DE3620213A1 - Lenkvorrichtung fuer ein unabhaengig aufgehaengtes rad insbesondere eines fahrzeugs zur ausschaltung von lenkstoessen - Google Patents

Description

Lenkvorrichtung für ein unabhängig aufgehängtes Rad, insbesondere eines Fahrzeugs zur Ausschaltung von Lenkstößen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einzelrad-Aufhängevorrichtung für ein mit Rädern versehenes Fahrzeug, insbesondere auf eine lenk­ bare Einzelradaufhängung für ein Fahrzeug mit Lenkstoßdämpfung.

Allen Lenkvorrichtungen für einzeln aufgehängte Räder haben eine unerwünschte Eigenschaft, die gewöhnlich "Stoßlenkung" ("Bump Steering") genannt wird. Wenn das Rad zu vertikaler Bewegung veran­ laßt wird, ändert sich seine Vorspur-Einstellung, was zu Lenkungs­ veränderungen an der vom Fahrer herkommenden Lenkung führt.

In "How to Make Your Car Handle" von Fred Puhn, erschienen 1976 bei H. P. Books, P.O. Box 53 67, Tucson, Arizona 58 703 (602/888­ 2150), USA werden der Lenkstoß und ein Werkzeug zu seiner Prüfung erklärt. Gemäß diesem Aufsatz wird das Lenkstoßverhalten an der vorderen Aufhängung bei den meisten Fahrzeugen dadurch eingestellt, daß die Höhe eines Endes der Lenkstangen verändert wird. Dies läßt sich anwenden auf Fahrzeuge mit üblichen Doppel-Dreieckslenkern bei der Einzelradaufhängung oder bei der Vorderadaufhängung nach Mac- Pherson. In dem Aufsatz wird dargelegt, daß diese Einstellung aus verschiedenen Gründen für Straßenfahrzeuge nicht geeignet ist.

Im Motorcyclist, November 1984, Seite 64 ist ein Aufsatz betitelt "Radd/Parker Suspension Prototype" veröffentlicht, der eine hydraulische Steuerung zur Ausschaltung von Lenkstößen beschreibt, die jedoch zu einer unerwünschten Dämpfung der Steuerung führt. In dem Aufsatz wird ausgeführt, daß Lenkstöße wenigstens auf einem Motorrad durch Verwendung eines Teleskopschaftes ausgeschaltet werden können, der sich geradlinig zu Lenkstangen erstreckt. Dem Aufsatz ist jedoch nichts über eine Verwendung eines Teleskopschaf­ tes in einer lenkbaren Schwingarm-Aufhängung zu entnehmen. Ferner ist es bekannt, daß Teleskopschafte verglichen mit einer festen Stange bei vorgegebener Dimensionierung relativ weich sind.

Im Cycle World vom April 1985, Seite 60 ist ein Aufsatz "Taming the TESI" erschienen, der die Verwendung gegenüberliegender hydrauli­ scher Betätiger zur Lenkung und Stoßlenkung empfiehlt. Entspre­ chendes ergibt sich aus dem Cycle, vom März 1985 auf Seite 99.

Bis zu einem gewissen Grad können Lenkstöße in allen Fahrzeugen mit Schwingachsen-Aufhängungen angetroffen werden.

Das Ausschalten von Lenkstößen ist sowohl für Rennmaschinen wie auch für Straßenfahrzeuge höchst erwünscht. Lenkstöße in Fahrzeu­ gen, Motorrädern oder dergleichen konnten bisher nicht erfolgreich beseitigt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine steuerbare Aufhängevorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, die Lenkstöße beseitigt. Damit soll das Fahrzeug in normaler Weise lenkstoßfrei lenkbar sein. Die Erfindung soll insbesondere für eine Aufhängevor­ richtung geeignet sein, die mit MacPherson-Beinen ausgerüstet ist. Schließlich soll die Erfindung mit Hilfe preiswerter und überall erhältlicher Bauteile verwirklicht werden können.

Dazu sieht die Erfindung eine neuartige Verwendung eines Paares von Universalgelenken, insbesondere Kreuzgelenken vor, die zwischen einem das Lenkgestänge tragenden Rahmen- oder Karosserieteil und dem Achszapfen in einer steuerbaren Schwingarm- Aufhängevorrichtung eingebaut sind. Die Verwendung der Universalge­ lenke läßt eine Vertikalbewegung des Rades zu, ohne daß die vom Fahrer herkommende Lenkrichtung beeinflußt wird. Die freie verti­ kale Beweglichkeit des Rades bleibt ohne Einfluß auf die wirksame Länge irgendeines der Lenkglieder.

Ein üblicher Verbindungsarm ist mit einem Lenkmechanismus ver­ bunden, der den Verbindungsarm entsprechend der vom Fahrer ge­ wünschten Lenkrichtung dreht. Der Verbindungsarm ist mit einem Lenkzapfen verbunden, der von einem mit der Karosserie oder dem Rahmen des Fahrzeugs verbundenen Ansatz oder dergleichen drehbar gehalten ist.

Das gegenüberliegende Ende des Lenkzapfens ist mit der Mitte einer Seite eines ersten Universalgelenks verbunden. Die gegenüber­ liegende Seite des Universalgelenks ist mittig über einen Zapfen mit einer Distanzstrebe verbunden. Das gegenüberliegende Ende der Strebe ist in ähnlicher Weise mittig mit einer Seite eines zweiten Universalgelenks verbunden. Eine Lenkvorrichtung wie etwa eine Lenkstange ist mit den gleichen Seiten der Universalgelenke verbunden, jedoch sind ihre Gelenke von der Mitte des jeweiligen Universalgelenks zur Schaffung einer Lenkfähigkeit beabstandet. Die Lenkstangenverbindungen sind übliche Kugelgelenke, die normaler­ weise bei Schwingarmaufhängungen eingesetzt werden. Jedoch liegt es im Rahmen der Erfindung, zur Lenkstange äquivalente Vorrich­ tungen vorzusehen, beispielsweise eine Zahnrad/Kettenkombination. Das gegenüberliegende Ende des zweiten Universalgelenks ist mit einem Achsschenkel verbunden, der den Achszapfen für das Rad trägt. Ferner ist ein zusätzlicher Träger mit der Karosserie verbunden, der den Lenkmechanismus zusätzlich trägt und positioniert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der beigefügten Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung deutlich werden.

Es zeigen:

Fig. 1 die Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung von einer Fahrzeugseite aus;

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht von der gegenüberliegenden Seite der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus Fig. 2, wobei eine Ruhestellung und eine vertikal angehobene Stellung der Bauteile aus der Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 1 wiedergegeben sind;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 6 eine Seitenansicht einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Seite eines Kraftfahrzeugs mit einer lenkaren Einzelradaufhängung 10. Die Einzelradaufhängung wird von der Fahrzeugkarrosserie oder einem festen Rahmenteil 12 getragen. Die Aufhängung 10 ist mit dem Rahmen 12 über Ansätze 14 und 16 verbunden. Ansatz 14 besitzt eine Öffnung 15 mit einem Lager 17 (gestrichelt dargestellt), welches den Lenkzapfen 18 aufnimmt. Das untere Ende des Lenkzapfens 18 besitzt einen Verbindungsarm 20, der fest mit ihm verbunden ist. Eine Drehung des Verbindungsarms 20 durch einen nicht dargestellten, vom Fahrer betätigten Fahrzeuglenk­ mechanismus dreht den mit ihm verbundenen Lenkzapfen 18. Man sieht, daß der Verbindungsarm nur beispielshaft dargestellt ist, da andere Lenkeinrichtungen wie Lenkstangen, fernbestätigte Zahnräder und dergleichen zur Steuerung des Fahrzeugs im Rahmen der Erfindung ohne weiteres benutzt werden können. An dem gegenüberliegenden Ende des Lenkzapfens 18 ist eine Seite 22 eines ersten Universalgelenks 24 fest befestigt und mittig auf ihm positioniert. Die gegenüberlie­ gende Seite 25 des Universalgelenks 24 ist mittig und schwenkbar über einen Zapfen 26 mit einer Distanzrebe 28 verbunden. Man sieht, daß die hier beschriebenen und verwendeten Universalgelenke einen mittleren gleichförmigen Schwenkbolzen 30 aufweisen, der es erlaubt, daß beide Seiten des Universalgelenks relativ zueinander in üblicher Weise schwenken können. Für die Erfindung kann eine beliebige Art eines Universalgelenks, wie etwa ein Kreuzgelenk, benutzt werden. Eine Klammer 32 ist mit der Seite 25 des Universal­ gelenks 24 verbunden und erstreckt sich von dieser nach außen, wie man am besten aus Fig. 2 erkennt. Mit der Klammer 32 ist eine übliche Gelenkkugel 34 verbunden.

Das gegenüberliegende Ende der Distanzrebe 28 ist in ähnlicher Weise mit der Seite 25 A eines ähnlichen Universalgelenks 24 A verbunden, welches die gleichen Merkmale wie das Universalgelenk 24 besitzt. Zwischen den Gelenkkugeln 34 und 34 A ist eine Lenkstange 35 verbunden, welche an jedem ihrer Enden Kugelpfannen 37, 37 A aufweist. Die Lenkstangen/Kugelpfannen-Verbindung ist in üblicher­ weise frei schwenkbar. Wenn beispielsweise Universalgelenk 24 dreht, folgt dieser Drehung das Universalgelenk 24 A unabhängig von seiner vertikalen Relativposition längs des Pfeiles 39 (Fig. 1).

Mit der Seite 22 A des Universalgelenks 24 A ist ein Achsschenkel 36 verbunden. In der Mitte des Achsschenkels 36 sitzt der Achszap­ fen, der das Rad mit Reifen 38 drehbar trägt. An dem unteren Ende des Achsschenkels 36 sitzt ein Kugelzapfen 40. Zwischen dem Kugel­ zapfen 40 und dem Rahmen 12 ist eine Zugstange 42 verbunden. Das kugelzapfenseitige Ende 44 der Zugstange 42 weist eine Kugelpfanne auf, und das gegenüberliegende Ende 46 der Zugstange 42 ist schwenkbar an einem mit dem Rahmen 12 fest verbundenen Gelenk 48 befestigt. Diese Verbindungen ermöglichen, daß der Achsschenkel durch den Verbindungsarm 20 durch die Kugelpfannenverbindung bei 44 gedreht werden kann und längs der Richtung des Pfeils 39 vertikal beweglich ist.

Man sieht, daß die wirksame Länge der Lenkelemente, speziell der Lenkstange 35, unabhängig von der Winkel/Vertikalposition des Rades 38 relativ zum Rahmen 12 unverändert bleibt, wodurch Lenkeinflüsse aufgrund der Vertikal/Winkelposition des Rades 38 relativ zum Rah­ men 12 ausgeschlossen werden.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Verbindungsarms, des Rahmenträgeransatzes, der Lenkstange, sowie der Universalge­ lenke von derjenigen Seite bezüglich der Darstellung aus Fig. 1, die dieser gegenüberliegt.

Fig. 3 zeigt die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 in einer Normalstellung und in einer gestrichelt angedeuteten, vertikal angehobenen Stellung, die sich aus einer entsprechenden Radbewegung insbesondere nach oben ergibt. Aus dieser Zeichnung geht hervor, daß die effektive Länge des erfindungsgemäßen Lenkmechanismus, bei einer vertikalen Verlagerung des Rades nicht verändert wird, so daß Lenkstöße vermieden werden.

Gemäß der in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist der Lenkmechanismus auf der der Oberseite der Auf­ hängung angeordnet, wobei die Lenkstange vertikal unterhalb der Distanzstrebe 28 lokalisiert ist.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, die derjenigen aus Fig. 1 bis 3 ähnlich ist, wobei jedoch die Lenkstange vertikal über die Distanzstrebe angehoben ist.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung im Zusam­ menhang mit einer Einzelradaufhängung, wie sie zum Beispiel für Krafträder, Motorräder oder dergleichen zum Einsatz kommen. Bei dieser Ausführungsform sind der Verbindungsarm und ein Teil der Lenkstange vertikal über die Distanzstrebe 28 angehoben, wobei das Rad sich parallel zum Rahmen 12 und vor diesem erstreckt. Auch diese Ausführungsform arbeitet wie vorstehend beschrieben.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform sind die Steuer­ komponenten vertikal unterhalb des Rahmens 12 positioniert, und der Ansatz 16 am Rahmen ist durch ein MacPherson-Bein 50 ersetzt. Ein Ende des MacPherson-Beins 50 ist mit dem oberen Teil des Achsschen­ kels 36 verbunden und das gegenüberliegende Ende ist schwenkbar mit dem Fahrzeugrahmen 12 mittels eines Gelenks 51 verbunden.

Für alle dargestellten Ausführungsformen ist die wirksame Länge des Steuermechanismus, konstant aufgrund der Wirkung der seriellen Universalgelenke.

Man bemerke, daß Paare steuerbarer einzeln aufgehängter Räder für übliche Fahrzeuge dadurch benutzt werden können, daß auf den Lenk­ armen 20 (Fig. 2) zweite Kugelgelenke befestigt werden, daß eine Zugstange 52 ähnlich zur Lenkstange 35 zwischen diesen vorgesehen wird, wodurch die Bewegung des Verbindungsarms 20 mit einem zweiten Verbindungsarm in gleicher Weise wie das steuerbare Rad gekoppelt würde.

Man sieht daher aus vorstehendem, daß die Erfindung ein verbesser­ tes Steuersystem für ein unabhängig aufgehängtes, lenkbares Rad schafft, bei welchem Lenkstöße nicht mehr auftreten.

Die Erfindung ist selbstverständlich auf Einzelheiten der darge­ stellten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt.

Beschrieben ist ein Lenkmechanismus an einer Radaufhängung für ein mit Rädern versehenes Fahrzeug, welcher eine Dämpfung für Lenkstöße enthält. Die Vorrichtung unfaßt ein Paar beabstandete Universalgelenke, von denen eines fest angeordnet ist, und das andere den Achszapfen für das Rad beweglich positioniert. Ein Distanzelement hält die Universalgelenke auf vorgegebenem Abstand. Ein drehbarer Lenkzapfen ist mit einer Seite des fest positionierten Universalgelenks verbunden. Die Mitte der gegenüber­ liegenden Seite des fest positionierten Universalgelenks ist mit einem Ende des Distanzelements drehbar verbunden. Das andere Ende des Distanzelements ist mit der Mitte einer Seite desjenigen Universalgelenks verbunden, welches den Achszapfen trägt. Die gegenüberliegende Seite des den Achszapfen tragenden Universalgelenks ist mit dem Achsschenkel verbunden. In einer Ausführungsform ist eine Lenkstange schwenkbar außermittig an jedem Universalgelenk in der Nähe des Distanzelements über Kugelverbin­ dungen verbunden. Eine zusätzliche Stütze ist zwischen dem Achsschenkel und dem Rahmen des Fahrzeugs vorgesehen.

Soweit die Erfindung aus vorstehender Beschreibung nicht vollständig oder unklar hervorgehen sollte, sind die beigefügten Figuren als weiteres Offenbarungsmittel der Erfindung zu betrachten.

Claims (10)

1. Aufhängevorrichtung für ein steuerbares Rad eines Fahrzeugs mit einem durch Drehung positionierbaren Lenkelement (20) und mit ersten und zweiten Universalgelenken (24, 24 A), von denen jedes erste und zweite drehbare Teile (22, 25; 25 A, 22 A) aufweist, ferner mit einem Lenkzapfen (18), welcher das Lenkelement (20) mit der Mitte des ersten drehbaren Teiles (22) des ersten Universalge­ lenks (24) verbindet, mit einem Distanzelement (28), welches an einem Ende mit der Mitte des zweiten drehbaren Teiles (25) des ersten Universalgelenks (24) sowie an seinem anderen Ende mit der Mitte des ersten drehbaren Teiles (25 A) des zweiten Universalge­ lenks (24 A) jeweils drehbar verbunden ist, mit einer Lenkstange (35), deren eines Ende mit dem zweiten drehbaren Teil (25) des ersten Universalgelenks (24) und deren anderes Ende mit dem ersten drehbaren Teil (25 A) des zweiten Universalgelenks (24 A) drehbar verbunden ist, sowie mit einem Achsschenkel (36), dessen eines Ende mit dem zweiten drehbaren Teil (22 A) des zweiten Universalgelenks (24 A) verbunden ist und der einen Achszapfen für das Rad (38) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkelement (20) ein Verbindungsarm ist, der fest mit dem Lenkzapfen (18) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkzapfen (18) und der Achsschenkel (36) am Fahrzeugrahmen (12) gehalten sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lenkzapfen (18) in einem am Fahrzeugsrahmen (12) befestigten Lager (17) drehbar gehalten ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkel (36) mittels einer Zugstange (42) gehalten ist, welche an einem Ende in einem am Fahrzeugsrahmen (12) befestigten Gelenk (48) und am anderen Ende über ein Kugelgelenk (40, 44) mit dem Achsschenkel jeweils drehbar verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Achsschenkel (36) durch ein MacPherson-Bein (50) gehalten ist, welches am Fahrzeugsrahmen (12) angelenkt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (28) vertikal oberhalb der Universalgelenke (24, 24 A) positioniert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Distanzelement (28) vertikal unterhalb der Universalgelenke (24, 24 A) positioniert ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkelement eine Lenkstange ist, welche mit den Universalgelenken über Kugelgelenke verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkelement eine Lenkstange ist, die von der vertikalen Mittellinie der Universalgelenke beabstandet ist.