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Diese
Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung, wobei der Lenkwinkel
durch Stellglieder geändert
wird, die in Reaktion auf Lenkeingaben, die von einem manuellen
Betätigungselement,
wie beispielsweise einem Lenkrad, resultieren, und auf Lenkeingaben
von einer automatischen Lenkvorrichtung angetrieben werden.
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Bei
einem Fahrzeug, das beispielsweise ohne ein mechanisches Verbinden
eines Lenkrads mit den Rädern
gelenkt wird, wird der Lenkwinkel durch Ändern der Vorspurwinkel der
Räder durch
ein Stellglied geändert,
das in Reaktion auf den Lenkrad-Drehwinkel angetrieben wird.
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Jedoch
dann, wenn die Änderung
bezüglich des
Lenkwinkels groß wird,
wird auch das Ausmaß einer
Stellgliedbewegung groß,
das zum Ändern
der Fahrzeug-Vorspurwinkel
erforderlich ist. Aus diesem Grund wird die Lenkwinkeländerungs-Reaktionsfähigkeit
auf Lenkeingaben geringer und werden Verbesserungen bezüglich Lenkeigenschaften
beschränkt.
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DE 37 36 226 A ,
welches Dokument derart angesehen wird, dass es das relevanteste
Dokument nach dem Stand der Technik ist, offenbart eine unabhängige Aufhän gung für ein gelenktes
Rad, welche so entwickelt ist, dass eine verbesserte Erfüllung bzw. Übereinstimmung
aus einer Analyse von Information erreicht wird, die Fahr- und Straßenbedingungen
enthält.
Gemäß
DE 37 36 226 A steuert
eine Steuervorrichtung Sturzwinkel-Änderungsstellglieder für das linke
Rad bzw. das rechte Rad in Reaktion auf eine Lenkeingabe. Bewegungen
von Sturzwinkel-Änderungsstellgliedern
für das
linke Rad bzw. das rechte Rad veranlassen, dass jeweilige Sturzwinkelmechanismen
für das
linke Rad und das rechte Rad, die jeweilige Sturzwinkel des linken
Rads und des rechten Rads auswerten, für ein Geradeausfahren ändern. Das
Fahrzeug wird in Reaktion auf ein Änderungsausmaß bezüglich jeweiliger
Sturzwinkel des linken Rads und des rechten Rads von Werten für ein Geradeausfahren
gelenkt, wobei veranlasst werden kann, dass der Sturzwinkel des
linken Rads und der Sturzwinkel des rechten Rads wechselseitig unterschiedlich
sind.
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GB-A-2
279 047 offenbart eine Fahrzeugaufhängung mit einer Einrichtung
zum Ändern
von wenigstens Sturzwinkeln von linken und rechten Rädern von
Werfen für
ein Geradeausfahren in Reaktion auf eine Lenkeingabe, wobei ein
Fahrzeug dadurch gelenkt wird, dass veranlasst wird, dass ein Änderungsausmaß bezüglich des
Sturzwinkels für
das linke Rad von einem Wert für
ein Geradeausfahren und ein Änderungsausmaß bezüglich des
Sturzwinkels für
das rechte Rad von einem Wert für
ein Geradeausfahren gemäß Änderungsausmaßen bezüglich der
Sturzwinkel wechselseitig unterschiedlich sind.
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Ausgehend
von der Offenbarung von
DE
37 36 226 A ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung zur Verfügung zu stellen, durch welche
Lenkeigenschaften verbessert werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung gelöst, wie
sie im unabhängigen
Anspruch 1 definiert ist. Die abhängigen Ansprüche zeigen
vorteilhafte Weiterentwicklungen der Fahrzeug-Lenkvorrichtung des
Anspruchs 1.
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Insbesondere
wird die obige Aufgabe durch Vorsehen einer Achswelle erreicht,
die derart mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden ist, dass sie
um eine vertikal ausgerichtete Achse drehbar ist, wobei das linke
Rad mit einem Ende der Achswelle verbunden ist und das rechte Rad
mit ihrem anderen Ende verbunden ist; eines Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglieds;
eines Achswellen-Drehwinkeländerungsmechanismus
zum Ändern
eines Achswellen-Drehwinkels in Reaktion auf Bewegun gen des Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglieds;
eines Vorspurwinkel-Änderungsstellglieds
für die
linken und rechten Räder;
eines Vorspurwinkel-Änderungsmechanismus
zum Ändern
von Vorspurwinkeln der linken und rechten Räder in Reaktion auf Bewegungen
des Vorspurwinkel-Änderungsstellglieds;
und durch Steuern des Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglieds und des
Vorspurwinkel-Änderungsstellglieds
in Reaktion auf die Lenkeingabe durch die Steuereinrichtung zusätzlich zu
den Sturzwinkel-Stellgliedern; wobei das Fahrzeug in Reaktion auf Änderungsausmaße bezüglich des
Achswellen-Drehwinkels von einem Wert für ein Geradeausfahren und auf Änderungsausmaße in Bezug
auf die Vorspurwinkel von Werten für ein Geradeausfahren zusätzlich zu
dem Änderungsausmaß bezüglich eines
Sturzwinkels des linken Rads und zu dem Änderungsausmaß bezüglich eines
Sturzwinkels des rechten Rads gelenkt wird.
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Weil
das Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht nur durch Ändern
von Sturzwinkeln der linken und rechten Räder von den Werten für ein Geradeausfahren
gelenkt wird, sondern auch durch Ändern des Achswellen-Drehwinkels
und des Vorspurwinkels von Werten für ein Geradeausfahren durch
Lenkeingaben, kann die Diskrepanz zwischen dem Zentrum einer Fahrzeugdrehung
während
einer Lenkoperation und dem Zentrum einer Drehung der linken und
rechten Räder
klein gemacht werden und wird ein Schlupf zwischen den linken und
rechten Rädern,
der durch die Diskrepanz verursacht wird, reduziert, und kann ein
Lenkwiderstand reduziert werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass eine Einrichtung
zum Erfassen von Versätzen
bezüglich
der Räder,
die zu Straßenflächenunregelmäßigkeiten
gehören,
vorgesehen sind, dass die Sturzwinkel-Änderungsstellglieder so gesteuert
werden, dass sich die Sturzwinkel in Reaktion auf die Versätze bezüglich der
Räder ändern und dass
das Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglied und
das Vorspurwinkel-Änderungsstellglied
so gesteuert wird, dass Lenkwinkelschwankungen kompensiert werden,
die aus Sturzwinkeländerungen
in Reaktion auf die Versätze
resultieren.
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Durch
diese Einrichtung können
die Räder
in Reaktion auf Straßenflächenunregelmäßigkeiten schnell
versetzt werden und können
die Aufhängfunktionen
verbessert werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es vorzuziehen, dass eine Einrichtung
vorgesehen ist, um zu veranlassen, dass eine Kraft auf die Fahrzeugkarosserie
in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung einer Wankkraft
wirkt, die während
Lenkwinkeländerungen
auf die Fahrzeugkarosserie wirkt.
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Durch
diese Einrichtung kann die Kraft, die aufgrund einer Zentrifugalkraft
während
Lenkwinkeländerungen
auf die Fahrzeugkarosserie in der Wankrichtung wirkt, ausgelöscht werden,
kann ein ungleichmäßiges Fahrzeugverhalten
verhindert werden und kann eine Fahrstabilität erhöht werden.
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Es
ist in Bezug auf die Räder
des Fahrzeugs, das gelenkt wird, wie es oben beschrieben ist, vorzuziehen,
dass der Krümmungsradius
im mittleren Bereich einer Reifenlauffläche breiter als an ihren gegenüberliegenden
Enden ist. Dadurch wird eine stabile Greifkraft erhalten und kann
verhindert werden, dass eine Fahrstabilität geringer wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Fahrzeug-Lenkvorrichtung zur Verfügung gestellt,
die Lenkeigenschaften verbessert, einen Lenkwiderstand reduziert,
eine Aufhängungsleistungsfähigkeit erhöht und eine
Fahrstabilität
erhöhen
kann.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Rückansicht
zum Beschreiben der Konfiguration einer Lenkvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Draufsicht zum Beschreiben der Konfiguration einer Lenkvorrichtung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
ein Diagramm zum Beschreiben des Betriebs einer Lenkvorrichtung
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wenn der Achswellen-Drehwinkel geändert wird;
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4(1) ist ein Diagramm zum Beschreiben des Zustands,
bei welchem der Rad-Sturzwinkel in einer Lenkvorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung geändert
wird, während
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4(2) ein Diagramm ist, das die Kurvenfahrtspur
von diesem Rad darstellt;
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5(1) ist ein Vorderseitenaufriss eines Reifens,
der für
Räder geeignet
ist, die mit der Lenkvorrichtung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung versehen sind,
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5(2) ist ein Vorderseitenaufriss von diesem Reifen,
wenn sein Sturzwinkel geändert
wird,
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5(3) ist ein Vorderseitenaufriss eines herkömmlichen
Reifens für
ein Vierradantriebs-Fahrzeug,
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5(4) ist ein Vorderseitenaufriss eines herkömmlichen
Reifens für
ein Vierradantriebs-Fahrzeug, wenn sein Sturzwinkel geändert wird,
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5(5) ist ein Vorderseitenaufriss eines herkömmlichen
Reifens für
ein Zweiradantriebs-Fahrzeug, und
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5(6) ist ein Vorderseitenaufriss eines herkömmlichen
Reifens für
ein Zweiradantriebs-Fahrzeug, wenn sein Sturzwinkel geändert ist; und
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6 ist
ein Ablaufdiagramm von Steuerprozeduren für die Lenkvorrichtung gemäß einem
Aspekt des Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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Bei
der in 1 und in 2 diagrammmäßig dargestellten
Fahrzeug-Lenkvorrichtung
werden die Bewegungen von Stellgliedern 23L, 23R, 34 und 41,
die in Reaktion auf eine Drehbetätigung
eines Lenkrads 1 angetrieben werden, das ein manuelles Betätigungselement
ist, zu dem vorderen linken und dem vorderen rechten Rad 5L und 5R übertragen, und
dadurch wird der Lenkwinkel geändert.
Somit kann der Lenkwinkel ohne mechanisches Verbinden des Lenkrads 1 mit
den Rädern 5L und 5R geändert werden.
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Diese
Lenkvorrichtung hat ein Achswelle 10, die an der Fahrzeugkarosserie
angebracht ist. Diese Achswelle 10 ist durch eine Basis 9 gestützt, die über Federn
(nicht gezeigt) mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, die ein
Aufhängungssystem
bil den, so dass sie sich über
eine Stützwelle 31 um
eine vertikal ausgerichtete Achse drehen kann. Dieses Drehzentrum
ist in der Mitte der Fahrzeugkarosserie in der Breitendimension
davon und in der Mitte zwischen den gegenüberliegenden Enden der Achswelle 10 positioniert.
Ein Zahnkranz 32, der die Stützwelle 31 umgibt,
ist an der Basis 9 angebracht. Ein Ausgleichsrad 33,
das mit dem Zahnkranz 32 kämmt, wird durch ein Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglied 34 angetrieben,
das an der Achswelle 10 angebracht ist. Das Stellglied 34 kann
durch einen Elektromotor, wie beispielsweise einen bürstenlosen Motor,
gebildet sein. Das Drehen des Ausgleichsrads 33 in Reaktion
auf Bewegungen des Stellglieds 34 wird zu dem Zahnkranz 32 übertragen
und dadurch wird der Drehwinkel der Achswelle 10 um die
vertikal ausgerichtete Achse geändert.
Das bedeutet, dass ein Achswellen-Drehwinkeländerungsmechanismus zum Ändern des
Drehwinkels der Achswelle 10 gemäß den Bewegungen des Stellglieds 34 durch
die Stützwelle 31,
den Zahnkranz 32 und das Ausgleichsrad 33 gebildet
ist. Drehführungen 9a sind
in der Basis 9 vorgesehen und geführte Teile 10a, die durch
diese Drehführungen 9a geführt werden,
sind in der Achswelle 10 vorgesehen.
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Der
Lenkwinkel des Fahrzeugs wird durch Änderungen bezüglich des
Lenkwinkels der Achswelle 10 von dem Wert für ein Geradeausfahren
geändert
und, wie es beispielsweise diagrammmäßig in 3 gezeigt
ist, das Fahrzeug dreht sich in der Richtung des Pfeils in dem Diagramm,
wenn sich die Achswelle 10 um die Stützwelle 31 dreht und
das linke Rad 5L wird vor dem rechten Rad 5R positioniert.
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Ein
Achswellen-Drehwinkelsensor 72 ist zum Erfassen des Drehausmaßes des
Stellglieds 34 als Wert entsprechend dem Änderungsausmaß bezüglich des
Drehwinkels der Achswelle 10 von dem Wert für ein Geradeausfahren
vorgesehen.
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Das
linke Rad 5L ist über
einen linken Verbindungsmechanismus 11L mit einem Ende
der Achswelle 10 verbunden und das rechte Rad 5R ist über einen
rechten Verbindungsmechanismus 11R mit dem anderen Ende
davon verbunden. Jeder der Verbindungsmechanismen 11L und 11R hat
einen an der Achswelle 10 fixierten oberen Stützarm 12L, 12R, einen
an der Achswelle 10 über
Führungsschienen 13L, 13R bewegbar
angebrachten unteren Stützarm 14L, 14R,
ein oberes Verbindungselement 15L, 15R, von welchem
eines der Enden mit dem oberen Arm 12L, 12R über ein
Kugelgelenk verbunden ist, um schwenkbar zu sein, ein unteres Verbindungselement 16L, 16R,
von welchem eines der Enden mit dem unteren Stützarm 14L, 14R über ein
Kugelgelenk verbunden ist, um schwenkbar zu sein, und einen Schwenkarm 17L, 17R,
der mit dem anderen Ende des oberen Verbindungselements 15L, 15R und
mit dem anderen Ende des unteren Stützarms 14L, 14R über Kugelgelenke
verbunden ist, um schwenkbar zu sein. Das linke Rad 5L ist
mit dem linken Verbindung mechanismus 11L über einen
Spurhebel 19L verbunden, der mit dem Schwenkarm 17L über einen
Lenkzapfen 18L drehbar verbunden ist. Das rechte Rad 5R ist
mit dem rechten Verbindungsmechanismus 11R über einen
Spurhebel 19R verbunden, der mit dem Schwenkarm 17R über einen Lenkzapfen 18R drehbar
verbunden ist.
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Die
Bewegungsrichtungen der unteren Stützarme 14L und 14R relativ
zu der Achswelle 10 werden so bestimmt, dass sie in der
linken und der rechten Richtung sind, wenn das Fahrzeug geradeaus
fährt.
Kugelumlaufspindeln 22L und 22R, von welchen sich
jede in eine Kugelmutter 21L, 21R schraubt, die
an dem unteren Stützarm 14L, 14R angebracht
ist, sind durch die Achswelle 10 gestützt. Die Schraube bzw. Spindel 22L wird
durch das Sturzwinkel-Änderungsstellglied 23L für das linke
Rad 5L drehbar angetrieben, das an der Achswelle 10 angebracht
ist. Die Kugelumlaufspindel 22R wird durch das Sturzwinkel-Änderungsstellglied 23R für das recht
Rad 5R drehbar angetrieben, das an der Achswelle 10 angebracht
ist. Jedes dieser Sturzwinkel-Änderungsstellglieder 23L und 23R ist
durch einen Elektromotor gebildet, wie beispielsweise einem bürstenlosen
Motor.
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Wenn
sich die Kugelumlaufspindel 22L in Reaktion auf die Bewegung
des Sturzwinkel-Änderungsstellglieds 23L für das linke
Rad 5L dreht, bewegen sich der untere Stützarm 14L und
das untere Verbindungselement 16L zusammen mit der Kugelmutter 21L,
was veranlasst, dass der Schwenkarm 17L so schwenkt, dass
sich der Sturzwinkel des linken Rads 5L ändert. Das
bedeutet, dass ein Sturzwinkel-Änderungsmechanismus
des linken Rads durch den linken Verbindungsmechanismus 11L,
die Kugelmutter 21L und die Kugelumlaufspindel 22L gebildet
ist.
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Wenn
sich die Kugelumlaufspindel 22R in Reaktion auf die Bewegung
des Sturzwinkel-Änderungsstellglieds 23R für das rechte
Rad 5R dreht, bewegen sich der untere Stützarm 14R und
das untere Verbindungselement 16R zusammen mit der Kugelmutter 21R,
was veranlasst, dass der andere Schwenkarm 17R so schwenkt,
dass sich der Stützwinkel
des rechten Rads 5R ändert.
Das bedeutet, dass der Sturzwinkel-Änderungsmechanismus des rechten
Rads durch den rechten Verbindungsmechanismus 11R, die
Kugelmutter 21R und die Kugelumlaufspindel 22R gebildet
ist.
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Der
Lenkwinkel des Fahrzeugs wird durch die Änderungen bezüglich der
Sturzwinkel der Räder 5L und 5R von
den Werten für
ein Geradeausfahren geändert,
so dass das Fahrzeug eine Kurve fährt. 4(1) zeigt
diagrammmäßig eine
Situation, in welcher die äquatoriale
Ebene der Räder 5L und 5R eines
Radius R aufgrund einer Änderung
bezüglich
des Sturzwinkels einen Winkel von Φ zu der senkrechten Ebene bildet,
und in 4(2) ist die Kurvenfahrtspur der
Räder 5L und 5R in
diesem Zustand durch den Pfeil P angezeigt. Es ist hier angenommen,
dass es keinen Schlupf zwischen den Rädern 5L und 5R und der
Straßenfläche gibt
und dass die Kurvenfahrtspur der Räder 5L und 5R um
ein Zentrum O kreisförmig ist.
In diesem Fall ist der Drehradius r für die Räder 5L und 5R gegeben
durch r = R/sinΦ.
Während,
und aufgrund der Tatsache, dass, der Drehradius r des linken Rads 5L und
der Drehradius r des rechten Rads 5R um den Radabstand
zwischen dem linken Rad 5L und dem rechten Rad 5R voneinander
unterschiedlich sind, sind das Änderungsausmaß bezüglich des
Sturzwinkels von dem Wert für
ein Geradeausfahren bei dem linken Rad 5L und das Änderungsausmaß bezüglich des
Sturzwinkels von dem Wert für
ein Geradeausfahren bei dem rechten Rad 5R gemäß diesem
Radabstand wechselseitig unterschiedlich. Somit ändern sich beispielsweise in 1 dann,
wenn die äquatoriale
Ebene R des linken und des rechten Rads 5L und 5R sich
aus dem Zustand des Geradeausfahrens neigt, so dass der obere Rand
sich weiter nach links als der untere Rand lehnt, die Sturzwinkel
von den Werten, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, um θL1 und θL2 (wobei θL1 > θL2),
woraufhin das Fahrzeug eine Kurve nach links fährt. Gleichermaßen ändern sich
dann, wenn die äquatoriale
Ebene R des linken und des rechten Rads 5L und 5R sich
aus dem Zustand eines Geradeausfahrens neigt, so dass der obere
Rand sich weiter nach rechts als der untere Rand lehnt, die Sturzwinkel
von den Werten, wenn das Fahrzeug geradeaus fährt, in 1 um θR1 und θR2 (wobei θR1 < θR2), woraufhin
das Fahrzeug eine Kurve nach rechts fährt.
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Sturzwinkelsensoren 71L und 71R sind
zum Erfassen der Ausmaße
eines Drehens in Bezug auf die Sturzwinkel-Änderungsstellglieder 23L und 23R als
Werte entsprechend den Ausmaßen
einer Änderung
bezüglich
der Sturzwinkel der Räder 5L und 5R von
den Werten für
ein Geradeausfahren vorgesehen.
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Wie
es in 5(1) diagrammmäßig gezeigt ist,
ist bei einem Reifen T, der jedes des linken und des rechten Rads 5L und 5R bildet,
der Krümmungsradius
R1 bei dem mittleren Bereich der Lauffläche größer als der Krümmungsradius
R2 an den gege nüberliegenden
Enden davon gemacht, und daher ist, wie es in 5(2) diagrammmäßig gezeigt
ist, der mittlere Bereich der Lauffläche in der Breitendimension
davon so ausgebildet, dass der die Straßenfläche selbst dann kontaktiert,
wenn der Sturzwinkel maximal ist, um eine stabile Greifkraft zu
erhalten und eine Abnahme bezüglich
einer Fahrstabilität
zu verhindern. Dies ist ungleich dem Fall eines Reifens T für ein herkömmliches
Vierradantriebs-Fahrzeug, wobei, wie es diagrammmäßig in 5(3) gezeigt ist, der Krümmungsradius R um die gesamte
Breite der Lauffläche
davon groß ist,
so dass dann, wenn der Sturzwinkel groß wird, wie es in 5(4) diagrammmäßig gezeigt
ist, der mittlere Bereich der Lauffläche in der Breitendimension
sich von der Straßenfläche löst, und
eine stabile Greifkraft nicht erhalten werden kann. Weiterhin ist
in dem Fall, in welchem der Krümmungsradius
R' der Lauffläche bei
einem Reifen T für ein
herkömmliches
Zweiradantriebs-Fahrzeug über die
gesamte Breite davon klein ist, wie es diagrammmäßig in 5(5) gezeigt
ist, veranlasst, dass der mittlere Bereich der Lauffläche in der
breiten Dimension so ist, dass er die Straßenfläche selbst dann kontaktiert,
wenn der Sturzwinkel groß ist,
wie es in 5(6) diagrammmäßig gezeigt
ist, aber der Bereich eines Kontakts mit der Straßenfläche während eines
Geradeausfahrens klein wird, so dass eine Fahrstabilität abnimmt.
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Wie
es in 2 diagrammmäßig gezeigt
ist, ist ein Vorspurwinkel-Änderungsstellglied 41 für das linke
und das rechte Rad 5L und 5R an der Achswelle 10 angebracht.
Dieses Vorspurwinkel-Änderungsstellglied 41 kann
durch einen Elektromotor gebildet sein, wie beispielsweise einen
bürstenlosen
Motor. Ein Vorspurwinkel-Änderungsmechanismus
ist zum Ändern
des Vorspurwinkels des linken und des rechten Rads 5L und 5R in
Reaktion auf Bewegungen des Vorspurwinkel-Änderungsstellglieds 41 vorgesehen.
Dieser Vorspurwinkel-Änderungsmechanismus hat
einen Bewegungsumwandlungsmechanismus 43 zum Umwandeln
der Drehbewegung des Vorspurwinkel-Änderungsstellglieds 41 in
eine Linearbewegung einer Lenkstange 42 und Spurstangen 44L und 44R,
von welchen jede an ihrem einen Ende durch ein Kugelgelenk mit dem
jeweiligen Ende der Lenkstange 42 verbunden ist, um schwenkbar
zu sein. Das andere Ende der einen Spurstange 44L ist durch ein
Kugelgelenk mit einem Spurhebel 19L verbunden, so dass
sie schwenken kann, und das andere Ende der anderen Spurstange 44R ist
durch ein Kugelgelenk mit dem anderen Spurhebel 19R verbunden,
so dass sie schwenken kann. Somit werden die Bewegungen der Lenkstange 42 in
Reaktion auf die Bewegungen des Vorspurwinkel-Änderungsstellglieds 41 durch
die Spurstangen 44L und 44R zu den Spurhebeln 19L und 19R übertragen,
so dass die Spurhebel 19L und 19R um Lenkzapfen 18L und 18R schwenken
und die Vorspurwinkel der Räder 5L und 5R geändert werden.
Der Lenkwinkel des Fahrzeugs kann durch die Änderungen bezüglich der
Vorspurwinkel der Räder 5L und 5R von
den Werten für
ein Geradeausfahren geändert
werden, so dass das Fahrzeug eine Kurve fahren kann.
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Ein
Vorspurwinkelsensor 73 ist zum Erfassen von Ausmaßen einer
Drehung bezüglich
des Vorspurwinkel-Änderungsstellglieds 41 als
Werte vorgesehen, die den Ausmaßen
einer Änderung
bezüglich der
Vorspurwinkel der Räder 5R und 5L von
den Werten für
eine Geradeausfahren entsprechen.
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Die
unteren Verbindungselemente 16L und 16R sind mit
der Fahrzeugkarosserie über
Stoßdämpfer 51L und 51R verbunden,
die den Aufhängmechanismus
bilden. Jeder dieser Stoßdämpfer 51L und 51R soll
von einem Hydrauliktyp mit einem Zylinder 51', der durch ein Kugelgelenk an
der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, und einer Kolbenstange 51'', die durch ein Kugelgelenk an
den unteren Verbindungselementen 16L, 16R verbunden
ist, sein. Eine der zwei Hydraulikkammern 51a und 51b,
die durch den Kolben innerhalb von jedem der Zylinder 51' geteilt sind,
ist mit einer Hydraulikfluid-Zufuhrpumpe (nicht gezeigt) über Magnetventile 54L, 54R verbunden,
während
die andere Hydraulikkammer mit einem Tank bzw. Behälter (nicht
gezeigt) verbunden ist. Außer
dann, wenn der Lenkwinkel geändert wird,
gibt es keine Hereinnahme oder Entladung von Hydraulikfluid zwischen
den Hydraulikkammern 51a, 51b und der Außenseite,
und daher führen
die Stoßdämpfer 51L und 51R normale
Stoßdämpfungsfunktionen
durch. Wenn der Lenkwinkel geändert
wird, werden die Magnetventile 54L und 54R durch
eine Steuervorrichtung 81 (die nachfolgend beschrieben wird)
so gesteuert, dass Hydraulikfluid zu einer der Hydraulikkammern 51a und 51b zugeführt wird,
während
die andere davon in Kommunikationsverbindung mit dem Tank ist; und
daher dehnt sich einer der zwei Stoßdämpfer 51L und 51R,
der benachbart zu dem Außenseitenrad
des kurvenfahrenden Fahrzeugs positioniert ist, aus, während sich
der andere, der benachbart zu dem Innenseitenrad positioniert ist,
zusammenzieht. Deshalb kann dann, wenn der Lenkwinkel beispielsweise
durch eine Lenkoperation nach links geändert wird und eine Kraft in
einer Wankrichtung, wie sie durch einen Pfeil A in 1 angezeigt
ist, aufgrund einer Zentrifugalkraft auf die Fahrzeugkarosserie
wirkt, eine Kraft veranlasst werden, in der entgegengesetzten Richtung
zu der Richtung der Wankkraft zu wirken, wie es durch einen Pfeil
B angezeigt ist.
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Versatzsensoren 53L und 53R sind
zum Erfassen von Versätzen
bezüglich
der Stangen 51'' relativ zu
den Zylindern 51' der
Stoßdämpfer 51L und 51R vorgesehen.
Aus den durch diese Versatzsensoren 53L und 53R erfassten
Versätze
und dem durch den Achswellen-Drehwinkelsensor 72 erfassten Drehwinkel
können
Versätze
bezüglich
der Räder 5L und 5R,
die zu Unregelmäßigkeiten
der Straßenfläche gehören, gefunden
werden. Die Sturzwinkel-Änderungsstellglieder 23L und 23R werden
durch die Steuervorrichtung 81 so gesteuert, dass sich
die Sturzwinkel in Reaktion auf die Versätze bezüglich der Räder 5L und 5R,
die zu den Unregelmäßigkeiten bezüglich der
Straßenfläche gehören, ändern.
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Das
Lenkrad 1 ist mit einer Drehwelle 61 verbunden.
die durch die Fahrzeugkarosserie drehbar gestützt ist. Ein Beschränkungskraft-Stellglied 62 ist zum
Erzeugen einer Betätigungsbeschränkungskraft für das Lenkrad 1 vorgesehen.
Dieses Beschränkungskraft-Stellglied 62 kann
durch einen bürstenlosen
Motor oder einen anderen Elektromotor mit einer Ausgangswelle gebildet
sein, die integriert mit der Drehwelle 61 hergestellt ist.
Ein elastisches Element 63 ist zum Ausüben einer elastischen Kraft
vorgesehen, um das Lenkrad 1 wieder zu der Position für ein Geradeausfahren
zurückzubringen.
Dieses elastische Element 63 kann durch eine Schraubenfeder gebildet
sein, die beispielsweise eine elastische Kraft auf die Drehwelle 61 ausübt. Wenn
das Beschränkungskraft-Stellglied 62 nicht
veranlasst, dass sich die Drehwelle 61 einem Drehmoment
unterzieht, kann das Lenkrad 1 durch diese elastische Kraft
wieder zu der Position für
ein Geradeausfahren zurückgebracht
werden.
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Ein
Winkelsensor 64 ist zum Erfassen von Drehwinkeln bezüglich der
Drehwelle 61 als Lenkeingabe vorgesehen, die Betätigungsausmaße des Lenkrads 1 sind.
Weiterhin ist ein Drehmomentsensor 65 zum Erfassen von
durch diese Drehwelle 61 übertragenen Betätigungsmomenten
als Werte entsprechend der Betätigungsbeschränkungskraft
für das
Lenkrad 1 vorgesehen.
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Die
Sturzwinkel-Änderungsstellglieder 23L und 23R,
die Sturzwinkelsensoren 71L und 71R, das Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglied 34,
der Achswellen-Drehwinkelsensor 72,
das Vorspurwinkel-Änderungsstellglied 41,
der Vorspurwinkelsensor 73, die Versatzsensoren 53L und 53R,
die Magnetventile 54L und 54R, das Beschränkungskraft-Stellglied 62,
der Winkelsensor 64 und der Drehmomentsensor 65 sind
mit der Steuervorrichtung 81 verbunden. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 66 ist auch
mit der Steuervorrichtung 81 verbunden.
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Die
Steuervorrichtung 81 steuert die Sturzwinkel-Änderungsstellglieder 23L und 23R,
das Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglied 34 und das
Vorspurwinkel-Änderungsstellglied 41 in
Reaktion auf die Lenkeingaben, das heißt die Betätigungsausmaße des Lenkrads 1,
die durch den Winkelsensor 64 erfasst sind, und auf die
Fahrzeuggeschwindigkeit, die durch den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 66 erfasst
ist. Somit ändern
sich in Reaktion auf die Lenkeingaben die Sturzwinkel der Räder 5L und 5R,
der Drehwinkel der Achswelle 10 und die Vorspurwinkel der
Räder 5L und 5R und
wird das Fahrzeug in Reaktion auf das Ausmaß einer Änderung bezüglich des Sturzwinkels des
linken Rads 5L von dem Wert für ein Geradeausfahren, das
Ausmaß einer Änderung
bezüglich
des Sturzwinkels des rechten Rads 5R von dem Wert für ein Geradeausfahren, das
Ausmaß einer Änderung
bezüglich
des Achswellen-Drehwinkels von dem Wert für ein Geradeausfahren und das
Ausmaß einer Änderung
bezüglich
des Vorspurwinkels von dem Wert für ein Geradeausfahren gelenkt.
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Die
durch die Steuervorrichtung 81 durchgeführten Steuerprozeduren werden
unter Bezugnahme auf das in 6 angegebene
Ablaufdiagramm beschrieben. Zuerst werden erfasste Daten aus den Sensoren 53L, 53R, 64, 65, 71L, 71R, 72 und 73 gelesen
(Schritt 1).
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Als
nächstes
wird ein Soll-Steuerdrehmoment T* als die Betätigungsbeschränkungskraft
berechnet (Schritt 2). Für diesen Zweck berechnet die Steuervorrichtung 81 einen
bestimmten Lenkwinkel δ*,
der der Betätigung δh des Lenkwinkels 1 entspricht,
die durch den Winkelsensor 64 erfasst ist. Die entsprechende
Beziehung zwischen diesem bestimmten Lenkwinkel δ* und dem Betätigungswinkel δh des Lenkrads 1 ist
vorbestimmt und im Speicher der Steuervorrichtung 81 gespeichert.
Ein aktueller Lenkwinkel δ wird
aus den Sturzwinkeln der Räder 5L und 5R berechnet,
die durch die Sturzwinkelsensoren 71L und 71R erfasst
werden, dem Drehwinkel der Achswelle 10, der durch den
Achswellen-Drehwinkelsensor 72 erfasst wird, und den Vorspurwinkeln
der Räder 5L und 5R,
die durch den Vorspurwinkelsensor 73 erfasst werden. Die
Beziehung zwischen den Sturzwinkeln der Räder 5L und 5R,
dem Drehwinkel der Achswelle 10, den Vorspurwinkeln der
Räder 5L und 5R und
dem aktuellen Lenkwinkel δ sind
vorbestimmt und im Speicher der Steuervorrichtung 81 gespeichert.
Der aktuelle Lenkwinkel δ wird
von dem bestimmten Lenkwinkel δ*
subtrahiert, um den Lenkwinkelunterschied bzw. die Lenkwinkeldifferenz
(δ*–δ) zu berechnen.
Für das
Soll-Steuermoment T* wird die Betätigungsbeschränkungskraft, die
eine Beschränkungskraftkomponente
Th* entsprechend einem Betätigungswinkel δh des Lenkrads 1 und
eine Beschränkungskraftkomponente ΔT entsprechend
der Lenkwinkeldifferenz (δ*–δ) enthält, berechnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird dieses Soll-Steuermoment T* durch die nachfolgend angegebene
Formel berechnet; wobei Ka und Kb Proportionalitätskonstanten sind. T* = Th* + ΔT
= Ka·δh + Kb·(δ* – δ)
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Als
nächstes
wird das Beschränkungskraft-Stellglied 62 so
gesteuert, dass es das Soll-Steuermoment T* erzeugt, das die im
Schritt 2 berechnete Betätigungsbeschränkungskraft
ist (Schritt 3). Das bedeutet, dass die Steuervorrichtung 81 das
Beschränkungskraft-Stellglied 62 so
steuert, dass die aus einem Subtrahieren des Betätigungsmoments T, das durch
den Drehmomentsensor 65 erfasst ist, von dem Soll-Steuermoment T* resultierende
Differenz Null wird.
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Als
nächstes
wird eine Nachlaufsteuerung eines Lenkwinkels durchgeführt, um
zu veranlassen, dass der aktuelle Lenkwinkel dem bestimmten Lenkwinkel δ* folgt,
der der Sollwert ist, indem die Sturzwinkel-Änderungsstellglieder 23L und 23R,
das Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglied 34 und das
Vorspurwinkel-Änderungsstellglied 41 gesteuert werden
(Schritt 4). Bei diesem Ausführungsbeispiel ist veranlasst,
dass der bestimmte Lenkwinkel δ*
eine Funktion K2 der Fahrzeuggeschwindigkeit ist, die durch den
Fahrzeuggeschwindigkeitsdetektor 66 erfasst ist, und des
Betätigungswinkels δh, der das
Betätigungsausmaß des Lenkrads 1 ist,
und diese Funktion K2 ist vorbestimmt und im Speicher der Steuervorrichtung 81 gespeichert.
Die Steuervorrichtung 81 steuert die Sturzwinkel-Änderungsstellglieder 23L und 23R,
das Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglied 34 und
das Vorspurwinkel-Änderungsstellglied 41 so,
dass die Lenkwinkeldifferenz (δ*–δ), die durch
Subtrahieren des aktuellen Lenkwinkels δ von dem bestimmten Lenkwinkel δ* erhalten
wird, welche gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit
bestimmt wird, die durch den Sensor 66 erfasst ist, und
dem erfassten Betätigungswinkel δh basierend
auf dieser Beziehung bestimmt wird, Null wird. Somit ändert sich
der Lenkwinkel in Reaktion auf die Lenkeingaben und wird das Fahrzeug
gelenkt.
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Es
kann auch Vorsorge dafür
getroffen werden, dass der bestimmte Lenkwinkel δ* zu einer Funktion des erfassten
Betätigungsmoments
T gemacht wird und der bestimmte Lenkwinkel δ* aus diesem erfassten Betätigungsmoment
T bestimmt wird.
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Als
nächstes
werden, um zu veranlassen, dass eine Kraft auf die Fahrzeugkarosserie
in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung eines Wankens
wirkt, welches aufgrund einer Zentrifugalkraft während einer Lenkwinkeländerung
auf das Fahrzeug wirkt, die Magnetventile 54L und 54R so gesteuert,
dass einer der Stoßdämpfer 51L und 51R, der
benachbart zu dem Außenseitenrad
des kurvenfahrenden Fahrzeugs positioniert ist, sich ausdehnt, und
so, dass der andere, der benachbart zu dem Innenseitenrad positioniert
ist, sich zusammenzieht (Schritt 5). Die Steuerausmaße für die Magnetventile 54L und 54R entsprechend
der Größe der Kräfte, die auf
die Fahrzeugkarosserie wirken, werden beispielsweise zu einer Funktion
der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lenkwinkeldifferenz (δ*–δ) gemacht,
die im Voraus bestimmt ist und im Speicher der Steuervorrichtung 81 gespeichert
ist.
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Als
nächstes
werden die Versätze
bezüglich der
Räder 5L und 5R,
die zu Unregelmäßigkeiten
bezüglich
der Straßenfläche gehören, aus
den Versätzen
bezüglich
der Stangen 51'' relativ zu
den Zylindern 51' in
den Stoßdämpfern 51L und 51R berechnet,
die durch die Versatzsensoren 53L und 53R erfasst
sind, und aus dem Drehwinkel der Achswelle 10, der durch
den Achswellen-Drehwinkelsensor 72 erfasst ist, und dann
werden die Sturzwinkel-Änderungsstellglieder 23L und 23R so
gesteuert, dass sich die Sturzwinkel in Reaktion auf diese Versätze ändern, und
so, dass die Räder 5L und 5R den
Unregelmäßigkeiten
in Bezug auf die Straßenfläche folgen
(Schritt 6). Die Berechnungsformel für die Versätze bezüglich der Räder 5L und 5R und
die Berechnungsformel für
das Ausmaß einer Änderung
bezüglich
der Sturzwinkel gemäß diesen
Versätzen sind
vorbestimmt und im Speicher der Steuervorrichtung 81 gespeichert.
Wenn dies durchgeführt
ist, werden dafür,
dass der Lenkwinkel durch Änderungen bezüglich der
Sturzwinkel in Reaktion auf die Versätze bezüglich der Räder 5L und 5R nicht
geändert wird,
das Vorspurwinkel-Änderungsstellglied 41 und das
Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglied 34 gemäß den Änderungen
bezüglich
der Sturzwinkel gesteuert, werden die Vorspurwinkel der Räder 5L und 5R und
der Drehwinkel der Achswelle 10 geändert und werden Schwankungen
bezüglich
eines Lenkwinkels kompensiert (Schritt 7).
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Nachdem
dies durchgeführt
worden ist, wird eine Bestimmung diesbezüglich durchgeführt, ob
diese Steuerung zu beenden ist oder nicht, beispielsweise basierend
darauf, ob der Motor-Zündschalter
ein- oder ausgeschaltet ist (Schritt 8), und wenn sie nicht zu
stoppen ist, dann wird zum Schritt 1 zurückgesprungen.
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Gemäß dem oben
beschriebenen Aufbau kann der Lenkwinkel durch Ändern der Sturzwinkel des linken
und des rechten Rads 5L und 5R von den Werten
für ein
Geradeausfahren durch Lenkeingaben geändert werden, und durch Veranlassen,
dass das Ausmaß einer Änderung
bezüglich
des Sturzwinkels des linken Rads 5L von dem Wert für ein Geradeausfahren
und das Ausmaß einer Änderung
bezüglich
des Sturzwinkels des rechten Rads 5R von dem Wert für ein Geradeausfahren
wechselseitig unterschiedlich sind. Weil das Ausmaß einer Änderung bezüglich des
Sturzwinkels, das für
eine bestimmte Änderung
bezüglich
des Lenkwinkels erforderlich ist, kleiner als das Ausmaß einer
Vorspurwinkeländerung
gemacht werden kann, kann das Ansprechverhalten von Lenkwinkeländerungen
auf Lenkeingaben schneller gemacht werden. Der Sturzwinkel des linken
Rads 5L und der Sturzwinkel des rechten Rads 5R können getrennt
geändert
werden, und daher können
das Ausmaß einer Änderung
bezüglich
des Sturzwinkels des linken Rads 5L von dem Wert für ein Geradeausfahren
und das Ausmaß einer Änderung
bezüglich
des Sturzwinkels des rechten Rads 5R von dem Wert für ein Geradeausfahren
auf einfache Weise auf Werte eingestellt werden, die Lenkeingaben
entsprechen. Weiterhin kann deshalb, weil das Fahrzeug nicht nur
durch Ändern
der Sturzwinkel des linken und des rechten Rads 5L und 5R von
den Werten für
ein Geradeausfahren gelenkt wird, sondern auch durch Ändern des
Achswellen-Drehwinkels und des Vorspurwinkels von den Werten für ein Geradeausfahren
durch Lenkeingaben, die Diskrepanz zwischen dem Zentrum eines kurvenfahrenden Fahrzeugs
während
einer Lenkoperation und dem Zentrum eines Drehens des linken und
des rechten Rads 5L und 5R klein gemacht werden,
und ein Schlupf des linken und des rechten Rads 5L und 5R, der
durch die Diskrepanz verursacht wird, wird reduziert, wodurch ein
Lenkwiderstand reduziert werden kann. Die Räder 5L und 5R werden
auch durch Änderungen
bezüglich
der Sturzwinkel in Reaktion auf Straßenflächenunregelmäßigkeiten
schnell versetzt, so dass eine Aufhängungsleistungsfähigkeit
erhöht werden
kann. Weiterhin können
Wankrichtungskräfte während Lenkänderungen
ausgelöscht
werden, kann ein ungleichmäßiges Fahrzeugverhalten
verhindert werden und kann eine Fahrstabilität verbessert werden.
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Bei
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird das Fahrzeug beispielsweise in Reaktion auf Änderungen
bezüglich
der Vorspurwinkel und des Achswellen-Drehwinkels sowie durch Änderungen
bezüglich
der Sturzwinkel der linken und rechten Räder 5L und 5R gelenkt,
aber das Fahrzeug kann stattdessen in Reaktion auf nur die Änderungsausmaße bezüglich der
Sturzwinkel der linken und rechten Räder von ihren Werten für ein Geradeausfahren gelenkt
werden. Ebenso können
Lenkwinkelschwankungen, die durch Änderungen bezüglich der
Sturzwinkel in Reaktion auf einen Radversatz verursacht sind, um
zu veranlassen, dass die Räder
Unregelmäßigkeiten
bezüglich
der Straßenfläche folgen,
durch Steuern von nur einem oder einem anderen des Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglieds
und des Vorspurwinkel-Änderungsstellglieds
kompensiert werden. Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird darüber
hinaus das Betätigungselement durch
einen Fahrer manuell betätigt,
aber die Sturzwinkel-Änderungsstellglieder,
das Achswellen-Drehwinkeländerungsstellglied
und das Vorspurwinkel-Änderungsstellglied
können
in Reaktion auf Lenkeingaben von einer automatischen Lenkvorrichtung gesteuert
werden.