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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung
des Lenkwinkels von Hinterrädern nach dem Oberbegriff des
Anspruches 1.
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Die Druckschrift nach dem Stand der Technik EP-A-0 223 256, die
eine Priorität vor und ein Veröffentlichungsdatum nach der
Priorität der Anmeldung besitzt, zeigt eine
Hinterradlenkvorrichtung mit den folgenden Merkmalen:
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Die Winkelveränderungen der Hinterräder sind die Summe des
Vorspurausmaßes als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und eines
Lenkwinkels, der in die gleiche Richtung zeigt wie die
Vorderräder als Funktion des Vorderradlenkwinkels. Siehe die Formeln
1, 2, 3 und 4, Zeilen 24 - 58, Spalte 3.
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Die GB-A-2 155 869 beschreibt auf Seite 5, Zeilen 97 bis 100,
auf Seite 8, Zeilen 40 bis 50 und auf Seite 13, Zeilen 3 bis 8,
daß ein Hinterrad eine Vorspur besitzt, während das andere
Hinterrad eine Nachspur aufweist.
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Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen liegt der
Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hinterradlenkvorrichtung für
ein Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, die eine Verbesserung
der Kurvenfahrt ermöglicht während einer solchen bei hoher
Geschwindigkeit.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung zur Steuerung des
Lenkwinkels von Hinterrädern gemäß der Erfindung gekennzeichnet
durch die Merkmale, wie sie im kennzeichnenden Teil des
Anspruches 1 angegeben sind.
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Wenn das Fahrzeug eine Kurvenfahrt ausführt mit einer hohen
Geschwindigkeit, die einem vorbestimmten Wert entspricht, oder
diesen überschreitet, erhält das Hinterrad eine Vorspur.
Während des Einleitungszeitabschnittes der Kurvenfahrt (bevor eine
Lastübertragung zwischen dem linken und dem rechten Rad
eingetreten ist) sind die Richtungen der jeweiligen
Seitenführungskräfte als Reaktion auf den Schräglaufwinkel (der Winkel, der
auf dem Radschlupf beruht, wobei das Rad durch die
Zentrifugalkraft während der Kurvenfahrt zur Weiterfahrt gesteuert wird)
des linken und des rechten Hinterrades einander entgegengesetzt,
und die beiden Kräfte heben einander auf. Während des mittleren
bis letzten Zeitabschnittes der Kurvenfahrt (vom Beginn der
Lastübertragung zwischen dem rechten und dem linken Rad bis zu deren
Ende) wird eine Last auf das äußere kurvenfahrende Rad
übertragen, und die Kurvenfahrt steht unter der Steuerung der
jeweiligen Kraft, die auf dessen Schräglaufwinkel beruht, was zu einer
guten Fahreigenschaft führt, ähnlich derjenigen der
herkömmlichen Vierradsteuerkonfigurationen, bei welchem sich die
Vorderund die Hinterräder in der gleichen Phase befinden.
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Ein erster Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine
Vorrichtung zur Steuerung des Lenkwinkels eines Hinterrades zur
Verfügung gestellt wird, durch welche eine Kurvenfahrtstabilität
während einer Hochgeschwindigkeitskurvenfahrt erreicht wird, wie
bei herkömmlichen Vierradlenkkonfigurationen.
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Ein zweiter Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine
Vorrichtung zur Steuerung des Lenkwinkels eines Hinterrades zur
Verfügung gestellt wird, bei welchem die Kurvenfahrtsteuerung
besser ist als das Eigenlenkverhalten, bei welchem das
Schlingern des Fahrzeuges zufällig einen Steuereffekt bewirkt.
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Die Erfindung läßt sich am besten verstehen unter Bezugnahme auf
die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und
die Zeichnungen. Dabei zeigen:
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Fig. 1 ein Ablaufdiagramm, welches die grundsätzlichen
Verfahrensschritte gemäß der Erfindung darstellt,
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Fig. 2 ein Systemdiagramm, welches die Vorrichtung für ein
Rücklenkrad und die Peripherieausrüstung eines Fahrzeuges gemäß
der Erfindung darstellt,
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Fig. 3A eine Aufriß als Teilschnitt, unter Darstellung eines
Betätigungselementes für das rechte und das hintere Rad zur
Steuerung des Lenkwinkels, gemäß einer ersten Ausführungsform,
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Fig. 3B einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A der Fig.
3A,
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Fig. 4 ein Ablaufdiagramm, welches die Routine zur Steuerung
des Lenkwinkels eines Hinterrades darstellt, ausgeführt durch
eine elektronische Steuereinheit,
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Fig. 5 eine graphische Darstellung der Funktion f(v),
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Fig. 6 eine graphische Darstellung der Funktion g(v),
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Fig. 7 eine diagrammatische Darstellung, die den Inhalt der
Hinterradlenksteuerung wiedergibt,
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Fig. 8 ein Ablaufdiagramm, welches die Routine zur Steuerung
des Lenkwinkels eines Hinterrades wiedergibt, ausgeführt durch
eine elektronische Steuereinheit gemäß einer zweiten
Ausführungsform,
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Fig. 9 eine graphische Darstellung der Funktion h(v),
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Fig. 10 eine diagrammatische Darstellung, die den Inhalt der
Hinterradlenksteuerung wiedergibt,
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Fig. 11 ein Ablaufdiagramm, welches eine Routine zur
Steuerung des Lenkwinkels eines Hinterrades wiedergibt, ausgeführt
durch eine elektronische Steuereinheit gemäß einer dritten
Ausführungsform, und
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Fig. 12 eine diagrammatische Darstellung des Inhalts einer
Hinterradlenksteuerung.
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Die Fig. 2 ist ein Systemdiagramm, welches die Vorrichtung zur
Hinterradlenkung und die Peripherieausrüstung eines Fahrzeuges
gemäß einer ersten Ausführungsform wiedergibt. Der Drehwinkel
einer Lenksäule 12, die durch ein Lenkrad 10 betätigt wird, wird
durch einen Lenkwinkelsensor 14 aufgenommen. Der Drehwinkel
repräsentiert den vorderen Lenkwinkel θf (nicht dargestellt). Die
Fahrzeuggeschwindigkeit wird durch einen
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 16 aufgenommen, der am Armaturenbrett vorgesehen ist.
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Das linke Hinterrad 18L ist mit einer Radaufhängung 20L
versehen, deren Achse mit einem Ende eines ersten Hebels 22L
angeschlossen ist und deren einer Endbereich mit einem zweiten
Hebel 24L verbunden ist. Das andere Ende des zweiten Hebels 24L
ist an einen Lenkradbetätiger 26L für das linke Hinterrad
angeschlossen. Eine Bewegung nach rechts und nach links des zweiten
Hebels 24L ermöglicht eine Kurvenfahrt des linken Hinterrades
18L. Der Lenkbetätiger 26L besitzt einen linken Lenkradsensor
28L, der den Lenkwinkel Arl am linken Hinterrad aufnimmt. Das
rechte Hinterrad 18R besitzt einen ähnlichen Aufbau wie das
linke Hinterrad 18L, so daß die Bezugszahlen einander
entsprechen, wenn man L und R austauscht.
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Die Fig. 3A ist ein Aufriß, teilweise geschnitten, unter
Darstellung des Betätigers 26L gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die Fig. 3B ist ein Schnitt entlang der Schnittlinie A-A der
Fig. 3A. Eine Schnecke 34 ist auf der Rotationsachse 32 eines
Motors 30 durch einen Stift 36 gehalten. Ein Ende der Achse 32
ist drehbar über ein Radiallager 40 abgestützt, welches an
einem Gehäuse 38 gehalten ist, das wiederum an der Karosserie 46
über eine Lasche 42 durch einen Bolzen 44 befestigt ist. Die
Schnecke 34 kämmt mit einem Schneckenrad 48. Eine Welle 56
durchgreift das Schneckenrad 48, einen exzentrischen Nocken 50
und 54, einen Lagerblockinnenzylinder 51 und ist durch eine
Mutter 58 gehalten. Die Welle 56 ist exzentrisch zur Mittellinie C
des Schneckenrades 48 und zu den Nocken 50 und 54. Ein
Lagerblockaußenzylinder 52 ist auf dem Zylinder 51 gehalten. Der
zweite Hebel 24L ist auf der Umfangsfläche des Zylinders 52
durch Verschweißung gehalten. Der Nocken 54 ist drehbar von
einem ersten Winkelkontaktlager 60 gehalten,und in einer
ähnlichen Weise ist der Nocken 50 durch ein zweites
Winkelkontaktlager 62 gehalten. Die Mutter 64 ist in ein freies Ende des
Gehäuses 68 eingeschraubt, und eine Kappe 66 ist in dessen
gegenüberliegendes freies Ende eingesetzt. Ein O-Ring 68 ist auf der
inneren peripheren Oberfläche des Gehäuses 38 vorgesehen,
entsprechend der peripheren Oberfläche der Kappe 66.
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Auf eine Aktivierung des Motors 30 rotiert die Schnecke 34, und
das Schneckenrad 48, der Nocken 50, der Zylinder 51 und der
Nocken 54 drehen sich um die zentrale Achse. Der zweite Hebel
24L bewegt sich in X-Richtung, und sein Endbereich bewegt sich
in Vertikalrichtung, wodurch das Eigenlenkverhalten variiert
wird. Diese Bewegung wird durch den Sensor 28L aufgenommen, der
am Gehäuse 38 in der Nähe des Schneckenrades 48 vorgesehen ist.
Der Sensor 28L ist von einem Typ mit einem lichtemittierenden
und einem lichtempfangenden Element. Lichtreflektierendes Papier
mit lichtreflektierenden Elementen in vorbestimmten Abständen
wird über einer Endfläche des Schneckenrades 48 angebracht.
Alternativ können Magnete in die Endfläche des Schneckenrades 48
in vorbestimmten Abständen eingebettet sein, und der Drehwinkel
wird ermittelt durch die lmpedanzänderung innerhalb des Sensors
28L, um somit das Ausmaß der Bewegung des Hebels 24L zu
bestimmen.
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Der Aufbau des Lenkradbetätigers des rechten Hinterrades 26R
ist ähnlich demjenigen des Betätigers 26L.
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Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 umfaßt eine
elektronische Steuereinheit (ECU) 70, die den Lenkwinkel des rechten
Hinterrades und des linken Hinterrades 18L und 18R steuert,
eine zentrale Rechnereinheit (CPU) 72, einen Nurlesespeicher
(ROM) 74, einen Zugriffsspeicher (RAM) 76, einen Eingang 78,
einen Ausgang 80 sowie eine gemeinsame Leiterschiene 82, die
die vorgenannten Elemente miteinander verbindet. Die ECU 70
empfängt am Eingang 78 Signale eines Lenkwinkelsensors 14, eines
Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 16 sowie der Sensoren 28L und
28R und gibt die Steuersignale über den Ausgang 80 an die
Betätiger 26L und 26R ab.
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Fig. 4 ist ein Ablaufdiagramm, welches die Routine darstellt
zur Steuerung des Lenkwinkels eines Hinterrades, ausgeführt
durch die ECU 70. Als Schritt 100 wird der vordere Lenkwinkel
θf, der durch den Lenkwinkelsensor 14 aufgenommen wird, und die
Fahrzeuggeschwindigkeit V, die von dem Sensor 16 aufgenommen
wird, abgelesen. Im nachfolgenden Schritt 110 wird bestimmt, ob
die Fahrzeuggeschwindigkeit V einer vorbestimmten
Geschwindigkeit V0 entspricht oder größer ist. Wenn das Ergebenis JA ist,
schreitet das Programm fort zum Schritt 120, wobei T
gleichgesetzt wird mit dem vorderen Steuerwinkel θf, abgelesen im
Schritt 100, multipliziert durch eine vorbestimmte Funktion f(v).
Das Spurausmaß T wird gleichgesetzt mit a-b, wobei "a" ein
erstes Intervall ist zwischen der Vorderseite des rechten und
des linken Hinterrades und "b" ein zweites Intervall zwischen
der Rückseite des rechten und des linken Hinterrades. T ist
positiv während eines Vorspurzustandes. Die Fig. 5 ist eine
graphische Darstellung, die eine Funktion f(v) zeigt, die positiv
ist, während die Fahrzeuggeschwindigkeit V einer vorbestimmten
Geschwindigkeit V0 enspricht oder höher liegt, und die
dementsprechend ansteigt. Das Spurausmaß T steigt an, entsprechend
einem Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des vorderen
Lenkwinkels θf und wird begrenzt, daß es einen Absolutwert von
0,1L
nicht überschreitet, wobei L den Durchmesser des
Hinterrades repräsentiert.
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Beim nachfolgenden Schritt 130 werden der linke hintere Winkel
θrl und der rechte hintere Winkel θrr, die innerhalb des
Spurausmaßes liegen können, wie folgt berechnet.
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θrl = -tan &supmin;¹(T / 2L )
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θrr = - tan&supmin;¹ (T / 2L )
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Wenn das Ergebnis beim Schritt 110 NEIN ist, schreitet das
Programm fort zum Schritt 140, bei welchem der linke hintere
Winkel θrl und der rechte hintere Winkel θrr gleichgesetzt werden
mit dem vorderen Lenkwinkel θf, multipliziert durch eine
vorbestimmte Funktion g(v). Die Fig. 6 zeigt eine graphische
Darstellung der Funktion g(v), die negativ ist, wenn die
Fahrzeuggeschwindigkeit V einer vorbestimmten Geschwindigkeit V0
entspricht oder geringer ist und die dementsprechend abnimmt. Der
linke hintere Winkel θrl und der rechte hintere Winkel werden
bestimmt, daß sie in entgegengesetzter Richtung liegen, in
bezug auf den vorderen Lenkwinkel θf.
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Von den Schritten 130 und 140 schreitet das Programm fort zum
Schritt 150, bei welchem der aktuelle hintere Winkel Arl, der
durch den Sensor 28L bestimmt wird, und der aktuelle hintere
rechte Winkel Arr, der durch den Sensor 28R bestimmt wird,
abgelesen werden. Im nachfolgenden Schritt 160 werden die
Steuerwerte X, Y gleichgesetzt dem linken hinteren Winkel θrl bzw.
dem rechten hinteren Winkel θrr minus dem aktuellen hinteren
linken Winkel Arl bzw. dem aktuellen rechten hinteren Winkel Arr.
Im nachfolgenden Schritt 170 wird der Steuerwert X an den
Betätiger 26L ausgegeben, und das linke hintere Rad wird auf den
linken hinteren Winkel θrl eingestellt. Im nachfolgenden Schritt
180 wird der Steuerwert Y an den Betätiger 26R ausgegeben, und
das rechte hintere Rad wird gleichgesetzt dem rechten hinteren
Winkel θrr. Hiernach verläßt das Programm die Routine.
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Wie oben beschrieben, werden während der Kurvenfahrt bei
Hochgeschwindigkeit, wenn das Ergebnis im Schritt 110 JA ist, der
linke hintere Winkel θrl und der rechte hintere Winkel θrr
bestimmt in den Schritten 120 und 130 derart, daß sich eine
Vorspur ergibt für das rechte und das linke Hinterrad 18L und 18R,
und die Betätiger 26L und 26R werden in den Schritten 150 bis
180 derart getrieben, daß die Lenkwinkel des rechten und des
linken Hinterrades 18L und 18R auf die Winkel θrl und θrr
eingestellt werden. Dementsprechend wird das rechte und das linke
Hinterrad 18L und 18R auf Vorspur gesteuert.
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Andererseits werden während Kurvenfahrt bei niedriger
Geschwindigkeit, wenn das Ergebnis im Schritt 110 NEIN ist, der linke
hintere Winkel θrl und der rechte hintere Winkel θrr im Schritt
140 derart bestimmt, daß das linke und das rechte Hinterrad 18L
und 18R in der Umkehrphase mit dem rechten und dem linken
Vorderrad sind und daß die Betätiger 26L und 26R in den Schritten
150 bis 180 derart eingestellt werden, daß die Lenkwinkel des
rechten und des linken Hinterrades 18L und 18R auf die Winkel
θrl und θrr eingestellt werden. Dementsprechend werden, wie in
Fig. 7 dargestellt ist, das rechte und das linke Hinterrad 18L
und 18R so gesteuert, daß sie in Umkehrphase mit den
Vorderrädern sind.
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Gemäß der ersten Ausführungsform heben sich, da das linke
Hinterrad 18L und 18R auf Vorspur während der Kurvenfahrt bei hoher
Geschwindigkeit eingestellt sind, die Umkehrseitenführungskräfte,
die sich aus den Schräglaufwinkeln der Räder 18L und 18R
ergeben, einander auf, wodurch man eine rasche Kurvenfahrt erhält,
ähnlich derjenigen wie bei dem herkömmlichen Zweiradlenkaufbau.
Die Schräglaufwinkel bewirken nämlich umgekehrte Wirkkräfte auf
die Hinteräder, d.h., die Seitenführungskräfte kehren sich um,
so daß die Kräfte gegeneinander aufgehoben werden.
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Von dem mittleren bis zum letzten Zeitabschnitt der Kurvenfahrt
(vom Beginn der Lastübertragung zwischen dem rechten und dem
linken Rad bis zu deren Ende) wird die Last auf die Außenseite
der sich drehenden Räder (18L oder 18R) übertragen, und die
Kurvenfahrt steht unter Steuerung der Seitenführungskraft auf
der Grundlage des Schräglaufwinkels, was zu einer guten
Fahreigenschaft führt, ähnlich zu derjenigen der herkömmlichen
Vierradlenkung, bei welcher Vorderräder und Hinterräder sich
in der gleichen Phase befinden. Das Ausmaß der Vorspur wird
derart gesteuert, daß es ansteigt in Abhängigkeit von dem
Anstieg der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem vorderen Lenkwinkel
θf, so daß dadurch die rasche Kurvenfahrfähigkeit und Stabilität
entsprechend dem Antriebszustand verbessert wird.
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Wenn die Lastübertragung zwischen den Rädern während der
Kurvenfahrt des Fahrzeuges früher beginnt als bei der Steuerung durch
das Eigenlenkverhalten, ist die Lenksteuerung bei dieser
Ausführungsform besser als diejenige des Eigenlenkverhaltens,
wodurch der Spurdifferenzwinkel wirkungsvoll verkleinert werden
kann.
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Da darüber hinaus die vorderen und Innenräder in Umkehrphase
zueinander stehen, erhält man hierdurch einen kleineren
Spurdifferenzwinkel.
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Die zweite Ausführungsform ist ähnlich der ersten
Ausführungsform, mit der Ausnahme der Routinesteuerung für die Hinterräder.
Die Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die Routine darstellt
zur Steuerung des Lenkwinkels der Hinterräder, ausgeführt durch
die ECU 70, entsprechend der zweiten Ausführungsform.
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Da die Schritte 200, 230, 250, 260, 270 und 280 ähnlich den
Schritten 100, 130, 150, 160, 170 bzw. 180 der ersten
Ausführungsform sind, wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Von dem Schritt 200 schreitet das Programm zum Schritt 220 fort,
bei welchem das Spurausmaß T auf den vorderen Lenkwinkel θf
eingestellt wird, abgelesen beim Schritt 200 und multipliziert
durch eine vorbestimmte Funktion h(v). Fig. 9 ist eine
graphische Darstellung, die die Funktion h(v) zeigt, die einen
positiven Wert besitzt, während die Fahrzeuggeschwindigkeit V gleich
einer vorbestimmten Geschwindigkeit V0 oder höher ist und die
Übereinstimmung hiermit ansteigt und die einen negativen Wert
besitzt, während die Fahrzeuggeschwindigkeit gleich einer
vorbestimmten Geschwindigkeit V0 oder geringer ist und die in
Übereinstimmung hiermit abnimmt. Das Spurausmaß T wird derart
bestimmt, daß die Hinterräder eine Nachspur aufweisen, wenn V
kleiner als V0 ist,und derart, daß die Hinterräder eine Vorspur
aufweisen, wenn V gleich V0 oder mehr ist, während T derart
beschränkt ist, daß es als Absolutwert 0,1L nicht überschreitet,
wobei L den Hinterraddurchmesser repräsentiert. Bei den
nachfolgenden Schritten 270, 280 werden die Betätiger 26L und 26R
derart betrieben, daß das rechte und das linke Hinterrad 18L
und 18R dem obigen Spurausmaß entsprechen.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform werden, entsprechend der
Darstellung in Fig. 10 bei Kurvenfahrt mit geringer Geschwindigkeit
das rechte und das linke Hinterrad 18L und 18R auf Nachspur
eingestellt und bei Kurvenfahrt während hoher Geschwindigkeit das
rechte und das linke Hinterrad 18L und 18R auf Vorspur. Ein
ähnlicher Effekt wie bei der ersten Ausführungsform wird
erhalten während Kurvenfahrt bei hoher Geschwindigkeit, wobei die
Fahrstabilität während niedriger Geschwindigkeit und
anfängliche Kurvenfahrt ebenfalls verbessert werden, verglichen mit
herkömmlicher Vierradsteuerung.
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Da das rechte und das linke Hinterrad 18L und 18R auf Nachspur
eingestellt werden während der Kurvenfahrt bei niedriger
Geschwindigkeit, ergeben sich umgekehrte Seitenführungskräfte vom
Schräglaufwinkel der Räder 18L und 18R, die einander aufheben,
wodurch man eine rasche Kurvenfahrt erhält, ähnlich derjenigen
bei herkömmlicher Zweiradsteuerung. Der Fahrer spürt die
Seitenbeschleunigung in bezug auf das Fahrzeug, wodurch
unangenehme Kräfte vermieden werden.
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Vom mittleren bis zum letzten Zeitabschnitt der Kurvenfahrt
(vom Beginn der Lstübertragung zwischen dem rechten und dem
linken Rad bis zu deren Ende) wird die Last auf die Außenseite
der sich drehenden Räder (18L oder 18R) übertragen, und die
Kurvenfahrt steht unter der Steuerung der Seitenführungskraft auf
der Grundlage von dem Schräglaufwinkel, was zu einer guten
Fahreigenschaft führt, ähnlich derjenigen der herkömmlichen
Vierradlenkung, bei welcher die Vorder- und Hinterräder in
umgekehrter Phase stehen.
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Eine dritte Ausführungsform ist ähnlich der ersten
Ausführungsform mit der Ausnahme der Steuerroutine für die Hinterräder.
Fig. 11 ist ein Ablaufplan, der die Routine zur Steuerung des
Lenkwinkels und der Hinterräder zeigt, ausgeführt durch die
ECU 70 gemäß der dritten Ausführungsform.
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Da die Schritte 300, 310, 320, 330,350,360, 370 und 380 ähnlich
den Schritten 100, 110, 120, 130, 150, 160, 170 bzw. 180 der
ersten in Fig. 4 dargestellten Ausführung sind, wird deren
Beschreibung weggelassen. Wenn das Ergebnis im Schritt 310 NEIN
ist, schreitet das Programm zum Schritt 340 fort, bei welchem
der linke hintere Winkel θrl und der hintere rechte Winkel θrr
auf Null eingestellt werden, und das Programm schreitet zum
Schritt 150 fort. Entsprechend der dritten Ausführungsform
werden das rechte und das linke Rad 18L und 18R auf einen
konstanten Wert eingestellt in bezug auf das Spurausmaß während
einer Kurvenfahrt bei Niedriggeschwindigkeit, während sie auf
Vorspur eingestellt werden während der Kurvenfahrt bei hoher
Geschwindigkeit. Der ähnliche Effekt wie bei der ersten
Ausführungsform wird während der Kurvenfahrt bei hoher
Geschwindigkeit erhalten, während die Fahrstabilität ebenfalls verbessert
wird, verglichen mit derjenigen der herkömmlichen
Zweiradlenkung.