DE3738650A1 - Hinterradlenkvorrichtung fuer kraftfahrzeuge - Google Patents
Hinterradlenkvorrichtung fuer kraftfahrzeugeInfo
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- B62D7/00—Steering linkage; Stub axles or their mountings
- B62D7/06—Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
- 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
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Description
Die Erfindung betrifft eine Hinterradlenkvorrichtung für
ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Insbesondere handelt es sich dabei um eine Hinterradlenk
vorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Servolenkung
für die Vorderräder.
In der jüngsten Zeit wurden Lenkanordnungen nicht nur für
die Vorderräder sondern auch für die Hinterräder bei Kraft
fahrzeugen entwickelt. Im allgemeinen wird die Richtung,
in welcher die Hinterräder gelenkt werden, bei solchen
Anordnungen abhängig von der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit
gewählt. Bei hohen Geschwindigkeiten werden die Hinterräder
in derselben Richtung wie die Vorderräder gelenkt, wodurch
das Kraftfahrzeug schneller auf Richtungsänderungen reagiert.
Bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten werden die Hinterräder
in entgegengesetzter Richtung zu den Vorderrädern gelenkt,
um den Wendekreis des Kraftfahrzeugs zu reduzieren, so daß
man mit dem Fahrzeug leichter um scharfe Kurven fahren und
einparken kann.
Verschiedene Arten von Hinterradlenkvorrichtungen wurden
vorgeschlagen, als Beispiel mag die US-PS 43 13 514 dienen,
die eine mechanische Anordnung zum Steuern der Hinterräder
aufzeigt. Die Drehung des Lenkrads wird den Vorder- und den
Hinterrädern über eine mechanische Verbindung zugeführt.
Der Winkel, um den die Hinterräder gelenkt werden, ist
proportional zu dem Winkel, um den das Lenkrad gedreht wird.
Ein Betätigungselement steuert die Position oder Anordnung
eines Schwenkpunktes in der Lenkverbindung und zwar in
Übereinstimmung mit der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit. Bei
hohen Geschwindigkeiten wird der Schwenkpunkt so positioniert,
daß die Vorder- und Hinterräder in derselben Richtung gelenkt
werden, während bei niedrigen Geschwindigkeiten der Punkt
so positioniert ist, daß die Vorder- und Hinterräder in
einander entgegengesetzten Richtungen gelenkt werden.
Aus der US-PS 45 86 581 ist ein Hinterradlenkmechanismus
für ein Kraftfahrzeug mit einer Servolenkung für die Vorder
räder beschrieben, bei dem die Hinterräder über hydraulische
Betätigungselemente gelenkt werden. Die Lenksäule umfaßt zwei
in Reihe geschaltete Steuerventile, von denen eines den
Druckmittelfluß in einen Arbeitszylinder für die Vorderräder,
das andere den Fluß zu den Betätigungselementen für die
Hinterräder steuert. Der Lenkwinkel für die Hinterräder
wird in Übereinstimmung mit dem Drehmoment gesteuert, das
auf das Lenkrad aufgebracht wird.
Bei den bekannten Anordnungen ergibt sich nun eine Reihe von
Problemen. Wenn die Hinterräder in Übereinstimmung mit dem
Lenkwinkel der Vorderräder gelenkt werden, so muß ein Lenk
winkelfühler vorgesehen sein. Dieser weist im allgemeinen die
Form eines Fühlers auf, der den Drehwinkel der Lenksäule oder
die Linearbewegung der Zahnstange eines Zahnstangengetriebes
abtastet. Eine solche Anordnung ist jedoch insofern schwierig,
als im Bereich der Lenksäule wenig Platz zur Verfügung steht,
im Bereich der Zahnstange eine rauhe Umgebung herrscht.
Wenn andererseits die Hinterräder in Übereinstimmung mit
dem Drehmoment gelenkt werden, das auf das Lenkrad aufgebracht
wird, so muß eine Anordnung zum Abtasten des Drehmomentes
vorgesehen sein. Zu diesem Zweck wird normalerweise ein
Drehstab verwendet. Wenn das Kraftfahrzeug aber mit einer
Servolenkung für die Vorderräder ausgestattet ist, so wird
ohnehin ein Drehstab innerhalb des Steuerventils der Lenk
säule mit eingebaut. Wenn ein weiterer Drehmoment-Meßstab
in Form eines Drehstabs zum Lenken der Hinterräder vorgesehen
wird, so sind dann zwei Drehstäbe in der Lenksäule in Reihe
geschaltet, was in einer unerwünschten Abnahme der Steifigkeit
der Lenksäule resultiert.
Man könnte nun einen Drehstab für das Steuerventil der
Servolenkung sowohl für die Vorder- als auch für die Hinterräder
verwenden. In diesem Fall müßte ein Drehmomentfühler verwendet
werden, der elektrische Signale an das Steuerventil abgibt.
Diese Anordnung ist aber hinsichtlich des Einbauraums und
der Widerstandsfähigkeit des Drehmomentfühlers gegenüber dem
Öldruck problematisch.
Ein weiteres Problem bei der herkömmlichen Hinterradlenk
anordnung besteht darin, daß diese die Richtungsstabilität
eines Kraftfahrzeugs nicht verbessern. Wenn ein Fahrzeug
entlang einer geraden Linie fährt, wie dies in Fig. 7a gezeigt
ist, und wenn dann plötzlich eine seitliche Kraft aufgrund
einer Windboe oder dergleichen auftritt, so wirken Kurven
kräfte F 1 und F 2 auf die Vorder- bzw. Hinterräder und das
Kraftfahrzeug kommt vom geraden Kurs um einen Winkel B ab.
In einem Kraftfahrzeug mit herkömmlicher Hinterradlenkung
bleiben dann, wenn das Lenkrad des Kraftfahrzeugs in der
neutralen Position gehalten wird, die Vorder- und die Hinter
räder in der Geradeausrichtung. Aus diesem Grund ist das
Rückstellmoment M, das in derjenigen Richtung wirkt, die
ein Zurückbringen des Kraftfahrzeugs auf den ursprünglichen
Kurs bewirken würde, gering und das Kraftfahrzeug weicht
weiterhin von seinem ursprünglichen Kurs ab, geradeso wie
in einem Kraftfahrzeug mit nicht lenkbaren Hinterrädern.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung eine Hinterradlenkvorrichtung der
eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß das
Rückstellmoment des Kraftfahrzeugs erhöht wird, wenn eine
seitliche Kraft auf dieses wirkt, wobei weiterhin der Einbau
eines Drehstabs für die Hinterräder in die Lenksäule des
Kraftfahrzeugs unnötig sein soll.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches
angegebenen Merkmale gelöst.
Insbesondere wird die Aufgabe durch eine Hinterradlenk
vorrichtung mit einer Servolenkung gelöst, die einen Arbeits
zylinder umfaßt, der über einen Kolben in zwei Kammern geteilt
ist. Der Kolben ist über Lenkverbindungen mit den Vorderrädern
so verbunden, daß dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen den
zwei Kammern des Arbeitszylinders besteht, eine Hilfs-Lenkkraft
auf die Lenkverbindung wirkt. Die Hinterräder werden in
Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
und der Druckdifferenz zwischen den beiden Kammern des Arbeits
zylinders gelenkt. Nachdem eine Druckdifferenz entweder daraus
resultiert, daß der Kraftfahrzeugführer am Lenkrad dreht oder
daraus, daß eine Kurvenkraft auf die Vorderräder wirkt, können
die Hinterräder gedreht werden, um so Kursabweichungen des
Kraftfahrzeugs entgegenzuwirken, die Kurvenkräfte hervorrufen,
selbst dann, wenn keine Lenkkraft auf das Lenkrad aufgebracht
wird.
Die erfindungsgemäße Lenkvorrichtung umfaßt Mittel zum Abtasten
der (Hydraulik-)Druckdifferenz zwischen den zwei Kammern des
Arbeitszylinders, die ein entsprechendes Ausgangssignal abgeben,
Mittel zum Messen der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und
zum Abgeben eines entsprechenden Ausgangssignals, Lenkmittel
zum Lenken der Hinterräder und Steuermittel zum Steuern der
Lenkmittel in Übereinstimmung mit den Ausgangssignalen der
Druckdifferenz-Abtastmittel und Übereinstimmung mit den
Mitteln zum Messen der Kraftfahrzeuggeschwindigkeit. Wenn
eine Druckdifferenz bei hohen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten
im Arbeitszylinder besteht, so werden die Hinterräder in
derselben Richtung wie die Vorderräder gelenkt bzw. wie diese
aufgrund der resultierenden Hilfslenkkraft gelenkt werden
sollen. Bei niedrigen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten werden
die Hinterräder in entgegengesetzter Richtung zu derjenigen
der Vorderräder gelenkt (bzw. gelenkt werden sollen).
Bei mittleren Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten werden die
Hinterräder in der Geradeausposition gehalten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen
die Mittel zum Abtasten der Druckdifferenz einen ersten
Druckfühler, der den Hydraulikdruck in der ersten Kammer
des Arbeitszylinders abtastet und ein entsprechendes Ausgangs
signal abgibt, einen zweiten Druckfühler, der den Hydraulik
druck in der zweiten Kammer des Arbeitszylinders abtastet
und ein entsprechendes Ausgangssignal abgibt, und einen
Differenzverstärker, in den die Ausgangssignale der Druck
fühler eingegeben werden und der ein elektrisches Ausgangs
signal entsprechend der Druckdifferenz zwischen den beiden
Drücken abgibt, die von den beiden Druckfühlern gemessen
werden.
Zum Lenken der Hinterräder können im Prinzip beliebige
Anordnungen verwendet werden. Bei einer bevorzugten Aus
führungsform der Erfindung jedoch werden die Hinterräder von
einem Elektromotor gelenkt, dessen Drehbewegung von einem
Lenkgetriebe in eine Linearbewegung übersetzt wird, die
wiederum über eine Lenkverbindung mit Lenkerstangen und
Lenkerhebeln die Hinterräder lenkt.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den
Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen
näher erläutert werden. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine schematisierte Ansicht eines Kraftfahrzeugs
mit einer bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Hinterradlenkvorrichtung;
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Hydraulik
drucks, der in der rechten und der linken
Kammer des Arbeitszylinders nach Fig. 1 als
Funktion des Drehmoments erzeugt wird, das
auf das Lenkrad aufgebracht wird;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Druckdifferenz
zwischen der rechten und der linken Kammer
des Arbeitszylinders nach Fig. 1 als Funktion
des Drehmoments auf das Lenkrad;
Fig. 4 eine graphische Darstellung der Druckdifferenz
zwischen der rechten und der linken Kammer
des Arbeitszylinders nach Fig. 1 als Funktion
der Kraft, die auf die Zahnstange des
Vorderrad-Lenkgetriebes wirkt;
Fig. 5 eine graphische Darstellung des Grund-Lenk
winkels für die Hinterräder als Funktion der
Druckdifferenz zwischen der rechten und der
linken Kammer des Arbeitszylinders bei ver
schiedenen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten;
Fig. 6 eine graphische Darstellung des Hinterrad
lenkwinkelverhältnisses als Funktion der
Kraftfahrzeuggeschwindigkeit; und
Fig. 7a und 7b schematische Draufsichten zur Illustration
der Bewegung eines Kraftfahrzeugs, wenn
plötzliche Seitenkräfte auf diese wirken,
wobei Fig. 7a einen Fall für ein Kraftfahr
zeug mit herkömmlicher Hinterradlenkung und
Fig. 7b einen Fall für ein Kraftfahrzeug
mit der erfindungsgemäßen Lenkung zeigen.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Hinterradlenkvorrichtung unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei Fig. 1
eine schematische Darstellung der Anordnung zeigt. Das
Kraftfahrzeug ist mit einer herkömmlichen Hydrauliklenkung
für die Vorderräder ausgerüstet. Das Lenkrad 1 des Kraft
fahrzeugs ist mit einem Vorderradlenkgetriebe 3 über eine
Lenksäule 2 verbunden. Das Lenkgetriebe 3 enthält ein nicht
näher dargestelltes, herkömmliches Lenkgetriebe zur Umwandlung
der Drehung der Lenksäule in eine Linearbewegung, so z. B.
eine Zahnstange mit Antriebsritzel. Eine rechte Lenkstange 4 a
und eine linke Lenkstange 4 b werden in einer geraden Linie
über die Zahnstange bewegt. Die äußeren Enden der Lenker
stangen 4 a und 4 b sind jeweils mit einem rechten bzw. mit
einem linken Lenkerhebel 6 a und 6 b verbunden, die in der
herkömmlichen Weise mit dem rechten und dem linken Vorderrad
5 a und 5 b verbunden sind.
Eine Hydraulikpumpe 7 wird von einer hier nicht gezeigten
Maschine des Kraftfahrzeugs angetrieben. Die Eingangsöffnung
der Pumpe 7 ist mit einem Reservoir 8 für Lenkflüssigkeit
über eine erste Leitung 10 verbunden. Die Ausgangsöffnung der
Pumpe 7 ist mit dem Einlaß eines Steuerventils 9 über ein
zweites Rohr 11 verbunden. Ein drittes Rohr 12, das mit
einem Ausgang des Steuerventils 9 verbunden ist, bringt die
Hydraulikflüssigkeit zum Reservoir 8 zurück.
Das Steuerventil 9, das in Übereinstimmung mit dem Drehmoment
geöffnet und geschlossen wird, das auf das Lenkrad 1 wirkt,
steuert die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zu einem Arbeits
zylinder 13, der eine Hilfskraft zum Lenken der Vorderräder
erzeugt. Der Arbeitszylinder 13 ist über einen Kolben 13 c in
eine rechte Kammer 13 a und eine linke Kammer 13 b unterteilt,
wobei der Kolben 13 c mit der linken Lenkerstange 4 b verbunden
ist. Die rechte und die linke Kammer des Arbeitszylinders 13
sind mit den Steuerventilen 9 über eine vierte bzw. eine fünfte
Leitung 14 bzw. 15 verbunden. Hydraulikflüssigkeit, die von
der Hydraulikpumpe 7 gefördert wird, kann entweder in die
linke oder in die rechte Kammer über die vierte und die
fünfte Leitung gefördert werden.
Ein rechter Hydraulikdruckfühler 16 und ein linker Hydraulik
druckfühler 17 sind so angeordnet, daß sie den Druck in der
rechten bzw. in der linken Kammer des Arbeitszylinders 13
abtasten. Jeder der Druckfühler gibt ein elektrisches Ausgangs
signal ab, das dem abgetasteten Druck entspricht und das
einem Differenzverstärker 18 zugeführt wird. Der Differenz
verstärker 18 gibt ein elektrisches Ausgangssignal ab, das
der Differenz zwischen den Pegeln der Eingangssignale von den
Drucksensoren entspricht und das darum der Druckdifferenz
zwischen der rechten und der linken Kammer des Arbeitszylinders
13 entspricht. Das Ausgangssignal vom Differenzverstärker 18
wird einer Steuereinheit 24 zugeführt. Ein Geschwindigkeits
sensor 23, der die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs abtastet,
gibt ein elektrisches Ausgangssignal ab, das der Geschwindigkeit
entspricht und führt dieses als Eingangssignal der Steuereinheit
24 zu.
Die Steuereinheit 24 steuert einen Elektromotor 25 zum Lenken
der Hinterräder des Kraftfahrzeugs. Eine elektromagnetische
Bremse 26 zum Abbremsen des Motors 25 ist mit der Ausgangswelle
des Motors 25 verbunden. Die elektromagnetische Bremse 26,
die ebenfalls durch die Steuereinheit 24 gesteuert wird, ist
von der Art, daß sie dann öffnet, wenn ihr ein Strom zugeführt
wird und die dann eine Bremskraft aufbringt, wenn der Strom
zur Bremse 26 unterbrochen wird.
Die Ausgangswelle des Motors 25 ist mit einem Untersetzungs
getriebe 27 verbunden, das z. B. eine Schnecke oder ein Zahn
rad umfaßt. Die Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes 27
ist mit einem Hinterradgetriebe 19 verbunden. Das Getriebe 19
umfaßt ein Lenkgetriebe, z. B. eine Zahnstange/Ritzel-Getriebe
anordnung, zum Umwandeln der Drehung der Ausgangswelle des
Untersetzungsgetriebes 27 in eine Linearbewegung, die einer
rechten und einer linken Lenkerstange 20 a bzw. 20 b mitgeteilt
wird. Die äußeren Enden der Lenkerstangen sind über einen
rechten bzw. einen linken Lenkerhebel 22 a bzw. 22 b mit dem
rechten bzw. dem linken Hinterrad 21 a bzw. 21 b verbunden.
Der Drehwinkel der Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes 27
wird von einem Winkelfühler 28 abgetastet, der am Getriebe 27
angeordnet ist. Der Winkelfühler 28 gibt ein elektrisches
Ausgangssignal ab, das dem abgetasteten Winkel entspricht
und das der Steuereinheit 24 übermittelt wird. Ein Dreh
geschwindigkeitsfühler 29 ist am Motor 25 angebracht und
tastet die Drehgeschwindigkeit des Motors 25 ab und gibt ein
entsprechendes elektrisches Ausgangssignal ab, das ebenfalls
der Steuereinheit 24 zugeführt wird.
Basierend auf den Eingangssignalen des Differenzverstärkers 18
und des Geschwindigkeitsfühlers 23 berechnet die Steuereinheit
24 die Richtung, in welcher und den Winkel um welchen die
Hinterräder gelenkt werden sollen und steuert den Motor 25
so, daß der errechnete Lenkwinkel in der errechneten Richtung
eingestellt wird.
Die Wirkungsweise der hier gezeigten Ausführungsform der
Erfindung ist wie folgt.
Wenn die Maschine des Kraftfahrzeugs gestartet wird, so wird
die Hydraulikpumpe 7 angetrieben und pumpt Hydraulikflüssigkeit
aus dem Reservoir 8, das dann durch das zweite Rohr 11, das
Steuerventil 9 und das dritte Rohr 12 zurück ins Reservoir 8
fließt. Wenn das Lenkrad 1 nach rechts gedreht wird, so
bewirkt das Steuerventil 9 das Einströmen von Druckmedium
in die rechte Kammer 13 a des Arbeitszylinders 13 und der
Druck, der auf den Kolben 13 c wirkt, hilft die Stange 4 b
nach links zu schieben, so daß dadurch das Lenk-Drehmoment
verringert wird, das der Fahrer aufwenden muß. Wenn das
Lenkrad 1 nach links gedreht wird, so läßt das Steuerventil
9 Druckmedium in die linke Kammer 13 b des Arbeitszylinders 13
fließen und der Druck auf dem Kolben 13 c unterstützt den
Schub auf die Stange 4 b nach rechts.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung des Hydraulikdrucks
in der rechten bzw. linken Kammer des Arbeitszylinders 13
als Funktion des Lenk-Drehmomentes, wenn das Lenkrad 1 nach
links bzw. nach rechts gedreht wird. Wie aus dieser Dar
stellung ersichtlich, wächst der hydraulische Druck parabolisch
bei steigendem Drehmoment, wobei eine geringe Hysterese in
der Beziehung zwischen Druck und Lenkmoment besteht, wenn
das Lenkmoment ansteigt und abfällt.
Die Druckfühler 16 und 17 paßten die Drücke in der rechten
und der linken Kammer des Arbeitszylinders 13 ab und geben
entsprechende Ausgangssignale ab. Der Differenzverstärker 18
erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das der Differenz
zwischen den Eingangssignalen entspricht. Basierend auf
dem elektrischen Ausgangssignal vom Differenzverstärker 18
und dem Ausgangssignal vom Geschwindigkeitsfühler 23 berechnet
die Steuereinheit 24 einen Basis-Lenkwinkel At für die
Hinterräder. Die Beziehung zwischen Basiswinkel At und der
Druckdifferenz zwischen der rechten und der linken Kammer
des Arbeitszylinders 13 ist in Fig. 5 dargestellt. Die
Druckdifferenz ist gleich dem Druck in der rechten Kammer 13 a
minus dem Druck in der linken Kammer 13 b und ein positiver
Lenkwinkel entspricht einem Lenken nach rechts der Hinterräder,
während ein negativer Lenkwinkel einem Lenken nach links
entspricht. Bei einer Kraftfahrzeuggeschwindigkeit von 75 km/h
und darüber wächst der Basiswinkel At kontinuierlich an,
wenn die Druckdifferenz anwächst und weist dasselbe Vorzeichen
auf wie der Lenkwinkel für die Vorderräder, d. h., die
Vorder- und die Hinterräder werden in die gleiche Richtung
gelenkt. Bei niedrigen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten von
weniger als 10 km/h werden dann, wenn eine vorgeschriebene
Druckdifferenz zwischen den Kammern des Arbeitszylinders 13
entsteht, die Hinterräder um den Maximalbetrag (etwa 2,5°)
in einer Richtung entgegengesetzt zu der der Vorderräder
gedreht. In einem mittleren Geschwindigkeitsbereich zwischen
10 und 75 km/h werden die Hinterräder überhaupt nicht gelenkt,
gleichgültig welcher Druckunterschied besteht.
Die Steuereinheit 24 empfängt ein Eingangssignal vom Dreh
winkelfühler 28, das dem momentanen Lenkwinkel A der Hinter
räder entspricht und ermittelt den Fehler Ae (=At-A)
zwischen dem Basislenkwinkel At und dem momentanen Lenkwinkel A.
Die Steuereinheit 24 berechnet außerdem eine Basis-Drehzahl Np
für den Motor 25 und bestimmt den Fehler Ne (=Nt-N)
zwischen der Basis-Drehzahl Np und der momentanen Drehzahl N,
die über das Ausgangssignal vom Drehzahlgeber 29 erhalten
wird.
Basierend auf dem Lenkwinkelfehler Ae und dem Drehzahlfehler Ne
steuert die Steuereinheit 24 die Richtung und die Geschwindig
keit der Drehung des Motors 25 bzw. regelt diese.
Wenn das Kraftfahrzeug bei einer neutralen Lenkradposition
(geradeaus) bewegt wird und keine Kurvenkraft auf die Vorder
räder wirkt, so besteht ein Druck von etwa 2 bis 3 kg/cm2
in beiden Kammern des Arbeitszylinders 13 aufgrund der Druck
erzeugung durch die Pumpe 7. Wenn das Ausgangssignal der
zwei Druckfühler 16 und 17 im wesentlichen gleich ist, so
ist das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 18 im
wesentlichen Null und der Basislenkwinkel At, der von der
Steuereinheit 24 errechnet wird, wird zu Null. Wenn die
Hinterräder von der neutralen Position abweichen sollten,
so regelt die Steuereinheit 24 den Motor 25 derart, daß
dieser die Hinterräder in die neutrale Position zurückbringt.
Als nächstes wird der Fall beschrieben, bei dem das Kraft
fahrzeug mit hoher Geschwindigkeit fährt und ein Drehmoment
auf das Lenkrad 1 ausgeübt wird. Wenn die Kraftfahrzeug
geschwindigkeit bei 150 km/h liegt und der Fahrer ein im
Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment von 0,4 kgm auf das
Lenkrad 1 ausübt, so entsteht eine Druckdifferenz zwischen
den zwei Kammern des Arbeitszylinders 13. Bei einem Lenk
moment von 0,4 kgm ergibt sich ein Druck von etwa 20 kg/cm2
in der rechten Kammer 13 a, wie dies mit dem Punkt a in Fig. 2
gezeigt ist.
In der linken Kammer 13 b beträgt der Druck aber immer noch
etwa 2 bis 3 kg/cm2, so daß die Druckdifferenz zwischen den
zwei Kammern des Arbeitszylinders 13 bei etwa 17 bis 18 kg/cm2
liegt, wie dies mit dem Punkt a in Fig. 3 gezeigt ist. Der
Differenzverstärker 18 gibt ein Ausgangssignal entsprechend
dieser Druckdifferenz ab.
Basierend auf der abgetasteten Druckdifferenz berechnet die
Steuereinheit 24 einen Basislenkwinkel At. Für eine Druck
differenz von 17 bis 18 kg/cm2 beträgt der Lenkwinkel At
etwa 0,7°, wie dies mit dem Punkt b in Fig. 5 gezeigt ist.
0,7° ist ein großer, positiver Wert, so daß die Steuereinheit
24 einen hohen Wert von etwa 2000 Upm für die Basisdrehzahn Nt
des Motors 25 errechnet. Wenn der Motor 25 steht, so beträgt
der Fehler Ne zwischen der Basisdrehzahl Nt und der momentanen
Drehzahl N 2000 Upm und die Steuereinheit 24 ergibt eine
volle Spannung auf den Motor 25, um die Hinterräder nach rechts
zu lenken. Wenn die Drehzahl N des Motors 25 sich der Basis
drehzahl Nt nähert (wenn der Fehler Ne weniger als etwa
200 Upm beträgt), so wird die Drehzahl des Elektromotors 25
über die Steuereinheit 24 konstant gehalten und wenn die
momentane Drehzahl N die Basisdrehzahl Nt um mindestens
200 Upm überschreitet, so wird die Drehzahl des Elektromotors 25
in Richtung auf die Basisdrehzahl Nt zurückgenommen.
Die Drehung des Elektromotors 25 wird über die Bremse 26
auf das Untersetzungsgetriebe 27 übertragen. Das Unter
setzungsgetriebe 27 lenkt die Hinterräder über das Lenk
getriebe 19 und die Lenkverbindung mit den Lenkerstangen 20 a,
20 b und den Lenkerhebeln 22 und 22 a.
Die Steuereinheit 24 berechnet fortlaufend den Fehler Ae
zwischen dem momentanen Lenkwinkel A und dem Basislenkwinkel At.
Wenn der Fehler Ae abnimmt, so nimmt die Steuereinheit 24
die Basisdrehzahl Nt zurück. Wenn der Fehler Ae in der Nähe
von Null liegt (weniger oder gleich etwa 0,05°), so wird die
Basisdrehzahl Nt zu Null gesetzt und ein Stopkommando wird
an den Elektromotor 25 ausgegeben.
Wenn ein Drehmoment entgegen des Uhrzeigersinns auf das
Lenkrad 1 aufgebracht wird, und dabei das Kraftfahrzeug mit
hoher Geschwindigkeit fährt, so werden die Hinterräder nach
links gelenkt und zwar in einem Vorgang, der dem oben für
die Rechtsdrehung des Lenkrades beschriebenen gleicht.
Wenn das Kraftfahrzeug mit extrem langsamer Geschwindigkeit
von weniger als 10 km/h fährt, so wird dann, wenn das Lenkrad
voll in eine der Richtungen eingeschlagen wird, die nicht
dargestellte Zahnstange im vorderen Lenkgetriebe 3 auf einem
Anschlag aufsitzen und die Druckdifferenz zwischen den zwei
Kammern des Arbeitszylinders 13 wird dementsprechend abrupt
einen hohen Wert von etwa 50 kg/cm2 annehmen. In diesem
Fall steuert die Steuereinheit 24 den Motor 25 so, daß dieser
die Hinterräder um einen Maximalwinkel (etwa 2,5°) in die
entgegengesetzte Richtung zu den Vorderrädern steuert. Das
Steuern der Hinterräder in dieser Art verringert den Wende
kreis des Fahrzeugs und verbessert seine Wendefähigkeit.
Wenn eine Kurvenkraft auf die Vorderräder wirkt, so ergibt
sich eine Axialkraft in derselben Richtung wie die Kurven
kraft auf die Zahnstange des Vorderrad-Lenkgetriebes. Diese
Kraft auf die Zahnstange erzeugt eine Druckdifferenz zwischen
den zwei Kammern des Arbeitszylinders 13 gerade so als ob
ein Drehmoment auf das Lenkrad 1 aufgebracht würde. Die
Beziehung zwischen der auf die Zahnstange des Lenkgetriebes
wirkenden Kraft und der Druckdifferenz im Arbeitszylinder 13
ist in Fig. 4 dargestellt. Wenn die Kurvenkraft und die Kraft
auf die Zahnstange nach rechts verlaufen, so wird der Kolben 13 c
nach rechts gedrückt. Der Druck in der rechten Kammer 13 a
des Arbeitszylinders 13 steigt über denjenigen in der linken
Kammer 13 b, so daß eine positive Druckdifferenz entsteht.
Wenn die Kurvenkraft und die Kraft auf die Zahnstange nach
links zeigen, so wird der Druck in der linken Kammer 13 b
über denjenigen in der rechten Kammer 13 a angehoben, so daß
sich eine negative Druckdifferenz ergibt. Der Differenz
verstärker 18 gibt ein Ausgangssignal entsprechend dieser
Druckdifferenz ab und die Steuereinheit 24 steuert den Motor 25
so, daß dieser die Hinterräder in derjenigen Richtung steuert,
in der die Kurvenkraft auf die Vorderräder wirkt.
Wenn das Kraftfahrzeug in einer geraden Linie fährt und dabei
das Lenkrad 1 in seiner neutralen Position gehalten wird und
wenn in diesem Fall plötzlich eine seitliche Kraft (so z. B.
wie eine starke Windboe) auf das Kraftfahrzeug wirkt, so
wird das Fahrzeug von seinem ursprünglichen Kurs über einen
Winkel B abgebracht, wie dies in Fig. 7b gezeigt wird. Daraus
ergeben sich Kurvenkräfte F 1 und F 2 entsprechend dem Ab
weichungswinkel B auf die Vorder- bzw. Hinterräder. Wenn die
Räder in ihrer neutralen Position gehalten werden, so ergibt
sich lediglich ein geringes Rückstellmoment M auf das Kraft
fahrzeug, so daß diese weiterhin von seinem ursprünglichen
Kurs abweicht.
Bei einem, mit der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Fahr
zeug erregt die Kurvenkraft F 1, die auf die Vorderräder wirkt,
eine Druckdifferenz im Arbeitszylinder 13. Basierend auf dieser
Druckdifferenz werden die Hinterräder in der Richtung gelenkt,
in welcher die Kurvenkraft F 1 auf die Vorderräder wirkt, und
zwar um einen Winkel A, wie dies in Fig. 7b gezeigt ist.
Ein Lenken der Hinterräder in der Richtung auf die Kurven
kraft F 1 auf die Vorderräder steigert die Kurvenkraft F 2 auf
die Hinterräder, so daß ein großes Rückstellmoment M erzeugt
wird, welches das Kraftfahrzeug auf seinen ursprünglichen
Kurs zurückbringt.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, verbessert die
Hinterradlenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
die Richtungsstabilität eines Kraftfahrzeugs bezüglich
Seitenkräften. Zusätzlich wird kein Drehstab zum Lenken
der Hinterräder benötigt, so daß man keine zwei Drehstäbe
in Reihe in der Lenksäule montieren muß und die Steifigkeit
der Lenksäule somit nicht vermindert wird. Weiterhin benötigt
die Lenkvorrichtung gemäß der Erfindung keinen Lenkwinkel
fühler zum Abtasten des Lenkwinkels der Vorderräder, so daß
die Anordnung kompakter als herkömmliche Hinterradlenk
vorrichtungen gebaut werden kann, die einen Lenkwinkelfühler
umfassen.
Claims (4)
1. Hinterradlenkvorrichtung für Kraftfahrzeuge mit Vorder-
und Hinterrädern,
gekennzeichnet durch
einen hydraulischen Servolenk-Mechanismus zum Lenken der
Vorderräder (5), der einen Arbeitszylinder (13) mit einer
ersten Kammer (13 a) und einer zweiten Kammer (13 b) umfaßt,
die über einen Kolben (13 c) voneinander getrennt sind und
der Mittel (7) zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit unter
Druck zu dem Arbeitszylinder (13) umfaßt, wobei der Kolben
(13 c) mit einer Lenk-Verbindung (4) für die Vorderräder (5)
so verbunden ist, daß dann, wenn eine Druckdifferenz
zwischen der ersten und der zweiten Kammer (13 a, 13 b)
vorliegt, ein Hilfs-Lenkdruck erzeugt wird;
Druckdifferenzdetektormittel (16, 17, 18) zum Abtasten der
Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Kammer
(13 a, 13 b) des Arbeitszylinders (13) und zum Abgeben eines
entsprechenden Ausgangssignals;
Geschwindigkeitsdetektormittel (23) zum Abtasten der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und zum Abgeben eines entsprechenden Ausgangssignals; Lenkmittel (19, 20, 22, 25, 26, 27) zum Lenken der Hinterräder (21 a, 21 b); und durch Steuermittel (24, 28, 29) zum Steuern der Lenkmittel basierend auf den Ausgangssignalen der Druckdifferenzdetektormittel (18) und der Geschwindigkeitsdetektormittel (23), die derart aus gebildet sind, daß dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Kammer (13 a, 13 b) des Arbeits zylinders (13) bei hohen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs besteht, die Hinterräder (21 a, 21 b) in derselben Richtung gelenkt werden, wie die Vorderräder (5 a, 5 b) durch die resultierende Hilfslenkkraft gelenkt werden sollen, während bei niedrigen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten die Hinterräder (21 a, 21 b) in der entgegengesetzten Richtung zu der gelenkt werden, in der die Vorderräder (5 a, 5 b) durch die Hilfslenk kraft gelenkt werden sollen, und wobei in mittleren Ge schwindigkeiten die Hinterräder (21 a, 21 b) in der Geradeaus position gehalten werden.
Geschwindigkeitsdetektormittel (23) zum Abtasten der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und zum Abgeben eines entsprechenden Ausgangssignals; Lenkmittel (19, 20, 22, 25, 26, 27) zum Lenken der Hinterräder (21 a, 21 b); und durch Steuermittel (24, 28, 29) zum Steuern der Lenkmittel basierend auf den Ausgangssignalen der Druckdifferenzdetektormittel (18) und der Geschwindigkeitsdetektormittel (23), die derart aus gebildet sind, daß dann, wenn eine Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Kammer (13 a, 13 b) des Arbeits zylinders (13) bei hohen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs besteht, die Hinterräder (21 a, 21 b) in derselben Richtung gelenkt werden, wie die Vorderräder (5 a, 5 b) durch die resultierende Hilfslenkkraft gelenkt werden sollen, während bei niedrigen Kraftfahrzeuggeschwindigkeiten die Hinterräder (21 a, 21 b) in der entgegengesetzten Richtung zu der gelenkt werden, in der die Vorderräder (5 a, 5 b) durch die Hilfslenk kraft gelenkt werden sollen, und wobei in mittleren Ge schwindigkeiten die Hinterräder (21 a, 21 b) in der Geradeaus position gehalten werden.
2. Hinterrad-Lenkvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckdifferenzdetektormittel umfassen:
erste Druckdetektormittel (16) zum Abtasten des hydraulischen
Drucks in der ersten Kammer (13 a) des Arbeitszylinders (13)
und zum Abgeben eines entsprechenden Ausgangssignals;
zweite Druckdetektormittel (17) zum Abtasten des hydraulischen
Drucks in der zweiten Kammer (13 b) des Arbeitszylinders (13)
und zum Abgeben eines entsprechenden Ausgangssignals; und
einen Differenzverstärker (18), dem die Ausgangssignale der
ersten und zweiten Druckdetektormittel (16, 17) zugeführt
werden, wobei der Ausgang des Differenzverstärkers (18)
den Steuermitteln (24) zugeführt wird.
3. Hinterradlenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lenkmechanismus umfaßt:
einen Elektromotor (25), ein Lenkgetriebe (27), das vom Elektromotor (25) angetrieben wird; und
eine Lenkverbindung (20, 22), die zwischen den Hinterrädern (21) und dem Lenkgetriebe (27) angeordnet ist und von dem Elektromotor (25) über das Lenkgetriebe (27) zum Steuern der Hinterräder (21) angetrieben wird.
einen Elektromotor (25), ein Lenkgetriebe (27), das vom Elektromotor (25) angetrieben wird; und
eine Lenkverbindung (20, 22), die zwischen den Hinterrädern (21) und dem Lenkgetriebe (27) angeordnet ist und von dem Elektromotor (25) über das Lenkgetriebe (27) zum Steuern der Hinterräder (21) angetrieben wird.
4. Hinterradlenkvorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß als hohe Kraftfahrzeuggeschwindigkeit eine solche über
75 km/h, als niedrige Kraftfahrzeuggeschwindigkeit eine solche
unter 10 km/h und als mittlere Kraftfahrzeuggeschwindigkeit
eine solche zwischen 10 und 75 km/h gewählt sind.
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