DE4141821A1 - Radaufhaengung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radaufhängung für an­ getriebene und lenkbare Räder von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Radaufhängungen sind weithin bekannt und auch in der Praxis ausgeführt (vergleiche beispielsweise W. Matschinsky, "Die Radführungen der Straßenfahrzeuge", Köln 1987, Seite 14 bzw. 279).

Bei lenkbaren und angetriebenen Rädern ist man bemüht, den Einfluß der Antriebskräfte auf die Lenkung möglichst gering zu halten. Hierzu wird versucht, in Geradeausstel­ lung der Räder und in Normallage des Fahrzeugs, den soge­ nannten "Spreizungsversatz" (früher häufig auch als "Störkrafthebelarm" bezeichnet, das ist der Abstand der Radmitte vom Schnittpunkt der Radachse mit der "Spreizachse") möglichst klein oder gar beim Wert Null zu halten.

Ist die Spreizachse durch zwei Kugelgelenke am oberen und unteren Querlenker definiert (a.a.O.), so muß zur Erzie­ lung eines Spreizungsversatzes gleich Null die Brems­ scheibe gegenüber der Radmittelebene zur Fahrzeugaußen­ seite hin verschoben werden. Sie gerät damit unter das Felgentiefbett und ist deshalb nur in einem verringerten Durchmesser ausführbar.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Bremse am fahrzeuginneren Ende der Gelenkwelle vorzusehen und das Bremsmoment über die Gelenkwelle zu übertragen.

Bei einer Radaufhängung anderer Gattung, beispielsweise bei Feder- oder Dämpferbeinachsen, ist ein großer Spreizungsversatz überhaupt nicht zu vermeiden.

Üblicherweise ist die Bremse am Rad vorgesehen und das Bremsmoment stützt sich demnach am Radträger ab. Es ist anzustreben, den "Lenkrollradius" möglichst klein oder gleich Null zu wählen, damit keine Rückwirkung der Brems­ kräfte in der Lenkung entsteht. Die Forderung, sowohl den Lenkrollradius als auch den Spreizungsversatz bei Null zu halten, führt zu einer in der Radmittelebene angeordneten Spreizachse.

Die vorstehend erläuterten Maßnahmen wirken nur, wenn die Gelenkwelle radseitig keine Beugewinkel aufweist, was im allgemeinen nur bei einer bestimmten Federungsstellung im Bereich der Normallage der Radaufhängung der Fall ist. Beim Ein- und Ausfedern ergeben sich merkliche Beugewin­ kel, wodurch sich die wirksamen Hebelarme der Antriebs- und ggf. auch der Bremskraft ändern. Dies hat die von Frontantriebsfahrzeugen her bekannten Störungen am Lenkrad, besonders bei Kurvenfahrt, zur Folge. Maßnahmen, die geeignet sind, auch bei auftretenden Beugewinkeln in der Gelenkwelle die Antriebseinflüsse, ggf. auch die Bremskrafteinflüsse bei innenliegender Bremse, auf die Lenkung zu vermeiden, sind schon in der früheren deut­ schen Patentanmeldung P 41 19 520.5 vom 13.06.1991 be­ schrieben worden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Radauf­ hängung für angetriebene und lenkbare Räder zu schaffen, mit der möglichst über den vollen Ein- und Ausfederweg Rückwirkungen der Antriebs- und ggf. Bremskräfte auf die Lenkung vermieden werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Radaufhängung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Mit den Steuerelementen ist es möglich, zusätzlich zu der Vertikalbewegung des Radträgers während des Ein- und Aus­ federns, die fast immer auch mit einer Schwenkbewegung des Radträgers um eine in Fahrtrichtung verlaufende Achse verbunden ist, dem Radträger noch eine weitere Schwenkbe­ wegung um eine Längsachse aufzuprägen. Die Steuerelemente können dabei ein weiter unten noch näher zu erläuterndes Koppelglied umfassen, das gegenüber dem Radträger über ein ecksteifes Drehgelenk mit weitgehend längsverlaufen­ der Drehachse verbunden ist. Die gesteuerte zusätzliche Verschwenkung des Radträgers gegenüber dem Querlenker könnte aber auch durch eine Verzahnung oder mit ähnlichen Mitteln bewirkt werden. Vorzugsweise werden die Steuer­ elemente dabei so ausgelegt, daß der Spreizungsversatz über dem Federweg veränderlich ist, und zwar so, daß sich die Radmitte beim Einfedern gegenüber der Spreizachse zur Fahrzeugaußenseite und beim Ausfedern zur Fahrzeuginnen­ seite bewegt. Es ist weiterhin vorteilhaft, dabei die Spreizachse in Normallage des Fahrzeugs die Radmitte schneiden zu lassen.

Mit den geschilderten Maßnahmen können Radaufhängungen für antreibbare und lenkbare Räder, in der Regel Vorderräder, aber auch Hinterräder, geschaffen werden, mit der die Rückwirkungen der Antriebs- und ggf. Brems­ kräfte auf die Lenkung vermeidbar sind.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Vorder­ radaufhängung mit einem biege- und verwindungs­ steifen unteren Trapezlenker als Querlenker und einem einfachen Stablenker als oberen Querlen­ ker;

Fig. 2 eine schematisierte Ansicht der Radaufhängung nach Fig. 1 in einem Fahrzeugquerschnitt in Normallage des Fahrzeugs;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, je­ doch im eingefederten Zustand der Radaufhän­ gung;

Fig. 4 eine der Fig. 1 entsprechende perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, bei der das obere und untere Lenkerdreieck jeweils in zwei schräg zueinander verlaufende stabför­ mige Lenker aufgelöst ist;

Fig. 5 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung aus der Darstellung nach Fig. 4 im oberen Radträgerbe­ reich;

Fig. 6 eine schematisierte Darstellung der Radaufhän­ gung nach Fig. 4 in einem Fahrzeugquerschnitt in Normallage des Fahrzeugs;

Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung, je­ doch bei eingefederter Radaufhängung und

Fig. 8 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung der Radaufhängung, jedoch in ausgefedertem Zustand.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Radaufhängung um­ faßt einen das Rad 1 lagernden Radträger 2, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über einen unteren, als biege- und verwindungssteifen Trapezlenker ausgebildeten Querlenker 3 und einen oberen, stabförmigen Querlenker 4 mit dem nicht näher dargestellten Fahrzeugaufbau 5 oder auch einem dazwischengeschalteten Fahrschemel gelenkig verbunden ist. Durch die querverlagerbare Spurstange 6 kann der Radträger 2 und damit das Rad 1 mittels eines nicht dargestellten Lenkmechanismus um eine annähernd lotrechte Achse geschwenkt werden. Zum Antrieb des Rades 1 dient die in Normallage des Fahrzeugs (Fig. 2) im we­ sentlichen horizontal verlaufende Gelenkwelle 7, an der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel innerhalb des inneren Gelenkes 8 die lediglich angedeutete Bremsscheibe 9 angreift. Über das äußere Gelenk 10 werden bei dieser Ausführungsart von der Gelenkwelle 7 daher nicht nur die Antriebsmomente, sondern auch die Bremsmomente auf das Rad 1 übertragen.

Abweichend von den bisher gebräuchlichen Anlenkungen eines Radträgers an einem Querlenker ist bei der Radauf­ hängung nach den Fig. 1 bis 3 der untere Trapezlenker 3 mit dem Radträger 2 über ein erstes Steuerelement in Form eines Koppelgliedes 11 so verbunden, daß im Fahr­ zeugquerschnitt (Fig. 2 und 3) die Verbindungslinie 12 vom Radaufstandspunkt 13 zum Schnittpunkt 14 der Radachse 15 mit der Spreizachse 16 über dem Federweg zumindest an­ nähernd parallel zur Winkelhalbierenden 17 zwischen der Radachse 15 und der Gelenkwelle 7 verläuft.

Das Koppelglied 11 ist am Radträger 2 über ein ecksteifes Drehgelenk 18 mit etwa horizontal und ungefähr parallel zur Radmittelebene 19 verlaufender Drehachse 20 ange­ lenkt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 3 ist das Koppelglied über ein zweites ecksteifes Drehgelenk 21 mit etwa lotrechter Drehachse 22 mit einem Zwischenglied 23 drehbar verbunden, das seinerseits wiederum über ein drittes ecksteifes Drehgelenk 24 schwenkbar mit dem Tra­ pezlenker 3 in Verbindung steht. Dieses dritte Drehgelenk 24 hat eine etwa in Fahrtrichtung liegende Drehachse 25. In einem Querabstand zu der Drehachse 25 ist das Zwi­ schenglied 23 gelenkig mit einem Ende einer zumindest an­ nähernd lotrechten Stützstrebe 26 verbunden, deren an­ deres Ende an dem oberen stabförmigen Querlenker 4 an­ greift.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 3 ist die lotrechte Drehachse 22 des ecksteifen Drehgelenkes 21 zugleich die Spreizachse 16. Deren waagrechter, als Spreizungsversatz 27 bezeichneter Abstand im Bereich ihres Schnittpunktes mit der Radachse 28 von der Radmitte 29 ist über dem Federweg veränderlich, und zwar so, daß sich die Radmitte 29 beim Einfedern (Fig. 3) gegenüber der Spreizachse 16 zur Fahrzeugaußenseite hin und beim Ausfedern (nicht dargestellt) zur Fahrzeuginnenseite hin bewegt. Dabei ist ferner Vorkehrung getroffen, daß die Spreizachse 16 in Normallage des Fahrzeugs (Fig. 2) die Radmitte 29 schneidet.

In Fig. 3 ist für das eingefederte Rad 1 der Beugewinkel der Gelenkwelle 7 im äußeren als Gleichlaufgelenk ausgebildeten Gelenk 10 mit α bezeichnet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Verbindungslinie 12 des Schnittpunktes 14 der Radachse 28 mit der etwa lotrechten Drehachse 22 mit dem Radaufstandspunkt 13 zur Radmittel­ linie 19 um einen Winkel α/2 geneigt ist, der gleich dem halben Beugewinkel α im äußeren Gelenk 10 der Gelenkwelle 7 ist.

Wie man in Fig. 3 erkennt, schneidet beim eingefederten Rad die Spreizachse 16 die Fahrbahnebene außen neben dem Radaufstandspunkt 13, was einen beträchtlichen negativen Lenkrollradius ergibt, was aber wegen der innenliegenden Bremse ohne Belang ist.

In den Fig. 4 bis 8 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radaufhängung dargestellt, bei der das obere und das untere Lenkerdreieck jeweils in zwei einzelne stabförmige Lenker aufgelöst ist. Das untere Lenkerdreieck besteht aus einem im wesentlichen in Fahr­ zeugquerrichtung verlaufenden Querlenker 30 und einer un­ teren Schrägstrebe 31. In gleicher Weise ist das obere Lenkerdreieck ebenfalls aus einem weitgehend querverlau­ fenden Querlenker 32 und einer weiteren Schrägstrebe 33 gebildet. Wird der Radträger 2′ mittels der Spurstange 6′ um eine Hochachse verschwenkt, so verschwenkt er sich um die ideelle, momentane Lenkachse 34, wie dies beispiels­ weise ausführlicher in der DE-PS 19 38 850 beschrieben worden ist.

In Fig. 5 ist vergrößert die Anlenkung der beiden Lenker 30, 32 am Radträger 2′ dargestellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der stabförmige Querlenker 32 des oberen Lenkerdreiecks über ein ecksteifes Drehgelenk 35 mit etwa lotrechter Drehachse 36 an dem Koppelglied 37 angelenkt. In einem gewissen Höhenabstand greift an dem Koppelglied 37 weiterhin die Schrägstrebe 33 an. Auch das untere Lenkerdreieck ist in der gleichen Weise über ein unteres Koppelglied 37 mit dem Radträger 2′ verbunden. Zum Angriff der Schrägstrebe 31 bzw. 33 jeweils mit einem höhenmäßigen Versatz trägt jedes Koppelglied 37 einen nach oben gerichteten Ausleger 38.

Die fahrgestellseitigen Lager der stabförmigen Lenker je­ des Lenkerdreiecks liegen etwa auf gleicher Höhe, damit sich beim Ein- und Ausfedern möglichst nur geringe Längs­ verschiebungen des Radträgers ergeben. Solche Längsver­ schiebungen konnten andererseits auch erwünscht sein, um zum Beispiel einen Anfahrnickausgleich ohne wesentliche Nachlaufwinkeländerung, also eher eine "negative Schräg­ federung", zu erhalten. Dann werden die aufbauseitigen Anlenkpunkte der Stablenker nicht in einer Höhe liegen.

In den Fig. 4 und 6 bis 8 ist ferner die Gelenkwelle 7 und die Spurstange 6′ dargestellt.

Fig. 5 dient zur Erläuterung der Wirkungsweise eines der beiden Koppelglieder 37, hier am Beispiel des oberen Kop­ pelgliedes. Die Wirkebene 39 des oberen Querlenkers 32 am Koppelglied 37 wird durch die Längsachse des Querlenkers 32 und die etwa vertikale Drehachse 36 zwischen Querlen­ ker und Koppelglied aufgespannt. Der Durchstoßpunkt 40 der verlängerten Mittellinie 41 der Schrägstrebe 33 durch die Wirkebene 39 ist ein ideeller Drehpunkt oder Pol, also in der Radaufhängung ein Punkt der Spreizachse bzw. der ideellen Lenkachse 34. Näheres zu derartig gebildeten ideellen Lenkachsen findet sich in der DE-PS 21 55 536.

In Fig. 6 ist die Radaufhängung in Normallage schematisch in einem Fahrzeugquerschnitt dargestellt, in der die Ge­ lenkwelle 7 radseitig keinen Beugewinkel aufweist. Die Schrägstreben 31 bzw. 33 sind gestrichelt angedeutet, die Querlenker 30 bzw. 32 in ausgezogenen Linien. Die Pole P1 und P2 sind so gewählt, daß die Spreizachse 34 in die Radmittelebene 19 fällt. Bei der Radaufhängung kann eine radseitig untergebrachte (nicht dargestellte) Bremse vor­ gesehen werden. Dabei ist dann weiterhin noch erwünscht, daß die Spreizachse 34 über dem Federweg stets durch den Radaufstandspunkt 13 verläuft, damit der Lenkrollradius ständig Null ist. Die Vermeidung von Antriebskraftein­ flüssen auf die Radaufhängung erfordert wiederum, daß die Spreizachse 34 selbst stets parallel zur Winkelhalbieren­ den 17 zwischen Radachse 28 und Gelenkwelle 7 liegen muß. Die Winkelhalbierende 17 ist in den Fig. 7 und 8 in strichpunktierten Linien eingezeichnet.

In den Fig. 4 bis 8 hat die etwa in Fahrtrichtung ver­ laufende Drehachse 18 des ecksteifen Drehgelenkes 20, mit dem das Koppelglied 37 am Radträger 2′ angelenkt ist, einen Querabstand von der Drehachse 36 des ecksteifen Drehgelenkes 35, mit dem der Querlenker 32 an dem Koppel­ glied 37 angelenkt ist. Die Gelenkverbindung könnte auch, ähnlich wie bei einem echten Kardangelenk, so erfolgen, daß die beiden Drehachsen 18 und 36 sich kreuzen.

Auch in den Fig. 7 und 8 ist der Beugewinkel zwischen der Radachse 18 und der Gelenkwelle 7 im äußeren Gelenk 10 mit α bezeichnet. Wie schon weiter oben erwähnt, ist die Anordnung dabei so getroffen, daß beispielsweise beim Einfedern (Fig. 7) die Spreizachse 34 gegenüber der Rad­ mittelebene 19 um den halben Beugewinkel α, also um α/2, nach innen geschwenkt ist. Die Winkelhalbierende 17 ist dabei parallel zur Spreizachse 34.

In Fig. 8 ist wiederum die Spreizachse 34, diesmal für das ausgefederte Rad, um den halben Beugewinkel α/2 ge­ genüber der Radmittelebene 19 nach außen geschwenkt. Auch hier verläuft die Winkelhalbierende 17 parallel zur Spreizachse 34.

In Fig. 6 sind im Querschnitt des Fahrzeugs die Lenker­ längen L1 für den unteren Querlenker 30 und L2 für den oberen Querlenker 32 angegeben. Die Länge der Gelenkwelle 7 zwischen dem inneren Gelenk 8 und dem äußeren Gelenk 10 beträgt L3. Die Höhe des Poles P1 über der Fahrbahn be­ trägt H1 und die Höhe des Poles P2 beträgt H2. Schließ­ lich sind die Höhenabstände des Poles P1 gegenüber dem Querlenker 30 mit D1 und der Höhenabstand des Poles P2 gegenüber dem Querlenker 32 mit D2 angegeben.

Danach gilt, zumindest bei etwa paralleler Lage der Quer­ lenker 30 und 32, im Fahrzeugquerschnitt näherungsweise

Claims (10)

1. Radaufhängung für angetriebene und lenkbare Räder (1) von Kraftfahrzeugen, insbesondere für Vorderrä­ der, mit einem das Rad (1) lagernden Radträger (2, 2′), der über wenigstens einen Querlenker (3) und mindestens ein weiteres Radführungsglied (4) mit dem Fahrzeugaufbau (5) und über eine Spurstange (6) mit einem Lenkungsmechanismus verbunden und um eine Spreizachse (16, 22) schwenkbar ist, sowie ferner mit einer das Rad (1) antreibenden, im wesentlichen quer verlaufenden Gelenkwelle (7), dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Radträger (2) mit dem Querlenker (3) über Steuerelemente (Koppelglied 11, 37, Zwi­ schenglied 23) so verbunden ist, daß im Fahrzeug­ querschnitt die Verbindungslinie (12) vom Radauf­ standspunkt (13) zum Schnittpunkt (14) der Radachse (15) mit der Spreizachse (16) über dem Federweg zu­ mindest annähernd parallel zur Winkelhalbierenden (17) zwischen der Radachse (15) und der Gelenkwelle (7) verläuft.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, mit einem Spreizungs­ versatz (27), der als Querabstand der Radmitte (29) vom Schnittpunkt der Radachse (28) mit der Spreiz­ achse (16) definiert ist, gekennzeichnet durch einen über dem Federweg so veränderlichen Sprei­ zungsversatz, daß sich die Radmitte (29) beim Einfe­ dern gegenüber der Spreizachse (16) zur Fahrzeug­ außenseite und beim Ausfedern zur Fahrzeuginnenseite bewegt.

3. Radaufhängung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spreizachse (16) in Normallage des Fahrzeugs die Radmitte (29) schneidet.

4. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Verbindungslinie (12) des Schnittpunk­ tes (14) der Radachse (28) mit der etwa lotrechten Drehachse (22) mit dem Radaufstandspunkt (13) zur Radmittelebene (19) um einen Winkel (α/2) geneigt ist, der gleich dem halben Beugewinkel (α) im äuße­ ren Gelenk (10) der Gelenkwelle (7) ist.

5. Radaufhängung nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Steuerelement ein Kop­ pelglied (11) ist, das am Radträger (2) über ein ecksteifes Drehgelenk (18) mit etwa horizontal und parallel zur Radmittelebene verlaufender Drehachse (20) angelenkt und ferner über einen Stützlenker (26) gehalten ist, der an dem Koppelglied (11) in einem seitlichen Abstand zur Drehachse (20) und im wesentlichen quer dazu angreift.

6. Radaufhängung nach Anspruch 5, mit einem verwin­ dungssteifen Trapezlenker und einem weiteren Quer­ lenker in vertikalem Abstand zum Trapezlenker, da­ durch gekennzeichnet, daß das Koppelglied (11) über ein zweites ecksteifes Drehgelenk (21) mit etwa lotrechter Drehachse (22) mit einem Zwischenglied (23) verbunden ist, das seinerseits über ein drittes ecksteifes Drehgelenk (24) mit etwa in Fahrtrichtung liegender Drehachse (25) an dem Trapezlenker (3) an­ gelenkt ist und ferner in einem Querabstand zu die­ ser Drehachse (25) gelenkig mit einem Ende einer zu­ mindest annähernd lotrechten Stützstrebe (26) ver­ bunden ist, deren anderes Ende am Querlenker (4) an­ gelenkt ist.

7. Radaufhängung nach Anspruch 5, mit einem unteren und oberen Lenkerdreieck, das jeweils aus einem stabför­ migen Querlenker (30, 32) und einer davon unabhängi­ gen Schrägstrebe (31, 33) besteht, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens einer der beiden stabförmi­ gen Lenker (30 bzw. 32) über ein ecksteifes Drehge­ lenk (35) mit etwa lotrechter Drehachse (36) an dem Koppelglied (37) angelenkt ist und der jeweils an­ dere Lenker (31 bzw. 33) in einem Höhenabstand ge­ lenkig an dem Koppelglied (37) angreift.

8. Radaufhängung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der stabförmige Querlenker (30, 32) über das ecksteife Drehgelenk (35) an dem Koppelglied (37) angelenkt ist und die Schrägstrebe (31, 33) den Stützlenker bildet.

9. Radaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Spreizachse (34) über den gesamten Fe­ derweg der Radaufhängung etwa durch den Radaufstandspunkt (13) verläuft.

10. Radaufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Achsen (20, 36) der beiden Drehgelenke (18, 35) in einem Querabstand voneinander verlaufen.