DE3722086A1 - Lenksystem zum lenken der hinterraeder eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenksystem zum Lenken der Hinterräder.

Ein Vierrad-Lenksystem zum gemeinsamen Lenken der Hinter­ räder und der Vorderräder ist bekannt. In der JP-OS 58-1 12 875 ist ein derartiges System beschrieben, bei dem durch die Betätigung des Lenkrades die Hinterräder gleich­ zeitig mit den Vorderrädern gelenkt werden. In diesem System wird das Lenksystem der Hinterräder mit einer Lenk­ einrichtung verwendet, die in gleicher Weise betätigt wird wie bei den Vorderrädern. Die Lenkeinrichtung für die Hinterräder umfaßt nämlich die gleiche Getriebe­ anordnung wie die Vorderräder, beispielsweise eine Anordnung mit Zahnrad und Zahnstange. Die Getriebeanordnung ist mit der Bewegung des Vorderrad-Lenksystems so synchronisiert, daß die Hinterräder sich um Achsschenkelbolzen drehen.

Das Hinterrad-Lenksystem ist jedoch extrem kompliziert, so daß das System nicht nur kostspielig ist, sondern auch erheblichen Raum beansprucht. Außerdem ist das Verhältnis des Hinterrad-Lenkwinkels zum Vorderrad-Lenkwinkel sehr klein. Dementsprechend beeinflussen und beeinträchtigen Fehler bei dem Getriebe und Spiel bei den Lenkern die Steuerung des Lenkwinkels. Um den Lenkwinkel genau zu steuern, ist es erforderlich, die Präzision der Zahnräder und der Lenker zu verbessern, sowie den Totgang und Spiel in diesen Teilen auf ein Minimum zu bringen.

Bei einem anderen System ist ein Betätigungsorgan vorgesehen, das von einer Öldruckeinrichtung oder einem Elektromotor betätigt wird, um das Lenksystem für die Hinterräder direkt zu steuern. Es ist jedoch schwierig, einen kleinen Lenkwinkel genau zu steuern und die Hinterräder nur mit dem Betätigungs­ organ in der gewünschten Lenkposition zu halten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lenksystem zum Lenken der Hinterräder anzugeben, das einen einfachen Aufbau besitzt und eine zuverlässige Lenkung der Hinterräder gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird ein Lenksystem zum Lenken der Hinterräder eines Kraftfahrzeugs angegeben, wobei das Lenk­ system ein Paar von Rahmen zur Aufhängung der Hinterräder aufweist. Jeder Rahmen enthält dabei folgende Baugruppen: eine Achse, die in Längsrichtung angeordnet und drehbar am Fahrzeugkörper gelagert ist; mindestens eine exzentrische Trageinrichtung, die an einem Endteil der Achse angebracht ist; ein Paar von quer angeordneten Lenkern, wobei ein inneres Endteil von einem der Lenker drehbar an der exzentrischen Trageinrichtung der Achse montiert ist und ein inneres Endteil des anderen Lenkers drehbar am anderen Endteil der Achse montiert ist; und Achsen, die jeweils an den äußeren Enden der Lenker angebracht sind, um eines der Hinterräder zu tragen. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um die Achsen gemäß den Lenkzuständen der Vorderräder des Kraftfahrzeuges zu drehen, um den Lenker in Abhängigkeit von einer Abweichung des Zentrums der exzentrischen Trageinrichtung quer zu bewegen, um die Hinterräder zu drehen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die exzentrische Trag­ einrichtung als ein exzentrisches Tragteil ausgebildet, das an der Achse angebracht ist, die eine exzentrische Achse bezüglich der Achsenerstreckung der Achse aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungs­ beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine schematische Draufsicht zur Erläuterung eines Lenksystems gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Vorderansicht des Lenksystems;

Fig. 3 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teiles des Lenksystems gemäß Fig. 1;

Fig. 4 einen Teilschnitt des hinteren Tragteiles eines hinteren Lenkers;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Lenkbetriebes;

Fig. 6 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenksystems; und in

Fig. 7 einen Teilschnitt eines hinteren Lenkers der Ausführungsform gemäß Fig. 6.

In der Fig. 1 ist eine Hinterradaufhängung und ein Lenksystem dargestellt, wobei ein Paar von Hinterrädern 1 über Achsen 1 a an Rahmen F 1 und F 2 drehbar gelagert sind. Jeder Rahmen hat rechteckige Gestalt und umfaßt ein Paar von Lenkern 2 und 3, die quer bezüglich eines Körpers eines Kraftfahrzeuges ange­ ordnet sind, und einen in Längsrichtung angeordneten Lenker 2 a sowie eine Achse 4.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Achse 4 an einem Quer­ träger 6 des Körpers über Lager 9 drehbar gelagert, die in einer Hülse 8 montiert sind, welche an dem Querträger 6 befestigt ist. Der vordere Lenker 2 und der hintere Lenker 3 sind mit Tragteilen 41 und 42, die an den vorderen und hinteren Enden der Achse 4 ausgebildet sind, über Gummibuchsen 5 a und 5 b drehbar verbunden.

Das vordere Tragteil 41 ist exzentrisch ausgebildet in einer Position, wo seine Achse Y-Y bezüglich der Achse X-X der Achse 4 um einen Versatz e versetzt ist, um ein exzentrisches Achsenteil zu bilden. Die Achse Z-Z des hinteren Radteiles 42 ist ebenfalls um den Versatz e gegenüber der Achse X-X in der entgegengesetzten Richtung wie das Tragteil 41 versetzt. Somit sind die exzentrischen Tragteile 41 und 42 um 180° zueinander versetzt angeordnet, nämlich gegenüber der Achse X-X diametral einander gegenüberliegend angeordnet. Wenn sich dementsprechend die Achse 4 dreht, werden die Gelenke der Lenker 2 und 3 verschoben, wobei die entgegengesetzte Phasen­ differenz beibehalten wird.

Wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, weist jede der Gummibuchsen 5 a und 5 b eine Innenhülse 51, die drehbar auf einem Bund oder Kragen 10 montiert ist, eine Außenhülse 52 koaxial zur Innenhülse 51 sowie ein ringförmiges Gummiteil 53 auf, das zwischen den beiden Hülsen 51 und 52 angeordnet und an diesen befestigt ist. Die Kragen 10 für die Gummibuchse 5 a sind am Tragteil 41 mit einer Mutter 11 befestigt. Am anderen Ende der Achse 4 ist ein Lenker 133 an einem Ansatz der Achse 4 mit einer Mutter 11 a befestigt, so daß dadurch der Kragen 10 für die Gummibuchse 5 b am Tragteil 42 befestigt wird. Die Außenhülsen 52 sind an Innenwänden von Löchern der Lenker 2 und 3 an Enden 21 bzw. 31 befestigt, so daß die Lenker 2 und 3 über die Gummibuchsen 5 a und 5 b drehbar an den Tragteilen 41 und 42 angebracht sind.

Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, sind die Lenker 133 von beiden Rahmen F 1 und F 2 über Verbindungsteile 134 (Fig. 3) mit einer Verbindungsstange 132 verbunden, und zwar in Form eines Parallelgestänges 13. Das Mittelteil der Verbindungs­ stange 132 ist mit einem Lenker 131 verbunden, der an einer Ausgangsachse einer Betätigungseinrichtung 12 befestigt ist, die ein Untersetzungsgetriebe und einen Motor aufweist. Das Lenksystem ist mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsmeßfühler 15 einem Lenkwinkel-Meßfühler 16 zum Abtasten des Lenkwinkels der Vorderräder und mit einer Steuereinheit 14 ausgerüstet, um den Motor der Betätigungseinrichtung 12 so anzutreiben, daß der Lenkwinkel und die Richtung der Hinterräder gesteuert wird.

Die Steuereinheit 14 ist mit einem Speicher ausgerüstet, der Werte des Lenkwinkels für die Hinterräder in Abhängigkeit vom Lenkwinkel der Vorderräder speichert, und zwar in Abhängig­ keit von der Fahrzeuggeschwindigkeit als Parameter.

Ferner ist der Lenker 2 a jedes Rahmens mit dem Fahrzeugkörper über eine Achsstrebe oder einen Schräglenker 7 an einem vorderen Ende 71 verbunden, um die Belastung auf das Rad in Längsrichtung aufzunehmen.

Wenn die Vorderräder nicht gelenkt werden, so daß das Fahrzeug geradeaus fährt, wird die Achse 4 in einer vorgegebenen Neutralstellung gehalten, in der die Achse Y-Y des vorderen Tragteils 41 sich über der Achse X-X befindet und die Achse Z-Z des hinteren Tragteiles 42 unter der Achse X-X liegt. In dieser Position liegt keine relative Querverschiebung, nämlich eine Verschiebung in Richtung der Breite des Fahrzeugs durch die Lenker 2 und 3 vor, so daß die Hinterräder sich in der Geradeaus-Position befinden.

Bei einer Kurvenfahrt im hohen Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich werden ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal von dem Fahrzeug­ geschwindigkeits-Meßfühler 15 und ein Lenkwinkelsignal von dem Vorderrad-Lenkwinkel-Meßfühler 16 an die Steuereinheit 14 gegeben, welche in der Weise arbeitet, daß sie den Motor der Betätigungseinrichtung 12 antreibt. Der Motor dreht die Achse 4 über das Parallelgestänge 13. Wenn das Fahrzeug nach links fährt, wird jede der Achsen 4 um einen Winkel gedreht, der vom Lenkwinkel der Vorderräder abhängt, beispielsweise um 90°, und zwar im Gegenuhrzeigersinn in Fig. 2.

In diesen Positionen drehen die vorderen Tragteile 41 der beiden Räder rechts und links sich im Gegenuhrzeigersinn um die Achse X-X. Die hinteren Tragteile 42 drehen sich um die Achse X-X ebenfalls im Gegenuhrzeigersinn. Infolgedessen werden, wie in Fig. 5 dargestellt, die Lenker 2 und 3 jeweils nach links und nach rechts versetzt, und zwar jeweils um den Betrag des Versatzes e. Somit ist die Summe der Verschiebung der Lenker 2 und 3 gegeben durch 2 e. Dementsprechend werden die Hinterräder in derselben Richtung wie der Lenkrichtung der Vorderräder gedreht. Somit wird die Stabilität im Lenk­ verhalten bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit verbessert.

In dieser Position kann der Lenkwinkel R der Hinterräder ausgedrückt werden als R=2 e/L, wobei L der Abstand zwischen den beiden Lenkern 2 und 3 ist. Wenn e=3 mm und L=180 mm sind, so ergibt sich ein Winkel R von 2°. Der Betrag des Versatzes e kann zwischen Null mm und 3 mm willkürlich gesteuert werden, und zwar in Abhängigkeit von dem Grad der Drehung der Achse 4. Infolgedessen kann der Lenkwinkel R irgendeinen Wert zwischen 0° und 2° haben.

Bei mittleren Fahrzeuggeschwindigkeiten erzeugt die Steuer­ einheit 14 ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von den Signalen vom Fahrzeuggeschwindigkeits-Meßfühler 15 und dem Lenkwinkel-Meßfühler 16, um den Lenker 131 im Uhrzeigersinn zu drehen, und zwar ebenfalls um 90° aus der Neutralstellung. Der Lenker 2 wird nach rechts verschoben, und der Lenker 3 wird nach links verschoben. Somit werden die Hinterräder nach rechts gedreht, so daß die Vorderräder und die Hinterräder in entgegengesetzte Richtungen gedreht werden, so daß die Lenkbarkeit dadurch verbessert wird.

Die Fahrzustände für jede Betriebsart können verändert werden, wenn es gewünscht wird. Beispielsweise können die Hinterräder so gesteuert werden, daß sie bei mittleren und hohen Fahrzeug­ geschwindigkeiten in derselben Richtung gedreht werden wie die Vorderräder und daß sie bei niedrigen Fahrzeuggeschwindig­ keiten in der Neutralstellung gehalten werden.

Bei jedem Fahrzustand, ob bei einer Kurvenfahrt oder bei Geradeausfahrt, wird die Seitenkraft, die auf die Hinterräder 1 ausgeübt wird, gleichermaßen auf die Lenker 2 und 3 aufgebracht. Somit wird das Drehmoment, das zum Drehen der Achse 4 erzeugt wird, durch die Tragteile 41 und 42 aufgehoben. Somit wird die Betätigungseinrichtung 12 nicht durch die äußere Kraft beeinflußt.

Gemäß der Erfindung können die Tragteile 41 und 42 der Achse 4 so angeordnet sein, daß nur eines von ihnen exzentrisch abweicht. Somit wird nur einer der Lenker 2 und 3 versetzt, wenn die Achse 4 gedreht wird. Beispielsweise sind die Achsenrichtung der Achse 4 und das Tragteil 42 um den Betrag des Versatzes e versetzt, wie es in Fig. 3 im unteren Bereich dargestellt ist. Dementsprechend hat die Differenz zwischen dem Radius R der Achse 4, der der Radius des von dem Lager 9 getragenen Teiles ist, und dem Radius r des Tragteiles 42 den Wert e. Wenn das Tragteil 42 in der Richtung senkrecht zur Seitenkraft P ausge­ lenkt wird, so wird ein Drehmoment, welches sich als P×e ausdrücken läßt, ausgeübt, um das Tragteil 42 zu drehen. Das Drehmoment wird ausgeglichen durch eine Gegenkraft Pµ(R+r), wobei µ der Reibungskoeffizient der Lager 9 und der Kragen 10 ist. Somit gilt

Pe = P μ (R + r) .

Damit gilt

e = μ (R + r) .

Wenn R=25 mm, r=10 mm und µ=0,15, so ergibt sich ein Versatz von e=5,25 mm. Wenn somit der Versatz ungefähr 5 mm beträgt, ist es möglich, eine ausreichende Verschiebung des Tragteiles durch seine Reibung gegenüber der Seitenkraft P beizubehalten, und die Hinterräder können ohne weiteres um 2° gelenkt werden. In einem solchen Lenksystem ist ein elastisches Teil oder ein Spiel in jedem der Rahmen F 1 und F 2 vorgesehen, um den Lenkbetrieb zu ermöglichen.

Im folgenden wird auf Fig. 6 und 7 Bezug genommen, die eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigen. Dabei sind die Tragteile 41 und 42 so angeordnet, daß ihre jeweilige Achse mit der Achse X-X der Achse 4 ausgerichtet ist. Anstatt die Anordnung der oben beschriebenen Ausführungsform zu wählen ist in diesem Falle die Achse W-W der Innenhülse 51 der vorderen Gummibuchse 5 a, die mit dem Tragteil 41 in Eingriff steht, von der Achse X-X um den Betrag e nach links versetzt, während die Achse W-W der Innenhülse 51 der hinteren Gummi­ buchse 5 b nach rechts ausgelenkt ist, und zwar ebenfalls um den Betrag e.

Bei einer derartigen Konstruktion ist die Dicke des ring­ förmigen Gummiteiles 53 unvermeidlicherweise ungleichmäßig. Infolgedessen ist die Federkonstante des dicken Teiles klein, was bedeutet, daß das Teil flexibel ist, und die Federkonstante des dünnen Teiles ist groß, was bedeutet, daß das Teil steif ist. Um den Unterschied der Federkonstanten auszugleichen, sind Metallplatten 54 in das dicke Teil eingebettet, um seine Federkonstante zu vergrößern. Somit hat das Gummiteil 53 eine im wesentlichen feste Federkonstante in jeder radialen Richtung.

Im übrigen sind die konstruktiven Ausgestaltungen und die Wirkungsweise der Anordnung die gleichen wie bei der ersten Ausführungsform; aus diesem Grunde sind gleiche oder ent­ sprechende Teile auch mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Betätigungseinrichtung 12 einen Elektromotor aufweist, kann auch eine Betätigungseinrichtung vorgesehen sein, die Öldruck oder Unterdruck verwendet. Außerdem kann ein Drehmoment-Meß­ fühler zur Abtastung des Lenkdrehmomentes für die Vorderräder vorgesehen sein, der den Lenkwinkel-Meßfühler 16 ersetzt.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß gemäß der Erfindung ein Lenksystem zum Lenken der Hinterräder angegeben wird, das eine kompakte Konstruktion aufweist und einen einfachen Aufbau besitzt, so daß sich die Her­ stellungskosten erheblich reduzieren lassen. Der Lenkbetrieb der Hinterräder wird dadurch verbessert, daß die Betätigungs­ einrichtung in der Lage ist, den kleinen Lenkwinkel der Hinter­ räder exakt zu steuern und den Winkel dadurch beizubehalten, daß eine Beeinflussung durch die Seitenkraft vermieden wird.

Claims (7)

1. Lenksystem zum Lenken der Hinterräder eines Kraft­ fahrzeuges, mit einem Paar von Rahmen (F 1, F 2) zur Aufhängung der Hinterräder (1), dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen (F 1, F 2) folgende Baugruppen aufweist:

• - eine Achse (4), die in Längsrichtung angeordnet und am Fahrzeugkörper drehbar gelagert ist;
• - mindestens eine exzentrische Trageinrichtung (41, 42), die an einem Endteil der Achse (4) vorgesehen ist;
• - ein Paar von quer angeordneten Lenkern (2, 3), wobei ein inneres Endteil von einem der Lenker (2) drehbar an der exzentrischen Trageinrichtung (41) der Achse (4) montiert und ein inneres Ende des anderen Lenkers (3) an dem anderen Endteil der Achse (4) drehbar montiert ist; und
• - Achsen (1 a), die an den jeweiligen äußeren Enden der Lenker (2, 3) angebracht sind, um eines der Hinterräder (1) zu tragen;

und daß eine Einrichtung (12) vorgesehen ist, um die Achsen (4) in Abhängigkeit von den Lenkbedingungen der Vorder­ räder des Kraftfahrzeuges zu drehen, so daß die Lenker (2, 3) in Abhängigkeit von der Auslenkung des Zentrums der exzentrischen Trageinrichtungen (41, 42) bewegt werden, um die Hinterräder (1) zu drehen.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische Trageinrichtung (41, 42), die auf der Achse (4) ausgebildet ist, bezüglich der Achsenrichtung (X-X) der Achse (4) eine exzentrische Achse (Y-Y, Z-Z) aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Trageinrichtung (41, 42) ein ringförmiges Gummiteil (53) aufweist, das mit einer exzentrischen Achse (V-V, W-W) auf der Achse (4) montiert ist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gummibuchse (5 a, 5 b) zwischen der jeweiligen elastischen Trageinrichtung (41, 42) und dem dazugehörigen Lenker (2, 3) angeordnet ist.

5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummibuchse (5 a, 5 b) eine an der Achse (4) befestigte Innenhülse (51), eine Außenhülse (52) in drehbarem Eingriff mit einem Ende des Lenkers (2, 3) sowie ein ringförmiges Gummi­ teil (53) aufweist, das zwischen den Innenhülsen (51) und den Außenhülsen (52) angeordnet und daran befestigt ist.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12) einen Motor zum Drehen der Achse (4), eine Steuereinheit (14) sowie Meßfühler (15, 16) zum Abtasten von Lenkbedingungen aufweist.