DE4205366C2 - Selbstlenkende Hinterachse für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hinterachsaufhängung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Hinterachsaufhängung mit inhomogen-elastischen Ele­ menten zur Förderung des erwünschten untersteuernden Kurvenver­ haltens ist aus der DE 39 13 238 A1 bekannt. Dort sind der obere und der untere Lenker Querlenker und in einem Fahrschemel exakt gelagert, der seinerseits über inhomogen- elastische Abstützelemente am Fahrzeugkörper befestigt ist. Da­ durch treten bei auf den Fahrschemel wirkenden Seitenkräften, etwa bei Kurvenfahrt, elasto-kinematische Vorspurlenkeffekte auf. Die Lenker selbst sind in der Regel über im wesentlichen vertikale Feder-Dämpferelemente abgefedert.

Nachteilig ist an dieser Lösung zunächst, daß der Lenkeffekt durch Seitenkräfte hervorgerufen wird und durch die Massen von Fahrschemel und Lenkern stark phasenverschoben zu den Seiten­ kräften auftritt. Dadurch ist der Lenkeffekt träge und nicht sehr wirksam. Deshalb wurde auch versucht, durch Entwicklung sogenannter "aktiver Fahrwerke" (z. B. MAZDA 626) oder gar durch lenkbare Hinterräder starke und prompte Lenkeffekte zu erzielen. Das erfordert jedoch teure hydraulische und elektronische Steuerelemente mit Energiezufuhr von außerhalb des Achsbe­ reiches.

Ein weiterer Nachteil des eingangs erwähnten Standes der Tech­ nik ist, daß die Maßnahmen zur Verbesserung des Eigenlenk­ verhaltens auf das Nicken beim Bremsen oder Beschleunigen selbst nicht reagieren, dazu sind zusätzliche achskinematische Maßnahmen erforderlich. Außerdem ist auch hier der Raumbedarf für die aufrechten Feder-Dämpferelemente erheblich.

Aus der DD-PS 1 05 587 ist eine Achsaufhängung mit zwei Querlenkern bekannt, bei der die Lagerstellen der beiden Querlenker eine unterschiedliche Elastizität haben. Hierdurch entstehen bei Kurvenfahrt durch den Angriff der Seitenkraft unterschiedliche Lenkwinkel der Räder. Das Teilmerkmal c) des Anspruchs 1 ist aus der DE-PS 6 54 274 bekannt.

Die Erfindung setzt sich das Ziel, eine Hinterachsauf­ hängung zu schaffen, die starke und prompte Lenkeffekte ohne Energiezufuhr von außen bei geringem Bauraum und ohne auf­ wendige Zusatzeinrichtungen zeigt.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht.

Durch diese Anordnung übt die Resultierende aus der Kraft der horizontalen Feder und der senkrechten Radaufstandskraft im Schwenklager eine nach außen gerichtete Kraft aus, die wegen der inhomogen-elastisch hinteren Schwenklager und dem steifen vorderen Schwenklager eine kleine Verschwenkung des Querlenkers in horizontaler Richtung und damit einen Lenkeinschlag des ent­ sprechenden Hinterrades zur Folge hat. Bei Geradeausfahrt sind die Radaufstandskräfte gleich, so daß kein Lenkeffekt auftritt, bei Kurvenfahrt jedoch vergrößert sich die Aufstandskraft des kurvenäußeren Rades und verringert sich die des Inneren, so daß bei beiden Rädern der gewünschte Lenkeffekt auftritt. Durch das gemeinsame Widerlager heben sich die Federkräfte auf kurzem Wege auf. Dadurch werden bei Kraftfahrzeugen ohne Fahrschemel nur geringe Kräfte in den Fahrzeugkörper eingeleitet bzw. heben sich bei Fahrzeugen mit Fahrschemel die Federkräfte innerhalb des Fahrschemels auf.

Die Federn liefern also die Kraft zum Einlenken der Räder, so daß von außen keine zugeführt werden muß. Dadurch, daß die Winkelhebel, was konstruktiv gar nicht anders möglich ist, we­ sentlich kürzer als die Lenker sind, sind die Federn stärker als sie es bei konventioneller Anordnung wären. Daraus wird die Kraft zum Lenken der Hinterräder gewonnen und nebstbei wird dadurch auch erreicht, daß die Federn kleiner sind und weniger Bauraum in Anspruch nehmen.

Der Wirkzusammenhang zwischen Feder und Eigenlenkverhalten hat noch einen Vorteil: Beim Beschleunigen steigt durch das Absenken des Fahrzeughecks die Radlast, was beiderseits zu einem gegensinnigen Lenkeffekt führt, der die Vorspur vergrößert. Das verbessert die Gerade­ auslauf-Stabilität.

Im Rahmen der Erfindung können entweder die oberen oder die unteren Lenker die erfindungsgemäß gelagerten und abgestützten Querlenker sein. Da von den drei Punkten des Radträgers, an denen die Lenker angreifen, die beiden Festpunkte (die also keine horizontale Verschiebung erfahren, die Achse bilden, um die das jeweilige Rad lenkt, ist es aus Gründen des Radnach­ laufes etwas günstiger, wenn der Lenkeffekt über die unteren Querlenker erzeugt wird, also die Querlenker mit dem Winkelhe­ bel die Unterlenker sind (Anspruch 2).

In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Fahrzeug einen Fahrschemel aufweisen, der die Schwenklager und auch das Widerlager aufnimmt (Anspruch 3).

In einer weitergebildeten Ausführungsform der Erfindung stützt sich das Widerlager der Feder-Dämpfereinheiten am Fahrzeugkör­ per selbst ab und es sind zwischen Fahrschemel und Fahrzeug­ körper Abstützlager vorgesehen, deren Elastizität in der hori­ zontalen Ebene richtungsabhängig ist, wobei die Abstützungen so angeordnet sind, daß die Normalen auf die Richtungen geringsten Verformungswiderstandes durch die Abstützlager sich in einem Pol schneiden, der in Fahrtrichtung hinter dem mit dem Fahr­ zeugkörper selbst verbundenen Widerlager liegt.

Durch diese Anordnung wird der mit der Erfindung erzielbare Effekt noch zusätzlich zum Verdrehen des Fahrschemels um seine durch die Winkellage der Abstützlager definierten Momentanpol genutzt. Die Kraft, die diese Schwenkung bewirkt, ist die Dif­ ferenz der Reaktionskräfte der Federn, die auf den Fahrzeug­ körper selbst wirkt und dadurch die Verdrehung des Fahrschemels bewirkt. Wenn der Pol hinter diesem Kraftantriebspunkt liegt, wirkt das Mitlenken wieder untersteuernd.

Die Einbaulage der inhomogen-elastischen Schwenklager des Quer­ lenkers erfolgt so, daß die Richtung geringster Steifigkeit etwa horizontal in Querrichtung liegt. Am stärksten tritt der Effekt dann auf, wenn diese Richtung etwas abwärts geneigt ist, was aus Komponentenzerlegung der auf das Schwenklager wirkenden Kräfte hervorgeht (Anspruch 5).

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen be­ schrieben und erläutert:

Fig. 1: Schematischer Vertikalschnitt durch die erfindungsge­ mäße Hinterachsaufhängung in einer ersten Ausführungs­ form,

Fig. 2: Draufsicht auf Fig. 1,

Fig. 3: Wie Fig. 1, jedoch in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4: Draufsicht auf Fig. 3,

Fig. 5: Wie Fig. 1, jedoch in einer dritten Ausführungsform,

Fig. 6: Draufsicht auf Fig. 5,

Fig. 7: vergrößerte Darstellung des inhomogen-elastischen Schwenklagers und der angreifenden Kräfte.

Das in den Fig. 1, 2 nur angedeutete Kraftfahrzeug 1 trägt beispielsweise über Abstützungen 2 einen Fahrschemel 3. Die Abstützungen 2 haben hier nur eine schwingungsdämpfende Wir­ kung, der Fahrschemel 3 ist also gegenüber dem Fahrzeugkörper 1 nicht verschiebbar. In dieser Ausführungsform könnte der Fahr­ schemel daher auch weggelassen werden und die im folgenden beschriebenen Teile wären dann am Kraftfahrzeugkörper selbst befestigt. Der Fahrschemel 3 besteht hier aus den Längsträgern 4 und mindestens einem Querträger 6.

Mit 7, 8 sind die Hinterräder bezeichnet, gemäß dem Pfeil in Fig. 2, der die Vorwärts-Fahrtrichtung anzeigt und dessen Krüm­ mung das Befahren einer Rechtskurve anzeigt, ist das Rad 7 das linke und das Rad 8 das rechte Hinterrad. Diese Räder sind je­ weils an Radträgern 9 gelagert, die mittels oberer Querlenker 11 und unterer Querlenker 12 am Fahrschemel 3 schwenkbar gela­ gert sind. Der obere Querlenker 11 ist außen an einem Punkt 13 des Radträgers 9 und innen an oberen Schwenklagern 14, 15 ange­ lenkt am Fahrschemel 3, die die Schwenkachse 16 bestimmen. Die unteren Querlenker 12 sind außen an den Punkten 17, 18 des Rad­ trägers 9 und innen an den unteren Schwenklagern 19, 20 ange­ lenkt, wobei das vordere (19) und das hintere (20) Schwenklager eine untere Schwenkachse 21 definieren, die aus achskinemati­ schen Gründen im allgemeinen windschief zur oberen Schwenk­ achse 16 liegt.

Erfindungsgemäß sind nun die vorderen Schwenklager 19 in radi­ aler Richtung starr und die hinteren Schwenklager 20 radial in angenähert horizontaler Richtung weich. Weiteres sind er­ findungsgemäß an den unteren Querlenkern 12 in der Nähe der hinteren Schwenklager 20 ungefähr rechtwinkelig nach oben ge­ richtete Winkelhebel 24 angebracht, die sich auf Feder-Dämpfer­ einheiten 25 (im folgenden der Einfachheit halber nur mehr Fe­ dern genannt) abstützen. Alle Schwenklager 14, 15, 19, 20 sind am Fahrschemel 3 oder bei Fehlen eines solchen am Kraftfahr­ zeugkörper 1 befestigt. Die Federn 25 sind quer zur Fahrt­ richtung annähernd horizontal angeordnet, so daß sich ihre Aufstandskräfte weitgehend aufheben. Die restlichen Kräfte werden von einem Widerlager 26 aufgenommen, das in dieser Aus­ führungsform am Querträger 6 des Fahrschemels 3 oder bei Fehlen eines solchen am Kraftfahrzeugkörper befestigt oder ein Teil dessen ist.

In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Räder 7, 8 bei Geradeaus­ fahrt einen geringfügig einwärtsgerichteten, also positiven, Vorspurwinkel 27, 28 aufweisen. Durch das erfindungsgemäß ausge­ bildete Widerlager wird nun durch die sich bei Kurvenfahrt ver­ ändernden Radaufstandskräfte ein Lenkeffekt erzeugt. Bei Durch­ fahren einer Rechtskurve etwa, wie durch den Pfeil 10 angedeu­ tet, erhöht sich die Aufstandskraft R des kurvenäußeren Rades und damit auch die Federkraft Fa, wodurch sich das linke hin­ tere Schwenklager 20 um den Weg 31 nach außen verlagert. Da das vordere Schwenklager 19 aber keine radiale Verformung zuläßt, wird das linke Hinterrad 7 um einen kleinen Winkel 29 einwärts geschwenkt. In demselben Maße in dem sich die Radlast am linken Rad erhöht, verringert sie sich am rechten Rad, wodurch dort der umgekehrte Effekt eintritt. Das rechte Schwenklager 20 bewegt sich einwärts, wodurch das rechte Hinterrad 8 leicht nach außen gelenkt wird. Es entsteht also ein gleichsinniges Einlenken der Hinterräder 7, 8, was untersteuerndes Verhalten fördert. Eine genaue Beschreibung der Kraftverhältnisse folgt dann in Fig. 7.

In dem in den Fig. 3,4 dargestellten Ausführungsbeispiel sind gleiche Teile wieder mit denselben Bezugszeichen wie in den Fig. 1, 2 versehen. Der Unterschied besteht darin, daß Abstütz­ lager 40 mit definiertem elastokinemtaischen Verhalten ver­ wendet werden und daß das Widerlager 44 nicht mit dem Fahr­ schemel 3, sondern mit dem Fahrzeugkörper 1 verbunden ist. Das elasto-kinematische Verhalten der Abstützlager 40 ist in Fig. 4 durch die Richtungen 41 geringsten Verformungswiderstandes in einer horizontalen Ebene und durch die darauf senkrechten Pol­ strahlen 42 angedeutet, die sich in einem Pol 43 schneiden, der hinter dem Widerlager 44 liegt. Dadurch führen die Reaktions­ kräfte der Federn 25 nicht nur zu dem unter Fig. 1, 2 beschrie­ benen Lenkeffekt durch die verformbaren hinteren Schwenklager 20 sondern auch durch Verdrehen des Fahrschemels 3 in dem Drehsinn, der den Lenkeffekt der Hinterräder verstärkt.

In den Fig. 5, 6 ist eine weitere Variante dargestellt, die sich von den vorherigen dadurch unterscheidet, daß die Un­ terlenker 50 in starren unteren Schwenklagern 51, 52 und die Oberlenker 53 in Schwenklagern 54, 55 geführt sind, wovon wieder das hintere Schwenklager 55 inhomogen-elastisch ausgebildet ist. Weiters sind die Winkelhebel 56 hier an den Oberlenkern 53 angebracht. Die Wirkungsweise ist hier im Prinzip dieselbe, nur ist der Nachlauf der Räder 7, 8 hier positiv, und nicht negativ wie in der Ausführungsform gemäß Fig. 1, 2. Die Federelemente 25 stützen sich hier an einem Widerlager 44 des Fahrzeugkörpers 1 ab, könnten sich aber in einer weiteren nicht dargestellten Variante auch am Fahrschemel 3 abstützen, wobei in diesem Fall der zusätzliche Lenkeffekt durch Verdrehen des Fahrschemels wegfallen würde.

In Fig. 7 sind nun die Kraftverhältnisse am linken Unterlenker 12 der Fig. 1, 2 dargestellt. Das Schwenklager 20 besteht aus einem Auge 60, das einstückig mit dem Lenker 12 und dem Winkel­ hebel 24 ist. Innen ist der mit dem Fahrschemel oder Fahrzeug­ körper fest verbundene Teil 61 des Schwenklagers 20. Dazwischen befindet sich ein elastischer Körper 62 aus Gummi oder der­ gleichen, der durch Ausnehmungen 63 die gewünschten Verform­ ungseigenschaften erhält. Durch diese Ausnehmungen 63 ist der elastische Körper 62 in der mit dem Strahl 64 angegebenen Richtung weich und in der mit den dazu orthogonalen Strahlen 65 hart.

Die auf den Winkelhebel 24 wirkende Kraft Fa der Feder 25 er­ zeugt im Schwenklager 20 eine Reaktionskraft, welche sich mit der Reaktionskraft der Radaufstandskraft vektorisch zu einer resultierenden K summiert, in deren Richtung sich der ela­ stische Körper 62 bei homogener Ausführung verformen würde. Da die elastische Verschiebung aber in horizontaler Richtung ge­ wünscht ist, liegt der Strahl 64 um einen Winkel 67 abwärts geneigt der etwa gleich groß dem Winkel 66 zwischen der resul­ tierenden K und dem Lenker 12 ist. Dabei ist gegebenenfalls noch der Winkel 67 zu berücksichtigen, um den die Wirkungs­ richtung der Feder 25 von der Horizontalen abweicht. Die Feder 25 stützt sich in Fahrzeugmitte über ein Widerlager 26 oder 44′ in Fig. 5 gemäß Fig. 1 am Fahrschemel 3 oder über das Widerlager 44 gemäß Fig. 3 am Fahrzeugkörper 1 ab. Im letzteren Fall bewirkt das beschriebene Kräftespiel zusätzlich zu der Verformung des Schwenklagers 20 noch ein Verdrehen des Fahrschemels.

Claims (5)

1. Hinterachsaufhängung für ein Kraftfahrzeug mit inhomogen- elastischen Elementen, bestehend aus beiderseits je einem oberen und einem unteren Lenker,

• a) wovon die einen Lenker Querlenker (12; 53) sind, die um im wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung liegende und von am Fahrzeug befestigten vorderen und hinteren Schwenklagern (19, 20; 54, 55) gebildete Achsen schwenkbar sind,
• b) und die anderen Lenker (11; 50) beliebiger Richtung sind, die an mindestens einem am Fahrzeug befestigten Schwenklager (14; 51, 52) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß
• c) die Querlenker (12; 53) Winkelhebel (24; 56) aufweisen, die auf im wesentlichen quer und horizontal angeordnete Federdämpfereinheiten (25) drücken, die sich an einem gemeinsamen Widerlager (26, 44) des Fahrzeuges (1) abstützen,
• d) und die vorderen Schwenklager (19; 54) der Querlenker (12; 53) steif und die hinteren Schwenklager (20; 55) der Querlenker (12; 53) in angenähert horizontaler Richtung (64) weich sind, wobei die Winkelhebel (24; 56) in der Nähe der hinteren Schwenklager (20; 55) angebracht sind.

2. Hinterachsaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Querlenker (12) mit dem Winkelhebel (24) die Un­ terlenker sind.

3. Hinterachsaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Fahrzeug einen Fahrschemel (3) aufweist, der die Schwenklager (14, 15, 19, 20; 51, 52, 54, 55) und das Widerlager (26, 44′) aufnimmt.

4. Hinterachsaufhängung nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug einen Fahrschemel (3) aufweist, der die Schwenklager (14, 15, 19, 20;51, 52, 54, 55) der Lenker (11, 12; 50, 55) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) das Widerlager (44) der Feder-Dämpfereinheiten (25) sich am Fahrzeugkörper (1) selbst abstützt,
• b) zwischen Achsschemel (3) und Fahrzeugkörper (1) Abstütz­ lager (40) vorgesehen sind, deren Elastizität in der hori­ zontalen Ebene richtungsabhängig ist,
• c) wobei die Abstützungen so angeordnet sind, daß die Norm­ alen (42) auf die Richtungen geringsten Verformungswider­ standes (41) durch die Abstützlager (40) sich in einem Pol (43) schneiden, der in Fahrtrichtung hinter dem mit dem Fahrzeugkörper selbst verbundenen Widerlager (44) liegt.

5. Hinterachsaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das die Richtung geringster Steifigkeit (64) der hinteren Schwenklager (20) der Querlenker (12; 55) in einer Normalebene auf die Schwenkachse um einen Winkel (67) abwärts geneigt sind, der aus dem Verhältnis der Längen von Querlen­ ker (12; 55) und Winkelhebel (24; 56) sowie aus der maximalen und minimalen Steifigkeit der Schwenklager (20) ergeben.