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Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf die Hinterachse eines
Fahrzeugs wirkende Lenkvorrichtung mit veränderlicher Wirkung, die
außer der üblichen Steuerung der Lenkung der Vorderräder durch das
Lenkrad, eine Hinterachse, deren Räder an Radträgern angeordnet
sind, die schwenkbar um eine den Erdboden hinter dem Mittelpunkt
des Berührungsbereiches des Luftreifens auf dem Boden erreichender
Achse herum gelagert sind, eine ein gegenseitiges Verhältnis
zwischen den Ausschlägen der rechten und linken Räder schaffender
Querverbindung der hinteren Radträger und mit dem Mechanismus für
den Lenkungsausschlag der Vorderräder und auf einen Mechanismus zum
Lenkungsausschlag der Hinterräder einwirkende Mittel zur Erzielung
eines Lenkungsausschlags in der dem Lenkungsausschlag der
Vorderräder entgegengesetzten Richtung, aufweist.
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Man weiß, daß der Lenkungsausschlag der Hinterräder über einen
demjenigen der Vorderräder entgegengesetzten Winkel den Wenderadius
vermindert und die Bewegungen des Fahrzeugs erleichtert, mindestens
solange, wie weder die Querkräfte noch die Geschwindigkeit des
Fahrzeugs nicht zu hoch sind. Tatsächlich weiß man auch, daß bei
großer Geschwindigkeit, während kleine Lenkungsausschläge der
Vorderräder starke Seitenbeschleunigungen veranlassen können, ein
sogar sehr schwacher Lenkungsausschlag der Hinterräder in der dem
Vorderlenkungsausschlag entgegengesetzten Richtung ein unangenehm
zu führendes weil unstabiles Fahrzeug zur Folge hat.
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Die aus DE-A-3 410 115 bekannte Vorrichtung versucht diesen
Nachteilen abzuhelfen, in dem sie die Hinterräder einen in der
Richtung des Gegenlenkungsausschlages wirkenden Moment unterwirft.
Diese Vorrichtung gestattet es aber nicht, den
Lenkungseinschlagwinkel der Hinterräder ab einer gewissen
Geschwindigkeit auf den Nullwert zu bringen.
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Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel , eine Lenkvorrichtung der
hier obenangegebenen Gattung, die nicht die Nachteile, die soeben
ausgedrückt worden sind, aufweist. Die Erfindung hat also zum Ziel,
eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es gestattet, ein bei niedrigen
Geschwindigkeiten Bewegungen ausführendes und bei großen
Geschwindigkeiten sehr stabiles Fahrzeug zu erhalten.
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Um dieses Ziel zu erreichen, ist die erfindungsgemäße
Lenkvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der
zwischen dem Vorderlenkungsausschlagmechanismus und den
Hinterradträgern mit der Schwenkachse angeordneten
Verbindungsmittel eine derartige Elastizität aufweist, daß der bei
schwachen Geschwindigkeiten dem Ausschlagwinkel der Vorderräder
entgegengesetzter Ausschlagwinkel der Hinterräder ab einer
gegebenen Geschwindigkeit unter der Wirkung der am Boden auf den
Luftreifen wirkenden Querkräften gleich null wird.
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Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist das Gehäuse
des hinteren Ausschlagsmechanismus mit dem Kasten des Fahrzeugs
durch elastische Mittel verbunden, welche in der Richtung der
Querkräfte eine größere Elastizität als in denjenigen, die
senkrecht zu diesen Kräften sind, aufweisen.
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Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung werden die
die vorgenannte Elastizität erzeugenden Mittel durch eine
Übertragungswelle mit Drillungselastizität gebildet, deren eines
Ende einer Verdrehung in Abhängigkeit des Lenkungsausschlags
unterworfen ist, während das andere Ende den hinteren
Ausschlagsmechanismus steuert.
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Gemäß noch einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung
werden die, die vorgenannte Elastizität erzeugenden Mittel durch
Lenkspindelschubstangen oder deren Verbindungen gebildet.
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Die Erfindung wird besser verstanden werden und weitere Ziele,
Merkmale, Einzelheiten und Vorteilen derselben werden deutlicher im
Laufe der erläuternden Beschreibung, die folgt und in Bezug auf die
nur beispielsweise angegebenen, mehrere Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulichenden schematischen beigefügten Zeichnungen
gemacht ist, erscheinen und in welchen:
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Die Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Lenkvorrichtung gemäß
der vorliegenden Erfindung ist;
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Die Fig. 2 eine schematischen Seitenansicht der Vorrichtung nach
der Fig. 1 ist; und
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Die Fig. 3 eine Ansicht im achsialen Schnitt durch eine mit
Mitteln gemäß der vorliegenden Erfindung ausgerüstete hintere
Lenkungsausschlagvorrichtung
ist.
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Die Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf die
folgenden Überlegungen gegründet: um zu erzielen, daß das
Fahrzeug bei niedrigen Geschwindigkeiten lenkwillig und bei großen
Geschwindigkeiten sehr stabil ist, soll der Lenkungsausschlag der
hinteren Achse die Summe von zwei gegenwirkenden Gliedern sein,
einem mit dem Vorderlenkungsausschlag nahezu proportionalen aber
ein entgegengesetztes Zeichen aufweisenden Glied und ein mit der
Querbeschleunigung At nahezu proportionalen Glied.
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Wenn R der Durchschnittswinkel der Räder einer selben Radachse ist,
erzielt man die folgende Beziehung zwischen dem Durchschnittswinkel
RAR der Räder der Hinterachse und dem Durchschnittswinkel RAV der
Räder der Vorderachse:
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wo n das Lenkübersetzungsverhältnis der beiden Radachsen in Bezug
auf das Lenkrad ist und wo α ein von der Geometrie, der Elastizität
der Verbindungen und der Merkmale der Luftreifen abhängender
Koeffizient ist. Die Querbeschleunigung At kann in der folgenden
Weise ausgedrückt werden
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wo V die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und R der Wenderadius ist.
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R kann ungefährt gleich E/RAV genommen werden, wo E der
Radachsestand ist. Dies ist desto mehr wahr, als 0 kleiner und n
größer und als der Einfluß der Hinterachse auf den Wenderadius
kleiner ist. Man erhält somit:
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Man stellt fest, daß die Hinterachse neutral ist, d. h. RAR = null
für:
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V=Vo= E/nα.
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Für V< Vo hat RAR das RAV entgegengesetzte Zeichen. In diesem
Fall trägt die Hinterachse zum Wenden oder Drehen bei.
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Für V> Vo hat RAR das gleiche Zeichen wie RAV. In diesem Fall trägt
die Hinterachse der Stabilität des Fahrzeugs bei.
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Es ist zu bemerken, daß, wegen der Vereinfachung, die Beziehungen
linear gewählt worden sind.
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Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung, die angepaßt ist, um ein
Verhalten gemäß den vorangehenden Erwägungen aufzuweisen. Auf den
Figuren, die nur schematische Darstellungen sind, trägt die Vorder-
und Hinterachse jeweils die Bezugszeichen AV und AR. Die Vorder-
und Hinterräder sind jeweils mit 1 und 2 bezeichnet. 3 bezeichnet
das Lenkrad und 4 bezeichnet die Zahnstange der Vorderachse,
während die Zahnstange der Hinterachse schematisch bei 5
dargestellt ist, wobei die Lenkspindelschubstangen die
Bezugsziffern 6 und 7 tragen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung bringt man hinten am Fahrzeug
eine Lenkhinterachse der Gattung derjenigen, die üblicherweise vorn
angeordnet sind, an. Die Besonderheiten dieser Maßnahme werden
später erscheinen.
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Um RAR=RAV/n
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durchzuführen, verbindet man gemäß der vorliegenden Erfindung die
beiden Lenkungsmechanismen z. B. mechanisch, wie es
die Fig. 1
zeigt: eine Bewegungszapfstelle 9 die mit der vorderen Zahnstange
4 verbunden ist, ist der hinteren Längssteuerung 10 durch ein
Übertragungsglied 11, daß eine Verdrehwelle oder ein bekanntes
System von Lenkern oder von Drahtseilen sein kann, zugeordnet.
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Um RAR=αAt-RAV/n
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durchzuführen, fügt man erfindungsgemäß eine gegenwirkende Wirkung
der Querkräfte zu. Zu diesem Zweck berührt die Schwenkachse 12 der
Hinterradträger den Boden wesentlich, z. B. ungefähr wenigstens 3 cm
hinter dem Mittelpunkt des Berührungsbereiches 13 am Boden. Das
Ausschlagmoment, das sich daraus unter der Wirkung der Querkräfte
ergibt, setzt die Gesamtheit des hinteren Lenkungsmechanismus unter
Beanspruchung. Wenn es eine starke Elastizität in dem Mechanismus
gibt, kann man die Beziehung
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R=αAt
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physikalisch verwirklichen.
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Diese starke Elastizität kann durch eine geeignete Drallelastizität
der Übertragungswellen 11 und 15 geschaffen werden, wobei die Welle
15 zwischen der hinteren Lenkung 3 und der hinteren Zahnstange 5
gefügt ist.
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Man könnte ebenfalls diese starke Elastizität durch die geeignete
Längselastizität der Lenkspindelschubstangen 6 und 7 oder in
leichterer Weise durch deren Verbindungen verschaffen, aber dies
wird eine weniger gute Zuordnung der beiden Räder der selben
Hinterachse ergeben.
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Diese Elastizität kann noch durch Halterungen 16 des Kastens des
Lenkgehäuses, z. B. durch Unterlagen aus Elastomer, die ein
Zahnstangegehäuse 5 mit dem Fahrgestell verbinden, erzeugt werden.
Diese letzte Vorrichtung ist besonders interessant, da die innere
Dämpfung der Beilagen aus Elastomer wie α·At -Stabilisierwirkung
verzögern und gestatten wird, ein Fahrzeug mit einer lebhafteren
Führung unter Beibehaltung einer guten Sicherheit bzw.
Endstabilität zu erhalten. Diese Verzögerung kann sogar durch die
Verwendung eines echten Dämpfers 17 zwischen dem Zahnstangengehäuse
5 und dem Fahrgestell vergrößert werden.
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Die Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Beilagen 16. Die
Beilagen werden durch mit der Zahnstange koaxiale zylindrische
Ringe 18 gebildet, die durch koaxial zwischen den beiden
zylindrischen Ringen 18 angeordnete, dünne, steife Muffen 19
getrennt sind. Dieser Aufbau gestattet es, eine große
Querelastizität mit einer guten Steifheit in den ortogonalen
Richtungen für eine gute Kontrolle der Führung der Räder zu
verbinden.
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Es ist selbstverständlich, daß es bei den Ausführungsformen der
Lenkvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darauf ankommt,
ganz besonders darauf zu achten, daß die Ausschlagsänderungen bei
der Verschwenkung der Räder und die Elastizitäten der Gelenke der
Radachsen den Wirkungen der vorliegenden Erfindung beitragen und
keine diese gefährdende Wirkung haben.
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Zusammenfassend stellt man fest, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung zwei Lenkungsachsen aufweist, die durch eine stetige
Ausschlagsbeziehung verbunden sind, wobei die einfachste eine
Proportionalitätsbeziehung ist. Es gibt einen starken negativen
Nachlauf in der Hinterachse und eine gewisse Elastizität in den
Ausschlagsgliedern der Räder der Hinterachse.
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Es ist noch zu bemerken, daß die Formel
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RAR=αAt-RAV/n
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n kann unendlich groß werden. In diesem Fall erhält man RAR = αAT.
Dies bedeutet, daß die Verbindung zwischen den Radachsen
verschwindet, daß die hintere Zahnstange in Bezug auf ihr Gehäuse
ortsfest ist und als solche verschwindet, daß die
Lenkspindelschubstangen unmittelbar mit dem elastisch angeordneten
Gehäuse verbunden sind. Man behält die stabilisierende Wirkung,
aber man verliert die Hilfe zum Wenden bei den niedrigen
Geschwindigkeiten.