Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Radaufhängungen sind in einer Vielzahl von ausgeführten Konstruktionen bekannt, wobei in der Regel Vorderradaufhängungen und Hinterradaufhängungen unterschiedlich ausgelegt und am Aufbau oder an entsprechend angepassten Hilfsrahmen angelenkt sind. Neben elastokinematischer Maß-. nahmen zur Verbesserung insbesondere der fahrdynamischen Anforderungen werden zunehmend mechatronische Bauteile eingesetzt, die Fahrzeug-Niveaueinstellungen ermöglichen, Nick-und Wankneigungen entgegenwirken, Spur- und Sturzwerte abhängig von fahrdynamischen Parametern korrigieren, etc. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radaufhängung vorzuschlagen, die in Modulbauweise für vordere und hintere Radachsen verwendbar ist, die niedrige Schwerpunkte gegebenenfalls vorhandener mechatronischer Bauteile ermöglicht und die unter Verwendung wesentlicher Gleichteile auf unterschiedliche, fahrdynamische Anforderungen auslegbar ist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß Anspruch 1 ist eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mit wenigstens einem oberen Lenker, insbesondere wenigstens einem oberen Querlenker, und wenigstens einem unteren Lenker, insbesondere wenigstens einem unte- ren Querlenker, vorgesehen, die einerseits am Aufbau des Kraftfahrzeuges angelenkt und andererseits eine bevorzugt im Wesentlichen vertikale Lenkachse bildend, mit einem Radträger verbunden sind, wobei wenigstens eine Tragfeder und wenigstens ein Stoßdämpfer vorgesehen sind. Erfindungs- gemäß sind die wenigstens eine Tragfeder und/oder der wenigstens eine Stoßdämpfer rotatorisch ausgeführt. Mit einem derartigen Feder-Dämpfer-Konzept kann der Schwerpunkt weit abgesenkt werden und eine gewichtsoptimierte Anbindung an Federn und Dämpfern gewährleistet werden. Daraus resultiert, dass die relativ hohen Kräfte und Momente aus Federung und Stoßdämpfung von der Radaufhängung unmittelbar über den zum Beispiel unteren Querlenker in den steifen Bodenbereich der Karosserie des Kraftfahrzeuges eingeleitet und dort zuverlässig abgestützt werden können. Durch die tiefliegende Anordnung von Feder und Dämpfer wird dabei zudem Bauraum gewonnen, der zum Beispiel für eine größere Durchladebreite im Heckbereich eines Kraftfahrzeu- ges genutzt werden kann. Diese eben genannten Vorteile sind am größten, wenn sowohl die wenigstens eine Tragfeder als auch der wenigstens eine Stoßdämpfer rotatorisch ausgeführt sind.

Gemäß einer besonders bevorzugten konkreten Ausgestaltung hierzu ist vor- gesehen, dass die Tragfeder durch zumindest eine Drehstabfeder und/oder der Stoßdämpfer durch einen Rotationsdämpfer gebildet ist. Mit einer derartigen Drehstabfeder beziehungsweise einem derartigen Rotationsdämpfer können die zuvor beschriebenen Vorteile auf besonders einfache und zuverlässige Weise realisiert werden. Dabei ist es des Weiteren vorteilhaft, dass zumindest der Rotationsdämpfer koaxial zu einer aufbauseitigen Schwenkachse des unteren Lenkers angeordnet ist.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die aufbauseitige Schwenkachse des unteren Querlenkers im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sein. Alternativ, aber insbesondere zusätzlich dazu verläuft die zumindest eine Drehstabfeder koaxial zur Schwenkachse. Dies ermöglicht eine unmittelbare Anbindung der Drehstabfeder an den unteren Querlenker ohne erforderliche Übertragungshebel, etc. Dabei kann in baulich einfacher Weise der Rotationsdämpfer zugleich eine Lagerstelle des unteren Lenkers bilden und aufbauseitig befestigt sein. Ferner kann die Drehstabfeder durch den Rotationsdämpfer hindurch trieblich mit dem unteren Lenker gekoppelt sein. Zur Erzielung einer Niveauverstellung und/oder eines Wank-und Nickausgleiches sowie gegebenenfalls weiterer fahrdynamischer Eingriffe wird des Weiteren vorgeschlagen, dass an dem unteren Lenker zumindest eine weitere Drehstabfeder angreift, deren Federvorspannung mittels eines elektromotorisch verstellbaren Rotationsaktuators verstellbar ist und die der Tragfeder zur VerStellung der Gesamtfederrate überlagerbar ist.

Zur Verringerung der axialen Länge der weiteren Drehstabfeder kann diese durch zwei teleskopisch ineinander angeordnete und seriell zusammenwirkende Torsionsfedern gebildet sein, die miteinander und einerseits mit dem Rotationsaktuator und andererseits mit dem unteren Lenker trieblich verbunden sind. Dabei kann auch der Rotationsaktuator zugleich eine aufbauseitige Lagerstelle des unteren Lenkers bilden oder zusätzlich anbaubar sein.

Eine baulich und montagetechnisch besonders günstige Konstruktion kann erzielt werden, wenn in der Draufsicht gesehen der Rotationsdämpfer und die erste Drehstabfeder auf einer Seite des unteren Lenkers und der Rotationsaktuator und die weitere Drehstabfeder auf einer zweiten Seite des Lenkers angeordnet sind. Bevorzugt können die erste und/oder die zweite Drehstabfeder aus Titan hergestellt sein. Aufgrund der höheren Festigkeit und der geringeren Steifigkeit zu Stahl können die Federn kürzer und leichter ausgeführt sein. Der obere Lenker der Radaufhängung kann zudem über einen weiteren elektromotorischen Aktuator am Aufbau des Kraftfahrzeuges angelenkt und zur veränderbaren Einstellung des Radsturzes und/oder des Nachlaufes verstellbar sein. Damit ist eine weitere, vorteilhafte Möglichkeit zur Anpassung der Radaufhängung an fahrdynamische Anforderungen gegeben. Zum Beispiel kann der Radsturz beim Durchfahren von Kurven zur verbesserten Abstützung von Seitenkräften entsprechend verstellt werden.

Dabei kann zur Erzielung einer baulich günstigen Montageeinheit der am Aufbau des Kraftfahrzeuges befestigte Aktuator unmittelbar die beiden, eine Schwenkachse definierenden Lagerstellen des oberen Querienkers aufweisen beziehungsweise ausbilden.

Ein spurführender Lenker der Radaufhängung kann bevorzugt mittels eines Lenkaktuators längenverstellbar sein, um somit voneinander entkoppelte links- oder rechtsseitige Radaufhängungen zu schaffen, die autark verbaubar sind und deren Vorderräder und gegebenenfalls auch die Hinterräder des Kraftfahrzeuges im steer-by-wire-System gemeinsam oder zur Spurkorrektur einzeln gelenkt werden. In vorteilhafter Weise können dazu die beiden Querlenker und der Rotationsdämpfer, sowie gegebenenfalls der Rotationsaktuator, der Aktuator am oberen Lenker und der Lenkaktuator für den spurführenden Lenker an einem bevorzugt einseitigen und/oder einstückigen Modulrahmen befestigt sein. Die hier auch ganz allgemein und unabhängig beanspruchten Modulrahmen können bevorzugt Gleichteile sein, die sowohl am Vorbau des Kraftfahrzeuges als auch am Heck anbaubar und als komplette Vormontageeinheiten mit definierten, insbesondere mit sämtlichen Bauteilen der Radaufhängung bestückt sein können. Der Modulrahmen weist bevorzugt ein ringförmig geschlossenes äußeres Rahmenteil auf, in dem definierte Ausnehmungen ausbildende Quer- und/oder Längsstreben verlaufen. Durch die Ausnehmungen können Bauteile hindurchgeführt werden. An den Quer- und/oder Längsstreben können die Bauteile, zum Beispiel die Lenker und/oder Aktuatoren, angebunden werden. Der Modulrahmen erstreckt sich im montierten Zustand bevorzugt entlang einer durch die Fahrzeuglängsachse und durch die Fahrzeughochachse auf- gespannten Vertikalebene.

Des Weiteren kann der Modulrahmen über passive oder aktive, vorzugsweise gummielastische Entkopplungselemente, insbesondere Gummi-Metall-Lager, mit dem Aufbau des Kraftfahrzeuges verbunden sein, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass die Entkopplt/ngselemente In Längsrichtung nachgiebiger als in Querrichtung ausgelegt sind. Daraus resultiert eine hohe Seitensteifigkeit mit präziser Lenkbarkeit der Radführung, bei gleichzeitiger, verbesserter Längsnachgiebigkeit beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten. Durch die mechanische Entkopplung der Radaufhängungen untereinander werden dabei unbeabsichtigte Lenkbewegungen der Räder ausgeschlossen.

Insbesondere in Kombination dazu können die aufbauseitigen und radträger- seitigen Lagerstellen wenigstens eines Teils der Lenker, bevorzugt der oberen und unteren Lenker, die insbesondere durch Querlenker ausgebildet sind, und des spurführenden Lenkers, durch im Wesentlichen unelastische Gelenkstellen gebildet sein, um die Kraftübertragungspfade von den Aktuatoren zu den Rädern zu optimieren. Da die Elastizitäten zwischen den Aktuatoren und den Rädern reduziert sind und sich im Wesentlichen auf lineare Elastizitäten beschränken, kann die Radstellung genauer berechnet und die Regelung der Radstellungen optimiert werden. Eine besonders vorteilhafte und energieeffiziente Auslegung der Radaufhängung kann erzielt werden, wenn der mit dem unteren Lenker gekoppelte Rotationsdämpfer und/oder der Rotationsaktuator generatorisch auf Rekupera- tionsbetrieb umschaltbar sind. Neben der damit verbundenen Energierückge- winnung kann zusätzlich der Rotationsaktuator als weiterer Rotationsdämpfer wirken und Schwingungsanregungen insbesondere im niederfrequenten Bereich mit bedämpfen.

Schließlich können gemäß einem weiteren separaten Erfindungsaspekt bei über Gelenkwellen angetriebenen Rädern des Kraftfahrzeuges die Scheibenbremsen der Betriebsbremse im Kraftfluss vor den Gelenkwellen und außerhalb der Radaufhängung angeordnet sein. Daraus resultiert u.a. eine weitere Schwerpunktabsenkung der Federungs- und Dämpfungseinrichtungen der Radaufhängung, weil durch den Entfall der relativ großvolumigen Scheiben- bremsen im Felgenbereich im Durchmesser kleinere Räder einsetzbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in: Fig. 1 in raumbildlicher Darstellung eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mit einem oberen und einem unteren Querlenker, die an einem Modulrahmen angelenkt sind, sowie mit einem Rotationsdämpfer, einem Rotationsaktuator, einer Drehstabfeder als Tragfeder und einem Lenkaktuator;

Fig. 2 die Radaufhängung nach Fig. 1 ohne Modulrahmen; und ein Ersatzschaltbild der Federungs- und Dämpfungseinrichtung der Radaufhängung nach den Fig. 1 und 2. Die Fig. 1 und 2 zeigen in zwei unterschiedlichen Ansichten eine Radaufhängung 10 für Kraftfahrzeuge, die an der Vorderachse und an der Hinterachse einsetzbar ist. Die Radaufhängung 10 setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einem unteren Querlenker 12, einem oberen Querlenker 14, einem Radträger 16 für ein drehbar gelagertes Rad 18 und einem dritten Lenker 20, der einerseits an einem Lenkarm 22 des Radträgers 16 angelenkt ist. Die beiden Querlenker 12, 14 sind über jeweils eine etwa in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtete Schwenkachse 24, 26 über jeweils zwei Lagerstellen 28, 30 mittelbar oder unmittelbar an einem Modulrahmen 32 angelenkt. Radträgerseitig sind die Querlenker 12, 14 über Kugelgelenke 34, 36 mit dem Radträger 16 unter Bildung einer im Wesentlichen senkrechten Lenkachse 38 verbunden.

Der dritte Lenker 20 (auch als Spurstange zu bezeichnen) ist räumlich außerhalb dieser Lenkachse 38 über ein weiteres Kugelgelenk 40 an dem Lenkarm 22 angelenkt und andererseits gelenkig mit einem Lenkaktuator 42 (vgl. insbe- sondere Fig. 2) verbunden, der wiederum mit dem Modulrahmen 32 fest verschraubt ist.

Über den Lenkaktuator 42 kann der dritte Lenker 20 elektromotorisch zum Steuern einer Lenkbewegung des Rades 18 oder zur Spurkorrigierung längen- verstellt werden.

Der untere Querlenker 12 ist mit einer koaxial zu seiner Schwenkachse 26 angeordneten Drehstabfeder 44 (nur teilweise ersichtlich) unmittelbar trieblich verbunden. Die Drehstabfeder 44 dient als Tragfeder und ist einerseits (nicht ersichtlich) mit dem Aufbau des Kraftfahrzeuges fest verbunden. Die Verbindungen können zum Beispiel als Kerb-Steckverzahnungen ausgeführt sein.

Die Drehstabfeder 44 erstreckt sich dabei durch einen ebenfalls koaxial zur Schwenkachse 26 und unmittelbar dem Querlenker 12 benachbart angeordneten, als Stoßdämpfer dienenden Rotationsdämpfer 46, dessen Gehäuse mit dem Modulrahmen 32 fest verschraubt ist und dessen Rotorteile (nicht ersichtlich) trieblich mit dem Querlenker 12 fest verbunden sind. An der gegenüberliegenden Seite des Querlenkers 12 ist koaxial zu dessen Schwenkachse 26 ein Rotationsaktuator 48 vorgesehen, dessen Gehäuse wiederum mit dem Modulrahmen 32 fest verschraubt ist und dessen Rotorteile (nicht ersichtlich) über eine nur in gestrichelten Linien in der Fig. 1 angedeutete, zweite Drehstabfeder 50 mit dem unteren Querlenker 12 trieblich verbun- den ist.

Die Drehstabfeder 50 ist dabei innerhalb eines rohrförmigen Abschnittes 12a des Querlenkers 12 angeordnet und besteht zum Beispiel aus zwei teleskopisch ineinander verlaufenden Torsionsfedern aus zum Beispiel Titan, die innerhalb des rohrförmigen Abschnittes 12a fest miteinander verbunden sind, während deren freie Enden mit dem Rotationsaktuator 48 beziehungsweise dem Querlenker 12 trieblich verbunden sind.

Über den Rotationsaktuator 48 kann die Vorspannung der zweiten Drehstabfe- der 50 zur Beeinflussung der Gesamtfederrate der Federrate der ersten, als Tragfeder eingesetzten Drehstabfeder 44 überlagert werden, zum Beispiel zur Niveauverstellung der Karosserie des Kraftfahrzeuges, zur Wank- und Nick- ausgleichssteuerung, etc. An dem Modulrahmen 32 ist im Bereich der Schwenkachse 24 des oberen Querlenkers 14 ein weiterer elektromotorischer Aktuator 52 befestigt, mittels dem die Lenkachse 38 des Rades 18 zur Sturz- und/oder Nachlaufverstellung veränderbar ist. Der Aktuator 52 bildet dabei zugleich die Lagerstellen 28 des oberen Querlenkers 14, das heißt der obere Querlenker 10 ist dort mit seinen Lagerstellen 28 gelagert. Durch entsprechende Ansteuerung des Aktuators 52 können in nicht dargestellter Weise die Lagerstellen 28 relativ zum Modulrahmen 32 in definierte Raumrichtungen, bevorzugt wenigstens in Querrichtung verstellt werden.

Der Modulrahmen 32 ist über drei, in angeformte Lagerbuchsen 54 eingesetzte, Gummi-Metall-Lager (lediglich schematisch mit Kreuzschraffur eingezeichnet) am Aufbau des Kraftfahrzeuges angeschraubt. Die Gummi- Metall-Lager sind dabei konstruktiv in Fahrzeugquerrichtung härter ausgelegt als in Fahrzeuglängsrichtung, um eine komfortable Längsfederung der Radaufhängung 10 sicherzustellen.

Des Weiteren sind die Lagerstellen 28, 34 des oberen Querlenkers 14, die Lagerstellen 30, 36 des unteren Querlenkers 12 und die Gelenkstelle 36 am Len- ker 20 mit der nicht näher dargestellten Gelenkstelle am Lenkaktuator 42 im Wesentlichen unelastisch (nicht gezielt elastisch) ausgebildet, um eine präzise Radführung und präzise steuerbare Radstellungen über die Aktuatoren 42, 46, 48, 52 zu ermöglichen. Die Lagerstellen 30 des Querlenkers 12 können anstelle am Modulrahmen 32 auch unmittelbar in den Aktuatoren 46, 48 aus- geführt sein.

Das Rad 18 ist mittels einer mit dem Antriebsaggregat des Kraftfahrzeuges trieblich verbundenen Gelenkwelle 56 verbunden, wobei die nicht dargestellte Scheibenbremse des Rades 18 im Kraftfluss vor der Gelenkwelle 56, also un- mittelbar am jeweiligen Abtrieb des Antriebsaggregates positioniert ist. Die in der Fig. 1 gezeigte Radaufhängung 10 mit dem Modulrahmen 32 bildet eine Vormontageeinheit, die bei einem allradgetriebenen Kraftfahrzeug mit Vierradlenkung an der Vorderachse (vordere Radaufhängungen 10) und an der Hinterachse (hintere Radaufhängungen 10) einsetzbar ist. Die links- und rechtseitigen Ausführungen sind natürlich spiegelbildlich aufzubauen, können aber bei symmetrischer Ausführung der Bauteile im Wesentlichen Gleichteile sein.

Der Rotationsdämpfer 46 ist bevorzugt als Generator ausgeführt, wodurch die aufzubringende Dämpfungsarbeit im Rekuperationsbetrieb als elektrische Energie dem Bordnetz des Kraftfahrzeuges wieder zuführbar ist. Der Rotationsdämpfer 46 kann aber auch kombiniert dazu oder ausschließlich als hydraulischer Dämpfer mit gegebenenfalls einer elektrorheologischen Dämpfungsflüssigkeit zur veränderbaren Einstellung der Dämpfungswirkung ausge- führt sein.

Der Rotationsaktuator 48 ist ebenfalls neben der elektromotorisch gesteuerten Veränderung der Vorspannung der zweiten Drehstabfeder 50 als Generator schaltbar, um gegebenenfalls zusätzliche Dämpfungsarbeit im Rekuperations- betrieb zu leisten beziehungsweise Energie zurück zu speichern.

Die Fig. 3 zeigt das Prinzipschaltbild der Federungs- und Dämpfungseinrichtung der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Radaufhängung 10. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie ersichtlich ist, sind zwischen dem Aufbau (Modulrahmen 32) und dem Rad 18 die Drehstabfeder 44 als Tragfeder und die zweite Drehstabfeder 50 parallel angeordnet, wobei die Vorspannung der zweiten Drehstabfeder 50 mittels des Rotationsaktuators 48 zur Niveauverstellung und zum Wank- und Nick- ausgleich des Kraftfahrzeuges entsprechend der ersten Drehstabfeder 44 überlagerbar ist. Der Einfachheit halber sind die Federn 44, 50 als Schraubendruckfedern dargestellt.

Der ebenfalls parallel geschaltete Rotationsdämpfer 46 (wiederum vereinfacht dargestellt) wirkt in bekannter Weise zur Dämpfung der Aufbauschwingungen, die über Unebenheiten der Fahrbahn 58 und über den Elastizitätsfaktor 60 des Reifens des Rades 18 angeregt werden. Wie vorbeschrieben kann gegebenenfalls auch der Rotationsaktuator 48 eine definierte Dämpfungswirkung ausüben.