DE102007003950A1 - Einzelrad-Aufhängung eines Zweispur-Fahrzeugs mit einem Führungsbahnelement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einzelrad-Aufhängung eines Zweispur-Fahrzeugs mit einem Radträger, an dem im wesentlichen unterhalb der Radmitte Anlenkpunkte für Lenker vorgesehen sind, die mit ihrem anderen Ende direkt oder indirekt am Fahrzeug-Aufbau abgestützt sind, und an dem ein sich im wesentlichen in Vertikalrichtung erstreckendes, zumindest partiell gekrümmtes Führungselement vorgesehen ist, auf dem im wesentlichen oberhalb der Radmitte ein Führungselement, das andererseits direkt oder indirekt am Fahrzeug-Aufbau befestigt ist, längs des Führungsbahnelements verschiebbar geführt ist, wobei weiterhin eine letztlich zwischen dem Aufbau und dem Radträger wirkende Tragfeder sowie ein dieser parallel geschalteter Schwingungsdämpfer vorgesehen ist. Dabei sind die Tragfeder sowie der Schwingungsdämpfer auf einem der Lenker oder direkt am Radträger unterhalb oder nur wenig oberhalb Radmitte abgestützt. Bevorzugt ist der Schwingungsdämpfer als Rotationsdämpfer ausgebildet, dessen Gehäuse letztlich am Fahrzeug-Aufbau abgestützt und dessen Schwenkarm direkt oder indirekt letztlich am Radträger verbunden ist. Das Führungsbahnelement kann über eine Klemmung am Radträger befestigt sein, während das Führungselement über zwei im wesentlichen konzentrisch zur Hauptdrehachse des Führungsbahnelement-Lagers angeordnete Gummilager letztlich am Fahrzeug-Aufbau befestigt ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Einzelrad-Aufhängung eines Zweispur-Fahrzeugs mit einem Radträger, an dem im wesentlichen unterhalb der Radmitte Anlenkpunkte für Lenker vorgesehen sind, die mit ihrem anderen Ende letztlich, d. h. direkt oder indirekt, am Fahrzeug-Aufbau abgestützt sind und an dem ein sich im wesentlichen in Vertikalrichtung erstreckendes zumindest partiell gekrümmtes Führungsbahnelement vorgesehen ist, auf dem im wesentlichen oberhalb der Radmitte ein Führungselement, das andererseits letztlich, d. h. direkt oder indirekt, am Fahrzeug-Aufbau befestigt ist, längs des Führungsbahnelements verschiebbar geführt ist, wobei weiterhin eine letztlich zwischen dem Aufbau und dem Radträger wirkende Tragfeder und ein dieser parallel geschalteter Schwingungsdämpfer vorgesehen ist. Zum bekannten Stand der Technik wird neben der DE 10 2004 048 789 A1 auf die DE 10 2004 035 320 A1 verwiesen.
• Bei derzeit in Serie befindlichen Einzelradaufhängungen an der Vorderachse und Hinterachse von Zweispur-Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, sind Lenker zur Radführung und Übertragung der Kräfte vom Fahrzeug-Aufbau an das Rad eingesetzt. Bei der so genannten Federbeinachse wird zusätzlich zu den Lenkern der Schwingungsdämpfer als Rad führendes Element genutzt. Der Schwingungsdämpfer ist dabei kinematisch mit einem Drehschub-Gelenk gleichzusetzen, wobei der üblicherweise eingesetzte Linear-Schwingungsdämpfer nur geradlinige Bewegungen zulässt. Je nach Ausführung der Radaufhängung können die kinematischen Zielgrößen mehr oder weniger frei eingestellt werden. Die meisten Einschränkungen müssen dabei bei einfachen Achsen mit nur einem Lenker, bspw. einer Schräglen kerachse, hingenommen werden. Im Gegensatz hierzu bieten Mehrlenkerachsen mit bis zu fünf Lenkern ein Maximum an Abstimmmöglichkeiten zur Erreichung der Zielwerte für Spur, Sturz, Rollzentrumshöhe sowie Bremsuns Antriebsstützwinkel.
• Mehrlenkerachsen verfügen im Allgemeinen über zwei Lenkerebenen. Der Bauraum der unteren Lenkerebene wird durch die Bodenfreiheit nach unten begrenzt. Mindestens ein Lenker ist in der Regel oberhalb der Radmitte (und im Falle einer angetriebenen Achse oberhalb der Antriebswelle) angeordnet und bildet die obere Lenkerebene. Um die Zielwerte für die Kinematikparameter der Achse über dem Radhub erfüllen zu können, weist der oder die obere(n) Lenker eine gewisse Mindestlänge auf. Dadurch wird Bauraum in Fahrzeug-Querrichtung beansprucht. Somit besteht bei den derzeit in Serie befindlichen Radaufhängungen ein Zielkonflikt zwischen der Achsfunktion einerseits und der Raumfunktionalität andererseits. Es besteht die Möglichkeit, entweder einfache Konzepte mit wenig Platzbedarf (bspw. Schräglenkerachsen oder Verbundlenkerachsen) mit eingeschränkten Möglichkeiten bei der Kinematikauslegung oder Mehrlenkerachsen mit relativ hohem Platzbedarf durch zusätzliche Lenker aber besserem kinematischen Abstimmpotential einzusetzen.
• Weiterhin bekannt sind Radführungskonzepte mit körperlich ausgebildeten zumindest partiell gekrümmten Führungsbahnen, auf denen ein Führungselement längsverschiebbar geführt ist, vgl. bspw. die beiden eingangs genannten Schriften. Dabei ist es ebenfalls bereits bekannt, zumindest eine Führungsbahn mit Lenkern zu kombinieren, wobei es sinnvoll ist, die Lenker insbesondere unterhalb der Radmitte vorzusehen, weil Lenker besser geeignet sind, das höhere Kraftniveau in der unteren Lenkerebene aufzunehmen. Zudem steht im unteren Fahrzeugbereich in der Regel ausreichend Bauraum in Fahrzeug-Querrichtung zur Verfügung, so dass hiermit sowie mit einer oberhalb der Radmitte vorgesehenen extrem raumsparenden, zumindest partiell gekrümmten Führungsbahn, mit der sich eine gewünschte Radführung praktisch ideal umsetzen lässt, der Zielkonflikt zwischen Raumfunktionalität und Fahrwerksfunktion jedenfalls größtenteils aufgelöst werden kann.
• Dennoch sind Verbesserungen bzw. günstige Weiterentwicklungen gegenüber diesem Stand der Technik möglich, die aufzuzeigen sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gestellt hat.
• Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine Einzelrad-Aufhängung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfeder sowie der Schwingungsdämpfer entweder auf einem der Lenker oder direkt am Radträger unterhalb oder nur wenig oberhalb der Radmitte abgestützt ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
• Es gilt nicht nur, den Bauraumbedarf einer funktional günstigen Radführung oberhalb der Radmitte durch Vorsehen einer Führungsbahn bzw. eines sich im wesentlichen vertikal erstreckenden Führungsbahnelements gegenüber den dort üblichen Lenker-Anordnungen zu verringern, sondern es sollen zusätzlich die Tragfeder sowie ein dieser parallel geschalteter Schwingungsdämpfer möglichst wenig Bauraum benötigen. Hierfür kann zumindest die Tragfeder entweder direkt auf dem Radträger relativ nahe der Fahrbahn und somit unterhalb oder nur wenig oberhalb der Radmitte oder auf einem der unteren Lenker abgestützt und somit in Vertikalrichtung betrachtet möglichst weit unten positioniert sein.
• Eine entsprechende Anordnung wird für den der Feder wirkungsmäßig parallel geschalteten Schwingungsdämpfer vorgeschlagen. Zur Erzielung eines minimalen Platzbedarfs im Fahrzeug kann dabei der Schwingungsdämpfer als Rotations-Schwingungsdämpfer ausgebildet sein, dessen Gehäuse letztlich am Fahrzeug-Aufbau abgestützt ist und dessen Schwenk arm direkt oder indirekt letztlich, d. h. direkt oder indirekt, mit dem Radträger verbunden ist.
• Zurückkommend auf die Führungsbahn bzw. das Führungsbahnelement, welches naturgemäß wenig Bauraum in Fahrzeugquerrichtung beanspruchet, kann durch geeignete Gestaltung des Bahnradius der Führungsbahn und des Verlaufs der Radiusänderung in der Führungsbahn eine gezielte Abstimmung der Kinematikparameter der Achse sowohl in Konstruktionslage als auch über dem Radhub umgesetzt werden. Dadurch ergeben sich enorme Vorteile hinsichtlich der eigentlichen Fahrwerksfunktion, nämlich der Radführung in Abhängigkeit von aktuellen Randbedingungen. So kann der Sturzverlauf zur Vermeidung eines zu hohen Sturzwertes im voll beladenen Zustand eines Personenkraftwagens bis zu einem Radhub in der Größenordnung von etwa 50 mm Einfederung progressiv ansteigend und für größere Einfederwege nur noch linear ansteigend ausgelegt werden. Des Weiteren besteht durch die bereits genannten Parameter „Bahnradius" und „Verlauf der Radiusänderung" die Möglichkeit, durch eine konstant hohe kinematische Bremsabstützung (z. B. 100%) und einen konstant kleinen Schrägfederungswinkel (z. B. 4°) für alle Einfederzustände das Nickverhalten und das Schwingungsverhalten des Fahrzeuges vorteilhaft zu gestalten.
• Wegen der Anforderungen hinsichtlich Festigkeit und Steifigkeit sowie der Eignung als Wälzlagerlaufbahn kann das Führungsbahnelement bevorzugt aus einem Stahlwerkstoff hergestellt sein. Der Radträger hingegen kann in Abhängigkeit vom Lastniveau und von Gewichtsanforderungen aus einem kostengünstigen Leichtmetall- oder Stahlgusswerkstoff geformt sein. Vorzugsweise ist die Anbindung des Führungsbahnelements an den Radträger lösbar ausgeführt, um im Servicefall mit kleinem Aufwand einen Austausch zu ermöglichen. Zudem können dann durch Vorsehen unterschiedlicher Führungsbahnelemente verschiedene Kinematikstände in einer ansonsten identischen Achse dargestellt werden. Als Vorzugsvariante zur lösbaren Verbindung zwischen dem Führungsbahnelement und dem Radträger wird eine Klemm-Verbindung (Klemm-Hülse) mit Verschraubung vorgeschlagen.
• Weiterhin wird vorgeschlagen, das Führungselement zur Aufnahme der in Verbindung mit einem Radhub erwünschtermaßen auftretenden Verdreh-Bewegungen zwischen dem Führungsbahnelement bzw. dem darauf verschiebbar geführten Führungselement und dem Fahrzeug-Aufbau über zwei Gummilager letztlich am Aufbau zu befestigen, welche bzw. deren Drehachse konzentrisch zur Hauptdrehachse des Führungsbahnelement-Lagers am Radträger gegenüber dem Fzg.-Aufbau angeordnet ist. Die Lage dieser Hauptdrehachse ergibt sich dabei aus derjenigen Position, bei welcher die kleinsten Kardanikwinkel im Gummilager entstehen. Diese Position kann mittels einer Kinematiksimulation ermittelt werden. Vorzugsweise sind die besagten Gummilager im Fahrzeug dabei in Fahrtrichtung betrachtet vor und hinter dem Führungsbahnelement angeordnet, damit der Platzbedarf in Fahrzeugquerrichtung möglichst gering bleibt. Zusätzlich zur genannten Funktion als Drehlager dienen diese Gummilager ferner zur Schwingungsentkopplung und zur Aufnahme der genannten Kardanikwinkel.
• Beispielsweise können die Gummilager mit dem Führungselement über eine Presspassung verbunden und mit einer für die Montage gut zugängige Halterung mit dem Fzg.-Aufbau verschraubt sein. Im übrigen kann am Führungsbahnelement zumindest ein Endanschlag für das Führungselement in Form eines Gummipuffers vorgesehen sein.
• Grundsätzlich kann – wie eingangs ausgeführt – ein oberhalb der Radmitte an einem Radträger angeordnetes Führungsbahnelement mit verschiedenen Achskonzepten bzw. Lenkern, die unterhalb der Radmitte am Radträger angelenkt sind, kombiniert werden. Ebenso kann – wie ausgeführt – die Tragfeder und ein Schwingungsdämpfer unterschiedlich, dabei jedoch stets möglichst tief liegend – angeordnet sein. Beispielsweise kann hinsichtlich der Abstützung von Tragfeder und Schwingungsdämpfer sowie hinsichtlich der unteren Lenker-Ebene eine Gestaltung ähnlich der EP 0 288 654 B1 gewählt werden, alternativ aber auch eine solche ähnlich der EP 1 404 536 B1 .
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, wobei die beigefügte 1 den Radträger des linken Hinterrads eines Personenkraftwagens mit Lenkern, Führungsbahnelement, Tragfeder und Schwingungsdämpfer in räumlicher Darstellung zeigt, während in 2 dieser Radträger mit dem Führungsbahnelement alleine dargestellt ist und 3 das Führungselement mit zugehörigen Gummilagern und Halterung ebenfalls in räumlicher Darstellung zeigt. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
• Mit der Bezugsziffer 1 ist ein dem Fachmann grundsätzlich bekannter Radträger gekennzeichnet, der eine Anlagefläche 1a für ein Radlager aufweist. Ferner sind am Radträger 1 ein Anlenkpunkt 1b für einen Längslenker 2, ein Anlenkpunkt 1c für einen Sturzlenker 3, ein Anlenkpunkt 1d für einen Spurlenker 4 sowie Anbindungspunkte 1e für einen nicht dargestellten Bremssattel einer Scheibenbremse vorgesehen. Mit der Bezugsziffer 1f ist die Anbindungsstelle für eine Feststellbremse und mit der Bezugsziffer 1g diejenige für einen ABS-Sensor gekennzeichnet. Schließlich ist an demjenigen Arm des Radträgers 1, der den Anlenkpunkt 1b aufweist, noch ein Abstützflansch 1h für eine Tragfeder 5, über die der nicht dargestellte Fzg.-Aufbau anteilig am Radträger 1 abgestützt ist, vorgesehen. Wie ersichtlich befindet sich dieser Abstützflansch 1h relativ weit unterhalb der Radmitte M (M = Mittelpunkt des Radlagers bzw. der Kreisring-Anlagefläche 1a für das Radlager) und somit relativ nahe an der Fahrbahn. Weiterhin ist in einem oben liegenden und somit von der Fahrbahn relativ weit beabstandeten Bereich des Radträgers 1 eine Klemmhülse 1i vorgesehen, in der über eine eine Klemmung hervorrufende Verschraubung 6 ein sich im wesentlichen in Vertikalrichtung erstreckendes partiell gekrümmtes Führungsbahnelement 7 (gemäß obiger Erläuterung) gehalten ist. Auf diesem Führungsbahnelement 7 ist ein Führungselement 8 längsverschiebbar geführt.
• In 1 ist zusätzlich zu den soweit genannten Elementen eine Antriebswelle 9 für das nicht dargestellte Rad erkennbar, sowie ein der als nur symbolisch dargestelltes Luftfederelement ausgebildeten Tragfeder 5 funktional parallel geschalteter Schwingungsdämpfer 10, der als Rotationsdämpfer ausgebildet ist und mit seinem Gehäuse 10a am nicht dargestellten Fahrzeug-Aufbau bzw. an einem Längsträger desselben befestigt ist, während der Schwenkarm 10b dieses an sich üblichen Rotations-Schwingungsdämpfers 5 über eine Stütze 11 am Sturzlenker 3 abgestützt ist.
• In 3 ist das Führungselement 8 mit seiner Halterung 12 – diese Halterung 12 ist in 1 nicht dargestellt – sowie mit Gummilagern 13, über die das Führungselement 8 mit der Halterung 12 verbunden ist, dargestellt. Dabei ist das Führungselement 8 hier in Form einer einfachen Rohrschelle, die/das auf das Führungsbahnelement 7 aufsteckbar ist, dargestellt. Tatsächlich sind innerhalb dieser „Rohrschelle", d. h. an der dem Führungsbahnelement 7 zugewandten Innenfläche des Führungselements 8 Gleitlager oder Wälzlager vorgesehen oder ausgebildet, was hier jedoch nicht dargestellt ist, da dies für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung ist.
• Zurückkommend auf das Führungsbahnelement 7, welches zusammen mit dem Führungselement 8 anstelle der oberen Lenkerebene herkömmlicher Radaufhängungen (bspw. ähnlich EP 0 288 654 B1 oder EP 1 404 536 B1 ) vorgesehen ist, können über den lokalen Radius und Krümmungsverlauf der hierdurch gebildeten Führungsbahn die Kinematikparameter der Radaufhängung sowohl in Konstruktionslage als auch über dem Radhub ideal abge stimmt sein. Ein derartiges Führungsbahnelement bzw. eine solche anteilige Radführung über eine körperlich vorhandene Führungsbahn ist für den Einsatz sowohl an Hinterachsen als auch an Vorderachsen zweispuriger Fahrzeuge geeignet. Insbesondere bei herkömmlichen Doppelquerlenker-Vorderachsen ist die Länge des oberen Querlenkers durch den Verlauf der Motorträger begrenzt. Durch den Einsatz einer Führungsbahn kann ein nahezu beliebig langer Querlenker kinematisch nachgebildet werden. Dadurch kann der Sturzverlauf an der Vorderachse weniger progressiv gestaltet werden. Somit können die Unterschiede der Sturzverläufe zwischen Hinterachse und Vorderachse minimiert werden. Dies verbessert die Fahrzeugabstimmung hinsichtlich Querdynamik
• Die vorgeschlagene Lösung bietet folgende Vorteile:
• • Weniger Bauraumbedarf für die Radaufhängung vor allem im Bereich der oberen Lenkerebene
• • Bessere Anpassungsmöglichkeiten der Radaufhängungen an die Bauraumvorgaben durch das Fahrzeugkonzept durch den Ersatz von Lenkern durch Führungsbahnen
• • Vorteile bei der Kinematikauslegung über dem Radhub und in Konstruktionslage (z. B. konstante Brems- und Antriebsstützwinkel, flexiblere Gestaltung der Sturzwerte über dem Radhub) durch die Abstimmparameter Krümmungsradius und Änderung Krümmungsradius über dem Radhub und dadurch Vorteile bei der Querdynamik
• • Bessere Abstimmung der Sturzverläufe Vorderachse zu Hinterachse durch flexiblere Gestaltung der Sturzverläufe an Vorder- und Hinterachse unabhängig vom vorgegebenen Bauraum und dadurch Vorteile bei der Abstimmung des Fahrverhaltens des Fahrzeugs
• • Bessere Abstimmung von Brems- und Anfahrstützwinkel und dadurch Vorteile beim Nick- und Schwingungsverhalten
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• - DE 102004048789 A1 [0001]
• - DE 102004035320 A1 [0001]
• - EP 0288654 B1 [0013, 0018]
• - EP 1404536 B1 [0013, 0018]

Claims (5)

1. Einzelrad-Aufhängung eines Zweispur-Fahrzeugs mit einem Radträger (1), an dem im wesentlichen unterhalb der Radmitte (M) Anlenkpunkte (1b, 1c, 1d) für Lenker (2, 3, 4) vorgesehen sind, die mit ihrem anderen Ende letztlich, d. h. direkt oder indirekt, am Fahrzeug-Aufbau abgestützt sind und an dem ein sich im wesentlichen in Vertikalrichtung erstreckendes zumindest partiell gekrümmtes Führungsbahnelement (7) vorgesehen ist, auf dem im wesentlichen oberhalb der Radmitte (M) ein Führungselement (8), das andererseits letztlich, d. h. direkt oder indirekt, am Fahrzeug-Aufbau befestigt ist, längs des Führungsbahnelements (7) verschiebbar geführt ist, wobei weiterhin eine letztlich zwischen dem Fahrzeug-Aufbau und dem Radträger (1) wirkende Tragfeder (5) und ein dieser parallel geschalteter Schwingungsdämpfer (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragfeder (5) sowie der Schwingungsdämpfer (10) entweder auf einem der Lenker (2, 3, 4) oder direkt am Radträger (1) unterhalb oder nur wenig oberhalb der Radmitte (M) abgestützt ist.
2. Einzelrad-Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungsdämpfer (10) als Rotationsdämpfer (10) ausgebildet ist, dessen Gehäuse (10a) letztlich am Fahrzeug-Aufbau abgestützt und dessen Schwenkarm (10b) direkt oder indirekt letztlich mit dem Radträger (1) verbunden ist.
3. Einzelrad-Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsbahnelement (7) lösbar, insbesondere über eine Klemmung (Klemmhülse 1i), am Radträger (1) befestigt ist.
4. Einzelrad-Aufhängung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (8) über zwei im wesentlich konzentrisch zur Hauptdrehachse des Führungsbahnelement-Lagers am Radträger (1) gegenüber dem Fahrzeug-Aufbau angeordnete Gummilager (13) mit einem Halterung (12) verbunden ist, die ihrerseits am Fahrzeug-Aufbau befestigt ist.
5. Einzelrad-Aufhängung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Führungsbahnelement (7) ein Endanschlag für das Führungselement (8) in Form eines Gummipuffers vorgesehen ist.