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Patent Searching and Data


Title:
STEERABLE VEHICLE AXLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/115152
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a steerable vehicle axle for a vehicle having a vehicle frame, with a steering mechanism which has an axle body (23) extending transversely with respect to the longitudinal direction of the vehicle and at each of the two ends of which an axle arm (6, 17) is mounted pivotably about a vertical axle arm axis. Wheels (5, 18) are mounted rotatably on the axle arms (6, 17). There is a tie rod (9, 9') which extends parallel to the axle body (23) and can be driven to move transversely with respect to the longitudinal direction of the vehicle by a steering drive, which has a motor drive, by means of an output shaft (29). The steering mechanism, together with the axle body (23) and axle arms (6, 17) and the wheels (5, 18), is mounted pivotably about a pendulum axle (22) which extends in the longitudinal direction of the vehicle. The steering drive is fixed to the vehicle frame (26).

Inventors:
STAMMBERGER, Christian (Roseggerstr. 4a, Vilshofen, 94474, DE)
STREIPARDT, Peter (Waltershäuser Straße 41, Hörselgau, 99880, DE)
Application Number:
EP2018/081600
Publication Date:
June 20, 2019
Filing Date:
November 16, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ZF FRIEDRICHSHAFEN AG (Löwentaler Straße 20, Friedrichshafen, 88046, DE)
International Classes:
B62D7/10; B60G9/02; B62D5/04; B62D9/00
Foreign References:
JP2015145191A2015-08-13
US20060208445A12006-09-21
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Lenkbare Fahrzeugachse für ein einen Fahrzeugrahmen aufweisendes Fahrzeug, mit einem Lenkmechanismus, der einen quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs sich erstreckenden Achskörper (23) aufweist, an dessen beiden Enden jeweils ein Achsschenkel (6, 17) um eine vertikale Achsschenkelachse schwenkbar gelagert ist, wobei an den Achsschenkeln (6, 17) Räder (5, 18) drehbar gelagert sind und mit einer sich parallel zum Achskörper (23) erstreckenden Spurstange (9, 9‘), die von ei- nem einen Motorantrieb aufweisenden Lenkantrieb mittels einer Abtriebswelle (29) quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs bewegbar antreibbar ist und wobei der Lenkmechanismus mit Achskörper (23) und Achsschenkeln (6, 17) sowie den Rädern (5, 18) um eine sich in Längserstreckung des Fahrzeugs sich erstreckende Pendelachse (22) schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkantrieb an dem Fahrzeugrahmen (26) fest angeordnet ist.

2. Fahrzeugachse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Motorantrieb ein Elektromotorantrieb (28) ist.

3. Fahrzeugachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Fahrzeug ein Vierradfahrzeug ist, wobei die Lenkgeometrie die Ackermannbedingungen erfüllt.

4. Fahrzeugachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Lenkantrieb ein Lenkgetriebe (27) aufweist.

5. Fahrzeugachse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Abtriebswelle (23) des Lenkantriebs und der Lenkmechanismus über eine winkelelastische aber drehsteife Kupplung miteinander verbunden sind.

6. Fahrzeugachse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (29) an ihrem dem Lenkmechanismus zugewandten Ende ein balliges Zahnprofil (30) aufweist, das mit einem geraden Zahnprofil (31 ) eines Bauteils des Lenkmechanismus in Wirkverbindung ist, das sich entlang der Pendelachse (22) erstreckt.

7. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der Abtriebswelle (29) ein am Achskörper (23) um eine vertikale Achse schwenkbar gelagerter Lenkhebel (10, 38, 39) des Lenkmechanismus schwenkbar antreibbar ist, durch den in einem Abstand zur vertikalen Achse unmittelbar oder über eine Lenkstange (13) die Spurstange (9, 9‘) quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs bewegbar antreibbar ist.

8. Fahrzeugachse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkhebel (38, 39) in einem Abstand zur vertikalen Achse mittels eines Kugelgelenks (43, 44) unmittelbar oder über eine Lenkstange mittels zweier Kugelgelenke mit der Spur- stange (9‘) verbunden ist.

9. Fahrzeugachse nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der Abtriebswelle (29) ein am Achskörper (23) um eine vertikale Achse drehbar gelagertes Lenkritzel (33) drehbar antreibbar ist, das in die Zahnung der als Zahnstange ausgebildeten Spurstange (9‘) eingreift, wobei die Spurstange (9‘) quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs bewegbar antreibbar ist.

Description:
Lenkbare Fahrzeuaachse

Die Erfindung bezieht sich auf eine lenkbare Fahrzeugachse für ein einen Fahrzeug- rahmen aufweisendes Fahrzeug, mit einem Lenkmechanismus, der einen quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs sich erstreckenden Achskörper aufweist, an des- sen beiden Enden jeweils ein Achsschenkel um eine vertikale Achsschenkelachse schwenkbar gelagert ist, wobei an den Achsschenkeln Räder drehbar gelagert sind und mit einer sich parallel zum Achskörper erstreckenden Spurstange, die von einem einen Motorantrieb aufweisenden Lenkantrieb mittels einer Abtriebswelle quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs bewegbar antreibbar ist und wobei der Lenkmechanismus mit Achskörper und Achsschenkeln sowie den Rädern um eine sich in Längserstreckung des Fahrzeugs sich erstreckende Pendelachse schwenkbar gelagert ist.

Bei einer derartigen lenkbaren Fahrzeugachse ist es bekannt den Lenkantrieb mit dem Motorantrieb und ggf. weiterer Komponenten wie z.B. einem Getriebe an dem Achskörper anzuordnen. Wenn der Achskörper im Fährbetrieb Pendelbewegungen ausführt, bewegt sich gemeinsam mit dem Achskörper auch der Lenkantrieb. Das belastet die Anschlussleitungen für die Energieversorgung des Motorantriebs und Signalleitungen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher eine lenkbare Fahrzeugachse der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau mechanische Entlastungen von Bauteilen der Lenkachse sowie einen hohen Wirkungsgrad des Motorantriebs ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Lenkantrieb an dem Fahrzeugrahmen fest angeordnet ist.

Durch diese Ausbildung werden sowohl der Motorantrieb und ggf. weitere Komponenten wie z.B. ein Getriebe sowie die Anschlussleitungen für die Energieversorgung des Motorantriebs und Signalleitungen von mechanischen Belastungen durch die Pendelbewegungen des Lenkmechanismus sowie durch Stöße während des Fahrbe- triebs getrennt. Damit erfolgen keine derartigen Belastungen des Motorantriebs und ggf. der weiteren Komponenten sowie der Anschlussleitungen für die Energieversorgung, die dadurch einfacher ausgeführt werden können.

Da der Motorantrieb und ggf. weitere Komponenten wie z.B. ein Getriebe und eine Lenksteuerung von der Fahrzeugachse entkoppelt sind, kann der Bauraum über der Achse für diese Komponenten genutzt werden, so dass mehr Bauraum für die Lenk- achse vorhanden ist.

Vorzugsweise ist dabei der Motorantrieb ein Elektromotorantrieb.

Diese elektromechanische Lenkung weist einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als z.B. eine hydromechanische Lenkung auf, da nur Energie benötigt wird, wenn tatsächlich gelenkt wird. Weiterhin kann ein Fahrzeug mit elektromechanischer Lenkung länger ohne Laden eines Akkumulators oder ohne Batterietausch betrieben werden als bei einem Fahrzeug mit hydromechanischer Lenkung. Darüber hinaus können sehr einfach Zusatzfunktionen realisiert werden.

Das Fahrzeug kann ein Vierradfahrzeug sein, wobei die Lenkgeometrie die Acker- mannbedingungen erfüllt.

Dies bedeutet, dass die Achse der nicht gelenkten Fahrzeugachse, die Achse des rechten Rades der lenkbaren Fahrzeugachse und die Achse des linken Rades der lenkbaren Fahrzeugachse sich im Momentanpol des Fahrzeugs schneiden. Der Mo- mentanpol ist der Punkt, um den das Fahrzeug bei Kurvenfahrt fährt.

Der Lenkantrieb kann ein Lenkgetriebe aufweisen.

Die Abtriebswelle des Lenkantriebs und der Lenkmechanismus können über eine winkelelastische aber drehsteife Kupplung miteinander verbunden sein, um auch bei Pendelauslenkungen des Lenkmechanismus die Lenkbewegung vom Lenkantrieb auf den Lenkmechanismus übertragen zu können. Eine einfach ausgebildete und damit defektunanfällige Ausbildungsmöglichkeit dazu besteht darin, dass die Abtriebswelle an ihrem dem Lenkmechanismus zugewandten Ende ein balliges Zahnprofil aufweist, das mit einem geraden Zahnprofil eines Bau- teils des Lenkmechanismus in Wirkverbindung ist, das sich entlang der Pendelachse erstreckt.

In einfacher Ausbildung kann dabei von der Abtriebswelle ein am Achskörper um eine vertikale Achse schwenkbar gelagerter Lenkhebel des Lenkmechanismus schwenkbar antreibbar sein, durch den in einem Abstand zur vertikalen Achse unmit- telbar oder über eine Lenkstange die Spurstange quer zur Längserstreckung des Fahrzeugs bewegbar antreibbar ist.

Die winkelelastische aber drehsteife Kupplung, über die die Abtriebswelle des Lenkantriebs und der Lenkmechanismus miteinander verbunden sind, kann auch dadurch gebildet sein, dass der Lenkhebel in einem Abstand zur vertikalen Achse mittels eines Kugelgelenks unmittelbar oder über eine Lenkstange mittels zweier Kugelgelenke mit der Spurstange verbunden ist.

Andere vorteilhafte Bauformen einer winkelbeweglichen Kupplung können Membrankupplungen, Metallbalgkupplungen oder Kreuzgelenke sein.

Eine weitere einfach aufgebaute und damit defektunanfällige Ausbildungsmöglichkeit besteht darin, dass von der Abtriebswelle ein am Achskörper um eine vertikale Achse drehbar gelagertes Lenkritzel drehbar antreibbar ist, das in Zahnung der als Zahnstange ausgebildeten Spurstange eingreift, wobei die Spurstange quer zur Längser- streckung des Fahrzeugs bewegbar antreibbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Draufsicht einer ersten Fahrwerkskonfiguration in

Geradeausstellung Figur 2 eine schematische Draufsicht der Fahrwerkskonfiguration nach Figur 1 in Lenkeinschlagstellung

Figur 3 eine vergrößerte Darstellung eines Lenkantriebs, eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels einer winkelelastischen aber drehsteifen Kupplung und einem Lenkhebel der Fahrwerkskonfiguration nach Figur 1 im Quer- schnitt

Figur 4 die vergrößerte Darstellung des Lenkantriebs, des ersten Ausführungsbeispiels der winkelelastischen aber drehsteifen Kupplung und dem Lenkhebel der Fahrwerkskonfiguration nach Figur 1 im Längsschnitt

Figur 5 eine schematische Draufsicht einer zweiten Fahrwerkskonfiguration in

Geradeausstellung

Figur 6 eine schematische Draufsicht der Fahrwerkskonfiguration nach Figur 5 in Lenkeinschlagstellung

Figur 7 eine vergrößerte Darstellung eines Lenkantriebs, eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels einer winkelelastischen aber drehsteifen Kupplung und einem Lenkritzel der Fahrwerkskonfiguration nach Figur 5

Figur 8 eine vergrößerte Darstellung eines Lenkantriebs, mit Lenkhebel einer dritten Fahrwerkskonfiguration

Figur 9 eine Lenkstange mit Spurhebel und Lenkhebel der Fahrwerkskonfigura- tion nach Figur 8.

Die in den Figuren dargestellten Fahrwerkskonfigurationen eines Fahrzeugs weisen eine als starre Achse ausgebildete Vorderachse 1 mit nicht lenkbaren Vorderrädern 3 auf, die um eine gemeinsame Drehachse 19 drehbar sind. Eine Hinterachse 2 ist als Lenkachse ausgeführt, die in den Figuren 1 und 5 in Geradeausstellung und in den Figuren 2 und 6 in einem Lenkausschlag dargestellt ist.

Die Hinterräder 5 und 18 aufweisende Hinterradachse 2 besitzt eine Achsschenkel- lenkung mit einer Spurstange 9 und einer Lenkstange 13 auf. Die in einem Achskörper 23 drehbar gelagerten Achsschenkel 6 und 17 der Achsschenkellenkung sind mit Spurhebeln 7 und 16 fest verbunden. Die Hinterräder 5 und 18 sind auf den Achsschenkeln 6 und 17 um Drehachsen 21 und 20 drehbar gelagert. Die Spurhebel 7 und 16 sind mit der Spurstange 9 über Spurhebelgelenke 8 und 14 schwenkbar ver- bunden.

Das Spurhebelgelenk 8 befindet sich dabei auf einer Geraden, die das Lager des Achsschenkels 6 mit der Mitte 4 der Vorderachse 1 verbindet.

Das Spurhebelgelenk 14 befindet sich auf einer Geraden, die das Lager des Achsschenkels 17 mit der Mitte 4 der Vorderachse 1 verbindet. Außerdem ist der Abstand vom Lager des Achsschenkels 6 zum Spurhebelgelenk 8 gleich dem Abstand vom Lager des Achsschenkels 17 zum Spurhebelgelenk 14. Diese Konfiguration ist erfor- derlich um die Lenkgeometrie der Ackermann-Bedingung zu erfüllen.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 ist am Spurhebel 16 eine Lenk- stange 13 an einem Ende mit einem zweiten Lenkstangengelenks 15 schwenkbar befestigt. Am entgegengesetzten Ende der Lenkstange 13 ist ein Lenkhebel 10 mit- tels eines ersten Lenkstangengelenks 12 schwenkbar befestigt. Der Lenkhebel 10 ist über ein Lager 1 1 drehbar am Achskörper 23 gelagert.

Wird der Lenkhebel 10 um die Achse des Lagers 11 geschwenkt, so führen die Komponenten der Hinterachse 2 eine Lenkbewegung aus, wie es in den Figuren 2 und 6 dargestellt ist.

Die Schwenkbewegung des Lenkhebels 10 wird mit Hilfe der Lenkstange 13 auf den Spurhebel 16 und von diesem auf die Spurstange 9 und den Achsschenkel 17 übertragen. Die Spurstange 9 überträgt die Lenkbewegung außerdem auf den Spurhebel 7 und dieser auf den Achsschenkel 6. Dadurch nehmen die Hinterräder 5 und 18 gemeinsam mit den Achsschenkeln 6 und 17 eine eingelenkte Position ein. Aufgrund der oben beschriebenen Position der Spurhebelgelenke 8 und 14 erfüllt die Lenkge- ometrie der Hinterachse 2 die Ackermann-Bedingung, wonach die gemeinsame Ach- se 19 der Vorderräder 3, eine Drehachse 20 des rechten Hinterrades 18 und eine Drehachse 21 des linken Hinterrades 5 sich in einem Momentanpol 25 des Fahrzeugs schneiden. Der Momentanpol 25 ist der Punkt, um den das Fahrzeug bei Kur- venfahrten fährt. Wie Figur 2 zeigt, muss dazu der Lenkwinkel des linken Hinterrades 5 verschieden vom Lenkwinkel des rechten Hinterrades 18 sein.

Die Hinterachse 2 ist weiterhin als Pendelachse ausgebildet, die über ein Pendellager 24 mit einem Fahrzeugrahmen 26 des Fahrzeugs verbunden ist. Das Pendellager 24 mit einer sich in Längserstreckung des Fahrzeugs erstreckenden Achse 22 ermöglicht es der Hinterachse 2 um diese Pendelachse 22 zu pendeln, so dass auch bei unebenem Boden immer alle Räder 3, 5 und 18 Bodenkontakt haben. Dies ist erforderlich, weil die Vorderräder 3 ungefedert und in vertikaler Richtung unbeweglich mit dem Fahrzeugrahmen 26 verbunden sind, während die Hinterräder 5 und 18 ungefedert und in vertikaler Richtung unbeweglich mit dem Achskörper 23 verbunden sind.

Weiterhin ist ein Lenkantrieb vorhanden, der einen Elektromotor 28 und ein Lenkgetriebe 27 aufweist, die fest mit dem Fahrzeugrahmen 26 verbunden sind. Der Lenkantrieb pendelt also nicht gemeinsam mit dem Achskörper 23 sondern bleibt ortsfest am Fahrzeugrahmen 23 angeordnet.

Das Lenkgetriebe 27 besitzt eine Abtriebswelle 29, die das Lenkmoment mit Hilfe eines balligen Zahnprofils 30 auf den Lenkhebel 10 überträgt, der ein gerades Zahnprofil 31 aufweist, in das das ballige Zahnprofil der Abtriebswelle 29 eingreift. Das ballige Zahnprofil 30 und das gerade Zahnprofil 31 bilden eine Zahnkupplung, die eine Winkelabweichung der Achsen von balligem Zahnprofil 30 und geradem Zahn- profil 31 sowie eine axiale Verschiebung von balligem Zahnprofil 30 und geradem Zahnprofil 31 relativ zueinander zulässt. Die mögliche axiale Verschiebung von balli- gern Zahnprofil 30 und geradem Zahnprofil 31 relativ zueinander erleichtert auch die Montage der Lenkung und sorgt für einen Toleranzausgleich.

Führt der Achskörper 23 eine Pendelbewegung 32 um die Pendelachse 22 des Pen- dellagers 24 aus, so wird auch der Lenkhebel 10 mit dem geraden Zahnprofil 31 um die Pendelachse 22 geschwenkt. Das ballige Zahnprofil 30 der Abtriebswelle 29 des Lenkgetriebes 27 ist so ausgebildet, dass es die Schwenkbewegung des Lenkhebels 10 um die Pendelachse 22 zulässt, ohne dass die Abtriebswelle 29 mit um die Achse 22 geschwenkt werden muss oder es zu Zwangskräften in den Zahnprofilen 30 und 31 kommt.

In den Figuren 5 bis 7 ist eine als Zahnstangenlenkung ausgebildete Lenkung darge- stellt. Dabei ist ein Lenkritzel 33 im Achskörper 23 um eine Lenkritzelachse 34 dreh- bar gelagert, die in einem Zahneingriff 35 mit der als Zahnstange ausgebildeten Spurstange 9‘ steht. Die Spurstange 9' ist im Achskörper 23 axial verschiebbar gela- gert. Die Enden der Spurstange 9‘ sind mittels Lenkhebelgelenken 36 und 37 an den einen Enden von Lenkhebeln 39 und 38 angelenkt. Die Lenkhebel 39 und 38 sind mit ihren anderen Enden mittels Spurgelenken 8 und 14 mit Spurhebeln 7 und 16 gelenkig verbunden.

Wird eine Drehbewegung am Lenkritzel 33 ausgeführt, so führt die als Zahnstange ausgeführte Spurstange 9‘ eine lineare Bewegung 61 aus. Diese wird auf die Lenkhebel 39 und 38 übertragen, die die Spurhebel 7 und 16 und letztlich die Achsschenkel 6 und 17 mit den Rädern 5 und 18 in eine gelenkte Position bringen.

Der Antrieb von dem Elektromotor 28 über das Lenkgetriebe 27, die Abtriebswelle 29 mit ihrem balligen Profil 30 auf das gerade Profil 31 des Lenkritzels 33 entspricht der Ausbildung der Figuren 1 bis 4.

Die Figuren 8 und 9 zeigen eine Alternative zur winkelbeweglichen Kupplung der Figuren 3 und 4. Die Abtriebswelle 29 des Lenkgetriebes 27 ist direkt fest mit dem Lenkhebel 10 verbunden. Der Lenkhebel 10 führt also keine Pendelbewegung gemeinsam mit dem Achskörper 23 um die Pendelachse 22 aus. Die Lenkstange 13 verbindet den Lenkhebel 10 mit dem Spurhebel 16, der gemeinsam mit dem Achskörper 23 um die Pen- delachse 22 pendeln kann. Um einen Ausgleich der Pendelbewegung zu ermögli- chen, wird die Lenkstange 13 am Lenkhebel 10 mit einem Kugelgelenk 43 und am Spurhebel 16 mit einem Kugelgelenk 44 befestigt. Die Kugelgelenke 43 und 44 schränken alle linearen Freiheitsgrade ein, gestatten aber bis zu einem gewissen Grad Drehbewegungen in alle Richtungen. Dadurch kann die Lenkstange 13 den Ausgleich der Pendelbewegung des Achskörpers 23 übernehmen. Anstelle der Kugelgelenke 43 und 44 können auch andere geeignete Gelenke oder elastische Ele- mente verwendet werden.

Bezuaszeichen Vorderachse

Hinterachse

Vorderrad

Mitte

linkes Hinterrad

linker Achsschenkel

linker Spurhebel

Spurhebelgelenk

Spurstange

‘ Spurstange

0 Lenkhebel

1 Lager

2 Lenkhebelgelenk

3 Lenkstange

4 Spurhebelgelenk

5 Lenkhebelgelenk

6 rechter Spurhebel

7 rechter Achsschenkel

8 rechtes Hinterrad

9 Achse

0 Achse rechtes Hinterrad

1 Achse linkes Hinterrad

2 Pendellagerachse

3 Achskörper

4 Pendellager

6 Fahrzeugrahmen

7 Lenkgetriebe

8 Elektromotor

9 Abtriebswelle

0 balliges Profil

1 gerades Profil Pendelbewegung

Lenkritzel

Lenkritzelachse

Zahneingriff

Lenkhebelgelenk

Lenkhebelgelenk

Lenkhebel

Lenkhebel

Drehbewegung

Lager

Kugelgelenk

Kugelgelenk