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Servosteueranlage für Straßenfahrzeuge zum Verstellen der lenkbaren
Räder des Fahrzeugs Die Erfindung betrifft eine Servosteueranlage für Straßenfahrzeuge
mit einem von Hand betätigten Steuerorgan und einem mit diesem verbundenen Servo
zum Verstellen der lenkbaren Räder des Fahrzeugs abhängig von der Verlagerung des
Steuerorgans.
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Bei Kurvenfahrt kann abhängig von der Fahrgeschwindigkeit und der
Größe des Einschlages der Räder eine so große Querbeschleunigung auftreten, daß
das Fahrzeug ins Rutschen gerät. Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Anlage,
die das Fahrzeug in diesem Falle selbsttätig aus den Rutschbedingungen bringt.
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Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch einen mit dem Servo verbundenen
Impulsgeber, dessen Auslaß der Fahrgeschwindigkeit proportional ist und das Ansprechen
des Servo abhängig von der Fahrgeschwindigkeit moduliert, und durch ein Gewicht
am Steuerorgan, das auf Querbeschleunigungen des Fahrzeugs anspricht und der von
Hand auf das Steuerorgan ausgeübten Kraft entgegenwirkt und dieses in einer Richtung
belastet, daß es ein Verstellen der lenkbaren Räder in einer Richtung bewirkt, bei
der die Querbeschleunigung des Fahrzeugs verringert wird. Da das Gewicht am Steuerorgan
der vom Fahrer ausgeübten Kraft entgegenwirkt, empfindet dieser die Kraft und erhält
dadurch ein Gefühl über die Lenk- und Betriebsverhältnisse des Fahrzeugs.
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Bekannt ist eine Steueranlage, bei der das Steuerorgan sowohl in Querrichtung
des Fahrzeugs zum Lenken als auch in Längsrichtung des Fahrzeugs zur Beschleunigung
des Fahrzeugs bewegbar ist. Diese rein mechanisch aufgebaute Anlage überträgt aber
ausschließlich die vom Fahrer ausgeübte Kraft auf die zu betätigenden Organe, wird
aber durch die Fahrgeschwindigkeit bzw. die Querbeschleunigungen nicht beeinfiußt,
so daß die Möglichkeit des seitlichen Rutschens des Fahrzeugs besteht.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das
Steuerorgan in bekannter Weise in Querrichtung des Fahrzeugs zum Lenken und gleichfalls
in bekannter Weise in Längsrichtung des Fahrzeugs zum Regeln der Beschleunigung
des Fahrzeugs bewegbar ist, wobei das Gewicht auf die Längsbeschleunigungen anspricht
und das Steuerorgan in eine Richtung zu bewegen sucht, in der die Längsbeschleunigung
verringert wird.
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Hierbei ist es vorteilhaft, wenn das Gewicht am freien Ende des Steuerorgans
befestigt ist, so daß Beschleunigungen des Fahrzeugs in jeder Richtung das Steuerorgan
infolge der Trägheit des Gewichts zu drehen suchen und dadurch eine der Beschleunigung
entgegengesetzte Steuerwirkung auslösen. Ferner wird vorgeschlagen, daß der Servo
über einen Verstärker umgekehrt zur Fahrgeschwindigkeit durch Impulse eines Drehzahlmessers
gesteuert wird, um bei einer bestimmten Stellung des Steuerorgans eine konstante
Querbeschleunigung des Fahrzeugs unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit aufrechtzuerhalten,
wobei zweckmäßig eine Rückkopplung von der Lenkanlage zum Verstärker vorgesehen
ist, die den Impuls zum Servomotor zum Verschwinden bringt, wenn die gewünschte
Fahrtrichtung erreicht ist. Schließlich wird bei einer Servosteueranlage der letztgenannten
Art mit einem Servo zur Steuerung der Motordrossel vorgeschlagen, daß dieser Servo
von einem Verstärker gesteuert wird, der die Impulse summiert, die er von einem
Drehzahlmesser und einer auf die Stellung des Steuerorgans ansprechenden Einrichtung
erhält, um die Fahrgeschwindigkeit bei einer bestimmten Stellung des Steuerorgans
konstant zu halten.
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In der Zeichnung ist Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Bedienungsanlage
für Straßenkraftfahrzeuge nach der Erfindung und Fig. 2 eine perspektivische Ansicht
des Bedienungsgliedes und dessen Lagerung, das in der Anlage gemäß Fig. 1 verwendet
ist.
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Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Anlage enthält eine zusammengefaßte
Bedienungsvorrichtung 12,
die .arbeitsmäßig mit einer Lenkservoanlage
13, einer Drosselklappenservoanlage 16 und einer Bremsenservoanlage 18 verbunden
ist, welche die Bedienung des Fahrzeugs bewirken.
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Die Bedienungsvorrichtung 12 besteht, wie Fig. 2 zeigt, aus einem
Bedienungshebel 14 mit einem Knopf 26, der auf einer Querachse 20 sitzt, welche
in einem Kardanring 22 gelagert ist. Das als Hebel ausgebildete Bedienungsglied
14 und der Kardanring 22 sind federbelastet, so daß der Bedienungshebel normalerweise
in einer senkrechten Lage gehalten wird. Es ist auch vorteilhaft, Dämpfer vorzusehen,
um Schwingungen des Bedienungshebels 14 und des Kardanringes 22 auf ein Mindestmaß
zu beschränken. Der Kardanring 22 ist in zwei Zapfen 24 gelagert, die senkrecht
zur Querachse 20 liegen, so daß der Bedienungshebel 14 in jeder Richtung geschwenkt
werden kann. Im Ausfühführungsbeispiel liegt die Querachse 20 quer zum Fahrzeug,
während die Achsen der Zapfen 24 in der Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet sind.
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Die Querachse 20 hat zwei Abtaster, die auf Relativbewegungen zwischen
der Querachse 20 und dem Kardanring 22 ansprechen. Diese Abtaster sind vorteilhaft
Potentiometer 28 und 30, von denen das eine mit der Drosselklappenservoanlage 16
und das andere mit der Bremsenservoanlage 18 verbunden ist. Die Abtaster 28 und
30 sind so eingestellt, daß bei lotrechter Stellung des Bedienungshebels 14 die
Drosselklappenservoanlage und die Bremsenservoanlage nicht betätigt werden. Wird
der Bedienungshebel 14 nach vorn bewegt, so liefert das Potentiometer 28 einen Impuls
zur Betätigung des Drosselklappenservos 16, so daß die Drosselklappe der Antriebsmaschine
proportional der Vorwärtsbewegung des Bedienungshebels 14 geöffnet wird. Bei dieser
Bewegung bleiben die Bremsen unwirksam. Wird dagegen der Bedienungshebel 14 nach
hinten bewegt, so liefert das Potentiometer 30 einen Impuls, um den Servo 18 der
Bremsen proportional der Bewegung des Bedienungshebels fortschreitend zu betätigen,
wobei die Drosselklappe in ihrer Leerlaufstellung verbleibt. Der Bedienungshebel
14 kann hierbei vorwärts oder rückwärts geschwenkt werden, ohne in irgend einer
Weise die Lage des Kardanringes 22 zu beeinflussen.
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Mit einem der Zapfen 24 ist arbeitsmäßig ein Ab-Laster 32 verbunden,
der auf Bewegungen des Kardanrings 22 um die Längsachse anspricht. Dieser Abtaster
ist vorteilhaft ein ausgeglichenes Potentiometer mit einer verstellbaren Mittelanzapfung,
so daß bei waagerechter Lage des- Kardanringes 22 vom Poten- ; tiometer 32 kein
Impuls geliefert wird. Eine Verschwenkung des Bedienungshebels 14 nach links oder
rechts und die dadurch bedingte Schwenkbewegung des Kardanringes 22 ergibt je nach
der- Richtung einen positiven oder negativen Impuls, dessen Größe der Verschwenkung
des Bedienungshebels 14 proportional ist.
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Die Mittelanzapfung des Potentiometers 32 ist mit einem veränderlichen
Vorverstärker 34 verbunden (Fig. 1). Der Auslaß dieses Verstärkers 34 ist
mit einer geschlossenen Servoeinstellvorrichtung verbunden, die einen summierenden
Verstärker 36, eine Servoanlage 38, eine Lenkanlage 40 und einen rückgekoppelten
Abtaster 42 enthält. Der Abtaster 42 spricht auf die Verschwenkung der lenkbaren
Räder des Fahrzeugs an und liefert einen dieser Verschwenkung proportionalen Impuls,
der in einen zweiten Einlaß des summierenden Verstärkers 36 eingeht. Der Abtaster
42 ist zweckmäßig mit dem Lenkstockhebel der Lenkanlage verbunden, so daß er einen
genau der Verschwenkung der Räder proportionalen Impuls liefert. Die Servoanlage
38 betätigt einen Servomotor der Lenkanlage 40, der die lenkbaren Räder nach Richtung
und Größe des Einschlags entsprechend der Polarität und Größe des Impulses des Potentiometers
32 verschwenkt. Diese Verschwenkung erfolgt solange, bis der Impuls des Abtasters
42, der in den summierenden Verstärker 36 eingeht, gleich dem Auslaß des Vorverstärkers
34 ist. Dann wird der Auslaß des Verstärkers 36 Null, und die erzielte Verschwenkung
der lenkbaren Räder entspricht der Verschwenkung des Bedienungshebels 1.4 in Querrichtung.
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Es kann ferner ein Abtaster 44 vorgesehen sein, der auf die Fahrgeschwindigkeit
anspricht. Dieser Abtaster 44 kann beispielsweise aus einem Tachometer bestehen,
das auf der Getriebeausgangswelle sitzt, so daß es einen Impuls liefert, der der
Fahrgeschwindigkeit proportional ist. Dieser Impuls wird dem Vorverstärker 34 zugeleitet,
so daß die Vorverstärkung abhängig von der Fahrgeschwindigkeit veränderlich ist.
Es wurde als zweckmäßig gefunden, die Vorverstärkung des Verstärkers 34 umgekehrt
proportional dem Quadrat der Fahrgeschwindigkeit zu ändern. Da sich die Querbeschleunigung
des Fahrzeugs bei Kurvenfahrt mit dem Quadrat der Fahrgeschwindigkeit ändert, so
bedingt die Änderung der Empfindlichkeit der Lenkservoanlage umgekehrt proportional
dem Quadrat der Fahrgeschwindigkeit eine bei jeder Verschwenkung des Bedienungshebels
14 zum Lenken im wesentlichen konstante Querbeschleunigung bei allen Fahrgeschwindigkeiten.
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Scharfe Kurven werden normalerweise mit kleiner Geschwindigkeit durchfahren,
während mit steigender Fahrgeschwindigkeit der erforderliche Einschlag der lenkbaren
Räder normalerweise abnimmt. Das Ändern der Lenkübersetzung in Abhängigkeit von
der Fahrgeschwindigkeit ergibt also eine normale Lenkbetätigung, die eine im wesentlichen
konstante Verschwenkungdes Bedienungshebels 14 unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit
erfordert. Dies vermeidet den Aufwand übermäßiger Lenkkraft bei kleiner Fahrgeschwindigkeit
und ermöglicht ein feinfühliges Stuern bei größeren Fahrgeschwindigkeiten.
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Falls es gewünscht ist, kann der der Fahrgeschwindigkeit proportionale
Impuls auch in einen summierenden Verstärker 46 in der Drosselklappenservoanlage
eingeführt werden, so daß die vom Bedienungsimpuls eingestellte Drosselklappenstellung
vom Fahrgeschwindigkeitsimpuls so abgeändert wird', daß bei einer bestimmten Stellung
des Bedienungshebels 14 eine konstante Fahrgeschwindigkeit eingehalten wird.
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Der Knopf 26 am oberen Ende des Bedienungshebels 14 hat eine beträchtliche
Masse, die auf Beschleunigung des Fahrzeugs anspricht. Bei einer Kurvenfahrt versucht
die Querbeschleunigung die Masse 26 und den Bedienungshebel 14 in Querrichtung auf
den Außenrand der Kurve hin zu bewegen. Diese Fliehkraft wirkt der vom Fahrer aufgewendeten
Kraft entgegen und versucht somit den Einschlag der lenkbaren Räder zu verringern.
Wird die Querbeschleunigung des Fahrzeugs groß genug, um dieses zum Rutschen zu
bringen, so wird beim Loslassen des Bedienungshebels 14 die Masse 26 eine korrigierende
Lenkwirkung ausüben, die selbsttätig das Fahrzeug aus den Rutschbedingungen bringt.
Da die Masse 26 der vom Fahrer ausgeübten Kraft entgegenwirkt, und
zwar
abhängig von jeder Beschleunigung des Fahrzeugs, empfindet der Fahrer diese Gegenkräfte
und erhält dadurch ein Gefühl über die Lenk- und Betriebsverhältnisse des Fahrzeugs.
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Eine Notsteueranlage 48 kann parallel zur Lenkservoanlage 13 vorgesehen
sein, so daß bei unerwartetem Ausfall der letzteren die Notsteueranlage
48
selbsttätig oder von Hand eingeschaltet werden kann, um dem Fahrer die
Beherrschung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Diese Anlage 48 ist vorteilhaft eine
einfache Steuerung, .die den Lenkservomotor betätigt, bis der Impuls des Potentiometers
32 gegen den Impuls des Abtasters 42 ausgeglichen ist.