DE4139009A1

DE4139009A1 - Vierradlenkung fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4139009A1
Application number: DE4139009A
Authority: DE
Inventors: Takaaki Eguchi; Hiroshi Mouri
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1992-06-04
Anticipated expiration: 2011-11-28
Also published as: DE4139009C2; US5412571A; JP2827507B2; JPH04193684A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vierradlenkung für Kraftfahrzeuge mit zwei vorde ren Rädern und zwei hinteren Rädern gemäß dem Oberbegriff des Hauptan spruchs.

Die US-Patente 49 42 532 und 50 03 480 beschreiben eine Lenkvorrichtung für die Hinterräder, die eine verbesserte Ansprechzeit in bezug auf den von einem Betätigungsorgan eingegebenen Lenkwinkel bieten. Diesen Lösungen fehlt es jedoch an einer optimalen Übergangs-Charakteristik in bezug auf das Fahrzeug, wenn die Vorderräder gelenkt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vierradlenkung zu schaffen, die eine optimale Übergangs-Charakteristik in bezug auf das Fahrzeug bietet.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeich nenden Teil der Hauptanspruchs.

Erfindungsgemäß ist eine Vierradlenkung für Kraftfahrzeuge mit zwei vorde ren und zwei hinteren Rädern vorgesehen, die eine Einrichtung zur Abta stung des Lenkwinkels der Vorderräder und zur Erzeugung eines entspre chenden Signals und eine Einrichtung zur Lenkung der Vorderräder mit ei nem Hilfslenkwinkel umfaßt, der der folgenden Gleichung entspricht:

In dieser Gleichung ist R_(S) eine Laplace-Transformation des Vorderrad- Lenkwinkels und δ_f(S) eine Laplace-Transformation des Hilfslenkwinkels der Vorderräder. S ist ein Laplace-Operator. K, τ₁, τ₂, T₁ und T₂ sind Konstan ten des Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin eine Einrichtung zur Lenkung der Hinterräder, die einen Hinterrad-Lenkwinkel liefert, der der folgenden Gleichung entspricht:

In dieser Gleichung ist R_(S) eine Laplace-Transformation des vorderen Lenk winkels δ_r(S) eine Laplace-Transformation des Hilfslenkwinkels der Hinter räder, und K′, τ₁′, τ₂′, T₁ß und T₂ß sind Konstanten des Kraftfahrzeugs.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vierradlenkung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung der vorderen und hinteren Hilfslenkwinkel-Steuerung bei eine Len kung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Abhängigkeit des Gier-Raten-Gewinns und der Phasenverzögerung von der Lenkfrequenz zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung des Querbeschleuni gungs-Gewinns und der Phasenverzögerung von der Lenkfre quenz;

Fig. 5 ist ein Diagramm des seitlichen Schlupfwinkels in Abhängigkeit von der Zeit.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vierradlenkung gemaß der Er findung. Die Vierradlenkung soll in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug be schrieben werden, das zwei lenkbare Vorderräder 1L und 1R, die in glei chem seitlichen Abstand zur Längsmittellinie des Fahrzeugs angeordnet sind, und zwei lenkbare Hinterräder 2L und 2R in gleichem seitlichen Abstand von der Längsmittellinie des Fahrzeugs umfaßt.

Die Vorderräder 1L und 1R sind mit einem Lenkhebel oder Lenkrad 10 Ober einen herkömmlichen Gestängemechanismus mit einer Lenkwelle 12 und ei nem Lenkgetriebe 14 verbunden. Der Gestängemechanismus lenkt die Vor derräder 1L und 1R mit einem Winkel R entsprechend einem Winkel R, um den das Lenkrad 10 in bezug auf die neutrale oder Geradeaus-Stellung ge dreht wird. Der vordere Lenkwinkel R beträgt R = R/N mit N als Lenkungs- Übersetzungsverhältnis. Das Lenkgetriebe 14 ist in Querrichtung des Fahr zeugs hin- und hergehend beweglich angeordnet zur Erzielung eines Hilfs lenkwinkels δ_f der Vorderräder 1L und 1R. Der Hub der hin- und hergehen den Bewegung des Lenkgetriebes 14 wird bestimmt durch den Grad der Ver formung eines elastischen Gliedes, über das das Lenkgetriebe 14 am Kraft fahrzeug aufgehängt ist.

Das Lenkgetriebe 14 ist mit einem vorderen Lenkantrieb 20 mit federnder Mittelpunktvorspannung verbunden und umfaßt zwei Druckkammern 20L und 20R zur Lenkung der Vorderräder 1L und 1R entsprechend einem hy draulischen Druck, der in den beiden Druckkammern 20L und 20R herrscht. Der vordere Lenkantrieb 20 bewegt das Lenkgetriebe 14 und dreht damit die Vorderräder 1L und 1R in eine erste Richtung mit einem Winkel δ_f, der pro portional zu dem Druck ist, der in die erste Druckkammer 20L eingeleitet wird. Andererseits bewegt der vordere Lenkantrieb 20 das Lenkgetriebe 14 zur Drehung der Vorderräder 1L und 1R in eine zweite, entgegengesetzte Richtung mit einem Winkel δ_f proportional zu dem Druck, der in die zweite Druckkammer 20R eingeleitet wird. Die erste Druckkammer 20L ist über ein Magnet-Schließventil 22 mit einem Steuerventil 24 verbunden. In ähnlicher Weise ist die zweite Druckkammer 20R über ein Magnet-Schließventil 22 mit dem Steuerventil 24 verbunden.

Das Schließventil 22 ist normalerweise geschlossen und unterbricht damit die Verbindung zwischen dem Steuerventil 24 und dem Vorderrad-Lenkan trieb 20. Das Schließventil 22 gelangt in die geöffnete Stellung und stellt eine Verbindung her zwischen den Steuerventil 24 und dem Vorderrad-Lenkan trieb 20, wenn es ein Treibersignal von der Steuereinheit 40 aufnimmt. Die Steuereinheit 40 unterbricht das Treibersignal, das an das Schließventil 22 gelangt, wenn der nicht gezeigte Zündschalter geöffnet ist oder wenn in der Lenkvorrichtung eine Störung vorliegt.

Das Steuerventil 24 ist betätigbar mit Hilfe eines Befehlsstromsignals von der Steuereinheit 40 zur Umschaltung in eine von drei Positionen. Die erste Posi tion wird eingenommen, wenn das Befehlsstromsignal auf einem ersten Wert liegt. In diesem Falle stellt das Steuerventil 24 eine Verbindung her zwischen der ersten Druckkammer 20L des vorderen Lenkantriebes 20 und einer Pumpe 16 über einen Strömungsteiler 17 sowie eine Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 20R des vorderen Lenkantriebs 20 und einem Be hälter 18. Als Ergebnis drehen sich die vorderen Räder 1L und 1R in eine er ste Richtung. Die zweite Position des Steuerventils 24, die in Fig. 1 gezeigt ist, wird eingenommen, wenn das Befehlsstromsignal auf einem zweiten Wert liegt. In diesem Falle unterbricht das Steuerventil 24 die Verbindung zwi schen der ersten Druckkammer 20L des vorderen Lenkantriebs 20 und der Pumpe 16 und die Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 20R des vorderen Lenkantriebs 20 mit dem Behälter 18. Als Ergebnis wird der vor handene vordere Hilfslenkwinkel gehalten. Die dritte Position des Steuerven tils 24 wird eingenommen, wenn das Befehlsstromsignal auf einem dritten Wert liegt. In diesem Falle stellt das Steuerventil 24 eine Verbindung zwi schen der ersten Druckkammer 20L des vorderen Lenkantriebs 20 und dem Behälter 18 her sowie eine Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 20L des vorderen Lenkantriebs 20 und der Pumpe 16. Als Ergebnis werden die Vorderräder 1L und 1R in die zweite Richtung entgegen der ersten Rich tung geschwenkt.

Die Hinterräder 2L und 2R sind mit einem Hinterrad-Lenkantrieb 30 mit fe dernder Mittelpunktvorspannung verbunden, der zwei Druckkammern 30L und 30R umfaßt und zur Drehung der Hinterräder entsprechend dem hy draulischen Druck in den beiden Druckkammern 30L und 30R dient. Der hintere Lenkantrieb 30 dreht die Hinterräder 2L und 2R in eine erste Rich tung mit einem Winkel δ_r in bezug auf die Längsmittellinie des Fahrzeugs proportional zu einem Druck, der in einer ersten Druckkammer 30 L herrscht. Ferner dreht der Lenkantrieb 30 die Hinterräder 2L und 2R in eine zweite, entgegengesetzte Richtung mit einem Winkel δ_r proportional zu dem Druck, der in der zweiten Druckkammer 30R herrscht. Die erste Druckkam mer 30L ist über ein Magnet-Schließventil 32 mit einem Steuerventil 34 ver bunden. In ähnlicher Weise ist die zweite Druckkammer 30R über ein Magnet-Schließventil 32 mit dem Steuerventil 34 verbunden.

Das Schließventil 32 ist normalerweise geschlossen, so daß die Verbindung zwischen dem Steuerventil 34 und dem hinteren Lenkantrieb 30 unterbro chen ist. Das Schließventil 32 bewegt sich in seine geöffnete Stellung zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Steuerventil 34 und dem hinte ren Lenkantrieb 30, wenn ein Treibersignal von der Steuereinheit 40 aus geht. Die Steuereinheit 40 unterbricht das Treibersignal, das an das Schließventil 32 gelangt, wenn das nicht gezeigte Zündschloß offen ist oder wenn ei ne Störung und der Lenkung vorliegt.

Das Steuerventil 34 ist betätigbar mit Hilfe eines Befehls-Stromsignals, das von der Steuereinheit 40 abgegeben wird, und kann drei Positionen einneh men. In der ersten Position befindet sich das Steuerventil, wenn das Befehls- Stromsignal auf einem ersten Wert liegt. In diesem Falle stellt das Steuerven til 34 eine Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 30L des hinteren Lenkantriebs 30 und der Pumpe 16 über den Strömungsteiler 17 sowie eine Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 30R des hinteren Lenkan triebs 30 und dem Behälter 18 her. Als Ergebnis werden die Hinterräder 2L und 2R in eine erste Richtung geschwenkt. In der zweiten Position, die in Fig. 1 gezeigt ist, befindet sich das Steuerventil, wenn der Befehls-Steuer strom auf einem zweiten Wert liegt. In diesem Falle unterbricht das Steuer ventil 34 die Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 30L des hinte ren Lenkantriebs 30 und der Pumpe sowie die Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 30R des hinteren Lenkantriebs 30 und dem Behälter 18. Als Ergebnis wird der hintere Hilfslenkwinkel gehalten. In der dritten Position, die eingenommen wird, wenn das Befehls-Stromsignal auf einem dritten Wert liegt, stellt das Steuerventil 34 eine Verbindung zwischen der ersten Druckkammer 30L des hinteren Lenkantriebs 30 und dem Behälter sowie eine Verbindung zwischen der zweiten Druckkammer 30R des hinte ren Lenkantriebs 30 und der Pumpe 16 her. Als Ergebnis werden die Hinter räder 2L und 2R in eine zweite Richtung geschwenkt, die der ersten Rich tung entgegengesetzt ist.

Die vorderen und hinteren Hilfslenkwinkel δ_f und δ_r werden bestimmt aus Berechnungen, die mit Hilfe der Steuereinheit 40 durchgeführt werden. Die se Berechnungen basieren auf verschiedenen Bedingungen des Fahrzeugs, die während des Fahrzeugbetriebs abgetastet werden. Diese abgetasteten Bedin gungen umfassen den Lenkwinkel, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Maschi nendrehzahl, die Getriebeposition, die Kupplungsposition etc. Es sind daher ein Lenkwinkelsensor 41, ein Geschwindigkeitssensor 42, ein Maschinen drehzahlsensor 43, ein Neutral-Schalter 44, ein Kupplungs-Schalter 45, ein Bremslichtschalter 46, ein G-Sensor 47 vorgesehen. Der Lenkwinkelsensor 41 tastet den Lenkwinkel ab, das heißt den Drehwinkel des Lenkrades 10 in bezug auf die neutrale oder Geradeaus-Stellung, und erzeugt ein elektrisches Signal, das dem Lenkwinkel entspricht.

Die Steuereinheit 40 kann einen Digital-Rechner mit einer zentralen Rech nereinheit (CPU), einen RAM-Speicher, einen ROM-Speicher und eine Ein gangs-/Ausgangs-Steuerschaltung (I/O) umfassen. Die zentrale Rechnerein heit verbindet den Rest des Rechners über einen Datenbus. Die Eingangs-/Ausgangs-Steuerschaltung umfaßt einen Analog-/Digital-Wandler zum Umwan deln der analogen Sensorsignale in die Digitalform und zur Übertragung auf die zentrale Rechnereinheit. Der ROM-Speicher enthält die Programme zum Betreiben der zentralen Rechnereinheit und ferner geeignete Daten, die für die Berechnung geeigneter Werte der Hilfslenkmittel δ_f und δ_r für die Vor der- und Hinterräder verwendet werden.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, berechnet die zentrale Rechnereinheit einen vorde ren Lenkwinkel R aus R = R/N mit R als dem abgetasteten Lenkradwinkel und N als der Lenkungsübersetzung. Die zentrale Rechnereinheit berechnet im übrigen eine erste Transformationsfunktion aus folgender Gleichung:

In dieser Gleichung ist R_(S)die Laplace-Transformation des vorderen Lenk winkels R, δ_f(S) die Laplace-Transformation des vorderen Hilfslenkwinkels δ_f, S der Laplace-Operator, und K, τ₁, τ₂, T₁ und T₂ sind Konstanten des Kraft fahrzeugs. Die berechnete erste Transformations-Funktion wird verwendet zur Berechnung eines gewünschten Wertes δ_f des vorderen Hilfslenkwinkels.

In ähnlicher Weise berechnet die zentrale Rechnereinheit eine zweite Trans formations-Funktion aus folgender Gleichung:

In dieser Gleichung ist R_(S) die Laplace-Transiormation des Vorderrad-Lenk winkels R, δ_r(S) die Laplace-Transformation des hinteren Hilfslenkwinkels d_r S der Laplace-Operator und K′, τ₁′, τ₂′, T₁ß und T₂′ sind Konstanten des Kraftfahrzeugs. Die berechnete zweite Transformations-Funktion wird ver wendet zur Errechnung eines gewünschten Hinterrad-Hilfslenkwinkels δ_r.

Kontrollbefehle zur Spezifizierung der gewünschten vorderen und hinteren Hilfslenkwinkel δ_f und δ_r werden periodisch durch die zentrale Rechnerein heit an die Eingangs-/Ausgangs-Steuerschaltung übertragen und dort umge wandelt in die Analogform zur Steuerung der Steuerventile 24 und 34 und zur Ermittlung der berechneten vorderen und hinteren Hilfslenkwinkel δ_f und δ_r.

Die Vierradlenkung gemaß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine Steuerung des hinteren Hilfslenkwinkels zur Lieferung einer Verzögerung er ster Ordnung für die Lenkfrequenz-Ansprech-Charakteristik in bezug auf die Gier-Rate, die auf das Kraftfahrzeug ausgeübt wird, wie Fig. 3 zeigt, und er möglicht ferner eine Steuerung des vorderen Hilfslenkwinkels zur Lieferung einer gewünschten Verzögerung erster Ordnung für die Lenkfrequenz-An sprech-Charakteristik in bezug auf die Querbeschleunigung des Fahrzeugs, wie aus Fig. 4 hervorgeht. Dies hat zur Folge, daß eine optimale seitliche Schlupf-Charakteristik gemaß Fig. 5 erzielt wird.

Aus Fig. 5 geht hervor, daß ein geeigneter seitlicher Schlupfwinkel in wei cher Form in Richtung der Außenseite des Kreises eingestellt wird, auf dem sich das Kraftfahrzeug bewegt, wenn die Kurvenbewegung des Fahrzeugs be ginnt. In einer anschließenden Stufe der Kurvenfahrt erhöht sich der seitli che Schlupfwinkel auf einen gleichmäßen Wert ohne Oszillation. Es ist daher möglich, eine optimale Übergangs-Ansprech-Charakteristik für das Fahrzeug zu schaffen. Gemäß Fig. 5 gibt die gestrichelte Kurve die seitliche Schlupf winkel-Charakteristik eines Fahrzeugs mit herkömmlicher Lenkung wieder.

Claims

Vierradlenkung für Kraftfahrzeuge mit zwei vorderen und zwei hinteren Fa dern, mit einer auf den Vorderrad-Lenkwinkel ansprechenden Einrichtung zur Erzeugung eines entsprechenden Signals, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Lenkung der Vorderräder mit ei nem Vorderrad-Hilfslenkwinkel, der der folgenden Gleichung entspricht: in welcher Gleichung R_(S) eine Laplace-Transformation des vorderen Lenk winkels und δ_f(S) eine Laplace-Transformation des vorderen Hilfslenkwin kels, S ein Laplace-Operator und K, τ₁, τ₂, T₁ und T₂ Konstanten des Fahr zeugs sind; durch eine Einrichtung zur Lenkung der Hinterräder mit einem hinteren Hilfslenkwinkel, der der folgenden Gleichung entspricht: in der R_(S) eine Laplace-Transformation des vorderen Lenkwinkels,δ_r(S) ei ne Laplace-Transformation des hinteren Hilfslenkwinkels und K′, τ₁′, τ₂′, T₁′ und T₂′ Konstanten des Kraftfahrzeugs sind.