Der Einfluss von Spreizung, Nachlauf und
Lenkrollradius auf die Lenkrückstellung

von: Andreas Kaminski

INHALTSVERZEICHNIS

1. Einleitung 7

1.1 Gründe für eine selbsttätige Lenkrückstellung 7
1.2 Möglichkeiten zur Lenkrückstellung 7
1.3 Radstellungen 9

1.3.1 Bezugsgrößen 9
1.3.2 Sturz 10
1.3.3 Spur 11
1.3.4 Spreizung 12
1.3.5 Nachlaufwinkel 12
1.3.6 Lenkrollradius 13

3. Aufgabenstellung 14

4. Vorgehensweise 15

4.1 Allgemeines 15
4.2 Kurzbeschreibung des Rechenweges 16
4.3 Ausführlicher Rechenweg 17

4.3.1 Berechnung von t und l 17
4.3.2 Koordinatentransformation ins X*Y*Z*-System 18
4.3.3 Drehung des Achsschenkel P 20
4.3.4 Rücktransformation ins XYZ-System 21
4.3.5 Bestimmung des Rückstellmomentes 21

5. Beispielrechnung 22

6. Ergebnisse 27

7. Zusammenfassung und Diskussion 30

8. Literatur 32

9. Anhang 33

VORWORT

In dieser Studienarbeit wird das Phänomen der Lenkrückstellung bei Personenkraftwagen bearbeitet. Die automatische Lenkrückstellung ist bei Personenkraftwagen von großer Bedeutung, da sie zum einen die Sicherheit während einer Kurvenfahrt erhöht und zum anderen auch dem Fahrer ein besseres Gefühl für Geschwindigkeit und Fahrverhalten des Personenkraftwagen verleiht. Speziell wird dabei der Einfluss von Spreizung, Nachlauf und Lenkrollradius auf die Lenkrückstellung untersucht. Des weiteren werden in graphischen Darstellungen die Veränderung des Lenkrückstellmomentes in Abhängigkeit von Nachlauf, Spreizung und Lenkeinschlagswinkel verdeutlicht. Im Rahmen dieser Studienarbeit habe ich nicht nur neue Erfahrungen gemacht und neues Wissen mir angeeignet im Fachbereich Fahrzeugbau, sondern musste mir auch in weiteren Bereichen Wissen aneignen, was ich für die Durchführungen dieser Studienarbeit benötigte. Mein besondere Dank geht an meinen Studienbetreuer Prof. Dipl. Ing. K. Hoseus für die außerordentliche Betreuung und Unterstützung während der Studienarbeit.

1. Einleitung

1.1 Gründe für eine selbsttätige Lenkrückstellung

Für eine selbsttätige Lenkrückstellung existieren mehrere Gründe. Würde an den Vorderrädern eines Fahrzeuges das Rückstellmoment fehlen, so bräuchte man nur eine sehr geringe Kraft, um das Fahrzeug in die Kurve zu lenken. Allerdings müsste man am Ende der Kurve die Stellung der Lenkung selbst zurück in die Geradeausstellung bringen. Im schlimmsten Fall könnte es dazu kommen, dass der Fahrer am Kurvenende die Lenkung nicht schnell genug zurückstellt und somit die Kurve weiterfährt. Außerdem hätte der Fahrer kein Gefühl für Kurvengeschwindigkeit und Fahrverhalten.
Ein weiterer Grund für die selbsttätige Lenkrückstellung ist die Gewährleistung des Geradeauslaufes speziell bei Hinterrad angetriebenen Fahrzeugen, da diese in einen instabilen Fahrzustand sind. Diese Fahrzeuge benötigen die durch die Vorderachsgeometrie erzeugten Momente.

1.2 Möglichkeiten zur Lenkrückstellung

Um eine selbsttätige Lenkrückstellung zu realisieren, werden entsprechende Momente um die Lenkungsdrehachse benötigt. Dies kann man auf verschiedene Weisen erzeugen. Der heutige Stand der Technik greift dabei auf die Gewichtsrückstellung zurück, worauf sich auch diese Studienarbeit bezieht.
Bei der Gewichtsrückstellung wird durch die Auflagekraft, die auf den Reifen wirkt, ein Moment um die Lenkungsdrehachse erzeugt. Dabei sind folgende Vorderachs-Einstellwerte von größter Wichtigkeit. Dazu gehört der Nachlaufwinkel e und Spreizungswinkel g. (Auf Spreizungs- und Nachlaufwinkel wird im weiteren Verlauf dieser Studienarbeit noch näher eingegangen) Denn stünde die Lenkungsdrehachse senkrecht, würde keine Moment durch die Auflagekraft entstehen können.

Bei einer senkrechten Lenkungsdrehachse kann nur dann ein Moment entstehen, wenn man mit dem geometrischen Nachlauf arbeitet. Dabei ist die Radmitte hinter der Lenkungsdrehachse L, wie in der Abbildung 1 zu sehen ist, angebracht. Durch diesen Hebelarm, kann ein Moment um die Lenkungsdrehachse entstehen.
Bei geometrische Nachlauf bewirkt allerdings nicht die Auflagekraft die Lenkrückstellung, sondern der Rollwiderstand WR bewirkt die Rückstellung. Wie man in Abbildung 2 sehen kann, bewirkt genau genommen die Rollwiderstands-Komponente WR*sinb die Lenkrückstellung. Die Komponenten WR*cosb heben sich gegenseitig auf.[2] [Abbildungen in der Downloaddatei vorhanden]

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