DE102009032644A1

DE102009032644A1 - Halbstarrachse, insbesondere Koppellenker - oder Verbundlenkerachse eines mehrspurigen Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102009032644A1
Application number: DE200910032644
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Kraus; Thomas Mehlis; Axel Dr. Pauly
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-13

Abstract

Halbstarrachse, insbesondere Koppellenker- oder Verbundlenkerachse (1) eines mehrspurigen Kraftfahrzeuges, mit an Achslagern (4) schwenkbeweglichen Längslenkern (3), und mit einem die Längslenker (3) verbindenden Träger, insbesondere Querträger oder Achsträger (2), und mit an den Längslenkern (3) angeordneten Radträgern (5), an denen die Fahrzeugräder drehbar gelagert sind, wobei die Radträger (5) an den Längslenkern (3) jeweils um eine Schwenkachse (S2) herum schwenkbar gelagert sind, wobei einerseits an die Radträger (5) und andererseits an einen Aktuator (6) zum Schwenken der Radträger (5) um die Schwenkachse (S2) angeschlossene Lenker vorgesehen sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbstarrachse, insbesondere Koppellenker- oder Verbundlenkerachse eines mehrspurigen Kraftfahrzeuges. In modernen Kraftfahrzeugen werden insbesondere für Achsen mit nicht angetriebenen Rädern oftmals so genannte Halbstarrachsen eingesetzt, zu denen Koppellenker- und Verbundlenkerachsen zählen.
Bei derartigen Halbstarrachsen sind die Räder durch einen quer zur Fahrzeuglängsachse angeordneten Träger mechanisch miteinander verbunden, wobei derartige Träger als Querträger oder Achsträger ausgeführt sind. Diese Träger ermöglichen durch gezielte elastische Torsion ein wechselseitiges Einfedern der beiden Räder einer Achse. An den beiden Enden dieses Trägers sind Längslenker befestigt, die wiederum mit Radträgern versehen sind, an denen die Fahrzeugräder drehbar gelagert sind.
Die Verbundlenkerachse vereinigt einige Eigenschaften einer Starrachse und einer Einzelradaufhängung: einerseits von der Starrachse bekannte geringe Spur-, Sturz- und Vorspuränderungen bei symmetrischer Radfederung, andererseits einen günstigen Radsturz sowie ein ausgeprägtes kinematisches Eigenlenkverhalten bei asymmetrischer Einfederung der Räder, wie es die Einzelradführung ermöglicht.
Während bei einer Verbundlenkerachse der Achsträger an den vorderen Enden der Längslenker anschließt, ist bei einer Koppellenkerachse diese Anbindung etwa in der Mitte des Längslenkers vorgesehen, also zwischen dem Radträger und dem Lagerbock, der auch als Achslager bezeichnet wird. Federt ein Rad ein, so stellt sich der ganze Achsträger schräg und beide Räder erfahren eine Sturz- und Vorspuränderung, die von der Anordnung des Achsträgers abhängen.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 10 2008 045 817 A1 beispielsweise ist eine Radaufhängung für ein Kraftfahrzeug bekannt geworden, bei der eine Verbundlenkerachse vorgesehen ist. Die beiden Längslenker können für eine Unterstützung von Lenkbewegungen des Kraftfahrzeuges ausgelenkt werden; die beiden Längslenker schwenken dabei in ihrem jeweiligen Achslager um eine Hochachse. Das Auslenken der beiden Längslenker erfolgt über einen so genannten Aktuator, der an den beiden Längslenkern über Hebel angreift, die als Verlängerung der beiden Längslenker über die Radträger hinaus vorgesehen sind.
Die Auslenkbarkeit der beiden Längslenker um zwei etwa senkrecht aufeinander stehenden Achsen kann jedoch dazu führen, dass die fahrdynamischen Eigenschaften des Fahrwerks ungünstig beeinflusst werden.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine herkömmliche Halbstarrachse nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei der auf einfache Art und Weise die Räder des Fahrzeugs so angelenkt werden, dass die fahrdynamischen Eigenschaften auch bei Kurvenfahrten oder wechselseitigem Einfedern der beiden Räder verbessert sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Radträger an den Längslenkern jeweils um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert sind, wobei einerseits an die Radträger und andererseits an einen Aktuator zum Schwenken der Radträger um die Schwenkachse angeschlossene Lenker vorgesehen sind.
Die Erfindung ermöglicht die Beibehaltung der Vorteile von herkömmlichen Halbstarrachsen, also von Verbundlenkerachsen und Koppellenkerachsen. Denn die Längslenker bleiben in den Achslagern um lediglich eine einzige Achse in bekannter Weise schwenkbar gelagert.
Erfindungsgemäß ist jedoch abweichend zu den bisher bekannten Konzepten bei Halbstarrachsen vorgesehen, dass die Radträger an den Längslenkern jeweils um eine Schwenkachse herum schwenkbar gelagert sind, wobei einerseits an den Radträger und andererseits an einen Aktuator zum Schwenken der Radträger um die Schwenkachse angeschlossene Lenker vorgesehen sind. Der Aktuator kann über je eine Spurstange die Längsbewegung direkt auf die Radträger übertragen. Auf diese Weise entfällt der bei bekannten Lösungen vorhandene zentrale Hilfslenker. Diese Schwenkachse ist vorzugsweise schräg im Raum stehend angeordnet, was weiter unten ausführlicher erläutert wird. Als Aktuator können hydraulische, pneumatische oder auch elektromechanische Aktuatoren eingesetzt werden.
Die Lenker können als Lenkgestänge mehrteilig aufgebaut sein und gelenkig aneinander anschließen.
Kraftfahrzeuge, die mit einer erfindungsgemäßen Halbstarrachse ausgerüstet sind, weisen eine verbesserte Fahrdynamik auf: Einerseits bietet die Erfindung die bekannten Vorteile der zusätzlich zu den Vorderrädern gelenkten Hinterräder, andererseits ermöglicht sie eine Kompensation eines ungünstigen, elastischen Lenk- und Sturzverhaltens infolge der Verformung der Achslager, der Längslenker und des Querträgers. Dieses ungünstige Verhalten erfolgt unter dem Einfluss der Querbeschleunigung bei Kurvenfahrten. Diese unerwünschte Verstellung des Rades kann mit der Erfindung verhindert werden, denn durch gezielte Anordnung der erfindungsgemäßen Schwenkachse kann über den Aktuator ein Verschwenken des Radträgers in einem Ausmaß erfolgen, so dass die unerwünschte Spur – oder Sturzverstellung kompensiert wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung sind die beiden Lenker oder Lenkgestänge an einen gemeinsamen Aktuator angeschlossen, bei dem die Bewegung des Stellteils im wesentlichen achsparallel zum Achsträger erfolgt. Dieser Aktuator kann ein Rot-Trans-Getriebe aufweisen, bei dem ein translatorisch verstellbares Stellteil achsparallel zu dem Achsträger angeordnet ist. Der Aktuator kann vorzugsweise auf einer mittigen Halterung mit dem Querträger befestigt werden, so dass sich der Aktuator bei wechselseitigen Federbewegungen der Räder nicht bewegt und keiner Biegung und Torsion ausgesetzt ist. In geschickter Weise kann der Aktuator so am Achsträger gehaltert sein, dass das bewegte Stellteil auf der Torsionsachse des Querträgers liegt oder in einem definierten Abstand dazu angeordnet ist, so dass auch ohne Stellbewegung beim wechselseitigen Einfedern der Räder ein gezieltes Schwenken der Räder erfolgt.
Bei einer Betätigung des Aktuators erfolgt auf diese Weise eine gleich gerichtete Verstellung der beiden Lenker und der daran angeschlossenen Radträger.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Halbstarrachse in schematischer Darstellung,
2 ein Detail aus der 1 und
3 eine Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemäße Halbstarrachse in schematischer Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 schematisch abgebildete erfindungsgemäße Halbstarrachse eines zweispurigen Kraftfahrzeuges ist als Koppellenkerachse 1 ausgeführt. Die Abbildung zeigt eine Draufsicht, wobei eine Fahrtrichtung durch den eingezeichneten Pfeil angedeutet ist. Diese Koppellenkerachse 1 weist einen quer zur Fahrtrichtung angeordneten Achsträger 2 auf, dessen beide gegenüberliegenden Enden fest mit Längslenkern 3 verbunden sind, beispielsweise durch eine Schweißverbindung. Der Achsträger 2 ist um eine Torsionsachse elastisch verdrehbar, was bei asymmetrischer Einfederung der nicht dargestellten Fahrzeugräder erfolgt. Die beiden Längslenker 3 sind jeweils an einem Ende über ein Achslager 4 an der nicht abgebildeten Karosserie gelagert. Die beiden Längslenker 3 können um eine Achse S1 schwenken, so dass ein paralleles Einfedern der Räder möglich ist.
An ihren von den Achslagern 4 abgewandten Enden sind die beiden Längslenker 3 jeweils mit einem Radträger 5 versehen, an denen hier nicht abgebildete Fahrzeugräder drehbar gelagert sind. Die Radträger 5 sind an den Enden der Längslenker 3 schwenkbeweglich um eine Schwenkachse S2 gelagert. Bei einer Verschwenkung der Radträger 5 um die Schwenkachse S2 können sich sowohl der Radsturz als auch die Spur der angelenkten Räder in Abhängigkeit von der Lage der Schwenkachse S2 verändern.
Für eine gezielte Verschwenkung der Radträger 5 um die Schwenkachse S2 ist ein Aktuator 6 vorgesehen, der über ein Lenkgestänge 7 die Radträger 5 anlenkt. Der Aktuator 6 ist im Ausführungsbeispiel mit einem Elektromotor 8 und einem daran angeschlossenen, an sich bekannten Kugelgewindetrieb 9 versehen, dessen parallel zum Achsträger 2 angeordnete Gewindespindel 10 mit ihren beiden Enden jeweils gelenkig an das Lenkgestänge 7 angeschlossen ist.
Der Kugelgewindetrieb 9 bildet ein Rot-Trans-Getriebe 9a, bei dem eine rotatorische Bewegung einer angetriebenen Spindelmutter in eine translatorische Bewegung des durch die Gewindespindel 10 gebildeten Stellteiles 10a umgewandelt wird.
Dieses Lenkgestänge 7 weist eine Spurstange 11 sowie einen Spurlenker 12 auf. Die Spurstange 11 ist einerseits gelenkig an die Gewindespindel 10 angeschlossen und andererseits gelenkig an dem Spurlenker 12. Der Spurlenker 12 ist mit seinem von der Spurstange 11 abgewandten Ende starr an dem Radträger 5 befestigt.
Unter einer Betätigung des Aktuators 6 wird die Gewindespindel 10 entlang ihrer parallel zum Achsträger 2 angeordneten Längsachse L verschoben. Bei einer Verschiebung der Gewindespindel 10 nach links Verschwenken die beiden Radträger 5, bei einer Anordnung nach 1, entgegen dem Uhrzeigersinn um die Schwenkachse S2, wodurch sich sowohl die Spur als auch der Sturz der Fahrzeugräder ändern. Diese Veränderung der Spur und des Sturzes kann an die jeweilige Fahrsituation angepasst sein, beispielsweise zur Kompensation einer ungewollten Veränderung der Vorspur bzw. des Sturzes infolge von Querbeschleunigungen, oder zum gezielten Aufbau von Seitenkräften an der Hinterachse.
2 zeigt schematisch die Schwenkachse S2, die im Raum geneigt angeordnet sein kann und um die der Radträger 5 schwenkbar angeordnet ist.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Variante, bei der das Lenkgestänge 13 in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Achsträger 2 angeordnet ist. Dieses hinten liegende Lenkgestänge 13 begünstigt das Vorspurverhalten der Hinterachse infolge elastischer Verformung des Achskörpers unter Seitenkräften. Das Lenkgestänge 13 besteht hier aus jeweils einer Lenkstange, die einerseits gelenkig an den Aktuator 6 und andererseits gelenkig an den Radträger 5 angeschlossen ist. Bei einer Verschiebung der Gewindespindel 10 nach links verschwenken die beiden Radträger 5 im Uhrzeigersinn um die Schwenkachse S2 herum, wodurch sich sowohl die Vorspur als auch der Sturz, bei entspr. Anordnung der Schwenkachse, der Fahrzeugräder ändern.
Die Lage der Schwenkachse S2 kann so angeordnet sein, dass ausschließlich eine Spurwinkelverstellung erfolgt, so dass bei erfindungsgemäßen Halbstarrachsen eine reine Hinterachslenkung vorgesehen sein kann. Die Lage der Schwenkachse S2 kann aber auch so angeordnet sein, dass neben der Änderung der Spur zusätzlich eine Änderung des Sturzes erfolgt.
Der als Zentralaktuator ausgeführte Aktuator kann an dem Achsträger 2 entsprend der Erfindung befestigt sein, so dass ein Einfedern der Räder, insbesondere das wechselseitige Einfedern, nicht zu ungewollter Spur- und Sturzänderung führt.
Weiterhin vermeidet die gelenkige Verbindung zwischen dem Radträger 5 und dem Längslenker 3 zusammen mit der zusätzlichen Führung durch die Lenkgestänge 7, 13 mit dem angeschlossenen Aktuator ungünstige Vorspuränderungen infolge elastischer Verformungen des Längslenkers 3 bei Kurvenfahrt.
Bei entsprechender Anordnung des Lenkgestänges und der Schwenkachse kann ein Teil der Seitenführungskraft von diesem Lenkgestänge aufgenommen werden, was zur Entlastung der Struktur der Koppellenkerachse 1 führt. Dies kann sowohl als Funktions- oder Gewichtspotential genutzt werden. In diesem Fall übernimmt der Aktuator gemeinsam mit dem Lenkgestänge einen Teil der Querkräfte und trägt so zur Erhöhung der Steifigkeit der Halbstarrachse bei. Somit kann nahezu gewichtsneutral die erfindungsgemäße Koppellenkerachse eingesetzt werden. Die gelenkige Anbindung des Lenkgestänges kann beispielsweise über an sich bekannte Kugelgelenke erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Koppellenkerachse
2: Achsträger
3: Längslenker
4: Achslager
5: Radträger
6: Aktuator
7: Lenkgestänge
8: E-Motor
9: Kugelgewindetrieb
9a: Rot-Trans-Getriebe
10: Gewindespindel
10a: Stellteil
11: Spurstange
12: Spurlenker
13: Lenkgestänge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102008045817 A1 [0005]

Claims

Halbstarrachse, insbesondere Koppellenker- oder Verbundlenkerachse (1) eines mehrspurigen Kraftfahrzeuges, mit an Achslagern (4) schwenkbeweglich Längslenkern (3), und mit einem die Längslenker (3) verbindenden Träger, insbesondere Querträger oder Achsträger (2), und mit an den Längslenkern (3) angeordneten Radträgern (5), an denen die Fahrzeugräder drehbar gelagert sind dadurch gekennzeichnet, dass die Radträger (5) an den Längslenkern (3) jeweils um eine Schwenkachse (S2) herum schwenkbar gelagert sind, wobei einerseits an die Radträger (5) und andererseits an einen Aktuator (6) zum Schwenken der Radträger (5) um die Schwenkachse (S2) angeschlossene Lenker vorgesehen sind.
Halbstarachse nach Anspruch 1, bei der der Aktuator (6) unmittelbar an dem Achsträger (2) angeordnet, insbesondere daran befestigt ist.
Halbstarachse nach Anspruch 1, bei der beide Lenker an einen gemeinsamen Aktuator (6) angeschlossen sind.
Halbstarrachse nach Anspruch 1, bei der der Aktuator (6) ein Rot-Trans-Getriebe (9a) aufweist, dessen translatorisch verstellbares Stellteil (10a) achsparallel zu dem Achsträger (2) angeordnet ist.
Halbstarrachse nach Anspruch 1, bei der der Aktuator (6) zumindest annähernd mittig an dem Achsträger (2) angeordnet ist, wobei die beiden Lenker jeweils an eines der beiden Enden eines Stellteils (10a) des Aktuators (6) angeschlossen sind.
Halbstarrachse nach Anspruch 1, bei der eine Anbindung der Lenker an ein Stellteil (10a) des Aktuators (6) nahe einer Torsionsachse des Achsträgers (2) vorgesehen ist.
Halbstarrachse nach Anspruch 1, bei der ein Stellteil (10a) des Aktuators (6) entlang einer zumindest annähernd achsparallel zum Achsträger (2) angeordneten Längsachse verschieblich angeordnet ist.
Halbstarrachse nach Anspruch 1, bei der die Schwenkachsen (S2) so angeordnet sind, dass bei einer Schwenkbewegung sowohl eine Änderung des Lenkwinkelns als auch des Sturzwinkels erfolgt.