DE69517684T2

DE69517684T2 - Rad-aufhängungssystem

Info

Publication number: DE69517684T2
Application number: DE69517684T
Authority: DE
Inventors: Toivo Johannes Pitkaenen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-04-08
Filing date: 1995-04-10
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2015-04-11
Also published as: US6012724A; ATE194106T1; AU2217495A; EP0754128B1; FI945923A0; WO1995027629A1; CA2186724A1; DE69517684D1; EP0754128A1; JPH09511712A; FI945923A7; FI945923L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Radaufhängungssystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Stützarm, der an einem Fahrzeugrahmen gekuppelt ist, einem Radbuchsen- oder einem Traktionsmotor, an dem ein Rad montiert ist, um sich um eine mittlere Radachse zu drehen, und einer Drehpunktmontageeinrichtung, die sich im wesentlichen an der Mittellinie des Rades und unter einem Abstand unterhalb der Radmittelachse befindet, um den Radbuchsen- oder Traktionsmotor an dem Stützarm derart drehbar zu kuppeln, dass das Rad relativ zu dem Stützarm neigbar ist, wobei ermöglicht wird, dass das Rad in Übereinstimmung mit dem Fahruntergrund unabhängig von der Position des Fahrzeugs und / oder des Stützarmes positioniert ist.
Bei dem Aufbau nach dem Stand der Technik ist das Rad an einem Abschnitt in dem Axialsystem steif lagerbar getragen, so dass sein geometrischer Aufbau ebenfalls die seitliche Neigung des Rades definiert hat. Außerdem hat die Gesamtneigung des Kraftfahrzeugs ebenfalls die Neigung des Rades beeinflusst. Des weiteren ist ein Radaufhängungssystem in der Druckschrift US-A-5 082 306 beschrieben, bei dem eine Radbuchse drehbar an einem Aufhängungsarm mittels einer Drehmontageeinrichtung drehbar montiert ist, die einen einzelnen Aufhängungszapfenaufbau aufweist, wobei sich darauf der Oberbegriff von Anspruch 1 gründet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neues Radaufhängungssystem zu schaffen, mit der die Nachteile des Aufbaus nach dem Stand der Technik beim Fahren in sich ändernden Geländebedingungen vermieden sind. Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen, ist die Erfindung hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, dass die Drehpunktmontageeinrichtung einer Zwischenstütze aufweist, die drehbar mit dem Stützarm mittels eines ersten Aufhängungszapfen, der sich im wesentlichen in der Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt, und drehbar mit dem Radbuchsen- oder Traktionsmotor mittels eines zweiten Aufhängungszapfens verbunden ist, wobei der erste Aufhängungszapfen im wesentlichen parallel zu dem zweiten Aufhängungszapfen ist.
Der bedeutendste Vorteil der Gestaltung der Erfindung liegt darin, dass die Seitenneigung des Rades an den Fahrboden angepasst werden kann und der Oberflächendruck gleichmäßig verteilt wird. Die Reibung kann gleichzeitig optimal genutzt werden. Für eine optimale Funktionsweise ohne kontinuierlich erzwungenen Antrieb müssen relativ breite Reifen bei dem Aufbau angewendet werden.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung detailliert beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Vorderansicht eines Radaufhängungssystems nach dem Stand der Technik mit einem Einzelaufhängungszapfenaufbau.
Fig. 2 zeigt eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Gestaltung von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht des Radaufhängungssystems von Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein in Fig. 1 gezeigtes Radaufhängungssystem im Gelände.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen das Radaufhängungssystem gemäß der Erfindung.
Entsprechend zeigen die Fig. 1 bis 4 der beigefügten Zeichnung das Radaufhängungssystem nach dem Stand der Technik, das bei einem Axialsystem angewendet ist, das mit separaten Federn versehen ist. Bei dem in den Zeichnungen gezeigten Aufbau besteht das Axialsystem aus "Achsenhälften", das heißt aus Stützarmen 5, die an einem Verbindungsstück 8, das mit einem mittleren Zapfen 6 an der (nicht gezeigten) Karosserie des Fahrzeugs montiert ist, schwenkbar drehbar anbracht sind. Bei dem in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Stützarme 5 an einem Gemeinschaftsmittelzapfen 6 angelenkt, obwohl es offensichtlich ist, dass die Stützarme 5 an dem Verbindungsstück 8 ebenfalls separat mit jeweils eigenen Anlenkzapfen aufgehängt sein können. Die Stützarme 5 sind mit Federelementen 7 versehen, für die hydraulische Zylinder 7 bei der Darstellunge in den Zeichnungen verwendet worden sind, wobei die Zylinder vorzugsweise mit einem Hydraulikleitungssystem an einem (nicht gezeigten) externen Hydraulikspeicher verbunden sind. Bei der Darstellung in der Zeichnung ist das Achsensystem mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs mittels eines vertikalen Zapfens 9 verbunden, wobei um diesen Zapfen das gesamte Axialsystem zum Lenken gedreht werden kann. Bei einem lenkbaren Achsensystem wie diesem kann der Lenkmechanismus beispielsweise an dem vertikalen Zapfen 9 oder dem Verbindungsstück 8 gekuppelt sein. Es ist offensichtlich, dass das Radaufhängungssystem ebenfalls im Zusammenhang mit einem nicht gelenkten Achsensystem verwendet werden kann, obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Gestaltung sind die Räder 1 des Kraftfahrzeugs oder dergleichen an dem Achsensystem wie folgt aufgehängt. Die Zeichnungen zeigen ein Traktionsaxialsystem, bei dem ebenfalls die in den Fig. 5 und 6 gezeigte Gestaltung der Erfindung außerordentlich geeignet ist, und bei der dabei die größten Vorteile erzielt werden können. Bei dem Achsensystem, das heißt bei dem in den Zeichnungen gezeigten Stützarm, ist ein Traktionsmotor 2 für jedes Rad 1 eingebaut, das heißt vorzugsweise ein Hydraulikmotor (ein hydrostatischer Motor), der gelenkig an dem Stützarm 5 des Achsensystems mittels eines Zapfens 3 angeberacht ist. Somit ist es möglich, dass der Traktionsmotor 2 frei relativ zu dem Stützarm 5 um den Zapfen 3 läuft. Die Achse des Traktionsmotors 2 ist mit einem Flansch 2a versehen, an dem das Rad 1 befestigt ist. Folglich ist die Achse des Traktionsmotors 2 mit der Mittelachse des Rades 1 verbunden, die mit dem Bezugszeichen A in Fig. 1 dargestellt ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Zapfen 3, mit dem der Traktionsmotor 2 an dem Stützarm 5 angebracht ist, im Wesentlichen unterhalb der Mittelachse A des Rades in der Höhenrichtung befindlich, wobei der Höhenrichtungsabstand zwischen dem Zapfen 3 und der Mittelachse A des Rades 1 durch das Bezugszeichen 1 dargestellt ist. Wie dies ebenfalls aus den Zeichnungen ersichtlich ist, ist die Richtung des Zapfens 3 hauptsächlich die Laufrichtung des Axialsystems.
Jedes Rad 1 ist somit in der Lage, sich um den Zapfen 3 zu neigen, so dass das Rad 1 in der Lage ist, mit der Unebenheit des Geländes oder einem gleichartigen Fahrgrund in Einklang gebracht zu werden.
Darüber hinaus ist in den Fig. 1 bis 4 gezeigt, dass der Aufhängungsaufbau mit einer Dämpfereinrichtung 4 versehen ist, mit der die Neigung des Rades 1 gedämpft werden kann, sofern dies als erforderlich erachtet wird. In den Zeichnungen kann ein Hydraulikzylinder 4 als eine Dämpfereinrichtung verwendet werden, wobei mit diesem Zylinder die Neigung des Rades 1 wirkungsvoll gesteuert werden kann, und mit dem das Rad 1 bei Bedarf an Ort und Stelle gesperrt werden kann, so dass seine Neigung um den Zapfen 3 verhindert ist. Das Radaufhängungssystem ist darüber hinaus mit (nicht gezeigten) Neigungsbegrenzern versehen, durch die der Neigungswinkel α der Räder 1 auf einen erwünschten Wert begrenzt wird, so dass das Rad 1 nicht einmal bei ungünstigen Geländebedingungen "herunterfallen" kann.
Der Aufbau wird nachstehend detailliert erläutert und auch die Wirkung der Abmessungen des Aufbaus auf die Eigenschaften. Das nach Bedarf ausgewählte Reifenprofil (das Verhältnis des Außenreifendurchmessers und der mittleren Öffnung oder das Verhältnis der Reifenbreite und des Außenreifendurchmessers) beeinflussen die Höhenposition des Zapfens 3 von dem Fahrboden an der Mittellinie des Reifens. Die Stabilität des Rades wird verbessert, je niedriger der Aufhängungszapfen 3 angeordnet ist, das heißt je größer das Verhältnis des Abstandes 1 zwischen dem Zapfen 3 und der Mittelachse A des Rades 1 zu dem Abstand der Mittelachse A des Rades von dem Fahrboden, das heißt mit dem Radius des Rades ist.
Fig. 3 zeigt das sogenannte Kasterrollenwinkelkonzept (nachlaufende Rollen bzw. Räder), mit dem das Verhalten des Rades im Gelände entscheidend beeinflusst werden kann. In Fig. 3 ist der Wert des Kasterwinkels C positiv, so dass der Achsbalken 5 (Stützarm 5) geringfügig um die Mittelachse A des Rades 1 entgegen der Richtung R gedreht wird, wodurch der Aufhängungszapfen 3 damit bewegt wird. In der Tat muß nicht der gesamte Achsbalken 5 in der in Fig. 3 gezeigten Weise gedreht werden; statt dessen kann der Aufhängungszapfen 3 bei einem Winkel entsprechend dem Achsbalken 5 angeordnet sein. Der positive Kasterwinkel C wird das Fahrzeug bei höheren Geschwindigkeiten stabilisieren. Außerdem versucht bei einer Schräglage aufgrund eines Hindernisses das Rad, das Hindernis zu erklimmen, womit die auf die Karosserie des Fahrzeugs gerichteten Seitenkräfte verringert werden. Auf einem weichen Boden neigt das Rad dazu, eher die Halteseite in Bezug auf die Kontaktstelle des Reifens zu erklimmen. Bei einem negativen Kasterwinkel ist die Wirkung umgekehrt.
Bei einem Mehrachsenfahrzeug können unterschiedliche Einstellungen der unterschiedlichen Achsen verwendet werden, um die Last- und Verhaltenserfordernisse zu erfüllen. Mittels der Größe des Kasterwinkels wird die Höhe der Selbststeuerung beeinflusst.
Wie dies vorstehend offenbart ist, ist die Radaufhängung in den Zeichnungen mit einer Neigungsdämpfungseinrichtung und insbesondere mit einem Dämpferzylinder 4 versehen. Was den Dämpferzylinder 4 anbelangt, so kann ein einzel- oder doppelwirkender Hydraulikzylinder nach Bedarf angewendet werden. Dadurch wird durch ein Verhindern sämtlicher Fluidströme in dem Hydraulikzylinder 4 das Rad 1 an einer erwünschten Position gesperrt, und durch ein Einschränken der Fluidströme wird ein geeignetes Dämpfen angestrebt. Wenn ein doppelwirkender Zylinder 4 angewendet wird, kann das Rad 1 außerdem kraftaufgerichtet sein, da bei dem in den Zeichnungen gezeigten Aufbau der Kolben sich am Weitesten in dem Zylinder 4 befindet, wenn das Rad 1 sich in einer vertikalen Position befindet. Ein Kraftaufrichten kann beispielweise bei einem außerordentlich weichen Fahrboden oder beim Fahren an einem Gefälle benötigt werden. Was das Federelement 7 anbelangt, so kann ein einzel- oder doppelwirkender Hydraulikzylinder je nach Bedarf angewendet werden. Der Zylinder 7 ist vorzugsweise mit einem Schlauch oder Rohr entweder mit einem Federwirk- oder Gaswirk-Druckspeicher verbunden. Bei einem System, das mit einer Fluidwirkung ausgeführt wird, kann die Steifigkeit der Federn und die Neigungsunterschiede des Geländes stufenlos ausgeglichen werden, indem die Fluidmenge in den unterschiedlichen Federelementen erhöht oder verringert wird. Ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise eine Forstzugmaschine, die mit dem in den Zeichnungen dargestellten Aufbau und mit dort aufgezeigten Bewegungswinkeln versehen ist, kann bei einer Neigung von ungefähr 20º auf einem Boden ohne jegliche Abweichung des Karosserieaufbaus von der horizontalen Höhe in der Seitenrichtung fahren. Es sind Versuche unternommen worden, um insbesondere diesen Aspekt bei Fig. 4 zu zeigen.
Die Fig. 5 und 6 zeigen das erfindungsgemäße Radaufhängungssystem. Das in den Fig. 5 und 6 gezeigte Radaufhängungssystem unterscheidet sich von dem in den Fig. 1 bis 4 beschriebenen Radaufhängungssystem dahingehend, dass der Traktionsmotor 2 nicht direkt an dem Achsbalken 5 aufgehängt ist, wobei bei der vorliegenden Erfindung stattdessen eine Zwischenstütze 3A an dem Achsbalken 5 mit der Hilfe eines Aufhängungszapfens 3 gelenkig montiert ist, und an der Zwischenstütze 3A ist der Traktionsmotor 2 mittels eines zweiten Aufhängungszapfens 3' aufgehängt. In Fig. 5 ist der Abstand in der Höhenrichtung zwischen den Aufhängungszapfen 3 und 3' durch das Bezugszeichen l&sub1; dargestellt bzw. ist der Abstand in der Höhenrichtung zwischen dem Aufhängungszapfen 3' und der Mittelachse A des Rades 1 durch das Bezugszeichen l&sub2; dargestellt, wodurch der Gesamtabstand in der Höhenrichtung von der Mittelachse A des Rades 1 zu der Aufhängungsstelle an dem Achsbalken 5 (Aufhängungszapfen 3) l&sub1; + l&sub2; ist. In Fig. 6 sind die Aufhängungszapfen 3 und 3' parallel dargestellt, jedoch können sie ebenfalls bei einem geringfügigen Winkel relativ zueinander angeordnet sein, wodurch mit dieser Gestaltung eine ähnliche Wirkung erzielt werden kann, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 3 (Kasterwinkel) beschrieben worden ist. Unter Verwendung der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Gestaltung ist das Positionieren des Rades 1 auf dem Gelände sogar noch freier als bei der Gestaltung der Fig. 1 bis 4.
Das Prinzip eines frei schwenkenden Rades der Erfindung kann auf annähernd alle Feder- und Achs-Aufbauarten, die im Stand der Technik bekannt sind, auch beim Lenken und bei einem separat drehenden Rad wie beispielsweise bei einem sogenannten MacPherson-Aufbau angewendet werden. Es ist darüber hinaus möglich, dass bei einem mit dem Radaufhängungssystem der Erfindung versehenen Kraftfahrzeug, beispielsweise einer Forstzugmaschine, eine Raupenkette um die Räder in Aufeinanderfolge gelegt ist, um die Geländeeigenschaften des Kraftfahrzeugs zu verbessern. Hierbei kann die Gestaltung so ausgeführt werden, dass die Räder in Aufeinanderfolge in ähnlicher Weise und bei einem gleichen Maß geneigt sind, wodurch die Raupenkette sich zusammen mit den Rädern als eine Einheit neigt. Andererseits kann die Gestaltung so ausgeführt werden, dass die aufeinanderfolgenden Räder sich einzeln neigen können, wodurch erforderlich ist, dass die Raupenkette einen derartigen Aufbau hat, das ein Verdrehen möglich ist, um die Neigungsunterschiede bei dem Fährboden zu bewältigen.
Das Radaufhängungssystem der Erfindung kann ebenfalls abweichend von der Darstellung in den Zeichnungen bei einem Kraftfahrzeug angewendet werden, das mit einer mechanischen Kraftübertragung versehen ist. Die mechanische Kraftübertragung kann somit angewendet werden, indem ein Universalgelenk an dem Mittelpunkt des Rades (an der Mittelachse des Rades und in der vertikal mittleren Höhe des Rades) positioniert wird und indem die Antriebswelle mit einem sensibel lagerbar getragenen Teleskopaufbau versehen ist, wodurch Änderungen der Antriebswellenlänge ermöglicht werden. Darüber hinaus kann der Radaufhängungsaufbau ebenfalls bei Nicht-Traktion angewendet werden, das heißt bei sich frei drehenden Rädern, wodurch bei einer Anwendung des Beispiels der Gestaltung von Fig. 1 nur die Radbuchse anstelle des Traktionsmotors 2 angeordnet ist, woraufhin das Rad 1 lagerbar getragen ist. Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung können innerhalb des Umfangs der Erfindung abgewandelt werden, die nachstehend in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Claims

1. Radaufhängungssystem für ein Kraftfahrzeug mit:

einem Stützarm (5), der an einem Fahrzeugrahmen gekuppelt ist,

einem Radbuchsen- oder einem Traktionsmotor (2), an dem ein Rad (1) montiert ist, um sich um eine mittlere Radachse (A) zu drehen, und

einer Drehpunktmontageeinrichtung, die sich im wesentlichen an der Mittellinie des Rades (1) und unter einem Abstand (l, l&sub1; + l&sub2;) unterhalb der Radmittelachse (A) befindet, um den Radbuchsen- oder Traktionsmotor (2) an dem Stützarm (5) derart drehbar zu kuppeln, dass das Rad (1) relativ zu dem Stützarm (5) neigbar ist, wobei ermöglicht wird, dass das Rad (1) in Übereinstimmung mit dem Fahruntergrund unabhängig von der Position des Fahrzeugs und / oder des Stützarmes (5) positioniert ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Drehpunktmontageeinrichtung einer Zwischenstütze (3A) aufweist, die drehbar mit dem Stützarm (5) mittels eines ersten Aufhängungszapfen (3), der sich im wesentlichen in der Längsrichtung des Fahrzeugs erstreckt, und drehbar mit dem Radbuchsen- oder Traktionsmotor (2) mittels eines zweiten Aufhängungszapfens (3') verbunden ist, wobei der erste Aufhängungszapfen (3) im wesentlichen parallel zu dem zweiten Aufhängungszapfen (3') ist.

2. Radaufhängungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrichtung des ersten Aufhängungszapfens (3) im wesentlichen horizontal ist.

3. Radaufhängungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aufhängungszapfen (3) an dem Stützarm (5) derart montiert ist, dass die Längsrichtung des ersten Aufhängungszapfen (3) in der Fahrrichtung des Fahrzeugs von der horizontalen Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung (R) des Rades (1) abweicht.

4. Radaufhängungssystem gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aufhängungszapfen (3) und der zweite Aufhängungszapfen (3') unter einem geringfügigen Winkel in Bezug aufeinander angeordnet sind.

5. Radaufhängungssystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Radaufhängungssystem mit einer Dämpfereinrichtung (4) versehen ist, die zwischen dem Stützarm (5) und dem Radbuchsen- oder Traktionsmotor (2) angeordnet ist.

6. Radaufhängungssystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfereinrichtung (4) eine hydraulische, eine hydropneumatische oder eine pneumatische Dämpfereinrichtung ist.

7. Radaufhängungssystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Traktionsmotor (2) ein Hydraulikmotor ist.

8. Radaufhängungssystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche bei einem Kraftfahrzeug, das mit zwei oder mehr Achsen hintereinander versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Raupenkette, die als eine endlose Verbindung läuft, um zumindest zwei hintereinander befindlicher Räder herum angeordnet ist.