DE19535923A1 - Unabhängige Radaufhängung für angetriebene Hinterräder von Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine unabhängige Radaufhängung für angetriebene Hinterräder von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine bekannte derartige Radaufhängung (DE 41 08 164 A1) hat ein radträgerseiti­ ges Gelenk des unteren Dreieckslenkers, das von der Radmittellängsebene zur Fahrzeugmitte hin versetzt ist. Dieses Gelenk definiert mit einem Schnittpunkt der oberen beiden Stablenker-Achsen eine kinematische Schwenkachse, die die Radaufstandsebene relativ weit innerhalb der Radmittellängsebene schneidet. Der untere Dreieckslenker ist aufbauseitig in seinem in Fahrtrichtung vorderen Lager relativ hart, in seinem hinteren aufbauseitigen Lager dagegen relativ weich abge­ stützt. Auf diese Weise kann der untere Querlenker unter dem Einfluß von Längs- und Seitenkräften um das vordere aufbauseitige Lager begrenzt schwenken und bildet mit der etwa in der Höhenlage des unteren Querlenkers verlaufenden Spur­ stange ein unteres ideelles Gelenk, das in Verbindung mit dem von den beiden oberen Stablenkern gebildeten ideellen Gelenk eine elastokinematische Schwenkachse definiert. Diese elastokinematische Schwenkachse ist unten stark nach außen geneigt und durchstößt die Fahrbahnebene beträchtlich außerhalb der Radmittellängsebene.

Zwar kann mit der eben geschilderten Radaufhängung bei Längskräften ein gewis­ ser Verformungsweg zur Verfügung gestellt werden und damit im Zusammenwir­ ken mit der Spurstange unter Bremskraft eine Vorspur und unter Antriebskraft eine Nachspur erzeugt werden. Das vordere relativ harte Lager des unteren Querlen­ kers wird bei Längskräften in erster Linie beaufschlagt und bietet wegen seiner geringen Nachgiebigkeit keine für einen guten Fahrkomfort ausreichende Längsfe­ derung des unteren Querlenkers. Weiterhin gibt das hintere weichere aufbauseitige Lenkerlager des unteren Querlenkers bei Seitenkräften stärker nach, so daß ein unerwünschter elastischer Sturzverlust eintritt. Will man einen negativen Nach­ laufwinkel der elastokinematischen Radschwenkachse erreichen, muß außerdem das Lenkerlager des vorderen oberen Stablenkers härter ausgeführt werden, als das entsprechende Lager des hinteren oberen Stablenkers. Die vorbekannte Hin­ terrad-Aufhängung muß hinsichtlich der Elastizitäten der verwendeten Gummilager äußerst sorgfältig abgestimmt werden. Ebenso haben Karosseriesteifigkeitsände­ rungen großen Einfluß auf das Verhalten der Achse.

Schließlich greift bei der vorbekannten Radaufhängung das Federbein am Radträ­ ger mit einem relativ großen Abstand zu Mitte Rad an und erzeugt auf diese Weise ein Sturzmoment in Richtung negativer Sturz, das in den oberen Stablenkern eine Druckkraft erzeugt. Wegen der unterschiedlichen Steifigkeiten der aufbauseitigen Lager des unteren Querlenkers ergibt sich ein mit der Radlast zunehmender Nach­ spureffekt. Bei Radlastschwankungen auf unebener Fahrbahn kann dies den Ge­ radeauslauf beeinträchtigen.

Bei gelenkten Vorderachsen (DE 31 38 850 C2) ist es schon bekannt, mit einem unteren Dreieckslenker und zwei oberen Stablenkern eine ideelle kinematische Lenkachse vorzusehen, die die Radaufstandsebene außerhalb der Radmittel­ längsebene schneidet. Die oberen Stablenker sind dabei so orientiert, daß in Ge­ radeausstellung der Räder der Nachlaufwinkel gegen Null gehalten und ein guter Geradeauslauf erreichbar ist. Bei eingeschlagenen Rädern soll durch eine gezielte Bewegungsbahn des oberen ideellen Gelenkes eine erwünschte negative Sturzänderung nur für das kurvenäußere Rad erfolgen und damit ein guter Len­ kungsrücklauf gewährleistet werden. Elastokinematische Effekte und insbesondere auch eine elastokinematische Raddrehachse sind dabei nicht beschrieben.

Bei einer weiteren bekannten Radaufhängung ganz anderer Gattung (DE 15 55 234 A1) ist an einem oberen und unteren Querlenker ein etwa C-förmiger Bügel gelenkig angeordnet, der mit den freien Enden seiner Schenkel den Bremsring einer Bremsscheibe nach außen übergreift und dort durch zwei Ku­ gelgelenke eine Lenkachse für das gelenkte Vorderrad bildet. Es soll ein kinemati­ scher negativer Lenkrollradius geschaffen werden. Elastokinematische Effekte sind dabei nicht beschrieben.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine unabhängige Radaufhängung für angetriebene Hinterräder von Kraftfahrzeugen zu schaffen, die sowohl beim Antreiben als auch beim Bremsen eine Vorspurverstellung in der ge­ wünschten Richtung ermöglicht, einen guten Fahrkomfort bietet und tole­ ranzunempfindlich in bezug auf die verwendeten Gummilager und die Karosserie­ steifigkeiten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 angegebe­ nen Maßnahmen gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Mit der neuen Radaufhängung ist eine gewünschte Elastokinematik möglich, ohne daß hierzu ein hoher Aufwand beim Festlegen des Steifigkeitsniveaus der Gummi­ lager und der Karosserieanbindungen erforderlich wäre. Geringere Abweichungen in den Gummisteifigkeiten führen nicht zu einer nachteiligen Änderung der beab­ sichtigten Elastokinematik. Die Hinterradaufhängung geht unter Brems- und Sei­ tenkraft in Vorspur sowie unter Antriebskraft in Nachspur, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird. Es ist möglich, das vordere Gelenk des unteren Drei­ eckslenkers nachgiebiger auszuführen, was einer Längsfederung bei Längskräften entgegenkommt, die hauptsächlich von dem vorderen Lager aufgenommen wer­ den. Das hintere aufbauseitige Lager des unteren Querlenkers kann dagegen härter ausgeführt werden, was einer guten Abstützung der Radseitenkraft zugute kommt und damit einer größeren Sturzänderung unter dem Einfluß von Seitenkräf­ ten entgegenwirkt.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf die neue Radaufhängung schräg von hin­ ten oben;

Fig. 2 eine Ansicht von hinten;

Fig. 3 eine Seitenansicht, von der Fahrzeugaußenseite gesehen und

Fig. 4 eine Draufsicht der neuen Radaufhängung.

In der Zeichnung ist mit 1 das hintere Rad eines Kraftfahrzeugs bezeichnet, das durch eine Antriebswelle 2 antreibbar und über eine Bremse abbremsbar ist. Die Bremse ist an einem das Rad 1 lagernden Radträger 4 abgestützt, der im unteren Bereich über ein unteres Gelenk 5 mit einem am Fahrzeugaufbau 6 schwenkbar gelagerten unteren Querlenker 7 verbunden ist. Anstelle der hier gezeigten direk­ ten Anlenkung sämtlicher Lenker am Fahrzeugaufbau könnten diese Lenker zu­ mindest zu einem großen Teil auch an einem Hilfsrahmen angelenkt sein, der dann seinerseits mit dem Fahrzeugaufbau, ggf. auch unter Zwischenschaltung von ela­ stischen Verbindungsbuchsen, befestigt wird.

Im oberen Bereich ist der Radträger 4 mit zwei nach innen divergierenden Stablen­ kern 8 und 9 sowie ferner über eine Spurstange 10 mit dem Fahrzeugaufbau 6 verbunden. Die Schnittlinie zweier Ebenen, die einerseits durch die Lenkerachse des Stablenkers 8 und das untere Gelenk 5 und andererseits durch die Achse des Stablenkers 9 mit dem unteren Gelenk 5 gebildet werden, definiert eine ideelle Lenkachse 11 als Momentanachse, um die das Rad 1 unter dem Einfluß von Längs- und Seitenkräften infolge von Nachgiebigkeiten in den Lenkerlagern aber auch in der Karosserieanbindung, elastokinematisch begrenzt drehen kann.

Wie schon erwähnt, verläuft die elastokinematische Lenkdrehachse 11 bei der vor­ liegenden Erfindung durch das reale untere, den unteren Querlenker 7 mit dem Radträger 4 verbindende Gelenk 5. Dieses Gelenk 5 ist gegenüber der Radmittel­ längsebene 12, wie man insbesondere in Fig. 2 erkennt, nach außen versetzt und die elastokinematische Lenkdrehachse 11 durchstößt die Radaufstandsebene 13 ebenfalls außerhalb der Radmittellängsebene 12. Fig. 2 zeigt ferner, daß bei dem vorliegenden, bevorzugten Ausführungsbeispiel das untere Gelenk 5 außerhalb der Ebene des Bremsrings 14 der dem Rad 1 zugeordneten Bremsscheibe 3 an­ geordnet ist. Aus Fig. 2 wird weiterhin deutlich, daß bei dem dargestellten, bevor­ zugten Ausführungsbeispiel die elastokinematische Lenkdrehachse 11 über die gesamte Höhenerstreckung des Rades 1 außerhalb der Radmittellängsebene 12 verläuft.

Im Unterschied zur eingangs geschilderten, den nächstliegenden Stand der Tech­ nik bildenden Radaufhängung wird die elastokinematische Lenkdrehachse bei der vorliegenden Erfindung im unteren Bereich der Radführungsglieder durch das reale Gelenk 5 bestimmt, während bei der vorbekannten Radaufhängung durch die ge­ zielte Nachgiebigkeit des unteren Querlenkers in seiner hinteren Anlenkung die elastokinematische Lenkdrehachse unten durch den Schnittpunkt des in Fahr­ zeugrichtung vorderen Lenkarms des unteren Querlenkers mit der Achse der Spurstange gebildet wird, wobei das reale Gelenk des unteren Querlenkers in be­ zug auf die Radmittellängsebene zur Fahrzeugmitte hin versetzt ist.

Bei der Radaufhängung nach der vorliegenden Erfindung ist die Spurstange 10 annähernd in Höhe der beiden oberen Stablenker 8 bzw. 9 vorgesehen. Das rad­ trägerseitige Spurstangen-Gelenk 15 liegt, wie insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, in Draufsicht hinter dem aufbauseitigen Spurstangen-Gelenk 16. Ferner hat in Draufsicht die in bezug auf die Lenkdrehachse 11 hinten liegende Spurstange 10 eine größere Quererstreckung als die beiden oberen Stablenker 8 bzw. 9.

Von den beiden aufbauseitigen Lagern des unteren Querlenkers 7 ist das vordere Lager 17 weicher ausgebildet als das hintere Lager 18.

Die beiden oberen Stablenker 8 und 9 sind bei dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel gleich ausgebildet. Desgleichen die aufbauseitigen Lagerelemente dieser Stablenker. Dies bringt nicht nur eine Fertigungsvereinfachung, sondern auch eine einfachere Montage, etwa im Reparaturfall.

Insbesondere aus Fig. 2 wird schließlich noch deutlich, daß sich das Federbein 19 am unteren Querlenker 7 abstützt - im Gegensatz zum nächstliegenden Stand der Technik, wo sich das Federbein in nachteiliger Weise in einem beträchtlichen Ab­ stand von der Radmittellängsebene nach innen am Radträger abstützt. Bei der vorliegend beschriebenen Radaufhängung mit der Abstützung des Federbeins am unteren Querlenker ergeben sich wegen der nach außen versetzten Position des realen Gelenkes 5 dieses unteren Querlenkers 7 vergleichsweise geringe Hebel­ arme für den Angriffspunkt der über den unteren Querlenker 7 auf den Radträger 4 ausgeübten Vertikalkräfte. Dadurch können auch die Auswirkungen von Radlast­ schwankungen auf die Radstellung minimiert werden, beispielsweise können un­ erwünschte Lenkwinkel auf unebener Fahrbahn vermieden werden. In Fig. 1 und 4 ist zu erkennen, daß die Hauptachsen der für die Lager 17 und 18 verwendeten Gummibuchsen gegenüber der Schwenkachse 20 des unteren Querlenkers 7 in Draufsicht geneigt sind. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Lager sta­ tionär im wesentlichen nur radial belastet werden. Axiale Vorlasten dieser Lager könnten zu Setzerscheinungen und Lebensdauerproblemen führen. Allerdings müssen die Gummilager 17 und 18 so dimensioniert werden, daß sie beim Ein- und Ausfedern die dann auftretenden kardanischen Winkel ausgleichen können.

Im folgenden sollen die mit der neuen Achse erreichbaren Effekte noch näher er­ läutert werden:
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind alle karosserieseitigen Lager der beteiligten Lenker und der Spurstange als Gummilager ausgebildet. Dies ist bekannt, kann aber mit der neuen Radaufhängung besonders günstig so aus­ genützt werden, daß unter dem Einfluß von auf die Radaufhängung ausgeübten Kräften möglichst die erwünschten elastokinematischen Radstellungsänderungen erreicht werden oder zumindest unerwünschte Änderungen vermieden werden.

Für die karosserieseitigen Lager der oberen Stablenker 8 und 9 und der Spur­ stange 10 können jeweils gleiche Gummigelenke verwendet werden. Unter ande­ rem auch aus Bauraumgründen sind die oberen beiden Stablenker 8 bzw. 9 relativ kurz. Die karosserieseitigen Anlenkpunkte der oberen beiden Stablenker 8 und 9 definieren mit ihrer Verlängerung nach vorne und mit dem Schnittpunkt der karos­ serieseitigen Anlenkungen des unteren Querlenkers 7 in Seitenansicht (Fig. 3) den Längspol 21 der Radaufhängung, der in einem Abstand in einer Höhe vor der Radachse gewählt ist, so daß sich ein guter Anfahr- und Bremsnickausgleich er­ gibt. Durch die in Draufsicht (Fig. 4) ersichtliche Anstellung der karosserieseitigen Schwenkachse 20 des unteren Querlenkers 7 zu der karosserieseitigen Schwenkachse 22 der oberen Stablenker 8 und 9 ergibt sich ein progressiver Ver­ lauf sowohl des Anfahr- als auch des Bremsstützwinkels.

Die Position und Länge der Spurstange 10 ist so gewählt, daß im Hauptfederbe­ reich ein eher neutraler Vorspurverlauf vorliegt, jedoch mit untersteuernder Vor­ spurtendenz bei großen Einfederungswegen. Bei großen Einfederungsbewegun­ gen wirken sich die unterschiedlichen Längen einerseits der oberen beiden Stablenker 8 und 9 und andererseits der Spurstange 10 in Querrichtung des Fahr­ zeugs dahingehend aus, daß das Rad 1 in seinem vorderen Bereich mehr zur Fahrzeuginnenseite gedrängt wird als in seinem hinteren Bereich. Es ergibt sich, insbesondere bei großen Einfederungsbewegungen, die erwünschte Vorspurzu­ nahme.

Beim Lastfall "Antreiben" wirkt die auf die Radführungsglieder einwirkende Kraft in der Radachse. Die Kraft teilt sich dann ungefähr hälftig auf die oberen Radfüh­ rungsglieder und auf das untere Radführungsglied auf. Durch die Elastizitäten in den aufbauseitigen Anlenkungen, verbunden mit weiteren Elastizitäten in den An­ lenkkonsolen der Karosserie, ergibt sich durch die insbesondere aus Fig. 4 ersicht­ liche Teilung der oberen Stablenker 8 und 9 in bekannter Weise eine Radstel­ lungsänderung in Richtung Nachspur.

Beim Lastfall "Bremsen" wird das Bremsmoment über den Bremssattel direkt am Radträger 4 abgestützt, wodurch die gesamte Radaufhängung auf Verdrehen be­ ansprucht wird ("Aufzieheffekt"). Die radträgerseitigen Anlenkpunkte der beiden oberen Stablenker 8 und 9 werden einerseits durch die Bremskraft nach hinten verschoben, andererseits aber durch die gewisse Aufziehbewegung des Radträ­ gers 4 wieder nach vorne verdreht. Ihre Pfeilung wirkt sich beim Bremsen also nicht so stark aus wie im Fall des Antreibens, da die effektive Lenkerverschiebung klei­ ner ist.

Für den erwünschten Vor- bzw. Nachspureffekt beim Bremsen bzw. Antreiben wä­ ren also zwei verschiedene Pfeilungen der beiden Stablenker 8 und 9 notwendig. Eine gewählte Pfeilung läßt sich nur für einen Lastfall optimieren, für den anderen ist eine Korrekturmaßnahme erforderlich. Dies geschieht bei der neuen Radauf­ hängung durch die Pfeilung der Spurstange 10. Beim Antreiben reduziert sie den Nachspureffekt der oberen beiden Stablenker 8 und 9, weil die Spurstange 10 mit ihrem äußeren Gelenk 15 weiter hinten liegt als bei ihrem karosserieseitigen Ge­ lenk 16. Dadurch wird beim Antreiben der Radträger 4 in seinem hinteren Bereich durch die Spurstange 10 auch etwas nach außen belastet. Beim Bremsen dage­ gen unterstützt die Spurstange 10 den Vorspureffekt um so mehr, je größer die Aufziehbewegung des Radträgers 4 wird. Der Aufzieheffekt, der an sich die Längs­ verschiebung der oberen beiden Stablenker 8 und 9 und damit die Auswirkung der Pfeilung beim Bremsen reduziert (Vorspurverlust), trägt über die Spurstange 10 zur Korrektur und damit zum Ausgleich des Vorspurverlustes bei. Die Elastizität der aufbauseitigen Lager der beiden oberen Stablenker 8 und 9 und der Spurstange 10 können durchaus in gewissen Grenzen streuen, ohne daß dies die mit der neuen Radaufhängung angestrebten Effekte nachhaltig reduziert. Die aufbauseiti­ gen Anlenkungen des unteren Querlenkers 7 sind, wie schon weiter oben erwähnt, unterschiedlich hart, wobei das vordere Lager 17 weich und das hintere Lager 18 im Vergleich hierzu härter ist. Wegen des weichen vorderen Lagers 17 läßt sich eine gute Längsfederung der gesamten Radaufhängung erreichen, weil Längs­ kräfte zu einem größeren Teil an dem vorderen, weichen Lager 17 abgestützt wer­ den. Durch die Längsfederung werden Fahrbahnstöße weicher aufgenommen und damit der Fahrkomfort angehoben.

Die im Vergleich zum vorderen Lager 17 höhere Steifigkeit des hinteren Lagers 18 des unteren Querlenkers 7 bewirkt eine hohe Sturzsteifigkeit der Radaufhängung unter Seitenkraft. Die am Rad 1 angreifende Seitenkraft wird zum größten Teil über das hintere Lager 18 eingeleitet, das dabei vergleichsweise wenig nachgibt.

Claims (10)

1. Unabhängige Radaufhängung für angetriebene Hinterräder von Kraftfahr­ zeugen, mit einem das Rad lagernden Radträger, der im unteren Bereich über ein unteres Gelenk mit einem am Fahrzeugaufbau schwenkbar gela­ gerten Querlenker und im oberen Bereich mit zwei nach innen divergieren­ den, ebenfalls am Fahrzeugaufbau angelenkten Stablenkern gelenkig ver­ bunden ist, wobei die Anordnung der beiden Stablenker und der untere Querlenker eine ideelle elastokinematische Lenkerachse bilden und zwi­ schen Radträger und Fahrzeugaufbau ferner eine Spurstange vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elastokinematische Lenkdrehachse (11) durch das untere, den unteren Querlenker (7) mit dem Radträger (4) verbin­ dende Gelenk (5) verläuft, das gegenüber der Radmittellängsebene (12) nach außen versetzt ist und die so gebildete elastokinematische Lenkdreh­ achse (11) die Radaufstandsebene (13) außerhalb der Radmittel­ längsebene (12) durchstößt.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Gelenk (5) außerhalb der Ebene des Bremsringes (14) einer dem Rad zugeordneten Bremsscheibe (3) an­ geordnet ist.

3. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastokinematische Lenkdrehachse (11) zumindest über die Höhenerstreckung des Rades (1) außerhalb der Radmit­ tellängsebene (12) verläuft.

4. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurstange (10) oberhalb Mitte Rad an­ geordnet ist.

5. Radaufhängung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurstange (10) zumindest annähernd in Höhe der beiden oberen Stablenker (8 bzw. 9) vorgesehen ist.

6. Radaufhängung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das radträgerseitige Spurstangen-Gelenk (15) in Draufsicht hinter dem aufbauseitigen Spurstangen-Gelenk (16) liegt.

7. Radaufhängung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Draufsicht die hinten liegende Spurstange (10) eine größere Quererstreckung als die beiden oberen Stablenker (8 bzw. 9) hat.

8. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere aufbauseitige Lager (17) des unteren Querlenkers (7) weicher als das hintere Lager (18) ist.

9. Radaufhängung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei gleiche obere Stablenker (8 und 9).

10. Radaufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Federbein (19) am unteren Querlen­ ker (7) abstützt.