DE4142587A1

DE4142587A1 - Hilfsrahmen mit schwenkbar daran angelenkten dreiecksquerlenkern

Info

Publication number: DE4142587A1
Application number: DE4142587A
Authority: DE
Inventors: Holger Schrimpf
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-12-21
Publication date: 1992-07-16
Anticipated expiration: 2011-12-22
Also published as: DE4142587C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Hilfsrahmen mit schwenkbar daran angelenkten Dreiecksquerlenkern für die Vorderräder eines Kraftfahrzeugs der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genann ten Art, wie er beispielsweise aus der EP-OS 02 65 675 oder aus der DE-OS 25 36 060 bekannt ist.

Derartige Hilfsrahmen oder Aggregateträger sind insbesondere bei in Großserien gefertigten modernen Personenkraftfahrzeugen weit verbreitet, weil mit ihnen zum einen an sonst an sich nicht geeigneten Stellen des Fahrzeugs u. a. Lager- und sonsti ge Stützpunkte für die schwenkbare Anlenkung von Radführungs lenkern (z. B. Längs-, Schräg- oder Querlenkern) oder auch für die Befestigung des Antriebsaggregats, d. h. der Motor/Getrie be-Einheit geschaffen werden können und weil mit ihnen zum an deren die Montage, d. h. der Ein- bzw. Anbau des Antriebsaggre gats und/oder der Radführungslenker etc. am Fahrzeugaufbau we sentlich erleichtert wird, weil Antriebsaggregat und Radfüh rungslenker sowie gegebenenfalls auch das Lenkgetriebe der Fahrzeuglenkung auf dem Hilfsrahmen vormontiert werden können und die so entstandene Montage-Baueinheit während der Fahrzeug endmontage als Ganzes in einem Arbeitsgang ins Fahrzeug einge baut werden kann. Gegebenenfalls kann bei der Vormontage auch bereits die Spur der Räder eingestellt werden.

Der Hilfsrahmen und die schwenkbar daran angelenkten Querlenker werden üblicherweise vergleichsweise steif ausgelegt, weil dies für die Fahrdynamik des Fahrzeugs von Vorteil ist. Die Lenker lager selbst enthalten im allgemeinen gummielastische Elemente, die zum einen dazu beitragen sollen, fahrbahnbedingte Geräusche und Vibrationen vom Fahrzeuginnenraum fernzuhalten, und durch deren spezielle Bemessung zum anderen konstruktiv Einfluß auf das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges genommen werden kann.

Die Vorderwagenstruktur moderner Personenkraftfahrzeuge ist i. a. derart gestaltet, z. B. u. a. durch entsprechende Ausbildung und Bemessung der Längsträger des Fahrzeugaufbaus, daß bei ei nem Frontalzusammenstoß die Fahrgastzelle möglichst unverformt bleibt, der Vorderwagen dagegen definiert verformt wird. Auf diese Weise wird im Kollisionsfalle ein wesentlicher Teil der Bewegungsenergie des Fahrzeugs im Vorderwagen in Verformungs energie umgewandelt, wodurch die auf die angeschnallten Fahr zeuginsassen einwirkenden Rückhaltekräfte entsprechend verrin gert und letztlich deren Verletzungsgefahr entscheidend gesenkt wird.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun de, einen Hilfsrahmen der im Oberbegriff des Patentanspruchs l genannten Art ohne Nachteile für die Fahrdynamik des Fahrzeugs derart weiterzubilden, daß das Deformationsverhalten der Vor derwagenstruktur eines mit solchem Hilfsrahmen ausgestatteten Fahrzeugs verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbei spiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine teilgeschnittene Teilansicht eines erfin dungsgemäßen Hilfsrahmens mit einem schwenkbar daran angelenkten Dreiecksquerlenker in Fahr zeuglängsrichtung gesehen,

Fig. 2 die gleiche Anordnung in der Draufsicht,

Fig. 3 die Draufsicht auf einen dabei eingesetzten Dreiecksquerlenker gemäß einem ersten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 4 die Draufsicht auf einen dabei eingesetzten Dreiecksquerlenker gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel,

Fig. 5 die Draufsicht auf ein hierbei eingesetztes spezielles Gummimetallager,

Fig. 6 ein prinzipienhaftes Verformungskraft/Verfor mungsweg-Diagramm einer konventionellen Hilfs rahmen/Dreiecksquerlenker-Baueinheit,

Fig. 7 ein entsprechendes prinzipienhaftes Verfor mungskraft/Verformungsweg-Diagramm der erfin dungsgemäßen Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker- Baueinheit.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Hilfsrahmenanordnung ist Teil einer ansonsten üblichen Einzelradaufhängung der Vor derräder 5 eines Personenkraftfahrzeugs. Sie weist einen wie üblich zur Fahrzeuglängsrichtung im wesentlichen symmetrischen Hilfsrahmen 1 auf, von dem lediglich der linke Teil dargestellt ist und der in üblicher Weise mit dem nicht weiter dargestell ten Fahrzeugaufbau verschraubt ist. Am Hilfsrahmen 1, der gleichzeitig auch als Aggregatträger für die nicht weiter dar gestellte Motor/Getriebeeinheit und/oder das Lenkgetriebe des Fahrzeuges dienen kann, sind Radführungslenker in Form von Dreiecksquerlenkern 2 schwenkbar angelenkt, die mit ihrem frei en Ende in üblicher Weise im unteren Bereich des Radträgers 6 des lenkbaren Vorderrades 5 angelenkt sind und zusammen mit ei nem Federbein 7 der Radführung dienen. In üblicher Weise ange ordnete Spurstangen, Stabilisatoren und Antriebshalbwelle sind nicht weiter beziffert.

Die schwenkbare Anlenkung der Dreiecksquerlenker 2 am Hilfsrah men 1 erfolgt jeweils über ein - in Fahrtrichtung gesehen - vorderes Lenkerlager 3 sowie ein dazu beabstandetes hinteres Lenkerlager 4. Beide Lenkerlager enthalten in üblicher Weise gummielastische Lagerelemente 32 bzw. 42, die u. a. dazu die nen, fahrbahnbedingte Geräusche und/oder Vibrationen vom Fahr zeuginnenraum fernzuhalten. Das vordere Lenkerlager 3 ist wie üblich als Radiallager ausgebildet, dessen Lagerbolzen 31 zu mindest annähernd horizontal verläuft und dessen Ausrichtung mit der Schwenkachse des Dreiecksquerlenkers 2 übereinstimmt. Das hintere Lenkerlager 4 ist dagegen als vertikal ausgerichte tes Lager ausgestaltet, dessen vertikaler Lagerbolzen 41 im Ausführungsbeispiel nicht nur zur schwenkbaren Anlenkung des Dreiecksquerlenkers am Hilfsrahmen dient, sondern in bekannter Weise gleichzeitig auch zur Befestigung des Hilfsrahmens 1 am nicht weiter dargestellten Fahrzeugaufbau.

Hilfsrahmen 1 und Dreiecksquerlenker 2 sind in üblicher Weise so steif bemessen, daß das Fahrzeug gewohnt gute fahrdynamische Eigenschaften besitzt. Die Gummimetallager der beiden Lenkerla ger 3 und 4 können ihrerseits in üblicher Weise derart bemessen und in ihrer Federkennung aufeinander abgestimmt sein, daß das jeweils gewünschte Eigenlenkverhalten erzielt wird.

Abweichend von konventionellen Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker Anordnungen der z. B. aus der EP-OS 2 65 675 oder der DE-OS 25 36 060 bekannten Art sind die hinteren Lenkerlager 4 erfin dungsgemäß jedoch jeweils derart ausgebildet, daß die Dreiecks querlenker 2 während eines Frontalzusammenstoßes des Fahrzeugs zeitweise im Bereich der hinteren Lenkerlager 4 in Fahrzeug längsrichtung vom Hilfsrahmen 1 entkoppelt sind und sich hier bei um einen Weg, der weit über das Maß üblicher Längsfederef fekte üblicher gummielastischer Lenkerlager hinausgeht, in Fahrzeuglängsrichtung relativ zum starr mit dem Hilfsrahmen 1 und/oder dem Fahrzeugaufbau verschraubten hinteren Lagerbolzen 41 verschieben kann.

Auf diese Weise wird ohne Beeinträchtigung der für ein gutes fahrdynamisches Verhalten notwendigen grundsätzlichen Längs steifigkeit ein günstigeres Verformungsverhalten der Hilfsrah men/Dreiecksquerlenker-Baueinheit erzielt. Bei einem Frontal aufprall wird in ihr infolge dieser Ausbildung über einen län geren Verformungsweg eine Energieumsetzung (Bewegungs-/Verfor mungsenergie) auf relativ niedrigem und annähernd gleichblei bendem (Verformungs)Kraftniveau bewirkt, wodurch der Anstieg der Fahrgastzellenverzögerung - im Vergleich zu Fahrzeugen mit herkömmlich ausgebildeten Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker-An ordnungen - spürbar gemindert wird, was sich für die Verlet zungsgefahr der angeschnallten Fahrzeuginsassen positiv aus wirkt.

Im in den Fig. 1 bis 3 dargestellten einen Ausführungsbei spiel einer Hilfsrahmen-Baueinheit gemäß der Erfindung wird dieses günstige Verformungsverhalten der Hilfsrahmen-Baueinheit unter Verwendung eines an sich z. B. aus der DE-OS 2 65 675 be kannten üblichen Gummimetallagers realisiert, dem durch ent sprechende konstruktive Gestaltung seiner Aufnahme 43 im Drei ecksquerlenker 2 die Möglichkeit gegeben wird, sich bei einer bestimmten, oberhalb fahrbetriebsmäßig auftretender Kräfte lie genden Längskraft aus seiner konstruktiv gegebenen betriebsmä ßigen Position innerhalb des Dreiecksquerlenkers 2 zu lösen und in einen benachbarten Freiraum zu rutschen.

Wie die Draufsichten der Fig. 2 und 3 zeigen, besitzt der Dreiecksquerlenker 2 zur Befestigung des in üblicher Weise kreiszylindrischen eigentlichen Gummimetallagers nicht wie üb lich eine den Außenumfang des Gummimetallagers umschließende kreisrunde Ausnehmung (Lagerschale o. ä.), sondern eine lang lochähnliche Lageraufnahme 43 mit einer taillenförmigen Ein schnürung 46. Die Außenhülse des Gummimetallagers ist dabei in üblicher Weise fest in einen durch die taillenförmigen Ein schnürung 46 begrenzten Teilkreisbereich 44 der Lageraufnahme 43 eingepreßt, so daß der Lagerbolzen des hinteren Lenkerlagers 4 später die in Fig. 3 mit 41 bezifferte räumliche Lage ein nimmt.

Wenn im Verlaufe eines Frontalaufpralls des Fahrzeugs die hier bei in den Dreiecksquerlenker 2 eingeleiteten Längskräfte einen u. a. durch die Bemessung der taillenförmigen Einschnürung vor bestimmten Wert überschreiten, kann das durch den starr mit dem Hilfsrahmen bzw. dem Fahrzeugaufbau verschraubte Lagerbolzen 41 gehaltene Gummimetallager unter Aufweitung der taillenförmigen Einschnürung 46 in den benachbarten Freiraum 45 der Lagerauf nahme 43 hineingleiten, ohne daß es hierbei auch bereits zu ei ner Längsdeformation des Dreiecksquerlenkers 2 kommt; der Drei ecksquerlenker 2 ist hierbei nämlich im Bereich des hinteren Lenkerlagers 4 vom sich bereits längsdeformierenden Hilfsrahmen 1 entkoppelt. Erst wenn das Gummimetallager nach Durchdringen dieses Freiraums 45 wieder mit seiner Außenhülse in Längsrich tung unmittelbar am Dreiecksquerlenker 2 anliegt und dadurch der die Lageraufnahme 43 enthaltende hintere Teil des Dreiecks querlenkers 2 mit dem quasi raumfesten hinteren Lagerbolzen 41 eine in Fahrzeuglängsrichtung im wesentlichen starre Funktions einheit bildet, wird auch der Dreiecksquerlenker 2 in Längs richtung deformiert.

Bei einer Deformation der Vorderwagenstruktur infolge eines Frontalaufpralls des Fahrzeugs werden also die Längsverfor mungswiderstände des Hilfsrahmens 1 und des Dreiecksquerlenkers 2 der Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker-Baueinheit 1/2 nicht von vornherein gleichzeitig wirksam, sondern zunächst nur der des Hilfsrahmens 1, dem sich dann nach Beendigung der vorerwähnten Entkopplung der Längsverformungswiderstand des bzw. der Drei ecksquerlenker 2 überlagert.

Diese gestaffelte Beteiligung an der Energieumsetzung, d. h. an der Umsetzung von Bewegungsenergie in Verformungsenergie führt dazu, daß die bei einem solchen Frontalzusammenprall eintreten de Verzögerung der Fahrgastzelle im Bereich der Beteiligung der Hilfsrahmen-Baueinheit weniger stark als sonst üblich ansteigt, was für den Schutz der angeschnallten Fahrzeuginsassen von Vor teil ist.

Die erwähnte zeitweise Entkopplung des Dreiecksquerlenkers 2 vom Hilfsrahmen kann auch in der in den Fig. 4 und prinzi pienhaft dargestellten Weise realisiert werden. Bei diesem Aus führungsbeispiel ist das in Fig. 5 dargestellte eigentliche Gummimetallager des hinteren Lenkerlagers 4 derart ausgebildet, daß sich der Dreiecksquerlenker im Falle eines Frontalaufpralls des Fahrzeugs bei einer Längsdeformation des Hilfsrahmens 1 zu nächst in vorerwähnter Weise ohne eigene Längsdeformation um einen gewissen Weg in Fahrzeuglängsrichtung relativ zum quasi ortsfesten hinteren Lagerbolzen 41 verschieben kann.

In diesem Ausführungsbeispiel enthält das eigentliche Gummime tallager eine äußere Hülse 47 ellipsenähnlichen Querschnitts, die in eine damit korrespondierende ellipsenähnliche bzw. lang lochförmige Aufnahme 43 des Dreiecksquerlenkers 2 eingepreßt ist, sowie eine übliche zylindrische Innenhülse 48 zur Aufnahme des hier nicht weiter dargestellten hinteren Lagerbolzens 41. Die Außenhülse 47 und die exzentrisch darin angeordnete Innen hülse 48 sind miteinander durch ein längliches gummielastisches Lagerelement 42 verbunden, das für Querkräfte steif bemessen ist, während es für Längskräfte in Fahrtrichtung definiert weich bleibt. Wenn das in Fig. 5 dargestellte spezielle Gummi metallager in den zugehörigen Dreiecksquerlenker 2 gemäß Fig. 4 eingebaut ist, dann nimmt die Innenhülse 48 dort räumlich eine Lage ein, bei der der mit dem Hilfsrahmen und/oder mit dem Fahrzeugaufbau verschraubte hintere Lagerbolzen des hinteren Lenkerlagers 4 ähnlich Fig. 3 innerhalb des Dreieckquerlenkers 2 bzw. relativ zu diesem eine mit 41 gekennzeichnete Position einnimmt. Diese - relativ zum Dreiecksquerlenker 2 - behält er unter der Einwirkung von während des normalen Fahrbetriebs auf tretenden Längskräften abgesehen von üblichen Längsfedereffek ten bei, wohingegen er im Falle eines Frontalaufpralls infolge der entsprechend bemessenen Längsweichheit des gummielastischen Lagerelements 42 ähnlich dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 um einen gewissen Weg in Fahrzeuglängsrichtung relativ zum Dreiecksquerlenker 2 verschiebbar ist, ehe er mit diesem eine in Fahrzeuglängsrichtung im wesentlichen starre Funktionsein heit bildet.

Aus den in den Fig. 6 und 7 dargestellten, aus quasistati schen Versuchen gewonnenen Längsverformungskraft/Verformungs weg-Diagrammen F=f (s) ist das unterschiedliche Längsverfor mungsverhalten einer Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker-Baueinheit bekannter Art (Fig. 6) und einer Hilfsrahmen/Dreiecksquerlen ker-Baueinheit 1/2 gemäß der Erfindung (Fig. 7) qualitativ gut zu erkennen.

Bei einer Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker-Baueinheit bekannter Art steigt die Längsverformungskraft F_B der Baueinheit zunächst sehr schnell auf einen Höchstwert an, der sehr viel größer ist als der Maximalwert der Längsverformungskraft F_H des Hilfsrah mens allein. Das liegt offenbar daran, daß der Hilfsrahmen bei bekannten Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker-Baueinheiten durch den bzw. die an ihm angelenkten Dreiecksquerlenker in Fahrzeug längsrichtung ausgesteift wird und die Längsverformungswider stände von Hilfsrahmen und Dreiecksquerlenkern quasi von vorn herein gleichzeitig wirksam sind. Demzufolge ist bei diesen be kannten Baueinheiten zunächst ein vergleichsweise hohe Längs verformungswiderstand wirksam, der zu einem entsprechend star ken Verzögerungsanstieg der Fahrgastzelle führt, wenn sich die se bei sich verformender Vorderwagenstruktur auch über die Hilfsrahmen-Baueinheit am Aufprallhindernis abzustützen be ginnt.

Bei einer bestimmten Längsverformungskraft bricht der Hilfsrah men-Dreiecksquerlenker-Verbund letztlich zusammen und die Längsverformungskraft F_B der Baueinheit sinkt ab.

Wie Fig. 7 erkennen läßt, ergibt sich demgegenüber bei einer Hilfsrahmen-Dreiecksquerlenker-Baueinheit 1/2 gemäß der Erfin dung ein spürbar niedrigerer Höchstwert der Längsverformungs kraft F_B dieser Baueinheit und das Längsverformungsverhalten der Baueinheit wird über den Verformungsweg s dieser Baueinheit vergleichmäßigt, was im einzelnen von der Bemessung und gegen seitigen Abstimmung der beteiligten Bauelemente Hilfsrahmen 1, Dreiecksquerlenker 2 und Lenkerlager 4 abhängt.

Die dem Längsverformungskraft/Längsverformungsweg-Diagramm der Fig. 7 zugrundeliegende erfindungsgemäße Baueinheit wurde z. B. derart bemessen, daß die vorerwähnte Entkopplung zwischen Hilfsrahmen 1 und Dreiecksquerlenker 2 etwa gerade dann aufgez ehrt ist, wenn die kritische Längsverformungskraft des sich be reits längsverformenden Hilfsrahmens 1 überschritten wird und dessen Längsverformungskraft F_H wieder zu sinken beginnt. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 wurde angenommen, daß dies der Fall ist, wenn der Hilfsrahmen 1 um den Weg s längsverformt ist. Von diesem Zeitpunkt an, zu dem die relative Freigängig keit zwischen dem hinteren Lagerbolzen 41 und dem das hintere Lenkerlager 4 aufnehmenden Bereich des Dreiecksquerlenkers 2 aufgezehrt ist, beteiligen sich auch die Dreiecksquerlenker 2 an der Energieumsetzung der Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker-Bau einheit. Nunmehr werden auch ihre Längsverformungswiderstände wirksam. Während die Längsverformungskraft F_H des Hilfsrahmens 1 absinkt, steigen die Längsverformungskräfte F_Q der Dreiecks querlenker 2 an, so daß die resultierende Längsverformungskraft F_B der Hilfsrahmen-Baueinheit - entsprechende Bemessung und ge genseitige Abstimmung der zusammenwirkenden Bauelemente voraus gesetzt - auf einem nahezu konstanten Niveau verharrt, das etwa dem Höchstwert der Längsverformungskraft F_H des Hilfsrahmens 1 allein entspricht und damit spürbar niedriger ist als der bei bekannten Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker-Baueinheiten auftre tende Höchstwert der Längsverformungskraft F_B.

Auf diese Weise wird bei einem Frontalaufprall durch die Bau einheit Hilfsrahmen/Dreiecksquerlenker 1/2 über einen längeren Verformungsweg eine Energieumsetzung auf niedrigem Kraftniveau erzeugt, wodurch der Anstieg der Fahrgastzellenverzögerung in vorteilhafter Weise gemindert wird.

Claims

1. Hilfsrahmen (1) mit schwenkbar daran angelenkten Dreiecks querlenkern (2) für die Vorderräder (5) eines Kraftfahr zeugs, die jeweils ein - in Fahrtrichtung gesehen - vorde res Lenkerlager (3) sowie ein dazu beabstandetes hinteres Lenkerlager (4) mit gummielastischem Lagerelement (42) und mit starr mit dem Hilfsrahmen (1) verschraubtem, zumindest annähernd vertikal verlaufendem Lagerbolzen (41), der vor zugsweise gleichzeitig auch zur lösbaren Befestigung des Hilfsrahmens (1) am Fahrzeugaufbau dient, enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Lenkerlager (4) je weils derart, ausgebildet und bemessen ist, daß der Drei ecksquerlenker (2) bei in Fahrzeuglängsrichtung auf ihn einwirkenden Kräften um ein im Vergleich zu üblichen Längs federeffekten weit hinausgehendes Maß in Fahrzeuglängsrich tung relativ zum starr mit dem Hilfsrahmen (1) und/oder dem Fahrzeugaufbau verschraubten hinteren hinteren Lagerbolzen (41) verschiebbar ist.

2. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Lenkerlager (4) ein an sich bekanntes Gummimetallager mit einer vom hinteren Lagerbolzen (41) durchgriffenen Innenhülse und einer mit dieser durch ein gummielastisches Lagerelement (42) verbun denen Außenhülse enthält, und daß der Dreiecksquerlenker (2) zur Befestigung des Gum mimetallagers eine langlochähnliche Lageraufnahme (43) mit taillenförmiger Einschnürung (46) aufweist, mit einem kreisförmigen hinteren Bereich (44), in den die Außenhülse des Gummimetallagers eingepreßt ist, und mit einem davon durch die taillenförmige Einschnürung (46) getrennten vor deren Freiraum (45), in den das Gummimetallager nach Auf weitung der taillenförmigen Einschnürung (46) einschiebbar ist, wenn die im Dreiecksquerlenker (2) bei einem Frontal aufprall wirksamen Längskräfte einen vorbestimmten Wert überschreiten.

3. Hilfsrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hintere Lenkerlager (4) ein im Querschnitt längliches Gummimetallager mit einer den hinteren Lagerbolzen (41) aufnehmenden zylindrischen Innen hülsen (48) und einer mit dieser über ein gummielastisches Lagerelement (42) verbundenen Außenhülse (47) ellipsenähn lichen Querschnitts aufweist, wobei die Innenhülse (48) ex zentrisch im hinteren Bereich der Außenhülse (47) angeord net ist, und daß die Außenhülse (47) in eine langloch- oder ellip senähnliche Lageraufnahme (43) des Dreiecksquerlenkers (2) eingepreßt ist.