DE102007051470A1

DE102007051470A1 - Verbundlenkerachse eines zweispurigen Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102007051470A1
Application number: DE200710051470
Authority: DE
Inventors: Benjamin Jakob
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2007-10-27
Filing date: 2007-10-27
Publication date: 2009-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse eines zweispurigen Fahrzeugs, mit je einem radführenden, sich im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung erstreckenden Achslenker, der endseitig schwenkbar am Fahrzeug-Aufbau angelenkt ist, sowie einem im wesentlichen biegesteifen und torsionselastischen Querprofil, welches die beiden Achslenker miteinander verbindet, wobei der Fahrzeugaufbau über ein Tragfederelement letztlich am Radträger abgestützt ist. Dabei ist das Tragfederelement als sich in Fahrzeug-Querrichtung erstreckende Blattfeder ausgebildet und ist am jeweiligen Radträger zumindest unter nennenswerter Seitenkraft-Einwirkung in Fahrzeug-Querrichtung im wesentlichen steif sowie unterhalb und nicht vor Radmitte vorzugsweise direkt, alternativ über irgendein Zwischenelement, abgestützt oder angelenkt. Vorzugsweise ist die sog. Quer-Blattfeder bei Ansicht in Fahrzeug-Längsrichtung, ausgehend von ihrem Abstützpunkt, nach außen hin um einen Winkelbetrag in der Größenordnung von 1° bis 10° abfallend angeordnet und kann am Radträger starr oder über ein Kugelgelenk und/oder über ein einen Freiheitsgrad in Fahrzeug-Längsrichtung aufweisendes Verschiebegelenk oder über ein Gummigelenk angebunden sein. Es kann für die beiden Räder der Achse eine zusammenhängende, im wesentlichen mittig einfach oder zweifach am Aufbau abgestützte Quer-Blattfeder oder für jedes Rad der Achse eine eigene Quer-Blattfeder vorgesehen sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbundlenkerachse eines zweispurigen Fahrzeugs, mit je einem radführenden, sich im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung erstreckenden Achslenker, der endseitig schwenkbar am Fahrzeug-Aufbau angelenkt ist, sowie einem im wesentlichen biegesteifen und torsionselastischen Querprofil, welches die beiden Achslenker miteinander verbindet, wobei der Fahrzeugaufbau über ein Tragfederelement letztlich am Radträger abgestützt ist.
Eine herkömmliche Verbundlenkerachse, deren Tragfederelemente als übliche Schraubenfedern ausgebildet ist, so wie dies beispielsweise in der DE 103 36 800 A1 gezeigt ist, neigt bekanntlich unter Seitenkraft, d. h. bei in Fzg.-Querrichtung auf das jeweilige Fzg.-Rad einwirkender Kraft zum Übersteuern, verbunden mit sich einstellender Nachspur und einem nennenswerten Sturzverlust.
Eine diesbezüglich verbessere Verbundlenkerachse (nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1) aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Tragfederelement als sich in Fahrzeug-Querrichtung erstreckende Blattfeder ausgebildet ist und am jeweiligen Radträger zumindest unter nennenswerter Seitenkraft-Einwirkung in Fahrzeug-Querrichtung im wesentlichen steif sowie unterhalb und nicht vor Radmitte vorzugsweise direkt, alternativ über irgendein Zwischenelement, abgestützt oder angelenkt ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Zunächst sei erwähnt, dass die Verwendung von sich in Fzg.-Querrichtung erstreckenden Blattfedern (= „Quer-Blattfedern") als Tragfedern in Fahrzeug-Radaufhängungen grundsätzlich bekannt ist, wozu beispielsweise auf die DE 41 40 236 A1 verwiesen werden kann. Ferner sei erwähnt, dass Verbundlenkerachsen auch mit anderen Tragfedern als Schraubenfedern bekannt sind, so mit Drehstabfedern bei einigen Fahrzeugen der Firma Renault (R9, R11, R21). Uns noch nicht bekannt ist jedoch die Verwendung einer Quer-Blattfeder in Verbindung mit einer Verbundlenkerachse, welche jedoch bei hier vorgeschlagener Anordnung besonders vorteilhafte Effekte erzielt, wie im folgenden erläutert wird.
Erfindungsgemäß ist an eine Verbundlenkerachse anstelle einer konventionellen Schraubenfeder eine Quer-Blattfeder derart angekoppelt, dass diese Quer-Blattfeder die Radführung der Verbundlenkerachse vorteilhaft beeinflusst und insbesondere auch unter Seitenkrafteinfluss stabilisierend wirkt. Eine erfindungsgemäße Verbundlenkerachse lenkt nämlich unter Seitenkraft in Vorspur und es wird ein bei herkömmlichen Verbundlenkerachsen vorhandener Sturzverlust durch den Seitenhalt der Quer-Blattfeder stark unterdrückt, so dass sich das Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse bei Kurvenfahrt untersteuernd verhält. Die am Radträger abgestützte Quer-Blattfeder wirkt dabei ähnlich wie ein Querlenker. Vorzugsweise ist die Quer-Blattfeder bei Betrachtung nur eines Rades und Ansicht in Fahrzeug-Längsrichtung ausgehend von ihrem Abstützpunkt am Fzg.-Aufbau nach außen hin um einen Winkelbetrag in der Größenordnung von 1° bis 10° abfallend angeordnet. Damit ergibt sich bei gleichsinnigem und einseitigem Einfedern eine Radposition mit negativem Sturz und Vorspur. Durch Variation der Winkelstellung können der Sturzverlauf und der Spurverlauf (über dem Einfedern) gezielt beeinflusst werden.
An einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse insbesondere für einen PKW kann der Anbindungspunkt bzw. Abstützungspunkt der Quer-Blattfeder an der Verbundlenkerachse bzw. am Radträger derselben vorzugsweise um eine Strecke im Bereich zwischen 0 mm und 80 mm (bzw. dem 0,5-fachen Raddurchmesser) hinter der Radmitte liegen, wodurch praktisch die Quer-Blattfeder das Rad bei zunehmender Seitenkraft verstärkt in Richtung Vorspur lenkt, womit sich (im Gegensatz zu konventionellen Verbundlenkerachsen) eine das Fahrverhalten stabilisierende Untersteuertendenz einstellt. Dadurch, dass die Quer-Blattfeder unterhalb der Radmitte an der Verbundlenkerachse bzw. letztlich am Radträger derselben abgestützt bzw. angebunden ist, ergibt sich ein geringerer Sturzverlust bei von außen auf das Rad einwirkenden Seitenkräften, der umso geringer ist, je weiter unterhalb des Radmittelpunktes die Quer-Blattfeder abgestützt ist.
Dadurch, dass die Quer-Blattfeder neben den vertikalen, aus der Abstützung des Fzg.-Aufbaus resultierenden Kräften auch einen nennenswerten Anteil von einwirkendem Seitenkräften abstützt, wird das auf das sog. Querprofil der Verbundlenkerachse einwirkende und aus Seitenkräften resultierende Biegemoment, welches bei konventionellen Verbundlenkerachsen durch eine robuste Konstruktion bzw. durch zusätzliche Versteifungsbleche abgestützt wird, erheblich reduziert. Aufgrund dessen kann eine erfindungsgemäße Verbundlenkerachse in diesem besagten Bereich leichter dimensioniert und somit kostengünstiger und gewichtsgünstiger ausgeführt sein.
Vorteilhafterweise ist aufgrund des Entfallens der konventionellen Schraubenfedern eine kompaktere Bauweise der Achse umsetzbar. Dadurch ergeben sich Kostenvorteile und Gewichtsvorteile in der Achse selbst, sowie bezüglich des Fahrzeugs in seiner Gesamtheit Vereinfachungen in der Karosseriestruktur und ein größerer nutzbarer Fzg.-Innenraum. Ferner können aufgrund des Bauraum-Gewinns, der sich durch den Entfall der konventionellen Schraubenfedern ergibt, an einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse die Anlenkpunkte der Quer-Blattfeder sowie eines Dämpfers günstiger positioniert werden, wodurch hohe Übersetzungen hinsichtlich der Kräfte von Tragfeder, Dämpfer und (dem Fachmann bekannter) Zusatzfeder realisierbar sind. Dadurch reduzieren sich die Reaktionskräfte in den betroffen Bauteilen, so dass diese weniger schwer dimensioniert werden können.
Vorzugsweise ist die Quer-Blattfeder kinematisch direkt (und nicht indirekt über eine Pendelstütze oder dgl.) an der Verbundlenkerachse angebunden, so dass die möglichen Längsbewegungen des Rades sowie die Änderungen des Abstands zwischen dem Quer-Blattfeder-Abstützpunkt am Fzg.-Aufbau und dem Abstützpunkt der Quer-Blattfeder am Radträger oder einem Zwischenelement beim Ein- und Ausfedern des Fzg.-Aufbaus ausgeglichen werden müssen. Dies kann im einfachsten Fall durch die Elastizität der Achs-Bauteile bzw. der Quer-Blattfeder selbst erfolgen. Alternativ kann ein sog. Koppelelement zwischen der Verbundlenkerachse und der Quer-Blattfeder vorgesehen sein, welches aber weiterhin eine in Fzg.-Querrichtung zumindest unter Seitenkraft-Einwirkung im wesentlichen starre Abstützung der Quer-Blattfeder letztlich am Radträger gewährleistet.
Die einfachste Form einer Verbindung zwischen der Quer-Blattfeder und der Verbundlenkerachse stellt eine feste (steife oder starre) Verschraubung über eine oder mehrere Schrauben dar. In diesem Fall kann die mögliche Längsbewegung des Rades durch die Lagerung bzw. Abstützung der Quer-Blattfeder am Fzg.-Aufbau ausgeglichen werden. Alternativ kann als genanntes Koppelelement ein Kugelhülsengelenk oder eine andere Variante von Kugelgelenken in der Verbindung zwischen Quer-Blattfeder und Verbundlenkerachse zum Einsatz kommen, welche gegenüber der starren Verschraubung den Vorteil haben, dass keine Momente übertragen werden müssen. Ferner kann der Freiheitsgrad in Fahrzeuglängsrichtung mittels eines Verschiebemechanismus als Koppelelement aufgelöst werden, welcher eine zwangfreie geringfügige Längsbewegung des Rades erlaubt.
Möglich bzw. bevorzugt ist die Verwendung eines Gummilagers als Koppelelement im Abstützbereich zwischen der Quer-Blattfeder und der Verbundlenkerachse bzw. dem Radträger derselben, da hiermit neben den (bekannten) akustischen Vorteilen die Möglichkeit besteht, unterschiedliche Steifigkeiten in den verschiedenen Richtungen darzustellen. Insbesondere kann durch eine ausreichende Steifigkeit bzw. Progression der Gummilager-Kennlinie die gewünschte Steifigkeit der Anbindung oder Abstützung in Fzg.-Querrichtung zumindest unter Seitenkraft-Einfluss im wesentlichen gewährleistet werden, während durch eine geringe Steifigkeit des Gummilagers in Fahrzeuglängsrichtung eine geringfügige Längsbewegung des Rades zwangfrei ermöglicht werden kann.
Was die Ausgestaltung der Quer-Blattfeder betrifft, so kann für die beiden Räder der Achse eine zusammenhängende, im wesentlichen mittig einfach oder zweifach am Aufbau abgestützte Blattfeder vorgesehen sein. Diese grundsätzlich bekannte Form der zweifach gelagerten Quer-Blattfeder kann bei einer Wankbewegung des Fzg.-Aufbaus vorteilhafterweise gleichzeitig als Quer-Stabilisator wirken. Um eine geringe Längsbewegung der Achse zumindest teilweise auszugleichen, kann/können das/die Lagerelement(e) der Quer-Blattfeder am Fzg.-Aufbau vorzugsweise als Federlager (bspw. Gummilager) mit in Fzg.-Längsrichtung weicher Charakteristik ausgebildet sein, wodurch sich das gesamte Quer-Blattfeder-Paket bei einer Längsbewegung des Rades gegenüber dem Fzg.-Aufbau mit bewegen kann. Alternativ kann für jedes Rad der Verbundlenkerachse eine eigene Blattfeder vorgesehen sein, wobei diese beiden einzelnen Blattfedern entweder in Fzg.-Querrichtung auf einer gemeinsamen Linie oder in Fzg.-Längsrichtung leicht versetzt zueinander positioniert sein können. Im letztgenannten Fall beeinflussen sich die beiden Quer-Blattfedern nicht gegenseitig, sondern reagieren voneinander unabhängig, wobei eine versetze Position der Blattfedern eine ggf. im Hinblick auf die Steifigkeit und Festigkeit der Feder erforderliche größere Feder-Länge ermöglicht.
Durch eine einstellbare Positionierung der Quer-Blattfedern relativ zum Fzg.-Aufbau bspw. über Langlöcher können sowohl Fertigungstoleranzen ausgeglichen als auch die Spurweite und Sturzwerte der Achse durch ein Verschieben der Quer-Blattfedern beeinflusst werden. Um einer Längsbewegung des Rades folgen zu können, können die einzelnen Quer-Blattfedern verdrehweich um die Hochachse des Fahrzeuges gelagert sein, wodurch ein Verspannen der betroffenen Bauteile weitestgehend vermieden wird.
Die beigefügten Prinzipskizzen zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die beigefügte 1 eine räumliche Darstellung zeigt, während in 2 die linke Hälfte der Achse bei Ansicht in Fahrtrichtung von hinten und in 3 die Seitenansicht auf diese linke Hälfte (in Fzg.-Querrichtung betrachtet) dargestellt ist. Die 4a, 4b stellen die möglichen Längsbewegungen des Rades sowie die Änderung des Abstands zwischen dem Quer-Blattfeder-Abstützpunkt am Fzg.-Aufbau und dem Abstützpunkt der Quer-Blattfeder am Radträger dar und entsprechen den Ansichten der 2 und 3. 5 schließlich zeigt eine prinzipielle mögliche Kennlinie eines Gummilagers, über welches eine Quer-Blattfeder einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse an letzterer bzw. am Radträger derselben abgestützt sein kann.
Zunächst auf 1 Bezug nehmend ist mit der Bezugsziffer 1 ein im wesentlichen biegesteifes und torsionselastisches sog. Querprofil gekennzeichnet, welches sich in Fzg.-Querrichtung erstreckt und die beiden in Form von Längsrohren ausgebildeten Achslenker 1 der Verbundlenkerachse, die sich im wesentlichen in Fzg.-Längsrichtung erstrecken, in bekannter Weise miteinander verbindet, d. h. das Querrohr 1 ist mit seinen beiden Endabschnitten jeweils starr mit einem der beiden Achslenker 2 verbunden, wobei im Eckbereich dieser Verbindung in ebenfalls bekannter Weise ein Versteifungsblech 3 vorgesehen ist. An seinem vorderen Ende – die Fahrtrichtung des Fahrzeugs ist in den 1, 3 durch einen Pfeil F dargestellt – weist jeder Achslenker 2 ein Auge 8 zur Aufnahme eines Lagers auf, über welches er schwenkbar am figürlich nicht dargestellten Fahrzeug-Aufbau angelenkt ist. Am gegenüberliegenden hinteren Endabschnitt jedes Achslenkers 2 ist ein Radträger 4 angebracht, auf dem ein ebenfalls nicht gezeigtes Rad des Fahrzeugs gelagert ist. Letztlich an diesen beiden Radträgern 4 ist der Fzg.-Aufbau über eine Quer-Blattfeder 6 abgestützt, die endseitig über ein sog. Koppelelement 5 am Radträger 4 befestigt ist und über hier zwei Lagerelemente 7 im wesentlichen mittig am Fzg.-Aufbau befestigt ist.
2 zeigt im wesentlichen, dass die Quer-Blattfeder 6 in Konstruktionslage bei Ansicht in Fzg.-Längsrichtung ausgehend vom Lagerelement 7 nach außen hin um einen Winkelbetrag in der Größenordnung von 1° bis 10° nach unten hin abfallend angeordnet ist. Sowohl dieser 2 als auch 3 ist entnehmbar, dass sich das Koppelelement 5 und somit der Anlenkpunkt bzw. Abstützpunkt der Quer-Blattfeder 6 am Radträger 4 unterhalb der Radmitte M befindet. 3 zeigt ferner, dass sich das Koppelelement 5 und somit der Anlenkpunkt bzw. Abstützpunkt der Quer-Blattfeder 6 am Radträger 4 um eine Strecke in der Größenordnung zwischen 0 mm (Millimeter) und 80 mm hinter dem Radmittelpunkt M und somit nicht vor Radmitte befindet.
In 4a ist der sog. Längenunterschied der Quer-Blattfeder 6 im Ablauf einer Einfederbewegung des Fzg.-Aufbaus gegenüber dem Radträger 4 dargestellt, d. h. die Änderung des Abstands zwischen dem Quer-Blattfeder-Abstützpunkt am Fzg.-Aufbau (= Lagerelement 7) und dem Abstützpunkt (= Koppelelement 5) der Quer-Blattfeder 6 am Radträger 4. In vergleichbarer Weise verdeutlicht 4b über einen die Einfederbewegung verdeutlichenden Kreisbogen die sich bei einem solchen Einfedern ergebende mögliche Längsbewegung des Rades.
5 schließlich zeigt (qualitativ) eine prinzipielle mögliche Kennlinie eines Gummilagers in Fzg.-Querrichtung, über welches die Quer-Blattfeder 6 einer erfindungsgemäßen Verbundlenkerachse an letzterer bzw. am Radträger 4 derselben abgestützt sein kann, d. h. als Koppelelement 5 ist ein Gummilager vorgesehen, welches jedenfalls bei Seitenkrafteinwirkung eine in Fzg.-Querrichtung im wesentlichen steife Abstützung bildet. Da die auf den jeweiligen Radträger 4 in Fzg.-Querrichtung einwirkenden Seitenkräfte mit steigenden Vertikalkräften und somit mit größer werdendem Einfederweg ansteigen, sollte die Progression der Gummilagerkennlinie im fahrdynamisch relevanten Bereich, der bspw. durch einen Einfederweg in der Größenordnung zwischen 0 mm und 45 mm gegenüber Konstruktionslage beschrieben ist, besonders stark ausgeprägt sein. Im Diagramm linksseitig wird dieser fahrdynamisch relevante Bereich von der Konstruktionslage begrenzt, woran sich weiter der sog. Ausfederbereich anschließt, in welchem der Fzg.-Aufbau relativ zum Radträger 4 gegenüber der Konstruktionslage angehoben ist.
Vorzugsweise befindet sich das Gummilager in Konstruktionslage in einer leichten Vorspannung, so dass die Quer-Blattfeder 6 auf Druck belastet wird. Bei Einwirken von Seitenkräften, was stets mit einer Änderung der Vertikalkraft und somit einem Einfeder- bzw. Ausfedervorgang einhergeht, ergibt sich somit ein schneller Anstieg in Richtung „steif". Durch die zur Fahrzeugaußenseite hin leicht abfallende Position der Quer-Blattfeder 6 wird letztere beim Einfedern zunächst tendenziell nach außen hin länger – zum Verständnis kann man die Bewegung der Feder als Kreisbewegung betrachten, vgl. 4a. Dadurch wird der Seitenhalt weiter erhöht, wodurch stärker werdenden Seitenkräften zusätzlich entgegengewirkt wird. Beim Ausfedern bleibt das Gummilager noch in Vorspannung und geht erst relativ spät in den Zugbereich über. Dadurch ergeben sich im fahrdynamisch relevanten Bereich keine Vorzeichenwechsel der Kraft im Gummilager und die Quer-Blattfeder kann unter relativ geringer Verspannung in ausgefedertem Zustand an der Achse montiert werden. Ferner kann mit einer derartigen Auslegung die Quer-Blattfeder das Rad nicht nach innen, d. h. zur Fzg.-Mittellinie hin ziehen. Bei Einfederwegen zwischen 40 mm bis 50 mm wird die Feder in Querrichtung wieder kürzer, wodurch sich der Seitenhalt durch die Quer-Blattfeder zwar verringert, jedoch kommt bei einem Einfederweg in dieser Größenordnung verstärkt eine (üblich vorgesehene und dem Fachmann bekannte) Zusatzfeder in Eingriff, welche durch ihren progressiven Verlauf ein Sturzmoment erzeugt, wodurch das Rad weiter in Richtung negativer Sturz gedrückt wird.
Durch den Entfall einer konventionellen Schraubenfeder kann ein Karosserielängsträger des Fahrzeugs geradliniger nach verlaufen, wodurch sich ein steiferer, leichterer und kostengünstigerer Karosseriehinterbau verwirklichen lässt und zusätzlicher Innenraum im Fzg.-Aufbau geschaffen werden kann. So kann ein Ladeboden tendenziell abgesenkt bzw. die Durchladebreite des Kofferraums eines PKW's verbreitert werden, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10336800 A1 [0002]
- DE 4140236 A1 [0005]

Claims

Verbundlenkerachse eines zweispurigen Fahrzeugs, mit je einem radführenden, sich im wesentlichen in Fahrzeug-Längsrichtung erstreckenden Achslenker (2), der endseitig schwenkbar am Fahrzeug-Aufbau angelenkt ist, sowie einem im wesentlichen biegesteifen und torsionselastischen Querprofil (1), welches die beiden Achslenker (2) miteinander verbindet, wobei der Fahrzeugaufbau über ein Tragfederelement letztlich am Radträger (4) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragfederelement als sich in Fahrzeug-Querrichtung erstreckende Blattfeder (Quer-Blattfeder 6) ausgebildet ist und am jeweiligen Radträger (4) zumindest unter nennenswerter Seitenkraft-Einwirkung in Fahrzeug-Querrichtung im wesentlichen steif sowie unterhalb und nicht vor Radmitte (M) vorzugsweise direkt, alternativ über irgendein Zwischenelement, abgestützt oder angelenkt ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quer-Blattfeder (6) bei Ansicht in Fahrzeug-Längsrichtung ausgehend von ihrem Abstützpunkt am Aufbau nach außen hin um einen Winkelbetrag in der Größenordnung von 1° bis 10° abfallend angeordnet ist.
Verbundlenkerachse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quer-Blattfeder (6) am Radträger (4) starr oder über ein Kugelgelenk und/oder über ein einen Freiheitsgrad in Fahrzeug-Längsrichtung aufweisendes Verschiebegelenk oder über ein Gummigelenk angebunden ist.
Verbundlenkerachse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die beiden Räder der Achse eine zusammenhängende, im wesentlichen mittig einfach oder zweifach am Aufbau abgestützte Quer-Blattfeder (6) vorgesehen ist.
Verbundlenkerachse nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Rad der Achse eine eigene Quer-Blattfeder vorgesehen ist, die vorzugsweise in Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.
Verbundlenkerachse nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerungselement (7) der Quer-Blattfeder gegenüber dem Fahrzeug-Aufbau eine geringe Bewegung des zugehörigen Rades in Fahrzeug-Längsrichtung erlaubt.