DE69522434T2

DE69522434T2 - Aufhängungssystem

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Publication number: DE69522434T2
Application number: DE69522434T
Authority: DE
Original assignee: Multimatic Inc
Current assignee: Multimatic Inc
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1995-10-06
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2015-10-07
Also published as: EP0730534B1; AU3602495A; CN1062219C; CN1136793A; KR100386366B1; KR960706410A; US5839742A; CA2117945C; CA2117945A1; DE69522434D1; ES2161908T3; EP0730534A1; BR9506409A; ATE204811T1; JPH09507451A; JP3499566B2; WO1996011815A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft ein Aufhängungssystem für Räderfahrzeuge, und sie betrifft insbesondere eine modulare Radaufhängung, bei der das Energiespeichermedium Energie bis zu irgendeinem vorbestimmten Maß bei irgendeiner Relativstellung der Radeinheit und dem Fahrzeugaufbau rückgewinnbar speichern kann.

ERÖRTERUNG DES STANDES DER TECHNIK

Obgleich eine Radaufhängung nicht so alt ist wie das Rad selbst, kann man die Entwicklung der Radaufhängung zurückverfolgen bis lange vor den Verbrennungsmotor und was wir als Fahrzeug bezeichnen. Man hat das Rad immer als Pioniererfindung angesehen, da es ein Mittel zum Transport von zuvor nicht bewegbaren Gegenständen schaffte. Sobald sich aber dessen Verwendung weit verbreitete, wurden inhärente Probleme offensichtlich. Ein Fahrzeug (egal ob Lastfuhrwerk oder moderner Formel 1-Rennwagen) besteht aus einer relativ großen Masse, die mit Hilfe von Rädern auf einer Fläche rollt. Die meisten Fahrzeuge werden ohne Radaufhängung akzeptabel funktionieren, wenn die fragliche Fläche so glatt wie ein Billardtisch ist. Wenn aber eine Bodenwelle vorhanden ist, die von einem Rad oder allen Rädern überfahren werden muss, werden drei wesentliche Nachteile unmittelbar offensichtlich. Das gesamte Fahrzeug wird gezwungen, sich über die Bodenwelle hinweg auf- und abwärts zu bewegen, was zu Folgendem führt:
(a) ein Fahrzeuginsasse wird direkt der Einwirkung der gesamten Bodenwelle ausgesetzt, so dass das, was die Industrie als "Fahrkomfort [ride]" bezeichnet, beträchtliche Einbußen erfährt,
(b) es werden beträchtliche Energien aufgewandt, da die Masse des gesamten Fahrzeugs dazu gezwungen wird, über die Bodenwelle hinweg aufzusteigen, wodurch die Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs beträchtlich reduziert werden kann,
(c) das Fahrzeug wird beträchtlich schwieriger zu lenken, da die Vorwärtsgeschwindigkeiten zunehmen (auf irgendeine Geschwindigkeit schneller als ein flotter Spaziergang), wenn das Fahrzeug Nickbewegungen über eine Bodenwelle oder mehrere Bodenwellen ausführt.
All diese Nachteile sind beträchtlich und es sollte klar sein, dass eine Radaufhängung nicht nur zur Verbesserung des "Fahrkomforts" eingebaut ist. Moderne Rennwagen verwenden für den "Fahrkomfort" keine Aufhängung, sondern dort ist eine Radaufhängung ist vorhanden, um sich fast ausschließlich mit den Punkten (b) und (c) zu befassen, nämlich der Geschwindigkeitsverringerung und dem "Nicken". Die Radaufhängung hat sich von Lederstreifen an Fahrzeugen, wie beispielsweise der Hansom-Kraftdroschke, zu einer fast universell akzeptierten Feder-Dämpfer-Einheit entwickelt. Es ist immer irgendein Energiespeichermedium wie beispielsweise eine Feder enthalten.
Um zu verstehen, wie eine moderne Aufhängung funktioniert, muss man beachten, dass das Fahrzeug aus fünf einzelnen Massensystemen besteht (Hauptkörper und vier Rädersysteme), wie in Fig. 1 gezeigt (Annahme einer unabhängigen Aufhängung von vier Rädern). Offensichtlich ist das primäre System das Gewicht des Fahrzeugaufbaus, das als "gefederte Masse" bezeichnet wird. Jedes Rad, jeder Reifen und jede Nabe (allgemein mit daran angebrachter Bremseinrichtung) hat offensichtlich ein beträchtliches Gewicht und ist der Radaufhängung "vorgeschaltet" und wird als "ungefederte Masse" bezeichnet wird. Das Kernkonzept einer modernen Radaufhängung besteht darin, die "ungefederte Masse" von der "gefederten Masse" durch ein Energiespeichermedium zu isolieren; das typischerweise eine Feder ist. Dies lässt es zu, dass die "ungefederte Masse" (Rad-Nabenanordnung) unabhängig von der Masse des Fahrzeugaufbaus Bodenwellen hinauf fahrt und überfährt. Die leichtere "ungefederte Masse" kann aufgrund des großen Trägheitsunterschieds gegen die schwerere "gefederte Masse" bewegt werden, ohne dass letztere gestört wird. Je leichter die "ungefederte Masse" ist (oder anders herum, je schwerer die "gefederte Masse" ist), um so besser ist die Leistung des Systems. Man verwendet eine Feder (egal ob Schraubenfeder, Blattfeder, Torsionsstange, Luft/Stickstoff, Gummi etc.), um zuzulassen, dass sich die Radeinheit unabhängig von der Masse des Fahrzeugaufbaus bewegt.
Dieser Standardaufbau einer Radaufhängung funktioniert gut und eine solche Radaufhängung kann durch Änderung der Federrate auf ein bestimmtes Fahrzeug abgestimmt werden. Eine isolierte Feder ist aber mit dem inhärenten Mangel behaftet, dass sie nach Zusammenstauchen eine längere Zeitspanne weiter schwingen wird, solange darauf keine äußeren Kräfte einwirken. Deshalb ist ein Dämpfer eingebaut, um Federschwingungen zu kompensieren und sie schnell zum Stillstand zu bringen.
Die Wurzel der Theorie zur Radaufhängung ist Newtons zweiter Hauptsatz der Bewegung (F = Ma), womit gemeint ist, dass die Kraft gleich der Masse mal ihre Beschleunigung ist. Eine Feder erzeugt in Reaktion auf eine vorgegebene Längenänderung eine Kraft. Die entgegenwirkende Kraft ist der ausgeübten Längenänderung (das ist der Betrag, um den sie zusammengedrückt wird) direkt proportional. Die Gleichung, die dieses Verhältnis beschreibt, ist wie folgt:
F = Kx, wobei F = erzeugte Kraft
K = Federrate
x = ausgeübte Längenänderung
Ein Dämpfer erzeugt in Reaktion auf eine vorgegebene eingebrachte Geschwindigkeit eine Kraft. Die vom Dämpfer ausgeübte Kraft ist der eingebrachten Geschwindigkeit (Bewegungsgeschwindigkeit des Dämpfers) direkt proportional. Die Gleichung, die dieses Verhältnis beschreibt, ist wie folgt:
F = Cv, wobei F = erzeugte Kraft
C = Dämpfungskoeffizient
v = eingebrachte Geschwindigkeit
Da die Fahrbahnunebenheit eher eine Längenänderung ausübt als eine Geschwindigkeit einbringt, wird es offensichtlich, dass die Feder eine primäre Komponente einer Radaufhängung ist und der Dämpfer (Stoßdämpfer) eher eine sekundäre Funktion erfüllt. Dies wird durch die Tatsache veranschaulicht, dass im Falle, dass ein Stoßdämpfer eines Fahrzeuges versagt, der Fahrer trotz der sich ergebenden Schwingungen das Fahrzeug weiter fahren kann. Eine gebrochene Feder führt aber dazu, dass das Fahrzeug nicht mehr betriebsfähig ist.
Somit kann mit einer geeigneten Kombination von Federn und Stoßdämpfern eine akzeptable Radaufhängung geschaffen werden. Leider wird in Analysen, die zu solch einer Aufhängung führen, nur der "Federkomfort" des Fahrzeugs in Betracht gezogen, was aber nicht das einzige Kriterium ist, mit dessen Hilfe das Verhalten eines Fahrzeuges beurteilt wird. Die Industrie hat auch einen weiteren Anspruch, der als "Steuerverhalten [handling]" bekannt ist. Leider kann mit den gegebenen Verfahren zur Regelung des "Fahrkomforts" und des "Steuerverhaltens" die Verbesserung eines dieser Kriterien diametral zu dem anderen stehen.
Wenn ein Fahrzeug um eine Ecke oder Kurve fährt, wird es aufgrund der auf seinen Schwerpunkt einwirkenden Zentrifugalkraft (dargestellt in Fig. 2) dazu neigen, auf seiner Radaufhängung auswärts zu "wanken". Außerdem verursacht die Verzögerung bei starkem Bremsen, dass das Fahrzeug auf seiner Aufhängung nach vorn "nickt". Beide Erscheinungen erzeugen ein schlechtes Steuerverhalten. Sowohl das Wanken als auch das Nicken können durch eine Versteifung der Federn reduziert werden, was aber unglücklicherweise direkt den Fahrkomfort des Fahrzeuges verringert. Durch die Einbeziehung einer als Drehstabstabilisator bekannten Einrichtung kann der Wankeffekt beträchtlich verringert werden, ohne dass dies zu einer beträchtlichen Verschlechterung des Fahrkomforts führt, die bei steifen Federn auftritt. Diese Einrichtung verbindet die zwei Seiten des Fahrzeuges mit einer vorgegebenen Steifigkeit miteinander. Wenn der Wagen auf der außenseitigen Radaufhängung wankt, zieht der Drehstabstabilisator die innenseitige Aufhängung nach oben und sie behält demzufolge einen flacheren Fahrzeuglevel (Fig. 3) bei. Der Drehstabstabilisator verursacht aber einen etwas negativen Fahrzeugkomfort, da er die Radaufhängungen miteinander koppelt.
Es gibt derzeit zwei Grundaufbauten für Radaufhängungen, die bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen verwendet werden. Dies sind das McPherson-Federbein (Fig. 4) und der Doppellenker (Fig. 5). Der Doppellenker (Doppelquerlenker kann in vielen verschiedenen und andersartigen Arten konfiguriert werden, so auf die nun moderne "Short Long Arm" (SLA)-Anordnung. Es gibt auch andere Konfigurationen, diese werden aber nicht weitverbreitet verwendet. Das MePherson-Federbein ist bei vorderradangetriebenen Fahrzeugen weitverbreitet, da es Raum schafft für Halbwellen und die Lenkfunktion auf einfache Weise ermöglicht. Doppellenkeranordnungen führen bei vorderradangetriebenen Fahrzeugen zu Problemen, da die Federdämpfereinheit das gleiche Raumvolumen einnimmt wie die Halbwelle.
Die zuvor beschriebenen herkömmlichen Radaufhängungen besitzen eine Anzahl inhärenter Beschränkungen. Alle genannten Anordnungen überführen Radaufhängungslasten über ein Feder-Dämpfer-System in abliegende Bereiche des Fahrzeuges (d. h. weg von dem Steuersystem für die Radaufhängungsgeometrie). Dies erfordert schwere und teuere Bauteile wie beispielsweise die Federbeinstütze, die man an vielen vorderradgetriebenen Fahrzeugen findet. Dieses System wird auch in vielen Einzelteilen angeliefert und diese müssen bei der Herstellung des Fahrzeugs zusammengebaut werden. Der hauptsächliche Nachteil ist aber in der festen Beziehung zu sehen, die zwischen der Radbewegung und dem Federzusammendrückweg besteht. Dies muss nicht notwendigerweise ein direktes, lineares Verhältnis sein, es ist aber fest. Es kann wünschenswert sein, und es ist möglich, während großer, eingebrachter Fahrbahnunebenheiten die Radrate [wheel rate] (die effektive Federrate an dem Kontaktausschnitt des Reifens) zu erhöhen, so dass ein Durchfedern bis zum Aufsetzen der Radaufhängung nicht auftritt (Fig. 6). Diese Anordnung gewährleistet ein weiches Dahingleiten über kleine Fahrbahnunebenheiten, wird aber bei größeren Unebenheiten steifer. Ist aber ein solche Radaufhängung einmal festgelegt, mit einem akzeptablem Kompromiss zwischen Steuerverhalten und Fahrkomfort, kann nichts mehr getan werden. Viele Systeme bieten nun die Wahl zwischen einem Fahrkomfort, der als "Sport/Touring" oder "hart/weich" bezeichnet wird, was nichts anderes ist als ein elektronisches Regeln der Stoßdämpferventile. Wie zuvor beschrieben, ist diese Dämpfungsfunktion von zweitrangigem Interesse und bietet nicht wirklich eine Wahl zwischen weichem und hartem Fahrkomfort, wie es durch die Feder festgelegt wird.
Der Einsatz von aktiven Radaufhängungen war in jüngster Zeit der größte Schritt bei der Entwicklung von Radaufhängungen und bei weitem die größte Innovation. Als aktive Radaufhängung bezeichnet man den kompletten Wegfall der passiven Feder-Dämpfer-Einheit und dessen Austausch durch einen Hydraulikzylinder. Ein mit Öl gefüllter Hydraulikzylinder wird für sich alleine keine Federfunktion erfüllen und der Wagen wird auf eine bockende, unkontrollierte rollende Masse reduziert, wenn er Fahrbahnunebenheiten ausgesetzt ist. Wenn aber aufzunehmende Fahrbahnunebenheiten erfasst werden können und eine Hydraulikpumpe und ein Ventilsystem schnellwirkend ausgebildet sind (unter Verwendung eines auf einem Computer basierenden Regelungssystems), kann der Zylinder angehoben und abgesenkt werden, um die Räder über Unebenheiten zu bewegen. Dies ist die Grundfunktion (und am schwierigsten zu erzielen) eines solchen aktiven Federungssystems, aber die sekundären Ziele sind immens groß, indem mit den richtigen Sensor- und Regelalgorithmen Nicken und Wanken praktisch vollständig "herausgefiltert" oder eliminiert werden können. Die hauptsächliche Beschränkung bei aktiven Radaufhängungen ist in der Fähigkeit der Systeme zu sehen, schnell genug zu erfassen und zu bewegen, um auf Fahrbahnstöße einwandfrei reagieren zu können. Dies ist für Straßenfahrzeuge immer noch ein unüberwindliches Problem, und Formel 1-Rennwagen, die derartige Systeme verwenden, sind nur aufgrund der extremen kostenintensiven Bauteile und der extrem flachen Straßenoberfläche, der sie ausgesetzt sind, erfolgreich.
Die Druckschrift WO-A-88/07454 offenbart ein als in sich geschlossenes Modul aufgebautes Feder-Dämpfer-System mit ersten und zweiten Nockenplatten, einem Federenergiespeichermedium, das zwischen der ersten Nockenplatte und einer zusätzlichen Platte angeordnet ist, wobei die Nockenplatten eine Nockenfläche mit vorbestimmtem Profil haben, die erste Nockenplatte zu der zusätzlichen Platte hin und hiervon weg bewegbar ist, die erste Nockenplatte auf einer Zentralachse drehfest angeordnet ist, Nockentaster, die mit den Nockenflächen der Nockenplatten in Eingriff sind, wobei die zweite Nockenplatte bezüglich des Fahrzeugaufbaus drehfest angeordnet ist, die Zentralachse mit einem Aufhängungsarm einer Rad- und Nabenanordnung verbunden ist, so dass bei der Bewegung des Aufhängungsarms der Rad- und Nabenanordnung die Beziehung zwischen der Radbewegung und dem Zusammendrücken des Federenergiespeichermediums durch das Profil der Nockenflächen vorgeschrieben ist. Die zwischen den Nockenplatten und der zusätzlichen Platte gebildeten Kammern sind mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Die Hydraulikflüssigkeit wird durch die Bewegung der ersten Nockenplatte von einer Kammer zur anderen durch eine Öffnung hindurch gedrückt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung überwindet die inhärenten Probleme der zuvor beschriebenen Radaufhängungen nach dem Stand der Technik.
Ein Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Radaufhängung mit einem extrem gut umschlossenen Kräftesystem bereitzustellen, das Lasten in den Kontrollelementen der Radaufhängungsgeometrie konzentriert (Fig. 7). Dadurch ist es nicht länger erforderlich, große und schwere lastaufnehmende Bauteile in entfernten Bereichen des Fahrzeuges vorzusehen. Die kompakte Anordnung ist auch sehr gut für Vorderradantriebe geeignet, da keine Verengung auf das Packungsvolumen der Halbwelle vorhanden ist. Schließlich kann das System so gestaltet werden, dass es einen der Querlenker und eine der Drehbefestigungen enthält, wodurch in einer Einheit die Kontrolle der Radaufhängungsgeometrie und die Federdämpfung kombiniert wird. Dieses Baukastenprinzip ermöglicht einen äußerst stark vereinfachten Zusammenbau am Band.
Ein weiterer Vorteil des Systems besteht darin, dass unter Verwendung herkömmlicher Feder- Dämpfer-Technologie ein akzeptabler Fahrkomfort erzielt wird, während gleichzeitig auf Belange betreffend das Steuerungsverhalten, wie Nicken und Wanken, aktiv reagiert werden kann. Dies wird erzielt, indem ein Mittel zum Verändern der geometrischen Beziehung zwischen dem Rad und den Federkomponenten vorhanden ist. Dies lässt tatsächlich eine stufenlos variable Radrate [wheel rate] zu. Außerdem kann die Fahrhöhe (Position des Fahrzeugs über der Bodenebene) in gleicher Weise variiert werden. Diese Flexibilität lässt es zu, dass auf Fahrbahnunebenheiten mit einer sehr wünschenswerten weichen Federung reagiert werden kann, während mit Nick- und Wankbewegungen mittels kurzer Versteifungsperioden oder Fahrhöheneinstellungen umgegangen werden kann. Diese Anordnung eliminiert komplizierte Antieintauch- oder Antitrimmgeometrien und macht auch einen Drehstabstabilisator unnötig.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung eine Radaufhängung für ein Räderfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung erzeugt das Energiespeichermedium eine Kraft im Verhältnis zu einer Längenänderung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die Mittel zum wiedergewinnbaren Speichern von Energie Mittel zum Umwandeln der Vertikalbewegung der Rad- und Nabenanordnung in eine Drehbewegung eines Verbindungsarmes und Mittel zum Umwandeln der Drehbewegung des Verbindungsarmes in eine Linearbewegung des Energiespeichermediums.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung enthalten die Mittel zum Umwandeln der Drehbewegung des Verbindungsarms in eine Linearbewegung des Energiespeichermediums Nockenflächen.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet die Radaufhängung Mittel zum unabhängigen Zusammendrücken des Energiespeichermediums unabhängig von der Vertikalbewegung der Rad- und Nabenanordnung, um Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeuges zu erzielen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Radaufhängung für ein Räderfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 3.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung sind die Nockentaster Rollen und die Nockentasterhalter sind Rollenträger.
Gemäß weiteren Aspekten der Erfindung ist das Energiespeichermedium eine Schraubenfeder, thermoplastisches oder warm ausgehärtetes Material, ein oder mehrere Gasspeicher oder Tellerfedern.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Beziehung zwischen der Bewegung der Rad- und Nabenanordnung und des Zusammendrückens des Energiespeichermediums zusätzlich durch Drehen eines Rampenringes und einer Energiespeichermediumplattform unabhängig von den Nockentasterhaltern variiert.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung werden der Rampenring und die Energiespeichermediumplattform zusätzlich unabhängig von den Nockentasterhaltern gedreht mittels eines auf den Reaktionsarm wirkenden Aktuators.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zwischen dem Energiespeichermedium und dem Fahrzeugaufbau ein Dämpfer angeordnet, um das Schwingen des Energiespeichermediums zu kontrollieren.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Dämpfer ein Drehdämpfer, der koaxial mit dem Energiespeichermedium befestigt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nun in mehr Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigen, wobei:
Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer typischen Radaufhängung für ein Räderfahrzeug ist,
Fig. 2 eine schematische Vorderansicht eines typischen Räderfahrzeuges ist, das eine Linkskurve fährt,
Fig. 3 ist eine schematische Perspektivansicht, die einen Drehstabstabilisator nach dem Stand der Technik zeigt, der einer Kurvenlast unterworfen ist,
Fig. 4 ist eine schematische Perspektivansicht, die ein typisches McPherson- Federbein mit Querlenker zeigt;
Fig. 5 ist eine schematische Perspektivansicht, die eine typische Radaufhängung nach dem Stand der Technik mit Doppellenker zeigt,
Fig. 6 ist ein Kurvendiagramm, das die Last und die Längenänderung für typische lineare und nichtlineare Federraten zeigt,
Fig. 7 ist eine schematische Perspektivansicht eines mit einer Radaufhängung der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Doppellenkerkonfiguration ausgestatteten Rades zeigt,
Fig. 8 ist eine schematische Perspektivansicht einer Nabenanordnung, die mit dem Aufhängungssystem der Erfindung ausgestattet ist,
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht von vorne einer Rad- und Nabenanordnung, die mit dem Aufhängungssystem der Erfindung ausgestattet ist,
Fig. 10 ist eine schematische Perspektivansicht eines Teils des Aufhängungssystems der Erfindung,
Fig. 11 ist eine schematische Draufsicht eines Teils des Aufhängungssystems der Erfindung,
Fig. 12 ist eine schematische Vorderansicht eines Teils des Aufhängungssystems der Erfindung,
Fig. 13 entspricht der Ansicht der Fig. 11, wobei die Bewegung der Komponenten des Aufhängungssystems der Erfindung gezeigt ist,
Fig. 14 entspricht der Ansicht der Fig. 12, wobei die Bewegung der Komponenten des Aufhängungssystems der Erfindung gezeigt ist,
Fig. 15 ist eine perspektivische Explosionsansicht bestimmter Komponenten des Radaufhängungsmoduls der Erfindung;
Fig. 16 zeigt die Beziehung zwischen Last und Längenänderung, die aus der Bewegung bestimmter Komponenten der Radaufhängung gemäß der Erfindung resultieren mit gleichzeitigem Eingriff von Nockenflächen,
Fig. 17 zeigt eine zu der Beziehung der Fig. 16 alternative Beziehung mit nicht gleichzeitigem Eingriff von Nockenflächen,
Fig. 18 zeigt eine zu den Beziehungen der Fig. 16 und 17 weitere Alternative mit mehreren geneigten Nockenflächen,
Fig. 19 zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Teils der Radaufhängung gemäß der Erfindung mit Aktuatoren zum unabhängigen Drehen der Federblattformen,
Fig. 20 zeigt eine schematische Vorderansicht eines Teils der Radaufhängungssystems der Erfindung mit einem Aktuator zum unabhängigen Drehen der Federplattformen,
Fig. 21 ist eine schematische Perspektivansicht der Radaufhängung der Erfindung mit linearem Dämpfer,
Fig. 22 ist eine schematische Perspektivansicht der Radaufhängung der Erfindung mit Drehdämpfer.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug, das aus fünf einzelnen Massensystemen besteht, dem Fahrzeugaufbau 1 und vier unabhängigen Rad- und Nabenanordnungen 3. Der Fahrzeugaufbau 1 ist mit der Rad- und Nabenanordnung 3 durch hierzwischen angeordnete Schraubenfedern 5 verbunden. Die Federn könnten alternativ auch irgend ein geeignetes Energiespeichersystem sein, wie beispielsweise ein warm ausgehärtetes oder thermoplastisches Material, Gasspeicher oder Tellerfedern.
Die Fig. 2 zeigt die Vorderseite des Fahrzeuges, das eine Linkskurve durchfährt. Das Fahrzeug tendiert aufgrund der Zentrifugalkraft, die auf dessen Schwerpunkt einwirkt, dazu, auf dessen Radaufhängung nach außen zu "wanken" bzw. zu drehen.
Die Fig. 3 zeigt einen Drehstabstabilisator 7 nach dem Stand der Technik, der zwischen den Radaufhängungen (schematisch gezeigt) der zwei Rad- und Nabenanordnungen 3 angeordnet ist.
Die Fig. 4 zeigt einen Querlenker 9, der mit einer Rad- und Nabenanordnung 3 verbunden ist, die von einer eine Feder 5 enthaltenen Federbeinanordnung 6 geführt wird.
Fig. 5 zeigt eine Doppellenkeranordnung nach dem Stand der Technik.
Fig. 6 zeigt für typische lineare und bi-lineare Federraten nach dem Stand der Technik die Beziehung zwischen Kraft und Längenänderung.
Fig. 7 zeigt schematisch den generellen Anbringungsort eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Moduls 11, das in eine Doppellenkeranordnung eingefügt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Hauptmerkmal der Radaufhängung ein Nockenplattenpaar mit Nockenflächen mit vorbestimmten Profil. Die Nockenplatten übertragen die am Drehpunkt des Lenkerarmes erzeugte Drehbewegung in eine Linearbewegung parallel zur Schwenkachse. Dies erlaubt es, dass die Feder koaxial mit der Drehachse angeordnet werden kann, wodurch ein extrem kompaktes Modul geschaffen wird.
Es wird nun auf die Fig. 8 bis 15 Bezug genommen. Der Querlenkerarm 101 ist direkt an einem Paar Rollenhalter 103 angebracht, die um eine Zentralachse 105 drehen. Wenn das System einer Fahrzeugunebenheit ausgesetzt wird, dreht der Querlenkerarm 101 die Rollenhalter 103 um die Zentralachse 105. Drei Nockentaster, in diesem Fall Rollen 107, sind in jedem der Rollenhalter 103 angeordnet, die mit drei Nockenflächen 109 auf Nockenplatten auf jedem Rampenring 111 in Eingriff sind. Die Rampenringe 111 sind mit den Federplattformen 113 verbunden, welche die Schraubenfeder 5 endseitig abschließen. Wenn sich die Rollenhalter 103 drehen, folgen die Rollen 107 den Nockenflächen 109 und zwingen die zusammenwirkenden Rampenringe 111 und Federplattformen 113 dazu, sich axial zu bewegen, wodurch die Schraubenfeder 5 zusammengedrückt wird und die erforderliche Rückstellkraft erzeugt. Das durch die Rampenringe 111 erzeugte Drehmoment wird zur Masse (Fahrzeugaufbau) abgeleitet mit Hilfe der Stützarme 113a, die in die Federplattformen 113 integriert sind. Die Stützarme 113a werden durch eine Drehmomentaufnahmeachse 117 an einer Drehbewegung gehindert, die am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Die Stützarme 113a können sich auf der Drehmomentaufnahmeachse 117 frei axial bewegen.
Die Beziehung zwischen Radbewegung und dem Zusammendrücken der Feder wird durch das Profil der Nockenflächen 109 vorgegeben. Durch Wahl geeigneter Nockenflächenprofile kann eine ansteigende Radrate [wheel rate] unter Verwendung einer Feder mit linearer Federrate erzielt werden, die sowohl billiger als auch leichter herzustellen ist als eine Feder mit ansteigender Federrate. Die Fig. 17 zeigt ein Verfahren zum Erzielen einer nichtlinearen Federrate. Die Rollen 107 kontaktieren die Nockenfläche 109, um eine erste Federrate zu erzeugen. Hiernach kontaktieren die Rollen 107A Nockenflächen 109A, um eine zweite, größere Federrate zu erzeugen. Die Fig. 18' zeigt eine mögliche alternative Anordnung von Rollen 107C und 107D, die zum Eingriff mit Nockenflächen 109C bzw. 109D angepasst sind, um eine Federrate zu erzielen, die sich kontinuierlich in nichtlinearer Weise ändert.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, dass die Beziehung zwischen Radbewegung und dem Zusammendrücken der Feder durch Drehen der miteinander kombinierten Einheiten aus Rampenring 111 und Federplattform 113 unabhängig von den Rollenhaltern 103 verändert werden kann. Dies kann, unter Bezugnahme auf die Fig. 19 und 20, durch Verwendung eines Aktuators 119 erzielt werden, der auf den Stützarm 113a einwirkt, um die Härte des Fahrkomforts einzustellen, ohne die physikalischen Komponenten der Radaufhängung zu verändern. Wenn diese Technik an einzelnen Rädern angewandt wird, kann ein aktives Aufhängungssystem geschaffen werden. Ein Computer, der das Nicken und Wanken eines Fahrzeugaufbaus erfasst, kann geeignete Signale aussenden, um die Federung des "belasteten" Rades oder der Räder zu versteifen, wodurch eine ebene Fahrzeughöhe erzielt wird. Gleichmäßige Fahrzeugunebenheiten werden weiterhin von der Radaufhängung ohne eine derartige aktive Kontrolle verarbeitet.
In die Radaufhängung der Erfindung können Dämpfer eingefügt werden, um Federschwingungen zu kontrollieren. Die Fig. 21 und 22 zeigen schematisch die vorliegende Erfindung, wobei ein Lineardämpfer 21 oder ein Drehdämpfer 23 in der Radaufhängung enthalten ist.
Für den Fachmann sind Modifikationen der beschriebenen Erfindung offensichtlich und können vorgenommen werden, ohne von dem Kern der beanspruchten Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Aufhängungssystem, das als in sich geschlossenes Modul (11) ausgebildet ist, für ein Räderfahrzeug mit:

a) einem Federenergie-Speichermedium (5), das zwischen einem Paar Nockenplatten mit ein vorgegebenes Profil aufweisenden Nockenflächen (109) angeordnet ist, wobei die Nockenplatten aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind und bezüglich einer Zentralachse (105) drehfest angeordnet sind,

b) einem Paar Nockentasterhalter (103), die mit den Nockenflächen (109) der Nockenplatten in Eingriff stehende Nockentaster (107) tragen, wobei die Nockentasterhalter (103) um die Zentralachse (105) drehbar und mit einem Aufhängungsarm (101) einer Rad- Nabenanordnung (3) derart verbunden sind, dass während einer Bewegung des Aufhängungsarmes (101) der Rad-Nabenanordnung (3) die Beziehung zwischen Radbewegung und Zusammendrücken des Federenergie-Speichermediums durch das Profil der Nockenflächen (109) vorgegeben ist.

2. Aufhängungssystem nach Anspruch 1, mit zur Nick- und Rollsteuerung des Fahrzeugs dienenden Ausgleichsmitteln (119), um das Federenergie-Speichermedium (5) unabhängig von der Vertikalbewegung der Rad-Nabenanordnung (3) zusammenzudrücken.

3. Aufhängungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Aufhängungssystem an einem Fahrzeug angeordnet ist, das relativ gesehen viel schwerer ist als die Rad- Nabenanordnung (3):

- das Federenergie-Speichermedium (5) ist koaxial auf der Zentralachse (105) angeordnet,

- jeder Nockentasterhalter (103) umfasst wenigstens einen Nockentaster (107) und jeder Nockentaster (107) ist mit einer Nockenfläche (109) auf einem Rampenring (111) in Eingriff, wobei jeder Rampenring (111) an einer Federenergie-Speichermedium-Plattform (113) fest angebracht ist und jede Federenergie-Speichermedium-Plattform (113) zum Erfassen von einem Ende des Federenergie-Speichermediums (5) ausgebildet ist,

- jeder Rampenring (111) und jede Federenergie-Speichermedium-Plattform (113) ist axial verschiebbar ausgebildet, um das Federenergie-Speichermedium (5) in Folge einer Verdrehung der Nockentasterhalter (103) und der jeweiligen Nockentaster (107) über die jeweiligen Nockenflächen (109) zusammen zu drücken, und

- in jeder Federenergie-Speichermediumplattform (113) ist ein Reaktionsarm (113a) integriert, um das Verdrehen einer jeden Federenergie-Speichermedium-Plattform (113) um die Zentralachse (105) zu verhindern.

4. Aufhängungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Nockentaster Rollen (107) sind.

5. Aufhängungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Federenergie-Speichermedium eine Schraubenfeder (5) ist.

6. Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem das Federenergie-Speichermedium (5) ein warm ausgehärtetes oder thermoplastisches Material ist.

T. Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Federenergie-Speichermedium (5) ein oder mehrere Gasspeicher umfasst.

8. Aufhängungssystem nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem das Federenergie-Speichermedium (5) aus Tellerfedern besteht.

9. Aufhängungssystem nach Anspruch 3, bei dem die Beziehung zwischen Bewegung der Rad-Nabenanordnung (3) und Zusammendrücken des Federenergie- Speichermediums (5) zusätzlich durch Verdrehen eines jeden Rampenrings (111) und jeder Federenergie-Speichermedium-Plattform (113) unabhängig von den Nockentasterhaltern (103) variiert wird.

10. Aufhängungssystem nach Anspruch 3, bei dem jeder Rampenring (111) und jedes Federenergie-Speichermedium (113) unabhängig von den Nockentasterhaltern (103) zusätzlich durch einen auf den jeweiligen Reaktionsarm (113a) wirkenden Aktuator (119), verdreht werden.

11. Aufhängungssystem nach Anspruch 1, bei dem ein Dämpfer (21, 23) zwischen der Rad-Nabenanordnung (3) und dem Fahrzeugkörper angeordnet ist, um Schwingungen des Federenergie-Speichermediums zu kontrollieren.

12. Aufhängungssystem nach Anspruch 1, bei dem ein Dämpfer ein Drehdämpfer (21) ist, der koaxial mit dem Federenergie-Speichermedium (5) montiert ist.