DE3710227A1 - Hinterrad-steuervorrichtung fuer ein vorder- und hinterrad-steuersystem - Google Patents
Hinterrad-steuervorrichtung fuer ein vorder- und hinterrad-steuersystemInfo
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- B62D7/14—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
- B62D7/15—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
- B62D7/1518—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels comprising a mechanical interconnecting system between the steering control means of the different axles
- B62D7/1545—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels comprising a mechanical interconnecting system between the steering control means of the different axles provided with electrical assistance
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hinterrad-Steuervorrichtung für ein
Vorder- und Hinterrad-Steuersystem eines Fahrzeuges, insbesondere
eine Hinterrad-Steuervorrichtung jener Art, die die Manövrierbar
keit des Fahrzeuges dann zu verbessern vermag, wenn die Hinter
räder in entgegengesetzten Phasen gesteuert werden, in Bezug auf
die Vorderräder.
Relevanter Stand der Technik findet sich in den US-Patentanmeldungen
822 000, 822 293, 821 998, 822 008, 822 010 und 822 043, basierend
auf einer prioritätsbegründenden japanischen Anmeldung vom
24.01.1985. Diese Anmeldung betrifft eine Steuervorrichtung für
Fahrzeuge, die es erlaubt, die Hinterräder entsprechend der
Steuerung der Vorderräder je nach Fahrzeuggeschwindigkeit zu
steuern. Bei diesen Vorrichtungen werden die Hinterräder ganz
allgemein im selben Phasenverhältnis, oder in überhaupt keinem
gesteuert, bei einem Hochgeschwindigkeitsbereich, während sie
bei einem Bereich geringer Geschwindigkeit in entgegengesetztem
Phasenverhältnis gesteuert werden. Das Steuerwinkelverhältnis
ist beispielsweise eine kontinuierliche Funktion der Fahrzeug
geschwindigkeit, wobei das Steuerwinkelverhältnis einen positiven
Wert oder ein gleichphasiges Verhältnis dann annimmt, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Wert übersteigt. Das
Steuerwinkelverhältnis nimmt hingegen einen negativen Wert oder
ein Gegenphasenverhältnis dann an, wenn die Fahrzeuggeschwindig
keit unter diesen Wert absinkt, wobei das Verhalten des Fahrzeuges
bei allen Geschwindigkeitsbereichen verbessert werden kann. Da
die Hinterräder beispielsweise im Niedrig-Geschwindigkeits-Bereich
im Gegenphasenverhältnis gesteuert werden, werden sowohl der
Mindestwinkel des Schwenkens und die Differenz des inneren Radius
zwischen den inneren und äußeren Rädern (das ist der Grad des
Unterschiedes zwischen den Wegen der inneren und der äußeren Räder)
drastisch verringert, und die Manövrierbarkeit des Fahrzeuges
wird wesentlich verbessert, wenn das Fahrzeug beispielsweise in
eine Garage oder durch enge verschlungene Wege gefahren wird oder
eine Wende macht. Das dynamische Seitenansprechen des Fahrzeuges,
beispielsweise beim Wechsel von einer Fahrspur auf die andere,
wird im Hochgeschwindigkeitsbereich stark verbessert.
Bei der Vorrichtung gemäß US-PS 42 95 657 werden die Hinterräder
im entgegengesetzten Phasenverhältnis dann gesteuert, wenn der
Steuerwinkel klein ist, im selben Phasenverhältnis jedoch dann,
wenn der Steuerwinkel groß ist. Dieser Aufbau vereinfacht den
Steuermechanismus für die Hinterräder und erbringt gleichzeitig
im wesentlichen dieselbe Wirkung, wie die zuvor erwähnten Vorder-
und Hinterräder-Steuersysteme.
Ist ein Fahrzeug mit einem solchen Vorder- und Hinterräder-Steuer
system ausgerüstet, und führt eine Wende bei großem Steuerwinkel
und bei geringer Geschwindigkeit aus, so beeinträchtigt ein seit
liches Wegrutschen der Räder die Steuerbarkeit des Fahrzeuges
ganz erheblich. Es reicht dann nicht aus, die Hinterräder einfach
in entgegengesetztem Phasenverhalten zu steuern, um die Fähigkeit
des Fahrzeuges zum Wenden bei kleinem Wenderadius zu erhöhen.
Ganz allgemein ist es wünschenswert, daß die Mittelpunkte der
Krümmungsradien der inneren Räder und der äußeren Räder miteinander
zusammenfallen; die geometrische Beziehung der Steuerverbindungen,
die diese Steuerwinkel für die inneren Räder und die äußeren Räder
sicherstellt, ist als "Ackermann"-Geometrie bekannt und bei her
kömmlichen Steuersystemen für Vorderräder weithin im Gebrauch.
Bei einer Vorder- und Hinterrad-Steuervorrichtung, die in der
Lage ist, das Phasenverhältnis des Steuerwinkels der Hinterräder
in Bezug auf den Steuerwinkel der Vorderräder bei unterschiedlichen
Fahrzeuggeschwindigkeiten zu ändern, oder bei Änderung der Größe
des eingegebenen Steuerwinkels ist es schwierig, die Mittelpunkte
der Wenderadien aller vier Räder jederzeit miteinander zusammen
fallen zu lassen. Insbesondere sind die Hinterräder-Steuervor
richtungen von vierradgesteuerten Fahrzeugen bisher nicht mit
der "Ackermann"-Geometrie ausgerüstet.
Im Hinblick auf die genannten Nachteile der vorbekannten Vorrichtung
liegt der Erfindung vor allem die Aufgabe zugrunde, eine Hinterrad
steuervorrichtung für ein Vorder- und Hinterrad-Steuerungssystem
zu schaffen, bei welchem die Seitenrutschwinkel (side slip angles)
der vier Räder minimiert und die Handhabbarkeit des Fahrzeuges
verbessert wird, wenn die Hinterräder in entgegengesetztem Phasen
verhältnis in Bezug auf die Vorderräder gesteuert werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Hinterrad-
Steuereinrichtung für ein Vorder- und Hinterrad-Steuerungssystem
zu schaffen, das einfach und kostengünstig im Aufbau und leicht
einzubauen ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruches gelöst.
Auf diese Weise ist es möglich, den Steuerwinkel des inneren
Hinterrades größer als den Steuerwinkel des äußeren Hinterrades
zu machen, und durch sauberes Auswählen der Geometrie der Ver
bindungsglieder ist es auch möglich, die Mittelpunkte der Wende
radien der Hinterräder wenigstens annähernd miteinander zusammen
fallen zu lassen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Hinterräder
in entgegengesetztem Phasenverhalten dann gesteuert, wenn der
Steuerwinkel einen bestimmten Wert übersteigt, oder wenn die Ge
schwindigkeit des Fahrzeuges einen gewissen Wert unterschreitet;
im übrigen werden sie im selben Phasenverhältnis gesteuert, oder
überhaupt nicht gesteuert.
Gemäß der oben beschriebenen Geometrie kann es vorkommen, daß
die Zentren der Wenderadien der inneren und äußeren Räder nicht
zu jedem Zeitpunkt genau miteinander zusammenfallen, sondern nur
dann, wenn der Steuerwinkel der Hinterräder ganz klein oder die
Fahrzeuggeschwindigkeit sehr hoch ist; deswegen sind die Schlupf
winkel (slip angles) der Hinterräder nicht von größerer Bedeutung.
Bei der Verwirklichung der beschriebenen Geometrie können die
Gelenkpunkte zwischen den Lenkern und den Verbindungsstangen entweder
hinter oder vor den Schnittpunkten zwischen der Horizontalebene,
die die genannten Gelenkpunkte enthält, und den Rotationsmittel
linien der Lenker angeordnet werden, da diese relativ zum Fahr
zeugkörper gesteuert werden.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin
ist im einzelnen folgendes dargestellt:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht des Aufhängungs
systemes und des Steuersystemes eines Fahrzeuges, dem
eine Hinterrad-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung
zugeordnet ist.
Fig. 2 zeigt die Bahnen der vier Räder des Fahrzeuges beim Be
schreiben einer Kurve.
Fig. 3 zeigt die Zuordnungen zwischen den Verbindungsgliedern,
die bei einer Ausführungsform einer Hinterrad-Steuervor
richtung gemäß der Erfindung vorgesehen sind.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungs
form einer Hinterrad-Steuerungseinrichtung gemäß der Erfindung.
Fig. 1 zeigt das Aufhängungssystem und das Steuersystem eines
vorder- und hinterradgesteuerten Fahrzeuges, ausgerüstet mit einer
Hinterrad-Steuervorrichtung gemäß der Erfindung. Eine Steuersäule
2 ist einerseits an das Steuerrad 1 des Fahrzeuges angeschlossen,
andererseits an ihrem unteren Ende an ein Zahnstangengetriebe.
Die beiden Enden der Zahnstange sind in der Zeichnung nicht dar
gestellt. Sie sind an die inneren Enden von Verbindungsstangen
4 mittels Gelenkkupplungen angeschlossen. Die anderen Enden, näm
lich die äußeren Enden der Verbindungsstangen 4 sind an Lenkhebel
5 des betreffenden Vorderrades angeschlossen. Die Lenkhebel 5
sind einteilig mit Lenkern 9, von denen sie abstehen und die die
Vorderräder 8 tragen. Die Lenker 9 sind außerdem an ihren oberen
und unteren Enden durch obere bzw. untere Arme 6, 7 getragen,
deren jeder mit ihren anderen Enden gelenkig am Fahrzeugkörper
angreift.
Eine Ritzelwelle 10 erstreckt sich von Getriebe 3 aus nach hinten,
und das rückwärtige Ende der Ritzelwelle 10 ist mittels eines
Kardangelenkes 11 an eine Verbindungswelle 12 angeschlossen,
die sich auf der ganzen Länge zur Steuervorrichtung für die Hinter
räder hin erstreckt. Ritzelwelle 10 ist mit einem hier nicht
erkennbaren Ritzel ausgerüstet, das mit der Zahnstange des Ge
triebes 3 kämmt, und mit einem gewissen Untersetzungsverhältnis
dann angetrieben, wenn Steuersäule 1 verdreht wird.
Die Steuerrichtung für die Hinterräder 21 umfaßt eine Eingangs
welle 14, die an das hintere Ende von Verbindungswelle 12 mittels
eines Kardangelenkes angeschlossen und an der Fahrzeugkarrosserie
mit einer Lagerkonsole 15 befestigt ist, die ihrerseits an einem
hinteren Teil der Fahrzeugkarrosserie sitzt. Das hintere Ende
der Eingangwelle 15, das nach hinten vorragt, ist an eine Kurbel
16 mit einem sich radial erstreckenden Arm 16 a angeschlossen.
Das radial äußere Ende von Arm 16 a der Kurbel 16 ist an die inneren
Enden eines Paares von Verbindungsstangen 17 mittels eines Kugel
gelenkes angeschlossen. Die äußeren Enden der Verbindungsstangen
17 sind an die Lenkarme 18 der Lenker 22 für die hinteren Räder
21 angeschlossen. Die Lenker 22 sind von oberen Armen 19 und
unteren Armen 20 getragen, und zwar jeweils an ihren oberen bzw.
unteren Enden. Diese Arme 19 und 20 sind schwenkbar an die Fahr
zeugkarrosserie an ihren inneren Enden in einer Weise angeschlossen,
ähnlich den entsprechenden Teilen für die Vorderräder. Die unteren
Arme 20 sind ferner in ihren Zwischenbereichen an Radiusstangen
23 angeschlossen, damit diesen unteren Armen 20 gegenüber Reaktions
kräften, die von der Straße auf die Hinterräder 21 übertragen
werden, zusätzliche Steifigkeit verliehen wird.
Die Lenker 9 und 22 sind durch Aufhängungssysteme 24 getragen,
deren jedes eine Schraubenfeder sowie einen Öldämpfer umfaßt.
Beim Verdrehen der Steuersäule 1 werden die Vorderräder durch
die Steuerkräfte verdreht, die durch den Mechanismus von Getriebe
3 und Verbindungsstangen 4 der Vorderräder 8 übertragen werden.
Gleichzeitig wird das Steuermoment der Steuersäule 1 auf Ritzel
welle 10 und weiter auf Verbindungswelle 12 und Eingangswelle
14 übertragen. Kurbel 16 wird beim Umlauf von Eingangswelle 14
verdreht und die Hinterräder 21 werden durch die Verbindungsstäbe
17 gesteuert.
Gemäß dieser Ausführungsform ist Kurbel 16 an Eingangswelle 14
derart befestigt, daß Arm 16 a dann senkrecht nach unten hängt,
wenn sich die Vorderräder 8 in ihrer neutralen Position befinden.
Zu diesem Zeitpunkt befinden sich auch die Hinterräder 21 in ihrer
neutralen Position. Ist der Steuerwinkel klein und die Bewegung
von Arm 16 a der Kurbel 16 auf den Bereich unterhalb der horizontalen
Ebene begrenzt, die die Axiallinie der Eingangswelle enthält,
so werden demgemäß die Hinterräder 21 im selben Phasenverhältnis
gesteuert wie die Vorderräder 8. Ist jedoch der Steuerwinkel groß
und wird Kurbelarm 16 a oberhalb der Horizontalebene verschwenkt,
so werden die Hinterräder 21 in einem entgegengesetzten Phasenver
hältnis in Bezug auf die Vorderräder 8 gesteuert.
Bei diesem Aufbau läßt sich der Verdrehwinkel der Kurbel 16 in
Bezug auf den Steuerwinkel der Steuersäule 1 frei wählen, beispiels
weise durch Verändern des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes
3, und zwar durch Verändern der Länge des Kurbelarmes 16 a, oder
durch Einbau einer Untersetzungseinrichtung an irgendeinem geeig
neten Ort auf dem Wege der Übertragung des Steuermomentes von
der Steuersäule 1 zu den Hinterrädern 21; somit läßt sich ein
gewünschtes Steuerwinkelverhältnis zwischen den Vorder- und Hinter
rädern leicht und frei herstellen.
Der Seitenschlupf (side slip) der Hinterräder 21 beim Steuern
der Vorderräder im Gegenphasenverhältnis in Bezug auf die Vorder
räder läßt sich dann aufheben, wenn die Zentren der Bänderradien
aller Räder bei Punkt A miteinander zusammenfallen (Fig. 2). Zu
diesem Zweck ist es notwendig, das Verhältnis zwischen Steuerwinkel
Al des inneren Rades und Steuerwinkel A 2 des Außenrades zu er
mitteln, so daß A 1 < A 2 sowohl für das Vorderradpaar als auch
das Hinterradpaar wird.
Fig. 3 zeigt das Verhältnis der Verbindungsglieder, so wie bei
der Hinterrad-Steuervorrichtung gemäß dieser Ausführung gegeben.
Die Linien L 1 und L 2, entstanden durch Verbindung der Gelenkpunkte
B 1 und B 2 zwischen den Verbindungsstangen 17 und den Lenkerarmen
18 bis zu den entsprechenden Punkten C 1 und C 2 der Schnittstellen
zwischen einer Horizontalebene, die die Gelenkpunkte B 1 und B 2
und die Rotationsmittellinien der Lenker 22 oder Hinterräder 21
bei deren Steuerung relativ zu einer Fahrzeugkarrosserie, schneiden
einander an einem Punkt D, der sich auf der Mittellinie L 3 des
Fahrzeuges befindet, die sich ihrerseits parallel zur Längsachse
des Fahrzeuges vor der Axiallinie E der Hinterradachse erstreckt.
Der Drehwinkel des Lenkerarms 18 des inneren Rades relativ zur
Verschiebung delta 1 der Verbindungsstangen 17 beim Steuern der
Hinterräder zwecks Erreichens der durch gestrichelte Linien ange
deuteten Position läßt sich daher größer bemessen als jener der
Außenräder. Aufgrund dessen lassen sich die Kurvenbahnen gemäß
Fig. 2 verwirklichen. Diese Tendenz wird noch gesteigert, umsomehr
Punkt D im vorderen Bereich des Fahrzeugs wandert; sie wird ver
ringert beim Wandern von Punkt D auf die Linie E hin. Eine Begrenzung
ist insoweit gegeben, als sich Punkt D zur Linie E hin bewegen
kann, wenn die Verbindungsstangen 17 ihre Fähigkeit verlieren,
die Hinterräder 21 und einen praktischen Winkel anzusteuern, wenn
sich Punkt D zu nahe an die Linie E heranbewegt.
Wie man aus einfachen geometrischen Überlegungen leicht erkennt,
können die Punkte B 1 und B 2 als Alternative auf Linie L 1 und L 2
zwischen Punkt D und den Punkten C 1 bzw. C 2 angeordnet werden.
Gemäß der Erfindung werden die Seitenschlupfwinkel (side slip
angles) der Hinterräder somit auf ganz einfache Weise wirkungs
voll vermindert. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden
die Schlupfwinkel der Hinterräder bei großen Steuerwinkeln nicht
in Erwägung gezogen, sie können durchaus groß sein. Das Problem
des Unterschiedes zwischen den Zentren der Wenderadien zwischen
innerem Rad und äußerem Rad tritt jedoch dann auf, wenn der Steuer
winkel groß ist. In diesem Falle können erhebliche Schwierigkeiten
bezüglich der Manövrierbarkeit des Fahrzeuges auftreten, da die
Reifen der Hinterräder seitlich entgegen dem Reibwiderstand weg
rutschen, den sie auf der Straßenoberfläche finden. Ist der Steuer
winkel klein, so ist andererseits der Seitenschlupf der Hinter
räder nicht kritisch, da er dann nur einen Bruchteil des vorherigen
annimmt. Ein solch kleiner Schlupfwinkel läßt sich durch einen
gewissen Seitenschlupf der Reifen der Hinterräder problemlos
auffangen.
Claims (5)
1. Hinterrad-Steuervorrichtung für ein Vorder- und Hinterrad-
Steuersystem eines Radfahrzeuges, wobei die Hinterräder durch
Verschieben von Verbindungsstangen gesteuert werden, die an
Lenker der Hinterräder angeschlossen und in seitlicher Richtung
des Fahrzeuges angeordnet sind, in einem entgegengesetzten
Phasenverhältnis relativ zu den Vorderrädern zumindest bei
einem gewissen Zustand, gekennzeichnet durch die folgenden
Merkmale:
ein Paar imaginärer Linien, gebildet durch Verbinden von Gelenk punkten zwischen den Lenkerarmen und den Zugstangen mit ent sprechenden Schnittpunkten zwischen einer Horizontalebene, enthaltend die genannten Gelenkpunkte und die Rotationsmittel linien der Lenker bei deren Steuerung, relativ zu dem Fahrzeug körper, schneiden einander an einem Punkt, der vor einer Mittel linie der Hinterradachse liegt.
ein Paar imaginärer Linien, gebildet durch Verbinden von Gelenk punkten zwischen den Lenkerarmen und den Zugstangen mit ent sprechenden Schnittpunkten zwischen einer Horizontalebene, enthaltend die genannten Gelenkpunkte und die Rotationsmittel linien der Lenker bei deren Steuerung, relativ zu dem Fahrzeug körper, schneiden einander an einem Punkt, der vor einer Mittel linie der Hinterradachse liegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hinterräder in entgegengesetztem Phasenverhältnis dann gesteuert
werden, wenn der Steuerwinkel einen gewissen Wert übersteigt,
sonst aber im selben Phasenverhältnis oder überhaupt nicht
gesteuert werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Hinterräder im entgegengesetzten Phasenverhältnis dann gesteuert
werden, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeuges einen bestimmten
Wert unterschreitet, sonst aber im selben Phasenverhältnis
oder überhaupt nicht gesteuert werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gelenkpunkte zwischen den Lenkerarmen und
den Verbindungsstäben hinter den Schnittpunkten zwischen der
Horizontalebene; die die Gelenkpunkte enthält, und den Rotations
mittellinien der Lenker relativ zum Fahrzeugkörper angeordnet
sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Gelenkpunkte zwischen den Lenkern und den
Verbindungsstäben vor den Schnittpunkten zwischen der Horizontal
ebene, die die Schnittpunkte und die Rotationsmittellinien
der Lenker relativ zum Fahrzeugkörper enthält, angeordnet sind.
Applications Claiming Priority (1)
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