DE3642421A1 - Querlenker-radaufhaengung fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf eine Hin­ terradaufhängung eines Kraftfahrzeuges und im speziellen auf eine Querlenkeraufhängung, welche so ausgestaltet ist, daß der Betrag der negativen Vorspur minimiert wird, welcher unter vorgegebenen Betriebsbedingungen, wie etwa einem Abbremsen des Motors hervorgerufen wird, und/oder daß ein Vorspureffekt erzeugt werden kann.

Die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung 55-1556 offenbart eine Hinterradaufhängung, welche einen im we­ sentlichen A-förmigen einzelnen unteren Arm umfaßt, der an seinem innenliegenden Ende schwenkbar mit der Kraft­ fahrzeugkarosserie verbunden ist, und welcher an seinem außenliegenden Ende ein Gelenk aufweist. Ein Rad ist "lenkbar" an diesem Drehgelenk befestigt. Die Orientie­ rung des Rades wird mittels eines Steuerstabes und einer Gelenkarmkonstruktion gesteuert. Eine Stoßdämpferstange verbindet das außenliegende Ende des unteren Arms mit der Kraftfahrzeugkarosserie.

Diese Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, daß wenn das Rad einer Kraft ausgesetzt ist, die seitlich nach in­ nen in Richtung auf das Kraftfahrzeug gerichtet ist, eine relativ große Vorspur hervorgerufen wird, während in dem Fall, daß eine Kraft auftritt, die in Richtung auf das Kraftfahrzeughinterteil wirkt, eine wesentlich geringere Vorspur auftritt.

Dieses Phänomen wird vermutlich dadurch hervorgerufen, daß der Schnittpunkt der Radachse und Achsschenkelbolzen­ achse, welche durch das Verbindungsgelenk führt, welches den Aufhängungsarm mit der Stoßdämpferstange verbindet und sich im wesentlichen koaxial zu der Achse des Stoß­ dämpfers erstreckt, wesentlich von dem Zentrum des Rades versetzt ist. Wenn somit eine Kraft aufgebracht wird, die zum hinteren Teil des Kraftfahrzeuges hinwirkt, wird ein Moment erzeugt, welches eine negative Vorspur oder Nach­ spur hervorruft und welches einen Destabilisierungseffekt bezüglich der Aufhängungscharakteristiken mitsichbringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Radaufhän­ gung zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß es möglich ist, diese wahlweise so auszubilden, daß (a) ein vorbe­ stimmter geringer Betrag an negativer Vorspur oder Nach­ spur vorgesehen werden kann, daß (b) eine Null-Nachspur erzeugt wird oder daß (c) auch der umgekehrte Effekt auf­ treten kann und ein bestimmter Betrag einer Vorspur her­ vorgerufen werden kann.

Die vorstehende Aufgabe wird durch eine Anordnung gelöst, bei welcher ein unterer Arm und obere Verbindungen einer Doppelquerlenkeraufhängung so angeordnet sind, daß die sich ergebende Achsschenkelbolzenachse, um welche das Rad verschwenkbar ist, die Drehachse des Rades im oder nahe dem Radzentrum schneidet, um wahlweise den Nachspureffekt zu minimieren, zu neutralisieren oder umzukehren, welcher durch eine Kraft erzeugt wird, die durch das Radzentrum in Richtung auf das hintere Ende des Kraftfahrzeuges wirkt. Der Seitenlenker, welcher die Orientierung des Ra­ des steuert, ist in einem vorbestimmten Winkel relativ zu der Achse angeordnet, um welche das innenliegende Ende des unteren Arms schwenkbar ist, um den Nachspurbetrag zu steuern, der durch die Aufbringung der oben beschriebenen Kraft und/oder eine Kraft hervorgerufen wird, die seit­ lich nach innen entlang der Raddrehachse wirkt.

Im speziellen ist die Erfindung in Form einer Radaufhän­ gung für ein mit Rädern versehenes Fahrzeug verwirklicht, welches eine Karosserie und zumindest ein Rad aufweist, wobei das Rad eine Drehachse hat und ein Drehzentrum, welches auf der Achse liegt, wobei die Radaufhängung ge­ kennzeichnet ist durch: Ein Bauteil, welches das Rad drehbar lagert; einen ersten Aufhängungsarm, welcher an seinem innenliegenden Ende elastisch mit der Karosserie verbunden ist und an seinem äußeren Ende mit dem Bauteil über eine erste Verbindung betriebsverbunden ist, wobei die Verbindung auf der innengerichteten Seite einer Ebene vorgesehen ist, die senkrecht zur Drehachse angeordnet ist und welche das Drehzentrum umfaßt; zweite und dritte Aufhängungsarme, welche an ihren jeweiligen innenliegen­ den Enden elastisch mit der Karosserie verbunden sind und welche an ihren jeweiligen außenliegenden Enden über zweite und dritte Verbindungen mit dem Bauteil verbunden sind, wobei der zweite und der dritte Aufhängungsarm Achsen aufweisen, welche konvergieren und sich an einem Punkt schneiden, der außerhalb der Ebene angeordnet ist; eine Achsschenkelbolzenachse, welche durch die erste Ver­ bindung und den Punkt verläuft, an welchem sich die Ver­ längerungen des zweiten und dritten Aufhängungsarmes schneiden, wobei die Achsschenkelbolzenachse die Ebene an einem Punkt schneidet, welcher in der Nähe oder identisch zu dem Drehzentrum ist; und durch einen Seitenlenker, welcher an seinem innenliegenden Ende elastisch mit der Karosserie verbunden ist und welcher an seinem außenlie­ genden Ende mittels einer vierten Verbindung mit dem Bau­ teil verbunden ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungs­ beispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 bis 3 eine Draufsicht, eine Vorderansicht (mit Blick vom Heck des Fahrzeugs) und eine Seiten­ ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 4 einen Teilschnitt einer elastomerischen Buch­ seneinheit, durch welche die Aufhängungsarme der Ausführungsformen der vorliegenden Erfin­ dung mit der Fahrzeugkarosserie betriebsver­ bunden sind;

Fig. 5 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung der Aufhängungsbauteile der vorliegenden Er­ findung, wobei dargestellt ist, wie diese An­ ordnung die Versetzung des Radzentrums und der Achsschenkelbolzenachse auf Null reduziert;

Fig. 6 ein Diagramm der Anordnungen und Schnittpunkte der Achsen der Anordnungen von drei Ausführungs­ beispielen der Erfindung;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der räumlichen An­ ordnung der verschiedenen Verbindungen und Achsen, durch welche die vorliegende Erfindung charakterisiert ist, zusammen mit der winkel­ mäßigen Orientierung des Seitenlenkers;

Fig. 8 ein schematisches Diagramm der Kräfte, welche auf das Rad wirken und des korrespondierenden Effekts der Orientierung des Seitenlenkers bei einem vorbestimmten Winkel bezüglich der Achsen, um welche der untere A-förmige Aufhängungsarm schwenkbar ist; und

Fig. 9 eine graphische Darstellung des auf die Aufhän­ gung mittels einer Kraft aufgebrachten Effektes, welche seitlich auf das Kraftfahrzeug einwirkt, bzw. einer Kraft, welche in Richtung auf das Heck des Kraftfahrzeuges wirkt, wobei die Dar­ stellung bezüglich (a) des Nachspurbetrages und (b) des obengenannten Winkels erfolgt.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung. Bei dieser Anordnung bezeichnet die Bezugsziffer 1 die verschiedenen Bauteile der Kraftfahr­ zeugkarosserie. Weiterhin sind dargestellt: Eine An­ triebswelle 2, ein Differentialgetriebe 3, eine hintere Antriebswelle 4, eine Radachse 5, ein an der Achse befe­ stigtes Rad 6, ein Achsgehäuse 7, eine Bremsverbindungs­ platte 8, welche einstückig an dem Achsgehäuse ausgebil­ det oder mit diesem dauerhaft verbunden ist, ein A-förmiger Querlenkerarm 10 und eine elastomerische Buch­ seneinheit 10 a, welche die innenliegenden Enden des Quer­ lenkerarms 10 mit der Karosserie 1 verbinden. Wie in Fig. 4 dargestellt, umfaßt jede dieser Buchseneinheiten 10 a eine elastomerische Buchse 11, durch welche eine Achse in Form einer Schraube 12 geführt ist, sowie einen Träger 13, der fest mit der Karosserie 1 des Kraftfahrzeugs ver­ bunden ist.

Das außenliegende Ende des unteren Querlenkerarms 10 ist mit einem Träger 14 betriebsverbunden, der fest mit dem unteren Bereich des Achsgehäuses 7 mittels einer Kugel­ gelenkverbindung 10 b verbunden ist, die von einem nicht gezeigten Staubschutz umgeben ist.

Ein Seitenlenker 19 ist an seinem außenliegenden Ende mit einem Träger 18 verbunden, welcher sich von der Seite des Achsgehäuses 7 aus nach hinten erstreckt. Der Seitenlen­ ker 19 ist in Form einer zweiteiligen Konstruktion ausge­ bildet, mittels derer dessen Länge einjustierbar ist. Das innenliegende Ende des Seitenlenkers 19 ist über eine Buchseneinheit 19 a mit der Kraftfahrzeugkarosserie 1 ver­ bunden, welche gemäß dem Beispiel in Fig. 4 ausgebildet ist. Die Verbindung zwischen dem Träger 18 und dem Sei­ tenlenker 19 erfolgt über eine Kugelgelenkverbindung 19 b.

Eine Stoßdämpferstange 20 eines McPherson- oder eines ähnlichen Stoßdämpfers ist betriebsverbunden zwischen der Kraftfahrzeugkarosserie 1 und dem Achsgehäuse in der dar­ gestellten Weise angeordnet. Ein Torsionsstab 21 er­ streckt sich quer über das Kraftfahrzeug und ist an jedem seiner beiden Enden in jeweils einem unteren Querlenker­ arm verbunden, wobei in Fig. 1 nur ein Ende des Torsions­ stabs 21 dargestellt ist.

Ein Träger 22 verbindet die außenliegenden Enden einer ersten und einer zweiten oberen Verbindungsstange 23, 24 mit dem Achsgehäuse 7. Wie in den Figuren dargestellt, sind die innenliegenden Enden der Verbindungsstangen 23, 24 mit der Karosserie 1 jeweils mittels einer elastomeri­ schen Einheit 23 a und 24 b verbunden. Eine Verbindung zwi­ schen dem Träger 22 und den zwei Verbindungsstangen 23, 24 erfolgt über zwei separate Kugelgelenkverbindungen 23 b und 24 b. Die elastomerischen Einheiten 23 a und 34 a sind im wesentlichen so ausgebildet, wie dies in Fig. 4 darge­ stellt ist.

Wie am einfachsten aus Fig. 5 zu erkennen ist, sind die oberen Verbindungsstangen 23 und 24 so konvergierend an­ geordnet, daß ihr Abstand an den innenliegenden Enden X beträgt, während der Abstand an den außenliegenden Enden Y ist, wobei sich die gedachten Verlängerungen der beiden Verbindungsstangen in einem Punkt G schneiden. Dieser Punkt G ist auf der außenliegenden Seite einer Ebene P angeordnet, welche senkrecht zu der Drehachse des Rades 6 steht und welche das Radzentrum A umfaßt. Bei dieser An­ ordnung ist die Achsschenkelbolzenachse L ₁ so angeordnet, daß sie durch den Punkt G und das Zentrum der Kugelge­ lenkverbindung B derart verläuft, daß sie das Radzentrum A schneidet (siehe Fig. 2).

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Betrag an Nach­ spur, die durch eine Kraft erzeugt wird, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, im wesentlichen auf Null reduziert.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf eine An­ ordnung beschränkt, bei welcher die Achsschenkelbolzen­ achse das Radzentrum als solches schneidet und kann in einer Weise variiert werden, welche einen gesteuerten ge­ ringen Betrag an Nachspur indiziert oder andererseits in einer derartigen Weise, daß ein umgekehrter Effekt er­ zeugt wird, bei welchem ein gesteuerter Betrag an Vorspur auftritt. Es ist z.B. möglich, die oberen Verbindungs­ stangen 23, 24 so anzuordnen, daß deren gedachte Verlän­ gerungen sich an einem Ort schneiden, welcher dazu führt, daß die Achsschenkelbolzenachse in nächster Nähe neben dem Radzentrum A verläuft. Es ist nämlich, wie in Fig. 1 dargestellt, die Anordnung zum Schnitt der gedachten Ver­ längerungen der Verbindungsstangen in einem Punkt G ₁ so vorzusehen, daß die Achsschenkelbolzenachse a ₁ sich von dem Punkt G ₁ zu einem Punkt H, der das Zentrum der Kugel­ gelenkverbindung 10 b bildet, erstreckt, und die Raddreh­ achse L ₂ an einem Punkt I ₁ schneidet, welcher gerade in­ nerhalb des Radzentrums A angeordnet ist. Wenn anderer­ seits der Schnittpunkt der Verlängerungen so angeordnet ist, daß er auf den Punkt G ₃ fällt, dann schneidet die Achsschenkelbolzenachse a ₃ L ₂ in einem Punkt I ₃ an einer Stelle, welche geringfügig außerhalb des Radzentrums A liegt. Diese Anordnung führt zu dem oben beschriebenen Vorspureffekt.

Wie das in Fig. 6 dargestellte Diagramm zeigt, betrifft die Achsschenkelbolzenachse a ₂, welche durch die Punkte G ₂, a ₂, I ₂ und H führt, die Anordnung, welche gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgestaltet ist, welche sehr neutrale Charakteristiken beinhaltet, bei welchen im wesentlichen keine negative Vorspur bzw. Nachspur auftritt.

Mit der oben beschriebenen Radaufhängung, bei welcher es möglich ist, wie in Fig. 7 gezeigt, die Achsen L ₃ und L ₄, um welche der untere Querlenkarm 10 und die oberen Ver­ bindungsstangen 23 und 24 wirksam verschwenkbar sind, im wesentlichen parallel anzuordnen, ist es möglich, den Be­ trag des Eigenlenkverhaltens, welches bei einem Einwärts­ biegen und Zurückbiegen des Rades 6 erzeugt wird, zu re­ duzieren. Die Achsen L ₃ und L ₄ sind nämlich im wesentli­ chen zueinander parallel, unter der Voraussetzung, daß die Deformation der Buchsen vernachlässigt wird. Unter dieser Voraussetzung ist es möglich, (a) eine Linie J-K zu bilden, welche sich senkrecht zu der Achse L ₃ zu dem Zentrum der Kugelgelenkverbindung 10 b der unteren Verbin­ dungsstange erstreckt und (b) eine Linie N-O zu bilden, welche sich senkrecht von der Achse L ₄ erstreckt, um wel­ che die oberen Verbindungsstangen 23, 24 effektiv ver­ schwenkbar sind, zu dem Schnittpunkt der Verlängerungen dieser Verbindungsstangen. Das ermöglicht, daß die Punk­ te, welche durch die Elemente 23 a, 23 b, 24 a und 24 b ge­ bildet werden, in derselben Ebene liegen, welche sich im wesentlichen horizontal erstreckt. Folglich sind die Ach­ sen L ₃, L ₄ und die Linien J-K und M-O im wesentlichen zu­ einander parallel, wobei dies während des Biegens und Zu­ rückbiegens der Fall ist. Das durch die Punkte J, K, N und O gebildete System wird damit daran gehindert, eine dreidimensionale Verwindung vorzunehmen.

Weiterhin ist in der oben beschriebenen Radaufhängung der Seitenlenker 19 so angeordnet, daß ein spitzer Winkel 0 zwischen der Achse L ₃ und der Längsachse des Seitenlen­ kers 19 gebildet wird. Die Auswahl dieses Winkels stellt ein bedeutendes Merkmal der vorliegenden Erfindung dar. Das Rad 6 wird nämlich nicht nur durch eine Kraft FB, sondern auch durch eine seitlich wirkende Kraft FS beauf­ schlagt, welche entlang der Drehachse L 2 des Rades 6 wirkt.

Wie in Fig. 9 dargestellt, weisen diese beiden Kräfte einen Effekt auf, der sich auf den Betrag der Vorspur auswirkt, welche bei den oben beschriebenen Ausführungs­ formen der Erfindung auftritt. Bei den Ausführungsformen der Erfindung ist der Winkel auf ungefähr 60° festge­ setzt. Der Grund dafür liegt darin, daß der Betrag der Vorspur, welche in Abhängigkeit von der Kraft FB hervor­ gerufen wird, im wesentlichen gleich, zu der durch die Kraft FB hervorgerufenen, wobei der Effekt der Kraft FB schnell zu einer Seite dieses Wertes abfällt, während der Effekt der Kraft FB bei spitzerem Winkel steil ansteigt. Dabei soll erwähnt werden, daß Werte nahe bei 60°, z.B. in einem Bereich von 60 bis 75°, verwendet werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfin­ dung abzuweichen und sicherstellen, daß der Betrag der Vorspur (siehe T in Fig. 8), welcher als Ergebnis der Aufbringung der Kräfte FS und FB induziert wird, in einer Weise stabil gesteuert werden kann, welche die Betriebs­ charakteristiken der vorliegenden Erfindung noch verbes­ sert.

Claims (6)

1. Radaufhängung für ein mit Rädern versehenes Fahrzeug mit einer Karosserie und zumindest einem Rad, wobei das Rad eine Drehachse sowie ein Drehzentrum aufweist, wel­ ches in dieser Achse liegt, gekennzeichnet durch ein Bau­ teil (7), welches das Rad (6) drehbar lagert, einen er­ sten Aufhängungsarm (10), welcher an seinem innenliegen­ den Ende elastisch mit der Karosserie (1) verbunden ist und an seinem außenliegenden Ende über eine erste Verbin­ dung (10 b) mit dem Bauteil (7) betriebsverbunden ist, wo­ bei die Verbindung (10 b) auf der Innenseite einer Ebene (P) angeordnet ist, welche senkrecht zu der Drehachse des Rades steht und welche das Drehzentrum umfaßt, durch einen zweiten (23) und dritten (24) Aufhängungsarm, wobei der zweite und dritte Aufhängungsarm an ihren jeweiligen innenliegenden Enden elastisch mit der Karosserie (1) verbunden sind und an ihren jeweiligen außenliegenden En­ den über zweite (23 b) und dritte (24 b) Verbindungen mit dem Bauteil (7) verbunden sind, wobei der zweite (23) und der dritte (24) Aufhängungsarm jeweils Achsen aufweisen, welche konvergieren und welche sich in einem Punkt (G) schneiden, welcher außerhalb der Ebene (P) angeordnet ist, durch eine Achsschenkelbolzenachse (L ₁), welche durch die Verbindung (10 b) und durch den Punkt (G) führt, in welchem sich die Verlängerung der zweiten (23) und der dritten (24) Verbindungsstange schneiden, wobei die Achs­ schenkelbolzenachse (1) die Ebene (P) an einem Punkt schneidet, der nahe oder koinzident mit dem Drehzentrum ist, und durch einen Seitenlenker (19), welcher an seinem innenliegenden Ende elastisch mit der Karosserie (1) ver­ bunden ist und der an seinem außenliegenden Ende über eine vierte Verbindung (19 b) mit dem Bauteil (7) verbun­ den ist.

2. Radaufhängung nach Anspruch 1, wobei der erste Aufhän­ gungsarm (10) so angeordnet ist, daß er an seinem inneren Ende um eine erste Drehachse drehbar ist und wobei der Seitenlenker (19) so angeordnet ist, daß ein Winkel zwi­ schen der Längsachse des Seitenlenkers (19) und der er­ sten Drehachse gebildet wird.

3. Radaufhängung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste (10 b), die zweite (23 b), die dritte (24 b) und die vierte (19 b) Verbindung jeweils in Form einer Kugelgelenkverbin­ dung ausgeführt sind.

4. Radaufhängung nach Anspruch 2, wobei der Winkel unge­ fähr 60° beträgt.

5. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste Drehachse, um welche das innenliegende Ende des ersten Aufhängungsarms (10) schwenkbar ist und die zweite Schwenkachse, um welche die innenliegenden Enden der zweiten (23) und dritten (24) Verbindungsstange beim Gebrauch effektiv schwenkbar sind, im wesentlichen parallel sind und wobei Linien, welche sich senkrecht von den jeweiligen Achsen der ersten Ver­ bindung (10 b) und dem Punkt (G), in welchem sich die erste (23) und die zweite (24) Verbindungsstange schnei­ den, aus erstrecken, im wesentlichen parallel sind.

6. Radaufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der erste Aufhängungsarm (10) in Form eines unteren, A-förmigen Armes ausgebildet ist, dessen innenliegender Endbereich an zwei Punkten mit der Karosserie (1) verbunden ist, daß die zweite (23) und dritte (24) Verbindungsstange in Gestalt einer ersten (23) und zweiten (24) im wesentlichen geraden Verbin­ dungsstange ausgebildet sind und daß das Bauteil (7) in Form eines Achsgehäuses (7) ausgestaltet ist, von welchem aus sich mehrere Träger (14, 18, 19) erstrecken.