EP1040021A1 - Führungsvorrichtung für eine kraftfahrzeugstarrachse - Google Patents

Führungsvorrichtung für eine kraftfahrzeugstarrachse

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Publication number
EP1040021A1
EP1040021A1 EP98965195A EP98965195A EP1040021A1 EP 1040021 A1 EP1040021 A1 EP 1040021A1 EP 98965195 A EP98965195 A EP 98965195A EP 98965195 A EP98965195 A EP 98965195A EP 1040021 A1 EP1040021 A1 EP 1040021A1
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EP
European Patent Office
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guide device
joint
trailing arms
rigid axle
axle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98965195A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Herrmann
Wolfgang Pedrotti
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B60G2206/20—Constructional features of semi-rigid axles, e.g. twist beam type axles

Definitions

  • the invention relates to a guide device for a motor vehicle rigid axle with at least three trailing arms, wherein two wheel-guiding trailing arms of the same link plane are coupled between their articulation points on the body side, while they each guide the rigid axle via a multi-axis joint.
  • Such a guide device is known from DE-OS 25 05 124.
  • the triangular link coupling axle shown has two parallel, rigid axle-carrying trailing arms which are coupled on the body side between the articulation points there by means of a continuous cross member.
  • the trailing arms and the cross member form a U-shaped component that has a torsionally soft constriction in the central area.
  • the component also has the function of a U stabilizer.
  • This handlebar combination has the advantage that it is articulated only at two points on the vehicle body in addition to a support strut which prevents the axle body from rotating.
  • This construction is only suitable for relatively light, off-road vehicles.
  • the cross member bends at its narrow point under plastic component deformation.
  • the present invention is therefore based on the problem of creating a guide device for a motor vehicle rigid axle which, independent of a stabilizer and / or a support strut preventing the rotation of the axle body, with good off-road mobility and small structural dimensions, has large longitudinal and transverse forces in only two articulation points on the vehicle body or frame can transmit.
  • the problem is solved with the features of the main claim.
  • the wheel-guiding trailing arms of the handlebar level are coupled between the articulation points via a coupling joint.
  • the coupling joint lies, for example, centrally between the articulation points on the body side. It is designed as a ball or universal joint to absorb large forces with at least four degrees of freedom.
  • a translational degree of freedom of the coupling joint which allows the handlebars to be displaced vertically relative to one another in the millimeter range, prevents the handlebars from being twisted or twisted.
  • Figure 1 wishbone-guided rigid axle
  • Figure 2 Axle joint between a wishbone and the rigid axle
  • Figure 3 Coupling point of the wishbones.
  • Figure 1 shows schematically a steerable rigid axle. Axle guidance is provided by four trailing arms (11, 12 and 42, 43) arranged in two levels (10, 40), which connect the rigid axle body (2) to the vehicle body (5).
  • the rigid axle body (2) is supported on the vehicle body (5) by means of air bellows (3).
  • Wheel-bearing steering knuckles (6) are arranged at its free ends. The latter are coupled to one another, for example, via the tie rod levers (7) and a tie rod (8).
  • each trailing arm (11, 12) is essentially a triangular component that carries a joint (31-35) in each corner.
  • the trailing arms (11, 12) are preferably made of light metal. This reduces the unsprung mass and thus improves driving dynamics.
  • each handlebar can e.g. a framework, a sheet metal construction or a combination thereof.
  • each handlebar (11, 12) includes three - each forming a flat triangle - struts (13-15, 16-17).
  • the struts (13-15, 16-17) each have a rectangular profile as an example.
  • hollow tube profiles or profiles with a T, H or V cross section can also be used.
  • Short cantilever arms (21) are attached to the rigid axle body (2), at the ends of which the articulation points for the individual trailing arms are located.
  • the centers of the joints are usually below or above and in front of or behind the center line of the rigid axis.
  • the elastic joints (31, 32) lying below the center line in FIG. 1 have, for example, transverse pivot axes (49), cf. Figure 2. They exist - like the joints (33) and (34)
  • Hinge pin (22) The latter is attached via a side surface to two cantilever arms (21) projecting from the rigid axle body (2).
  • the joint ball (23) is from one to the
  • a jointed-in rubber element (25) sits, for example, in the joint eye (24) and the joint ball (23).
  • Swivel angle of ⁇ 15 ° too Furthermore, it allows swivel angles of several degrees about its vertical and transverse axes, the latter being parallel to the longitudinal axis of the vehicle, the maximum swivel angle about the transverse axis also being able to be up to 30 °.
  • An elastic transverse offset along the center line (49) is also possible in the tenth of a millimeter range.
  • the joints (31-34) are primary
  • the hinge pins (22) of the joints (33) and (34) are attached to the vehicle body (5).
  • the struts (15) and (18) are aligned here.
  • the joint eye (29) lined with an elastic material and the fork head (27) are coupled via a joint bolt (26) provided with a joint ball (28).
  • the coupling joint (35) thus formed largely corresponds to the joints (31-34) in terms of its structure. However, its center line is aligned approximately parallel to the vertical axis of the vehicle and allows an elastically resettable stroke of approximately ⁇ 1 mm along the center line.
  • a U-stabilizer (41) is shown schematically above the lower trailing arms (11, 12). It lies in an upper link plane (40) which is approximately parallel to the plane (10).
  • the U stabilizer consists of two trailing arms (42) and (43), which are connected via a transverse bar (44) or a comparable component.
  • the trailing arms (42, 43) are mounted on the axle side, for example via ball joints (36, 37) on the rigid axle body (2), while they are supported on the body side in swivel joints (38, 39).
  • the cantilever arms (21) which support the ball joints (36, 37) are generally longer than the cantilever arms which bear the joints (31, 32) and are directed downward.
  • the trailing arms (42, 43) are preferably designed as approximately flat, torsionally soft plates, the vertical dimension of which is significantly greater than the transverse dimension. This design means that they are stiff in the longitudinal direction of the vehicle and flexible in the transverse direction of the vehicle.
  • handlebar planes (10) and (40) can also be interchanged, so that, for example, the stabilizer (41) lies below the trailing arms (11, 12).
  • the lower trailing arms (11, 12) guiding the rigid axle transmit the longitudinal forces from the rigid axle body (2) to the vehicle body (5) or the vehicle frame via the struts (13) and (16).
  • the lateral forces acting on the rigid axle are introduced into the struts (14) and (17) as opposing supporting forces in the central coupling joint (35) and are supported as reaction forces via the struts (15) and (18) on the vehicle body (5).
  • the trailing arms (11, 12) twist due to the inclined position of the rigid axle beam.
  • the trailing arm of the rebounding axle side swings down and the longitudinal member of the rebounding side upwards.
  • the joint eye (29) and the fork head (27) rotate in the transverse direction of the vehicle.
  • the shortest distance between the coupling joint (35) increases compared to a connecting line between the joint parts (31) and (32), as a result of which the struts (15) and (18) enclose an obtuse angle.
  • tensile forces act on the coupling joint (35) in the transverse direction of the vehicle.
  • axis-side joints (31, 32) are primarily axis-parallel swivel joints, they are pivoted slightly around the connecting line (31, 33) or (32, 34) when the rigid axle body (2) is inclined. Consequently, in the coupling joint (35), the joint eye (29) and the fork head (27) are displaced relative to one another within the framework of the elastic joint compliance.
  • the fork head (27) or the joint eye (29) can be supported in the z direction on the vehicle body.
  • the fork carriage for example, is attached to a hinge part (51) via a rod, cf. Figure 1, articulated.
  • the fork head (27) can just as well be gripped elastically on its upper and lower sides, the gripping being fastened to the vehicle body.
  • the trailing arms (11, 12) can be braced against each other.
  • individual disc springs, stack of disc springs or disc spring assemblies can be installed between the fork head (27) and the joint eye (29). The springs hold the trailing arms (11, 12) in one plane due to the bracing.
  • a leaf spring or leaf spring combination guided along the struts (15) and (18) has a comparable effect.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Führungsvorrichtung für eine Kraftfahrzeugstarrachse mit mindestens drei Längslenkern (11, 12, 42, 43), wobei zwei radführende Längslenker (11, 12) der gleichen Lenkerebene (10) zwischen ihren aufbauseitigen Anlenkstellen (33, 34) gekoppelt sind, während sie die Starrachse jeweils über ein mehrachsiges Gelenk (31, 32) führen. Die radführenden Längslenker (11, 12) werden zwischen den Anlenkstellen (33, 34) über ein Koppelgelenk (35) gekoppelt. Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Führungsvorrichtung geschaffen, mit der bei guter Geländegängigkeit und geringer Baumasse große Längs- und Querkräfte an den Fahrzeugaufbau übertragen werden können.

Description

FührungsVorrichtung für eine Kraf fahrzeugstarrachse
Die Erfindung betrifft eine FührungsVorrichtung für eine Kraftfahrzeugstarrachse mit mindestens drei Längslenkern, wobei zwei radführende Längslenker der gleichen Lenkerebene zwischen ihren aufbauseitigen Anlenkstellen gekoppelt sind, während sie die Starrachse jeweils über ein mehrachsiges Gelenk führen.
Eine derartige FührungsVorrichtung ist aus der DE- OS 25 05 124 bekannt . Die dargestellte Dreiecklenker- Koppelachse hat zwei parallele, starrachstragende Längslenker, die aufbauseitig zwischen den dortigen Anlenkstellen mittels eines durchgehenden Querträgers gekoppelt sind. Die Längslenker und der Querträger bilden ein u-förmiges Bauteil, das im mittleren Bereich eine torsionsweiche Engstelle hat. Das Bauteil hat auch die Funktion eines U-Stabilisators. Diese Lenkerkombination hat den Vorteil, daß sie neben einer das Verdrehen des Achskörpers verhindernden Abstutzstrebe nur an zwei Punkten am Fahrzeugaufbau angelenkt wird.
Diese Konstruktion ist nur für relativ leichte, nicht geländegängige Fahrzeuge geeignet. Bei großen Seitenkräften und/oder einer einfederbedingten größeren Schrägstellung der Starrachse knickt der Querträger unter plastischer BauteilVerformung an seiner Engstelle ein. Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine FührungsVorrichtung für eine Kraftfahrzeugstarrachse zu schaffen, die unabhängig von einem Stabilisator und/oder einer das Verdrehen des Achskörpers verhindernden Abstützstrebe bei guter Geländegängigkeit und geringer Baumasse große Längs- und Querkräfte in nur zwei Anlenkstellen an den Fahrzeugaufbau bzw. -rahmen übertragen kann.
Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die radführenden Längslenker der Lenkerebene werden zwischen den Anlenkstellen über ein Koppelgelenk gekoppelt .
Das Koppelgelenk liegt beispielsweise zentral zwischen den aufbauseitigen Anlenkstellen. Zur Aufnahme großer Kräfte bei mindestens vier Freiheitsgraden ist es als Kugel- oder Kardangelenk ausgelegt. Ein translatorischer Freiheitsgrad des Koppelgelenks, der eine vertikale Verschiebbarkeit der Lenker gegeneinander im Millimeterbereich zuläßt, verhindert ein Verspannen oder Verwinden der Lenker.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausführungsform:
Figur 1: Dreieckslenkergeführte Starrachse;
Figur 2: Achsseitige Gelenkstelle zwischen einem Dreiecklenker und der Starrachse;
Figur 3: Koppelstelle der Dreiecklenker. Figur 1 zeigt schematisch eine lenkbare Starrachse. Die Achsführung übernehmen vier in zwei Ebenen (10, 40) angeordnete Längslenker (11, 12 und 42, 43), die den Starrachskörper (2) mit dem Fahrzeugaufbau (5) verbinden. Der Starrachskörper (2) stützt sich mittels Luftfederbälgen (3) am Fahrzeugaufbau (5) ab. An seinen freien Enden sind radtragende Achsschenkel (6) angeordnet. Letztere sind beispielsweise über die Spurstangenhebel (7) und eine Spurstange (8) miteinander gekoppelt.
In einer z.B. annähernd horizontalen Ebene (10), die in Figur 1 unterhalb der Achsmittellinie (9) liegt, befinden sich die Längslenker (11) und (12) . Jeder Längslenker (11, 12) ist im wesentlichen ein dreieckiges Bauteil, das in jeder Ecke ein Gelenk (31-35) trägt. Vorzugsweise sind die Längslenker (11, 12) aus Leichtmetall gefertigt. Das verringert die ungefederte Masse und verbessert somit die Fahrdynamik.
Der einzelne Lenker kann z.B. ein Stabwerk, eine geblechte Konstruktion oder eine Kombination hieraus sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt jeder Lenker (11, 12) u.a. drei - je ein ebenes Dreieck bildende - Streben (13-15, 16-17) . Nach den Figuren 2 und 3 haben die Streben (13-15, 16-17) jeweils beispielhaft ein Rechteckprofil. Alternativ können z.B. auch hohle Rohrprofile oder Profile mit T-, H- oder V-Querschnitt verwendet werden.
An dem Starrachskörper (2) sind kurze Kragarme (21) befestigt, an deren Enden sich die Gelenkstellen für die einzelnen Längslenker befinden. Die Gelenkmitten liegen in der Regel jeweils unter- oder oberhalb und vor oder hinter der Mittellinie der Starrachse. Die in Figur 1 unterhalb der Mittellinie liegenden elastischen Gelenke (31, 32) haben beispielsweise querliegende Schwenkachsen (49), vgl. Figur 2. Sie bestehen - wie auch die Gelenke (33) und (34)
- aus einem eine Gelenkkugel (23) tragenden
Gelenkbolzen (22) . Letzterer ist über eine Seitenfläche an zwei von dem Starrachskörper (2) abstehenden Kragarmen (21) befestigt. Die Gelenkkugel (23) wird von einem an der
Strebe (16) bzw. (17) angeordneten Gelenkauge (24) umfaßt.
Im Zwischenraum zwischen der Innenkontur des
Gelenkauges (24) und der Gelenkkugel (23) sitzt beispielsweise ein einvulkanisiertes Gummielement (25) . Das
Gummielement (25) läßt um die Mittellinie (49) einen
Schwenkwinkel von ± 15° zu. Ferner läßt es um seine Hoch- und Querachse, letztere liegt parallel zur Fahr- zeuglängsachse, Schwenkwinkel von mehreren Winkelgraden zu, wobei der maximale Schwenkwinkel um die Querachse auch bis zu 30° betragen kann. Ein elastischer Querversatz entlang der Mittellinie (49) ist im Zehntelmillimeterbereich ebenfalls möglich. Die Gelenke (31-34) sind primär
Schwenkgelenke .
Die Gelenkbolzen (22) der Gelenke (33) und (34) sind am Fahrzeugaufbau (5) befestigt.
Die Längslenker (11, 12) überlappen sich im mittleren Bereich zwischen den Anlenkstellen (33) und (34) . Hierbei fluchten die Streben (15) und (18) . Die Strebe (15) endet in der Fahrzeugmitte mit einem Gelenkauge (29) , während die Strebe (18) dort in einem Gabelkopf (27) endet. Das mit einem elastischen Material ausgekleidete Gelenkauge (29) und der Gabelkopf (27) sind über einen mit einer Gelenkkugel (28) versehenen Gelenkbolzen (26) gekoppelt. Das derart gebildete Koppelgelenk (35) entspricht bezüglich seines Aufbaus weitgehend den Gelenken (31-34) . Allerdings ist seine Mittellinie annähernd parallel zur Fahrzeughochachse ausgerichtet und läßt längs der Mittellinie einen elastisch rückstellbaren Hub von ca. ± 1 mm zu . In Figur 1 ist oberhalb der unteren Längslenker (11, 12) ein U-Stabilisator (41) schematisch dargestellt. Er liegt in einer zur Ebene (10) annähernd parallel ausgerichteten oberen Lenkerebene (40) . Der U-Stabilisator besteht aus zwei Längslenkern (42) und (43) , die über einen querliegenden Stab (44) oder ein vergleichbares Bauteil verbunden sind. Die Längslenker (42, 43) sind achsseitig beispielsweise über Kugelgelenke (36, 37) am Starrachskörper (2) gelagert, während sie sich aufbauseitig in Schwenkgelenken (38, 39) abstützen. Die die Kugelgelenke (36, 37) tragenden, nach oben gerichteten Kragarme (21) sind in der Regel länger als die nach unten gerichteten, die Gelenke (31, 32) tragenden Kragarme.
Die Längslenker (42, 43) sind vorzugsweise als annähernd ebene, torsionsweiche Platten ausgebildet, deren Vertikalausdehnung gegenüber der Querausdehnung wesentlich größer ist. Durch diese Formgestaltung sind sie in Fahrzeuglängsrichtung steif und in Fahrzeugquerrichtung biegeweich.
Je nach Ausführungsart der Starrachse können die Lenkerebenen (10) und (40) auch vertauscht werden, so daß beispielsweise der Stabilisator (41) unterhalb der Längslenker (11, 12) liegt.
Die die Starrachse führenden unteren Längslenker (11, 12) übertragen über die Streben (13) und (16) die Längskräfte vom Starrachskörper (2) auf den Fahrzeugaufbau (5) bzw. den Fahrzeugrahmen. Die auf die Starrachse einwirkenden Seitenkräfte werden in den Streben (14) und (17) als gegenläufige Stützkräfte in das zentrale Koppelgelenk (35) eingeleitet und als Reaktionskräfte über die Streben (15) und (18) am Fahrzeugaufbau (5) abgestützt.
Bei einem gleichseitigen Ein- und Ausfedern der Räder (1) pendeln die Längslenker (11, 12) gleichsinnig nebeneinander auf und ab. Am Koppelgelenk (35) treten keine
Relativbewegungen zwischen den Längslenkern (11, 12) auf.
Federn die Räder (1) wechselseitig ein, verwinden sich die Längslenker (11, 12) wegen der Schrägstellung des Starrachskörpers . Der Längslenker der ausfedernden Achsseite schwenkt nach unten und der Längsträger der einfedernden Seite nach oben. Dadurch verdreht sich im Koppelgelenk (35) das Gelenkauge (29) und der Gabelkopf (27) in Fahrzeugquerrichtung gegeneinander. Gleichzeitig vergrößert sich der kürzeste Abstand des Koppelgelenkes (35) gegenüber einer zwischen den Gelenksteilen (31) und (32) gedachten Verbindungslinie, wodurch die Streben (15) und (18) einen stumpfen Winkel einschließen. Am Koppelgelenk (35) greifen somit in Fahrzeugquerrichtung Zugkräfte an. Da zudem die achsseitigen Gelenke (31, 32) primär achsparallele Schwenkgelenke sind, werden sie bei einer Schrägstellung des Starrachskörpers (2) jeweils um die Verbindungslinie (31, 33) bzw. (32, 34) geringfügig verschwenkt. Folglich verlagern sich im Koppelgelenk (35) das Gelenkauge (29) und der Gabelkopf (27) im Rahmen der elastischen Gelenknachgiebigkeit in z-Richtung relativ zueinander.
Da der Schwerpunkt der Längslenker (11, 12) nicht auf der Verbindungslinie zwischen den Gelenken (31, 33) bzw. (32, 34) liegt, sondern in Richtung Achsmitte versetzt ist, besteht beim Fahren auf einer welligen Fahrbahn die Gefahr, daß die Längslenker (11, 12) um die Verbindungslinien (31, 33) bzw. (32, 34) mit kleiner Amplitude auf- und abpendeln. Um dieses Schwingverhalten zu dämpfen kann der Gabelkopf (27) oder das Gelenkauge (29) in z-Richtung am Fahrzeugaufbau abgestützt werden. Dazu wird beispielsweise der Gabelträger über einen Stab an einer Anlenksteile (51) , vgl. Figur 1, angelenkt. Genausogut kann der Gabelkopf (27) an seiner Ober- und Unterseite gabelartig elastisch umgriffen werden, wobei der Umgriff am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Alternativ hierzu können die Längslenker (11, 12) gegeneinander verspannt werden. Dazu können zwischen dem Gabelkopf (27) und dem Gelenkauge (29) einzelne Tellerfedern, Tellerfederstapel oder Tellerfederpakete eingebaut werden. Die Federn halten die Längslenker (11, 12) durch die Verspannung in einer Ebene. Eine vergleichbare Wirkung zeigt eine, entlang den Streben (15) und (18) , geführte Blattfeder oder Blattfederkombination.
Bezugszeichenliste
Räder Starrachskörper Luftfedern, Bälge
Fahrzeugaufbau Achsschenkel Spurstangenhebel Spurstangen Achsenmittellinie
untere Lenkerebene , 12 Längslenker , 14, 15 Streben von (11) , 17, 18 Streben von (12)
Kragarme Gelenkbolzen Gelenkkugel an (22) Gelenkauge an (16, 17) Gummielernent
Gelenkbolzen Gabelkopf an (17, 18) Gelenkkugel an (26) Gelenkauge an (15, 17)
, 32 Gelenke, achsseitig , 34 Anlenkstellen am Fahrzeugaufbau Koppelgelenk , 37 Stabilisatorgelenke, achsseitig , 39 Stabilisatoranlenkstellen an (5) 40 obere Lenkerebene
41 U-Stabilisator
42 , 43 Längslenker
44 Querstab
49 Schwenkachse der (31-43; 36-39)
51 Zentrale Anlenkstelle an (5)

Claims

Patentansprüche
1. FührungsVorrichtung für eine Kraftfahrzeugstarrachse mit mindestens drei Längslenkeren (11, 12, 42, 43), wobei zwei radführende Längslenker (11, 12) der gleichen
Lenkerebene (10) zwischen ihren aufbauseitigen
Anlenkstellen (33, 34) gekoppelt sind, während sie die
Starrachse jeweils über ein mehrachsiges Gelenk (31, 32) führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenker (11, 12) der Lenkerebene (10) zwischen den Anlenkstellen (33) und (34) über ein Koppelgelenk (35) gekoppelt sind.
2. FührungsVorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgelenk (35) drei rotatorische und einen translatorischen Freiheitsgrad hat .
3. FührungsVorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der translatorische Freiheitsgrad des Koppelgelenkes (35) in z- Richtung orientiert ist.
4. FührungsVorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lenker (11, 12) der Lenkerebene (10) das vom achsseitigen Gelenk (31, 32) , von der Anlenkstelle (33, 34) und vom Koppelgelenk (35) aufgespannte Dreieck teilweise ausfüllt, wobei mindestens im näheren Bereich der Dreiecksschenkel Lenkerprofile angeordnet sind.
5. FührungsVorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Längslenker (11, 12) eine Leichtmetallegierung ist .
6. FührungsVorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelgelenk (35) oder einer der Längslenker (11, 12) der Lenkerebene (10) im Bereich des Koppelgelenkeε (35) in z-Richtung am Fahrzeugaufbau (5) gelagert ist.
7. FührungsVorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer zweiten Lenkerebene (40) zwei Längslenker (42, 43) angeordnet sind.
8. FührungsVorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Längslenker (42, 43) über einen Querstab (44) gekoppelt sind und zusammen einen U- Stabilisator (41) bilden.
9. FührungsVorrichtung gemäß Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, daß der U-Stabilisator (41) oberhalb, vor oder hinter dem Starrachskörper (2) angeordnet ist.
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