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Die Erfindung betrifft Radaufhängungen für Fahrzeuge.
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Ein Motorfahrzeug mit unabhängiger Radaufhängung (d. h. keine feststehende Achse)
entweder im vorderen oder im hinteren Bereich des Fahrzeuges hat in der Regel ein
Fahrgestell mit einer Radaufhängung, das linke und rechte Aufhängungskomponenten
für die linken und rechten Räder besitzt, von denen jedes so angeordnet ist, daß es
eine zwangsbegrenzte Auf und Abwärtsbewegung des entsprechenden Rades relativ
zum Fahrgestell ermöglicht. Ein Beispiel hierfür ist die bekannte
Doppel-Dreieckslenker-Aufhängung.
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Der Ausdruck "Fahrwerk" wird hierbei verwendet, um sowohl das Fahrwerk eines
Fahrzeuges mit einem getrennten Fahrwerk zum entsprechenden Lasten
aufnehmenden Teil einer selbsttragenden Karosserie (d. h. einer Fahrzeugkarosserie,
bei der das Fahrwerk und die Karosserie in einer Einheit kombiniert sind), und um
Kombinationen hiervon, z. B. die Fahrwerkkomponente einer selbsttragenden
Karosserie mit Teilrahmen zu bezeichnen.
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Bei derartigen unabhängigen Radaufhängungen haben die Aufhängungskomponenten
normalerweise eine Geometrie, die ermöglicht, daß jedes entsprechende aufgehängte
Rad eine Rollbewegung des Fahrgestells beim Kurvenfahren kompensiert und dabei
trotzdem eine im wesentlichen senkrechte Position zur Radoberfläche beibehält, damit
eine optimale Kontaktfläche zwischen Reifen und Fahrbahn und damit ein maximaler
Grip aufrechterhalten wird. Um dies zu erreichen, muß sich der Sturzwinkel eines
jeden Rades in Bezug auf das Fahrgestell ändern, wenn die Aufhängung beim
Kurvenfahren komprimiert oder gestreckt wird (dies steht im Gegensatz zu der
Forderung für ein Motorfahrzeug, bei dem das Reifenprofil rund ist und der
Reifenkontakt von dem Neigungswinkel nicht beeinflußt wird). Im Betrieb wird eine
Aufhängung infolge einer longitudinalen Gewichtsübertragung komprimiert oder
gestreckt. Wenn beispielsweise das Fahrzeug einer hohen Beschleunigung ausgesetzt
wird, wird die longitudinale Gewichtsverlagerung auf die Rückseite des Fahrzeuges
übertragen, wodurch die hintere Aufhängung komprimiert wird und die hinteren
Räder einen negativen Sturz einnnehmen, d. h. daß die hinteren Räder nach innen
geneigt werden. Gleichzeitig wird die vordere Aufhängung gestreckt und bewirkt, daß
die vorderen Räder einen positiven Sturz einnehmen. Dies verringert dann
entscheidend das Ausmaß des Kontaktes der Räder mit der Straßenoberfläche. Der
umgekehrte Fall tritt ein, wenn auf Grund einer Bremsung eine Verzögerung
vorgenommen wird, bei der die Gewichtsverlagerung nach vorne wandert, und die
hintere Aufhängung gestreckt wird, während die vordere Aufhängung komprimiert
wird. In diesem Fall entsteht auch das Problem eines Kompromisses für den Reifen-
Straßen-Kontakt.
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Die Erfindung betrifft das Lösen dieses Problems, ohne das auf die Maßnahmen
Rücksicht genommen werden muß, die beim Kurvenfahren erforderlich sind, und
insbesondere das Sicherstellen eines maximalen Grips beim Kurvenfahren und beim
Beschleunigen, beim Verzögern und bei dazwischen liegenden Situationen, die beide
Vorgänge erforderlich machen.
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Für dieses Problem gibt es verschiedene theoretische Lösungen, die kommerzielle
Anwendung ist jedoch durch eine Vielzahl von Faktoren behindert worden, z. B.
durch übermäßige Komplexität, Kosten, Reibung, NVH (Geräusch/Vibration/Härte),
Platz- und Verpackungsanforderungen und einprägte Beschränkungen wie
Rollmittelpunkt, Aufhängungsweg und andere Konstruktionsbeschränkungen.
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Vorliegende Erfindung schlägt eine einfache und kommerziell verwertbare Lösung vor,
während niedrige Reibung, Kompaktheit, größere Konstruktionsfreiheit und Fähigkeit,
diese Aufgaben zu erfüllen, sichergestellt sind, wobei die Verwendung von auf
Gummi befestigten unteren Aufhängungsarmen möglich ist.
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Aus FR 2 040 840 ist eine Motorfahrzeug-Aufhängung mit linken und rechten, oberen
und unteren Aufhängungselementen bekannt, bei der die oberen
Aufhängungselemente unabhängig von den unteren Aufhängungselementen über eine
hin- und hergehende Stange miteinander gekoppelt sind.
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Gemäß der Erfindung ist ein Motorfahrzeug-Fahrgestell, das ein unabhängiges
Aufhängungssystem aufweist, welches linke und rechte obere und untere
Aufhängungskomponenten für linke und rechte Räder zur Bodenhaftung und zur Fahrt
auf einer Straßenoberfläche besitzt, wobei jede der Aufhängungskomponenten so
angeordnet ist, daß sie eine begrenzte Aufwärts- und Abwärtsbewegung des
entsprechenden Rades relativ zu dem Fahrzeug-Fahrwerk zuläßt, und wobei die obere
Aufhängungs-Komponente auf einer Seite des Fahrzeugs unabhängig von den unteren
Aufhängungs-Komponenten mit der oberen Aufhängungskomponente auf der anderen
Seite des Fahrzeuges querverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querverbindungen jeweils durch eine diagonale mechanische Verbindung zwischen
einem oberen Bereich der oberen Aufhängungs-Komponente auf einer Seite und
einem entsprechenden oberen Bereich der oberen Aufhängungs-Komponente auf der
anderen Seite über eine Verbindungsstange und eine versetzte
Schwenkwellenanordnung vorgesehen sind, wobei zur zwangsläufigen Begrenzung
der Rotationsebene eines jeden Rades in Richtung einer Orientierung, die senkrecht
zu der Straßenoberfläche verläuft, während das Fahrgestell in die Lage versetzt wird,
sich vertikal zu bewegen und relativ zu den Rädern beim Kurvenfahren, beim
Beschleunigen, beim Verzögern und bei Kombinationen dieser Bewegungen zu rollen,
ein oberer Bereich eines jeden Rades seitlich so begrenzt wird, daß jedes
entsprechende Rad in eine Position gezwungen wird, in der es im wesentlichen
senkrecht zur Straßenoberfläche steht.
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Bei herkömmlichen Reifen bedeutet dies im allgemeinen, daß jedes Rad in einer
Position zwangsläufig begrenzt wird, in der es im wesentlichen senkrecht steht, d. h.
senkrecht zu der Straßenoberfläche oder mit einer geringen Abweichung von wenigen
Graden in Bezug auf die Senkrechte.
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Die Erfindung betrifft linke und rechte Aufhängungskomponenten für linke und rechte
Räder entweder in Form eines vorderen Aufhängungssystems eines Fahrzeuges oder in
Form eines hinteren Aufhängungssystems eines Fahrzeuges, oder beider.
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Bei der Aufhängungsvorrichtung nach der Erfindung führt eine vertikale Bewegung des
Rades relativ zum Fahrgestell auf einer Seite eine kompensierende Änderung in der
seitlichen Neigung des Rades relativ zu dem Fahrwerk auf der anderen Seite ein.
Zusätzlich wird zur Erzielung einer Kompensation eines Radsturzes eine nach abwärts
gerichtete vertikale Bewegung der oberen Aufhängungskomponente auf einer Seite in
eine seitliche nach innen gerichtete Bewegung der Aufhängungskomponente auf der
anderen Seite übersetzt, und umgekehrt.
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Falls erwünscht, kann eine Federeinheit vorgesehen werden, die zwischen dem
Fahrgestell und entweder dem oberen Ende einer jeden Aufhängungsstütze, auf der
ein Rad befestigt ist, oder der zugeordneten oberen Aufhängungskomponente der
Radaufhängung wirkt. In diesem Fall liefert vorzugsweise jede Befestigungsstelle der
Federeinheit eine Verschwenkung zwischen dem Ende der Federeinheit und dem
Fahrgestell am einen Ende sowie der Aufhängungsstütze oder dem Oberarm am
anderen Ende. Die Federeinheit erstreckt sich vorzugsweise zwischen den beiden
Befestigungspunkten in einem Winkel zur Vertikalen.
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Dadurch, daß eine relative seitliche Bewegung zwischen den oberen
Aufhängungskomponenten und dem Fahrgestell zugelassen wird, ist es mit der
Erfindung möglich, daß die Kräfte, die beim Kurvenfahren auftreten, genutzt werden
können, um ein Fahrzeugrollen zu verringern und das Ausmaß dieses Effektes auf
unterschiedliche Weise zu modifizieren, indem die Hebelübersetzungsverhältnisse
innerhalb des Systems verändert werden, indem der seitliche Abstand zwischen den
Rad-Mittenlinien und gefederten Außenschwenkstellen des Armes geändert wird
und/oder indem Aufhängungs-Federeinheiten befestigt werden, damit in einem spitzen
Winkel zur Vertikalen eine Einwirkung zwischen dem Fahrgestell und entweder den
Oberarmen oder den oberen Abschnitten der Aufhängungs-Stützen erfolgt. Diese
letztere Methode ist in der Regel nachteilig für die Fahreigenschaften und normalerweise
in einem für Straßenbetrieb ausgelegten Fahrzeug nicht akzeptabel. Dies ist
üblicherweise jedoch kein wichtiger Überlegungspunkt bei der Konstruktion eines
Fahrzeuges für Zugbetrieb, bei dem Leistung und die Wendigkeit von größerer
Bedeutung sind als der Fahrkomfort.
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Nachstehend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand eines
Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 eine Endansicht der linken und rechten Aufhängungskomponenten eines
Doppelarm- (Dreieckslenkeraufhängung) Aufhängungssystems eines Hinterrad
getriebenen Fahrzeuges in der normalen Fahrposition,
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Fig. 2 das gleiche Aufhängungssystem, dargestellt bei einem Kurvenfahrvorgang des
Fahrzeugs,
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Fig. 3 das gleiche Aufhängungssystem bei voll komprimierter Aufhängung,
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Fig. 4 das gleiche Aufhängungssystem mit voll gestreckter Aufhängung, und
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Fig. 5 eine Darstellung, aus der sich ergibt, wie eine Federaufhängungseinheit
zwischen einem Oberarm und dem Fahrgestell eingesetzt werden kann.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Rückansicht eines hinteren Doppelarm-
Aufhängungssystems eines Hinterrad getriebenen Fahrzeuges.
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Ein Fahrgestell 1 ist über einen linken unteren Arm 2 und über einen linken oberen
Arm 3 (über eine versetzte Schwenkwellenanordnung 5) mit einem bereiften Rad 4
verbunden.
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Die rechtsseitige Aufhängungsanordnung ist ein Spiegelbild der linksseitigen
Aufhängungsanordnung und weist einen rechten unteren Arm 6, einen rechten oberen
Arm 7, eine rechte, versetzte Schwenkwellenanordnung 9 und eine rechte
Radanordnung 8 mit Bereifung auf, wobei alle diese Teile entsprechend mit dem
Fahrgestell 1 verbunden sind.
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Nach der Erfindung sind die linken und rechten oberen Aufhängungskomponenten
durch Verbinden der Stange 10 und Anlenken des linken Oberarmes 3 mit der
rechten, versetzten Schwenkwellenanordnung 9 und durch Verbinden der Stange 11,
die an dem rechten Oberarm 7 angelenkt ist, mit der linken, versetzten
Schwenkwellenanordnung 5 querverbunden.
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Die in dieser Weise beschriebene Querverbindung begrenzt zwangsläufig die Ebene
eines jeden Rades (d. h. die Gesamtdisposition des Rades senkrecht zur
Rotationsachse) gegen eine Orientierung, die im wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn steht,
und stellt damit einen maximalen Reifen-Fahrbahn-Kontakt sowohl beim Kurvenfahren
als auch beim Beschleunigen und Verzögern dar. Gleichzeitig stellen die
Gelenkverbindungen sicher, daß das Fahrgestell sich vertikal bewegt und relativ zu diesen
Rädern rollt.
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Dies wird anhand des nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispieles erreicht.
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Beim Kurvenfahren, z. B. nach links (Fig. 2) rollt das Fahrgestell 1 auf die Außenseite
der Biegung zu, und die rechte Aufhängungsanordnung bewegt sich relativ zum
Fahrgestell nach oben, während die linke Aufhängungsanordnung sich relativ zum
Fahrgestell nach unten bewegt. Wie bei dieser Art von Aufhängungssystem normal,
ergibt selbst ohne die Querverbindung nach der Erfindung dann, wenn der rechte
Oberarm 7 nach oben schwenkt, die Geometrie in Bezug auf den rechten unteren Arm
6 eine Vergrößerung des negativen Sturzes der rechten Radanordnung 8 mit Bereifung
relativ zu dem Fahrgestell (d. h. das Rad kippt nach innen in Bezug auf das
Fahrgestell), um eine Fahrgestell/Karosserie-Rollbewegung zu kompensieren und zu
ermöglichen, daß das Rad im wesentlichen senkrecht zur Straßendecke bleibt.
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Im Falle der Erfindung wird ein Teil dieser gewünschten Sturz-Kompensation durch
die Wirkung der Verbindungsstange 10 und der versetzten Schwenkwellenanordnung
9 erreicht, die die gleichzeitige Abwärtsbewegung des linken Oberarmes 3 in eine
nach innen gerichtete seitliche Bewegung des rechten Oberarmes 7 umsetzt. Somit
ergibt eine vertikale Bewegung des Rades auf einer Seite des Fahrzeuges eine
kompensierende Änderung in der seitlichen Neigung des Rades auf der anderen Seite.
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In entsprechender Weise und in umgekehrter Art trägt die Wirkung der
Verbindungsstange 11 und der versetzten Schwenkwellenanordnung 5 zur Erhöhung des positiven
Sturzes der linken Radanordnung 4 mit Bereifung in Bezug auf das Fahrgestell bei (d.
h., daß dieses Rad im wesentlichen senkrecht zu der Fahrbahn verbleibt), wiederum
dazu bei, die Karosserie-Fahrgestell-Rollbewegung zu kompensieren.
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Eine zusätzliche Funktion der Verbindungsstangen 10 und 11 und der versetzten
Schwenkwellenanordnung 9 und 5 besteht darin, die Kräfte zu nutzen, die während
des Kurvenfahrens entstehen, um die Karosserie/Fahrgestell-Rollbewegung zu
verringern.
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Wenn bei Geradeausfahrt beschleunigt wird (siehe Fig. 3), drücken die Einflüsse
einer in Längsrichtung wirkenden Gewichtsübertragung die Aufhängung auf beiden
Seiten zusammen. Bei einem normalen Doppelarm-Aufhängungssystem dieser Art
führt dies zu der Einführung eines negativen Sturzes an beiden Rädern (d. h. beide
Räder kippen nach innen), wodurch ein Kompromiß im Reifen-Fahrbahn-Kontakt und
damit beim Grip erzielt wird. Mit der Erfindung wirkt die nach oben gerichtete
Bewegung der beiden oberen Arme 3 und 7 über die Verbindungsstangen 10 und 11
und versetzte Schwenkwellenanordnungen 9 und 5, damit die Oberarme seitlich nach
außen von der Mittenlinie des Fahrzeuges weg bewegt werden, so daß sichergestellt
ist, daß die Räder im wesentlichen im rechten Winkel zur Fahrbahn verbleiben, und
die Reifen-Fahrbahn-Kontakt-Fläche für einen ziehenden Grip ein Optimum bleibt.
Auch hierbei ergibt sich, daß eine vertikale Bewegung der Rad- und Reifenanordnung
relativ zum Fahrgestell auf einer Seite des Fahrzeuges eine kompensierende Änderung
in der seitlichen Neigung des Rades auf der anderen Seite ergibt.
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Wenn bei Geradeausfahrt eine Verzögerung vorgenommen wird (siehe Fig. 4), sind
die Einflüsse einer in Längsrichtung verlaufenden Gewichtsübertragung dahingehend,
daß die Aufhängung auf beiden Seiten gestreckt wird, was bei einem normalen
Doppelarm-Aufhängungssystem dieser Art zum Auftreten eines unerwünschten
positiven Sturzes führt. In diesem Fall ist die Wirkung der beiden Verbindungsstangen
10 und 11 und der versetzten Schwenkwellenanordnungen 9 und 5 der Art, daß die
beiden Oberarme 7 und 3 zum Kompensieren dieses Effektes dieses Mal die beiden
Oberarme seitlich nach innen bewegen. Somit werden auch hierbei die Räder im
wesentlichen senkrecht zur Fahrbahn gehalten, und der Rad-Fahrbahn-Kontakt bleibt
für einen maximalen Bremsgrip optimal.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung wirken
Aufhängungsfedereinheiten (nicht dargestellt) normalerweise zwischen dem Fahrgestell 1 und
jedem der unteren Arme 2 und 6, so daß eine Einwirkung zwischen den Aufhängungs-
Federbelastungen und den querverbundenen oberen Aufhängungs-Komponenten
vermieden wird. Wenn die Aufhängungsfedereinheiten so befestigt sind, kann die
eingeprägte Fähigkeit dieser Ausführungsform, das Ausmaß des Fahrzeugrollens beim
Kurvenfahren zu beeinflussen, durch Änderung der Hebelverhältnisse innerhalb des
Systems und/oder des seitlichen Abstandes zwischen den Rad-Mittenlinien 12 (12')
und den gefederten Arm-Außenschwenkstellen 13 (13') modifiziert werden.
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Fig. 5 zeigt eine Abänderung der zuletzt beschriebenen Anordnung. Hierbei ist die
Fähigkeit des Systems, ein Fahrzeugrollen zu beeinflussen, dadurch modifizierbar, daß
Aufhängungs-Federeinheiten 14 (14') an entgegengesetzten Enden 18, 19 (18', 19')
zwischen oberen Lagerböcken 15 (15'), die mit dem Fahrwerk verbunden sind, und
entweder unteren Lagerböcken 16 (16'), die mit den Oberarmen 3 (7) verbunden sind,
oder dem oberen Teil der Aufhängungsstützen 17 (17') schwenkbar befestigt sind. Die
Möglichkeit dieser Anordnung, das Ausmaß des Rollens zu beeinflussen, kann dann
dadurch modifiziert werden, daß der Neigungswinkel der Aufhängungs-
Federeinheiten 14 (14') gegenüber der Vertikalen verändert wird.