DE69918572T2

DE69918572T2 - Radaufhängungsanordnung bei einem fahrzeug

Info

Publication number: DE69918572T2
Application number: DE69918572T
Authority: DE
Inventors: Sigvard ZETTERSTRÖM
Original assignee: Volvo Car Corp
Current assignee: Volvo Car Corp
Priority date: 1998-12-29
Filing date: 1999-12-23
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: WO2000038939A1; EP1144212B1; SE9804592L; US20010030400A1; AU2137300A; US6386553B2; SE9804592D0; SE516990C2; DE69918572D1; EP1144212A1

Description

Technischer Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Radaufhängungsanordnung bei einem Fahrzeug entsprechend der Einleitung zu Anspruch 1. Als integrierte Radaufhängungsanordnung soll die Erfindung insbesondere dazu dienen, das jeweilige Rad eines Kraftfahrzeugs zu lenken, anzutreiben und zu bremsen.
Hintergrund der Erfindung
Heutzutage sind bei Fahrzeugen, z.B. PKW, verschiedene Systeme der Rad-und Achsaufhängung anzutreffen. Bei solchen Radaufhängungen geht es bekanntermaßen darum, dass sie für eine Befestigung und federnde Aufhängung der Fahrzeugräder sorgen, und gleichzeitig den Fahrzeuginsassen einen hohen Komfort bieten, die Straßengängigkeit verbessern und die Lebensdauer des Fahrzeugs verlängern.
Es ist eine Vielzahl von Radaufhängungsarten bekannt, z.B. Systeme mit starren oder geteilten Radachsen, die je nach Bedarf durch Federbauteile, Stoßdämpfer und andere Bauteile ergänzt werden können. Außerdem werden oft auch Fahrzeugräder und Fahrwerk verbindende kraftdämpfende Gestänge und Querstabilisatoren zur Verringerung übermäßiger Rollbewegungen des Fahrzeugs eingesetzt.
Die heutigen Fahrzeuge sind gewöhnlich so konstruiert, dass die Radantriebsachsen mit einem Motor verbunden sind, z.B. einem herkömmlichen Otto- oder Diesel-Verbrennungsmotor. Die Verbindung zwischen den Radachsen und dem Motor wird dann über ein Getriebe und mechanische Kraftübertragungseinrichtungen hergestellt. Zudem sind die Fahrzeugräder mit Bremsvorrichtungen, wie herkömmlichen Scheiben- oder Trommelbremsen ausgerüstet, die in der bekannten Art und Weise durch das Betätigen des Bremspedals aktiviert werden. Bei dieser Konstruktion werden die Bremsvorrichtungen an den Rädern über ein hydraulisches Bremsleitungssystem betätigt.
Auch verfügen die heutigen Fahrzeuge normalerweise über eine Lenkvorrichtung mit deren Hilfe ein bestimmter Lenkeinschlagswinkel auf die Räder übertragen wird, wenn der Fahrer das Lenkrad dreht. Zu einem nach dem jetzigen Stand der Technik bekannten Lenkgetriebe gehört eine mit dem Lenkrad verbundene Antriebswelle, wobei diese Welle die Lenkradbewegungen an ein Ritzel überträgt, das seinerseits mit einer Zahnstange verbunden ist. Die Zahnstangenbewegungen werden dann zum Lenken des Fahrzeugs auf die Fahrzeugräder übertragen. Ein solches Lenkgetriebe kann zusätzlich mit einem Stellaggregat ausgestattet sein, das aus einem Hydraulikzylinder mit einem auf der Zahnstange angeordneten Kolben besteht. Dadurch kann beim Drehen des Lenkrades eine größere Kraft auf die Zahnstange aufgebracht werden.
Die vorstehend beschriebene Ausrüstung für den Antrieb, die Radaufhängung, das Bremsen und Lenken basiert auf bewährten Prinzipien, die heutzutage verbreitete Anwendung in der Fahrzeugkonstruktion finden. Obzwar es sich bei diesen Prinzipien um eine gut funktionierende Technik handelt, treten auch hier bestimmte Einschränkungen zu Tage. Da ist beispielsweise das Problem, dass alle vorstehend genannten Bauteile (d.h. Motor, Getriebe, Kraftübertragungseinrichtungen, Federanordnung, Querstabilisatoren, Bremsen, Lenkung usw.) in dem Fahrzeug auf relativ kleinem Raum untergebracht werden müssen. Des Weiteren kann es schwierig sein, eine große Anzahl von mit einem Radaufhängungssystem verbundenen Funktionen auf eine Kosten sparende und sichere Art und Weise miteinander in Einklang zu bringen. Insbesondere kann es in einigen Fällen darum gehen, dass der Forderung nach einem hohen Grad der Integration von Fahrzeugfunktionen für die Aufhängung und den Antrieb der einzelnen Räder Rechnung getragen werden muss.
US 5150763 A beschreibt ein Rad mit eingebautem Elektromotor und US 5087229 A ein Fahrzeugrad mit eingebautem Elektromotor und eingebauter Bremsvorrichtung.
EP 0340823 A1 , das die in der Einleitung zu Anspruch 1 aufgeführten Punkte enthält, legt eine Anordnung einer Aufhängung und Lenkung von zwei Rädern in einem Fahrzeug offen, bei der die beiden Räder mittels zweier Gestänge mit dem Fahrwerk verbunden sind.
Offenlegung der Erfindung
Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Radaufhängungsanordnung bei Fahrzeugen zu schaffen, welche insbesondere als eine Radaufhängung mit integrierten Funktionen vor allem für die Lenkung und vorzugsweise auch für den Antrieb und das Bremsen jedes einzelnen Rades am Fahrzeug verwendet werden kann. Erreicht wird dies mit Hilfe einer Anordnung, deren Funktionsmerkmale in dem begleitenden Anspruch 1 offen gelegt werden.
Verglichen mit herkömmlichen Radaufhängungssystemen bietet die Erfindung eine Reihe von Vorteilen. In erster Linie muss darauf hingewiesen werden, dass es sich bei der Erfindung um eine hoch integrierte Radaufhängungsanordnung handelt, die eine individuelle Einstellung des Lenkeinschlags und der Radausrichtung an den jeweiligen Rädern des Fahrzeugs gestattet. Damit kann jedes einzelne Rad des betreffenden Fahrzeugs gelenkt werden. Zudem ist es möglich, ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Anordnung so zu konstruieren, dass es ohne herkömmliches Lenkgetriebe bzw. Lenksäule auskommt.
Die erfindungsgemäße Anordnung kommt vorzugsweise im Zusammenhang mit einer computergestützten Steuereinheit zum Einsatz, die Softwarefunktionen für die dynamische Einstellung der Radausrichtung, insbesondere des so genannten Radsturzwinkels und des so genannten Vorspurwinkels erfüllt. Somit ist es möglich, dass ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Aufbau ohne die herkömmlichen mechanischen Mittel zur Radausrichtung auskommt.
Des Weiteren kann ein mit der erfindungsgemäßen Radaufhängungsanordnung ausgerüstetes Fahrzeug mit einer Art „Joystick" oder dergleichen als Lenkvorrichtung ausgestattet sein, die das herkömmliche Lenkrad ersetzt.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Erfindung eine Antriebsvorrichtung in Form eines elektrisch betriebenen Motors, der in jedes einzelne Rad eingebaut ist. Damit wird es möglich, das betreffende Fahrzeug ohne einen herkömmlichen Verbrennungsmotor und ohne herkömmliches Getriebe bzw. ohne Antriebswelle, die das einzelne Rad mit einer Antriebsvorrichtung am Fahrwerk des Fahrzeugs verbindet, zu konstruieren. Auch müssen in der Fabrik keinerlei mechanische Verbindungen vorgesehen werden, was wiederum die Voraussetzung für eine einfache und kostengünstige Produktion schafft.
Entsprechend der bevorzugten Ausführungsform ist eine Bremsvorrichtung vorgesehen, die in den Elektromotor integriert ist. Ein Fahrzeug mit der erfindungsgemäßen Radaufhängungsanordnung benötigt aus diesem Grunde keine herkömmliche Trommel- oder Scheibenbremsanlage.
Entsprechend der Ausführungsform ist außerdem ein weiteres Gestänge vorgesehen, das sich zwischen dem jeweiligen Rad und dem Fahrwerk befindet und mit einer Drehstabfeder ausgestattet ist, die die vertikale Ausrichtung des Rades regelt und eine Querstabilisatorfunktion erfüllt. Der Vorteil besteht darin, dass das Fahrzeug keinen herkömmlichen, mechanischen Querstabilisator benötigt.
Vorzüge der Ausführungsformen der Erfindung werden in den entsprechenden Ansprüchen beschrieben.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform und die dazugehörigen Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Seitenansicht als Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung,
2 eine perspektivische Ansicht einer möglichen praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung an einem Fahrzeug und
3 den Aufbau der erfindungsgemäßen Anordnung in Form eines Blockdiagramms.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
1 zeigt eine Seitenansicht bzw. einen Teilschnitt einer erfindungsgemäßen Anordnung. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Anordnung als eine Radaufhängungsvorrichtung bei einem Kraftfahrzeug eingesetzt, welches vorzugsweise, aber nicht unbedingt ein Personenkraftwagen sein kann. Die Figur veranschaulicht, wie eine derartige erfindungsgemäße Radaufhängungsanordnung bei einem der vier Räder eines solchen Kraftfahrzeugs aussehen könnte. Vorzugsweise würden dann alle Räder des Fahrzeugs die entsprechende Radaufhängungsanordnung aufweisen.
Aus 1 ist ersichtlich, dass das betreffende Rad 1 auf herkömmliche Art so angeordnet ist, dass es sich um eine gedachte Achse 2 dreht und zudem aus einem Reifen 3 und einer Radnabe 4 besteht. Mittels eines Radlagers, das über einen Innenring 5 verfügt, welcher wiederum über einen zur Achse 2 radial verlaufenden Flansch 6 mit der Nabe 4 verbunden ist, ist die Nabe drehbar aufgehängt. Auf diese Art und Weise lassen sich durch den Flansch 6 eine Reihe von Radbolzen (hier nicht dargestellt) einführen und in entsprechend auf der dem Flansch 6 zugewandten Oberfläche des Innenrings 5 angeordneten Löchern (nicht dargestellt) fest schrauben. Zu diesem Zweck ist der Flansch 6 der Nabe 4 mit für derartige Radbolzen passenden (nicht dargestellten) Gewindebohrungen versehen.
Das oben genannte Radlager enthält zudem einen um den Innenring herum verlaufenden Außenring 7 und Lagerkugeln 8, die sich zwischen dem Innenring 5 und dem Außenring 7 befinden.
Entsprechend der Ausführungsform sieht die Erfindung eine in das Rad 1 eingebaute Antriebsvorrichtung vor, welche vorzugsweise aus einem Elektromotor 9 besteht. Der Motor 9 wiederum setzt sich zusammen aus einem Anker 10, der Motorspulen enthält (nicht dargestellt) und fest an dem Außenring 7 angebracht ist. Zu dem Motor 9 gehört ferner ein Rotor 11, der von einem Anker 10 umgeben ist. Während der äußere Ring 7 still steht, dreht sich der Rotor 11 in Bezug auf den Außenring 7 des Radlagers. Aus diesem Grund ist der Außenring 7 wie ein verzahntes zentrales Ritzel ausgeführt, genauer gesagt besitzt er eine äußere Verzahnung, die mit einer Vielzahl von entlang des Umfangs des Außenringes 7 angeordneten Planetengetrieben 12 ineinander greift. Vorzugsweise sollten drei Planetengetriebe vorgesehen werden. Zwei davon sind in 1 dargestellt.
1 ist die bis zu einem gewissen Grad vereinfachte Darstellung des Grundprinzips der Erfindung. In der Praxis müsste der Anker 10 mit einem extra Bauteil verbunden sein, das als Nabenhalter (nicht dargestellt) ausgebildet ist und an den Anker 10 festgeschraubt ist.
Die Planetengetriebe 12 sollten in etwa dem gleichen Rollkreisdurchmesser, wie die oben genannten Radbolzen um den Außenring 7 herum angeordnet sein. Zudem ist jedes Planetengetriebe 12 drehbar auf einer Planetenradträgerwelle 13 gelagert, die fest in eine Öffnung des Nabenflansches 6 eingedrückt ist. Zu diesem Zweck ist der Innenring 5 des Radlagers mit Durchgangslöchern versehen, durch die die jeweilige Planetenradträgerwelle 13 geführt wird.
Der Rotor 11 ist über ein Hohlrad 14 mit jedem Planetengetriebe 12 verbunden. Dieses Hohlrad 14 besitzt sowohl eine Innenverzahnung, die mit der Verzahnung des jeweiligen Planetengetriebes 12 ineinander greift, als auch äußere Schiebekeile, die über eine Presspassung eine nicht umlaufende Verbindung mit dem Rotor 11 herstellen. Gegenüber dem Außenring 7 des Radlagers, genauer gesagt, gegenüber der Außenseite des Außenrings 7 ist das Hohlrad 14 außerdem fest gelagert. In 1 wird das durch weitere Lagerkugeln 15 veranschaulicht. Demzufolge bildet der Außenring 7 des Radlagers für das Hohlrad 14 eine Innenlaufbahn der Planetengetriebeübersetzung.
Der Anker 10 ist mit zwei Spurstangenhebeln verbunden (von denen nur einer in 1 dargestellt ist). Entsprechend der nachfolgenden detaillierten Beschreibung stellen die Spurstangenhebel 16 somit Betätigungsmittel dar, die in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs und des Rades 1 eine dynamische Einstellung der Achsausrichtung des Rades 1 ermöglichen. Bei der Einstellung möglicherweise zu berücksichtigende Beispiele für Radausrichtungswinkel sind der so genannte „Vorspurwinkel", d. h. ein Winkel zwischen der Längsachse des Fahrzeugs und einer gedachten Fläche entlang dem Rad 1 und der so genannte „Sturzwinkel", d.h. der Neigungswinkel des Rades 1 in Bezug auf eine senkrecht zu einer darunter liegenden Fahrbahn verlaufenden gedachten Fläche. Zudem sind die einzelnen Spurstangenhebel 16 so ausgeführt, dass sie in Abhängigkeit von der Absicht des Fahrzeugführers während der Fahrt und von dem aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs und des Rades 1 eine dynamische Einstellung des Lenkeinschlagswinkels des Rades 1 ermöglichen. Für die Einstellung des Rades 1 ist jeder Spurstangenhebel 16 mit einem verschiebbar gelagerten Gestänge 17 versehen, das sich aus dem jeweiligen Spurstangenhebel 16 herausziehen bzw. in ihn hinein schieben lässt, was in 1 durch einen Pfeil angezeigt ist. Das Gestänge 17 wird dann von einem Antriebselement, vorzugsweise einem elektrisch betriebenen Achsmotor, mit dem jeder Spurstangenhebel 16 ausgestattet ist (in 1 nicht im Detail dargestellt) betätigt. Über ein Drehgelenk 18 ist das Gestänge 17 mit dem Anker 10 drehbar verbunden. Da die betreffenden Winkel normalerweise relativ klein sind, sollte das Gestänge 17 vorzugsweise mittels einer Gummimuffe befestigt werden. Eine alternative Befestigungsmöglichkeit für das Gestänge wäre ein Kugelgelenk.
Der elektrisch betriebene Achsmotor wird als bekanntes Antriebsmittel vorausgesetzt und soll hier nicht weiter im Detail beschrieben werden. Entsprechend der nachstehend folgenden Beschreibung dient der Achsmotor der Einstellung der Radausrichtung und des Lenkeinschlags für jedes einzelne Rad mittels einer computergestützten Steuereinheit.
Des Weiteren ist jeder einzelne Spurstangenhebel 16 über weitere Befestigungspunkte 20 (von denen nur einer in 1 dargestellt ist) mit dem Fahrwerk des Fahrzeugs 19 verbunden. Die einzelnen Befestigungspunkte 20 enthalten vorzugsweise eine Gummimuffe.
Entsprechend der Ausführungsform der Erfindung gehört zu der erfindungsgemäßen Anordnung eine Bremsvorrichtung in Form einer Bremsbetätigungsvorrichtung 21, die an dem Anker 10 angeordnet ist. Die Bremsbetätigungsvorrichtung 21 enthält zudem vorzugsweise einen elektrischen Linearachsmotor, bei dessen Betätigung ein ausfahrbares Bremsgestänge 22 gegen eine in dem Anker 10 aufgehängte Zapfenlagerung 23 stößt. Wird die Bremsvorrichtung 21 betätigt, so bewirkt das Bremsgestänge 22 ein Drehen der Zapfenlagerung 23, so dass eine Bremsbacke 24 an eine zylinderförmige Innenfläche des Rotors 11 gedrückt wird. Die Bremsbacke 24 ist mit einem Bremsbelag versehen, dessen Werkstoff eine hohe Reibung an der Innenfläche des Rotors 11 erzeugt. Auf diese Weise wird eine Trommelbremswirkung erzielt, mit deren Hilfe der Rotor 11 abgebremst werden kann. Entsprechend der nachfolgenden Beschreibung lässt sich diese Wirkung beispielsweise mit dem Betätigen eines Bremspedals im Fahrzeug herbeiführen.
Während der Motor 9 läuft, d.h. während sich das Rad 1 dreht, hat das Planetengetriebe in der Nabe die Aufgabe, die Drehzahl des Rotors 11 auf ungefähr das Doppelte der Drehzahl des Rades zu erhöhen. Das hat den Vorteil, dass während des Antriebs durch den Motor 9 ein geringeres Drehmoment erforderlich ist. Dabei rollt das Planetengetriebe 12 gegen den unbeweglichen Außenring 7 und die jeweiligen Planetenradträgerwellen 13 des Planetengetriebes 12 sind in dem Innenring 5 des Lagers angeordnet, das sich dann ungefähr mit der halben Drehzahl des Rotors 11 dreht. Durch den Einsatz des Planetengetriebes wird für den Antrieb bzw. das Bremsen des Rades 1 im Vergleich zu dem fest, direkt an der Radnabe des Rades 1 befestigten Rotors 11 etwa nur die halbe Kraft des mit der erhöhten Drehzahl arbeitenden Rotors 11 benötigt.
Der Anker 10 ist entsprechend der Ausführungsform mit einem zweiten Gestänge in Form eines horizontalen Gestänges 25 verbunden, das ähnlich wie die oben erwähnten Spurstangenhebel 16 über einen weiteren, als Gummimanschette oder Kugelgelenk ausgeführten Befestigungspunkt 26 drehbar an dem Anker 10 montiert ist. Das Gestänge 25 dient der Einstellung der vertikalen Radausrichtung und erfüllt eine Querstabilisatorfunktion des Rades 1. Das Gestänge 25 ist aus diesem Grund mit einer Drehstabfedervorrichtung 27 ausgerüstet, die wiederum um eine durchgehende Achse 28 herum angeordnet ist und so eine Befestigung im Fahrwerk 19 bildet, und verläuft im Wesentlichen in Längsrichtung zum Fahrzeug. Die Drehstabfedervorrichtung 27 besteht aus Gummi oder einem Werkstoff mit ähnlich elastischen Eigenschaften. Die Befestigung am Fahrwerk 19 erfolgt vorzugsweise über Gummimanschetten (nicht dargestellt), wobei das Rad 1 in Quer- und Längsrichtung über die erforderliche dynamische Elastizität verfügen kann. Das wiederum hat eine günstige Wirkung auf die Schall- und Schwingungsdämmung im Fahrzeug.
Eine angemessene Anpassung der Werkstoffeigenschaften und des Aufbaus der Drehstabfedervorrichtung 27 ermöglicht eine vertikale Ausrichtung des Rades 1, d. h. eine Regelung der Einstellung der vertikalen Position des Rades 1 in Bezug auf das Fahrwerk 19.
Mit Hilfe der Drehstabfedervorrichtung 27 funktioniert das Gestänge 25 zudem wie ein Querstabilisator, wie er zur Abfederung übermäßig großer Rollbewegungen von Fahrzeugen benutzt wird. Für eine Optimierung der Straßengängigkeit eines Fahrzeugs lässt sich die Federhärte der Drehstabfedervorrichtung 27 beispielsweise so anpassen, dass eine gute Querstabilisatorfunktion erreicht werden kann.
Auf eine einfache Art und Weise kann eine Optimierung der Querstabilisatorfunktion der Drehstabfedervorrichtung 27 dadurch an einen aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs angepasst werden, dass bei der Vorrichtung eine elektro-rheologische Flüssigkeit zum Einsatz kommt. Wie aus dem bisherigen Stand der Technik bekannt ist, kann eine derartige Flüssigkeit in elastischen Bauteilen verwendet werden, wobei über einer bestimmten Menge elektro-rheologischer Flüssigkeit eine relativ hohe elektrische Spannung angelegt wird, um ihre Viskosität zu beeinflussen. So kann die Drehstabfedervorrichtung 27 für eine elektrisch gesteuerte aktive Federung eingesetzt werden.
Um die Steuerung der vertikalen Radausrichtung und die Querstabilisatorfunktion der erfindungsgemäßen Anordnung weiter zu verbessern, wird das Gestänge 25 vorzugsweise mit einem Stellhebel 29 verbunden, der einen weiteren (nicht dargestellten) elektrisch betriebenen Achsmotor enthält. Der Stellhebel 29 besitzt ein Gestänge 30, das sich mit Hilfe dieses Achsmotors, wie durch einen Pfeil in 1 angezeigt, nach hinten und nach vorn verschieben lässt. Das Gestänge 30 ist in einer Gelenkstange 31 drehbar gelagert, die wiederum unbeweglich an der Welle 28 befestigt ist, durch die die Drehstabfeder 27 gehalten wird. Über ein weiteres Drehgelenk 32 ist der Stellhebel 29 drehbar am Fahrwerk 19 festgemacht. Folglich ist der Stellhebel 29 so angeordnet, dass er bis zu einem gewissen Grad ein Vorspannen der Drehstabfeder 27 gestattet, was durch eine entsprechende Betätigung der Gelenkstange 31 geschieht. Dadurch wird eine variable Beibehaltung der vertikalen Ausrichtung jedes einzelnen Rades 1 erreicht. Außerdem wird eine aktive „Anti-lift"- und „Anti-dive"- Funktion des Fahrzeugs ermöglicht, d. h. der Neigung des Fahrwerks, sich beim Bremsen bzw. Beschleunigen jeweils vorn und hinten zu heben, kann wirksam entgegengewirkt werden. Auch wird damit ein Widerstand gegen ein „Schlingern" des Fahrzeugs erzeugt, d. h. ein ungewolltes Drehen um die Längsachse des Fahrzeugs kann verhindert werden.
Entsprechend der Ausführungsform besitzt die Drehstabfedervorrichtung 27 eine verstellbare Vorspannvorrichtung. Wird dabei eine aus Gummi gefertigte Feder verwendet, so kann diese Vorspannvorrichtung z.B. mit einer rotierenden Innenmanschette (nicht dargestellt) versehen sein. In diesem Fall wird die vertikale Radausrichtung durch die Drehbewegung der Innenmanschette gesteuert. Dabei lässt sich die auf das Ende des mit dem Rad 1 verbundenen Gestänges wirkende Kraft entweder erhöhen oder verringern.
Das Gestänge 25 überträgt so nicht nur eine Federkraft von der Drehstabfedervorrichtung 27, sondern auch eine die Rollbewegung dämpfende Kraft von der Drehstabfedervorrichtung 27 und ihrer Vorspannvorrichtung, was auf dynamische Art und Weise, beispielsweise beim Befahren von Kurven geschieht. Zudem überträgt das Gestänge 25 von der Drehstabfedervorrichtung 27 und ihrer Vorspannvorrichtung eine die vertikale Radausrichtung regelnde Kraft, was am besten dann geschieht, wenn sich die Beladung des Fahrzeugs ändert.
Entsprechend der nachstehenden detaillierten Beschreibung gehören zu der erfindungsgemäßen Anordnung eine Reihe von Sensoren zur Ermittlung unterschiedlicher Parameter, die Auskunft über den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeuges bzw. seiner Räder geben. Diese Sensoren (nicht in 1 dargestellt) werden für die Steuerung der Spurstangenhebel 16, des Gestänges 25 und des Stellhebels 29 benötigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer möglichen praktischen Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Kraftfahrzeug. Aus der Figur ist ersichtlich, dass zwei Spurstangenhebel 16, 16' vorgesehen sind, die über zwei Gummimanschetten 20, 20' mit dem Fahrwerk 19 verbunden sind. Die Spurstangenhebel 16, 16' haben im Wesentlichen die gleiche Form und sind, wie oben beschrieben, jeweils über Gestänge 17, 17' beweglich mit den Befestigungspunkten 18, 18' in dem Anker 10, die mehr oder weniger entlang der gleichen horizontalen Fläche angeordnet sind, verbunden. Genauer gesagt, sind die Spurstangenhebel 16, 16' auf beiden Seiten einer gedachten, vertikal verlaufenden Linie 33, die durch den Mittelpunkt des Rades 1 führt, angebracht. Außerdem befinden sich die Spurstangenhebel 16, 16' unter einer gedachten, im Wesentlichen parallel zu der darunter liegenden Fahrbahn und durch die Radmitte 1 verlaufenden horizontalen Linie 34. Diese Anordnung der Spurstangenhebel 16, 16' ist jedoch nicht zwingend, erfindungsgemäß können sie ebenso über der horizontalen Linie 34 befestigt sein.
2 zeigt ferner, dass die Drehstabfeder 27 um die Achse 28 herum angeordnet ist, welche entsprechend der obigen Beschreibung wiederum an dem Fahrwerk 19 angebracht ist. Die Gelenkstange 31 ist ebenfalls an der Achse 28 befestigt. Somit kann die Gelenkstange 31 durch den Stellhebel 29 und dem mit ihm verbundenen Gestänge 30 betätigt werden, um die vertikale Radausrichtung und die Querstabilisatorfunktion der Drehstabfeder 27 zu regeln. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung in ihrer praktischen Anwendung, bei der das Gestänge anders als in der in 1 gezeigten Anordnung, in der das Gestänge 31 zum Rad 1 hin verläuft, vom Rad 1 weg verläuft. Folglich sind beide Varianten für die erfindungsgemäße Anordnung denkbar.
Die beiden Spurstangenhebel 16, 16', das Gestänge 25 und der Stellhebel 29 sind wie oben beschrieben am Fahrwerk 19 befestigt. Entsprechend der in 2 gezeigten Anordnung besteht der Teil des Fahrwerks 19, an dem die Befestigung erfolgt, vorzugsweise aus einem rahmenähnlichen Bauteil 35, das als Befestigungsbauteil bestimmt ist und die Montage der erfindungsgemäßen Anordnung an einem Fahrzeug erleichtern soll. Durch die Verwendung des Rahmenbauteils 35 können die jeweiligen Bauteile als eine zusammengehörige Baugruppe betrachtet werden. Außerdem lassen sich durch den Einsatz des Rahmenbauteils 35 die Anforderungen an die Genauigkeit der Toleranzwerte für die Befestigungspunkte zum Fahrwerk vermindern.
Die beiden Spurstangenhebel 16, 16' sind vorzugsweise symmetrisch an jedem einzelnen Rad des jeweiligen Fahrzeugs angeordnet. Dadurch können identische erfindungsgemäße Radaufhängungsvorrichtungen in den jeweiligen Ecken des Fahrzeugs verwendet werden.
In Form eines Blockdiagramms zeigt 3 eine mögliche erfindungsgemäße Anordnung und ihre Verwendung in einem Fahrzeug. Dabei wird die Anordnung als eine integrierte Radaufhängungsvorrichtung für die elektrische Steuerung des Antriebs, der Winkelausrichtung, der Lenkung und der Bremsung jedes einzelnen Rades des Fahrzeugs verwendet. Für die jeweiligen Fahrzeugräder werden vorzugsweise vier, im Wesentlichen identische Vorrichtungen für die Radaufhängung verwendet, so dass jedes Rad in Bezug auf Drehmoment und Radausrichtung einzeln für sich gesteuert werden kann.
Die Erfindung beruht darauf, dass die beiden Spurstangenhebel 16, 16' mit Hilfe einer computergestützten Steuereinheit geregelt werden, die wie bekannt so funktioniert, dass sie eine Reihe von Signalen von einer entsprechenden Anzahl von Sensoren empfängt. Entsprechend der Ausführungsform der Erfindung ist ein erster Sensor 37 vorgesehen, der je nach dem von dem Fahrer beabsichtigten Lenkeinschlagswinkel bzw. dem Lenkradwinkel des Fahrzeugs ein Signal erzeugt. Ein derartiger Sensor 37 kann ein in einem herkömmlichen Lenkrad (nicht dargestellt) eingebauter Winkelsensor sein oder aber auch als ein Teil eines „Joysticks" oder einer ähnlichen Lenksteuervorrichtung ausgeführt sein. Unabhängig von der verwendeten Ausführungsform wird der Steuereinheit 36 ein von diesem ersten Sensor 37 kommendes, den Lenkbefehlen des Fahrzeugführers entsprechendes Signal zugeführt.
Der erste Sensor 37 ist vorzugsweise mit einem Gerät ausgestattet (nicht dargestellt), das ein Feedback über eine Kraft liefert, die einen Widerstand oder eine Bewegung der Lenksteuervorrichtung bewirkt, die dem auf die Fahrzeugräder wirkenden Lenkeinschlag entspricht. Eine solche Feedbackkraft kann beispielsweise durch einen in der Lenksteuervorrichtung angeordneten Elektromotor (nicht dargestellt) zur Verfügung gestellt werden. Der Fahrzeugführer spürt so, dass es eine mechanische Verbindung zwischen dem Lenkrad und den Rädern gibt.
Des Weiteren ist ein zweiter Sensor 38 in Form eines Kraftsensors vorgesehen, welcher mit jedem einzelnen Rad der erfindungsgemäßen Anordnung verbunden ist. Dieser zweite Sensor 38 ist mit der Steuereinheit 36 verbunden und gibt ein Signal ab, das der von der darunter liegenden Fahrbahn auf das jeweilige Rad wirkenden gemessenen Kraft entspricht. Ein derartiger Kraftsensor 38 würde vorzugsweise so nah wie möglich an dem jeweiligen Rad angeordnet sein und beispielsweise aus einem in dem vorstehend beschriebenen Radlager angebrachten Dehnungsmessersensor bestehen. Ein solcher Sensor kann für die Ermittlung von auf das Rad wirkenden Querkräften eingesetzt werden, um den Rollwiderstand durch eine geeignete Einstellung der Radausrichtung zu minimieren. Außerdem können mit Hilfe eines solchen Kraftsensors auch die auf das Rad wirkenden Längskräfte, d.h. die in Längsrichtung des Fahrzeugs wirkenden Kräfte gemessen werden.
Ein dritter, als Positionssensor fungierender Sensor 39 ist ebenfalls mit jedem Rad verbunden. Dieser dritte Sensor 39 gibt ein Signal an die Steuereinheit 36 ab, welches einer Messung der vertikalen Radausrichtung in Bezug auf das Fahrwerk (d.h. der Bodenfreiheit des Fahrzeugs) entspricht. Mit Hilfe eines solchen Sensors kann auch der Rollwinkel des Fahrzeugs ermittelt werden (d.h. es kann herausgefunden werden, bis zu welchem Grad sich das Fahrzeug um seine Längsachse dreht). Der Bewegungssensor für die Aufhängung 39 ist vorzugsweise zwischen dem oberen Gestänge 25 und dem Fahrwerk 19 (siehe 1) angeordnet.
Mit Hilfe der zumindest vom ersten Sensor 37, vorzugsweise aber auch vom zweiten und dritten Sensor 38, 39 an die Steuereinheit 36 abgegebenen Signale kann der Lenkeinschlag und die Radausrichtung jedes einzelnen Rades in Reaktion auf den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs entsprechend eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist die Steuereinheit 36 mit einem Tabellen enthaltenen Datenspeicher ausgestattet, der in Abhängigkeit von unterschiedlichen Eingabedaten von dem ersten Sensor 37, dem zweiten Sensor 38 und dem dritten Sensor 39 Ausgabewerte für die Steuerung der Funktion der Spurstangenhebel 16, 16' ermittelt. Dabei wird das Signal vom ersten Sensor 37 beispielsweise für die Einstellung eines bestimmten Lenkeinschlagwinkels für jedes einzelne Rad verwendet.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, die Radausrichtung (z.B. die Sturz- und Vorspurwinkel) aktiv zu regeln, um sie in Reaktion auf den momentanen Betriebszustand des Fahrzeugs zu optimieren. So können beispielsweise die aktuell auf die Räder wirkenden Querkräfte, die aktuelle Radstellung und andere Betriebszustandsparameter des Fahrzeugs, wie etwa seine aktuelle Geschwindigkeit und sein aktueller Kraftstoffverbrauch, berücksichtigt werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung kann durch eine ständige Optimierung der Radausrichtung ein optimaler Kraftstoffverbrauch erreicht und damit der Rollwiderstand jedes einzelnen Rades minimiert werden. Bei auf das Fahrzeug einwirkendem Seitenwind kann die erfindungsgemäße Anordnung dazu genutzt werden, diesem Einfluss mit einer Einstellung der Radausrichtung und des Lenkeinschlags entgegenzuwirken, die an den geringstmöglichen Fahrtwiderstand angepasst ist, was sich auch günstig auf den Kraftstoffverbrauch auswirken wird. In diesem Fall dient die Steuereinheit 36 der Ausrichtung der Räder, um die auf die einzelnen Räder wirkenden Querkräfte auf ein Minimum zu reduzieren, wobei diese Kräfte wiederum mittels der Kraftsensoren 38 ermittelt werden. Außerdem kann die Schubfestigkeit des Fahrzeugs durch eine kontinuierliche Einstellung des Radsturzwinkels der einzelnen Räder angepasst werden. Der Fahrzeugführer kann eine derartige Funktion beispielsweise dafür nutzen, um mit Hilfe eines geeigneten Steuergerätes (nicht dargestellt) zwischen einer aktiven oder einer mehr komfortablen Fahrweise zu wählen. Je nachdem was für eine Fahrweise gewählt und der Steuereinheit 36 mitgeteilt wird, lassen sich die entsprechenden Radeinstellungen vornehmen. Zudem können für eine ständige Regulierung der vertikalen Radausrichtung und Steuerung der Querstabilisatorfunktion die oben beschriebenen Stellhebel 29 genutzt werden.
Die Anordnung enthält vorzugsweise einen vierten Sensor 40 in Form eines Bremssensors, welcher vorzugsweise mit einem Bremspedal des Fahrzeugs (nicht dargestellt) verbunden ist. Vom Bremssensor 40 abgegebene Signale gestatten es, die vorstehend beschriebene Bremsbetätigungsvorrichtung 21 zu betätigen, wenn der Fahrer das Fahrzeug anhalten möchte. Die erfindungsgemäße Anordnung macht es auch möglich, die Radbremsen zu betätigen, ohne dass der Fahrer das Bremspedal tritt. Das ist z. B. dann der Fall, wenn „Anti-spin" und ABS im Fahrzeug zum Einsatz kommen sollen. Die Funktionen der einzelnen Bremsbetätigungsvorrichtungen 21 und der jeweiligen Elektromotoren werden bei dieser Art von Steuerung des Antriebs und des Bremsens der Räder koordiniert.
Andere Arten von Sensoren können für die Ermittlung des aktuellen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs und seiner Räder von Interesse sein. So kann beispielsweise ein fünfter Sensor in Form eines Beschleunigungsmessers 41 eingesetzt werden, um ein der aktuellen Fahrzeugbeschleunigung entsprechendes Signal an die Steuereinheit 36 zu senden. Des Weiteren gibt es einen sechsten Sensor 42, der mit der Steuereinheit 36 zur Regelung des Drehmoments der einzelnen Elektromotoren verbunden ist und der die Messwerte der Betätigung des Gaspedals durch den Fahrer ermittelt.
Entsprechend der vorstehenden Beschreibung funktioniert die erfindungsgemäße Anordnung so, dass sie die Radausrichtung und den Lenkeinschlagswinkel der einzelnen Räder steuert. Die Steuereinheit 36 funktioniert beispielsweise auch in Reaktion auf die Messung der Gaspedalbetätigung durch den Fahrer, welche durch den sechsten Sensor 42 ermittelt werden könnte, der aus einem Sensor zur Ermittlung der Stellung eines Gaspedals besteht. Damit können die einzelnen Motoren in den Rädern gesteuert werden, um so eine beabsichtigte Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu erreichen. Diese Art von Steuerung ist nicht Gegenstand der vorliegenden Beschreibung. Allerdings soll hier darauf hingewiesen werden, dass die Bremsanordnung vorzugsweise so wirkt, dass eine elektrische Nutzbremsung durch die jeweiligen Elektromotoren in einem ersten Schritt erfolgt und dann erst die Reibungsbremsung über die Bremsbacke 24 eingeleitet wird.
Ein siebenter Sensor 43, der die gemessene Drehzahl der einzelnen Räder überträgt, kann ebenfalls an die Steuereinheit 36 angeschlossen werden. Somit kann die erfindungsgemäße Anordnung (insbesondere bei hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten) helfen, die Radausrichtung zu optimieren, wodurch eine äußerst stabile Straßenlage des Fahrzeugs erzielt werden kann. Mit Hilfe dieses siebenten Sensors 43 können die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Drehzahländerungen der einzelnen Räder berechnet werden. So kann beispielsweise auf der Grundlage der von dem siebenten Sensor 43 kommenden Signale im Falle, dass eine „Anti-spin"- oder ABS-Funktion erforderlich ist, eine Antriebs- oder Bremskraft auf die einzelnen Räder übertragen werden. Bei Glätte können solche Signale helfen, die Fahrbahnreibung zu ermitteln.
Um eine exakte Steuerung der Spurstangenhebel 16, 16' zu gewährleisten, sind diese Bauteile vorzugsweise jeweils mit einem Positionssensor 44 und 45 versehen, der Signale entsprechend einer Messung der Stellung jedes einzelnen Gestänges 17, 17' der Spurstangenhebel 16, 16', d.h. einer Messung, die anzeigt, wie weit jedes Gestänge 17, 17' aus den mit ihm verbundenen Spurstangenhebel 16, 16' heraus geschoben wird, an die Steuereinheit 36 weiterleitet. Der Stellhebel 29 ist vorzugsweise ebenfalls mit einem entsprechenden Positionssensor 46 ausgestattet, welcher auf ähnliche Art und Weise ein Signal, das einer Messung der aktuellen Stellung des mit dem Stellhebel 29 verbundenen Gestänges 30 entspricht, an die Steuereinheit 36 sendet.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung können noch weitere Sensoren (nicht dargestellt) zum Einsatz kommen. So können beispielsweise Transversalbeschleunigungsmesser (vorn und hinten am Fahrwerk) verwendet werden, um die momentane Transversalbeschleunigung des Fahrzeugs zu messen. Außerdem kann zur Feststellung einer etwaigen Rutschneigung des Fahrzeugs ein Gierwinkelsensor vorgesehen sein, um die Drehbewegung des Fahrwerks von oben aus gesehen zu ermitteln. Und dann können an den vorderen Fahrzeugecken auch noch Windgeschwindigkeitssensoren, die Auskunft über Luftwiderstand und Windrichtung geben, vorgesehen sein. Von diesen Sensoren kommende Signale könnten in geeigneter Weise der Einregelung der Ausrichtung der einzelnen Fahrzeugräder während der Fahrt und damit der Minimierung des Fahrtwiderstands dienen.
Folglich besteht der Verwendungszweck der erfindungsgemäßen Anordnung in der Einstellung des Lenkeinschlagwinkels und der Radausrichtung für jedes einzelne Rad des Fahrzeugs. Im Folgenden soll beschrieben werden, wie die erfindungsgemäße Anordnung bei einigen typischen Betriebszuständen des Fahrzeugs zum Einsatz kommt.
Der Sturzwinkel des jeweiligen Rades bestimmt die stabile Straßenlage des Fahrzeugs. Für eine geeignete Einstellung des Sturzwinkels eines bestimmten Rades kann mit Hilfe der Höhenpositionen auf der jeweils rechten und linken Seite des Fahrzeugs ein Sollwert ermittelt werden. In die Berechnung einbezogen werden auch ein Signal von dem ersten Sensor 37, das den Lenkeinschlag des Lenkrads anzeigt und ein Signal von dem zweiten Sensor 38, das die auf die Räder wirkenden Querkräfte anzeigt. Vorzugsweise wird auch ein Signal, das die auf das Fahrwerk wirkenden Querkräfte meldet, genutzt. Wenn demzufolge die Anhebung des Fahrzeugs links und rechts gleich ist, die gewählte Lenkradstellung dem Geradeausfahren entspricht und die auf die Räder wirkenden Querkräfte und die Transversalbeschleunigung im Wesentlichen gleich Null sind, so bedeutet das, dass das jeweilige Fahrzeug geradeaus gefahren wird und keine Neigung zur horizontalen Fläche besteht. In einem solchen Fall können die Spurstangenhebel 16, 16' so eingestellt werden, dass sich sozusagen ein negativer Sturzwinkel bei allen Rädern ergibt und damit eine stabile Straßenlage des Fahrzeugs gegeben ist. Ein negativer Sturzwinkel bedeutet, dass sich der obere Teil des Rades sozusagen zum Fahrzeug hin neigt.
Da sich das Rad federnd über Straßenunebenheiten hinweg bewegt, müssen die Spurstangenhebel 16, 16' ohne dass eine Drehung des Lenkrads erfolgt und ohne eine Transversalbeschleunigung, die das Fahrzeug beeinflusst, für eine Einstellung der Radsturzwinkel nicht betätigt werden. Wenn andererseits zur gleichen Zeit, da das Lenkrad gedreht wird und das Fahrzeug einer Transversalbeschleunigung ausgesetzt wird, was dem Befahren einer Kurve entspräche, die Anhebung bei den Rädern auf der rechten Seite anders ist als auf der linken Seite, dann sollte der Sturzwinkel vorzugsweise so eingeregelt werden, dass sich das Rad theoretisch vertikal zur Fahrbahn befindet.
Außerdem lässt sich durch das Messen der auf die Räder wirkenden Querkräfte entsprechend der mit Hilfe des zweiten Sensors 38 ermittelten Werte der Vorspurwinkel jedes Rades einregeln. Dabei wird die Tatsache berücksichtigt, dass die auf das Rad wirkenden Querkräfte auf ein Minimum reduziert werden sollten, damit der geringstmögliche Rollwiderstand erzielt werden kann. Bei dieser Einstellung würden vorzugsweise Signale vom ersten Sensor 37, dem Gierwinkelsensor und den Beschleunigungsmessern genutzt.
Ferner dient die erfindungsgemäße Anordnung dazu, dass das Fahrzeug beim Befahren von Kurven eben gehalten wird. Dabei kommen der Lenkradwinkelsensor 37, der Sensor für die vertikale Radausrichtung 39 und vorzugsweise ein Geschwindigkeitssensor bei jedem Rad zum Einsatz. In diesem Betriebszustand wird die Steuereinheit 36 dafür verwendet, um auszurechnen, bis zu welchem Grad der Stellhebel 29 zum Vorspannen der Drehstabfeder 27 betätigt werden sollte, damit das Fahrzeug beim Befahren einer Kurve im Wesentlichen gleichmäßig eben läuft.
Beim Fahren bei auf das Fahrzeug wirkendem Seitenwind hat die erfindungsgemäße Anordnung die Aufgabe, dieser Kraft entgegenzuwirken. Bei starkem Seitenwind entsteht ein Zustand, bei dem die Kraftsensoren 38 an den Rädern beeinflusst werden, ohne dass irgendeine Transversalbeschleunigung auf das Fahrwerk wirkt. Dabei befindet sich das Lenkrad in einer Stellung, die dem Geradeausfahren entspricht. Solange eine derartige Querkraft wirkt, werden die jeweiligen Spurstangenhebel 16, 16' so betätigt, dass die Vorder- und Hinterräder lenken, damit das Fahrzeug zwar immer noch geradeaus gehalten wird, es aber leicht diagonal liegt (im so genannten „dog walk"), d.h. sich das Fahrwerk gewissermaßen in den Wind legt. Bei einem Wechsel des Seitenwindes, bei Windböen und beim Überholen, d.h. wenn sich die Kraft des auftreffenden Seitenwindes rasch verändert, dann reagieren die Kraftsensoren an den Rädern, der Sensor für den Fahrwerksgierwinkel und die Transversalbeschleunigungsmesser. Die Steuereinheit kann dann ihrerseits mit einem schnellen Gegensteuern der Räder reagieren, so dass ein Gieren und Driften gering gehalten werden.
Bei besonderen Betriebszuständen, wie z.B. beim Einparken kann die erfindungsgemäße Anordnung zum Lenken aller vier Räder eingesetzt werden, was das Fahrzeug leicht handhabbar macht. Die Vierradsteuerung kann sowohl zur Verkleinerung des Wendkreises des Fahrzeugs als auch zur Verbesserung der Straßenlage bei hohen Geschwindigkeiten dienen. Beispielsweise kann beim Einparken eine diagonale Bewegung vom Bordstein weg oder zu ihm hin erfolgen.
Erfindungsgemäß kann die Vierradlenkung erforderlichenfalls automatisch, vorzugsweise beim Fahren unter einer bestimmten Geschwindigkeitsgrenze (die mit Hilfe des Raddrehzahlsensors 43 ermittelt werden kann) aktiviert werden. Bei verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten können die Hinterräder erfindungsgemäß gelenkt werden, wodurch eine gute Straßenlage des Fahrzeugs erreicht wird.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Anordnung ist das Fahren mit schwerer Beladung, wobei auf Grund des Ladegewichtes bestimmte Anforderungen hinsichtlich des Abstandes zwischen Fahrwerk und Fahrbahn zu beachten sind. Diese Höhenanpassung könnte dann durch die entsprechende Steuerung der vorstehend erwähnten Stellhebel 29 erfolgen.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist nicht nur auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann entsprechend des Geltungsbereiches der Ansprüche variiert werden. Beispielsweise könnte die Erfindung im Prinzip mit einem herkömmlichen Motor, z.B. einem Verbrennungsmotor, der im Fahrwerk vorgesehen ist und mittels herkömmlicher mechanischer Verbindungsmittel mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden ist, verwendet werden. Auch ließe sich anstelle der beschriebenen elektrischen Bremse eine herkömmliche Bremsvorrichtung verwenden. Ebenso denkbar wäre eine Anwendung bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen, wie PKW, Lastkraftwagen und Bussen.
In ihrer einfachsten Form kann die erfindungsgemäße Anordnung mit zwei Spurstangenhebeln 16, 16' realisiert werden, die wie oben beschrieben, d.h. zwischen dem Fahrwerk und den Befestigungspunkten an den einzelnen Rädern festgemacht sind, so dass sie auf beiden Seiten einer gedachten, durch die Mitte des Rades verlaufenden vertikalen Linie angeordnet sind. In diesem Fall macht die erfindungsgemäße Anordnung mindestens einen Sensor für den vom Fahrzeugführer vorzunehmenden Lenkeinschlagswinkel erforderlich. Hinzu kämen vorzugsweise die Positionssensoren 44, 45 für die Ermittlung der Stellungen der Gestänge 17, 17' der beiden Spurstangenhebel 16, 16'. Diese Anordnung würde der Steuerung des Lenkeinschlagswinkels und der Radausrichtung, z.B. des Sturzwinkels jedes einzelnen Rades dienen.
Die elektrischen Geräte für Antrieb und Bremsen könnten im Prinzip vollständig oder teilweise durch hydraulische Energieübertragungseinrichtungen (Spurstangenhebel, Feder, Steuerung der vertikalen Radausrichtung, Querstabilisator- und Stoßdämpferbauteile sowie Radmotoren) ersetzt werden, ohne dass dabei das Grundprinzip der Erfindung verloren geht. So könnten beispielsweise die oben erwähnten elektrischen Achsmotoren durch hydraulische Zylinder ersetzt werden. Werden elektrische Betätigungselemente verwendet, so sollten diese selbstbremsend sein, damit auf die Räder wirkende Querkräfte beim Fahren abgefangen werden.
Wird der elektrische Antrieb durch einen hydraulischen Antrieb ersetzt, so ist es angebracht, die Funktion des Planetengetriebes, so wie sie oben beschrieben wurde, umzukehren. Bei dieser Variante einer Ausführungsform würden Hydraulikmotoren an die Planetengetriebe angeschlossen, durch die die Drehzahl der Fahrzeugräder verdoppelt würde. Bei einem hydraulischen Antrieb müsste noch eine Reihe von Bauteilen, wie etwa hydraulische Pumpen, Ventile und Leitungen zusätzlich vorgesehen werden. Die oben erwähnte Reibungsbremse wäre dann allerdings nicht mehr nötig, da der Motor erforderlichenfalls vollständig abgeschaltet werden könnte, um die Räder in einer festen Stellung zu arretieren.
Die oben beschriebene Bremsanordnung könnte auf verschiedene Art und Weise realisiert werden. So könnte beispielsweise der Bremsbelag so angeordnet sein, dass er außen am Rotor und nicht (wie vorstehend beschrieben) innen im Rotor wirkt. Diese Anordnung hätte den Vorteil, dass dadurch übermäßige Wärmeerzeugung durch Reibung in dem als Motor agierenden Teil des Rotors vermieden werden könnte. Als eine Alternative dazu könnte der Rotor auch so angeordnet sein, dass er den Anker umschließt, d.h. dass der Rotor so nah wie möglich an der Radfelge dreht, wodurch weitere Möglichkeiten für eine wirksame Kühlung des Motors entstünden.
Die Drehstabfeder 27 kann z.B. entweder aus Gummi oder aus Stahl gefertigt sein.
Entsprechend einer weiteren Ausführungsform lassen sich die Komforteigenschaften des jeweiligen Fahrzeugs dadurch verbessern, dass die beiden Spurstangenhebel so miteinander verbunden sind, dass sie sich gegenseitig in vertikaler Richtung folgen, in horizontaler Richtung aber im Wesentlichen unabhängig voneinander funktionieren.
Außerdem könnte die Federkonstante der Drehstabfeder in der Art progressiv ausgelegt werden, dass die Federhärte bei einem relativ schwer beladenen Fahrzeug höher sein könnte.
Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform könnte das Gestänge für die vertikale Radausrichtung an einem verlängerten Teil des Ankers 10, einem so genannten „Schwanenhals" vorgesehen sein, wobei der obere Befestigungspunkt des Gestänges an einem Punkt über dem Reifen angeordnet wird. Dadurch entstünde eine längere Hebelübertragung zum Abfangen der auf das Rad wirkenden Querkräfte.
Durch eine Aktivierung der elektrischen Bremsen damit einhergehend, dass alle Räder in einem Winkel relativ zueinander gestellt werden, d.h. eine fest arretierte Position einnehmen, könnte des Weiteren eine Parkbremsfunktion erzielt werden. Ein Wegrollen oder Wegschleppen des Fahrzeugs würde dadurch erschwert.
Die Drehstabfeder könnte auch eine hydro-pneumatische Feder sein, die ebenfalls Querstabilisator- und Höhenausrichtungsfunktionen ermöglicht.

Claims

Anordnung einer Radaufhängung (1) bei einem Kraftfahrzeug, wobei das Rad (1) mit einer Antriebsvorrichtung (9) für den Antrieb des Fahrzeugs und einer Bremsvorrichtung (21) zum Abbremsen jedes einzelnen Rades (1) ausgestattet ist und sich diese Anordnung zusammensetzt aus: Sensoren (37, 38, 39) für das Erfassen des vom Fahrzeugführer auszuführenden Lenkeinschlags, zwei Spurstangenhebel (16, 16'), die zwischen dem Fahrwerk (19) und den Befestigungspunkten (17, 17') in dem Rad, jeweils auf beiden Seiten einer gedachten, durch die Mitte des Rads (1) verlaufenden senkrechten Linie (33) angebracht sind, eine Steuereinheit (36) zur Verarbeitung der von den Sensoren (37, 38, 39) kommenden Signale und zur Betätigung der Spurstangenhebel (16, 16') zum Zwecke der Einstellung des Rads (1) in Reaktion auf die Signale und den aktuellen Betriebszustand des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Spurstangenhebel (16, 16') ein elektrisch betriebener Achsmotor und ein mit dem Rad (1) verbundenes, verschiebbar gelagertes Gestänge (18) gehören.
Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (9) mit einem Elektromotor ausgestattet ist, der mit dem Rad (1) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (21) in den Elektromotor (9) integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Sensor (40) dem Fahrzeugführer anzeigt, wie stark die Bremsvorrichtung (21) zu betätigen ist.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Sensoren (38, 39) die auf jedes Rad (1) wirkende Kraft und die vertikale Ausrichtung des Rades (1) in Bezug auf das Fahrwerk erfassen.
Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Rad (1) und einem weiteren Befestigungspunkt (28) am Fahrwerk (19) ein weiteres Gestänge (25) befindet, welches mit einer Drehstabfedervorrichtung (27) versehen ist, die der Steuerung der vertikalen Radausrichtung dient und für das Rad (1) eine Querstabilisatorfunktion erfüllt.
Anordnung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Drehstabfeder (27) eine elektro-rheologische Flüssigkeit enthält, um die Federkraft, mit der das Gestänge (25) auf das Rad (1) wirkt, aktiv zu beeinflussen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellhebel (29) zwischen dem Befestigungspunkt am Fahrwerk (19) und dem zusätzlichen Gestänge (25) angeordnet ist, wobei der Stellhebel (29) zum Vorspannen der Feder des zusätzlichen Gestänges (25) betätigt werden kann.
Ein Fahrzeug mit einer Anordnung nach einem der vorangegangenen Ansprüche.