DE3446881C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeuges gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispielsweise aus den Druckschriftend JP-A 59 26 364 und DE 31 24 181 A1 hervorgeht.

Insbesondere wird bei dieser Lenkungsvorrichtung das Hinterrad bei relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten in der entgegengesetzten Richtung zum Vorderrad oder im wesent­ lichen bei einem Winkel von Null Grad, und bei relativ hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten in der gleichen Richtung wie das Vorderrad gelenkt. Das Lenkwinkelverhältnis bzw. gesteuerte oder gelenkte Winkelverhältnis ist als eine kontinuierliche Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ge­ geben, die repräsentiert ist durch eine Kurve Q₃ : γ = f₃ (V) in Fig. 5, derart, daß für eine willkürliche Fahrzeug­ geschwindigkeit V, die höher ist als eine vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit d₁, ein positives Winkelverhält­ nis γ gegeben ist, d. h. daß die Vorder- und Hinterräder in der gleichen Richtung gelenkt werden. Für eine will­ kürliche Fahrzeuggeschwindigkeit V, die kleiner ist als die vorbestimmte Fahrzeuggeschwindigkeit d₁, ist ein ne­ gatives Winkelverhältnis γ gegeben, d. h. diese Räder wer­ den in der zueinander entgegengesetzten Richtung gelenkt. Hierdurch wird eine kontinuierliche Steuerung des Lenkwinkelver­ hältnisses erzielt, die von einer niedrigen Geschwin­ digkeit bis zu einer hohen Geschwindigkeit reicht. Eine Folge davon ist, daß bei relativ niedrigen Fahrzeugge­ schwindigkeiten sowohl der minimale Kurven- oder Wendera­ dius des Fahrzeugs als auch die innenseitige Radspannwei­ te beträchtlich reduziert werden, zusätzlich zu günstigen und vorteilhaften Erleichterungen, die bei den Fahrzeug­ dreh- oder -wendearten, beispielsweise beim Einparken, bei der Fahrt entlang einer engkurvigen Straße und bei der Aus­ führung einer U-Wende erzielbar sind. Außerdem kann die Lenkempfindlichkeit bei relativ hohen Fahrzeuggeschwindig­ keiten sehr verbessert werden.

Bei einem Fahrzeug mit einer solchen Lenkvorrichtung wird ein Hinterrad automatisch so gesteuert, daß es ein Lenkwinkel­ verhältnis γ zum Vorderrad aufweist, das durch eine gege­ bene Funktion f₃(V) entsprechend der Fahrzeuggeschwindig­ keit V bestimmt ist.

Unter besonderen Bedingungen jedoch, beispielsweise auf einer Autobahn, die im wesentlichen gerade verläuft, werden selten engkurvige Operationen benötigt, so wie bei einem Fahrbahnwechsel, selbst wenn das Fahrzeug zu einer Bewegung mit niedriger Geschwindigkeit gezwungen wird, bei­ spielsweise bei einem Verkehrschaos.

Bei einer z. B. in der DE-OS 34 38 084 beschriebenen Lenk­ vorrichtung ist das Lenkwinkelverhältnis der Hinterräder in bezug auf die Vorderräder unabhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder vom Lenkwinkel des Vorder­ rades auf feste Werte änderbar, wenn eine Verstellung von Hand erforderlich ist, beispielsweise beim Einparken o. dgl. Unnötige Betätigungen bei Änderungen im Lenkwinkel des Hin­ terrades, wie sie beispielsweise bei hohen oder mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten auftreten können, werden vermie­ den, indem ab Überschreiten einer bestimmten Fahrzeug­ geschwindigkeit eine Betätigung der Verhältnisänderungs­ einrichtung verhindert wird.

In der DE-OS 31 24 821 ist eine Vor­ richtung zur Lenkung eines Fahrzeuges beschrieben, die ein Stellglied zur Änderung eines Lenkwinkelverhältnisses der Hinterräder in bezug auf die Vorderräder, eine Steuerein­ richtung zur Steuerung der Verhältnisänderungseinrichtung, eine Verhältniserfassungseinrichtung und eine Geschwin­ digkeitserfassungseinrichtung zur Erfassung einer Fahrzeug­ geschwindigkeit des Fahrzeuges aufweist, wobei die Ge­ schwindigkeitserfassungseinrichtung mit der Steuerein­ richtung zusammenarbeitet. Ein wesentliches Merkmal der bekannten Lenkungsvorrichtung besteht darin, daß der Len­ kungseinschlag der Hinterräder dem Lenkeinschlagwinkel der Vorderräder mit einem Proportionalitätsverhältnis nach­ geführt wird, wobei das eingestellte Verhältnis der Ein­ schlagwinkel eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Das Verhältnis ist ferner so bestimmt, daß für langsame Fahrzeuggeschwindigkeiten ein negatives Winkelverhältnis vorliegt, d. h. daß die Räder der Vorder- und Hinterachse in zueinander entgegengesetzter Richtung gelenkt sind. Bei ho­ hen Geschwindigkeiten hingegen ist ein positives Winkel­ verhältnis vorgegeben. Bei der bekannten Lenkvorrichtung besteht jedoch keine Möglichkeit, diese Lenkwinkelver­ hältnis-Funktion entsprechend den Wünschen des Fahrers be­ einflussen bzw. vorwählen zu können.

Aus der DE-OS 31 24 181 ist eine Vor­ richtung zur Lenkung eines Fahrzeuges bekannt, die dem Fahrer das Steuern des Fahrzeuges erleichtern soll. Zu diesem Zweck ist es insbesondere vorgesehen, daß der Fahrer mittels einer Steuereinrichtung von häufigen Lenkbetä­ tigungen befreit ist. Die Steuereinrichtung umfaßt ver­ schiedene, wählbare Betriebsmodule, die durch einen Steuer­ schalter betätigbar sind. Jedes Betriebsmodul ist einer speziellen Fahrsituation angepaßt und entspricht z. B. der Fahrgeschwindigkeit, dem Fahrbetrieb und der Steuerung der Fahrrichtung. Durch Auswahl entsprechender Betriebsmodule kann der Lenkwinkel der Räder abhängig vom Lenkausschlag des Lenkrades unterschiedlich sein. Dieser Winkel ändert sich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Fahrer eines mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ausgestatteten Fahrzeugs einen größeren Komfort zu bieten.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß der Fahrer des Fahrzeuges die Lenkeigenschaften entsprechend seinen Wünschen ändern kann. Unter mehreren Steuermodi für das Lenkwinkelverhältnis kann manuell eine Aus­ wahl getroffen werden, wobei für jeden gewählten Steuermodus die Steuerung des Lenkwinkelverhältnisses in Übereinstim­ mung mit einer von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängigen Funktion erfolgt. Um die Fahreigenschaften durch eine Aus­ wahl der Lenkungseigenschaften des Fahrzeuges nicht nach­ teilig zu beeinflussen, ist außerdem vorgesehen, daß ein Steuersignal zur Verhältnisänderung bei Wechsel von einem zu einem weiteren der Steuermodi mit Zeitverzögerung und allmählichem Übergang erfolgt.

Das Lenkwinkelverhältnis könnte dann bei niedrigen Geschwindigkei­ ten des Fahrzeugs negativ eingestellt werden, wodurch bei­ spielsweise bei einem Wendemanöver sehr kleine Drehungen ermöglicht sind, und bei mittleren Geschwindigkeiten und auch bei höheren Geschwindigkeiten kann es bis zu einem gewissen Grad nicht nur positiv, sondern auch etwa negativ eingestellt werden, um dadurch die Lenkeigenschaften mit einem sportli­ chen Charakter zu versehen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die obigen und weitere Merkmale, Eigenschaften und Vor- teile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevor­ zugten Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefüg­ ten Zeichnungen. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Dar­ stellung einer Grundstruktur eines mit einer Lenkvorrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgerüste­ ten Fahrzeugs;

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils eines Hinter­ radlenkmechanismus der Lenkvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3a bis 3c schematische teilweise Rückansichten zur funktionellen Beschreibung des Hin­ terradlenkmechanismus nach Fig. 2;

Fig. 4 ein funktionelles Blockdiagramm eines Steuerteils der Lenkvorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 5 ein Kurvendiagramm, in dem jeweilige charakteristische Funktionen mehrerer Verhältnissteuermodi des Steuerteils nach Fig. 4 aufgezeichnet sind;

Fig. 6 ein Kurvendiagramm, welches die Relation zwischen einem Lenkwinkelverhältnis und der Verzögerungszeit für typische Steuer­ moduswechsel des Steuerteils nach Fig. 4 zeigt;

Fig. 7 ein schematisches Flußdiagramm eines Programms für ein Mikrocomputersystem des Steuerteils nach Fig. 4; und

Fig. 8 ein Kurvendiagramm, in welchem jeweilige charakteristische Kurven von verschiede­ nen Steuermodi eines Lenksystems für Fahrzeuge gemäß eines modifizierten Bei­ spiels der bevorzugten Ausführungsform aufgezeichnet sind.

Im folgenden wird eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Sie umfaßt einen Basisaufbau, der im wesentlichen äquivalent dem oben beschriebenen Stande der Technik aufgebaut ist. Die Fig. 1 und 2 zeigen die Anordnung des grundlegenden Aufbaus einer Lenkvorrichtung, deren Funktion später in Verbindung mit den Fig. 3a bis 3c detailliert beschrieben wird.

Es wird zuerst auf Fig. 1 Bezug genommen. Dort ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Lenkrad bezeichnet. Das Lenkrad 1 ist an dem oberen Ende einer Lenkwelle 2 befestigt, die am unteren Ende in einen Getriebekasten 3 vom Zahnstangen­ und Ritzeltyp eingebaut ist. Der Getriebekasten 3 weist einen Zahnstangenschaft 4 auf, dessen Querenden durch zwei Spurstangen 5, 5 mit jeweils einem von zwei Achsschenkeln 6, 6 verbunden sind, von denen jeder eines von zwei Vorderrädern 7, 7 trägt, die in der gleichen Richtung wie das Lenkrad 1 aus­ gelenkt werden. So ist ein wohlbekannter Steuerrad­ lenkmechanismus aufgebaut.

Der Getriebekasten 3 weist außerdem eine Zahnradwelle 8 für ein kleines Zahnrad auf, die von ihm nach hinten ragt und am hinteren Ende durch ein Universalgelenk 9 mit dem vorderen Ende einer relativ langen Verbindungswelle 10 verbunden ist, die ihrerseits an ihrem hinteren Ende mit einer Eingangswelle 12 eines Hinterradlenkmechanismus verbunden ist, wobei die Eingangswelle 12 sich längs der zentralen Längslinie bzw. -achse eines nicht dargestellten Fahrzeugkörpers erstreckt und mittels eines an dem Fahr­ zeugkörper befestigten Lagerträgers 13 drehbar gehalten ist. Das hintere Ende der Eingangswelle 12 ist durch ein Gabelgelenk 14 mit einer schwenkbaren Welle 15 verbunden, auf deren hinterem Teil ein Verbindungsglied 16 lose auf­ gesetzt ist. Das Verbindungsglied 16 ist an jedem seiner Querenden durch jeweils eines von zwei Kugelgelenken 17, 17 mit dem inneren Ende jeweils einer von zwei Spurstan­ gen 18, 18 verbunden. Ferner ist es am mittleren Teil eines Armelements 21 befestigt, das sich in Querrrich­ tung zum Fahrzeug erstreckt. Die Spurstangen 18, 18 sind jeweils an ihren äußeren Enden mit jeweils einem von zwei Achsschenkeln 19, 19 verbunden, von denen jeder ein Hin­ terrad 20, 20 hält.

Nach Fig. 2 ist das Armelement 21 am rechten Ende durch eine Verbindungsplatte 22 und einen Träger 23 am Fahrzeug­ körper aufgehängt, so daß es in einer vertikalen Ebene senkrecht zur zentralen Längslinie des Fahrzeugs ver­ schwenkbar ist, wobei die Ebene dadurch das Armelement 21 im wesentlichen enthält, und daß es in der Längsrichtung des Fahrzeugs etwas beweglich ist. Auch am linken Ende ist das Armelement 21 durch eine Verbindungsplatte 24, ein Verbindungsglied 25 und einen Träger 26 am Fahrzeugkörper aufgehängt und dadurch so ausgebildet, daß es in der ver­ tikalen Ebene verschwenkbar und in Längsrichtung des Fahr­ zeugs etwas bewegbar ist. Am Verbindungsglied 25 ist eine Drehachse 27 befestigt, auf der ein Träger 26 drehfest auf­ gebracht ist, der sich mit der Drehachse dreht. Auf einem mittleren Teil der Drehachse 27 ist ein Zahnsektor 28 be­ festigt, der mit einer Schnecke 31 kämmt, die an einer in Querrichtung zum Fahrzeugkörper sich erstreckenden Ab­ triebswelle 30 eines auf dem Fahrzeugkörper befestigten Elektromotors 29 ausgebildet ist.

Außerdem ist auf dem Fahrzeug ein Mikrocomputer 32 be­ festigt, der ein später beschriebenes Fahrzeuggeschwindig­ keitssignal von einem die Fahrzeuggeschwindigkeit erfas­ senden Geschwindigkeitssensor 33 und ein später beschrie­ benes Lenkwinkelverhältnissignal von einem Armpositions­ sensor 34 empfängt, der eine Steuerposition des Armglie­ des 21 durch Abtastung einer Winkelverschiebung der Dreh­ achse 27, d. h. des Verbindungsgliedes 25, erfaßt. Der Com­ puter 32 ist so ausgebildet, daß er dem Motor 29 ein spä­ ter beschriebenes Steuersignal in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zuführt.

In der oben beschriebenen Anordnung ist mit der schwenkbaren Welle 15, dem Verbindungsglied 16, dem Armelement 21, der Kombination aus der Verbindungsplatte 26 und dem Träger 23 und der Kombination aus der Verbindungsplatte 24, dem Verbindungsglied 25, dem Zahnsektor 28, dem Motor 29 und der Schnecke 31 ein Mechanismus zur Änderung eines Lenk­ winkelverhältnisses der Hinterräder 20, 20 zu den Vor­ derrädern 7, 7 gebildet.

In Verbindung mit den Fig. 3a bis 3c, die schematische Rückansichten darstellen, welche die Positionsverhältnisse zwischen dem Armelement 21, den Verbindungsplatten 22, 24, dem Verbindungsglied 25 und der Drehachse 27 als wesent­ liche Teile des genannten Verhältnisänderungsmechanismus des Lenkwinkelverhältnisses q zeigen, wird im folgenden die Funktion des Verhältnisänderungsmechanismus beschrie­ ben, so wie er auf einen später beschriebenen Steuermodus eingestellt ist, welcher der charakteristischen Kurve Q₃ : q = f₃(V) in Fig. 5 entspricht.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich einer vorbe­ stimmten Geschwindigkeit d₁ in Fig. 5 ist, dann weist das Verbindungsglied 16 einen Drehpunkt P auf der Erstreckung einer zentralen Achse O der Eingabewelle 12 auf, wie es in der Fig. 3a dargestellt ist. In einem solchen Fall kann die schwenkbare Welle 15 sich koaxial mit der Eingabewelle 12 drehen, so daß das Verbindungsglied 16 nicht seitlich verschwenkt wird, wodurch sie davon abgehalten ist, die hinteren Spurstangen 18, 18 zu betätigen. Wenn dementspre­ chend das Lenkrad 1 betätigt wird, werden nur die Vorder­ räder 7, 7 gelenkt, die Hinterräder 20, 20 bleiben ganz ungelenkt, ähnlich wie bei einem herkömmlichen Fahrzeug ohne Hinterradsteuermechanismus.

Wenn andererseits die Fahrzeuggeschwindigkeit V niedriger ist als der vorbestimmte Wert d₁, macht der das Fahrzeug­ geschwindigkeitssignal von dem Fahrzeuggeschwindigkeits­ sensor 33 empfangende Computer 32 eine entsprechende Ent­ scheidung, wodurch der Motor 29 von der Zahl der Umdrehun­ gen in Abhängigkeit von der erfaßten Fahrzeuggeschwindig­ keit gesteuert wird, was bewirkt, daß die Schnecke 31 auf der Abtriebswelle 30 des Motors 29 gedreht wird und folg­ lich das in die Schnecke 31 eingreifende Zahnsegment 28 entsprechend gedreht wird. Eine Folge davon ist, daß, wie in Fig. 3b gezeigt, sich das mit dem Zahnsegment 28 ganz mitdrehende Verbindungsglied 25 um die Drehachse 27 nach abwärts geschwenkt wird, wodurch die Verbindungsplatte 24 niedergebracht wird so, daß das Armelement 21 an seinem linken Ende nach unten geht, d. h. daß das Armelement 21 in Fig. 3b um sein rechtes Ende im Gegenuhrzeigersinn in eine auf der linken Seite abgesenkte Position verschwenkt wird, wodurch negative Werte des Lenkwinkelverhältnisses γ erhalten werden. Insbesondere liegt, weil das Armelement 21 sich in einer solchen links abgesenkten Position be­ findet, der Drehpunkt P des Verbindungsgliedes 16 unter der zentralen Achse O der Eingangswelle 12, und deshalb bewegen sich bei Betätigung des Lenkrades 1 beispielsweise so, daß sich die Eingangswelle 12 im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkel ϑ₁ dreht, die mit dem Verbindungsglied 16 verbundenen Spurstangen 18, 18 in Richtung eines Pfeiles a₁, d. h. nach rechts. Dies bewirkt, daß die Hin­ terräder 20, 20 in der zu den Vorderrädern 7, 7 entgegen­ gesetzten Richtung gelenkt werden, wobei das Lenkwinkel­ verhältnis γ in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwin­ digkeit V kontinuierlich variiert wird, beispielsweise so, daß γ = f₃(V) gilt.

Im Gegensatz dazu bewirkt der Computer 32 dann, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit höher ist als der vorbestimmte Wert d₁, daß sich der Motor 29 entsprechend der Fahrzeug­ geschwindigkeit umgekehrt dreht. Eine Folge davon ist, daß, wie in Fig. 3c gezeigt, das Armelement 21 auf der rechten Seite abgesenkt ist, wodurch positive Werte des Lenkwinkel­ verhältnisses γ erhalten werden. Wenn demgemäß das Lenkrad 1 so betätigt wird, daß sich die Eingangswelle 12 ähnlich wie im Fall der Fig. 3b im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkel ϑ₁ dreht, bewegen sich die mit dem Verbindungs­ glied 16 verbundenen Spurstangen 18, 18 in der Richtung eines Pfeiles a₂, d. h. nach links. Dies bewirkt, daß die Hinterräder 20, 20 in der gleichen Richtung wie die Vorderräder 7, 7 gelenkt werden, wobei das Lenkwinkel­ verhältnis γ noch kontinuierlich entsprechend der Fahr­ zeuggeschwindigkeit V variiert, beispielsweise so, daß γ = f₃(V) gilt.

Im übrigen umfaßt der Computer 32 ein Mikrocomputersystem, das mehrere nicht dargestellte integrierte Schaltkreise, beispielsweise eine CPU, einen ROM, einen RAM und mehrere periphere Schnittstellen aufweist, aber nicht darauf be­ schränkt ist.

Im folgenden wird sowohl die Anordnung als auch die Funk­ tion eines wesentlichen Teils der Lenkvorrichtung entsprechend der bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 4 bis 7 beschrieben.

Nach Fig. 2 ist der Rechner bzw. Computer 32 mit einer manuell betätigbaren Modusauswahleinrichtung 35 in Form einer Schaltereinrichtung verbunden, die eine Gruppe von in einer Linie angeordneten Druck­ knöpfen 36 bis 41 aufweist. Die Schaltereinrichtung 35 ist auf einer nicht dargestellten Instrumententafel bzw. einem Armaturenbrett des Fahrzeugs befestigt und so ausgebildet, daß ein beliebiger von später beschriebenen sechs Steuermodi exklusiv auswählbar ist, wobei in jedem dieser Steuermodi das Lenkwinkelverhältnis γ entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit in Abhängig­ keit von einer zugeordneten von sechs charakteristischen Funktionen f _i (V) variierbar ist, wobeil der Index i eine beliebige ganze Zahl von 1 bis einschließlich 6 ist. Zur Bequemlichkeit der Betätigung sind die sechs Druckknöpfe 36 bis 41 so aus­ gebildet, daß die charakteristischen Funktionen f₁(V) bis f₆(V) in einer eindeutigen Zuordnung in dieser Reihenfolge auswählbar sind.

Nach Fig. 4 wird das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal, von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 in den Computer 32 als Geschwindigkeitsdatensignal u eingegeben, welches, eine erfaßte besondere Fahrzeuggeschwindigkeit V darstellt, wobei das Signal u durch einen Umwandlungsprozeß A ver­ arbeitet wird, um ein ideales Lenkwinkelverhältnis q _t zu bestimmen, das von einer vorher ausgewählten der charakte­ ristischen Funktionen f _i (V) abhängt. Insbesondere sind in einem Speicher des Compters 32 als charakteristische Daten B für die Umwandlung A ein Satz idealer Lenkwinkelverhält­ nisse γ _t gespeichert, die durch die charakteristischen Funktionen f _i (V) vorbestimmt sind. Daher kann bei dem Um­ wandlungsprozeß A von dem Geschwindigkeitsdatensignal u ein zugeordnetes der idealen Lenkwinkelverhältnisse γ _t erhal­ ten werden, wenn durch Drücken eines der Druckknöpfe 36 bis 41 der Schaltereinrichtung 35 ein besonderer Steuermodus ausgewählt ist, der einer der charakte­ ristischen Funktionen f _i (V) zugeordnet ist. In dieser Hin­ sicht wird dem Computer 32 für die Anwendung in dem Umwand­ lungsprozeß A von der Schaltereinrichtung 35 ein Daten­ signal w eingegeben, das einen besonderen Zustand der Schalteinrichtung 35 darstellt, so wie er ausgewählt worden ist.

Andererseits wird das Lenkwinkelverhältnissignal von einem Armpositionssensor 34, welcher die Winkelverschiebung des Verbindungsgliedes 25 entsprechend einem tatsächlichen Lenkwinkelverhältnis q _a des Fahrzeugs abtastet, in den Computer 32 als ein Verhältnisdatensignal y eingegeben, wel­ ches einen besonderen Wert des tatsächlichen Lenkwinkel­ verhältnisses γ _a darstellt, so wie es erfaßt ist. Das Signal y wird dabei einem Vergleichsprozeß C unterworfen bei dem das tatsächliche Lenkwinkelverhältnis q _a mit dem idealen Lenkwinkelverhältnis γ _t , so wie es sich aus dem Umwandlungsprozeß A ergibt, verglichen wird, um dadurch eine relative Differenz Δγ zwischen den Verhältnis­ sen γ _a und γ _t zu erhalten.

Die Verhältnisdifferenz Δγ ist eine Quantität, um die das tatsächliche Lenkwinkelverhältnis γ _a zu korrigieren ist, wobei es erwünscht ist, daß eine solche Korrektur über eine adäquate Zeitperiode kontinuierlich bewirkt wird, um im Hinblick auf die Größe sowohl der Verhältnisdiffe­ renz Δγ als auch der Fahrzeuggeschwindigkeit V empirisch bestimmt zu werden.

In dieser Hinsicht wird in dem Computer 32 ein Datensignal, welches einen besonderen Wert der Verhältnisdifferenz Δγ darstellt, einem Verzögerungsprozeß D unterworfen, bei dem es so verzögert wird, daß es aus dem Computer 32 in Form eines asymptotisch sich ändernden Ausgangssignals z über einer gegenüber der später beschriebenen Verzögerungszeit T gestreckten Zeitperiode ausgegeben wird.

Wenn insbesondere die Schaltereinrichtung 35 so betä­ tigt wird, daß der Steuermodus wechselt, dient der Verzögerungsprozeß D zur graduellen Ausgabe des Aus­ gangssignals z über die Verzögerungszeit T, wobei das Ausgangssignal z eine Korrekturgröße darstellt, die von der Differenz zwischen dem Lenkwinkelverhältnis γ unmittel­ bar vor der Moduswechseloperation und jenem Verhältnis, das schließlich danach zu setzen ist, abhängt.

Das Ausgabesignal z des Computers 32 wird in einen Ausgabe­ steuerschaltkreis 42 eingegeben, wo es durch einen nicht dargestellten Digital-Analog-Wandler umgewandelt und durch einen nicht dargestellten Verstärker verstärkt wird, um ein dem Motor 29 zuzuführendes Steuersignal s zu erhalten, so daß der Motor 29 entsprechend der asymptotischen Ände­ rung des Ausgangssignals z gesteuert wird.

Eine Folge davon ist, daß auch dann, wenn der Steuermodus durch Betätigung der Schaltereinrichtung 35 gewechselt wird, das Lenkwinkelverhältnis γ nicht plötzlich, sondern allmählich mit der Zeit, von einem Wert un­ mittelbar vor der Operation auf einen Wert variiert wird, der durch die eine der charakteristischen Funktionen f₁(V) gegeben ist, die dem ausgewählten Steuermodus entspricht.

Die charakteristischen Funktionen f₁(V) nach Fig. 5 sind durch die Schaltereinrichtung 35 mit den Druckknöpfen 36 bis 41 exklusiv oder alternativ auswählbar, so daß ein frei gewählter der sechs Steuermoden für die Steuerung des Lenkwinkelverhältnisses γ wie vorstehend be­ schrieben hergestellt wird. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird bei einem Steuermodus, welcher der charakteristischen Funktion f₁(V) entspricht, das Lenkwinkelverhältnis in ei­ nem positiven Bereich auch dann nicht groß, wenn die Wer­ te der Fahrzeuggeschwindigkeit V relativ groß sind, so daß sich die Lenkcharakteristik sportlich anfühlt. Im Ge­ gensatz dazu wird in einem Steuermodus, welcher der charak­ teristischen Funktion f₆(V) entspricht, das Lenkwinkelver­ hältnis γ auch dann positiv, wenn die Fahrzeuggeschwindig­ keit V relativ niedrig ist, wodurch der Lenkeigenschaft ein mildes Gefühl gegeben wird. Wie zuvor beschrieben, wird beim Standardsteuermodus, welcher der charakteristischen Funktion f₃(V) entspricht, die als eine charakteristische Kurve Q₃ aufgezeichnet ist, das Lenkwinkelverhältnis γ bei dem vorbestimmten Wert d₁ der Fahrzeuggeschwindigkeit V Null. Ähnlich wird bei einem Steuermodus unter einer cha­ rakteristischen Funktion f₂(V) und bei dem Steuermodus un­ ter der Funkfion f₁(V) das Verhältnis γ bei der Fahrzeug­ geschwindigkeit d₂ bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit d₃ Null. Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, verlaufen nach Aufzeichnung die charakteristischen Kurven der charakteristischen Funk­ tionen f₁(V) bis f₆(V) so, daß sie sich in der gleichen Ordnung Seite an Seite erstrecken, einschließlich der charakteristischen Kurve Q₃. Wenn man den Verhältniszwi­ schenraum zwischen jeweils zwei benachbarten der sechs charakteristischen Kurven bei einer beliebigen Fahrzeug­ geschwindigkeit V mit γ _p ansetzt, so gilt für jeden Modus wechsel zwischen zwei solchen Kurven, daß die Verhältnis­ differenz Δγ = γ _p ist.

Fig. 6 zeigt eine Aufzeichnung von drei typischen charakteristischen Kurven X₁ bis X₃ des Verzögerungspro­ zesses D im Computer 32, die entsprechende Variationen des Lenkwinkelverhältnisses γ, sowie es in der Zeit T von Null auf q _p korrigiert wird, in typischen Wechseln des jeweiligen Steuermodus zeigt. Die Kurve X₁ zeigt die Entwicklung einer solchen Variation oder Ände­ rung in einem Moduswechsel von f₃(V) nach f₄(V) bei der Fahrzeuggeschwindigkeit d₁. Auf ähnliche Weise entsprechen die Kurven X₂ und X₃ Moduswechseln von f₂(V) nach f₃(V) bzw. von f₁(V) nach f₂(V) bei den Fahrzeuggeschwindigkei­ ten d₂ bzw. d₃.

Wie aus der Fig. 6 hervorgeht, hängt die Verzögerungszeit T, die dazu notwendig ist, eine Verhältniskorrektur von einem unmittelbar vor der Korrektur gesetzten Lenkwinkel­ verhältnis γ₁ auf ein Lenkwinkelverhältnis γ₂ durchzuführen, das nach der Korrektur schließlich einzustellen ist, zu von der Fahrzeuggeschwindigkeit V so ab, daß für eine glatte oder gerade Größe der Verhältnisdifferenz |Δγ| = |γ₁- γ₂|, die Verzögerungszeit T zunimmt, wenn die Fahrzeugge­ schwindigkeit V größer wird. In Fig. 6 entspricht die Verhältnisdifferenz Δγ dem Verhältniszwischenraum γ _p zwi­ schen jeweils benachbarten charakteristischen Kurven. Die Korrektur des Lenkwinkelverhältnisses γ mit dem Computer 32 wird deshalb langsamer bewirkt, als die Fahrzeuggeschwin­ digkeit V zunimmt.

Die jeweiligen Prozesse im Computer 32, einschließlich des Verzögerungsprozesses D werden sequentiell ausgeführt, ent­ sprechend einem Programm, das in einen ROM als den Spei­ cher des Computers 32 eingeschrieben ist. Anders ausge­ drückt, ein Verzögerungseffekt auf dem Ausgangssignal z zur Korrektur des Lenkwinkelverhältnisses γ durch die Ver­ hältnisdifferenz Δγ wird durch eine Software vom Computer 32 ausgeführt. Im Hinblick darauf kann jedoch ein ähn­ licher Effekt außerhalb eines Computers erhalten werden, indem eine freie Verzögerungseinrichtung, beispielsweise ein Tiefpaßfilter oder ein integrierter Schaltkreis, zur Verzögerung eines Ausgangssignals des Ausgabesteuerschalt­ kreises 42 um eine richtige Zeitperiode angewendet wird.

Die Fig. 7 gibt das Konzept eines Flußdiagramms wieder, welches das in dem ROM des Rechners 32 abgespeicherte Programm zeigt.

Nach Fig. 7 startet das Programm bei einem Schritt 50, wenn das Mikrocomputersystem eingeschaltet oder ausge­ schaltet wird, und geht zu einem Einleitungsschritt 51, um periphere Schnittstellen zu veranlassen, die notwendi­ gen Variablen zu setzen.

Danach tritt der Programmfluß in eine Basisschleife ein, die mehrere Schritte 52 bis 62 enthält.

Beim ersten Schritt 52 der Basisschleife wird das Daten­ signal w, welches einen Schalterzustand der Auswahlschal­ tereinheit 35 darstellt, eingegeben, um darauf Daten zu lesen. Bei einem Schritt 53 wird eine der charakteri­ stischen Funktionen f _i (V) entsprechend den Daten des Si­ gnals w ausgewählt. Bei einem darauffolgenden Schritt 54 wird das Geschwindigkeitsdatensignal u, welches einen lau­ fenden Wert V _c der Fahrzeuggeschwindigkeit V darstellt, eingegeben, um die Daten darauf zu lesen, wodurch die lau­ fende Geschwindigkeit V _c erhalten wird. Bei einem nächsten Schritt 55 wird ein Lenkwinkelverhältnis γ _t da­ durch bestimmt, daß die laufende Fahrzeuggeschwindigkeit V _c in die ausgewählte charakteristische Funktion f _i (V) sub­ stituiert wird. Dann wird bei einem Schritt 56 das Verhält­ nisdatensignal y, welches ein tatsächliches Lenkregelver­ hältnis γ _a repräsentiert, eingegeben und die Daten darauf gelesen, wodurch das tatsächliche Verhältnis γ _a erhalten wird.

Bei einem darauffolgenden Schritt 57 wird das tatsächliche Verhältnis q _a mit dem idealen Verhältnis γ _t verglichen und bei einem Entscheidungsschritt 58 wird das Ergebnis dieses Vergleichs abgefragt, um zu entscheiden, ob die Ausgabe des Ausgangssignals z an den Ausgabesteuerschalt­ kreis 42 notwendig ist oder nicht. Wenn eine solche Aus­ gabe als unnötig festgestellt wird, weil das tatsächliche Verhältnis q _a gleich dem idealen Verhältnis γ _t ist, geht der Programmfluß zum ersten Schritt 52 der Basisschleife.

In dem Fall, daß die Ausgabe des Ausgangssignals z beim Schritt 58 als notwendig festgestellt wird, weil sich das tat­ sächliche Verhältnis γ _a von dem idealen Verhältnis q _t unterscheidet, wird bei einem folgenden Schritt 59 das Vorzeichen einer unten beschriebenen Einheitsausgabegröße α(V) als eine eindeutige positive Funktion der Fahrzeug­ geschwindigkeit V, das als Zeichen plus (+) oder minus (-) ausgedrückt ist, entsprechend dem Ergebnis einer Sub­ traktion (γ _a -q _t ) mit plus oder minus identifiziert.

Außerdem wird bei einem Schritt 60 die Einheitsausgabe­ größe α(V) als ein eindeutiger Wert α(Vc) durch Sub­ stitution der laufenden Geschwindigkeit Vc bestimmt. Übri­ gens ist die Einheitsausgabegröße α(V) ein Parameter, der in dem Ausgabesteuerschalterkreis 42 zur Bestimmung der Zahl der Umdrehungen, um die der Motor 29 für die Ver­ hältnissteuerung zu drehen ist, zu verarbeiten ist, wäh­ rend die Drehrichtung des Motors 29 durch das Vorzeichen der Größe oder Quantität α(V) identifiziert wird. In die­ ser Hinsicht ist die Funktion α(V) als eine monoton ab­ nehmende Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit V gegeben. Dann wird beim Schritt 61 die eindeutige Größe α(Vc) zu­ sammen mit dem Vorzeichen als das Ausgangssignal z zum Ausgangssteuerschaltkreis 42 ausgegeben, der seinerseits das Steuersignal s zum Drehen des Motors 29 um eine Ein­ heitswinkelverschiebung ausgibt, die dem Ausgangssignal z entspricht.

Beim letzten Schritt 62 der Basisschleife läuft eine Zeit­ periode von etwa 50 ms ab, bevor der Programmfluß zum ersten Schritt 52 der Basisschleife geht.

Nach der vorstehenden Beschreibung ist einzusehen, daß gemäß der Ausführungsform ein Einheitskorrekturprozeß durch die aus den Schritten 52 bis 62 bestehenden Basis­ schleife zu wiederholen ist, bis das tatsächliche Verhält­ nis γ _a gleich dem idealen Verhältnis γ _t wird. Ein Ergeb­ nis davon ist, daß auch dann, wenn in dem Fall, bei dem bei der Fahrzeuggeschwindigkeit d₃ in Fig. 3 von dem an­ fänglich gesetzten Steuermodus unter f₁(V) der Steuermodus unter f₆(V) einmal vor einem folgenden prompten Wechsel zum Steuermodus unter f₂(V) ausgewählt wird, eine solche ineffektive Tätigkeit vermieden werden kann, daß das Lenk­ winkelverhältnis γ einmal von Null nach dem schließlich beabsichtigten Verhältnis q _p auf einen relativ großen positiven Wert f₆(d₃) anwächst, bevor es nach γ _p zurück­ kehrt.

Bei der vorstehenden Ausführungsform werden die charak­ teristischen Daten B für den Umwandlungsprozeß A in Fig. 4 im voraus in dem Speicher des Computers 32 gespei­ chert. In dieser Hinsicht kann das von den Daten B erhal­ tene ideale Lenkwinkelverhältnis γ _t , um einen effizien­ ten Gebrauch vom Speicher zu machen, durch die Substitution der laufenden Fahrzeuggeschwindigkeit Vc in eine der charakteristischen Funktionen f _i (V), die dann ausgewählt wird, günstig berechnet werden.

Fig. 8 zeigt ein Kurvendiagramm, bei dem jeweils charakteristische Kurven von verschiedenen Kontrollmoden einer Lenkvorrichtung für Fahrzeuge gemäß einem modifizier­ ten Beispiel der bevorzugten Ausführungsform aufgezeich­ net sind, wobei in Relation zur bevorzugten Ausführungs­ form gleiche Gegenstände mit gleichen Bezugszeichen ver­ sehen sind.

Die Lenkvorrichtung gemäß dem modifizierten Beispiel unterschei­ det sich von der bevorzugten Ausführungsform darin, daß ein Lenkwinkelverhältnis γ der Hinterräder zu den Vorder­ rädern exklusiv einen von sechs konstanten Werten k _i un­ beachtet einer Fahrzeuggeschwindigkeit V einnehmen kann, wobei der Index i eine beliebige ganze Zahl zwischen 1 bis einschließlich 6 sein kann, und/oder einen Wert einnehmen kann, der von einer charakteristischen Kurve Q₃ abhängt, die durch eine charakteristische Funktion f₃(V) definiert ist.

Bei dieser Lenkvorrichtung ist ein Computer 32 so ausgebildet, daß er einem Programm folgt, das ähnlich jenem der bevor­ zugten Ausführungsform ist, das aber so modifiziert ist, daß anstelle der Schritte 52 bis 55 nach Fig. 5 eine ein­ zige Prozeßstufe zur Bestimmung eines idealen Lenkwinkel- verhältnisses q _t vorgesehen ist, in dem Fall, wo ein Lenkwinkelverhältnis γ so vorgesehen ist, daß es nur einen beliebigen der sechs Werte k _i annehmen kann, da ein sol­ cher tatsächlich ausgewählter Wert k _i immer gleich dem idealen Verhältnis γ _t ist.

Übrigens ist bei jeder der vorangegangenen Lenkvorrichtungen der im Fahrzeug befestigte Computer 32 verwendet. In dieser Hinsicht kann anstelle des Computers 32 ein elektrischer Schaltkreis angewendet werden, der eine kom­ patible Funktion aufweist.

Darüber hinaus kann anstelle der Schaltereinrichtung 35, die durch die Druckknöpfe 36 bis 41 gebildet ist, eine kontinuierlich veränderbare Schalteinrichtung, bei­ spielsweise vom Gleittyp verwendet werden.

Außerdem kann die vorliegende Erfindung als eine Lenk­ vorrichtung mit von der Lenkung hydraulisch gesteuerten Vorder- und Hinterrädern verkörpert sein, bei dem Daten über einen Lenkwinkel des Vorderrades hydraulisch übertragen werden, oder als Lenkvorrichtung verkörpert sein, bei dem Daten über einen Lenkwinkel eines Vorderrades direkt auf einen Com­ puter mittels eines elektrischen Signals übertragen wer­ den.

Aus der vorangegangenen Beschreibung geht hervor, daß gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Vorderrad und einem Hinterrad vorge­ sehen ist, bei dem das Hinterrad in Relation zu einer Lenk­ operation des Vorderrades derart lenkbar ist, daß ein Lenkwinkelverhältnis des Hinterrades zum Vorderrad ent­ sprechend einer Fahr- oder Reisegeschwindigkeit des Fahr­ zeugs variabel steuerbar ist, wodurch eine beliebige von mehreren charakteristischen Funktionen des Lenkwinkelver- hältnisses durch eine manuelle Betätigung zum Einstellen eines besonderen Lenkwinkelverhältnisses entsprechend der Fahr­ zeuggeschwindigkeit frei auswählbar ist. Als Ergebnis kön­ nen optimale Steuermodi im Hinblick auf den Fahrzustand des Fahrzeugs erzielt werden, die in Über­ einstimmung mit subjektiven Faktoren, beispielsweise der Vorliebe oder der körperlichen Konstitution eines Fahrers während der Fahrt sowie mit objek­ tiven Faktoren, wie beispielsweise Straßenzuständen etwa bei einer Fahrt entlang einer Autobahn aus­ zuwählen sind, wodurch eine komfortable Manövrierbarkeit ermöglicht ist. Es können fundamentale Vorteile der Vorder- und Hinterrad­ steuerung beibehalten werden. Beispielsweise wird die Lenkempfindlichkeit vorteilhaft scharf während der Fahrt bei relativ hohen Geschwindigkeiten, und die Drehbarkeit oder Wendefähigkeit des Fahrzeugs wird bei relativ nie­ drigen Fahrzeuggeschwindigkeiten sehr verbessert. Außerdem wird ein Verzögerungsprozeß verwendet, der es dann, wenn von einem der Steuermodi auf einen anderen gewechselt wird, einen graduellen Übergang des Lenkwinkelverhältnis­ ses ermöglicht. Das Verhältnis zwischen dem gelenk­ ten Winkel des Hinterrades und dem des Vorderrades, d. h. des Lenkwinkelverhältnisses, kann so mit der Zeit allmählich vari­ iert werden, auch dann, wenn eine Modusauswahlein­ richtung während einer Kurvenbewegung betätigt wird, wo­ durch eine günstige und vorteilhafte Lenkungscharakteristik erreicht wird.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Lenkung eines Fahrzeuges mit einer von einem Lenkrad (1) verstellbaren, die Vorderräder (7) auslenkenden Vorderradlenkeinrichtung (2, 3, 4, 5, 6), einer die Hinterräder auslenkenden Hinterradlenkeinrich­ tung (12, 13, 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21), einer Verhält­ nisänderungseinrichtung (21, 22, 24, 25, 27, 28, 29, 31) zur Änderung eines Lenkwinkelverhältnisses (γ) der Hinter­ räder in Bezug auf die Vorderräder, einer Steuereinrich­ tung (32, 42) zur Steuerung der Verhältnisänderungsein­ richtung, einer Verhältniserfassungseinrichtung (34) zur Erfassung des Lenkwinkelverhältnisses, wobei die Verhält­ niserfassungseinrichtung mit der Steuereinrichtung (32, 42) zusammenarbeitet, und einer Geschwindigkeitserfas­ sungseinrichtung (33) zur Erfassung einer Fahrzeugge­ schwindigkeit des Fahrzeugs, wobei die Geschwindigkeitser­ fassungseinrichtung (33) mit der Steuereinrichtung (32, 42) zusammenarbeitet, in der eine Verhältnissteuerung des Lenkwinkelverhältnisses (γ) so bewirkt wird, daß es in Übereinstimmung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit (V) variierbar ist, wobei eine Modusauswahleinrichtung (35) zur beliebigen exklusiven Auswahl eines von mehreren Steuermodi für das Lenkwinkelverhältnis (γ) vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, daß sie manuell betätigbar und operativ mit der Steuereinrichtung (32, 42) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Steuermodus eine Steuerung des Lenkwinkelverhältnisses (γ) zugeordnet ist, derart, daß es in Übereinstimmung mit der Fahrzeugge­ schwindigkeit variierbar ist, und daß eine Zeitverzöge­ rungseinrichtung (D) zur allmählichen Ausgabe eines Steuersignals (s) aus der Steuereinrichtung (32, 42) zur Verhältnisänderungseinrichtung dann vorgesehen ist, wenn von einem der Steuermodi auf einen anderen gewechselt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (32, 42) ein Mikrocomputersystem (32) mit wenigstens einem Speicher für die Steuermodusda­ ten aufweist, wobei die Modusauswahleinrichtung (35) als Auswahlschaltereinrichtung ausgebildet ist und so viele Druckknöpfe (36 bis 41) aufweist, wie Steuermodi vorhanden sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steuereinrichtung (32, 42) ein wenig­ stens mit einem Speicher ausgerüstetes Mikrocomputersystem (32) aufweist, und daß die Zeitverzögerungseinrichtung (D) ein in dem Speicher gespeichertes Programm aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Steuermodus eine charakteristi­ sche Funktion f _i (V) für das Lenkwinkelverhältnis (γ) zugeordnet ist und daß der Abstand benachbarter entspre­ chender charakteristischer Kurven stets gleich (γ _p ) ist.