DE3719681C2 - Fahrzeug mit Hinterachsantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit Hinterachsantrieb mit den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Differentialgetriebe mit begrenzt wirksamer Differentialsperre dient dazu, dann, wenn das Hinterrad auf einer Seite in einen Zustand mit geringem Reibungswiderstand, beispielsweise durch Schlamm oder dergleichen, versetzt wird, eine Herabsetzung der Antriebskraft auf das Hinterrad auf der anderen Seite zu begrenzen. Damit ergeben sich bei Normalfahrbetrieb keine Schwierigkeiten. Probleme treten jedoch dann auf, wenn bei Kurvenfahrten und/oder aufgrund Seitenangriffen, wie durch Seitenwind zusätzliche Kräfte auftreten. Es kommt zu Drehzahldifferenzen zwischen den Hinterrädern, so daß es zu einem nicht vorhersehbaren und ungewollten Über- oder Untersteuern kommt, was zu einem unstabilen Fahrverhalten führt.

Dies wird im folgenden anhand der Fig. 1a, 1b und 1c näher erläutert.

Ein Hinterachsantriebs-Fahrzeug, dessen Differentialgetriebe als ein solches des Differentialsperrtyps ausgebildet ist, das ein Ausgleichsbegrenzungsmittel hat, kurz: begrenzt wirksame Differentialsperre besitzt, kann, wenn es sich in Fahrt befindet, durch eine auf dieses einwirkende externe Kraft Fx (vgl. Fig. 1a), die durch Seitenwind, eine Unebenheit der Straßenoberfläche oder dergl. verursacht wird, in seinem Geradeauslauf gestört werden und das Fahrzeug neigt dazu, sich beispielsweise - wie angenommen - im Uhrzeigersinne - verursacht durch ein Moment Mx - um seinen Schwerpunkt zu drehen. Dabei wird das Hinterrad, das sich auf der Innenseite der Drehrichtung befindet, mit einem Differentialbegrenzungsdrehmoment beaufschlagt, und zwar infolge einer Differenz in der Drehgeschwindigkeit zwischen diesem Hinterrad und dem Hinterrad, das sich auf der Außenseite der Drehrichtung befindet, was durch die begrenzt wirksame Differentialsperre hervorgerufen ist, so daß ein Moment M1, das sich durch die am Hinterrad wirksame, durch das Differentialbegrenzungsdrehmoment hervorgerufene Kraft F1 multipliziert mit einem Abstand ℓ_R ergibt, welcher von dem Schwerpunkt M bis zu einer Wirkungslinie der Antriebskraft des Hinterrades auf der Innenseite gemessen wird, entgegen dem Uhrzeigersinne um den Schwerpunkt M des Fahrzeugs herum ausgeübt wird. Dementsprechend wirkt dieses Moment M1 derart, daß es das Moment Mx aufhebt, welches durch die externe Kraft Fx verursacht wird, durch die das Fahrzeug im Uhrzeigersinne gedreht werden könnte, so daß ein Vorteil dahingehend erzielt wird, daß die Stabilität im Geradeauslauf des Fahrzeugs entgegen der externen Störung verbessert werden kann. In diesem Fall kann die Stabilität im Geradeauslauf um so größer gemacht werden, je größer das Differentialbegrenzungsdrehmoment ist, das durch die begrenzt wirksame Differentialsperre verursacht wird.

Im Zeitpunkt des Lenkens des Fahrzeugs wird indessen, wie dies in Fig. 1b gezeigt ist, das Hinterrad auf der Innenseite der gelenkten Drehrichtung mit fast dem gleichen Differentialbegrenzungsdrehmoment, das sich am Hinterrad als Kraft F1 auswirkt, wie zuvor angegeben beaufschlagt, und ein Moment M1 um den Schwerpunkt M des Fahrzeugs herum, das durch diese Kraft F1 verursacht wird, wirkt auf das Fahrzeugin einer Richtung, die gegen ein solches Lenken oder gegen eine solche Drehrichtung des Fahrzeugs gerichtet ist, welche durch eine Auslenkkraft der Vorderräder verursacht wird, so daß sich eine vergleichsweise starke Lenkunwilligkeit ergibt (Untersteuern).

Zusätzlich wird im Zeitpunkt des Lenkens des Fahrzeugs, in dem das Hinterrad auf der Innenseite der Lenkrichtung rutscht, wie dies in Fig. 1c gezeigt ist, das Hinterrad auf der Außenseite der Lenk- oder Drehrichtung mit dem Differentialbegrenzungsdrehmoment aufgrund einer Differenz zwischen dessen Drehgeschwindigkeit und derjenigen des Hinterrades auf der Innenseite der Drehrichtung durch die Wirkung der begrenzt wirksamen Differentialsperre beaufschlagt, und ein Moment M1 um den Schwerpunkt M des Fahrzeugs herum, das durch die vom Differentialbegrenzungsdrehmoment hervorgerufene Kraft F1 verursacht wird, wirkt auf das Fahrzeug in derselben Richtung wie eine derartige Lenk- oder Drehrichtung des Fahrzeugs, die durch eine Auslenkkraft der Vorderräder verursacht wird, so daß sich eine vergleichsweise überstarke Lenkwilligkeit ergibt (Übersteuern).

Diese Neigung ist bei einer Erhöhung des Differentialbegrenzungsdrehmoments durch begrenzt wirksame Differentialsperre in erhöhtem Maße zu beobachten.

Demzufolge wird es schwierig, sowohl eine Stabilität des Geradeauslaufs als auch eine Lenkstabilität zu erreichen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß ein ungewolltes Über- oder Untersteuern ausgeglichen wird.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch das Merkmal des Unteranspruches weitergebildet.

Es ist darauf hinzuweisen, daß Fahrzeuge, bei denen sowohl die Hinterräder als auch die Vorderräder gelenkt werden können, grundsätzlich bekannt sind.

Bei einem Fahrzeug, bei dem es offenbar keine Rolle spielt, ob die Vorderachse und/oder die Hinterachse angetrieben ist, werden die Vorderräder in üblicher Weise und zusätzlich auch die Hinterräder gelenkt (vgl. DE 35 10 536 A1). Der Lenkwinkel der Hinterräder wird dabei abhängig von sowohl dem Lenkwinkel der Vorderräder als auch der Fahrgeschwindigkeit eingestellt und ist dabei bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten sogar entgegengesetzt zu dem der Vorderräder. Wesentlich ist hier ebenfalls die Verbesserung bei normalen Fahrzuständen. Ob und ggfs. mit welchen Modifikationen die bekannte Anordnung bei einem gattungsgemäßen Fahrzeug, bei dem ein Differentialgetriebe mit begrenzt wirksamer Differentialsperre zwischen den Wellen der beiden Hinterräder vorgesehen ist, einsetzbar ist, ist nicht erkennbar.

Eine ähnliche Anordnung ist aus der DE 35 06 048 A1 bekannt, die für langsame Fahrgeschwindigkeiten noch zusätzlich die zurückgelegte Wegstrecke berücksichtigt, um beim Einparken auftretende Probleme zu überwinden. Eine ähnliche Anordnung ist auch aus der DE 35 00 793 A1 bekannt, wobei zusätzlich für die Einstellung des Lenkwinkels der Hinterräder ein Verhältnis zu einer Seitenkraft des Hinterrades und einer vertikalen Last am Reifen dieses Hinterrades berücksichtigt wird, wobei die vertikale Last unter anderem auch von der Fahrbahnoberfläche (rauh, glatt, etc.) abhängt.

Schließlich ist aus der gattungsbildenden GB 21 68 116 A ein allradgetriebenes Fahrzeug, wie ein Rasenmäher, bekannt, bei dem das Differentialgetriebe der Hinterräder eine begrenzt wirksame Differentialsperre aufweist und bei dem sowohl Vorderräder als auch Hinterräder lenkbar sind, wobei aufgrund der niedrigen Fahrgeschwindigkeit die Hinterräder entgegengesetzt zu den Vorderrädern gelenkt werden und ein weiterer Einfluß auf den Lenkwinkel nicht stattfindet.

Diesem Stand der Technik ist nicht entnehmbar, wie das eingangs geschilderte Über- oder Untersteuern bei gattungsgemäßen Fahrzeugen überwunden werden könnte.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung anhand mehrerer Figuren im einzelnen erläutert.

Fig. 1a, Fig. 1b und Fig. 1c zeigen schematische Darstellungen der Arbeitsweise von Hinterachsantriebs-Fahrzeugen herkömmlicher Art.

Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht eines Hinterachsantriebs-Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3a u. Fig. 3b zeigen schematische Darstellungen der Arbeitsweise eines derartigen erfindungsgemäßen Hinterachsantriebs-Fahrzeugs.

In Fig. 2 bezeichnen die Bezugszeichen 1, 1 ein Paar von Vorderrädern, und die Bezugszeichen 2, 2 bezeichnen ein Paar von Hinterrädern. Vordere Enden von Achsschenkelarmen 3, 3 dieser zwei Vorderräder 1, 1 sind durch eine Spurstange 5 miteinander verbunden, die sich von einem Getriebekasten 4 aus erstreckt, der einen Verbindungsmechanismus, wie beispielsweise einen Zahnstangen/Ritzel-Mechanismus, enthält, so daß durch Bewegen der Spurstange 5, die ihrerseits durch ein Drehen eines Lenkrades 6 bewegt wird, welches mit dem Getriebekasten 4 verbunden ist, die zwei Vorderräder 1, 1 durch eine Schwenkbewegung der Achsschenkelarme 3, 3 um Schwenkwellen 3a, 3a in eine betreffende Richtung gelenkt werden können.

Außerdem ist ein Differentialgetriebe 9, das als ein solches mit Ausgleichssperre ausgebildet ist, die ein Ausgleichsbegrenzungsmittel 8 (begrenzt wirksame Differentialsperre) hat, das an dem Differentialgetriebe 9 angebracht ist, zwischen betreffenden Wellen 7, 7 der zwei Hinterräder 2, 2 angeordnet, so daß eine Kraft von einem Motor (nicht gezeigt) durch einen Übertragungsmechanismus auf das Differentialgetriebe 9 zum Antreiben der zwei Hinterräder 2, 2 übertragen werden kann.

Das Ausgleichsbegrenzungsmittel 8 ist vom sog. Drehmomentproportionaltyp, so daß ein Differentialbegrenzungsdrehmoment in Übereinstimmung mit einer Erhöhung einer Differenz der Drehgeschwindigkeiten der zwei Hinterräder 2, 2 erhöht wird. Das Ausgleichsbegrenzungsmittel 8 kann beispielsweise als ein solches des Reibungskupplungstyps ausgebildet sein, der einen Mitnehmermechanismus, eine Flüssigkeitskupplung oder dergl. aufweist.

Das Hinterrad 2 jeder Seite ist derart angeordnet, daß es um eine Schwenkwelle 10a eines Achsschenkelarms 10 lenkbar ist, und vordere Enden der betreffenden Achsschenkelarme 10, 10 der zwei Hinterräder 2, 2 sind durch eine Spurstange 12 miteinander verbunden, die sich von einem Getriebekasten 11 aus erstreckt, der einen Verbindungsmechanismus, beispielsweise einen Zahnstangen/Ritzel-Mechanismus oder dergl., enthält. Ein Signal aus einem Detektor 13, der mit einer Lenkwelle 6a des zuvor genannten Lenkrades 6 verbunden ist, kann einem Rechner (nicht gezeigt) eingegeben werden, und ein Servobetätiger 14, der mit dem Getriebekasten 11 verbunden ist, wird durch ein Ausgangssignal des Rechners derart betätigt, daß durch eine Bewegung der Spurstange 12 durch den Betätiger 14 zu dem Zeitpunkt einer Lenkung der zwei Vorderräder 1, 1 die zwei Hinterräder 2, 2 in dieselbe Richtung gelenkt werden können.

Wie erwähnt gibt es bereits Hinterachsantriebs-Fahrzeuge, bei denen im Zeitpunkt des Lenkens der Vorderräder 1, 1 die zwei Hinterräder 2, 2 in derselben Richtung lenkbar sind. Indessen hat es bisher kein Hinterachsantriebs-Fahrzeug gegeben, bei dem das Differentialgetriebe 9 als ein solches mit Differentialsperre ausgebildet ist, die ein Ausgleichsbegrenzungsmittel 8 enthält, und die Hinterräder 2, 2 derart angeordnet sind, daß sie im Zeitpunkt eines Senkens der Vorderräder 1, 1 in derselben Richtung damit gelenkt werden können. Eine derartige vorteilhafte Anordnung stellt ein wesentliches kennzeichnendes Merkmal der vorliegenden Erfindung dar.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäß ausgebildeten Fahrzeugs beschrieben.

Zum Zeitpunkt eines Lenkens der Vorderräder 1, 1 des Fahrzeugs werden die Hinterräder 2, 2 in dieselbe Richtung wie die Lenkrichtung der Vorderräder 1, 1 so gelenkt, daß zum Zeitpunkt des Lenkens des Fahrzeugs der Lenkwinkel der Vorderräder 1, 1 kleiner als in dem Fall wird, in dem ein Fahrzeug eines derartigen Typs gelenkt wird, bei dem nur die Vorderräder desselben gelenkt werden. Dementsprechend ist, wie dies in Fig. 3a gezeigt ist, ein scheinbares Fahrzeug- Lenkzentrum, wenn ein erfindungsgemäßes Fahrzeug längs einer gekrümmten Linie Y um einen Punkt X gedreht wird, ein Punkt 0, der verglichen mit dem Fall eines Fahrzeugs des Typs, bei dem nur die Vorderräder gelenkt werden, von einem Punkt 0' versetzt ist, so daß der scheinbare Lenkradius im Falle des erfindungsgemäßen Fahrzeugs größer wird und die Differenz in der Drehgeschwindigkeit zwischen den zwei Hinterrädern 2, 2 kleiner wird. Demzufolge wird ein Begrenzungsdrehmoment, das auf das Hinterrad 2 auf der Innenseite der Lenkrichtung einwirkt und das durch das Ausgleichsbegrenzungsmittel 8 verursacht wird, kleiner, so daß die Lenkunwilligkeit (Untersteuerung) verringert werden kann.

Zusätzlich ist zum Zeitpunkt des Lenkens des Fahrzeugs, wobei das Hinterrad 2 auf der Innenseite der Lenkrichtung rutscht, wie dies in Fig. 3b gezeigt ist, ein Abstand ℓ von dem Schwerpunkt M des Fahrzeugs zu einer Wirkungslinie der Antriebskraft des Hinterrades 2 auf der Außenseite der Drehrichtung kleiner als der entsprechende Abstand in dem Fall, in dem ein Fahrzeug des Typs, bei dem nur die Vorderräder gelenkt werden. Demzufolge wird selbst dann, wenn durch die Wirkung des Ausgleichsbegrenzungsmittels 8 das Differentialbegrenzungsdrehmoment auf das Hinterrad 2 auf der Außenseite der Lenkrichtung ausgeübt wird (Kraft F1 am Hinterrad), infolge einer Differenz in der Drehgeschwindigkeit zwischen diesem Hinterrad 2 und dem Hinterrad 2 auf der Innenseite der Drehrichtung ein Moment M1 derselben Richtung wie der Drehrichtung des Fahrzeugs um den Schwerpunkt M des Fahrzeugs herum kleiner, so daß die Übersteuerungsneigung des Fahrzeugs verringert werden kann.

Demzufolge wird selbst dann, wenn das Differentialbegrenzungsdrehmoment des Ausgleichsbegrenzungsmittels 8 vergleichsweise hoch eingestellt ist, die Laufstabilität zum Zeitpunkt des Lenkens des Fahrzeugs niemals verschlechtert. Demzufolge kann das Differentialgetriebe 9 mit einem Ausgleichsbegrenzungsmittel 8 versehen werden, das hinsichtlich seines Differentialbegrenzungsdrehmoments hoch eingestellt ist, und es können die Geradeauslauf Eigenschaften in bezug auf externe Störungen, wie Seitenwind oder dergl. verbessert werden.

Im Falle eines FR-Fahrzeugs, d. h. eines Hinterachsantriebs-Fahrzeugs, das einen Motor hat, der in einem Vorderabschnitt desselben angeordnet ist, ist das Massenträgheitsmoment um den Schwerpunkt herum vergleichsweise groß, weil der Abstand des Schwerpunkts von dem Motor vergleichsweise groß ist, und demzufolge wird ein großes Moment benötigt, um ein seitliches Ausbrechen des Fahrzeugs zu bewirken. Demzufolge werden die Geradeauslauf Eigenschaften in bezug auf eine externe Störung, wie beispielsweise Seitenwind oder dergl., nicht verschlechtert. Indessen wird im Falle eines MR-Fahrzeugs, nämlich eines Hinterachsantriebs- Fahrzeugs, das einen Motor hat, der vor der Hinterradachse montiert ist, ein seitliches Ausbrechen durch ein vergleichsweise kleines Moment bewirkt, und zwar aufgrund der Tatsache, daß der Motor nahe dem Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet ist, wodurch die Geradeauslauf-Eigenschaften in bezug auf eine externe Störung, wie beispielsweise Seitenwind oder dergl., einer Verschlechterung unterliegen. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung besonders wirksam, wenn sie auf ein MR-Fahrzeug angewendet wird. Auf diese Weise wird gemäß der vorliegenden Erfindung selbst dann, wenn das Differentialbegrenzungsdrehmoment des Ausgleichsbegrenzungsmittels 8 hoch eingestellt ist, die Lenkstabilität des Fahrzeugs niemals verschlechtert, und es können sowohl die Stabilität des Geradeauslaufs als auch die Lenkstabilität verbessert werden.

Claims (2)

1. Fahrzeug mit Hinterachsantrieb, dessen beide Vorderräder (1) Lenkräder und dessen beide Hinterräder (2) Antriebsräder sind, und bei dem ein Differentialgetriebe (9) mit begrenzt wirksamer Differentialsperre (Mittel 8) zwischen den Wellen der beiden Hinterräder vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (13, 14) den Lenkwinkel der Vorderräder (1) erfaßt und abhängig davon auch die Hinterräder (2) so lenkt, daß zum Zeitpunkt der Lenkung der Vorderräder (1) die Hinterräder (2) in dieselbe Richtung wie die Vorderräder (1) gelenkt werden, wobei der Lenkwinkel der Hinterräder (2) kleiner ist als der der Vorderräder (1).

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (M) vor der Hinterradachse angeordnet ist (MR-Fahrzeug).