DE4014263C1 - Steering axle for motor vehicle - has inherent elasticity of bearing used to provide steering compensation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Achse für Kraftfahrzeuge, insbe­ sondere Personenkraftwagen, mit den Merkmalen des Oberbegriffes von Patentanspruch 1.

Eine Achse dieser Art ist als Vorderachse von Personenkraftwa­ gen bei Fahrzeugen der sogenannten S-Klasse von Mercedes-Benz bekannt.

Das Querjoch ist hierbei, wie im Bild 3.4/5 des Buches von J. Reimpell: Fahrwerktechnik 1, 5. Aufl. 1982 dargestellt, angeordnet und gegenüber dem Aufbau abgestützt. Es erstreckt sich zwischen den vorderen Längsträgern in Fahrzeugquerrichtung und ist an diesen über Verbindungslager elastisch befestigt. Vom Querjoch getrennt ist ein U-förmiger Drehstab-Stabilisator über die oberen Querlenker in die Vorderachse integriert.

An jedem Ende des Querjoches ist als Radführungsglied der bei der bekannten Anordnung der rückwärtige Lenkerarm eines Dreieckslenkers abgestützt.

Durch den Einsatz eines solchen Querjoches wird neben einer durch die elastischen Verbindungslager erzielten, zusätzlichen Isolierung gegen Abrollgeräusche eine größere Elastizität bei der Radlängsfederung erreicht.

Definierte Elastizitäten in den Verbindungslagern des Querjochs haben zur Folge, daß bei Kurvenfahrt über die angelenkten Radführungsglieder das Querjoch und damit die jochseitigen Achs­ anlenkpunkte derselben zur Kurveninnenseite hin verschoben werden. Hieraus kann ein Eigenlenk­ verhalten der Fahrzeugachse erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf dieses Eigenlenk­ verhalten bei Kurvenfahrt gezielt derart Einfluß zu nehmen und die Achse im Sinne eines jeweils angestrebten Lenkverhaltens bei Kurvenfahrt so beeinflussen zu können, daß je nach Einbaulage der Verbindungslager bzw. Orientierung ihrer Elastizitäten in Verbindung mit der Abstützung des Drehstab-Stabilisators am Querjoch eine Bewegungstendenz für das Querjoch unter Seitenkrafteinfluß erreicht werden kann, durch die Querjochverschiebungen relativ zum Fahrzeugaufbau in Richtung auf die Kurveninnenseite bzw. hierzu auch entgegengesetzt er­ reicht werden können, oder das Querjoch auch seine Lage beibe­ hält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Das erfindungsgemäß angestrebte Bewegungsverhalten des Quer­ joches wird durch die speziellen Merkmale der Patentansprüche 2 und 3 bestimmt.

Eine bevorzugte Anordnung der Verbindungslager im Querjoch ist Gegenstand des Anspruches 4. Hier wird insbesondere eine vor­ teilhafte Lageraufnahme im Querjoch ermöglicht.

Die bezogen auf verschiedene Richtungen unterschiedliche Elastizitäten der Verbindungslager lassen sich in bei in Gum­ milagern bekannter Weise, beispielsweise gemäß der DE-PS 27 26 676, verwirklichen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine unabhängige Radauf­ hängung einer Fahrzeugvorderachse mit erfin­ dungsgemäßer Anordnung des Querjochs,

Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Rückansicht des Querjochs zur Veranschauli­ chung der in dessen Verbindungslagern aufzuneh­ menden Kräfte, und

Fig. 4 bis 6 Darstellungen ähnlich Fig. 3 zur Veranschau­ lichung der durch die erfindungsgemäße Lösung möglichen Beeinflussung des Querjochverhaltens unter Seitenkrafteinflüssen.

Das Rad 10 der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Einzelradauf­ hängung einer gelenkten Fahrzeugvorderachse ist beispielsweise über einen unteren Querlenker, z. B. in Form eines einteiligen Dreieckslenkers 12, ein in Fig. 1 einfachheitshalber nicht dar­ gestelltes Dämpferbein 14 und eine in Fig. 2 nicht gezeigte Spurstange 16 einer Lenkeinrichtung in üblicherweise geführt. 18 bezeichnet eine unten auf dem Dreieckslenker 12 und oben an einer an einem äußeren Längsträger 20 des Fahrzeugaufbaues be­ festigten Konsole 22 abgestützte Schraubenfeder. Diese könnte auch auf dem Stoßdämpfer 24 des dann ein Federbein bildenden Teiles 14 sitzen.

Ein Dämpferrohr 26 des Stoßdämpfers 24 ist mit seinem unteren Ende an einem das Rad 10 lagernden und über ein Traggelenk 28 mit dem Dreieckslenker 12 schwenkbeweglich verbundenen Rad­ träger 30 befestigt, während dessen Kolbenstange 32 in einem Lager 34 schwenkbeweglich abgestützt ist, das seinerseits in einem karosseriefesten Dom 36 untergebracht ist.

Der Dreieckslenker 12 ist an seiner aufbauseitigen Basis mit­ tels zweier, in axialem Abstand voneinander angeordneter, ela­ stischer Lenkerlager 38 und 40 um eine beispielsweise parallel zur Fahrzeuglängsmittelebene a-a (Fig. 3) angeordnete Schwenk­ achse 42 verschwenkbar gelagert.

Das in Fahrtrichtung gesehen vorne liegende Lenkerlager 38 ist an einer sich zwischen den beiden äußeren Längsträgern 20 der Fahrzeugkarosserie erstreckenden und mit diesen fest verbun­ denen Quertraverse 46 vorgesehen, während das rückwärtige Len­ kerlager 40 im Bereich des einen Endes eines sich zwischen den beiden Längsträgern 20 angeordneten Querjoches 48 vorgesehen ist. Letzteres weist demgemäß für die Dreieckslenker 12 beider Einzelradaufhängungen der Fahrzeugachse jeweils ein solches Lenkerlager 40 bzw. 41 auf (Fig. 3).

Das Querjoch 48 seinerseits ist mit an diesen endseitig vorge­ sehenen Verbindungslagern 50 und 52 (Fig. 3) an den Längsträ­ gern 20 in Fahrzeugquerrichtung elastisch nachgiebig aufgehängt.

Durch die elastische Nachgiebigkeit der Verbindungslager 50 und 52 wird eine gute Geräuschisolation bzw. Schwingungsabkopplung erreicht sowie die Radlängsfederung positiv beeinflußt.

Mit 54 ist als Ganzes ein U-förmiger Drehstab-Stabilisator be­ zeichnet, dessen Drehstab 56 parallel zur Längserstreckung des Querjoches 48 verläuft und an diesem in dessen Endbereichen in jeweils einem Abstützlager 58 bzw. 60 (Fig. 3) verdrehbar ge­ lagert ist. Die Stabilisatorschenkel 62 greifen bevorzugt rad­ nah in bekannter Weise an jeweils einem Teil beider Einzelrad­ aufhängungen der Fahrzeugachse an.

Die elastischen Verbindungslager 50 und 52 sind derart ausge­ legt, daß sie in zwei zueinander senkrechten Richtungen bevor­ zugte, unterschiedliche Nachgiebigkeiten haben.

Die Richtung, in der die größte Lagernachgiebigkeit (kleine Federrate) gegeben ist, ist in den Fig. 4 bis 6 durch den Dop­ pelpfeil 62 angegeben. Die Richtung kleinster Lagernachgiebig­ keit (große Federrate) , also die Richtung, in der das Lager seine größte Härte aufweist, gibt der Doppelpfeil 63 an. Die Richtung größter Lagerhärte (Doppelpfeil 63) steht senkrecht zur Richtung der kleinsten Lagerhärte (Doppelpfeil 62).

Die Verbindungslager 50 und 52 sind in das Querjoch 48 derart eingebaut, daß in Richtung der größten Lagerhärte (Doppelpfeil 63) und durch das jeweilige Verbindungslager 50 bzw. 52 sich erstreckende Geraden 64 und 66 nach oben konvergieren und sich auf der Fahrzeuglängsmittelebene a-a schneiden (Fig. 4). Der Schnittpunkt S bildet somit einen Momentanpol.

Im folgenden wird anhand der Fig. 3 bis 6 der Einfluß von Querkräften auf das Querjoch 48 bzw. dessen Verhalten bei Kur­ venfahrt erläutert, wobei zunächst die Funktion der Verbindungs­ lager 50 und 52 sowie die Anordnung des Drehstab-Stabilisators 54 am Querjoch unberücksichtigt bleiben.

Wird beispielsweise eine Rechtskurve durchfahren, greifen an den Lenkerlagern 40 und 41 durch die Dreieckslenker 12 über­ tragene Lagerkräfte F_L1 und F_L2 an. Dabei nimmt das kurvenäu­ ßere Rad die größere Querkraft F_L1 auf. Aus diesen Querkräften F_L1 und F_L2 resultiert üblicherweise eine Verlagerung des Quer­ joches 48 und damit der an diesem vorgesehenen Anlenkpunkte der Dreieckslenker 12 zur Kurveninneseite hin, was unerwünschtes Eigenlenkverhalten der Fahrzeugachse zur Folge haben kann.

Die erläuterte Abstützung des Drehstab-Stabilisators 54 am Quer­ joch 48 führt dazu, daß bei Durchfahren einer Rechtskurve über den Drehstab-Stabilisator 54 in den jochseitigen Abstützlagern 58 und 60 durch Einfederung des kurvenäußeren Rades 10 und ent­ sprechender Ausfederung des kurveninneren Rades einander ent­ gegen- und vertikal gerichtete Stabilisator-Lagerkräfte F_S1 und F_S2 auf das Querjoch 48 übertragen werden.

Die Querkräfte F_L1 und F_L2 sowie die Stabilisatorlagerkräfte F_S1 und F_S2 führen zu der oberhalb des Querjochs 48 angreifen­ den, zur Kurveninnenseite hin gerichteten resultierenden Kraft F_Res (Fig. 3).

Durch den Einsatz der elastischen Verbindungslager 50, 52 in verschiedener Auslegung bzw. Anordnung läßt sich, ausgehend von der gleichen Kraft F_Res, ein unterschiedliches Eigenlenkver­ halten zumindest tendenziell erreichen.

Zur Erläuterung dieses Sachverhaltes dienen einige Beispiele, wobei zum leichteren Verständnis angenommen wird, daß die Ver­ bindungslager 50 und 52 in der einen Richtung (Doppelpfeil 62) unendlich weich und der in der hierzu senkrechten Richtung (Doppelpfeil 63) unendlich hart sind.

Beispiel 1

Es soll hier aufgezeigt werden, wie die beim Durchfahren einer Rechtskurve normalerweise durch die Querkräfte F_L1 und F_L2 be­ wirkte Querjochbewegung vermieden werden kann.

Hierzu zeigt Fig. 4 eine Anordnung der Verbindungslager 50 und 52 im Querjoch 48 derart, daß der Schnittpunkt der in Richtung der unendlich großen Lagersteifigkeit verlaufenden Geraden 64 und 66 mit dem Durchstoßpunkt der resultierenden Kraft F_Res durch die Fahrzeuglängsmittelebene a-a zusammenfällt.

In diesem Fall ist die resultierende Kraft F_Res in die beiden gleichgroßen Querjochlagerkräfte F_Q1 und F_Q2 aufgeteilt, die exakt in der zur unendlich weichen Richtung senkrechten, un­ endlich harten Richtung wirken. Folglich bewegt sich das Quer­ joch 48 nicht.

Beispiel 2

Anhand dieses Beispieles (Fig. 5) soll erläutert werden, welche Auslegung und Anordnung der Verbindungslager 50 und 52 gegeben sein muß, wenn beim Durchfahren einer Rechtskurve eine Seiten­ verschiebung des Querjoches 48 in Richtung Kurveninnenseite zwar zugelassen, die Größe dieser Seitenbewegung aber beein­ flußt werden soll.

Hierbei sind die Verbindungslager 50 und 52 im Querjoch 48 so angeordnet, daß der Schnittpunkt S der sich in Richtung der unendlich großen Lagersteifigkeit erstreckenden Geraden 64 und 66 oberhalb der Kraftangriffsebene b-b der resultierenden Kraft F_Res liegt. Die aufgezeigte Zerlegung der Kraft F_Res hat dabei eine Verschiebekraft FV zur Folge, die tendenziell zur Kurven­ innenseite zeigt und die, abweichend von dem der Einfachheit halber angenommenen zeichnerischen Fall, sich auf die Lager 50 und 52 aufteilt.

Fig. 5 veranschaulicht, daß mit zunehmendem Abstand der Wirk­ ebene b-b der resultierenden Kraft F_Res vom Schnittpunkt S und mit zunehmender Annäherung der Wirkebene b-b gegen das Querjoch 48 der Grad der Querverschiebung des Querjoches 48, bedingt durch die gewählte Anordnung der Verbindungslager 50 und 52, zunimmt.

Beispiel 3

Hier soll anhand der Fig. 6 veranschaulicht werden, wie im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung eine Ausgestaltung verwirk­ licht werden kann, bei der dem Querjoch 48 durch die Art und Ausgestaltung der Verbindungslager 50 und 52 unter Seitenkraft­ einfluß eine Bewegungstendenz aufgeprägt werden kann, die der wirkenden Seitenkraft F_Res entgegengerichtet ist.

Voraussetzung für eine derartige Wirkungsweise ist, daß der Schnittpunkt S der sich in Richtung der unendlich großen La­ gersteifigkeit der Verbindungslager 50 und 52 erstreckenden Geraden 64 und 66 zwischen der Kraftwirkungsebene b-b der re­ sultierenden Kraft F_Res und der die Lagerpunkte der Verbin­ dungslager 50 und 52 enthaltenden Horizontalebene C liegt.

Die Zerlegung der resultierenden Kraft F_Res in die Kräfte F_Q1 und F_Q2 sowie der Kraft F_Q2 in die Kräfte F_{Q′2 und FV} zeigt dann, daß als nicht in den Verbindungslagern 50 und 52 abge­ stützte Kraft eine Verschiebekraft FV verbleibt, die tendenzi­ ell zu einer Verschiebung des Querjoches 48 in Richtung auf die Kurvenaußenseite führt.

Von welcher der im Rahmen der Erfindung aufgezeigten Möglich­ keiten Gebrauch gemacht werden soll, hängt von den übrigen Ei­ genschaften der jeweiligen Achse und deren Auslegungen ab. Weiter wurde im Rahmen der beispielsweisen Darstellungen auf die Berücksichtigung weiterer Einflußgrößen, wie beispielsweise der Winkelstellung der Achslenker, verzichtet, da nur das der Erfindung zugrundeliegende Wirkprinzip erläutert werden sollte. Dies seinerseits hat für Vorder- und Hinterachse in gleicher Weise Geltung.

Claims (4)

1. Achse für Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen mit über ein Querjoch verbundenen Radführungsgliedern und einem Drehstab-Stabilisator, bei der das Querjoch im Bereich seiner Enden über elastische Verbindungslager gegen den Fahr­ zeugaufbau abgestützt ist und über elastische Lenkerlager die jeweils rückwärtigen Radführungsglieder trägt, während deren jeweils vorderen Radführungsgliedern am Fahr­ zeugaufbau gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstab-Stabilisator (54) aufbauseitig am Querjoch (48) in dessen Endbereichen abgestützt ist und daß die in der Anlenkung des Querjochs (48) am Aufbau vorgesehenen Verbin­ dungslager (50, 52), bezogen auf in der Fahrzeugquerebene wir­ kende Lagerkräfte, unterschiedlich hart ausgebildet sind, der­ art, daß die in Richtung der größten Lagerhärte durch das je­ weilige Verbindungslager (50 bzw. 52) verlaufenden Geraden (64 und 66) symmetrisch zur Fahrzeuglängsmittelebene (a-a) nach oben konvergieren.

2. Achse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (S) der sich auf der Fahrzeuglängsmitten­ ebene (a-a) schneidenden Geraden (64 und 66) mit dem auf der Fahrzeuglängsmittenebene (a-a) liegenden Schnittpunkt einer resultierenden Seitenkraft (F_Res) zusammen fällt.

3. Achse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittpunkt (S) der sich auf der Fahrzeuglängsmitten­ ebene (a-a) schneidenden Geraden (64 und 66) ober- oder unter­ halb der Wirkungslinie der resultierenden Seitenkraft (F_Res) liegt.

4. Achse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslager (50 und 52) mit ihrer Achse parallel zur Fahrzeuglängsmittenebene (a-a) am Führungselement (48) an­ geordnet sind.