DE3541009A1

DE3541009A1 - Lenksystem fuer fahrzeuge

Info

Publication number: DE3541009A1
Application number: DE19853541009
Authority: DE
Inventors: Hirotaka Hiroshima Kanazawa
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1984-11-19
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1986-05-28
Also published as: DE3541009C2; US4658927A

Description

Mazda Motor Cor|/oration

No. 3-1, Shinchi , Fnchu-cho, Aki-q.un, Hiroshima-kon, Japan

- 2 5 406 20/h

- Lenksystem für Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem für Fahrzeuge, insbesondere ein Lenksystem mit veränderlichem Lenkverhältnis (entsprechend den Merkmalen des Patentanspruches 1), bei dem das Lenkverhältnis, d.h. das Verhältnis zwischen dem Einschlagwinkel der lenkbaren Räder - gewöhnlich der Vorderräder - zum Lenkwinkel, gemessen am Lenkrad, in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit veränderbar ist.

In einer Fahrzeuglenkung wird eine Drehung des Lenkrades durch ein Lenkgetriebe, z.B. ein Zahnstangen/ Ritzel-Getriebe, in eine seitliche Bewegung der Spurhebel umgesetzt, so daß die mit den Spurhebeln verbundenen Vorderräder entsprechend der seitlichen Verstell richtung der Spurhebel nach links oder rechts eingeschlagen worden. Im allgemeinen ist das Lenkverhältnis dabei eine feste Grosse. Im Hinblick auf die Fahrstabilität wäre jedoch eine Reduzierung des Lenkverhältnisses bei hoher Fahrgeschwindigkeit von Vorteil. Außerdem ist es von Vorteil, das Lenkverhältnis bei niedriger Fahrgeschwindigkeit grosser zu wählen, um hierdurch ein besseres Ansprechen der Fahrzeugausrichtung und -steuerung auf die Betätigung des Lenkrades zu ermöglichen oder das Einfahren in eine Garage od.dgl. zu erleichtern.

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In der JP-OS 58(1983)-224852 ist ο in gnschwindigkeitsabhängiges Lenksystem offenbart, bei dom das Lenkverhältnis in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit eingestellt wird. Bei diesem Lenksystem ist zwischen dem Lenkrad und der Lenkspindel ein verstellbares Getriebe eingeschaltet, das aus einem Paar verstellbarer Riemenscheiben mit veränderlichem Teilkreisdurchmesser und einem darüberlaufenden Keilriemen besteht. Mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit wird der Teilkreisdurchmesser der Riemenscheibe auf der Abtriebsseite durch einen Schrittmotor vergrössert, so daß dadurch das Übersetzungsverhältnis vom Lenkrad zur Lenkspindel mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit verringert wird. Damit wird auch das Lenkverhältnis bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit herabgesetzt. Nachteilig an diesem bekannten Lenksystem ist jedoch, daß infolge des Platzbedarfes des drehzahlvoränderlichen Getriebes mit den beiden Riemenscheiben die Gesamtgrösso des Lenksystems erhöht wird und außerdem die Möglichkeit besteht, daß aufgrund des Schlupfes des Keilriemens die Lenkradbetätigung nicht präzise an die Lenkspindel bzw. die Vorderräder weitergegeben wird. Wenn der Schrittmotor oder das Steuersystem für den Schrittmotor gestört ist und als Folge davon der Schrittmotor nicht mehr in der Lage ist, die Spannung auf der angetriebenen Riemenscheibe zu halten, dann stellt sich darüber hinaus das drehzahl regelbare Getriebe in die neutrale Stellung ein, in der die eingegebene Drehbewegung nicht mehr zur Ausgangsseite hin übertragen werden kann und dadurch die Lenkung des Fahrzeuges unmöglich wird.

Schließlich erfolgt die Veräiuh tuihi dc\s Lrnkvrrhä ] tnisses bei dem drehzahlabhängigen l.i-nksyiiLoin nach der geschilderten

JP-OS linear bezüglich der Fahrgeschwindigkeit, d.h. mit anderen Worten, das Lenkverhältnis wird mit einem festen Änderungsfaktor über den ganzen Fahrgeschwindigkeitsbereich hinweg verstellt. Wenn bei fahrendem Fahrzeug die Vorderräder eingeschlagen werden, führt aber der Fahrzeugkörper aufgrund der Seitenbeschleunigung Rolloder Gi erbowcgungc'n aus. Πιο am Fahrzouqkörpor auftretenden Roll- und Gierbewegungon sowie dto Seitenbeschleunigung bei einem gegebenen Einschlagwinkel der Räder nehmen weiterhin nach einer Exponentialfunktion mit der Fahrgeschwindigkeit zu. Wenn daher bei dem drehzahl abhängigen Lenksystem, bei dem der Veränderungsfaktor für das Lenkverhältnis bezüglich der Fahrgeschwindigkeit fest ist, der Einschlagwinkel der Räder um einen festen Betrag über den gesamten Fahrgeschwindigkeitbereich hinweg mit veränderlicher Fahrgeschwindigkeit verändert wird, dann treten bei einer Einstellung des Lenkrades in einer gegebenen Winkelstellung die Roll- und Gierbewegungen am Fahrzeugkörper im Bereich hoher Fahrgeschwindigkeit wesentlich ausgeprägter als im unteren Fahrgeschwindigkeitsbereich auf und beeinträchtigen dadurch das Lonkvcrhalton des Fahrzeuges insbesondere bei der Kurvenfahrt mit hoher Geschwindigkeit. Schließlich besteht bei dein geschilderten geschwindigkeitsabhängigen Lenksystem auch das Problem, daß bei ei nor Veränderung dor Fahrgeschwindigkeit während der Kurvenfahrt sich auch der Einschlagwinkel an den Vorderrädern vorstellt, selbst wenn das Lenkrad festgehalten wird, wodurch die Fahrstabilität ebenfalls beeinträchtigt wird. Diese Erscheinung ist besonders deutlich, wenn das Lenkrad stark eingeschlagen wird.

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Ausgehend von den vorstehend geschilderten Gegebenheiten liegt die Hauptaufgabe der Erfindung darin, ein Lenksystem mit geschwindigkeitsabhängig veränderlichem Lenkverhältnis zu schaffen, bei dem das Änderungsausmaß (Änderungsfaktor) des mit der Fahrgeschwindigkeit veränderlichen Lenkverhältnisses selbst mit der Fahrgeschwindigkeit verändert wird, so daß das Fahrzeugverhalten als Folge einer bei der Kurvenfahrt und bei einem gegebenen Lenkwinkel veränderten Fahrgeschwindigkeit über den gesamten Fahrgeschwindigkeitsbereich hinweg weitgehend unverändert bleibt. Darüber hinaus soll das Lenksystem mit fahrgeschwindigkeitsabhängig veränderlichem Lenkverhältnis kompakt aufgebaut und in der Lage sein, die Lenkkraft präzise an die gelenkten Räder weiterzugeben und das Lenkverhältnis in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit genau zu verändern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Merkmale gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruches

Die Erfindung geht somit von einem Lenksystem aus, bei dem allgemein zwischen dem Lenkrad und\den lenkbaren Rädern des Fahrzeuges eine Vorrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses eingebaut ist, um hierdurch das Lenkverhältnis zu verändern. Außex'dem sind eine Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit sowie eine Steuereinrichtung vorgesehen, die von der Detektoreinrichtung ein Geschwindigkcitssignal erhält und die Vorrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses so steuert, daß dieses zum Zweck einer Verringerung dos Lenkvorhnl t η i i;:;c;; mit '/unohmonder Fahrgeschwindigkeit erhöht wird. Erfindungsgemäß ist

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nun die Steuereinrichtung so ausgebildet, daß sie die Vorrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß der Änderungsfaktor für das fahrgeschwindigkeitsabhängige Lenkverhältnis in einem unteren Fahrgoschwindigkeitsbereich grosser als in einem oberen i'ahrgcschwindigkeitsbereich ist.

Mit einer solchen Ausbildung wird auch der Vorteil erreicht, daß bei dem Lenksystem die Lenkkraft an die Räder selbst dann übertragen werden kann, wenn in der Vorrichtung zur Veränderung des Lenkverhältnisses Schwierigkeiten auftreten.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lenksystem mit geschwindigkeitsabhängig veränderlichem Lenkverhältnis zu schaffen, in welchem der Änderungsfaktor für das geschwindigkeitsabhängige Lenkverhältnis mit dem Lenkwinkel veränderbar ist. Hierdurch wird die durch eine Fahrgeschwindigkeitsänderung verursachte Änderung des Einschlagwinkels an den Vorderrädern insbesondere bei einer scharfen Fahrtrichtungsänderung reduziert, bei der das Lenkrad stark eingeschlagen ist, so daß hierdurch die Fahrstabilität bei enger Kurvenfahrt erheblich verbessert wird.

Vorteilhafterweiso soll der Änderungsfaktor für das Lenkverhältnis sowohl in Abhängigkeit von dor Fahrgeschwindigkeit als auch vom Lenkwinkel veränderbar sein.

Dementsprechend weist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Lenksystem weiterhin

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eine Detektoreinrichtung für don Lonkwinkel auf, von dem die Steuereinrichtung ein Lenkwinkelsignal erhält und die Vorrichtung zur Veränderung dos Übersetzungsverhältnisses so steuert, daß dor Ändorungsfaktor für das geschwindigkeitsabhäny i <jo Lenkverhä 1 tnis mit zunehmendem Lenkwinkel kleiner wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Lenksystem eine Vorrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses auf, die zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe angeordnet und als Differential getriebe ausgebildet ist. Das Differentialgetriebe weist ein mit dem Lenkrad verbundenes Antriebs-Getriebeelement, ein mit dem Lenkgetriebe gekoppeltes Abtriebs-Getriebeelement sowie ein eine Reaktionskraft übertragendes Getriebeelement auf. Weiterhin sind eine Detektoreinrichtung zur Ermittlung der Fahrgeschwindigkeit sowie eine Detektoreinrichtung zur Ermittlung des Lenkwinkels vorgesehen. Eine Steuereinrichtung empfängt ein Geschwindigkeitssignal von der Detektoreinrichtung für die Fahrgeschwindigkeit sowie ein Lenkwinkelsignal von der Detektoreinrichtung für den Lenkwinke] und liefert ein entsprechendes Sfeufrsignal an eine Betätigungseinrichtung, welche "ine Verdrehung des auf eine Reaktionskraft ansprechenden Getrieboelements steuert, um hierdurch das Übersetzungsverhältnis mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit zu erhöhen und damit das Lenkverhältnis zu reduzieren. Vorzugsweise ist ein Federelement vorgesehen, um das die Reaktionskraft bzw. den Bewegungswiderstand einbringende Getriebeelement in Richtung auf eine neutrale Stellung zu beaufschlagen. Weiterhin ist vorzugsweise das Lenkgetriebe ein Getriebe mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis.

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

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Lenksystems ;

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Mechanismus zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, der in dem Lenksystem gemäß Fig. 1 zur Anwendung kommt;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 eine grafische Darstellung, die ein Beispiel für eine Kennlinie wiedergibt, gemäß der die Steuereinrichtung den Mechanismus zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses in dem Lenksystem gemäß Fig. 1 steuert;

Fig. 6 eine grafische Darstellung für ein weiteres Beispiel eines Kennlinienverlaufes, gemäß dem die Steuereinrichtung den Mechanismus zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses in dem Lenksystem gemäß Fig. 1 steuert;

Fig. 7 ein drittes Beispiel für einen Kennlinienverlauf, gemäß dem die Steuereinrichtung den Mechanismus zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses in dem Lenksystem gemäß Fig. 1 steuert, und

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Fig. 8 eine Teil-Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels für ein Lenkgetriebe, das in dem Lenksystem nach der Erfindung eingesetzt werden kann.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemässen Lenksystems 101 weist ein Lenkrad 102 auf, das mit dem oberen Ende einer Lenkspindel 3 verbunden ist, weiterhin einen Mechanismus 1 zur Veränderung des Lenkverhältnisses, der mit dem unteren Ende der Lenkspindel 3 antriebsverbunden ist, sowie ein Lenkgetriebe 107, das mit einer später noch im einzelnen zu boschreibenden Abtriebswelle 7 des Mechanismus 1 sowie mit den Vorderrädern 106 über eine gelenkige Anordnung 105 bestehend aus einem Lenkhebel 103 und einer Spurstange 104 oder dgl. in Verbindung steht.

Der Mechanismus 1 zur Veränderung des Lenkverhältnisses umfasst gemäß den Fig. 2 bis 4 eine Eingangswelle 6, die sich parallel zur Lenkspindel 3 erstreckt und mit der Lenkspindel 3 durch den Kämmeingriff zweier Zahnräder 4 und 5 verbunden ist, von denen das Zahnrad 4 mit der Lenkspindel 3 und das Zahnrad 5 mit der Eingangswelle 6 verbunden ist. Weiterhin sind die Abtriebswelle 7, die axial mit der Eingangswelle 6 fluchtet, sowie ein Differentialgetriebe 8 vorgesehen, das zwischen der Eingangswelle 6 und der AbtriobswelIe 7 eingeschaltet ist. Das Differentialgetriebe 8 ist ein Planetengetriebe und umfasst dementsprechend ein Sonnenrad 9, das fest auf der Eingangswelle 6 sitzt, ein Hohlrad ]0, das auf der Abtriebswelle 7 befestigt .ist, sowie eine Mehrzahl (im vorliegenden Fall drei) von Planetenrädern 11, die zwischen dem Sonnenrad 9 und dem Hohl rad 10 mit gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind.

Außerdem ist ein Planetenradträger 13 vorgesehen, der die Planetenräder 11 mittels Achszapfen 12 lagert. Der Planentenradträger 13 weist einen einstückig damit ausgebildeten Zahnsektor 14 auf, der mit einem an der Welle eines Schrittmotors 15 befestigten Ritzel in Eingriff steht.

Die Drehbewegung des Schrittmotors 15 wird durch eine Steuereinrichtung 17 gesteuert. An dieser liegt ein Geschwindigkeitssignal a eines Fahrgeschwindigkeitsfühlers 18 sowie ein Lenkwinkelsignal b eines Lenkwinkelfühlers 19 an, der den Einschlagwinkel des Lenkrades 102 erfasst. Die Steuereinrichtung 17 bestimmt das Ausmaß der Drehbewegung (sowie die Drehrichtung), um das der Schrittmotor 15 auf der Grundlage der Signale a und b zu verdrehen ist, und gibt zu diesem Zweck ein Steuersignal c, das dem Drehbetrag des Schrittmotors 15 entspricht, aus.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, wird der Planetenradträger 13 durch eine Feder 21 in Richtung auf eine Neutralstellung beaufschlagt. Die Feder 21 greift an einem der Achszapfen 12 mit ihrem einen Ende und mit dem anderen Ende an einem Stift 20 an, der an einem geeigneten stationären Teil sitzt.

Wenn das Lenkrad 102 bei fahrendem Fahrzeug eingeschlagen wird, dann wird seine Drehbewegung mittels der Zahnräder 4 und 5 auf die Eingangswelle 6 übertragen und hierdurch auch das Sonnenrad 9 in Drehung versetzt. Zu gleicher Zeit gibt die Steuereinrichtung 17 ein Steuersignal c aus, um den Schrittmotor 15 entsprechend der Fahrgeschwindigkeit und entsprechend dem Einschlagwinkel des Lenkrades 102 zu verdrehen, die jeweils durch

die Signale a und b des Fahrgeschwindigkeitsfühlers bzw. des Lenkwinkelfühlers 19 repräsentiert sind. Hierdurch wird der Planetenradträger 13 durch den Eingriff zwischen dem Ritzel 16 und dem Zahnsektor verdreht. Dementsprechend erfährt das Sonnenrad 9 des Differentialgetriebes 8 eine Verdrehung um einen Betrag, der proportional zum Einschlagwinkel des Lenkrades ist, während zu gleicher Zeit der Planetenradträger um ein Ausmaß verdreht wird, das der Drehung des Schrittmotors 15 entspricht. Folglich werden das Hohlrad 10 und demzufolge auch die Abtriebswelle 7 um einen Betrag verdreht, der durch Subtraktion des Drehbetrages des Planetenradträgers 13 von dem Drehbetrag des Sonnenrades 9 oder durch Addition des erstgenannten zu dem letztgenannten Drehbetrag erhalten wird, jeweils abhängig davon, in welcher Richtung der Planetenradträger 13 verdreht wird. Die Vorderräder 106 werden durch das Lenkgetriebe 107 um einen Betrag eingeschlagen, der der Verdrehung der Abtriebswelle 7 entspricht. Auf diese Weise lässt sich durch die Steuerung des Drehbetrages an dem Schrittmotor 15 das Dreh-Übersetzungsverhältnis zwischen der Eingangswelle 6 und der Abtriebswelle 7, d.h. der Winkel, um den die Abtriebswelle 7 bei einer Verdrehung der Eingangswelle 6 um einen Einheitswinkel verdreht werden soll, steuern. Folglich kann auch das Lenkverhältnis bzw. das Verhältnis zwischen dem Einschlagwinkel der Vorderräder 106 und dem gegebenen Drehwinkel des Lenkrades 102 gesteuert werden. Auf diese Weise lässt sich das Lenkverhältnis mannigfaltig durch entsprechende Wahl der Beziehung des Ausgangssignals der Steuereinrichtung 17 zu den Eingangssignalen des Fahrgeschwindigkeitsfühlers 18 und des Lenkwinkelfühlers 19, d.h. den Signalen a und b, verändern. Dabei kann das Lenkverhältnis entweder ausschließlich in Abhängigkeit

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von dor Fahrgeschwindigkeit odor in Abhängigkeit sowohl von der Fahrgeschwindigkeit als auch von dem Drehwinkel an dem Lenkrad 102 verändert werden.

Beispielsweise kann das Dreh-Übersetzungsverhältnis bzw. das Lenkverhältnis bei einer Veränderung der Fahrgeschwindigkeit so verändert werden, daß der Änderungsfaktor für das Lenkverhältnis gemäß Fig. 5 mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit verringert wird. Wenn eine Kennlinie für die Beziehung zwischen der Fahrgeschwindigkeit und dem Übersetzungsverhältnis entsprechend der Darstellung in Fig. 5 vorgegeben ist, dann bedeutet dies, daß das Änderungsausmaß Δ Κ bezüglich des Übersetzungsverhältnisses bei einem gegebenen Änderungsbetrag Δ V der Fahrgeschwindigkeit mit abnehmender Fahrgeschwindigkeit grosser wird. (Das Änderungsausmaß des Übersetzungsverhältnisses bei niedriger Fahrgeschwindigkeit ist in Fig. 5 mit ARl angegeben, während das Änderungsausmaß des Übersetzungsverhältnisses bei hoher Fahrgeschwindigkeit mit AR2 bezeichnet ist).

Eine solche Einstellung ist insofern von Vorteil, als hierdurch das Fahrzeugverhalten, verursacht durch eine Fahrgeschwindigkeitsänderung bei der Kurvenfahrt und bei einem gegebenen Lenkwinkel, über den gesamten Fahrgeschwindigkeitsbereich hinweg weitgehend gleichförmig bleibt. Das bedeutet, daß zwar mit einem Einschlagen der Vorderräder bei fahrendem Fahrzeug der Fahrzeugkörper aufgrund der Seitenbeschleunigung Roll- oder Gierbewegungen ausführt und daß diese Bewegungen sowie die Seitenbeschleunigung, die der Fahrzeugkörper bei einem gegebenen Einschlagwinkel der Räder erfährt, mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit nach einer Exponentialfunktion zunehmen.

Wenn dementsprechend der Änderungsfaktor für das Lenkverhältnis mit Bezug auf die Fahrgeschwindigkeit eine feste Grosse ist und der Einschlagwinkel der Räder ebenfalls mit einem festen Betrag über den ganzen Fahrgeschwindigkeitsbereich ninweg bei einer Fahrgeschwindigkeitsanderung und bei einer Einstellung des Lenkrades./einer gegebenen

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Winkelstellung verändert wird, dann treten Rolloder Gierbewegungen des Fahrzeugkörpers auf, die im hohen Drehzahlbereich stärker ausgeprägt sind als im niedrigen Drehzahlbereich und sich folglich nachteilig auf das LeiikVerhnlton dos Fahrzeuges insbesondere bei Kurven fahrt mit hoher Geschwindigkeit auswirken. Durch die Veränderung des Gradienten der Kennlinie (Änderungsfaktor), d.h. des Lenkverhältnisses gemäß Fig. 5 kann jedoch das Fahrzeugverhalten, verursacht durch Fahrgeschwindigkeitsänderungen während der Kurvenfahrt und bei einem gegebenen Lenkwinkel, weitgehend gleichförmig über den ganzen Geschwindigkeitsbereich beibehalten werden.

Eine Kennlinie für das Übersetzungsverhältnis bezogen auf die Fahrgeschwindigkeit, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, lässt sich beispielsweise auf folgende Weise erzielen: Bezeichnet man den Lenkwinkel (den Einschlagwinkel am Lenkrad), den Einschlagwinkel der Räder und das Übersetzungsverhältnis (oder Geschwindigkeitsverringerungs-Verhältnis = Untersetzungsverhältnis) jeweils mit 9h, 9wR (R = 9h/9w) und die Fahrgeschwindigkeit, den Radstand und den Stabilitätsfaktor mit V, JL. bzw. A, dann gilt für die Seitenbeschleunigung G während einer gleichförmigen Kreis-Kurvenfahrt die Gleichung;

G=v2.0w/[l(l+AV2)]

BAD

Entsprechend gilt für die Zunahme Ga der Seiten-beschleunigung G bei einem gegebenen Lenkwinkel Bh (Ga = G/θη) die Gleichung:

Ga=v2-6w/l8h-l(l+Av2)] =V2/[R-1(1+AV2)]

Das Übersetzungsverhältnis R lässt sich folgender massen wiedergeben:

Folglich gilt für die Zunahme Ga der Seitenbeschleunigung unter der Bedingung, daß diese Zunahme unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit konstant bleibt, daß das Übersetzungsverhältnis R der folgenden Gleichung genügt:

R=v2/(a+ßV²) ··· (I)

Worin ex = Ga - X und β = Ga · JL. - Λ jeweils eine positive Konstante darstellen.

Durch die Bestimmung der Übersetzungsverhältnis/ Fahrgeschwindigkeit-Charakteristik (gemäß der das Steuergerät 17 den Schrittmotor 15 steuert) auf der Basis der Gleichung (I) lässt sich erreichen, daß die auf den Fahrzeugkörper während der Kurvenfahrt und bei Einstellung des Lenkrades 102 in einer gegebenen Winkelstellung wirkende Seitenbeschleunigung weitgehend konstant und unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit gehalten wird.

Anstelle der Gleichung (I) kann auch die folgende Gleichung (Ii) verwendet werden, die eine Annäherung der Gleichung (1) ist:

t ι

wobei c<', p¹ positive Konstanten sind und 0<η<1 gilt.

Um über den ganzen Fahrgeschwindigkeitsbereich hinweg die Giergeschwindigkeit konstant zu machon, wird die Kennlinie für das ÜbersetzunysvurhälLnJs bezogen auf die Fahrgeschwindigkeit f öl yondcrniiis.son Ijcstimmt:

Die Zunahme Gb der Giergeschwindigkeity'für einen gegebenen Lenkwinkcl 9h (Gb = y-'/Qh) ist durch die folgende Gleichung gegeben:

Gb=(V-Öw/Gh)/l(l+Av2) =V/R-1-(1+AV²)

Hierbei kann das Übersetzungsverhältnis R durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

R=V/[Gb-l(l+Av2j]

Folglich gilt für einen unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit konstanten Wert der Zunahme Gb der Giergeschwindigkeit 'ψ für das Übersetzungsverhältnis R die nachfolgende Gleichung (111):

R=v/Q"+£v2) ··· (tu)

worin ^=Gb-I und (T=Gb-I-A jeweils positive Konstanten darstellen.

Die Gleichungen (I), (II) und (III) gelten nicht im Bereich sehr niedriger Fahrgeschwindigkeit, weil in diesem Bereich die Änderung dos Übersetzungsverhältnisses R zu groß ist, um das Übersetzungsverhältnis zu steuern, und zu gleicher Zeit das Übersetzungsverhältnis R zu klein ist, um es zu erhalten.

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Das Dreh-Übersetzungsverhältnis bzw. das Lenkverhältnis lässt sich sowohl aufgrund einer Geschwindigkeitsänderung als auch aufgrund einer Änderung des Lenkwinkels verändern, wie in Fig. 6 gezeigt ist. In Fig. 6 nimmt das Übersetzungsverhältnis (das Geschwindigkeits-Verringerungs-Verhältnis) mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit zu, jedoch mit zunehmendem Lenkwinkel ab. Zugleich wird das Änderungsausmaß für das Übersetzungsverhältnis (der Gradient) bezogen auf die Fahrgeschwindigkeit mit zunehmendcMn Lenkwinkel kleiner, wie sich aus dem Vergleich der Kurven (I) und (II) in Fig. 6 ersehen lässt. Dementsprechend wird der Einschlagwinkcl an den Vorderrädern 106 bei einem gegebenen Drehwinkel am Lenkrad 102 (Lenkverhältnis) mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit oder bei kleinerem Lenkwinkel kleiner, wodurch eine ausgezeichnete Fahrstabilität bei hoher Fahrgeschwindigkeit erzielbar ist. Umgekehrt wird dieser Einschlagwinkel grosser, wenn sich die Fahrgeschwindigkeit verringert oder der Lenkwinkel grosser ist, wodurch das Ansprechen des Fahrzeuges auf die Lenkradbetätigung verbessert wird. Da außerdem bei zunehmendem Lenkwinkel das Änderungsausmaß bezüglich des Geschwindigkeits-Verringerungs-Verhältnisses kleiner ist, ist auch das Änderungsausmaß bezüglich des Einschlagwinkels an den Vorderrädern 106 bei einer Fahrgeschwindigkeitsänderung und bei einem gegebenen Lenkwinkel kleiner, je grosser dieser gegebene Lenkwinkel ist. Folglich ändert sich der Einschlagwinkel an den Vorderrädern 106 nur um einen geringfügigen Betrag bei einer Fahrgeschwindigkeitsänderung während scharfer Kurvenfahrt, wodurch eine hinreichende Stabilität während scharfer Kurvenfahrt gewährleistet ist.

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Vorzugsweise wird das Ausmaß der Änderung des Geschwindig keits-Verringerungs-Verhältnisses bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit kleiner gemacht, wie das in Fig. 7 gezeigt ist, so daß der in Zusammenhang mit E'ig. 5 beschriebene Effekt zusätzlich zu demjenigen erzielt wird, der in Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert ist.

Die Beziehung zwischen dem Geschwindigkeits-Verringerungs Verhältnis und der Fahrgeschwindigkeit sowie dem Lenkwinkel gemäß Fig. 7 kann beispielsweise durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

in der R, V und θ jeweils das Geschwindigkeits-Verringerungs-. Verhältnis (Übersetzungsverhältnis), die Fahrgeschwindigkeit und den Lenkwinkel und c*, ß und f jeweils positive Konstanten bedeuten; außerdem gilt 0<n<l und m=aV^+b>0(a,b,k>0)

Wenn das Lenkgetriebe 107 ein drehzahlveränderliches Getriebe ist, wie ein solches in Fig. 8 gezeigt ist, dann braucht die Steuereinrichtung 17 lediglich den Mechanismus 1 für die Veränderung des Lenkverhältnisses entsprechend der Fahrgeschwindigkeit zu steuern, um die in den Fig. 6 bzw. 7 gezeigten Kennfelder für das Lenkverhältnis zu erhalten. Bei einem Lenkgetriebe 107a dicsor Bauart ändert sich das Übersetzungsverhältnis (Eingriffsvorhältnis ) mit dom Lenkverhältnis. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, umfasst das Lenkgetriebe 107a mit variablem Übersetzungsverhältnis einen Gewindeabschnitt 7a an dem freien Ende der Abtriebswelle 7, eine Wandermutter 31, die mittels einer Anzahl von nicht gezeigten Kugeln im Schraubeingriff mit dem Gewindeabschnitt 7a steht und an ihrer Außenseite als Zahnstange 31a gestaltet ist, und einen Zahnsektor 32, der an einer Sektorwelle 33 sitzt, welche wiederum an dem Lenkhebel

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befestigt ist. Der Zahnsektor 32 kämmt mit der Zahnstange 31a an der Wandermutter 31. Bei einer Drehung
der Abtriebswelle 7 verstellt sich die Wandermutter

31 (in Fig. 8) nach rechts oder links, so daß dadurch

der Zahnsektor 32 zusammen mit der Sektorwelle 33 ^:i

verdreht wird und dadurch den Lenkhcbel 103 verschwenkt. ^; Der Zahnsektor 32 besitzt eine ungleichmässige Verzahnung und der Teilkreisdurchmesser des Zahnsektors %

32 hat in dem durch a gekennzeichneten Zentrum sein f Maximum und verringert sich zu den Enden hin, was . ■' \ durch den mit b bezeichneten Teilkreisdurchmesser ' _: angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Übersetzungsverhältnis verringert (oder die Verdrehung des Zahn- ■ ' ;_: sektors 32 erhöht), sobald die Verdrehung der Abtriebs- f. welle 7 des Mechanismus 1 zur Veränderung des Lenk- ί Verhältnisses zunimmt. Folglich kann durch geeignete ί Auswahl der durch die Durchmesser a und b angegebenen | Teilkreisdurchmesser das Lenkverhältnis, das bereits ■ ' *

in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit durch .;

den Mechanismus 1 verändert worden ist, zusätzlich ?'

in Abhängigkeit vom Lenkwinkel entsprechend den Kenn- : -'

feldern in den Fig. 6 oder 7 verändert werden. Ί

Diese Anordnung ist insofern von Vorteil, als die ■'.· ,: ■ Steuereinrichtung einfach aufgebaut sein kann. Denn■

diese braucht lediglich den Mechanismus 1 zur Ver- " ;,' änderung des Lenkverhältnisses in Abhängigkeit von

der Fahrgeschwindigkeit zu steuern, wobei aber trotzdem * das Lenkverhältnis sowohl in Abhängigkeit von der Fahr- . ^?

geschwindigkeit als auch von dem Lenkwinkel steuerbar . \;

ist, ohne daß der Herstellungsaufwand dadurch merklich

erhöht wird.

Obwohl das Lenkgetriebe 107a mit variablem Übersetzungsverhältnis gemäß Fig. 8 eine sog. Kugelmutter beinhaltet, kann im Rahmen der Erfindung auch ein Zahnstangen/Ritzel-Getriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis eingesetzt werden, bei dem die Teilung der Zahnstange ungleichmässig gewählt ist.

Wie oben erläutert, wird der Planetenradträger 13 durch die Feder 21 in Richtung auf die Neutralstellung beaufschlagt (s. Fig. 2 und 3). Wenn der Planatenradträger 13 durch den Schrittmotor 15 verstellt wird, dehnt die Feder 21 sich aus bzw. zieht sich zusammen, um hierdurch die Verdrehung des Planetenradträgers zu gestatten. Fällt der Schrittmotor 15 beispielsweise aus und wird der Planetenradträger 13 freigegeben, dann könnte die Drehung des Sonnenrades 9 ohne die Feder 21 nicht auf das Hohlrad 10 übertragen werden. Diese Feder 21 hält den Planetenradträger 13 in seiner Neutralstellung, sobald der Schrittmotor 15 außer Antriebsverbindung mit dem Planetenradträger 13 kommt, so daß das Sonnenrad 9, die Planetenräder 12 und das Hohlrad 10 als fester Getriebezug wirken. Folglich kann die Lenkkraft auch dann zum Zweck der Lenkung des Fahrzeuges auf die Vorderräder 106 übertragen werden, wenn der Schrittmotor 15 oder die Steuereinrichtung 17 ausfällt und die Antriebsverbindung zum Planetenradträger 13 aufgehoben ist.

- Leerseite

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Mazda Motor Corporation

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

- 25 406 20/h

Lenksystem für Fahrzeuge

Ansprüche

Lenksystem für Fahrzeuge, mit einer zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern angeordneten Einrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses, durch die das Lenkverhältnis veränderbar ist, mit einer Detektoreinrichtung für die Fahrgeschwindigkeit und mit einer Steuereinrichtung, die aufgrund eines Geschwindigkeitssignals der Detektoreinrichtung die Einrichtung zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses so steuert, daß mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit das Übersetzungsverhältnis erhöht wird, um das Lenkverhältnis zu verringern,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung (17) die Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß der Änderungsfaktor des mit der Fahrgeschwindigkeit veränderlichen Lenkverhältnisses in einem niedrigen Fahrgeschwindigkeitsbereich grosser als in einem hohen Fahrgeschwindigkeitsbereich ist.
2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) die Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß das Übersetzungsverhältnis (R) entsprechend der Gleichung R=v2/(a+j3v2)

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verändert wird, woboi R und V das Übersetzungsverhältnis bzw. die Fahrgeschwindigkeit sowie oc und β Konstanten bezeichnen, die das Produkt aus der Zunahme der Seitenbeschleunigung bei einem gegebenen Lenkwinkel und dem Radstand des Fahrzeuges bzw. das Produkt aus der Zunahme der Seitenbeschleunigung: bei einem gegebenen Lenkwinkel, dem Radstand des Fahrzeuges und einem Stabilitätsfaktor sind.
3. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) die Einrichtung (Γ) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß das Übersetzungsverhältnis entsprechend der Gleichung

R=a'Vⁿ+3'

verändert wird, wobei R und V das Übersetzungsverhältnis bzw. die Fahrgeschwindigkeit und oC¹ und ß¹ positive Konstanten bezeichnen, die auf die Zunahme der Seitenbeschleunigurtg bei einem gegebenen Lenkwinkel bezogen sind, und für η 0<η<1 gilt.
4. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) die Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß das Übersetzungsverhältnis entsprechend der Gleichung

verändert wird, wobei R und V das Übersetzungsverhältnis bzw. die Fahrgeschwindigkeit und ^ und S Konstanten bezeichnen, die das Produkt aus der Zunahme der Giergeschwindigkeit bei einem gegebenen Lenkwinkel und dem Radstand dos Fahrzeuges bzw. das Produkt aus der Zunahme der Giergeschwindigkoit bei einem gegebenen

* fr-ν

Lenkwinkel, dem Radstand dos Fahrzeuges und einem Stabilitätsfaktor sind.
5. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detoktominrichtung (19) für den Lenkwinkel vorgesehen ist und daß das Steuergerät (1.7) aufgrund eines Lenkwinkelsignals der Detektoreinrichtung (19) für den Lenkwinkel die Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses derart steuert, daß dor Änderungsfaktor des mit der Fahrgeschwindigkeit veränderlichen Lenkverhältnisses mit zunehmendem Lenkwinkt?! kleiner ist.
6. Lenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) sowohl aufgrund eines Lenkwinkel signals der Detcktoreinrichtung (19) für den Lenkwinkcl als auch aufgrund eines Geschwindigkeitssignal α ά<.·ι Dotoktoreinrichtung (18) für die Fahrgeschwindigkeit die Hinrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses steuert, daß als Einrichtung (1) zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen das Lenkrad (102) und das Lenkgetriebe (107) ein Difforontial getriebe eingesetzt ist, das ein mit dom Lenkrad (102) verbundenes Antriebs-Getriebeelement (9), ein mit dem Lenkgetriebe (107) verbundenes Abtriebs-Get ri eboel erncnt (10) und ein eine Reaktionskraft übertragendes Getriebeelement (11) aufweist, und daß eine Betätigungseinrichtung (15, 16, 14) vorgesehen ist, die aufgrund eines Steuersignals der Steuereinrichtung (17) eine Drehung des eine Reaktionskraft übertragenden Getriebeelements (11, 13) so steuert, daß zur Verringerung des Lenkverhältnisses bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit das Übersetzungsverhältnis erhöht wird.

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7. Lenksystem nach Anspruch 6, dadurch qokonnz^ichnet, daß das Differentialgetriebe ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad (9), einem Hohl rad (10) und einem Planetenrad (11) ist.
8. Lenksystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (9) mit dem Lenkrad (102), das Hohlrad (10) mit dem Lenkgetriebe (107) und das Planetenrad (11) mit der Betätigungseinrichtung (15) verbunden sind.
9. Lenksystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekonnzeichnet, daß das die Reaktionskraft übertragende Getriebeöleinc-nt (11, 13) durch eine Feder (21) in Richtung auf eine Neutralstel1ung beaufschlagt ist.
10. Lenksystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkgetriebe (107) ein Getriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis ist, dessen Übersetzungsverhältnis mit dem Lenkwankel veränderbar ist.
11. Lenksystem nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) die Betätigungseinrichtung (15) zur Verdrehung des eine Reaktionskraft übertragenden Getriebeelements (11, 13) derart steuert, daß der Änderungs.faktor des mit der Fahrgeschwindigkeit veränderlichen Lenkverhältnisses in einem niedrigen Fahrgeschwindigkeitsbereich grosser als in einem hohen Fahrgeschwindigkeitsbereich ist.
12. Lenksystem nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (17) die Betätigungseinrichtung (15) zur Verdrehung des eine

ORIGINAL

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Reaktionskraftübertragenden Hotri oboe! cmonts (11 } derart steuert, daß das Lenkverhältnis mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit verringert- wird und dor Änderungsfaktor des mit der Fahrgeschwindigkeit veränderlichen Lenkverhältnisses bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit und bei zunehmendem Lenkwinkel kleiner ist.

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