DE3510536A1

DE3510536A1 - Vierrad-lenksystem fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3510536A1
Application number: DE19853510536
Authority: DE
Inventors: Isamu Maebashi Gumma Chikuma; Shigeki Hiroshima Furutani; Akihiko Miyoshi; Satoru Maebashi Gunma Shimada
Original assignee: NSK Ltd; Mazda Motor Corp
Current assignee: NSK Ltd; Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-03-26
Filing date: 1985-03-22
Publication date: 1985-10-03
Also published as: JPS60199771A; DE3510536C2; US4601357A; JPH0530671B2

Description

--■.:'■ "^:..^:-.-^:'351.Q536

-x-

MAZDA MOTOR CORP.,

No. 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun Hiroshima-ken, Japan

NIPPON SEIKO KABUSHIKI KAISHA

2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku,

Tokio, Japan

- 24 632 20/h

Vierrad-Lenksystem für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Vierrad-Lenksystem für Fahrzeuge, in welchen die Vorderräder und die Hinterräder durch Betätigung des Lenkrades eingeschlagen werden können, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der US-PS 4 3 13 514 ist ein Vierrad-Lenksystem bekannt, bei dem der Einschlagwinkel der Hinterräder für einen gegebenen Drehwinkel des Lenkrades bzw. das Verhältnis des Einschlagwinkels der Hinterräder zum Drehwinkel des Lenkrades (nachfolgend als "Hinterrad-Lenkverhältnis" bezeichnet) in Übereinstimmung mit einer Charakteristik für das Hinterrad-Lenkverhältnis verändert wird, die in Abhängigkeit von dem Fahrzustand des Fahrzeuges, z.B. der Fahrgeschwindigkeit, bestimmt ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einer Änderung des die Charakteristik für das Hinterrad-Lenkverhältnis beeinflussenden Betriebszustandes sowie bei einer Änderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses während des Drehens des Lenkrades nach rechts oder links das Fahrverhalten des Fahrzeuges nachteilig beeinflusst werden kann. Angenommen, die Charakteristik für das Hinter-

3 5 1 Π 5 3 R _ * _

rad-Lenkverhältnis sei beispielsweise so eingestellt, daß die Hinterräder in der gleichen Richtung wie die Vorderräder eingeschlagen werden und das Verhältnis des Einschlagwinkels der Hinterräder zum Einschlagwinkel der Vorderräder nehme mit höherer Fahrgeschwindigkeit zu, so kann es vorkommen, daß das Einschlagwinkel-Verhältnis der Vorderräder und der Hinterräder verringert wird und das Fahrzeug bei einem gegebenen Drehwinkel am Lenkrad eine engere Kurve beschreibt, sobald die Fahrgeschwindigkeit während des Drehens am Lenkrad nach rechts oder links sich verringert. Ein solchermassen unerwünschtes Fahrverhalten des Fahrzeuges kann auch auftreten, wenn die Charakteristik für das Hinterrad-Lenkverhältnis durch andere Faktoren als die Fahrgeschwindigkeit beeinflusst ist.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Vierrad-Lenksystem zu schaffen, bei dom ein unerwünschtes Fahrverhalten des Fahrzeuges aufgrund einer Änderung im Hinterrad-Lenkverhältnis während der Betätigung des Lenkrades vermieden werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmals gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches 1.

Das erfindungsgemässe Vierrad-Lenksystem für Fahrzeuge wei.st somit eine Einrichtung zur Veränderung des Hinterrad-Lonkverhältnisses auf, die dieses Verhältnis in Abhängigkeit von einer Charakteristik für das Ilintcrrad-Lonkv^rhältnis verändert, wobei die Charakteristik durch dio Fahrgeschwindigkeit bestimmt ist. Zusätzlich weist das System eine Blockiereinrichtung auf, die eine Veränderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses durch die Einrichtung zur Änderung des Hi nterrad-Lenkverhäl tnisso.s verhindert, sobald das Lenkrad nach rechts oder links aus einer noutralon

BAD ORIGINAL

-Z-

Stellung verdreht ist. Das bedeutet, daß bei dem erfindungsgemässen Vierrad-Lenksystem eine Änderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses nur dann zugelassen wird, wenn sich das Lenkrad in der neutralen Mittelstellung befindet. Da somit bei einer Auslenkung des Lenkrades nach rechts oder links aus der neutralen Mittelstellung eine solche Änderung nicht möglich ist, wird auch das eingangs genannte unerwünschte Fahrverhalten des Fahrzeugkörpers unterbunden, das darauf beruht, daß das Hinterrad-Lenkverhältnis während der Betätigung des Lenkrades verändert wird.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnungen sowie aus weiteren Unter ansprüchen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Vierrad-Lenksystems;

Fig. 2 eine maßstäblich vergrösserte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles für einen Mechanismus zur Veränderung des Lenkverhältnisses, der in dem Vierrad-Lenksystem des Ausführungsbeispiels zur Anwendung kommt;

Fig. 3, 4 maßstäblich vergrösserte Schnittansichten eines Teils des Mechanismus zur Veränderung des Lenkverhältnisses gemäß Fig. 2;

Fig. 5 eine maßstäblich vergrösserte Draufsicht auf einen Teil des Mechanismus gemäß Fig. 2;

Fig. 6 eine schaubildliche Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine Steuerung des

35 1 η^r °6

— κ —

Hinterrad-Lenkverhältnisses;

Fig. 7, 8 Darstellungen zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Schwenkwinkel des Lenkerelements, der Neigung der Schwenkebene des Lenkerelements und des Ausmaßes der Gleitbewegung des beweglichen Elements;

Fig. 9 ein Blockschaltbild des Steuer-Schaltkreises zur Steuerung des Hinterrad-Lenkverhältnisses in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit, und

Fig. 10 eine Teil-Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen Fühler zur Erfassung des Drehwinkels am Lenkrad.

In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen IR und IL ein rechtes bzw. ein linkes Vorderrad, die mit einem Einschlagmechanismus A für die Vorderräder verbunden sind. Entsprechend sind ein rechtes bzw. linkes Hinterrad 2R bzw. 2L mit einem Einschlngmechanismus B für die Hintor räder verbunden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Vorderrad-Einschlagmechanismus A im wesentlichen aus rechten und linken Spurhebeln 3R bzw. 3L, rechten und linken Spurstangen 4R bzw. 4L und einer Übertragungsstange 5, die die Spurstangen 4R, 4L miteinander verbindet. Der Vorderrad-Einschlagmechanismus A ist mit einem Lenkmechanismus C verbunden, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Zahnstangenlenkung ist. Dementsprechend ist die Übertragungsstange 5 als Zahnstange 6 ausgebildet, die mit einem Ritzel 7 an einer Lenkwelle 8 in Eingriff steht. Die Lenkwelle 8 wird in Abhängigkeit von der Drehbewegung eines Lenkrades 9 verdreht. Bei einer Drehung des Lenkrades 9 nach rechts wird die Übertragungsstange 5

ORIGINAL INSPECTED

(in Fig. 1) nach links bewegt, so daß dadurch die beiden Spurhebel 3R, 3L um ihre jeweiligen Schwenkzentren 3R¹ und 3L¹ im Uhrzeigersinn verschwenkt werden. Daraus folgt ein Einschlag der Vorderräder IR, IL in Uhrzeigerrichtung um einen Betrag, der dem Drehwinkel am Lenkrad 9 entspricht. Wird das Lenkrad 9 nach links verdreht, so werden dementsprechend die Vorderräder IR, IL im Gegenuhrzeigersinn um einen Betrag eingeschlagen, der wiederum dem Drehwinkel am Lenkrad 9 in gleicher Weise entspricht.

Der Hinterrad-Einschlagmechanismus B weist rechte bzw. linke Spurhebel 1OR und 1OL, rechte bzw. linke Spurstangen HR und HL sowie oine Übertragungsstange 12 auf, die die Spurstangen HR, HL miteinander verbindet. Außerdem ist der Hinterrad-Einschlagmechanismus B mit einem Kraft-Lenkmechanismus D versehen. Dementsprechend ist an der Übertragungsstange 12 eine Kraftlenkeinrichtung 13 angeordnet, wobei an der Übertragungsstange 12 einstückig ein damit zusammenwirkender Kolben 13D ausgebildet ist, der in einem Zylinder 13a der Kraftlenkeinrichtung sitzt und den Innenraum des Zylinders 13a in ein Paar von Kammern 13b, 13c unterteilt. Die Kammern 13b, 13c stehen über Leitungen 14, 15 mit einem Steuerventil 16 in Verbindung. Das Steuerventil 16 ist über Rohrleitungen 18, 19 an einen Tank 17 angeschlossen; die Rohrleitung 18, die eine Ölzufuhrleitung darstellt, ist von einer Ölpumpe 20 beaufschlagt, die von dem nicht gezeigten Fahrzeugmotor angetrieben wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kommt als Steuerventil 16 ein sog. Booster-Ventil (Verstärkerventil) mit einem gleitend verschiebbaren Lenkstockhebel zum Einsatz, dessen Eingangsteil 21a zugleich auch als bewegliches Element (Betätigungsstange) eines nachfolgend noch näher zu erläuternden Mechanismus E zur Veränderung des Lenkverhältnisses dient. Der Lenkstockhebel 21 weist außerdem einen Ausgangsteil 21b auf, der einstückig mit der

3 5 1 η S 3 B

Übertragungsstange 12 des Hinterrad-Einschlagmechanismus B ausgebildet ist.

Wenn der Lenkstockhebel 21 in Fig. 1 nach links bewegt wird, wird dadurch auch die Übertragungsstange 12 in derselben Richtung verstellt, so daß die rechten und linken Spurhebel 1OR, 1OL im Uhrzeigersinn um ihre zugehörigen Schwenkzontren 10R¹, 10L¹ verschwenkt werden und die Hinterräder 2R, 2L entsprechend einschlagen. Beim Einschlagen der Hinterräder 2R, 2L nach rechts wird die Kammer 13c des Zylinders 13a entsprechend dem Bewegungsausmaß des Lenkstockhebels 21 mit Öldruck beaufschlagt, um dadurch die Kraft zur Bewegung der Übertragungsstange 12 zu vervielfachen. Wird der Lenkstockhebel 21 nach rechts bewegt, so schlagen die Hinterräder 2R, 2L nach links ein, wobei die zur Bewegung der Übertragungsstange 12 erforderliche Kraft durch den der Kammer 13b des Zylinders 13a zugeführten Öldruck vervielfacht wird. Die Bezugszeichen 13e und 13f bezeichnen jeweils Rückstellfedern, durch die die Übertragungsstange 12 in Richtung auf die Neutral-Stellung beaufschlagt ist.

Der Vorderrad-Einschlagmechanismus A ist mit einer Lenkhilfeeinrichtung F ausgestattet. Hierzu ist ein Lenkhilfezylinder 65 an der Übertragungsstange 5 montiert und ein Kolben 65d ist einstückig mit der Übertragungs.stango ¹S ausgebildet. Der Kolben 65d unterteilt den Innenraum d<-s Zylinders 65a, der am Fahrzeugkörper fest ist, in ein Paar von Kammern 65b und 65c. Die Kammern 65b, 65c sind jeweils über Rohrleitungen 66 und 67 an ein Dreh-Steuerventil 68 angeschlossen, das auf der Lenkwelle 8 des Lenkmechanismus C angeordnet ist. Mit dem Steuerventil 68 ist eine Rohrleitung 70 verbunden, die von einem Abzweigventil 69 in der Rohrleitung 18 auf der Druckseite der Ölpumpe ausgeht. Außerdem ist mit dem Steuerventil 68 eine von der

ORIGINAL INSPECTED

Rohrleitung 19 ausgehende Rohrleitung 71 verbunden. Der Lenkhilfemechanismus gemäß dieser Anordnung ist bekannt und bedarf deshalb an dieser Stelle keiner ins einzelne gehenden Beschreibung. Mit Bezugszeichen 64 ist in Fig. eine Batterie bezeichnet.

Der Hinterrad-Einschlagmechanismus B steht mit dem Lenkmechanismus C über den Vorderrad-Einschlagmechanismus A sowie über die Einrichtung E zur Änderung des Lenkverhältnisses in Verbindung. Von der Einrichtung E zur Veränderung des Lenkverhältnisses erstreckt sich eine Verbindungsstange 22 nach vorne, an deren vorderem Ende ein Ritzel 23 befestigt ist, das mit einer auf der Übertragungsstange 5 ausgebildeten Zahnstange 24 kämmt. Wie vorstehend erwähnt, wirkt der Eingangsteil 21a des Lenkstockhebels 21 des Steuerventils 16 zugleich auch als Betätigungsstange für die Einrichtung E zur Veränderung des Lenkverhältnisses.

Die Fig. 2 bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel für die Einrichtung E zur Veränderung des Lenkverhältnisses. Der Eingangsteil 21a des Lenkstockhebels 21 ist in einer Richtung quer zum Fahrzeugkörper G längs einer Linie 1, (Fig. 2) gleitend verschiebbar abgestützt. Die Einrichtung E zur Veränderung des Lenkverhältnisses weist ein Lenkerelement 29 auf, dessen oberes Ende schwenkbar mit einer Halterung 30 über einen Stift 31 gekoppelt ist. Die Halterung 30 ist am Fahrzeugkörper G so abgestützt, daß ihre Drehwelle 30a um eine Achse 1„ drehbar ist, die senkrecht zur Linie 1,, längs der der Eingangsteil 21a bewegbar ist, verläuft. Der Stift 31 erstreckt sich durch den Schnittpunkt der Linie 1, und der Achse 1„ und steht senkrecht zur Achse 1„.

ORIGINAL INSPECTED

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist die Halterung 30 gabelförmig ausgebildet, wobei sich der Stift 3Ί zwischen den Gabelarmen erstreckt. Das obere Ende des Lenkerelements 29 ist schwenkbar an dem Stift 31 mittels eines Paares von Radial-Schrägkugellagern 32 gelagert (vgl. Fig. 3). Durch eine Nabe 33, die mittels einer Kontermutter 34 an Ort und Stelle gehalten ist, wird das Lenkerelement 29 an einem Abziehen von den Lagern 32 gehindert. Der Stift 31 ist gegen ein Herausziehen aus der Halterung 30 durch eine Schraube 35 und einen Ring 36 gehalten, wobei die Schraube 35 durch eine Mutter 37 fixiert ist. Wie sich aus der vorstehenden Erläuterung erqibt, ist das Lenkerelement 29 um den Stift 31 verschwenkbar, und die Neigung der Schwenkebene des Lonkerelements 29 (der Ebene, in dor das Lenkorol ement schwingt) gegenüber der zur Linie 1, senkrecht stehenden Ebonn kann durch Verdrehen der Halterung 30 geändert worden. Die letztgenannte Ebene bildet für das vorliegende Ausführungsbeispiel die Bezugsebene.

Der untere Endabschnitt des Lenkerelements 29 ist mit dem Eingangsteil 21a über eine Verbindung 38 gekoppelt, die aus einer Stange 39 und einem Arm 40 besteht. Diese Verbindung stellt keine Schwenkverbindung dar und weist in ihrer Längsrichtung eine hohe Steifigkeit auf. Die Stange 39 ist in den Arm 40 durch eine Kontermutter 41 hindurch eingeschraubt, so daß die Gesamtlänge der Verbindung 38 einstellbar ist. Mit dom !,onkerelemont 29 ist die Stange 39 über ein Kugelgelenk 42 verbunden, während der Arm 40 mit dem Eingangsteil 21a über ein Schwenkgelenk 43 gekoppelt ist, das im runzolnen aus Fig. 4 hervorgeht. Wie dort gezeigt ist, ist dor Arm 40 mit dem Eingangsteil 21a über ein Paar von Radial -Schrngkugellagern 44 gelagert. Durch einen .Schraubring 45 und

BAD ORiGINAL

351C536

eine Kontermutter 46 ist der Arm 40 gegen ein Herausziehen aus den Lagern 44 gehalten; die Lager 44 sind ihrerseits gegen ein Abziehen vom Eingangsteil 21a durch eine Mutter 47 und eine Kontermutter 48 gehalten. Der Arm 40 ist in seinem Endabschnitt nahe dem Eingangsteil 21a abgebogen, um eine Beeinträchtigung des Eingangsteils 21azu vermeiden, jedoch liegt das Schwenkgelenk 43, das den Arm 40 mit dem Eingangsteil 21a verbindet, auf der Verlängerung der gerade ausgebildeten Stange 39 (siehe Fig. 2). Der Abstand zwischen dem Schwenkgelenk 4 3 und dem Kugelgelenk 42, das an einer bezüglich des Schwenkzentrums außermittigen Stelle des Lenkerelements 29 liegt, d.h. so angeordnet ist, daß es getrennt von dem Schwenkzentrum wirksam ist, wird durch die Verbindung 38 konstant gehalten. Wenn daher das Kugelgelenk 42 (in Fig. 2) nach rechts oder links bewegt wird, dann bewegt sich dementsprechend der Eingangsteil 21a aufgrund der Bewegung des Kugelgelenks 42 ebenfalls nach rechts bzw. links.

Die Schwenkbewegung des Lenkerelements 29 um den Stift 31 erfolgt entsprechend dem Drehwinkel des Lenkrades Zu diesem Zweck ist ein Schwenkarm 49 vorgesehen, der auf die Stange 39 der Verbindung 38 wirkt. Der Schwenkarm 49 weist einen Armabschnitt 50 und einen Endabschnitt 51 auf, wobei letzterer verschiebbar in den Armabschnitt 50 eingepasst ist. Der Schwenkarm 49 ist an dem Teil F des Fahrzeugkörpers mittels einer Drehwelle 49a gelagert, die am oberen Ende des Armteiles 50 ausgebildet ist und sich längs der Linie 1, erstreckt, längs der auch der Eingangsteil 21a verschiebbar ist. Der Endabschnitt 51 des Schwenkarmes 49 ist senkrecht zu der Drehwelle 49a in dem Armabschnitt 50 verschiebbar und mit der Stange der Verbindung 38 über ein Kugelgelenk 52 schwenkbar verbunden. Ein verzahntes Kegelrad 53 sitzt fest auf der * (s.hierzu Fig. 2)

Drehwelle 4 9a des Schwenkarmes 4 9 und kämmt mit einem verzahnten Kegelrad 54, das an dem hinteren Ende der Verbindungsstange 22 befestigt ist. Damit verschwenkt der Schwenkarm 49 das Lenkerelement 29 um den Stift 31 um einen Betrag, der dem Drehwinkel dos Lenkrades 9 entspricht. Der Eingangsteil 29a wird längs der Linie 1, entsprechend der Schwenkbewegung des Lenkerelements 29 durch die Verbindung 38 verschoben. Dabei ändert sich das Ausmaß der Verschiebebewegung des Eingangsteils 21a für eine gegebene Verschwenkung des Lenkerelements 29 in Abhängigkeit von der Neigung der Schwenkebene gegenüber der Bezugsebene, d.h. der zur Linie 1, senkrechten Ebene. Daraus folgt, daß das Ausmaß der Verschiebebewegung des Eingangsteils 21a für einen gegebenen Schwenkweg des Lenkerelements 29 durch Verdrehen der Halterung 30 veränderbar ist. Da die Verbindung 38 bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel keine gelenkige Verbindung, z.B. unter Anwendung eines Kugel- oder Zapfengelenks, aufweist, wird die Bewegung des Kugelgelenks 42 glatt und vollständig auf den Eingangsteil 21a selbst dann übertragen, wenn die Verbindung 38 gegenüber der Linie 1, geneigt verläuft. Hierdurch wird die Lenkstabilität erhöht.

Die Einrichtung zur Veränderung des Neigungswinkels a< der Schwenkebene des Lenkerelements 29 weist bei dom vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Zahnsoktor 5 5 mit einer Schraubenverzahnung auf, der an der DrehwelIe 30a der Halterung 30 fest angeordnet ist, sowie ein Schraubenrad 56, das mit dem Zahnsektor 55 in Eingriff steht und durch ein Betätigungselement 57, z.B. eine Magnetspule oder einen Elektromotor, angetrieben ist (s. Fig. 5). Die Winkelstellung der Halterung 30 oder die Neigung dor Schwenkebene des Lenkerelements 29 wird durch einen "Lonkverhältnis-Fühler" 58 ermittelt, der beispielsweise ein

BAD

Ib

-n-

Potentiometer beinhalten kann.

Die Beziehung zwischen dem Schwenkwinkel des Lenkerelements 29 (d.h. dem Winkel, um den das Lenkerelement 29 um den Stift 31 verschwenkt wird), der Winkelstellung des Stiftes 31 oder der Halterung 30 (d.h. der Neigung der Schwenkebene des Lenkerelements 29) und dem Ausmaß der Verschiebebewegung des Eingangsteils 21a oder des Kugelgelenks 42 wird anhand der Fig. 7 und 8 erläutert, in denen die entsprechenden Komponenten, z.B. das Lenkerelement 29 und die Verbindung 38, schematisch gezeigt sind. In den Fig. 7 und 8 ist der Schwenkwinkel des Lenkerelements 29 um den Stift 31 mit Θ, die Bezugsebene senkrecht zur Linie 1, mit ο , der Neigungswinkel der Schwenkebene des Lenkerelements 29 bezüglich der Bezugsebene mit o< und der Abstand zwischen dem Kugelgelenk 42 und dem Stift 31 oder der Abstand, um den das Kugelgelenk 42 außerhalb des Schwenkzentrums des Lenkerelements 29 liegt, mit r bezeichnet. Das Ausmaß der Bewegung X des Kugelgelenks 42 in Richtung der Linie 1, ist eine Funktion von c< und θ und wird dargestellt durch die Formel X = r . tan o< . sin Θ. Wenn somit der Neigungswinkel c< der Schwenkebene des Lenkerelements 29 feststeht, dann hängt das Ausmaß der Bewegung X des Kugelgelenks 42 allein von dem Schwenkwinkel θ des Lenkerelements 29 oder dem Drehwinkel des Lenkrades 9 ab. Wenn andererseits der Neigungswinkel <X verändert wird, dann verändert sich auch das Ausmaß der Bewegung X bei einem gegebenen Drehwinkel an dem Lenkrad 9. Mit anderen Worten, das Hinterrad-Lenkverhältnis kann durch Veränderung des Neigungswinkels c< der Schwenkebene des Lenkelements 29 bezüglich der Bezugsebene verändert werden.

ORIGINAL INSPECTED

Die Fig. 6 zeigt ein Beispiel für die Steuerung des Hinterrad-Lenkverhältnisses. Darin wird die Charakteristik des Hinterrad-Lenkverhältnisses in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit in sechs Stufen verändert. Von den entsprechenden sechs Kennlinien ß, bis ß_fi stellen die Kennlinien ß, und ß„ sog. "Gegenstellung"-Kennlinien für die Hinterradlenkung dar, die einem Einschlag der Hinterräder 2R, 2L entgegengesetzt zu den Vorderrädern IR, IL entsprechen. Die Kennlinien (J. bis /J, sind sog. "Gleichstellung"-Kennlinien für die Hinterradlenkung, die einem Einschlag der Hinterräder 2K, 2L in der gleichen Richtung wie die Vorderräder IR, IL entsprechen. Nimmt man an, daß der Neigungswinkel ex der Schwenkebene des Lenkerclements 29 im Fall einer Gleichstellung einen positiven Wort aufweist, so ist ihm im Fall einer Gegenstellung ein negativer Wert zuzuordnen.

Die Kennlinie ß-. entspricht dem Fall, bei dem die Hinterräder ohne Rücksicht auf eine Betätigung des Lenkrades nicht eingeschlagen werden.

Die Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispie] einer Steuereinrichtung 81 zur Veränderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit. Die Steuereinrichtung 81 weist einen Rechner 83 für das Hinterrad-Lenkverhältnis auf, dem das Ausgangssignal eines Fühlers 82 für die Fahrgeschwindigkeit aufgeschaltet ist, weiterhin eine Antriebsschaltung 84 für das Betätigungselement 57 sowie einen Steuerschaltkreis 85 zur Steuerung der Antriebsschaltung 84. Der Rechner 83 für das Hinterrad-Lenkverhältnis wählt in Abhängigkeit von dem Geschwindigkeitssignal des Fühlers 82 eine der Kennlinien [J. bis β in Fig. 6 aus und gibt ein der ausgewählten Kennlinie entsprechendes Ausgangssignal an die Antriebsschaltung 84

ORIGINAL INSPECTED

unter der Voraussetzung, daß eine vorbestimmte Bedingung (die nachfolgend näher erläutert wird) eingehalten wird. Das Ausgangssignal des Fühlers 58 für das Lenkverhältnis wird in den Steuerschaltkreis 85 als Rückkopplungskontrolle für das Hinterrad-Lenkverhältnis eingegeben.

Die Steuereinrichtung 81 beinhaltet weiterhin erste und zweite UND-Gatter 86, 87, ein NOR-Gatter 88, einen Inverter 89 und einen Zeitsteuer-Schaltkreis 90 mit einem Kondensator C, sowie einem Widerstand R,. Wenn das erste UND-Gatter 86 ein hohes Signal ausgibt, steuert die Antriebsschaltung 84 das Betätigungselement 57 (Elektromotor) in eine Richtung. Gibt das andere UND-Gatter 87 ein hohes Signal aus, so steuert die Antriebsschaltung 84 das Betätigungselement 57 in die andere Richtung. Ein reguläres Drehsignal oder entgegengesetztes Drehsignal wird in das erste oder zweite UND-Gatter 86 bzw. 87 als hohes Signal eingegeben.

Das NOR-Gatter 88 wird mit dem Ausgangssignal eines Drehwinkelfühlers 91 des Lenkrades (s. auch Fig. 1) beaufschlagt, und das Ausgangssignal des NOR-Gatters wird über den Zeitsteuer-Schaltkreis 90 dem Inverter 89 zugeführt. Das Ausgangssignal des Inverters 89 wird wiederum in die ersten und zweiten UND-Gatter 86 bzw. 87 und in das NOR-Gatter 88 eingegeben. Der Drehwinkelfühler 91 des Lenkrades gibt ein hohes Signal ab, sobald das Lenkrad 9 in seiner neutralen Mittelstellung steht bzw. der Drehwinkel des Lenkrades gleich Null ist. Auch der Inverter 89 gibt ein hohes Signal ab, wenn der Drehwinkel des Lenkrades 9 gleich Null ist, und das Betätigungselement 57 veranlasst eine Drehung in der normalen

3510^c3S

oder in der entgegengesetzten Richtung unter der Kontrolle des Ausgangssignals aus dem Steuer-Schaltkreis 85, um den Neigungswinkel der Schwenkebene des Lenkerelements 29 und damit auch das Hinterrad-Lenkverhältnis zu verändern. Während eines Zeitintervalls T, das durch den Kondensator C, und den Widerstand R-. des Zeitsteuer-Schaltkreises 90 (T = C, χ R,) bestimmt ist, wird das Ausgangssignal aus dem Inverter 89 hoch gehalten, um eine Änderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses zu gestatten, selbst wenn das Ausgangssignal des Drehwinkelfühlers 91 des Lenkrades auf einen niedrigen Wert absinkt. Häufig wird das Lenkrad nur geringfügig verdreht und anschließend auf die neutrale Mittelstellung wieder zurückgeführt. In einem solchen Fall kann das Lenkrad als in der neutralen Mittelstellung befindlich angesehen werden und dementsprechend wird das Zeitintervall T so bestimmt, daß es die Zeit für dir» gmanntp geringfügige Auslenkung des Lenkrades 9 berücksichtigt. Weiterhin wird das Lenkrad selten über längere Zeit hinweg in der neutralen Position gehalten, sondern im allgemeinen in einer nach rechts oder links verdrehten Stellung. Unter Berücksichtigung dieses Umstandes zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Tatsache, daß ein gewisses Zeitintervall erforderlich ist, um das Hinterrad-Lenkverhältnis effektiv durch Antrieb des Betätigungselements 57 zu ändern, ist es notwendig, ein Zeitintervall zur Verfügung zu stellen, das für eine vollständige Änderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses ausreichend ist. Aus diesem Grund findet der Zeitsteuer-Schaltkreis 90 in der Schaltung gemäß Fig. 9 Anwendung. Anstelle des Einsatzes eines solchen Zeitsteuer-Schaltkreises kann das beschriebene Problem auch dadurch gelöst worden, daß man denjenigen Winkelbereich des Lenkrad-Drehwinkels grosser wählt, innerhalb dessen der Lenkrad-Drehwinkel als Null

angesehen wird.

Nach dem Ablauf des Zeitintervalls T, das durch den Zeitsteuer-Schaltkreis 90 festgelegt ist, wird das Ausgangssignal aus dem Inverter 89 auf einem niedrigen Wert gehalten, solange das Lenkrad aus der neutralen Stellung nach links oder rechts verdreht ist, so daß dementsprechend das Betätigungselement 57 (Elektromotor) ungeachtet des Ausgangssignals aus dem Steuer-Schaltkreis 85 zu dieser Zeit in derjenigen Winkelposition gehalten wird, in der eine Änderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses nicht eintritt.

Fig. 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Drehwinkelfüh]er des Lenkrades, durch den der Drehwinkel

über die Winkelstellung des Dreharmes 49 erfasst wird. Gemäß Fig. 10 ist eine geschlitzte Platte 92 an der Drehwelle 49a des Schwenkarmes 49 befestigt und ein Drehwinkelfühler 91' für das Lenkrad ist der Platte 92 gegenüberliegend angeordnet. Diese Anordnung ist insofern von Vorteil, als der tatsächlich in die Einrichtung E zur Veränderung des Lenkverhältnisses eingegebene Drehwinkel des Lenkrades genauer erfasst werden kann, ohne daß er durch ein Spiel in dem System zwischen dem Lenkrad 9 und dem Schwenkarm 49 verfälscht wird. Daher kann das Hinterrad-Lenkverhältnis genauer gesteuert werden.

Wenn als Betätigungselement 57 ein Schrittmotor eingesetzt wird, lässt sich der Neigungswinkel ex der Schwenkebene des Lenkerelements 29 sehr feinfühlig steuern, da der Schrittmotor jeweils nur um einen kleinen Winkel weiterdreht und demzufolge das Hinterrad-Lenkverhältnis weitgehend stufenlos kontrollierbar ist. Weiterhin hat ein Schrittmotor den Vorteil, daß ein Haltestrom zur

ORlGiNAL

3510S36 2A

-VC-

Fixierung des Hinterrad-Lenkverhältnisses auf einem bestimmten Wert nicht erforderlich ist und daher der Verbrauch an elektrischer Energie reduziert werden kann.

Wird ein Gleichstrommotor als Betätigungselement 57 eingesetzt, so kann die Gesamtgrösse des Systems verringert werden und die Zuverlässigkeit des Systems bleibt unverändert aufrechterhalten auch bei Änderungen der Temperatur, bei Erschütterungen, bei Spannungsabfall und dgl. Insbesondere bei Einsatz eines Gleichstrom-Servomotors lässt sich das Hinterrad-Lenkverhältnis zusätzlich auch sehr feinfühlig steuern.

Die beschriebene Anwendung der Schraubenräder 55, 56 oder auch eines Schneckenrades und einer Schnecke bringt den Vorteil, daß hierdurch eine feinfühlige Einstellung des Neigungswinkels der Schwenkebene des Lenkerelements möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß äußere Kräfte, beispielsweise Rückschläge der Hinterräder 2R, 2L durch das eine Schraubenrad bzw. die Schnecke aufgefangen werden, so daß die Halterung 30 bzw. das Lenkerelement 29 positiv in der erwünschten Winkelstellung gehalten werden kann.

Obwohl in den vorstehenden Ausführungsbeispi-^len das Hinterrad-Lenkverhältnis in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit veränderbar ist, ist eine Veränderung beispielsweise auch in Abhängigkeit von der auf den Fahrzeugkörper wirkenden Seitenbeschleunigung denkbar. Auch eine Veränderung in Abhängigkeit einer Kombination einer Mehrzahl von Faktoren, beispielsweise der Fahrgeschwindigkeit und der Seitenbeschleunigung, ist möglich, wobei eine Auswahl durch manuelle Betätigung auch durch den Fahrer selbst getroffen werden könnte. Der Vorderrad-

INSPECTED

3510 5

Einschlagmechanismus A und der Hinterrad-Einschlagmechanismus B brauchen keine Lenkhilfe bzw. Kraftlenkung aufzuweisen. Auch kann anstelle der in den Ausführungsbeispielen gezeigten Verbindung der Einrichtung E zur Veränderung des Lenkverhältnisses mit dem Lenkmechanismus C über den Vorderrad-Einschlagmechanismus A eine direkte Verbindung zu dem Lenkmechanismus C vorliegen. Schließlich ist die Bezugsebene nicht auf eine senkrecht zu der Linie 1, verlaufende Ebene beschränkt, sondern es können andere geeignete Ebenen als Bezugsebene herangezogen werden.

ORIGINAL INSPECTED

.23-Leerseite -

Claims

MAZDA MOTOR CORP.,

No. 3-1, Shinchi, Fuchu-cho, Aki-gun Hiroshima-ken, Japan

NIPPON SEIKO KABUSHIKI KAISHA

2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku,

Tokio, Japan

- 24 632 20/h

Vierrad-Lenksystem für Fahrzeuge

Patentansprüche

Vierrad-Lenksystem für Fahrzeuge, mit einem Lenkrad, einem Vorderrad-Einschlagmechanismus zum Einschlagen der Vorderräder entsprechend dem Drehwinkel des Lenkrades, einem --i

Hinterrad-Einschlagmechanismus zum Einschlagen der Hinter- *< räder in Abhängigkeit von einer Betätigung des Lenkrades, einem Geschwindigkeitsfühler zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit und zur Ausgabe eines Geschwindigkeitssignals, einer Einrichtung zur Veränderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses, durch die das Verhältnis zwischen dem Einsahlag-winkel der Hinterräder und dem Drehwinkel des Lenkräder, entsprechend einem in die Einrichtung eingegebenen Steuersignal veränderbar ist, und einer Einrichtung zur Erzeugung des Steuersignals aus dem Geschwindigkeitssignal des Geschwindigkeitsfühlers und/oder sonstigen, für den Fahrzustand charakteristischen Signalen, gekennzeichnet durch einen Drehwinkelfühler (91) zur Abtastung dos Lenkrad-Drehwinkels und zur Erzeugung eines Drehwinkelsignais und durch eine von dem Drehwinkelsignal gesteuerte Blockiereinrichtung (81, 88), die eine Veränderung des Hinterrad-

Lenkverhältnisses bei einer Lenkradstellung außerhalb einer neutralen Stellung verhindert.
2. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung eine Eingabe des Steuersignals in die Einrichtung (E) zur Veränderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses verhindert.
3. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (E) zur Veränderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses bei hoher Fahrgeschwindigkeit die Hinterräder in dieselbe Richtung wie die Vorderräder und bei niedriger Fahrgeschwindigkeit die Hinterräder in eine entgegengesetzte Richtung zu den Vorderrädern einstellt.
4. Vierrad-Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (E) zur Veränderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses einen in beiden Drehrichtungen drehbaren Elektromotor (57) aufweist.
5. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (57) durch ein Normal-Steuersignal der Einrichtung (83, 85) zur Erzeugung des Steuersignals in eine Normal-Drehrichtung und durch ein Umkehrsignal der Einrichtung (83, 85) zur Erzeugung des Steuersignals in eine entgegengesetzte Drehrichtung drehbar ist.
6. Vierrad-Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (81) zur Erzeugung des Steuersignals eine Einrichtung (83) zur Erzeugung einer Kennlinie für das Hinterrad-Lenkverhältnis beinhaltet, die einen Kennlinienverlauf für das Verhältnis des Einschlagwinkels der Hinterräder zu dem Drehwinkel des Lenkrades in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit vorgibt.
7. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennlinien für das Hinterrad-Lenkverhältnis einen Verlauf haben, der bei hoher Fahrgeschwindigkeit einen Einschlag der Hinterräder in die gleiche Richtung wie die Vorderräder sowie bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit eine Vergrösserung des Verhältnisses des Einschlaqwinkels der Hinterräder zum Drehwinkel des Lenkrades und bei niedriger Fahrgeschwindigkeit einen Einschlag der Hinterräder entgegen der Einschlagrichtung der Vorderräder und bei Verringerung der Fahrgeschwindigkeit eine Vergrösserung des Verhältnisses des Einschlagwinkels der Hinterräder zu dem Drehwinkel des Lenkrades vorsieht.
8. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (81) zur Erzeugung des Steuersignals eine Einrichtung (58) zur Feststellung der Winkelstellung des Elektromotors (57) und zur Erzeugung eines der Winkelstellung entsprechenden Signals beinhaltet, die zur Ein- ^ stellung der Winkelstellung des Elektromotors (58) entsprechend dem Einschlagwinkel der Hinterräder, der durch die von der Einrichtung (83) erzeugte Hinterrad-Lenkverhältnis-Kennlinie vorgegeben ist, eine Rückkopplungssteuerung bewirkt.
9. Vierrad-Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (E) zur Veränderung des Hinterrad-Lenkverhältnisses ein Lenkerelement (29) aufweist, das durch ein Schwenkelement (49) aufgrund einer Lenkradbetätigungskraft verschwenkbar ist, daß die Neigung (ex:) der Schwenkebene des Lenkerelements (29) bezüglich einer vorgegebenen Bezugsebene durch eine Neigungs-Verstelleinrichtung (55, 56, 30) verstellbar ist, und daß ein außerhalb des Schwenkzentrums des Lenkerelements (29) befindlicher exzentrischer Teil des Lenkerelements (29) durch eine

ORIGINAL INSPECTED

Verbindung (38) mit dem Hinterrad-Einschlagmechanismus (B) verbunden ist, um den Einschlagwinkel der Hinterräder entsprechend dem Ausmaß der Bewegung des exzentrischen Teil des Lenkerelements (29) zu steuern, wobei dieses Ausmaß durch den von dem Schwenkelement (49) in Abhängigkeit von einer Lenkradverstellung an dem Lenkerelement (29) erzeugten Schwenkwinkel sowie durch den Neigungswinkel (cx) des Lenkerelements relativ zur Bezugsebene bestimmt ist.
10. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkelfühler (91) für das Lenkrad (9) den Drehwinkel des Lenkrades (9) über die Winkelstellung des Schwenkelements (49) abtastet.
11. Vierrad-Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung (81, 88) ein UND-Gatter enthält, an dem das Steuersignal und ein dem Drehwinkel des Lenkrades (9) entsprechendes Signal anliegen.
12. Vierrad-Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung (81, 88) eine Einrichtung (90) beinhaltet, welche festlegt, daß das Lenkrad (9) nach dessen Einbringen in die neutrale Stellung diese neutrale Stellung während eines vorgegebenen Zeitintervalls unabhängig von der tatsächlichen Stellung des Lenkrades (9) einnimmt.
13. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (90) einen Zeitsteuer-Schaltkreis beinhaltet, an dem das dem Drehwinkel des Lenkrades (9) entsprechende Signal anliegt.

3510535
14. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitsteuer-Schaltkreis (90) einen Kondensator (C,) und einen Widerstand (R,) aufweist.
15. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (81) zur Erzeugung des Steuersignals einen elektrischen Steuerkreis enthält.
16. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockiereinrichtung (81, 88) in den elektrischen Steuerkreis integriert ist.
17. Vierrad-Lenksystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockierexnrichtung (81, 88) ein UND-Gatter enthält.