DE69003096T2

DE69003096T2 - Fahrzeugaufhängungssysteme.

Info

Publication number: DE69003096T2
Application number: DE90904647T
Authority: DE
Inventors: Benjamin Reynolds
Original assignee: GKN Technology Ltd
Current assignee: GKN Technology Ltd
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1990-03-15
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2010-03-16
Also published as: DE69003096D1; GB8906229D0; JPH04504088A; GB9005852D0; GB2230237B; US5178406A; EP0463033B1; WO1990011200A1; EP0463033A1; GB2230237A

Description

Diese Erfindung betrifft Fahrzeugaufhängungssysteme. Insbesondere betrifft sie eine Torsionsstabilisatoranordnung für eine Fahrzeugaufhängung, bei der der Torsionsstabilisator in der Lage ist, Torsionsenergie von einem Betätigungsglied aufzunehmen, so daß, mit einer geeigneten Steuerung des Betätigungsgliedes in Reaktion auf eine Fahrzeugbetriebsbedingung, die Rollbewegung des Fahrzeugs vermindert werden kann.
Beispiele für Fahrzeugaufhängungen, die eine Torsionsstabilisatoranordnung der oben genannten Art beinhalten, sind in der GB-2189751A und der WO89/04262 offenbart. Eines der Probleme, die mit einem konventionellen passiven Torsionsstabilisator einhergehen, wie er bis heute weit verbreitete Verwendung in Fahrzeugaufhängungen gefunden hat, besteht darin, daß ein Torsionsstab, der genug Steifigkeit besitzt, um Rollbewegungen des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt entgegenzuwirken, einen nachteiligen Effekt auf den Fahrkomfort des Fahrzeugs hat, wenn es nicht Kurven fährt, indem die Fähigkeit der Fahrzeugaufhängung an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs unabhängig voneinander zu operieren, beschränkt ist. Durch ein Belasten des Drehstabes in Reaktion auf eine Betriebsbedingung des Fahrzeugs, z.B. die seitliche Beschleunigung des Fahrzeugs, wie sie von einem geeignetem Sensor erfaßt wird, kann der Drehstab in die Lage versetzt werden der Rollbewegung entgegenzuwirken, wenn das Fahrzeug Kurven fährt, ohne daß der Drehstab notwendigerweise eine so große Steifigkeit aufweisen muß, daß er nachteilige Auswirkungen auf den Fahrqualität des Fahrzeugs bei Geradeausfahrt hat. Das Betätigungsglied kann, wie in der WO89/04262 offenbart, den Drehstab direkt verdrehen, indem dieser mit Torsionsenergie an seinem einen Ende beaufschlagt wird.
Mit Prioritätsdaten vom 03.11.1987 und 03.09.1988 und einem Veröffentlichungsdatum vom 18.05.1989 gehört die WO89/04262 nach Artikel 54(3) EPC zum Stand der Technik. Die Schrift offenbart eine Torsionsstabilisatoranordnung für ein Fahrzeugaufhängungssystem, das folgende Elemente umfaßt: einen Drehstab, der so angeordnet ist, daß er quer zum Fahrzeug verläuft, einen ersten Arm, der mit dem einen Ende des Drehstabes fest verbunden ist, um von da aus quer zum Drehstab zu verlaufen, wobei der Arm so angeordnet ist, daß er eine Verbindung zu einem beweglichen Aufhängungsteil des Fahrzeugs an der benachbarter Fahrzeugseite herstellt, ein zweiter Arm am anderen Ende des Drehstabes, der sich von dort aus quer zum Drehstab erstreckt, wobei der zweite Arm so angeordnet ist, daß er eine Verbindung zu einem Aufhängungsteil des Fahrzeugs auf der benachbarten Fahrzeugseite herstellt, ein Betätigungsglied zum Ausführen einer Winkelbewegung zwischen dem genannten zweiten Arm und dem genannten anderen Ende des Drehstabes um die Torsionsachse des Drehstabes, einen Stützkörper für den genannten Drehstab, der sich längs davon erstreckt und den Drehstab bei der Winkelbewegung um dessen Torsionsachse unterstützt sowie Montagemittel für den genannten Stützkörper. Eines der Probleme, die mit einem solchen System aus Drehstab und Betätigungsglied einhergehen, besteht darin, daß bei einem Drehstab mit geringer Torsionssteifigkeit (der die Fahrqualität bei Geradeausfahrt nicht negativ beeinflußt), der genügend Energie aufnehmen soll, um die Rollbewegung des Fahrzeugs während Kurvenfahrt wirksam zu dämpfen, das Betätigungsglied, das den Drehstab auf Torsion beansprucht, den Stab mit einer hohen Verdrehkraft beaufschlagen muß. Dadurch entsteht wiederum das Problem, daß hohe Spannungen im Drehstab erzeugt werden, wodurch es erforderlich wird, daß der Stab aus einem Hochleistungswerkstoff besteht, was mit hohen Kosten verbunden ist.
Ein weiteres Problem einer solchen Torsionsstabilisatoreinrichtung ist als "packaging" bekannt, d.h. die Unterbringung des Drehstabes und der dazugehörigen Komponenten auf engem Raum im Fahrzeug in einer Weise, die allgemein günstig ist, wobei Faktoren wie z.B. der Raumbedarf solcher Komponenten Berücksichtigung finden. Gleichzeitig sollte es natürlich nicht zu einer Verschlechterung der Leistung des Drehstab-Anordnung kommen.
Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Torsionsstabilisatoranordnung bereitzustellen, die das oben genannte Problem der Unterbringung der Drehstabanordnung löst oder verringert oder das vorzugsweise das Problem der erforderlichen Werkstoffeigenschaften des Drehstabes löst oder verringert.
Erfindungsgemäß wird eine Torsionsstabilisatoranordnung für ein Fahrzeugaufhängungssystem bereitgestellt, das folgende Elemente umfaßt: einen Drehstab, der so angeordnet ist, daß er quer zum Fahrzeug verläuft, einen ersten Arm, der mit dem einen Ende des Drehstabes fest verbunden ist, und von da aus quer zum Drehstab verläuft, wobei der Arm so angeordnet ist, daß er eine Verbindung zu einem beweglichen Aufhängungsteil des Fahrzeugs an der benachbarter Fahrzeugseite herstellt, einen zweiten Arm am anderen Ende des Drehstabes, der sich von dort aus quer zum Drehstab erstreckt, wobei der zweite Arm so angeordnet ist, daß er eine Verbindung zu einem Aufhängungsteil des Fahrzeugs auf der benachbarten Fahrzeugseite herstellt, ein Betätigungsglied zum Ausführen einer Winkelbewegung zwischen dem genannten zweiten Arm und dem genannten anderen Ende des Drehstabes um die Torsionsachse des Drehstabes, einen Stützkörper für den genannten Drehstab, der längs dazu verläuft und den Drehstab bei der Winkelbewegung um dessen Torsionsachse unterstützt und Montagemittel für den genannten Stützkörper, wobei diese Montagemittel Halterungen aufweisen, die an dem genannten Stützkörper gesichert sind und entlang des Stützkörpers mit Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die genannten Halterungen quer zum Stützkörper verlaufen und zur Verbindung mit der Fahrzeugkonstruktion für eine Schwenkbewegung um eine Achse angeordnet sind, die mit Abstand zu dem genannten Stützkörper und dem Drehstab verläuft.
In welcher Weise die erfindungsgemäße Drehstabanordnung vorteilhaft in Bezug auf die Unterbringung der Komponenten ist, wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Vorzugsweise sind die sich quer zum Stützkörper erstreckenden Halterungen so angeordnet, daß sie längs zum Fahrzeug verlaufen, so daß die Achse, um die die Halterungen mit der Fahrzeugkonstruktion verbunden sind, längs des Fahrzeugs vom Stützkörper und Drehstab beabstandet ist (d.h. davor oder dahinter in Fahrzeuglängsrichtung liegt).
Vorzugsweise ist der genannte Stützkörper mit dem genannten zweiten Arm am genannten anderen Ende des Drehstabes bezüglich der Winkelbeweglichkeit um die Torsionsachse des Drehstabes fest verbunden.
Wie nachfolgend im Zusammenhang mit einer Ausführung der Erfindung erklärt werden wird, besteht die Wirkung dieser bevorzugten Anordnung der Montagehalterungen für den Stützkörper des Drehstabes darin, daß bei Beaufschlagung des Drehstabes mit einer Torsionskraft durch das Betätigungsglied, der Stützkörper selbst auch verdreht wird und einige Energie speichert. Aus diesem Grunde muß der Drehstab für einen bestimmten Widerstand gegenüber der Rollbewegung des Fahrzeugs selbst nicht so viel Energie aufnehmen können, als wenn kein erfindungsgemäßer Stützkörper vorgesehen wäre. Dadurch wird das oben beschriebene Problem, das im Zusammenhang mit den Werkstoffeigenschaften des Drehstabes steht, verringert.
Der Stützkörper kann einen rohrförmigen Körper umfassen, der den Drehstab umschließt. Als Alternative kann der Stützkörper als U-Profil ausgebildet sein, das den Drehstab partiell umschließt.
Die Erfindung stellt ebenfalls ein Fahrzeug bereit, das mit einer erfindungsgemäßen Torsionsstabilisatoranordnung, wie oben erläutert, ausgestattet ist.
Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben, von denen die
Figuren 1 und 2 jeweils schematisch einen Aufriß und eine Draufsicht zeigen, die ein Beispiel von einer mit einer Torsionsstabilisatoranordnung ausgestatteten Fahrzeugaufhängung darstellen,
Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung des Torsionsstabilisators und der dazugehörigen Komponenten für das Fahrzeugaufhängungssystem zeigt,
Figur 4 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Torsionsstabilisators zeigt.
Die Figuren 1 und 2, die zuerst behandelt werden, zeigen schematisch eine Fahrzeugaufhängung mit einer Torsionsstabilisatoranordnung. In diesen Zeichnungen wird ein Fahrzeugfahrgestell (dieser Begriff umfaßt hier eine integrierte Karosserie-Fahrgestell-Konstruktion) mit der Ziffer 10 bezeichnet. An jeder Seite wird ein Rad 11 von schwenkbaren oberen (12) und unteren (13) Verbindungs teilen getragen. Eine Federung ist durch Federn 14 gegeben, die auf die oberen Verbindungsteile 12 einwirken.
Die Torsionsstabilisatoranordnung umfaßt einen Drehstab 15, der quer zum Fahrzeug verläuft, wobei der Drehstab umschlossen ist und zur Drehung in einem rohrförmigen Gehäuse 16 gehalten wird, das mit dem Fahrzeugfahrgestell verbunden ist. Die Verbindung zwischen dem Gehäuse 16 und dem Fahrgestell geschieht mit Hilfe von Muffen 17 aus Elastomer, die das Gehäuse 16 zum Zwecke der Nichtweiterleitung von Geräuschen und Vibrationen umgeben.
Von je einem Ende des Drehstabes 15 aus verlaufen die Arme 18, 19 quer zur Drehstabachse und im allgemeinen längs zum Fahrzeugs. Die Enden der Arme 18, 19, die vom Drehstab entfernt liegen, sind mit den unteren Radträgerverbindungsteilen 13 über schwenkbare im allgemeinen aufrecht stehende weitere Verbindungskörper 20 bzw. 21 verbunden.
Der Arm 18 ist mit seinem Ende fest mit dem Drehstab 15 verbunden, z.B. mittels einer Keilwellen- verbindung, während die Verbindung zwischen dem Arm 19 und dem anderen Ende des Drehstabes 15 durch ein rotierendes Betätigungsglied 22 hergestellt wird, das eine relative Winkelbewegung zwischen dem Arm 19 und dem benachbarten Ende des Drehstabes 15 um dessen Längsachse bewirkt. Das Gehäuse 16 ist entweder direkt oder über einen Teil des Betätigungsgliedes 22 fest mit dem Arm 19 verbunden.
Das Betätigungsglied 22 kann ein hydraulisches Torsionsbetätigungsglied oder jede andere Art von Betätigungsglied sein und wird von einem geeigneten Steuersystem gesteuert, das aber nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, das aber zum Beispiel auf die allgemeine Weise betrieben werden kann, wie es in der oben genannten Veröffentlichung unserer internationalen Patentanmeldung Nr. WO89/04262 offenbart ist.
Aufgrund der Tatsache, daß die elastomeren Muffen 17, mittels derer das Gehäuse am Fahrzeugfahrgestell gesichert ist, das rohrförmige Gehäuse 16 umgeben müssen, müssen die Muffen relativ große und sperrige Bauteile sein. Im Hinblick auf die Unterbringung der Komponenten stellt dies einen erheblichen Nachteil dar. Aus diesem Grunde wird in einer Ausführung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Drehstab und die dazugehörigen Bauteile so angeordnet sind, wie in Figur 3 der Zeichnungen gezeigt ist. In dieser Figur sind Drehstab 15, rohrförmiges Gehäuse 16, Arme 18, 19, Verbindungsstücke 20, 21 und Betätigungsglied 22 so dargestellt, wie oben beschrieben. In diesem Fall ist jedoch das rohrförmige Gehäuse 16 mit zwei aufrechtstehenden Halterungen 23 versehen, die an ihren oberen Enden Buchsen 24 haben, die für eine Verbindung zum Fahrzeugfahrgestell sorgen, und zwar um eine Achse herum, die vertikal oberhalb des Drehstabes verläuft, wobei geeignete elastomere Elemente für eine Nichtweiterleitung von Vibrationen und Geräuschen sorgen. Diese Anordnung ist sehr viel günstiger als die Verwendung von großen Aufbauten, die das rohrförmige Gehäuse 16 umgeben.
Vorzugsweise ist die Aufbauanordung des Drehstabes jedoch dergestalt, daß dessen rohrförmiges Gehäuse 16 selbst mit einer Torsionskraft beaufschlagt wird, wenn der Drehstab beaufschlagt wird, so daß der Stützkörper selbst Energie aufnimmt. Dieser Effekt wird mit der Anordnung nach Figur 4 der Zeichnungen erreicht.
In der Ausführung nach Figur 4 sind Drehstab 15, rohrförmiges Gehäuse 16, Arme 18, 19, Verbindungsteile 20, 21 und Betätigungsglied 22 so angeordnet, wie in Figur 3 dargestellt. In diesem Fall ist das rohrförmige Gehäuse 16 jedoch mit Halterungen 27, 28 versehen, die sich in Fahrzeuglängsrichtung, d.h. vor oder hinter dem Gehäuse erstrecken. Die Enden der Halterungen 27, 28, die vom rohrförmigen Gehäuse 16 entfernt liegen, sind mittels Montagebuchsen 29, 30 schwenkbar am Fahrzeugfahrgestell gesichert, um eine Schwenkbewegung um eine Achse 31 zu ermöglichen.
Wenn das Betätigungsglied zum Dämpfen der Rollbewegung des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt eine Winkelbewegung des benachbarten Endes des Drehstabes 15 gegenüber dem Arm 19 bewirkt, wie durch den Pfeil 32 angedeutet, greifen gleichwertige und entgegengesetzte Kräfte über die Verbindungsteile 20, 21 an den Enden der Arme 18, 19 an der Fahrzeugaufhängung an. Hinsichtlich der Kräfte, die an dem dargestellten System angreifen, greifen die Kräfte F an den Armen 18, 19 in den angedeuteten Richtungen an. Entsprechende gleichwertige und entgegengesetzte Kräfte kF (größer als die Kräfte F aufgrund der nach innen gerichteten Bauanordnung der Halterungen 27, 28 verglichen mit den Armen 18, 19) werden als Reaktionskräfte von der Fahrzeugkonstruktion an den Montagebuchsen 29, 30 der Halterungen 27, 28 aufgebracht. Diese Kräfte kF an den Montagehalterungen 27, 28 verursachen, daß das rohrförmige Gehäuse 16 selbst verdreht und vertikal in den Bereich seiner Montagehalterung 27 verschoben wird, wie durch die gebrochene Linie bei 33 dargestellt ist. Die bereinigte Bilanz ist die, daß die Gesamtbeaufschlagung des Systems mit Torsionsenergie, die vom Betätigungsglied 22 aufgebracht wird, sich nicht nur als Torsion des Drehstabes ausdrückt, sondern stattdessen auch zu einer gewissen Verdrehung des rohrförmigen Gehäuses 16 führt. Mit anderen Worten ist das rohrförmige Gehäuse 16 für die Speicherung eines Teils der Energie verantwortlich, die vom System aufgenommen wird, wodurch die Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften des Drehstabes 15 geringer werden.
Anstelle eines Stützkörpers in Form eines rohrförmigen Gehäuses 16, kann ein Körper mit U-Profil vorgesehen sein, der den Drehstab partiell umschließt und geeignete Lager zur Drehung des Drehstabes aufweist. Wenn ein rohrförmiges Gehäuse mit verringerter Torsionssteifigkeit erforderlich wäre, könnte ein solches Gehäuse mit Längsschlitzen versehen sein.
In der Ausführung nach Figur 4, hat die Verbindung des rohrförmigen Gehäuses 16 zum Arm 19, um damit bezüglich der Winkelbewegung um die Achse des Gehäuses und des Drehstabes fest verbunden zu sein, die Wirkung, daß sie das Gehäuse an einem unkontrollierten Schwenken um seine Montagebuchsen 29, 30 hindert. Das Gehäuse könnte winkelbeweglich gegenüber dem Arm 19 sein, aber dann müßten andere Mittel vorgesehen werden, um das Gehäuse zu hemmen. Solche Mittel, z.B. ein Verbindungsteil, das mit dem Gehäuse in der Mitte zwischen seinen Enden verbunden ist, dürfen dann nicht die Fähigkeit des Gehäuses beeinträchtigen, Torsionsenergie aufzunehmen, wie in Figur 4 dargestellt ist.

Claims

1. Torsionsstabilisatoranordnung für ein Fahrzeugaufhängungssystem, das folgende Elemente umfaßt: einen Drehstab (15), der so angeordnet ist, daß er quer zum Fahrzeug verläuft, einen ersten Arm (18), der mit dem einen Ende des Drehstabes (15) fest verbunden ist, um von da aus quer zum Drehstab (15) zu verlaufen, wobei der Arm (18) so angeordnet ist, daß er eine Verbindung zu einem beweglichen Aufhängungsteil des Fahrzeugs an der anliegenden Fahrzeugseite herstellt, ein zweiter Arm (19) am anderen Ende des Drehstabes (15), der sich von dort aus quer zum Drehstab erstreckt, wobei der zweite Arm (19) so angeordnet ist, daß er eine Verbindung zu einem Aufhängungsteil des Fahrzeugs auf der anliegenden Fahrzeugseite herstellt, ein Betätigungsglied (22) zum Ausführen einer Winkelbewegung zwischen dem genannten zweiten Arm (19) und dem genannten anderen Ende des Drehstabes (15) um die Torsionsachse des Drehstabes, einen Stützkörper (16) für den genannten Drehstab (15), der sich längs davon erstreckt und den Drehstab (15) bei der Winkelbewegung um dessen Torsionsachse unterstützt, und Aufhängungsmittel (23; 27, 28) für den genannten Stützkörper (16), wobei diese Aufhängungsmittel Halterungen aufweisen, die an dem genannten Stützkörper (16) befestigt sind und entlang des Stützkörpers mit Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die genannten Halterungen (23; 27, 28) quer zum Stützkörper (16) verlaufen und zur Verbindung mit der Fahrzeugkonstruktion für eine Schwenkbewegung um eine Achse angepaßt sind, die mit Abstand zu dem genannten Stützkörper (16) und dem Drehstab (15) verläuft.

2. Torsionsstabilisatoranordnung nach Anspruch 1, bei der der genannte Stützkörper (16) mit dem zweiten Arm (19) am genannten anderen Ende des Drehstabes (15) bezüglich einer Winkelbewegung um die Torsionsachse des Drehstabes (15) fest verbunden ist.

3. Torsionsstabilisatoranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der die genannten Halterungen (27, 28) im allgemeinen in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufen, so daß die genannte Achse in Längsrichtung des Fahrzeugs von dem genannten Stützkörper (16) und dem Drehstab (15) beabstandet ist.

4. Torsionsstabilisatoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der der genannte Stützkörper (16) ein rohrförmiges Teil umfaßt, das den Drehstab (15) umschließt.

5. Fahrzeug mit einem Fahrgestell und einem Aufhängungssystem, das jeweilige bewegliche Aufhängungsteile umfaßt, die Räder an gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs zur allgemein vertikalen Bewegung bezüglich des genannten Fahrgestells abstützen, und mit einer Torsionsstabilisatoranordnung, die die folgenden Elemente aufweist: einen Drehstab (15), der sich quer zum Fahrzeug erstreckt, einen ersten Arm (18), der mit dem einen Ende des Drehstabes (15) fest verbunden ist, um von da aus quer zum Drehstab (15) zu verlaufen, wobei der Arm (18) mit dem Aufhängungsteil an der anliegenden Seite des Fahrzeugs verbunden ist, einen zweiten Arm (19) am anderen Ende des Drehstabes (15), der sich von da aus quer zum Drehstab erstreckt, wobei der zweite Arm (19) mit dem Aufhängungsteil an der anliegenden Seite des Fahrzeugs verbunden ist, ein Betätigungsglied zum Ausführen einer Winkelbewegung zwischen dem genannten zweiten Arm (19) und dem genannten anderen Ende des Drehstabes (15) um die Torsionsachse des Drehstabes, einen Stützkörper (16) für den genannten Drehstab (15), der sich längs davon erstreckt und den Drehstab (15) bei der Winkelbewegung um dessen Torsionsachse unterstützt und Aufhängungsmittel (23; 27, 28) für den genannten Stützkörper (16), ;wobei diese Aufhängungsmittel Halterungen aufweisen, die an dem genannten Stützkörper (16) befestigt sind und entlang des Stützkörpers mit Abstand voneinander angeordnet sind, wobei diese Halterungen (23; 27, 28) quer zum Stützkörper (16) verlaufen und mit dem Fahrgestell für eine Schwenkbewegung um eine Achse verbunden sind, die mit Abstand zu dem genannten Stützkörper (16) und dem Drehstab (15) verläuft.

6. Torsionsstabilisatoranordnung nach Anspruch 5, bei der der genannte Stützkörper (16) mit dem genannten zweiten Arm (19) am anderen Ende des Drehstabes (15) bezüglich einer Winkelbewegung um die Torsionsachse des Drehstabes (15) fest verbunden ist.

7. Fahrzeug nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem die Halterungen (27, 28) in Längsrichtung des Fahrzeugs verlaufen, so daß die genannte Achse in Längsrichtung des Fahrzeugs von dem genannten Stützkörper (16) und dem Drehstab (15) beabstandet ist.

8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der genannte Stützkörper (16) ein rohrförmiges Teil umfaßt, das den Drehstab (15) umschließt.