DE3524763A1

DE3524763A1 - Kraftfahrzeug-hinterachse, insbesondere fuer personenkraftwagen

Info

Publication number: DE3524763A1
Application number: DE19853524763
Authority: DE
Inventors: Alfred 3300 Braunschweig Bökesch; Jürgen Dipl.-Ing. Maretzke; Bernd Dr. 3171 Bokensdorf Richter
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1984-07-30
Filing date: 1985-07-11
Publication date: 1986-01-30
Anticipated expiration: 2005-07-12
Also published as: DE3524763C2

Description

Kraftfahrzeug-Hinterachse , insbesondere für Personenkraftwagen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbesondere für Personenkraftwagen, der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, wie sie beispielsweise aus den DE-OS 23 36 787, 27 48 193, 28 38 391 und 31 33 312 bekannt ist.
Bekanntlich tritt bei den meisten Kraftfahrzeugen bei Kurvenfahrt infolge von vorhandenen Elastizitäten in der Radaufhängung der Hinterachse unter der Einwirkung der Seitenkräfte auf die Räder eine Neigung zur Übersteuerung ein, die im allgemeinen unerwünscht ist. Um dieser Übersteuerungsneigung entgegenzuwirken, ist es bekannt, für die aufbauseitige Anlenkung z. B. eines Querlenkers, d. h. eines Radführungsgliedes, dessen Schwenkachse etwa parallel zur Fahrzeuglängsachse verläuft, Gummimetall-Lager von unterschiedlicher Nachgiebigkeit einzusetzen und diese so zu bemessen, daß der Radträger bzw. das Radführungsglied bei Kurvenfahrt um eine im wesentlichen vertikale -fiktive - Achse schwenkbar ist, die in Fahrtrichtung gesehen hinter der Drehachse des Rades liegt (z. B. DE-OS 23 36 787). Hierfür werden beispielsweise Gummimetall-Lager eingesetzt, die unter radialer Lasteinwirkung infolge von im elastischen Material angeordneten Aussparungen in bestimmten Richtungen besonders nachgiebig sind (z. B. DE-GM 71 41 159).
In ähnlicher Weise ist es bei über Schräglenker am Fahrzeugaufbau angelenkten Rädern bekannt, für die aufbauseitige Anlenkung der Schräglenker Gummimetall-Lager einzusetzen, die axial besonders nachgiebig sind, so daß der Schräglenker unter der Wirkung der bei Kurvenfahrt auftretenden Flieh- bzw. Seitenkraft einer Übersteuerungsneigung entgegenwirkend in Richtung Vorspur geschwenkt wird.
Bei.Kraftfahrzeugen mit Radführungsgliedern, deren Schwenkachsen quer, d. h. unter einem Winkel von zumindest annähernd 900 zur Fahrzeuglängsachse verlaufen, wie z. B. Koppel- oder Verbundlenkerachsen oder auch Längslenker mit zwei aufbauseitigen Lagerstellen, ist es bekannt (z. B.
DE-OS 27 48 193, 28 38 391), die zwischen einer äußeren und einer inneren Metallbüchse angeordneten elastischen Gummikörper oder aber die Metallbüchsen in Verbindung mit den Gummikörpern zumindest teilweise derart nicht rotationssymmetrisch auszubilden, daß beim Einleiten von Axialkräften, wie sie bei Kurvenfahrt aufgrund an den Rädern angreifender Seitenkräfte auftreten, in den Lagern gezielt Radialkräfte auftreten, durch welche die innere und die äußere Metallbüchse gezielt in eine vorbestimmte Richtung radial gegeneinander verschoben werden, was bei entsprechender Anpassung der beiden aufbauseitigen Anlenkstellen der Radführungsglieder zum gewünschten Verschwenken des Radführungsgliedes, d. h. des einzelnen Längslenkers bzw. der Koppel- oder Verbundlenkeranordnung führt.
Bekannt ist auch eine aufbauseitige Lagerbockanordnung (DE-OS 31 33 312) zur schwenkbaren Anlenkung insbesondere einer Koppel- oder Verbundlenkerachse, bei der die Schwenkachse des Radführungsgliedes durch eine Kombination von gummielastischen Elementen und verschwenkbaren Lagerwangen einerseits bei am Radführungsglied angreifenden Längskräften in Fahrzeuglängsrichtung verlagerbar und andererseits bei am Radführungsglied angreifenden Seitenkräften um eine definierte vertikale Achse verschwenkbar ist.
Diese bekannten Radaufhängungen mit spurkorrigierenden Schwenklagern stellen wegen ihres im Vergleich zu konventionellen Achsanordnungen ohne solche Lageranordnungen spürbar verbesserten Eigenlenkverhaltens einen wesentlichen Fortschritt dar. Es ist jedoch festzustellen, daß auch bei diesen fortschrittlichen Radaufhängungen ein optimales Eigenlenkverhalten nur innerhalb eines bestimmten Bereiches der Fahrzeugbeladung erreichbar ist.
Ausgehend von einer Kraftfahrzeug-Hinterachse der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese konstruktiv so zu verbessern, daß sich Änderungen der Beladung auf das Eigenlenkverhalten des Fahrzeuges im wesentlichen nicht mehr auswirken.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Radaufhängung wird also so ausgebildet, daß die Fahrzeugbeladung in den aufbauseitigen Schwenklagern der Radführungsglieder unmittelbar eine entsprechende Vertikalkraftkomponente zur Folge hat und daß diese Vertikalkraftkomponente unmittelbar auf die elastische oder elasto-kinematische Seitennachgiebigkeit der Schwenklager derart Einfluß nimmt, daß das einer Übersteuertendenz entgegenwirkende Verschwenken des Radführungsgliedes - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung - mit zunehmender Vertikalkraftkomponente ebenfalls zunimmt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Anhand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen Fig. 1 die Draufsicht einer Kraftfahrzeug-Hinterachse nach Art einer Koppellenkerachse, Fig. 2 eine Detaildarstellung der Anlenkung dieser Achse, Fig. 3 ein Schwenklager gemäß der Erfindung in zum Teil geschnittener Form und Fig. 4 das gleiche Lager in Richtung des Pfeiles IV der Fig. 3 gesehen.
Figur 1 zeigt die Draufsicht einer Kraftfahrzeug-Hinterachse in Form einer sogenannten Koppel- oder Verbundlenkerachse, bei der die Radträger oder Achsschenkel 2 der Räder 1 von steifen Längslenkern 3 getragen sind, die im Bereich ihrer aufbauseitigen Schwenklager durch eine biegesteife, aber torsionsweiche Querstrebe 4 form- und winkelsteif miteinander verbunden sind.
Die Längslenker 3 sind über nur schematisch dargestellte Schwenklager 5, 5' um eine im wesentlichen quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufende fiktive Schwenkachse S-S schwenkbar am Fahrzeugaufbau 6 angelenkt; zwecks Erläuterung verschiedener Möglichkeiten sind im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 die beiden Schwenklager 5, 5' unterschiedlich ausgebildet.
Die federnde Abstützung der beiden Radführungsglieder 3 am Fahrzeugaufbau 6 erfolgt über Federelemente 7, die an den Längslenkern 3 außerhalb der Radmittenebene A-B angreifen. Hierdurch wird bewirkt, daß in den aufbauseitigen Schwenklagern 5, 5' unmittelbar Vertikalkraftkomponenten FzL wirksam werden, die den Radaufstandskräften FzH proportional sind. Die Schwenklager 5, 5' sind nun derart ausgebildet, daß ihre elastischen bzw. elasto-kinematischen Eigenschaften unter der Einwirkung der in ihnen unmittelbar wirksamen Vertikalkraftkomponenten FzL ein lastgesteuertes Eigenlenkverhalten der Hinterachse ergeben, derart, daß die Seitennachgiebigkeit der Schwenklager durch die wirksamen Vertikalkraftkomponenten FzL derart verändert wird, daß der Lenkwinkel #H - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung FyH - mit zunehmender Fahrzeugbeladung, d. h. mit zunehmender Vertikalkraftkomponente FzL , ebenfalls zunimmt.
Zu diesem Zweck sind die in Fig. 1 nicht weiter dargestellten, in den Figuren 3 und 4 mit 8 bezifferten Schwenkachsen der Schwenklager 5, 5' jeweils in federelastischen Elementen und in einer unter einem Winkel O6, &' schräg zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Kulisse 5.1, 5.1' etc. geführt.
Beim Durchfahren einer durch Pfeil angedeuteten Rechtskurve greifen am kurvenäußeren Rad eine Seitenkraft FyH,a und am kurveninneren Rad eine Seitenkraft FyH,i an, unter deren Wirkung sich die Schwenkachsen in den Schwenklagern 5 und 5' in Pfeilrichtung verlagern, wodurch der Achsverbund um einen Lenkwinkel g in Richtung des Lenkeinschlags H der Vorderräder, d. h. Ubersteuerungstendenzen entgegenwirkend, verschwenkt wird. Beim Durchfahren einer Linkskurve kehren sich diese Verhältnisse entsprechend um.
Zwecks Erläuterung verschiedener Ausführungsbeispiele sind die Schwenklager 5, 5' im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 unterschiedlich ausgebildet. Das in Fig. 1 links sowie in Fig. 2 dargestellte Schwenklager 5' ist zur Erzielung des gewünschten lastgesteuerten Eigenlenkverhaltens derart ausgebildet, daß in Abhängigkeit von der im Schwenklager wirksamen Vertikalkraftkomponente FzL verschieden große Schrägungswinkel der Kulisse wirksam sind und zwar derart, daß der wirksame Schrägungswinkel mit zunehmender Vertikalkraftkomponente abnimmt, bei Leerlast also gemäß Fig. 2 z. B. ein Kulissenverlauf 5.2' mit einem Schrägungswinkel der Größe oC' und bei Vollast ein Kulissenverlauf 5.1' mit einem 2 Schrägungwinkel ob1 1 mit entsprechenden Zwischenwerten, z. B. Kulissenverlauf 5.3' vorliegt. Diese lastabhängige selbsttätige Veränderbarkeit der Schrägungswinkel kann in im einzelnen nicht weiter dargestellter Weise z. B. dadurch erzielt werden, daß die Schwenkachsen der Schwenklager 5' unter der Einwirkung der Vertikalkraftkomponenten FzL gegen die Wirkung von federelastischen Elementen, z. B. Gummielementen, selbsttätig vertikal verschoben, d. h. in unterschiedliche Horizontalebenen mit bezüglich ihrer Schrägungswinkel OCg1 bis OC" räumlich 1 3 unterschiedlichen Kulissenverläufen 5.1' bis 5.3' verlagert werden.
In den Figuren 1 und 2 sind zwei bzw. drei diskrete Kulissenverläufe angedeutet. Es versteht sich, daß entlang der vertikalen Verlagerung der Schwenkachsen eine kontinuierliche Veränderung der Schrägungswinkel erfolgt, d. h. eine Vielzahl solcher Kulissenverläufe existiert.
Der Schrägungswinkelotder Kulissenführung ist also eine Funktion der in den Schwenklagern wirksamen Vertikalkraftkomponente FZL und damit eine Funktion der Hinterachslast F H . Bei steigender Achslast wird dieser Schrägungswinkel Ob somit kontinuierlich kleiner, was - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung - kontinuierlich größer werdende Lenkwinkel #H zur Folge hat.
Statt den Kulissenverlauf, d. h. den Schrägungswinkeloy radlastabhängig zu verändern, ist es auch möglich, den Schrägungswinkel oder Kulisse unverändert zu lassen und zwecks Erzielung der gewünschten Effekte in Abhängigkeit von der Vertikalkraftkomponente FZL in Richtung des Schrägungswinkels OCverschieden große Kennungen der federelastischen Elemente wirksam werden zu lassen. Ein derartiges Schwenklager 5 mit einer konstant bleibenden Kulissenführung 5.1 ist rechts in Fig. 1 schematisch angedeutet.
In den Figuren 3 und 4 ist eine denkbare Ausbildung eines solchen Schwenklagers dargestellt; wie ein Vergleich mit Fig. 1 zeigt ist dabei angenommen, daß dieses Schwenklager links eingebaut ist.
Ähnlich dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel wird auch bei diesem Schwenklager die Schwenkachse 8 in Abhängigkeit von der im Schwenklager wirksamen Vertikalkraftkomponente FZL selbsttätig in unterschiedliche Horizontalebenen der Kulisse 5.1 bzw. des Schwenklagers verlagert.
Die Schwenkachse 8 wird von einem den Längslenker 3 schwenkbar tragenden Lagerbolzen gebildet, der in einem vorzugsweise metallischen Lagerkörper 9 in Form eines Parallelepipeds gelagert ist, der seinerseits innerhalb des Schwenklagers 5 mit Teilen seiner in Fahrzeuglängsrichtung weisenden Stirnflächen an unter dem Schrägungswinkel O£verlaufenden Führungsflächen 5.11 und 5.12 (Fig. 4) gleitend anliegt, sich grundsätzlich also innerhalb des Schwenklagers unter dem Schrägungswinkel c5 in Pfeilrichtung verlagern könnte. Während der Lagerkörper 9 mit seinen in Fahrtrichtung ausgerichteten Stirnseiten unmittelbar mit Führungsflächen des Schwenklagers Kontakt hat, sind im übrigen jeweils federelastische, im Ausführungsbeispiel gummielastische Elemente zwischengeschaltet. So ist zwischen einer am Fahrzeugaufbau befestigten oberen Grundplatte 5.13 des Schwenklagers 5 und einem oberen Lagerteil 9.2 des Lagerkörpers 9 ein federelastisches Element in Form einer gummielastischen Platte 11 zwischengelegt, die unter Einwirkung der auf sie über den Lagerteil 9.2 einwirkenden Vertikalkraftkomponente FzL je nach Größe dieser Kraftkomponente mehr oder weniger stark komprimiert wird, wodurch sich die Lagerachse 8 entsprechend mehr oder weniger weit nach oben verlagern kann.
Ein unterer Lagerteil 9.1 des Lagerkörpers 9 wird seitlich von zwei gummielastischen Blöcken 10.1 und 10.2 umschlossen. Man erkennt, daß sich bei einer vertikalen Verlagerung der Schwenkachse 8 bzw. des Lagerkörpers 9 unter der Einwirkung der Vertikalkraftkomponente FzL der.Eingriff zwischen dem unteren Lagerteil 9.1 und den gummielastischen Blöcken 1Q.1 bzw. 10.2 verändert, und zwar derart, daß der Eingriff mit wachsender Vertikalkraftkomponente geringer wird.
Es ist leicht einzusehen, daß eine lastabhängige Veränderung dieses Eingriffs zur Folge hat, daß in Richtung des Schrägungswinkels o5(Fig. 4) lastabhängig verschieden große Kennungen der federelastischen Elemente, d. h. der gummielastischen Blöcke 10.1 und 10.2 wirksam werden. Unter der Einwirkung von an den Rädern 1 angreifenden Seitenkräften FyH, die im Schwenklager 5 entsprechende Kräfte in Richtung des Schrägungswinkels obzu Folge haben, wird sich daher der Lagerkörper 9 - bei gleich großer Krafteinwirkung in Richtung des Schrägungswinkels o5-in der Kulisse 5.1 lastabhängig unterschiedlich stark in Pfeilrichtung verlagern können, weil dieser Bewegung wegen der sich lastabhängig verändernden Kennung der gummielastischen Blöcke 10.1 und 10.2 unterschiedlich starke Federkräfte entgegenwirken.
In Fig. 3 ist noch angedeutet, daß der obere Lagerteil 9.2 mit Vorteil seitlich durch zusätzliche obere gummielastische Elemente 12 geführt werden kann, deren Federkräfte im Vergleich zu denen der unteren gummielastischen Blöcke 10.1, 10.2 jedoch vernachlässigbar sind. Durch sie wird lediglich eine bessere Führung des Lagerkörpers 9 erreicht.
Die in den Figuren 3 und 4 dargestellte Konstruktion stellt lediglich ein denkbares Ausführungsbeispiel zur Realisierung eines geeigneten Schwenklagers-dar. Die federelastischen Elemente müssen jedoch nicht als gummielastische Elemente ausgebildet sein. Es können natürlich auch mechanische oder sonstige Federelemente eingesetzt werden. Wesentlich ist lediglich, daß sie derart ausgebildet und angeordnet werden, daß ihre einer Verlagerung der Schwenkachse 8 in Richtung des Schrägungswinkels ot entgegenwirkenden Federkräfte in Abhängigkeit von der Vertikalkraftkomponente selbsttätig veränderbar sind.
Grundsätzlich wäre es zwar auch denkbar, die Radaufstandskräfte, d. h.
die Fahrzeugbeladung an irgendeiner geeigneten Stelle des Fahrzeuges in irgendeiner bekannten Weise, z. B. mittels einer Druckmeßdose o. ä., zu erfassen und mit Hilfe des so erfaßten Lastsignals mittels hydraulischer oder elektromechanischer o. ä. Stellglieder derart auf die Schwenklager einzuwirken, z. B. den Schrägungswinkel durch Verschwenken der Kulisse zu verändern, daß der Lenkwinkel #H - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung - mit zunehmender Fahrzeugbeladung ebenfalls zunimmt, doch würde dies im Vergleich zur vorgeschlagenen Lösung einen erheblich höheren technischen Aufwand zur Realisierung erfordern.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die Federelemente 7 zur Abfederung des Fahrzeuges hinter den Rädern 1 und in der Radebene C> z. B.
in den Radkästen angeordnet, was den Vorteil einer großen Durchladebreite mit sich bringt. Als Federelemente können neben bekannten mechanischen Schraubenfedern und Feder- oder Dämpferbeinen insbesondere auch pneumatische Federn oder hydro-pneumatische Federelemente eingesetzt werden. Insbesondere ist auch der Einbau einer Niveauregulierungsanlage möglich, da die achslastabhängige Steuerung der Lagereigenschaften, d. h. der Seitennachgiebigkeit (Schrägungswinkel bzw. Quersteifigkeit) der Schwenklager 5, 5' infolge der außerhalb der Radmittenebene A-B angreifenden Federelemente in jedem Falle durch die Vertikalkraftkomponente FzL gewährleistet ist.
Die Erfindung wurde anhand einer Koppel- oder Verbundlenkerachse, d. h. einer Achse mit Längslenkern, erläutert. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt. Sie ist unter Anpassung an die jeweiligen Gegebenheiten in entsprechender Weise auch auf Hinterachsen mit Einzelradaufhängung in Form von Querlenkern oder Schräglenkern anwendbar.

Claims

PATENTANSPRUCHE 1. Kraftfahrzeug-Hinterachse, insbesondere für Personenkraftwagen, bei der die aufbauseitigen Schwenklager ihrer die Räder tragenden Radführungsglieder derart elastisch oder elasto-kinematisch ausgebildet und angeordnet sind, daß einer Tendenz der Radführungsglieder, insbesondere bei Kurvenfahrt unter der Wirkung an den Rädern angreifender Seitenkräfte in Richtung Übersteuern nachzugeben, entgegengewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Abstützung der Radführungsglieder (3) am Fahrzeugaufbau (6) derart erfolgt, daß in den aufbauseitigen Schwenklagern (5, 5') den Radaufstandskräften (FzH) proportionale Vertikalkraftkomponenten (F zL wirksam sind und daß die elastische oder elasto-kinematische Seitennachgiebigkeit der Schwenklager (5, 5') durch die wirksamen Vertikalkraftkomponenten (FzL) derart veränderbar ist, daß dieses Entgegenwirken - bei gleich großer Seitenkrafteinwirkung - mit zunehmender Vertikalkraftkomponente (FzL) ebenfalls zunimmt.
2. Hinterachse nach Anspruch 1 nach Art einer Koppel- oder Verbundlenkerachse, mit die Räder tragenden steifen Längslenkern, die im Bereich ihrer aufbauseitigen Schwenklager durch eine biegesteife, aber torsionsweiche Querstrebe form- oder winkelsteif miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der federnden Abstützung dienende Federelemente (7), insbesondere Schraubenfedern, Feder- oder Dämpferbeine, pneumatische Federn oder hydro-pneumatische Federn, an den Längslenkern (3) außerhalb der Radmittenebene A-B, vorzugsweise in der Radebene C und hinter den Rädern (1) angreifen.
3. Hinterachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (8) der Schwenklager (5') jeweils in federelastischen Elementen in einer schräg zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Kulisse (5.1') geführt sind und daß in Abhängigkeit von den Vertikalkraftkomponenten (F L) verschieden große Schrägungswinkel der Kulisse wirksam sind.
4. Hinterachse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (8) der Schwenklager (5') in Abhängigkeit von den Vertikalkraftkomponenten (FzL) selbsttätig in unterschiedliche Horizontalebenen der Kulisse (5.1') verlagert werden und daß die Kulissen in den unterschiedlichen Horizontalebenen verschieden große Schrägungswinkel ( cZ Ci2'2) besitzen.
5. Hinterachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (8) der Schwenklager (5) jeweils in federelastischen Elementen (10) in einer schräg zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Kulisse (5.1) geführt sind und daß in Abhängigkeit von den Vertikalkraftkomponenten (FzL) in Richtung des Schrägungswinkels (c<;) verschieden große Kennungen der federelastischen Elemente (10) wirksam sind.
6. Hinterachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen (8) der Schwenklager (5) in Abhängigkeit von den Vertikalkraftkomponenten (F L) selbsttätig in unterschiedliche Horizontalebenen der Kulisse (5.1) verlagert werden, und daß in den unterschiedlichen Horizontalebenen in Richtung des Schrägungswinkels OC verschieden große Kennungen der federelastischen Elemente wirksam sind.