DE4129376C2 - Einzelradaufhängung für Kraftfahrzeug-Hinterräder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einzelradaufhängung für Kfz-Hinterräder der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Art.

Sogenannte Drei-Lenker-Achsen sind beispielsweise aus der DE 29 18 605 A1 und der EP 0 141 092 A2 bekannt.

Diese bekannten Drei-Lenker-Achsen enthalten im wesentlichen zwei übereinander angeordnete, am Radträger angelenkte Querlenker sowie einen etwa in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten, ebenfalls am Radträger angelenkten Längslenker.

Bei der aus der DE 29 18 605 A1 bekannten Achse sind die beiden Querlenker als Dreieckslenker ausgebildet. Hingegen sind bei der aus der EP 0 141 092 A2 bekannten Achse die beiden Querlenker als stabförmige Querlenker ausgebildet, wobei zusätzlich eine Stützstrebe vorgesehen ist, die einenends gelenkig an einem oberen Querlenker und anderenends gelenkig an einem Längslenker angreift, und zwar jeweils im Abstand zu den Lenkerenden. Solche Drei-Lenker-Achsen bieten wegen dar lediglich drei erforderlichen, aufbauseitigen Anlenkpunkte je Rad den allgemeinen Vorteil einer verhältnismäßig einfachen Bauweise und leichten Montage.

Eine Einzelradaufhängung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der DE 27 48 715 C2 bekannt, die eine Weiterentwicklung der DE-OS 22 63 356 darstellt. Die DE 27 48 715 C2 offenbart ein Wattgestänge für die Längslenker. Bei der DE-OS 22 63 356 sind hingegen die im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Stäbe in bezug auf die Vertikalrichtung überkreuzt. Die erstgenannte Lösung beansprucht Bauraum sowohl vor als auch hinter der Radachse, wohingegen die zweite Lösung aufgrund der Überkreuzung der Längslenker räumlich komplex ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einzelradaufhängung für die Hinterräder eines Kraftfahrzeuges zu schaffen, die sich bei kompakter Bauweise durch ein weitgehend lastunabhängiges, gutes Eigenlenkverhalten, und zwar sowohl beim Fahren als auch beim Bremsen, auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch eine Einzelradaufhängung mit den Merkmalen des Patentanspruches gelöst.

Erfindungsgemäß ist einer der drei Lenker als starr mit dem Radträger verbundener und schräg zur Fahrzeuglängsachse ausgerichteter Lenkerarm ausgebildet, während die beiden übereinander verlaufenden Lenker als im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete und am Radträger selbst gelenkig angelenkte Zug- und Druckstäbe ausgebildet sind, von denen der obere, erste kürzer ist als der untere, zweite und welche derart geneigt zueinander angeordnet sind, daß sich die Verlängerungen ihrer Längsachsen in einem im Abstand zur Radachse liegenden, einfederungsabhängigen Momentanpol schneiden, dessen Lage mit zunehmender Einfederung des jeweiligen Rades in Richtung Radachse wandert. Dabei sind die drei Lenker derart bemessen und zueinander ausgerichtet, daß eine durch das aufbauseitige Lager des schräg ausgerichteten Lenkerarms sowie durch den einfederungsabhängigen Momentanpol der beiden Zug- und Druckstäbe gelegte Gerade bei Vollast in Fahrzeugdraufsicht zumindest annähernd in Fahrzeugquerrichtung verläuft.

Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird eine Drei-Lenker-Achse mit variabler Lenkerdrehachse geschaffen, die ein weitgehend lastunabhängiges Fahrverhalten besitzt und insbesondere auch beim Bremsen in der Kurve gute Eigenschaften aufweist. Bei Vollast bzw. maximaler Last besitzt die Einzelradaufhängung damit im wesentlichen die Eigenschaften eines klassischen Längslenkers, wohingegen bei Leerlast die Eigenschaften eines Schräglenkers dominieren.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der prinzipienhaften Darstellung der Zeichnung zeigen

Fig. 1 die Draufsicht einer Einzelradaufhängung ge­ mäß der Erfindung,

Fig. 2 unter Fortlassung des Rades die Seitenansicht dieser Radaufhängung bei einer mittleren Last bzw. einer mittleren Einfederung des Ra­ des,

Fig. 3 die gleiche Ansicht bei Vollast bzw. voll eingefedertem Rad,

Fig. 4 die entsprechende Ansicht bei Leerlast bzw. ausgefedertem Rad und

Fig. 5 die Rückansicht eines Kraftfahrzeugs mit er­ findungsgemäßer Einzelradaufhängung bei Kur­ venfahrt.

In der prinzipienhaften Zeichnung sind lediglich die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Einzelheiten der erfin­ dungsgemäßen Einzelradaufhängung dargestellt und beziffert. Nicht weiter dargestellt sind unter anderem Einzelheiten der Fahrzeugabfederung und der Schwingungsdämpfung sowie Stabilisa­ toren o. ä..

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Einzelradaufhängung dient der Aufhängung eines linken Hinterrades des Kraftfahr­ zeugs, im Ausführungsbeispiel eines nicht angetriebenen Hinter­ rades, worauf die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Der das Rad 1 tragende Radträger 2 ist am nur angedeuteten Fahrzeugaufbau 3 mittels eines drei einzelne Lenker enthalten­ den Achslenkers 4 schwenkbar angelenkt, wobei der eine Lenker als starr mit dem Radträger 2 verbundener und schräg zur Fahr­ zeuglängsachse ausgerichteter Lenkerarm 41 ausgebildet ist, welcher aufbauseitig in einem z. B. Gummielemente enthaltenden Lager 5, das kardanische Bewegungen des Lenkerarms ermöglicht, schräg nachgiebig angelenkt ist.

Die beiden anderen Lenker des Achslenkers 4 sind als im wesent­ lichen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Zug- und Druck­ stäbe 42, 43 ausgebildet, die übereinander verlaufen und mit einem horizontalen Abstand zueinander gelenkig am Radträger 2 angelenkt sind. Genausogut könnten beide Zug- und Druckstäbe, oder auch nur einer von beiden, auch am starr mit dem Radträger 2 verbundenen Lenkerarm 41 angreifen.

Der obere erste Zug- und Druckstab 42 ist kürzer bemessen als der untere zweite Zug- und Druckstab 43. Beide sind dabei der­ art geneigt zueinander angeordnet, daß sich die Verlängerungen ihrer Längsachsen in einem einfederungsabhängigen Abstand zur Radachse 6 schneiden, und zwar derart, daß dieser Schnittpunkt, der Momentanpol M, mit zunehmender Einfederung des jeweiligen Rades 1 zunehmend in Richtung der Radachse 6 wandert.

Bei Leerlast bzw. bei ausgefedertem Rad liegt dieser Momentan­ pol somit vergleichsweise weit von der Radachse 6 entfernt. Dieser Fall ist prinzipienhaft in Fig. 4 dargestellt, wobei der hier nicht konkret eingezeichnete Momentanpol mit M_I angedeutet und dessen Abstand von der Radachse 6 mit a bezeichnet ist.

Bei Vollast bzw. bei voll eingefedertem Rad liegt dieser Momen­ tanpol dagegen vergleichsweise nahe an der Radachse 6. Dieser Fall ist prinzipienhaft in Fig. 3 dargestellt, wobei der Momen­ tanpol mit M_III und dessen Abstand von der Radachse mit b be­ zeichnet sind.

In Fig. 2 sind die Verhältnisse bei einem zwischen diesen bei­ den Extremfällen liegenden mittleren Betriebsfall, d. h. mitt­ lerer Last bzw. teilweise eingefedertes Rad, dargestellt, wobei hier der Momentanpol mit M_II und sein Abstand von der Radachse mit c bezeichnet sind. Nur zufällig fällt in dieser Ansicht die Lage des Momentanpols M_II mit dem aufbauseitigen Lager des un­ teren zweiten Zug- und Druckstabes 43 zusammen.

Die last- bzw. einfederungsabhängige Lage des Momentanpols M führt dazu, daß sich die räumliche Lage der Schwenk- bzw. Dreh­ achse des Achslenkers 4 ebenfalls in ganz bestimmter Weise last- und einfederungsabhängig verändert, und zwar in einer Weise, die dem angestrebten guten Eigenlenkverhalten des Fahr­ zeuges förderlich ist.

Die Schwenk- bzw. Drehachse des Achslenkers 4 wird durch die Verbindungsgerade zwischen dem ortsfesten aufbauseitigen Lager 5 des Lenkerarms 41 und dem last- bzw. einfederungsabhängigen. Momentanpol M der beiden Zug- und Druckstäbe 42, 43 bestimmt. In der die Draufsicht des Achslenkers 4 zeigenden Fig. 4 ist die Lage dieser Schwenk- und Drehachse für die in den Fig. 2 bis 4 angenommenen drei Last- bzw. Einfederungsfälle jeweils strichpunktiert eingetragen und für Leerlast/maximale Ausfede­ rung mit I, für einen mittleren Lastfall bzw. für eine mittlere Einfederung mit II und für Vollast/maximale Einfederung mit III beziffert.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elemente des Achslenkers 4 derart bemessen und angeordnet, daß die Schwenk- bzw. Drehachse des Achslenkers 4 bei Vollast bzw. maximaler Einfederung zumindest annähernd in Fahrzeugquerrichtung ver­ läuft, was bedeutet, daß der Achslenker in dieser Betriebssi­ tuation in vorteilhafter Weise die Eigenschaften eines klassi­ schen Längslenkers besitzt. Bei Leerlast ist dagegen eine stark schräg gestellte Schwenk- bzw. Drehachse 1 wirksam, so daß hier der Typ eines ausgeprägten Schräglenkers vorliegt.

Die erfindungsgemäße Einzelradaufhängung stellt somit eine 3-Lenker-Achse mit last- bzw. einfederungsabhängig variabler Lenkerdrehachse dar.

Ein Kraftfahrzeug, welches eine Hinterachse mit einer erfin­ dungsgemäßen Einzelradaufhängung aufweist, besitzt in vorteil­ hafter Weise ein weitgehend lastunabhängiges Fahrverhalten. Bei gering beladenem Fahrzeug, z. B. bei Leerlast, besitzen die Achslenker 4 jeweils eine stark schräg gestellte Schwenk- bzw. Drehachse I. Eine solche stark schräg gestellte Drehachse führt bekanntlich zu einem hohen Rollzentrum der Hinterachse. Ein ho­ hes Rollzentrum der Hinterachse führt aber - bei gleichzeitiger Entlastung der Vorderachse - zu einer großen Rollmomentabstüt­ zung an der Hinterachse bei Seitenkrafteinfluß, z. B. bei Kur­ venfahrt, und folglich zu einem vergrößerten Reifenschräglauf­ winkel der Hinterachse, wodurch gegebenenfalls vorhandene Un­ tersteuertendenzen des Fahrzeugs bei geringer Hinterachslast vermindert werden, das Fahrzeug selbst also lenkwilliger wird.

Bei hoher Fahrzeugbeladung, also z. B. bei Vollast, wenn also die wirksame Achslenkerdrehachse III nur vergleichsweise wenig schräg gestellt oder aber sogar in Fahrzeugquerrichtung ausge­ richtet ist, wie Fig. 1, 3 zeigen, ergibt sich ein sehr niedri­ ges Rollzentrum in Fahrbahnnähe; für den beispielhaft darge­ stellten Fall, daß die Lenkerdrehachse in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet ist, liegt das Rollzentrum direkt in Fahrbahnhöhe. Ein niedriges Rollzentrum führt im Gegensatz zum vorerwähnten Fall des bei Leerlast vergleichsweise hoch gelegenen Rollzen­ trums zu einer entsprechend geringen Rollmomentabstützung an der Hinterachse und demzufolge zu einem im Vergleich zu konven­ tionellen Schräglenkeranordnungen erheblich kleineren Reifen­ schräglaufwinkel. Dadurch werden Übersteuertendenzen des Fahr­ zeugs bei Vollast vermieden, wie sie sonst bei Fahrzeugen mit konventionellen Schräglenkerachsen üblicherweise auftreten.

Alles in allem ergibt sich somit ein weitgehend lastunabhängi­ ges Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs.

Zur Lage des Rollzentrums sei im übrigen noch in Erinnerung ge­ rufen, daß dieses sich durch den Schnitt der jeweils wirksamen Achslenkerdrehachse I bis III mit einer durch die Radachse 6 gelegten Vertikalquerebene (= Radpol) und durch den Schnitt der diesen ermittelten Radpol mit dem Radaufstandspunkt des Rades verbindenden Geraden mit einer achsmittigen Vertikallängsebene ergibt. Es versteht sich, daß die Lage des Rollzentrums im ge­ wissen Umfange auch von der jeweils wirksamen Höhenlage des Mo­ mentanpols M abhängt; von dominierender Bedeutung ist jedoch die in Fig. 1 dargestellte mehr oder weniger große Schrägstel­ lung der Lenkerdrehachse I bis III.

Durch die erfindungsgemäße Einzelradaufhängung wird auch das Eigenlenkverhalten des Fahrzeugs beim Bremsen in der Kurve ver­ bessert. Betrachtet man die beim Ein- und Ausfedern des Rades 1 jeweils wirksamen Abstände a bis c des Momentanpols M_I bis M_III, dann erkennt man, daß bei Kurvenfahrten am jeweils kurven­ inneren, d. h. ausgefederten Rad 1 der Abstand des Momentanpols M_I vergleichsweise groß ist - a (Fig. 4) -, am kurvenäußeren, eingefederten Rad dagegen vergleichsweise klein - b (Fig. 3) -.

Die Abstände a bis c des Momentanpols M sind aber beim Bremsen in der Kurve von besonderer Bedeutung, weil sie die für die Abstützung der Bremsmomente wirksamen Hebelarme darstellen. We­ gen der bei Kurvenfahrt und Rollneigung unterschiedlich großen wirksamen Hebelarme a bzw. b am kurveninneren bzw. am kurven­ äußeren Rad erzeugen die Bremsmomente der beiden Räder jeweils unterschiedlich große Reaktionskräfte zur Fahrbahn. Wegen des vergleichsweise kleinen wirksamen Hebelarms b am kurvenäußeren Rad wird dessen Radlast somit beim Bremsen stark verkleinert, die Radlast des kurveninneren Rades dagegen wegen des ver­ gleichsweise großen wirksamen Hebelarms a nur wenig. Im Ver­ gleich dazu wird bei Hinterachsen mit konventionellen Schräg­ lenkern wegen der dort herrschenden Hebelarmverhältnisse das kurvenäußere Rad beim Bremsen weniger stark und das kurvenin­ nere Rad stärker entlastet.

Bei einer Hinterachse mit erfindungsgemäßer Einzelradaufhängung wird daher beim Bremsen in der Kurve im Vergleich zu Hinterach­ sen mit konventionellen Schräglenkern eine Verkleinerung des Radlastunterschiedes der beiden Hinterräder erzielt und damit des Reifenschräglaufs (zu Lasten der Vorderachse).

Im Ergebnis ist - im Vergleich zu konventionellen Schräglenker­ achsen - ein Abbau der Übersteuerneigung des Fahrzeugs beim Bremsen in der Kurve festzustellen.

Gleichzeitig wird bei Kurvenfahrt auch eine Verbesserung der Bremswirkung an der Hinterachse erzielt.

Wegen der oben erwähnten im Vergleich zu konventionellen Schräglenkerachsen geringeren Entlastung des kurveninneren Ra­ des beim Bremsen in der Kurve wird dieses stärker an der Ab­ bremsung der Hinterachse beteiligt als sonst üblich. Das kur­ veninnere Rad gerät wegen seiner nunmehr geringeren Entlastung beim Kurvenbremsen somit auch später in die Gefahr, überbremst zu werden, d. h. zu blockieren. Dieser Umstand ist für solche Fahrzeuge von besonderem Vorteil, deren Bremsanlagen mit einem Antiblockierregelsystem ausgerüstet sind, bei dem die Abbrem­ sung der Hinterräder nach dem Rad mit der geringsten Radlast (select low) ausgeregelt wird. Da das kurveninnere Rad der er­ findungsgemäßen Einzelradaufhängung beim Kurvenbremsen eine hö­ here Radlast als sonst üblich beibehält und somit erst später zum Blockieren neigt, setzt auch die Antiblockierregelung der Hinterachse erst bei entsprechend höheren Bremsdrücken ein, so daß sich die Hinterachse stärker als sonst üblich an der Ab­ bremsung des Fahrzeuges beteiligen kann.

Bei einer Kfz-Hinterachse mit erfindungsgemäßer Einzelradauf­ hängung findet beim Rollen (Wanken) des Fahrzeugs im wesentli­ chen keine Seitenverschiebung des Rollzentrums statt; dieses behält seine Lage in Wagenmitte vielmehr auch bei Rollneigung weitgehend bei, was darauf zurückzuführen ist, daß bei Kurven­ fahrt - von der Wirkung her - quasi zwei verschiedene 3-Lenker- Systeme an der Hinterachse wirksam sind, nämlich am eingefeder­ ten kurvenäußeren Rad eine Art Längslenker mit einer Lenkerdreh­ achse nach Art der Lenkerdrehachse III in Fig. 1 und am ausge­ federten kurveninneren Rad eine Art ausgeprägter Schräglenker mit einer Lenkerdrehachse nach Art der Lenkerdrehachse I.

In Fig. 5 sind diese Verhältnisse im Vergleich zu denen bei ei­ ner konventionellen Schräglenkerachse prinzipienhaft darge­ stellt. Gezeigt ist die Rückansicht eines Kraftfahrzeugs beim Durchfahren einer Linkskurve, wobei davon ausgegangen wurde, daß das kurvenäußere Rad 1 und das kurveninnere Rad 1' dabei etwa gleichstark geneigt sind. Das Rollzentrum einer Achse er­ gibt sich bekanntlich durch den Schnittpunkt der die Normalen der Bewegungsrichtung der Radaufstandspunkte darstellenden Stützgeraden der beiden Räder 1, 1' der Achse, wobei die Rich­ tung der Stützgeraden (die übrigens den jeweiligen Verbin­ dungslinien zwischen dem Radaufstandpunkt und dem jeweils wirk­ samen Radpol des Rades entsprechen) bei einer Längslenkerachse mit einer Lenkerdrehachse entsprechend der Drehachse III etwa in Richtung der Radaufstandfläche des Rades verläuft, während sie bei einer Schräglenkerachse einen Winkel α dazu ein­ schließt, dessen Größe von der Schrägstellung der Lenkerdreh­ achse abhängt.

In Fig. 5 sind die Stützgeraden für eine Hinterachse mit erfin­ dungsgemäßer Einzelradaufhängung mit durchgezogenen Linien prinzipienhaft eingezeichnet, wobei die Stützgerade für das stark eingefederte kurvenäußere Rad 1, bei dem sich der Achs­ lenker 4 gerade wie ein Längslenker verhält, mit 7 und die Stützgerade für das ausgefederte kurvenäußere Rad 1', bei dem sich der Achslenker 4 gerade wie ein ausgeprägter Schräglenker verhält, mit 7' beziffert ist. Beide Stützgeraden schneiden sich etwa achsmittig im Punkt B, der das Rollzentrum der Hin­ terachse darstellt.

Im Vergleich dazu sind prinzipienhaft strichpunktiert die Stützgeraden eingezeichnet, die sich bei einer Hinterachse mit konventionellen Schräglenkern ergeben würden, wobei die Stütz­ gerade des kurvenäußeren Rades mit 8 und die des kurveninneren Rades mit 8' beziffert ist. Bei konventionellen Schräglenker­ achsen verliefe die Stützgerade 8' um den Winkel β weniger steil als bei der erfindungsgemäßen Hinterachse, weil bei der erfindungsgemäßen Achse der Schräglenkeffekt des Achslenkers 4 am ausgefederten kurveninneren Rad größer ist. Am eingefederten kurvenäußeren Rad der konventionellen Schräglenkerachse verlie­ fe die Stützachse 8 dagegen um den Winkel γ steiler als bei der erfindungsgemäßen Achse, weil bei der erfindungsgemäßen Hinter­ achse am eingefederten kurvenäußeren Rad der Schräglenkeffekt gegenüber der konventionellen Ausführung verkleinert bzw. sogar etwa Null ist (als Längslenker).

Bei einer Hinterachse mit konventionellen Schräglenkern ergäbe sich also ein in Richtung kurvenäußeres Rad 1 verschobenes Rollzentrum A, was eine entsprechend verschobene bzw. ver­ schwenkte Rollachse des Fahrzeugs, um die sich der Fahrzeug­ aufbau 3 beim Rollen bewegt, zur Folge hat. Mit der seitlichen Verschiebung des Rollzentrums A ist eine Schwerpunktanhebung des Fahrzeugaufbaus 3 verbunden, was unerwünscht ist.

Claims (1)

1. Einzelradaufhängung für Kfz-Hinterräder, mit einem das Rad (1) tragenden Radträger (2), der mit dem Fahrzeugaufbau (3) oder dergleichen über drei voneinander unabhängige Lenker schwenkbar verbunden ist, wobei zwei der drei Lenker horizontal beabstandet und als im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete und am Radträger (2) selbst oder am dritten Lenker gelenkig angelenkte Zug- und Druckstäbe (42, 43) ausgebildet sind, von denen der obere erste (42) kürzer ist als der untere zweite (43) und die beiden Zug- und Druckstäbe (42, 43) derart geneigt zueinander angeordnet sind, daß sich die Verlängerungen ihrer Längsachsen in einem im Abstand zur Radachse (6) liegenden, einfederungsabhängigen Momentanpol (MI bis MIII) schneiden, dessen Lage mit zunehmender Einfederung des jeweiligen Rades zunehmend in Richtung Radachse (6) wandert, und daß der dritte Lenker als starr mit dem Radträger (2) verbundener und schräg zur Fahrzeuglängsachse ausgerichteter Lenkerarm (41) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden horizontal beabstandeten Lenker (42, 43) übereinander verlaufen, daß der starr mit dem Radträger (2) verbundene dritte Lenker (41) aufbauseitig in einem kardanische Bewegungen ermöglichenden Lager (5) schräg nachgiebig angelenkt ist, und daß die drei Lenker (41, 42, 43) derart bemessen und zueinander ausgerichtet sind, daß bei Vollast eine durch das aufbauseitige Lager (5) des schräg ausgerichteten Lenkerarms (41) sowie durch den Momentanpol (MIII) der beiden Zug- und Druckstäbe (42, 43) gelegte Gerade (III) in Fahrzeugdraufsicht zumindest annähernd in Fahrzeugquerrichtung verläuft.