterräder in der gleichen Richtung wie die Vorderräder erfolgt mit einem sehr kleinen Einschlagwinkel, weshalb dieser genau gesteuert werden muß. Im Hinterrad-Lenkmechanismus ist ein einteilig mit einem Radträger ausgebildeter Arm über ein Kugelgelenk mit der Spurstange verbunden. Hierbei entsteht das Problem, daß ein im Kugelgelenk normalerweise vorhandenes leichtes Spiel die Ansprechempfindlichkeit auf die Hinterrad-Lenkbetätigung verschlechtert. Außerdem wirkt die während der Kurvenfahrt das kurvenäußere Hinterrad belastende Seitenkraft über dieses auf die Spurstange, was sich auf die Genauigkeit des Einschlagens der Hinterräder nachteilig auswirkt.

Bei einer Radaufhängung entsprechend der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art (GB 21 24 167 A) ist eine mit dem Radträger verbundene Radführungseinrichtung vorgesehen, durch die eine bezüglich des Fahrzeugaufbaues aus der Vertikalen nach innen geneigte Lenkachse definiert ist und die eine am Fahrzeugaufbau und am Radträger abgestützte Federungseinrichtung aufweist. Bei dieser bekannten Anordnung durchsetzt die Lenkachse die Radaufstandsfläche des Hinterrades in einem Punkt, der in Fahrzeuglängsrichtung gegenüber demjenigem Punkt nach hinten versetzt ist, an dem bei Kurvenfahrt die auf das Hinterrad wirkende Seitenkraft angreift. Außerdem durchsetzt die Lenkachse die Radaufstandsfläche außerhalb des Mittelpunktes der Radaufstandsfläche. Dadurch wird insgesamt die Lenkkraft verringert. Die Federungseinrichtung ist bei dieser bekannten Radaufhängung starr mit dem Radträger verbunden und bildet insofern die Radführungseinrichtung.

Bei einer weiteren bekannten Radaufhängung (DE 37 14 688 A1) ist angestrebt, eine zuverlässige Lenkungsrückstellung der gelenkten Räder zu erzielen. Hierzu weist diese Radaufhängung einen Radträger auf, der durch zwei zum Radträger konvergierende Lenker abgestützt ist. Eine Tragfeder der Radaufhängung ist an einem der Lenker derart abgestützt, daß bei der Kurvenfahrt unterschiedliche Rückstellmomente an dem kurvenäußeren bzw. kurveninneren Rad erzeugt werden. Somit können diese Momente sich nicht mehr - wie bei der Geradeausfahrt - gegenseitig aufheben, sondern es wird eine zuverlässige Lenkungsrückstellung der gelenkten Räder erzielt.

Bei einer weiteren Radaufhängung nach dem Stand der Technik (§ 3 Abs. 2 PatG) ist die Lenkdrehachse so geneigt, daß ein positiver Radnachlauf sichergestellt ist. Darüber hinaus ist die Radaufhängung so ausgebildet, daß die sich dynamisch ändernden Radaufstandskräfte und die durch Stützglieder gebildete Dämpfungseinrichtung nicht am Radträger selbst, sondern an einem der Querlenker angreifen. Dadurch wird die an sich erwünschte Vorspuränderung bei Bremsvorgängen beeinflusst (DE 37 16 706 A1).

Schließlich ist bei einer Radaufhängung nach dem Stand der Technik (§ 3 Abs. 2 PatG) ein Radträger durch Querlenker und einen Längslenker so abgestützt, daß die Lenkdrehachse nach außen geneigt ist. Außerdem ist ein Federbein vorgesehen, über dessen Lage relativ zu der Lenkdrehachse nichts ausgesagt ist (DE 39 24 950 A1).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hinterradaufhängung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die einen genau definierten Einschlag der Hinterräder auch um sehr kleine Winkel gewährleistet. Darüber hinaus soll die durch Seitenkräfte am Hinterrad angreifende Belastung der Spurstange verringert werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Ausgestaltung gemäß dem Patentanspruch 1.

Da erfindungsgemäß die Federungseinrichtung, die zwischen dem Radträger und der Fahrzeugkarosserie wirksam ist, den Radträger in Richtung Nachspur beaufschlagt, wird dieser bei der Kurvenfahrt in einer eindeutigen Stellung gehalten, bei der vorhandene Spiele aufgezehrt sind. In diesem Zustand können durch die Hinterrad-Lenkeinrichtung die bei Kurvenfahrt einzustellenden sehr kleinen Einschlagwinkel an den Hinterrädern exakt realisiert werden, d. h. ein einwandfreies Lenkverhalten des Fahrzeuges ist gewährleistet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Hinterradaufhängung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2a eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion der in Fig. 1 gezeigten Hinterradaufhängung, betrachtet in Richtung von der Innenseite des rechten Hinterrades;

Fig. 2b eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion der in Fig. 1 gezeigten Hinterradaufhängung, betrachtet in Richtung von der Vorderseite des Fahrzeugs;

Fig. 2c eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Funktion der in Fig. 1 gezeigten Hinterradaufhängung, betrachtet in Richtung des Pfeils A in Fig. 1;

Fig. 3 einen Graphen zur Erläuterung der Beziehung zwischen der Fahrzeugsgeschwindigkeit und dem Hinterradlenkverhältnis;

Fig. 4a-4c den Fig. 2a bis 2c entsprechende Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5a-5c den Fig. 2a bis 2c entsprechende Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6a-6c den Fig. 2a bis 2c entsprechende Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7a, 7b den Fig. 2a und 2b entsprechende Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8a, 8b den Fig. 2a und 2b entsprechende Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 9a, 9b den Fig. 2a und 2b entsprechende Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10a, 10b den Fig. 2a und 2b entsprechende Darstellungen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 11, 12 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Ergebnisses der Erfindung, und

Fig. 13 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung, in der ein Beispiel der konkreten Anordnung für die in den Fig. 5, 6, 9 und 10 gezeigten Ausführungsformen gezeigt ist.

In Fig. 1 ist eine Hinterradaufhängung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, die in einem vierradgelenkten Fahrzeug mit einem Hinterradlenkmechanismus Anwendung findet. Die Hinterradaufhängung trägt das rechte Hinterrad 11R. Wie in Fig. 1 gezeigt, erstreckt sich ein Gelenkarm 14R nach hinten und ist über ein Kugelgelenk 50 mit der Spurstange 13R verbunden. Der Gelenkarm 14R ist einteilig mit einem Radträger 40 ausgebildet. Dieser ist über Kugelgelenke 43 und 44 mit einem oberen Querlenker 41 bzw. mit einem unteren Querlenker 42 verbunden. Auf diese Weise wird eine Radaufhängung von Doppelquerlenkerbauart ausgebildet. Der obere und untere Querlenker 41, 42 sind über elastische Buchsen 51 bzw. 52 mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Die Lenkdrehachse KP, die die Mittelpunkte der Kugelgelenke 43 und 44 verbindet, ist aus der Vertikalen nach vorne und nach innen geneigt, wie aus den Fig. 2a und 2b ersichtlich ist. Sie schneidet die Straßenoberfläche im Punkt P, der sich außerhalb und hinter dem Mittelpunkt G der Auflagefläche des rechten Hinterrades 11R befindet, weshalb der Nachlauf und der Lenkrollhalbmesser negativ sind. An einem Federführungsschaft 47, der sich im wesentlichen vertikal erstreckt, ist eine Schraubenfeder 46 befestigt. Das untere Ende des Federführungsschaftes 47 ist hinter der Lenkdrehachse KP mit dem Radträger 40 drehbar verbunden. Der obere und der untere Querlenker 41, 42 sind jeweils mit den hinteren Enden von Längslenkern 48 und 49 verbunden. Das vordere Ende des Längslenkers 49 ist mit der Fahrzeugkarosserie über eine elastische Buchse 53 verbunden.

Bei einer auf diese Weise angeordneten Hinterradaufhängung erzeugt die Gegenkraft der Schraubenfeder 46 ein Drehmoment M um die Lenkdrehachse KP, das eine Drehung des Hinterrades 11R in Richtung Nachspur bewirkt, wie aus Fig. 2c ersichtlich ist. In Fig. 2c gibt der die Punkte X und Y verbindende Pfeil die Richtung der Gegenkraft an, wobei die Punkte X bzw. Y die Verbindungspunkte des Federführungsschaftes 47 mit der Fahrzeugkarosserie bzw. mit dem Radträger 40 darstellen; der Pfeil M stellt das durch die Gegenkraft der Schraubenfeder 46 erzeugte Drehmoment dar. Dieses Drehmoment wird im folgenden als "Nachspurdrehmoment" bezeichnet. Das Nachspurdrehmoment wirkt als Kraft, die auf die mit dem Radträger 40 hinter der Lenkdrehachse KP verbundene Spurstange 13R einen Schub ausübt und dabei die elastischen Buchsen 51 bis 53 verformt, wie in Fig. 11 gezeigt, wobei das Kugelgelenk 50 zwischen der Spurstange 13R und dem Radträger 40 gegen die Spurstange 13R gedrückt wird, so daß das Spiel im Kugelgelenk 50 aufgehoben wird. Wenn das Fahrzeug im Gleichphasenbereich, d. h. bei gleicher Einschlagrichtung der Vorder- und Hinterräder, (schneller als 35 km/h) eine Linkskurve fährt, wird das rechte Hinterrad 11R, welches dann ein Außenrad ist, durch die Spurstange 13R in Richtung der Vorspur gelenkt. In diesem Moment wird die Kraft der Spurstange 13R an den Radträger 40 in einem Zustand übertragen, in dem das Spiel im Kugelgelenk 50 aufgehoben ist. Folglich wird das Ansprechverhalten des Hinterrades 11R auf die Hinterradlenkbetätigung verbessert.

Da ferner, wie oben beschrieben, der Nachlauf negativ ist, zwingt die auf den Mittelpunkt G der Auflagefläche des rechten Hinterrades 11R wirkende Kraft das Rad 11R in Richtung Vorspur und wirkt folglich als Eingangslast an der Spurstange 13R. In dieser Ausführungsform wird jedoch die das Rad 11R in Richtung Vorspur zwingende Kraft durch die Gegenkraft der Schraubenfeder 46, die das Rad 11R in Richtung Nachspur zwingt, aufgehoben. Daher muß eine Zentrierfeder, die die Hinterräder 11L und 11R bei Ausfall des Hinterrad-Lenksystems in die Geradeausposition zurückstellt, die das Rad 11R in Richtung Vorspur zwingende Kraft nicht kompensieren und kann daher verhältnismäßig schwach sein. Dadurch wird die Belastung eines hydraulischen Servo-Systems verringert, weshalb beispielsweise eine dafür vorgesehene Ölpumpe von verhältnismäßig kleiner Kapazität sein kann.

Aus der Fig. 2 wird nochmals deutlich, daß die Wirkungslinie XY, in der die Gegenkraft der drehbar am Radträger 40 gelagerten Schraubenfeder 46 wirkt, in Bezug auf die Lenkdrehachse KP so geneigt ist, daß sie die Lenkdrehachse KP weder schneidet noch dazu parallel ist und um die Lenkdrehachse KP ein Drehmoment erzeugt, das den Radträger 40 in Richtung Nachspur des an ihm montierten Hinterrades 11L bzw. 11R lenkt.

In Fig. 4a bis 4c sind Darstellungen, die den Fig. 2a bis 2c entsprechen, in denen aber eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. In dieser Ausführungsform stimmen die Ausrichtung der Lenkdrehachse KP und die Befestigungsposition der Spurstange 13R mit denjenigen der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform überein. Jedoch ist der Federführungsschaft 47 mit dem Radträger 40 vor der Lenkdrehachse KP verbunden und aus der Vertikalen um einen Winkel geneigt, der größer ist als derjenige der Lenkdrehachse KP. Aus Fig. 4c ist ersichtlich, daß auch in dieser Ausführungsform die Gegenkraft der Schraubenfeder 46 ein Nachspurdrehmoment erzeugt.

In der in den Fig. 5a bis 5c gezeigten Ausführungsform ist der Federführungsschaft 47 mit dem Radträger 40 vor der Lenkdrehachse KP verbunden und vertikal orientiert, während die Lenkdrehachse KP aus der Vertikalen nach vorne und nach außen geneigt ist. Auch in dieser Ausführungsform kann die Gegenkraft der Schraubenfeder 46 ein Nachspurdrehmoment erzeugen, wie aus Fig. 5c ersichtlich ist.

In der in den Fig. 6a bis 6c gezeigten Ausführungsform ist der Federführungsschaft 47 mit dem Radträger 40 hinter der Lenkdrehachse KP verbunden und nach außen geneigt, während die Lenkdrehachse KP nach vorne und nach außen geneigt ist. Auch in dieser Ausführungsform kann die Gegenkraft der Schraubenfeder 46 ein Nachspurdrehmoment erzeugen, wie aus Fig. 6c ersichtlich ist.

In den in den Fig. 4 bis 6 gezeigten Ausführungsformen ist die Spurstange 13R mit dem Radträger 40 hinter der Lenkdrehachse KP verbunden, weshalb das Kugelgelenk 50 zwischen der Spurstange 13R und dem Radträger 40 gegen die Spurstange 13R gedrückt wird, so daß das Spiel im Kugelgelenk 50, wie es in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben worden ist, aufgehoben wird.

Die in den Fig. 7 bis 10 gezeigten Ausführungsformen sind jeweils die gleichen Ausführungsformen wie diejenigen der Fig. 2 und 4 bis 6 mit der Ausnahme, daß die Spurstange 13R mit dem Radträger 40 vor der Lenkdrehachse KP verbunden ist. Auch in diesen Ausführungsformen erzeugt die Gegenkraft der Schraubenfeder 46 ein Nachspurdrehmoment, wie es in Verbindung mit den Fig. 2c und 4c bis 6c beschrieben worden ist. In diesen Ausführungsformen wirkt das Nachspurdrehmoment als Kraft, die auf die Spurstange 13R, die mit dem Radträger 40 vor der Lenkdrehachse KP verbunden ist, wie in Fig. 12 gezeigt, einen Zug ausübt, wobei das Kugelgelenk 50 zwischen der Spurstange 13R und dem Radträger 40 unter einer Zugspannung gehalten wird, so daß das Spiel im Kugelgelenk 50 aufgehoben wird.

In sämtlichen oben beschriebenen Ausführungsformen ist der Nachlauf negativ.

Während in den in den Fig. 2, 4, 7 und 8 gezeigten Ausführungsformen die Lenkdrehachse KP aus der Vertikalen nach innen geneigt ist, ist sie in den in den Fig. 5, 6, 9, 10 gezeigten Ausführungsformen aus der Vertikalen nach außen geneigt. Die Lenkdrehachse KP kann nach außen geneigt werden, wenn die Hinterradaufhängung so angeordnet wird, wie es in Fig. 13 gezeigt ist. Wie in Fig. 13 gezeigt, weist die Hinterradaufhängung ein Paar von oberen Querlenkern 41' und Paar von unteren Querlenkern 42' auf. Die oberen Querlenker 41' sind zwischen dem Radträger 40 und der Fahrzeugkarosserie gekoppelt, so daß der Abstand zum Radträger 40 kleiner wird. Genauso sind die unteren Querlenker 42' zwischen dem Radträger 40 und der Fahrzeugkarosserie gekoppelt, so daß der Abstand zum Radträger 40 kleiner wird. In dieser Hinterradaufhängung stellt die Lenkdrehachse KP eine imaginäre Linie dar, die den Schnittpunkt der Verlängerungen der oberen Querlenker 41' und den Schnittpunkt der Verlängerungen der unteren Querlenker 42' miteinander verbindet.

Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen eine Schraubenfeder verwendet wird, kann auch ein Dämpfer, der eine zur Geschwindigkeit der auf ihn einwirkenden Kraft proportionale Gegenkraft erzeugt, oder sowohl eine Schraubenfeder als auch ein solcher Dämpfer vorgesehen sein.

Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Erfindung bei einer Hinterradaufhängung von Doppelquerlenkerbauart angewendet wird, kann sie auch bei einer Hinterradaufhängung von Federbeinbauart angewendet werden, in der die Federbeinachse und die Lenkdrehachse nicht zueinander parallel sind und sich nicht schneiden.

Die Bestandteile der Hinterradaufhängung der vorliegenden Erfindung müssen sich nicht ständig in denjenigen Positionen befinden, wie sie in Verbindung mit den Fig. 2 und 4 bis 10 beschrieben worden sind; es genügt, wenn sie sich im erwähnten Gleichphasenbereich in diesen Positionen befinden.

Claims (6)

1. Hinterradaufhängung für ein vierradgelenktes Fahrzeug, das einen Vorderrad-Lenkmechanismus und einen Hinterrad- Lenkmechanismus aufweist und bei dem in einem bestimmten Fahrzustand wenigstens das kurvenäußere der Hinterräder in gleicher Richtung wie die Vorderräder eingeschlagen wird, mit einem Radträger (40) für das Hinterrad, mit einer mit dem Radträger (40) verbundenen Radführungseinrichtung (41, 42; 41', 42'), durch die eine Lenkdrehachse (KP) definiert ist, und mit einer bei Vertikalbewegungen des Radträgers (40) eine Gegenkraft erzeugenden, am Fahrzeugaufbau abgestützten Federungseinrichtung (46, 47), dadurch gekennzeichnet, daß die Federungseinrichtung (46, 47) drehbar am Radträger (40) gelagert und derart ausgerichtet ist, daß die Gegenkraft mit ihrer Wirkungslinie (XY) die Lenkdrehachse (KP) weder schneidet noch dazu parallel ist und ein Drehmoment um die Lenkdrehachse (KP) erzeugt, welches den Radträger (40) in Richtung der Nachspur des an ihm montierten Hinterrades (11L, 11R) lenkt.

2. Hinterradaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federungseinrichtung eine an einem Federführungs-bauteil (47) gehaltene Schraubenfeder (46) ist.

3. Hinterradaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Radführungseinrichtung einen oberen und einen unteren Querlenker (41, 42; 41', 42') aufweist.

4. Hinterradaufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkdrehachse (KP) durch die Punkte (43, 44) verläuft, an denen der obere (41, 41') und der untere (42, 42') Querlenker mit dem Radträger (40) verbunden sind.

5. Hinterradaufhängung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Querlenker als ein Paar von voneinander getrennten Einzellenkern (41', 42') ausgebildet ist.

6. Hinterradaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkdrehachse (KP) die Fahrbahn an einem Punkt (P) durchsetzt, der hinter demjenigen Punkt (G) liegt, in welchem die Radaufstandsfläche des Hinterrades mit ihrem jeweiligen Mittelpunkt die Fahrbahn berührt.