Radaufhängung für die hinteren Räder von Kraftfahrzeugen

Die Erfindung betrifft eine Radaufhängung für die hinteren Räder von Kraft- fahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Fahrdynamik moderner Kraftfahrzeuge wird zumeist auch durch Radaufhängungen der hinteren Räder beeinflusst, deren Lenker als Radführungselemente durch deren räumliche Lage und durch die Elastizität der Lenkerlager gezielte Fahreigenschaften ergeben, zum Beispiel einer gezielten Untersteuertendenz, etc.

Bei der technischen Realisierung einer solchen Hinterachslenkung eines (Straßen-)Fahrzeuges gibt es verschiedene technische Lösungen. In der Regel wird die Spurstange geschoben, oder aber auch in ihrer Länge verändert. Weiterhin gibt es Ausführungen mit geteiltem Radträger, wie bespielsweise in der US 20020036385, der W0 199816418 oder in der FR 2884795 beschrieben. Ein derart geteilter Radträger ist in ein Trägerteil, ein Führungsteil und einem dazwischengeschalteten Stellglied unterteilt, das zwei zueinander und gegenüber dem Führungs- oder Trägerteil drehbare Drehteile aufweist. Durch elektrische Stellmotoren ist das Trägerteil zur Spur- und/oder Sturzverstellung relativ zum Führungsteil verstellbar. Radaufhängungen mit oder ohne der genannten Verstellvorrichtung sind aber in deren Konstruktion und Ausführung relativ kompliziert und aufwendig. Bei den bekannten Hinterachslenkungen bedarf es stets einer Radführung in klassischer Bauart, bei der als Ausgangsbasis ein Achsprinzip der herkömmlichen Konstruktion dient. Soll gelenkt werden, wird der Achse die Lenkfunktion durch geeignete Maßnahmen hinzugefügt. So kann zum Beispiel die Spurstange und/oder ein Lenker geschoben, oder aber auch in der Länge geändert werden. Weiterhin sind die bereits erwähnten geteilten Radträger bekannt, welche entsprechend geschwenkt werden können. Der große Nachteil besteht nun darin, dass die Achskonstruktion insgesamt betrachtet, selbst ohne die Möglichkeit des Lenkens an sich schon sehr aufwendig ist. Wird Lenkbarkeit gefordert, so steigt der Aufwand, Komplexität und Kosten noch weiter an.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radaufhängung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, die unter Vermeidung komplexer Lenker und Lenkerlager und bei einer baulich einfachen Konstruktion nahezu beliebig steuerbare Radstellungen beziehungsweise günstige Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patent- anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen angeführt.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist der Radträger, insbesondere sein Führungsteil, mittel- oder unmittelbar auf einer aufbaufesten Linearführung nach Art einer Kulissenführung nur in vertikaler Richtung zwangsgeführt. Die erfindungsgemäße Linearführungseinheit kann gleichzeitig Feder und Dämpfer beinhalten und das Rad an einer Drehung um die Hochachse beim Auftreten von Längskräften, respektive Kraftkomponenten, die eine Drehung hervorrufen würden, hindern. Auf den Einsatz von Lenker oder Spurstange kann somit verzichtet werden, wodurch ein Packagevorteil entsteht.

Erfindungsgemäß ergibt sich somit die elastokinematische Bewegung des Fahrzeugrads durch eine Kombination der vom Stellglied eingeleiteten Schwenkbewegung des radseitigen Trägerteils des Radträgers und der überlagerte Linearbewegung entlang der aufbaufesten Linearführung. Somit kann unter Weglassung aufwendiger Quer-/Längslenkerkonstruktionen ein angestrebtes Eigenlenkverhalten des Fahrzeugrads erreicht werden.

Der Radträger kann zusätzlich eine Vorrichtung zur Spur-/Sturzverstellung des Hinterrads aufweisen. Hierzu kann der Radträger unterteilt sein in ein das Rad aufnehmendes Trägerteil, ein mit den Radführungselementen verbundenes Führungsteil und in zwei dazwischen angeordnete und zueinander, sowie zum Trägerteil und zum Führungsteil um eine gemeinsame Drehachse verdrehbare Stellzylinder, die mit einander zugewandten, um einen definierten Winkel zur Drehachse geneigten Schrägflächen zusammenwirken. Die Stellzylinder können jeweils über einen Elektromotor und einen Stelltrieb in beiden Drehrichtungen verstellbar sein. Ferner kann die Tragfeder zwischen dem Aufbau und dem Führungsteil des Radträgers abgestützt sein. Die vorgeschlagene Kombination ermöglicht eine Radaufhängung ohne komplizierte und räumlich schwierig anzuordnende Lenker und aufwendig abzustimmende Lenkerlager und stellt dennoch gezielte Fahreigenschaften über den eine gezielte Spur- und Sturzeinstellung des Rades ermöglichenden, unterteilten Radträger sicher.

Gewollte Lenkbewegungen (Spur und/oder Sturz) können somit dem Rad durch eine Steuerung/Regelung vorgegeben und auch aufgezwungen werden. Herangezogen werden sämtliche relevante Regelparameter wie beispielsweise Federweg, Lenkwinkel an der Vorderachse, Momentangeschwindigkeiten, Momentanbeschleunigung und so weiter. Die räumliche Schwenkung des Rades ermöglicht ein geteilter Radträger. Durch Anwendung dieser Bauart ergeben sich enorme Gewichts-, Kosten- und Packagevorteile. Das Prinzip eignet sich sowohl für geschleppte als auch für angetriebene Achsen. Die technische Umsetzung ist den Fig. 1 und 2 zu entnehmen. Als Beispiel dargestellt ist eine angetriebene Achse, also inklusiv Gelenkwelle.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann die Linearführung zumindest eine aufbaufeste, nach unten abragende Säule aufweisen, auf der zumindest ein büchsenförmiger Abschnitt des Führungsteils in vertikaler Richtung verschiebbar geführt ist. Es können beispielsweise zwei einander benachbarte, achsparallele Säulen vorgesehen sein, die eine vertikale Führung bei stabiler Quersteifigkeit, Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit sicherstellen.

In baulich besonders einfacher Ausführung kann jedoch nur eine aufbaufeste Säule vorgesehen sein, auf der ein büchsenförmiger Abschnitt des Führungsteiles in vertikaler Richtung verschiebbar, in Umfangsrichtung jedoch formschlüssig geführt ist. Die Säule und der büchsenförmige Abschnitt können mit ihren korrespondierenden Gleitflächen polygonförmig gestaltet sein, um eine zuverlässige und bei Umfangskräften verklemmungsfreie Führung sicherzustellen.

Dazu kann des Weiteren die Tragfeder um die Linearführung beziehungsweise die Säule herum angeordnet sein, wodurch auch eine verspannungsfreie Ab- Stützung der Tragfeder, insbesondere einer Schraubendruckfeder, erzielt ist.

Ferner kann bei einer angetriebenen Hinterachse des Kraftfahrzeuges der etwa horizontal abragende, büchsenförmige Abschnitt des Führungsteiles soweit oberhalb eines den einen Stellzylinder tragenden, vertikalen Ab- Schnittes angeordnet sein, dass unterhalb der Linearführung eine das Rad der Radaufhängung antreibende Gelenkwelle über den konstruktiv vorgegebenen Einfederweg des Radträgers mit ausreichendem Freiraum durch den Stell- zylinder hindurchführbar ist.

In vorteilhafter, weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der Teleskop- Stoßdämpfer ebenfalls zwischen den Aufbau und das Führungsteil eingeschaltet sein und damit mit einer 1 : 1 Übersetzung in der Radaufhängung wirken.

Der Stoßdämpfer kann dabei parallel neben der Tragfeder angeordnet sein. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, dass der Stoßdämpfer räumliche besonders günstig unmittelbar in die Linearführung beziehungsweise in die rohrförmig ausgeführte Säule integriert und trieblich mit dem büchsenförmigen Abschnitt des Führungsteiles gekoppelt ist.

Schließlich kann die Säule der Linearführung an ihrem unteren Ende einen Ringbund aufweisen, der unter Zwischenschaltung eines gummielastischen Puffers als unterer Anschlag für den büchsenförmigen Abschnitt des Führungsteiles und dementsprechend als Ausfederanschlag für den Radträger dient.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine Rückansicht einer hinteren Radaufhängung für Kraftfahrzeuge mit einem mehrteiligen Radträger, der auf einer nach unten abragenden Säule als Linearführung verschiebbar gelagert ist; und Fig. 2 in grob schematischer Darstellung den mehrteiligen Radträger, dessen Stellzylinder über Stelltriebe und Elektromotoren zur veränderlichen Einstellung von Spur und Sturz verstellbar sind.

In der Fig. 1 ist mit 10 eine Radaufhängung für Kraftfahrzeuge bezeichnet, dessen hinteres Rad 12 drehbar an einem Radträger 14 gelagert ist.

Der mehrteilige Radträger 14 setzt sich aus einem das Rad 12 aufnehmenden Trägerteil 16, einem aufhängungsseitigen Führungsteil 18 und einem dazwischengeschalteten Stellglied 19 zusammen, das zwei zueinander verdrehbare Drehteile beziehungsweise Stellzylinder 20, 22 aufweist.

Das Führungsteil 18 weist einen etwa vertikal verlaufenden Abschnitt 18a auf, durch den hindurch eine das Rad 12 antreibende, nur teilweise dargestellte Gelenkwelle 24 verläuft.

Von dem vertikalen Abschnitt 18a des Führungsteiles 18 ragt etwa horizontal und der Fahrzeuglängsmittelebene zu ein büchsenförmiger Abschnitt 18b ab, der auf einer rohrförmigen Säule 26 als Linearführung verschiebbar geführt ist.

Die Säule 26 ist am tragenden Aufbau 28 des Kraftfahrzeuges befestigt und weist an ihrem unteren Ende einen durchmessergrößeren Ringbund 26a auf, der unter Zwischenschaltung eines Dämpfungsringes 30 als unterer Ausfederanschlag für das Führungsteil 18 beziehungsweise den Radträger 14 dient.

Der etwa horizontal abragende, büchsenförmige Abschnitt 18b des Führungsteiles 18 ist wie ersichtlich soweit oberhalb des den einen Stellzylinder 22 tragenden, vertikalen Abschnittes 18a angeordnet, dass unterhalb der Linear- führung beziehungsweise der Säule 26 die das Rad 12 der Radaufhängung 10 antreibende Gelenkwelle 24 bei einem stets ausreichenden Freigang durch den Abschnitt 18a und die Stellzylinder 22, 20 hindurchführbar ist.

Die Säule 26 ist im Querschnitt gesehen polygonförmig, bevorzugt als Außen- sechskant ausgeführt, das im Zusammenwirken mit der innensechs- kantförmigen Gleitführung in dem büchsenförmigen Abschnitt 18b eine in Um- fangsrichtung formschlüssige Verbindung herstellt.

Alternativ zur Ausführung der Säule 26 als ein Außensechskant kann die Säule 26 auch ein Vierkantprofil aufweisen, wodurch das Drehmoment noch besser abgestützt werden kann. Alternativ kann die Säule auch ein Zylinderprofil aufweisen, in diesem Fall ist der Längsschlitz 26b der Säule 26 sowie durch den Längsschlitz 26b geführte Schraube so ausgebildet, dass diese eine Verdrehsicherung bilden.

Zwischen dem Aufbau 28 und dem büchsenförmigen Abschnitt 18b des Führungsteiles 18 ist eine Schraubendruckfeder als Tragfeder 34 abgestützt, die sich wie ersichtlich um die Säule 26 herum erstreckt und die somit ohne Biegemomente und Verspannungen die auftretenden statischen und dynamischen Radlasten aufnimmt.

Innerhalb der Säule 26 als Linearführung für den Radträger 14 ist ein Teleskop-Stoßdämpfer 36 angeordnet, der mit seiner Kolbenstange 38 an dem Aufbau 28 mittels einer nicht näher dargestellten Schraubverbindung befestigt ist, während dessen Zylinderrohr 40 mit dem büchsenförmigen Abschnitt 18b des Führungsteiles 18 fest verbunden ist.

Dazu ist in der Säule 26 ein Längsschlitz 26b vorgesehen, durch den hindurch ein Lagerauge 40a des Zylinderrohres 40 des Stoßdämpfers 36 mittels einer Schraube 42 und einer in dem Längsschlitz 26b gleitenden Abstandshülse (nicht ersichtlich) fest mit dem büchsenförmigen Abschnitt 18b des Führungsteiles 18 verbunden ist.

Um die Kolbenstange 38 des Stoßdämpfers 36 ist ferner ein mit dem Zylinder- röhr 40 zusammenwirkender, als Einfederanschlag dienender Anschlagpuffer 32 eingesetzt.

Die Fig. 2 zeigt den Aufbau und die Funktion des mehrteiligen Radträgers 14, mittels dem die Spur und/oder der Sturz des Rades 12 veränderlich einstellbar und somit der Linearführung 26 als in sich starre Radführung überlagerbar ist.

Dabei ist der eine Stellzylinder 20 in der eingezeichneten Raddrehachse 44 an dem Trägerteil 16 verdrehbar gelagert, während der andere, axial benachbarte Stellzylinder 22 am nur teilweise dargestellten Führungssteil 18 beziehungs- weise an dessen vertikalen Abschnitt 18a drehbar gelagert ist.

Ferner weisen die beiden Stellzylinder 20, 22 einheitlich mit 46 bezeichnete, aneinander anliegende Schrägflächen auf und sind über eine senkrecht dazu verlaufende Drehachse 48 miteinander verbunden. Eine Verdrehung der Stellzylinder 20, 22 gleichsinnig und/oder relativ zueinander in der einen oder anderen Drehrichtung bewirkt ein Verkippen oder Taumeln des radträger- seitigen Stellzylinders 20 mit dem Trägerteil 16 beziehungsweise mit dem Rad 12, wodurch gezielt die Spur und/oder der Sturz des Rades 12 veränderbar ist. Zur Momentenabstützung des Trägerteiles 16 zum Führungsteil 18 sind an dem Trägerteil 16 und an dem Führungsteil 18 zwei achsparallel abragende, diametral zueinander versetzte Ausleger 16a, 18c vorgesehen, an denen über Lagerbolzen 50 ein Stützring 52 kardanisch angelenkt ist. Die Lagerbolzen 50 liegen dabei mit ihrer Mittellinie 51 jeweils in einer Rotationsebene mit dem Schnittpunkt der Raddrehachse 44 mit der senkrecht durch die Schrägflächen 46 verlaufenden Drehachse 48. Die Verdrehung der Stellzylinder 20, 22 ist jeweils gesteuert mittels eines Elektromotors 54, der an dem Trägerteil 16 und an dem Führungsteil 18 befestigt ist und der jeweils über einen Stelltrieb 56 mit einem Antriebsritzel 58 auf ein Stirnzahnrad 60 an den Stellzylindern 20, 22 wirkt. In der gezeichneten Darstellung gemäß Fig. 2 ist nur der Elektromotor 54 mit dem Antriebsritzel 58 an dem Führungsteil 18 ersichtlich; die Anordnung des Elektromotors 54 mit dem Antriebsritzel 58 am Trägerteil 16 ist im Wesentlichen gleich.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Gegebenenfalls können anstelle einer einzigen Säule 26 als Linearführung auch zwei bevorzugt in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnete Säulen verwendet sein, die eine noch größere Abstützbasis in Umfangs- richtung beziehungsweise in der Geradführung des Rades 12 darstellen. Die Tragfeder 34 und der Teleskop-Stoßdämpfer 36 könnten auch außerhalb der Linearführung 26 angeordnet sein.