DE3602141A1

DE3602141A1 - Antrieb fuer eine allrad-lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE3602141A1
Application number: DE19863602141
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Furukawa; Tetsuro Hamada; Yoshimichi Kawamoto; Mitsuya Utsunomiya Tochigi Serizawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-01-24
Filing date: 1986-01-24
Publication date: 1986-07-31
Anticipated expiration: 2006-01-25
Also published as: FR2576270B1; GB2170454B; GB8601698D0; FR2576270A1; US4767129A; GB2170454A; CA1266620A; DE3602141C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb zum Einschlagen der Hinterräder relativ zu den Vorderrädern für eine Allrad-Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, mit der der Einschlagwinkel der Hinterräder entsprechend vorgegebenen Bedingungen gesteuert wird.

Es wurden bereits mehrere Allrad-Lenkeinrichtungen für Vorder- und Hinterräder von Fahrzeugen insbesondere für Vierradfahrzeuge entwickelt. Die JP-OS 55-91457 beschreibt beispielsweise eine Allrad-Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, bei der die Hinterräder in Abhängigkeit vom Einschlagen der Vorderräder mit übereinstimmender Phasenbeziehung im Hochgeschwindigkeitsbereich und mit entgegengesetzter Phasenbeziehung im Niedergeschwindigkeitsbereich eingeschlagen werden. Das Einschlagwinkelverhältnis kann eine stetige Funktion der Fahrgeschwindigkeit sein. In diesem Zusammenhang kann die zu steuernde Größe entweder das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder relativ zu den Vorderrädern oder der Einschlagwinkel der Hinterräder selbst sein.

Somit erfolgt eine kontinuierliche Steuerung des Einschlagwinkels oder des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder entsprechend dieser stetigen Funktion, so daß die Lenkeinrichtung bei hoher und bei niedriger Geschwindigkeit zufriedenstellend arbeitet. Speziell der minimale Drehwinkel und die Innenradiusdifferenz des Fahrzeugs werden drastisch verringert, und die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs insbesondere bei niederer Geschwindigkeit beispielsweise beim Fahren in eine Garage, durch schmale und kurvige Straßen und bei einer Umkehrkurve wird wesentlich verbessert, wobei der zusätzliche Vorteil auftritt, daß das Fahrzeug im Bereich hoher Geschwindigkeit

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eine bessere Richtungsstabilität aufweist.

Allgemein gesprochen, kann bei einer Vorderradlenkung die Reaktion der Vorderräder auf die Straßenfläche auf das Lenkrad übertragen werden, so daß das Fahren des Fahrzeugs erleichtert wird durch eine Kraftwirkung, die die Vorderräder aus ihrem eingestellten Nachlaufwinkel in die Geradeausstellung zu bringen sucht. Bei den Hinterrädern ist eine solche Wirkung jedoch nicht nur überflüssig, sondern sie kann auch nachteiligerweise die Fahrzeugbewegung beeinträchtigen, wenn die Hinterräder lenkbar sind und Unregelmäßigkeiten der Straßenfläche auftreten.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb zur Steuerung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder bei einer Allrad-Lenkeinrichtung anzugeben, durch den das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder nicht beeinträchtigt wird, auch wenn die Hinterräder externen Kraftwirkungen ausgesetzt sind. Dabei sollen die Hinterräder also nicht eingeschlagen werden, auch wenn eine externe Kraftwirkung auftritt, so daß ein stabiler Geradeauslauf immer gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Antrieb nach der Erfindung kann mit einer Vorrichtung gekoppelt sein, die das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder relativ zu den Vorderrädern bestimmt.

Dadurch, daß die Übertragung externer Kraftwirkungen von den Hinterrädern auf die Eingangsseite des Antriebs, der

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das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder steuert, unterbunden ist, hat das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder immer einen ganz bestimmten festen Wert, der durch den Zustand des Antriebs bestimmt ist, und das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder wird durch äußere Kraftwirkungen nicht beeinträchtigt.

Der Antrieb kann so vorgesehen sein, daß er die Hinterräder direkt einschlägt. Auch hierbei ist gewährleistet, daß die übertragung äußerer Kraftwirkungen auf die Hinterräder zum Eingang des Antriebs für das Einschlagen der Hinterräder verhindert wird, so daß die Hinterräder immer eine feste Position haben, die durch den Zustand des Antriebs bestimmt ist, und nicht durch die externe Kraftwirkung eingeschlagen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Grundkonstruktion eines mit einer Allrad-Lenkeinrichtung ausgerüsteten Fahrzeugs,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Hinterradlenkung für die in Fig. 1 gezeigte Konstruktion,

Fig. 3a, b und c schematische Darstellungen der Arbeitsweise der Hinterradlenkung nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Blockdiagramm der Steuerung für das in Fig. 1 bis 3 gezeigte Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Einschlagwinkelcharakteristik für das in Fig. 1 bis 4 gezeigte Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine vereinfachte perspektivische Darstellung ei-

ner Hinterradlenkung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 7 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer Hinterradlenkung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Lenkwelle 2 mit einem Lenkrad 1 dargestellt, die an ein Zahnstangen-Lenkgetriebe 3 angeschlossen ist. Zwei Spurstangenteile 5 sind mit den beiden Enden einer Zahnstange 4 verbunden, die in ein nicht dargestelltes Ritzel am unteren Ende der Lenkwelle 2 eingreift. An den äußeren Enden der Spurstangenteile 5 sind zwei Spurhebel 6 befestigt, die die Vorderräder 7 so tragen, daß diese in der durch die Drehung des Lenkrades 1 bestimmten Richtung in bekannter Weise eingeschlagen werden.

Eine Ritzelwelle 8 verläuft vom Lenkgetriebe 3 nach rückwärts, und eine Gelenkwelle 10 ist mit dem hinteren Ende der Ritzelwelle 8 über ein Kreuzgelenk 9 verbunden. Die Ritzelwelle 8 ist mit einem nicht dargestellten Ritzel versehen, welches in die Zahnstange 4 eingreift. Eine Antriebswelle 12 (Fig. 2) ist mit dem hinteren Ende der Gelenkwelle 10 über ein weiteres Kreuzgelenk 11 verbunden. Diese Antriebswelle 12 ist auf der Längsmittellinie des hinteren Fahrzeugteils angeordnet und in einer Halterung 13 drehbar gelagert, wie Fig. 2 zeigt.

Eine Schwingwelle 15, die in Fig. 2 deutlicher dargestellt ist, ist mit dem hinteren Ende der Antriebswelle 12 über eine Gabel 14 verbunden, und ein Verbindungselement 16 ist lose über einem mittleren Abschnitt der Schwingwelle 15 angeordnet. Die beiden seitlichen Enden des Verbindungs-

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elements 16 sind mit Spurstangenteilen 25 über Kugelgelenke 26 verbunden, und das Verbindungselement 16 ist am mittleren Abschnitt eines Arms 17 gehalten, der sich in Querrichtung des Fahrzeugs erstreckt.

Ein Ende des Arms 17 ist mit dem Fahrzeugkörper über ein Gelenkelement 18 und eine Aufhängung 19 verbunden, während das andere Ende des Arms 17 mit dem Fahrzeugkörper über Gelenkelemente 20 und 21 und eine Aufhängung 22 so verbunden ist, daß der Arm 17 in einer vertikalen Ebene quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs schwingen kann. Eine Schwenkachse 23 des Gelenkelements 21 an der Aufhängung 22 kann einstückig mit dem Gelenkelement 21 drehen. Die Außenenden der Spurstangenteile 25 sind mit Spurhebeln 28 verbunden, die die Hinterräder 27 tragen, wie Fig. 1 zeigt.

Ein Motor 31 ist an einem Teil des Fahrzeugkörpers beim anderen Ende des Arms 17 montiert, und eine Abtriebswelle des Motors 31 ist mit einer Schnecke 32 versehen, die wiederum in ein Zahnsegment 24 eingreift, welches auf der Schwenkachse 23 des Gelenkelements 21 befestigt ist. Somit bewirkt eine Drehung des Motors 31 die Drehung des Arms 17.

Da der Steigungswinkel der Schnecke 32 kleiner als der Reibungswinkel ist, kann eine auf die Hinterräder einwirkende externe Kraft die Schnecke 3 2 über das Zahnsegment 24 nicht drehen, und das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder wird durch externe Faktoren wie beispielsweise Unregelmäßigkeiten der Straßenfläche nicht beeinträchtigt. Damit ferner das Einschlagwinkelverhältnis beispielsweise manuell wieder in eine Neutralstellung ge-

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bracht werden kann, auch wenn es beispielsweise durch Ausfall des Motors 31 oder aus einem anderen Grund auf einen bestimmten Wert fest eingestellt ist, befindet sich an einem Ende der Abtriebswelle des Motors 31 ein Abschnitt 36 mit sechseckigem Querschnitt, so daß das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder auf den Wert 0 gebracht werden kann, indem eine separate Kurbel 37 auf den sechseckigen Abschnitt 3 6 aufgesetzt und die Abtriebswelle des Motors 31 von Hand gedreht wird.

Andere Antriebe zur Steuerung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder ohne Beeinträchtigung durch externe Kraftwirkungen können Schraubspindeln oder andere an sich bekannte Maschinenelemente enthalten.

Wenn die Kraft zum Einschlagen der Vorderräder auf die Hinterräder übertragen wird, um auch sie einzuschlagen, so wird dadurch, daß Reaktionskräfte von der Straßenoberfläche von dem Antrieb ferngehalten werden, eine unerwünschte Änderung der Kraft verhindert, die zur Lenkung des Fahrzeugs oder zur Beibehaltung eines vorbestimmten Einschlagwinkels erforderlich ist.

Das Fahrzeug ist ferner mit einem Rechner 33 ausgerüstet, der Signale von einem Fahrgeschwindigkeitssensor 34 und einem Positionssensor 35 empfängt, welcher die Position der Schwenkachse 23 des Gelenkelements 21 auswertet und ein entsprechendes Steuersignal an den Rechner 33 abgibt, so daß die Drehung des Motors 31 abhängig von der Fahrgeschwindigkeit gesteuert werden kann.

Wenn der Schwenkpunkt P des Verbindungselements 16 mit der Mitte 0 der Antriebswelle 12 zusammenfällt, wie es

in Fig. 3a dargestellt ist, so drehen sich die Antriebswelle 12 und die Schwingwelle 15 koaxial, weshalb das Verbindungselement 16 nicht seitlich schwingen kann und die Spurstangenteile 25 stationär bleiben, so daß nur die Vorderräder 7 eingeschlagen werden, jedoch nicht die Hinterräder 27, wie dies bei einem Fahrzeug herkömmlicher Art der Fall ist.

Wenn das Gelenkelement 21 durch die Drehung des Motors über die Schnecke 32 und das Zahnsegment 24 abwärts gedreht wird, so neigt sich der Arm 17 mit seinem linken Ende abwärts, wie es in Fig. 3b gezeigt ist. Durch diese Neigung des Arms 17 befindet sich der Schwenkpunkt P unter der axialen Mitte O, und wenn die Antriebswelle 12 beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkel θ gedreht wird, so bewegen sich die Spurstangenteile 25 nach rechts, wie es in Fig. 3b gestrichelt gezeigt ist. Die Hinterräder 27 werden dann entgegengesetzt zur Einschlagrichtung der Vorderräder 7 eingeschlagen.

Wenn das Gelenkelement 21 durch gegenläufige Drehung des Motors 31 aufwärts gedreht wird, so neigt sich der Arm 17 mit seinem linken Ende aufwärts, wie es in Fig. 3c gezeigt ist. Durch diese Neigung des Arms 17 befindet sich der Schwenkpunkt P über der axialen Mitte 0, und wenn die Antriebswelle 12 beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn um den Winkel θ gedreht wird, so bewegen sich die Spurstangenteile 25 nach links entgegengesetzt zu dem vorherigen Fall, wie es in Fig. 3c gestrichelt gezeigt ist. Dadurch werden die Hinterräder 27 in derselben Richtung wie die Vorderräder 7 eingeschlagen.

Im folgenden wird die Steuerfunktion des vorstehend be-

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schriebenen Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 4 und 5 erläutert.

Fig. 4 zeigt die funktionelle Struktur des Rechners 33. Das mit dem Fahrgeschwindigkeitssensor 34 abgegebene Fahrgeschwindigkeitssignal wird dem Rechner 33 als vorbestimmtes Fahrgeschwindigkeitssignal u zugeführt. Dieses Fahrgeschwindigkeitssignal u wird in ein Signal k =f(u) durch einen Umsetzungsprozeß (a) umgesetzt, wobei dieses Signal einem vorbestimmten Einschlagwinkelverhältnis entspricht.

Der Positionssensor 35 wertet die Drehposition des Gelenkelements 21 aus, die proportional dem Einschlagwinkelverhältnis beim aktuellen Einschlagen ist, und das Auswerteergebnis wird dem Rechner 33 als aktuelles Einschlagwinkelverhältnis k zugeführt. Eine relative Differenz

Δ k=k -k_n ergibt sich durch einen Vergleichsprozeß (b) aus dem aktuellen Einschlagwinkelverhältnis k und dem vorbestimmten Einschlagwinkelverhältnis k . Diese Differenz Δ k wird vom Rechner 33 einer Ausgabesteuerung 43 in Form von Daten zugeführt, die der Korrektur des Einschlagwinkelverhältnisses entsprechen, die erforderlich ist, um das gewünschte Einschlagwinkelverhältnis zu erhalten. Der Ausgang der Ausgabesteuerung 43 ist mit dem Motor 31 verbunden und liefert an diesen ein Steuersignal s, das der Differenz ^k entspricht. Somit wird der Motor 31 in der Richtung gedreht, in der sich das Einschlagwinkelverhältnis entsprechend dem in Fig. 5 gezeigten Zusammenhang ergibt.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die verschiedenen Prozesse des Rechners 33 nach einem bestimmten Programm (Software) abgearbeitet, das beispiels-

weise im Speicher des Rechners 33 enthalten ist. Es ist jedoch auch möglich, hierzu elektrische Schaltungen mit ähnlichen Funktionen zu benutzen.

Da eine externe Kraftwirkung auf die Hinterräder von der Straßenoberfläche her nicht auf den Eingang des Antriebs zur Steuerung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder übertragen wird, kann auch die Fahrzeugbewegung durch eine solche externe Kraftwirkung nicht unerwünscht beeinträchtigt werden. Andernfalls könnte das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder beeinflußt werden. Der stabile Geradeauslauf des Fahrzeugs ist immer gewährleistet.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Antriebs zum Einschlagen der Hinterräder. Ein Elektromotor 41 ist fest an einem Teil des Fahrzeugkörpers nahe der hinteren Fahrzeugmitte montiert, und eine Schraubspindel 42 ist mit der Abtriebswelle des Motors 41 fest verbunden. Auf der Schraubspindel 42 ist ein Innengewinde geführt, das in einem Vorsprung 43 eines Schiebers 45 vorgesehen ist. Der Schieber 4 5 ist am Fahrzeugkörper in seitlicher Richtung verschiebbar geführt und mit den inneren Enden von Spurstangenteilen 46 über Kugelgelenke 46a verbunden. Die anderen Enden der Spurstangenteile 46 sind mit Spurhebeln 47 für Hinterräder 48 über Kugelgelenke 46b verbunden. Ein Abschnitt 42a mit sechseckförmigem Querschnitt ist am freien Ende der Schraubspindel 42 vorgesehen.

Der Steigungswinkel der Schraubspindel 42 ist kleiner als der Reibungswinkel, und die Hinterräder 48 können eingeschlagen werden, indem der Schieber 45 durch Drehung der Schraubspindel 42 verschoben wird. Die Schraubspindel 42 kann jedoch nicht durch eine externe Kraft gedreht werden,

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die auf die Hinterräder 48 einwirkt.

Der Motor 41 ist mit einem Rechner 49 verbunden, der im Fahrzeug angeordnet ist, und wird so gesteuert, daß er einen gewünschten Einschlagwinkel der Hinterräder 48 entsprechend einem vorbestimmten Steuerprogramm einstellt. Wenn der Motor 41 gedreht wird, so bewegt sich der Schieber 45 in seitlicher Richtung über den Schraubspindelmechanismus, und die Hinterräder 48 werden eingeschlagen.

Wenn der Motor 41 aus irgendeinem Grunde nicht arbeitet und die Hinterräder 48 eingeschlagen sind, so kann der Fahrbetrieb erschwert werden. Hierzu kann dann eine Kurbel 40 auf den sechseckigen Abschnitt 42a der Schraubspindel 42 aufgesetzt und diese in der erforderlichen Richtung gedreht werden, um die Hinterräder 48 in Neutralstellung zu bringen.

Fig. 7 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Antriebs zum Einschlagen der Hinterräder. Die Abtriebswelle eines Motors 51 ist mit einer Schnecke 52 versehen, in die ein Schneckenzahnrad 53 eingreift, welches auf einer Welle 54 eines Zahnstangengetriebes 55 sitzt. Die beiden Enden der zugehörigen Zahnstange sind mit den Innenenden von Spurstangenteilen 56 über Kugelgelenke 56a verbunden. Die anderen Enden der Spurstangenteile 56 sind über Kugelgelenke 56b mit Spurhebeln 57 für Hinterräder 58 verbunden.

Der Motor 51 ist mit einem Rechner 59 im Fahrzeug verbunden und wird so gesteuert, daß er einen vorgegebenen Einschlagwinkel der Hinterräder 58 entsprechend einem Steuer-

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prograirati einstellt. Wenn der Motor 51 gedreht wird, so werden die Hinterräder 58 über das Zahnstangengetriebe 55 und die Spurstangenteile 56 eingeschlagen.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Steigungswinkel der Schnecke 52 kleiner als der Reibungswinkel, so daß die Hinterräder 58 nicht durch externe Kraftwirkungen eingeschlagen werden können. Für den Fall, daß der Motor 51 nicht dreht, während die Hinterräder 58 eingeschlagen sind, ist ein sechseckiger Abschnitt 52a an einem Ende der Motorwelle vorgesehen, so daß die Hinterräder von Hand in ihre NeutralStellungen gebracht werden können, indem eine separate Kurbel 40 auf den sechseckigen Abschnitt 52a gesetzt und die Abtriebswelle des Motors 51 manuell entsprechend gedreht wird.

Da externe Kraftwirkungen auf die Hinterräder von der Straßenfläche her nicht auf den Eingang des Antriebs zum Einschlagen der Hinterräder übertragen werden, wird bei allen vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Fahrzeugbewegung nicht gestört und kein fehlerhaftes Einschlagen der Hinterräder verursacht. Somit ist der stabile Lauf des Fahrzeugs immer gewährleistet.

ORIGINAL INSPECTED

Claims

Patentansprüche

1. Antrieb zum variablen Steuern des Einschlagwinkels der Hinterräder relativ zu den Vorderrädern entsprechend vorgegebenen Bedingungen, für eine Allrad-Lenkeinrichtung für Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung externer Kraftwirkungen von den Hinterrädern auf die Eingangsseite des Antriebs unterbunden ist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Kopplung mit einer Vorrichtung (17 bis 24) zur Bestimmung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder relativ zu den Vorderrädern.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (17 bis 24)

zur Bestimmung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder eine Gabel (14) umfaßt, die mit einer Welle (12) zur Übertragung eines Einschlagwinkels der Vorderräder in einen hinteren Teil des Fahrzeugs und auf die Innenenden von Spurstangenteilen (25) für die Hinterräder verbunden ist, daß ein beweglicher Träger (16) für die Gabel (14) derart vorgesehen ist, daß ein Winkel zwischen der Gabel (14) und der Welle (12) abhängig von der Position des Trägers (16) variabel ist, daß ein mit einer Steuervorrichtung (33)...₌ abhängig von vorgegebenen Bedingungen steuerbarer Elektromotor (31) über eine auf seiner Welle vorgesehene Schnecke (32) und ein Schneckenzahnrad (24) mit dem Träger (16) gekoppelt ist und daß der Steigungswinkel der Schnecke (32) kleiner als der Reibungswinkel ist.

4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das direkte Einschlagen der Hinterräder.

5. Antrieb nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen mit einer Steuervorrichtung (59) abhängig von vorgegebenen Bedingungen steuerbaren Elektromotor (51), der über eine auf seiner Welle vorgesehene Schnecke (52) und ein Schneckenzahnrad (53) mit einem Lenkgetriebe (55) gekoppelt ist, wobei der Steigungswinkel der Schnecke (52) kleiner als der Reibungswinkel ist.

6. Antrieb nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen mit einer Steuervorrichtung (49) abhängig von vorgegebenen Bedingungen steuerbaren Elektromotor (41), der über eine mit seiner Welle verbundene

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Schraubspindel (42) und einen Schieber (45) mit Innengewinde (43) mit den Enden von Spurstangenteilen (46) für die Hinterräder gekoppelt ist, wobei der Steigungswinkel der Schraubspindel (42) kleiner als der Reibungswinkel ist.