DE3500904A1

DE3500904A1 - Vorrichtung und verfahren zur beeinflussung der fahrtrichtungshaltung von kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3500904A1
Application number: DE19853500904
Authority: DE
Inventors: Willy 7253 Renningen Stein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-01-12
Filing date: 1985-01-12
Publication date: 1986-07-17
Also published as: DE3500904C2; US4678197A

Description

DR.-iNG. EUGEN MAIER DR.-ING. ECKHARD WOLF

PATENTANWÄLTE

zuGELASSENEVERTRETERVOR dem europäischen Patentamt 3500904

TELEFON. (O711) 242761/2 DRESDNER SANK AG

TELEQRAMME: MENTOR ' STUTTGART NR. 1920534

TELEX: 721512 mwpat d 7 STUTTGART 1, PISCHEKSTR, 19 POSTSCHECK STGT. 2S2OO-7OS

• S-

A 13 047 9.1.1985 ■f - sg

WULy Stein

Kindelbergweg 1

7253 Renningen

Vorrichtung und Verfahren zur Beeinflussung der Fahrtrichtungshaltung von Kraftfahrzeugen

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Beschrei bung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Beeinflussung der FahrrichtungshaLtung von Kraftfahl— zeugen mit mindestens einem nichtangetriebenen Hinterrad.

Ein Fahrzeug sollte so ausgelegt sein, daß es den Lenkbewegungen des Fahrers, der einen gewünschten Kurs einhalten möchte, folgt, und zwar so, daß dem Fahrer die Handhabung leicht fällt. Auf das Fahrzeug wirken jedoch Störkräfte und -momente, die durch Kurvenfahrt, Bremsen, Seitenwind und unterschiedliche Fahrbahnbeschaffenheit entstehen und das Fahrzeug aus der gewünschten Fahrtrichtung abzudrängen versuchen. Die durch die Störkräfte und -momente hervorgerufenen Störbewegungen sollen innerhalb der Reaktionsdauer des Fahrers möglichst klein und leicht korrigierbar sein. In kritischen Situationen, wenn der Fahrer den Grenzbereich der Seitenführungskräfte seines Fahrzeugs durch Überforderung des FahrVerhaltens oder aufgrund einer glatten oder vereisten Fahrbahn verläßt, kommt das Fahrzeug in einen instabilen Zustand der sich meist darin äußert, daß das Fahrzeugheck ausbricht. Um das Fahrzeug wieder in einen stabilen Fahrzu stand zurückzuführen muß der Fahrer sowohl mit dem Lenkrad als auch mit- dem Gaspedal sehr rasch in der richtigen Weise reagieren. Das Erkennen der durch einen instabilen Fahrzustand ausgelösten Signale und die richtigen Erwiderungen hierauf können nur durch eingehendes Fahrtraining unter realistischen Bedingungen erlernt werden.

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Ein Fahrtraining dieser Art wurde bisher meist auf Fahrbahnen ■durchgeführt, die mit Fett/ Seife oder anderen chemischen Gleitmitteln glattgemacht werden. Das Auftragen dieser Gleitmittel und die anschließende Reinigung der Fahrbahn ist zeitraubend/ kostspielig und wenig umweltfreundlich. Bei permanenter Nutzung von Verkehrsübungsplätzen in diesem Sinne wurden auch schon Kunststoffbeschichtungen mit glatter Oberfläche verwendet/ die jedoch sehr teuer sind und eine anderweitige Nutzung des beschichteten Platzteils weitgehend unmöglich machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde/ ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Beeinflussung der Fahrtrichtungshaltung von Kraftfahrzeugen der eingangs angegebenen Art zu entwickeln/ womit ohne Beeinflussung der Fahrbahnbeschaffenheit eine Herabsetzung oder Eliminierung der Seitenführungskräfte zum Zwecke des Fahrtrainings und/oder der Fahrzeugerprobung möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die in den Ansprüchen 1 und 17 angegebenen Merkmalskombinationen vorgeschlagen. Weitergehende Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, daß die Seitenführungskräfte einer nichtangetriebenen Hinterachse eines Kraftfahrzeugs dadurch auf einfache Weise herab- gesetzt oder eliminiert werden können, daß der seitlich wirkende Haft- und Gleitreibungswiderstand des Rades zum Zwecke des Fahrtrainings und/oder der Fahrzeugerprobung durch einen Rollreibungswiderstand ersetzt wird. Dies erfolgt nach der Erfindung dadurch/ daß die nichtangetriebenen

Hinterräder durch jeweils mindestens eine Lenkrolle oder

Kugelrolle gebildet oder ersetzt werden, die sich nach Maßgabe der auf das Fahrzeug einwirkenden Störkräfte mehr oder weniger querzustellen vermögen, so daß dasFahrzeug auch schon bei niedrigen Geschwindigkeiten mit seinem Heck a u s -bricht oder einen Dreher um eine Hochachse macht, wenn nicht die richtigen Erwiderungen am Lenkrad und mit dem Gaspedal erfolgen.

Gemäß einer besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung werden die nichtangetriebenen Hinterräder jeweils in die im wesentlichen rechteckige Aussparung eines Fahrschemels gestellt und dadurch vom Boden abgehoben. Der Fahrschemel besteht im wesentlichen aus einem rechteckigen Rahmen und vier im Bereich der Rahmenecken angeordneten Lenkrollen. Bei kleineren Fahrzeugrädern kann die Länge der Rahmenaus"- spa rung einfach mit mindestens einer in die Aussparung einzu setzende Querleiste verkürzt werden, damit die notwendige _Ä Bodenfreiheit eingehalten wird. Da unter den Radkasten kein

Platz für hohe Fahrschemel ist und das Homentanzentrum der & Radaufhängung gegenüber dem Fahrzustand auf Rädern nur wenig

geändert werden sollte, können an dem Fahrschemel nur relativ kleine Lenkrollen verwendet werden. Um Fahrbahnunebenheiten etwa bis zur üblichen Randsteinhöhe mit dem Fahrschemel überwinden zu können, kann an den stirnseitigen Enden des FahrschemeIs je mindestens eine um eine horizontale Achse drehbare Stützrolle im Abstand vom Boden angeordnet werden. Dennoch sollten die Fahrschemel nur auf ebenen Verkehrsübungsplätzen mit geringen Unebenheiten eingesetzt werden.

Für das professionelle Fahrtraining und für Fahrversuche und Tests bei der Fahrzeugerprobung wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Lenkrollen anstelle der nichtangetriebenen Hinterräder

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unmittelbar an der Radaufhängung befestigt werden. Damit ist es möglich, relativ große Lenkrollen einzusetzen,¹ die auch größere Fahrbahnunebenheiten überwinden können. Durch eine höhenverstellbare Anbringung der Lenkrollen an der Radaufhängung ist es darüberhinaus möglich, je nach Belastung des Fahrzeugs das Momentanzentrum der Hinterachse auf eine vorgegebene Höhe einzustellen und die Lenkachse der Lenkrollen je nach Wunsch exakt senkrecht oder leicht schräg in Vorwä'rtsri chtung auszurichten, um dadurch die auf die Lenkrolle wirkenden Rückste I tkräfte zu beeinflussen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können die Lenkrollen durch geeignete Maßnahmen in ihrem Machlauf oder im Reibungswiderstand im Bereich des Lenklagers eingestellt oder in ihrem Lenkwinkelbereich begrenzt werden, um das Fahrverhalten des Fahrzeugs der Fahrpraxis des Fahrers anzupassen.

Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ermöglichen es jedem durchschnittlich begabten Autofahrer, in wenigen Übungsstunden sein Kraftfahrzeug auch in instabilen Fahrzuständen richtig beherrschen zu lernen. Die Übungen sind ungefährlich, weil sie bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten durchgeführt werden können.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Lenkrollen an einem am Fahrzeugboden angelenkten und mit Hilfe eines vorzugsweise fernbedienbaren Pneumatikzylinders, HydrozyIinders oder Gestänges unter Anhebung des Fahrzeugshecks und der Hinterräder ausschwenkbaren Fahrgestells angeordnet. Mit diesen Vorkehrungen kann das richtige Reagieren auf plötzliche Änderungen des Fahrverhaltens und der Bodenbeschaffenheit erlernt und geübt werden.

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In der Zeichnung sind einige bevorzugte AusführungsbeispieLe der Erfindung in schematischer Weise dargestellt. Es zei gen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Fahrschemels zum Einstellen des nichtangetriebenen Hinterrads eines

Kraftfahrzeugs; Fig. 2 eine Draufsicht auf den Fahrschemel nach Fig. 1;

Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 mit aufgesteckter Querleiste;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer an der Radaufhängung des Hinterrads befestigten Lafette;

Fig. 5 eine Ansicht der Lafette nach Fig. 4 von hinten gesehen;

Fig. 6 eine Draufsicht auf die Lafette nach Fig. 4 und 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer an der Radaufhängung eines Kraftfahrzeugs be fest ig ten La fette;

Fig. 8 eine Rückseitenansicht der Lafette nach Fig. 7; Fig. 9 eine Draufsicht auf die Lafette nach Fig. 7 und 8;

Fig. 10 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit Lenkrollen-Fahrgestell- in- eingeschwenktem Zustand;

Fig. 11 eine Ansicht entsprechend Fig. 10 bei ausgeschwenktem Lenkrollen-Fahrgestell.

Die in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen sind durchweg zur Herabsetzung oder Eliminierung der Seitenführungskräfte von Kraftfahrzeugen mit nichtangetriebenen Hintei— rädern bestimmt und zwar zum Zwecke des Fahrtrainings und/oder der Fahrzeugerprobung.

Bei dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung als Fahrschemel 10 ausgebildet, der aus einem im wesentlichen rechteckigen Rahmen 12 aus Metall und vier auf einer Breitseite des Rahmens in der Nähe der Rahmenecken angeordneten Lenkrollen 14 besteht. In die rechteckige Aussparung 16 des Fahrschemels 10 kann ein nichtangetriebenes Hinterrad 80 eines Kraftfahrzeugs 8 eingestellt und dadurch vom Boden abgehoben werden. Um eine ausreichende Bodenfreiheit zu erhalten, die etwa bis 6 cm betragen sollte, kann bei kleineren Rädern 8 zusätzlich noch mindestens eine Querleiste 18 in die Rahmenöffnung eingelegt werden, die die Längsausdehnung der Rechteckaussparung 16 verkürzt (vgl. Fig. 3). An den stirnseitigen Enden des Fahrschemels ist im Abstand vom Boden jeweils eine um eine horizontale Achse drehbare Stützrolle 20 angeordnet, die gewährleistet, daß der Fahrschemel trotz der relativ kleinen Lenkrollen 14 ohne Kippgefahr auch über Bodenunebenheiten, Randsteine und dgl. angehoben werden kann. Beim bestimmungsgemäßen Gebrauch werden die beiden

Hinterräder in je einen Fahrschemel eingestellt.

Die in den Fig. 4 bis 6 und 7 bis 9 gezeigten Vorrichtungen, die unmittelbar an der Radaufhängung der nichtangetriebenen Hinterräder befestigbar sind, werden im folgenden als "Lafette" bezeichnet. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist eine Einzelradaufhängung für die Hinterräder

mit Schwingarm 82 und Federbein 84 vorgesehen. Der Raddrehkörper 86 (Bremstrommel oder Drehscheibe) ist dabei an'.einer mit dem Schwingarm 82 starr verbundenen Ankerplatte 88 drehbar gelagert.

Die Lafetten 22 enthalten ein aus zwei rechtwinklig zusammengeschweißten Platten bestehendes Winkelstück 24, das an seiner einen Platte (Schenkel 26) eine Lenkrolle 28 tragt und mit seiner anderen Platte (Schenkel 30) mit Hilfe von vier Radmuttern 32 oder Radschrauben am Raddreh^ körper 86 anflanschbar ist. Am Schenkel 30 des Winkelstücks 24 ist ferner ein außermittiger, im montierten Zustand etwa horizontal überstehender Ausleger 34 angeordnet, mit dem über eine im wesentlichen vertikale Gewindestange und einen mittels eines Kugelgelenks 38 an der Gewindestange 36 gelagerten, im wesentlichen horizontalen Steg 40 ein zylindrischer Gleitschuh 42 verbunden ist, der in einen nach hinten offenen zylindrischen Hohlraum des Schwingarms 82 einführbar ist. Der innerhalb des Schwingarms 82 längsverschiebbare Gleitschuh 42 stützt sich radial in diesem ab und bildet dabei eine Drehsperre für die auf den Raddrehkörper 86 montierte Lafette 22. Mit den auf der Gewindestange 36 geführten Einstell- und Kontermuttern 44 kann die Lafette 22 an der Radaufhängung in ihrer Lage so eingestellt werden, daß bei gegebener Belastung des Kraftfahr- zeugs 8 der Schenkel 26 des Winkelstücks und damit auch der Drehkranz 29 der Lenkrolle 28 in einer im wesentlichen horizontalen oder leicht in Vorwärts richtung geneigten Ebene ausgerichtet ist. Bei der leichten Vorwärtsneigung erhält man unter der Einwirkung der Fahrzeuglast eine ver besserte Rückstelltendenz der Lenkrolle 28 in Geradeaüs- richtung. Im übrigen weist die Lenkrolle 28 einen vorgegebenen (Fig. 4 bis 6) oder einstellbaren (Fig. 7 bis 9) Nachlauf auf, der unter Einwirkung der Bodenreibung eine

nahezu momentane Ausrichtung der Lenkrolle 28 in Richtung der am Fahrzeugheck angreifenden Kraft resultierenden gewährleistet. Damit sind die Seitenführungskrafte an der Hinterachse weitgehend eliminiert.

Bei Verwendung von vorgespannten KegeIrollenlagern und/oder Reibscheiben im Lenklager 29 kann auch ein vorgegebener Drehwiderstand eingestellt werden, der eine gewisse Seitenführung übernimmt.

Bei dem in den Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispiel besteht die abgewinkelte Gabel aus zwei gelenkig miteinander verbundenen Teilen 50,52, die über verstellbare Schrägstreben 54 in ihrem Winkel gegeneinander verstellbar sind. Damit kann sowohl die Höhe der Lafette 22 und damit das Momentanzentrum des Kraftfahrzeugs 8 als auch der Nachlauf der Lenkrolle 28 variiert werden.

Weiter ist bei dem in Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Begrenzung des Lenkausschlages der Lenkrolle 28 vorgesehen, die aus einem an der Gabel 52 überstehenden Begrenzungsnocken 56 und einer am Winkel stück 24 in einer Gewindehülse 58 gelagerten Gewindespindel 60 mit senkrecht überstehender, in nach unten geschwenkter Stellung an den Begrenzungsnoeken 56 anschlagender Anschlagplatte 62 besteht. Der Winkelbereich des Lenkausschlags kann durch Verdrehen der Gewindespindel 60 in der Gewinde hülse 58 eingestellt werden. Auch eine starre Ausrichtung der Lenkrolle 28 in Geradeausrichtung ist damit möglich.

Bei dem in Fig. 10 und 11 gezeigten Ausführungsbeispiel ist am Fahrzeugboden 90 ein Schwenkrahmen 70 mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Lenkrollen 72 gelagert, der im eingeschwenkten Zustand (Fig. 10) ein normales Ab-

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rollen der Hinterräder 80 auf einer Fahrbahn 9 ermöglicht, während er im ausgeschwenkten.Zustand (Fig. 11) das Fahrzeugheck 92 zusammen mit den Hinterrädern 80 von der Fahl— bahn 9 abhebt. Der Schwenkrahmen 70 kann mit Hilfe eines vorzugsweise vom Beifahrersitz aus erreichbaren Hebels oder Schaltventils 74 mechanisch, pneumatisch (Pneumatikzylinder 76) oder hydraulisch in die beiden Endstellungen gebracht werden. Der in der Zeichnung angedeutete Pneumatikzylinder 76 steht über Leitungen 77 mit einem Druckluftbehalter 78 in Verbindung.

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Claims

Ansprüche

Ό ?

./Vorrichtung zur Beeinflussung der FahrrichtungshaLtung von Kraftfahrzeugen mit mindestens einem nichtangetriebenen Hinterrad, dadurch gekennzeichnet, daß das Hinterrad (80) unter Herabsetzung oder ELiminierung der Seitenführungskräfte zum Zwecke des Fahrtrainings und/oder der Fahrzeugerprobung durch mindestens eine Lenkrolle (14;28) oder Kugelrolle gebildet oder ersetzt ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Fahrschemel (10),. der aus einem im wesentlichen rechteckigen Rahmen (12) und vier im Bereich der Rahmenecken an einer der Breitseiten des Rahmens (12) angeordneten ■ Lenkrollen (14) besteht, in dessen rechteckige Aussparung (16) von der den Lenkrollen (14) gegenüberliegenden Breitseite her das Hinterrad (80) unter Abheben vom Boden einstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mindestens eine nach Maßgabe der Größe des Hinterrades (SO) in die Rahmenaussparung (16) einsetzbare und deren Länge verkürzende Querleiste (18).
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den stirnseitigen Enden des Fahr se honeis (10) je mindestens eine um eine horizontale Achse drehbare Stützrolle (20) im Abstand von der Fahrbahn angeordnet ist.

ή.
5.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkrolle (28) anstelle des nichtangetriebenen Hinte'rrads (80) an dessen Radaufhängung befestigbar ist.
O.Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkrolle (28) höhenverstellbar an der Radaufhängung befestigbar ist.
7.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkrolle (28) einen einstellbaren Machlauf aufweist.
S.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkachse der Lenkrolle (28) zur Fahrzeughochachse bei vorgegebener Belastung des Fahrzeugs etwa parallel oder leicht schräg in Vorwärtsrichtung ausrichtbar ist.
9.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (56,58,60) zur einstellbaren Begrenzung des Lenkwinkelbereichs der Lenkrolle (28).
10.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungswiderstand im Bereich des Lenklagers (29) der Lenkrolle (28) einstellbar ist.
11.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkrolle (28) an einem Schenkel (26) eines Winkelstücks (24) angeflanscht ist, das mit seinem anderen Schenkel (30) mittels Radmuttern (32) oder -schrauben an einem für das Hinterrad (80) bestimmten Raddrehkörper (86) der Radaufhängung anflanschbar ist, und das eine mit dem nichtdrehenden Teil (Schwingarm 82) der Radaufhängung verbindbare Drehsperre aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen im wesentlichen zylindrischen Gleitschuh (42), der über einen zu seiner Achse etwa senkrechten Steg (40) und ein am gegenüberliegenden Ende des Stegs (40) angeordnetes Kugelgelenk (38) mit dem Winkelstück (24) verbunden ist, und der in einen rohrförmig ausgebildeten Schwingarm (82) der Radaufhängung unter Bildung der Drehsperre einführbar und dort axial verschiebbar ist.
13.Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugelgelenk (38) am einen Ende einer zum Steg (40) im wesentlichen senkrecht und zur Lenkachse der Lenkrolle (28) etwa parallel verlaufenden Stange (36) angeordnet ist, deren anderes Ende höhenverstellbar mit einem außermittig angeordneten starren Ausleger (34) des am Raddrehkörper (86) angeflanschten Schenkels (30) des Winkelstücks (24) verbunden ist.
14.Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange als Gewindestange (36) ausgebildet ist, die mittels Gewindemuttern (44) höhenverstellbar mit dem starren Ausleger (34) verbindbar ist.
15.Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkrollen (72) an einem am Fahrzeugboden (90) angelenkten und mit mechanischen Mitteln (Pneumatikzylinder 76) unter Anhebung des Fahrzeughecks (92) und der Hinterräder (80) ausschwenkbaren Fahrgestell (70) angeordnet sind.
16.Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrgestell (70) mit Hilfe eines vorzugsweise fernbedienbaren Pneumatikzylinders (76), Hydrozy Iinders oder Gestänges ausschwenkbar ist.
17. Verfahren zur Beeinflussung der FahrrichtungshaLtung von Kraftfahrzeugen mit mindestens einem nichtangetriebenen Hinterrad, dadurch gekennzeichnet, daß der die Seitenführungskräfte bewirkende Haft- und Gleitreibungswider stand des Hinterrads zum Zwecke des Fahrtrainings und/oder der Fahrzeugerprobung durch einen Rollreibungswiderstand ersetzt wird.

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