DE3436596A1

DE3436596A1 - Steuersystem fuer vorder- und hinterraeder

Info

Publication number: DE3436596A1
Application number: DE19843436596
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Asaka Saitama Furukawa; Shoichi Tokio/Tokyo Sano
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1983-10-06
Filing date: 1984-10-05
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE3436596C2; JPH0380669B2; GB8425055D0; DE3448187C2; JPS6078872A; GB2147555A; GB2147555B; US4610455A

Description

Steuersystem für Vorder- und Hinterräder

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuersystem für Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges, bei dem das Steuerverhältnis bzw. die Lenkübersetzung des Hinterrades zu den Vorderrädern in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges variabel ist.

Aus der japanischen Patentanmeldung 56-134888 (Offenlegung am 10. Febr. 1984 unter dem Zeichen JP-A 59-26363) ist ein Steuersystem für Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges bekannt. Bei dem vorgeschlagenen Steuersystem sind ein Steuermechanismus für die Vorderräder und ein Steuermechanismus für die Hinterräder wirksam miteinander verbunden. Das Steuerverhältnis der Hinterräder zu den Vorderrädern ist in Abhängigkeit von der Geschwindiakeit des Kraftfahrzeuges variabel. Genauer gesagt werden die Hinterräder entgegengesetzt zu den Vorderrädern oder bei niedrigeren Geschwindigkeit des Fahrzeuges im wesentlichen nicht gesteuert. Die Hinterräder werden bei höheren Geschwindigkeiten des Fahrzeuges gleichphasig mit den Vorderrädern gesteuert.

Wenn das Kraftfahrzeug zu der Zeit, zu der es bei einer höheren Geschwindigkeit gedreht wird bzw. eine Kurve fährt, wobei die Hinterräder und die Vorderräder gleichphasig ge-

steuert werden, verlangsamt wird, während der Steuerwinkel konstant gehalten wird, verursacht das vorgeschlagene Steuersystem, daß der Steuerwinkel der Hinterräder verringert wird. Dies bedeutet, daß das Steuersystem be- .

wirkt, daß die Differenz zwischen den Steuerwinkeln der Vorder- und Hinterrädern sich ändert. Dies führt dazu, daß sich der Radius der Drehbewegung des Kraftfahrzeuges ändert. Wenn im Gegensatz dazu die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem konstanten Steuerwinkel vergrößert wird, wird der Radius der Drehbewegung des Fahrzeuges vergrößert. Dies führt zu einer Untersteuerung.

Viele gewöhnliche Kraftfahrzeuge, bei denen die Hinterräder nicht steuerbar sind, sind so entworfen, daß sie zur Erreichung einer Stabilität bei einer Fahrt des Kraftfahrzeuges mit hoher Geschwindigkeit untersteuern. Wenn das zum Untersteuern neigende Kraftfahrzeug verlangsamt wird, wird der Wenderadius ebenfalls verringert. Das mit dem Svstem zur Veränderung des Steuerverhältnisses der Hinterräder zu den Vorderrädern in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgerüstete Kraftfahrzeug neigt jedoch dazu, mit einer größeren Rate bzw. Geschwindigkeit zu untersteuern als die gewöhnlichen Kraftfahrzeuge.

Der. Fahrer eines Kraftfahrzeuges, das ein derartiges variables Steuerverhältnis aufweist, muß daher eine größere Wirkung bzw. Arbeit des Steuerrades bei einer Vergrößerung oder Verrincreruna der Fahrzeuggeschwindigkeit ausgleichen, als dies bei einem in herkömmlicher Weise aufgebauten Kraft-

OQ fahrzeug, das nicht steuerbare Hinterräder aufweist,der Fall ist.

Ausgehend von dem oben geschilderten Nachteil besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Steuersvstem für Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges gg zu schaffen, bei dem das Steuerverhältnis der Hinterräder zu den Vorderrädern in Abhängigkeit von der Fahrgeschwin-

digkeit des Kraftfahrzeuges variabel ist, wobei das Steuersystem in der Lage ist, eine Wirkung bzw. Arbeit des Steuerrades bei der Beschleunigung oder Verlangsamung des Kraftfahrzeuges dadurch leicht auszugleichen, daß bei einer Verlang samuna des Kraftfahrzeuges eine Reaktionskraft gegen die Steuerung vergrößert wird, um es dem Fahrer zu ermöglichen, das Steuerrad von selbst ohne eine übermäßige Drehung des Steuerrades zurückzudrehen, und daß bei einer Beschleunigung des Kraftfahrzeuges die Reaktionskraft verringert wird, um es dem Fahrer zu ermöglichen, das Steuerrad von selbst zu drehen.

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für die Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges, durch das die oben genannte Aufgabe gelöst wird, und das ein Steuerrad, Vorderräder, eine erste Einrichtung zur Steuerung der Vorderräder, Hinterräder, eine zweite Einrichtung zur Steuerung der Hinterräder, eine dritte Einrichtung zur Übertragung der Richtung und des Ausmaßes der Steuerung der Vorderräder auf die zweite Einrichtung, und eine vierte Einrichtung zur Steuerung des Steuerverhältnisses zwischen den Vorder- und Hinterrädern in Antwort auf ein Signal, das die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges anzeigt, oder ein Signal, das zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges in Be-Ziehung steht, aufweist. Jedes Hinterrad weist einen Drehzapfen bzw. einen Achsschenkelbolzen mit einer Mittellinie auf, deren Verlängerung hinter einem Punkt angeordnet ist, an dem eine vertikale Linie, die durch die Mitte einer Achse des Hinterrades verläuft, den Boden schneidet, auf

eg dem das Kraftfahrzeug angeordnet ist.

Die oben genannte Aufgabe, weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im folgenden im Zusammenhang mit den Figuren, die eine bevorzugte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Steuersystemes für Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges; Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines in dem Steuersystem der Figur 1 vorgesehenen Steuermechanismus für die Hinterräder ;

IQ Fig. 3a bis 3c Schnittdarstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise des in der Figur 2 gezeigten Steuermechanismus für die Hinterräder; und

^5 Fia. 4 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Winkel der Drehbewegung eines Steuerrades (Steuerwinkel) und einer gegen die Steuerung gerichteten Reaktionskraft zeigt.

Wie dies aus der Figur 1 hervorgeht, ist die Lenkspindel bzw. Lenkwelle 2 eines Steuerrades 1 mit dem Gehäuse eines Zahnstangengetriebes verbunden, das eine Zahnstangenachse 4 aufweist, deren entgegengesetzte Enden mit Zug- bzw. Spurstangen 5, 5 verbunden sind. Mit den Spurstangen sind jeweils Gelenkarme 6, 6 verbunden, die die Vorderräder 7, 7 tragen. Die Vorderräder 7,7 können in einer Richtung gesteuert werden, in die das Steuerrad gesteuert wird.

Eine Ritzelwelle 8 verläuft vom Getriebegehäuse 3 aus nach hinten, wobei ein hinteres Ende dieser Welle durch ein Universal- bzw. Kardangelenk 9 mit einer länglichen Verbindungswelle 10 verbunden ist, deren hinteres Ende über ein Universal-bzw. Kardangelenk 11 mit einer Eingangswelle (Figur 2) verbunden ist, die wiederum mit dem

-δ-Steuermechanxsmus für die Hinterräder verbunden ist. Die Eingangswelle 12 ist auf einer in Längsrichtung verlaufenden Mittelachse eines nicht dargestellten hinteren Körperbereiches des Fahrzeuges angeordnet und wird von einer Lagerstütze 13 drehbar gehalten.

Mit dem hinteren Ende der Eingangswelle 12 ist über ein Universal- bzw. Kardangelenk 14 eine Schwing- bzw. Pendelwelle 15 verbunden, wie dies aus der Figur 2 ausführlich hervorgeht. Auf einem Zwischenbereich der Pendelwelle 15 ist ein Verbxndungstexl 16 lose aufgepaßt bzw. mit einem Grobsitz bzw. einem weiten Schichtaufsitz angeordnet. An seinen lateralen Enden ist das Verbxndungstexl 16 mit Zug- bzw. Spurstangen 18, 18 über Kugelgelenke 17, 17 jeweils verbunden. Das Verbxndungstexl 16 wird an dem Fahrzeugkörper durch Zwischenstücke 21, 22 und einem Befesti- ' qungsarm 2 3 verschwenkbar gehalten. Jeweils ein Gelenkarm 19 trägt ein Hinterrad 20. Die Gelenkarme 19 sind jeweils mit den Außenenden der Spurstangen 18, 18 verbunden. Zwisehen dem oberen Ende eines Gelenkarmes 19 und dem Fahrzeugkörper ist jeweils ein Stoßdämpfer 24 vorgesehen.

Ein Arm 2 5 ist am hinteren Ende der Pendelwelle 15 befestigt und verläuft unter einem rechten Winkel zur Achse der.Pendelwelle 15. An dem unteren Ende des Armes 25 ist schwenkbar bzw. drehbar ein Zwischenstück 26 befestigt, dessen hinteres Ende schwenk- bzw. drehbar mit einem Schieber bzw. Gleitstück 27 verbunden ist, durch das eine Ausgangswelle 30 eines Motors 29 über einen Kugel-

gg Schraubenmechanismus 2 8 geschraubt ist, wie dies in den Figuren 3a bis 3c dargestellt ist. Der Motor 29 ist an dem Fahrzeugkörper so befestigt, daß die Ausgangswelle 30 koaxial zur Eingangswelle 12 und hinter dieser angeordnet ist.

Das Kraftfahrzeug weist einen Steuerkreis 31 (Figur 2) auf, durch den ein Steuersignal, das von der Fahrzeugge-

schwindigkeit abhängt, an den Motor 29 in Antwort auf ein von einem Geschwindigkeitssensor 32 zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit und ein von einem Positionssensor 3 3 zur Ermittlung der Position des Gleitstückes 27 erzeugtes Siqnal anlegbar sind.

Das Steuersystem arbeitet folgendermaßen:

Wenn das Gleitstück 27 so positioniert ist, wie dies in der Figur 3a dargestellt ist, wobei ein Drehpunkt ρ des Verbindungsstückes 16 zur Mittelachse der Eingangswelle 12 ausgerichtet ist, drehen sich die Eingangswelle 12 und die Pendelwelle 15 koaxial zueinander und das Verbindungsteil 16 führt keine lateralen Schwingungen aus. Aus diesem Grunde bleiben die Spurstangen 18 stationär und es werden nur die Vorderräder 7, 7 gesteuert, wobei die Hinterräder 20, · 20 nicht gesteuert werden.

Wenn die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges unter einem vorbestimmten Wert liegt, spricht der Steuerkreis auf ein Signal vom Geschwindigkeitssensor 32 an, um die Drehung des Motors 29 in Abhängigkeit von der ermittelten Geschwindigkeit des Fahrzeuges zu steuern und dadurch das Gleitstück 27 in Vorwärtsrichtung zu bewegen, wie dies in der Figur 3b dargestellt ist. Wenn das Gleitstück 2 7 nach vorne bewegt wird, wird die Pendelwelle 25 nach unten geschwenkt, um den Drehpunkt ρ um eine Abwärts strecke e.. aus der Ausrichtung zur Achse der Eingangswelle 12 zu bewegen. Wenn die Vorderräder 7, 7 gesteuert werden, wird das Verbindungsteil 16 lateral geschwenkt, um die Spurstangen 18, 18 für die Hinterräder in Richtungen zu bewegen, die entgegengesetzt zu den Richtungen verlaufen, in denen die SpurStangen 5, 5 für die Vorderräder bewegt werden. Aus diesem Grunde werden die Hinterräder 20, 20 entgegengesetzt zu den Steuerrädern 7, 7 bewegt. Das Steuerverhältnis zwischen den Vorder- und Hinterrädern ändert sich fort-

-ΙΟΙ während in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit.

Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als der vorbestimmte Wert, dreht der Steuerkreis 30 die Drehrichtung des Motors 2 9 in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit um, wodurch das Gleitstück 27 nach rückwärts gezogen wird, wie dies in Figur 3c dargestellt wird. Die Rückwärtsbewegung des Gleitstückes 27 schwenkt nun die Pendelachse 15 nach oben, so daß der Drehpunkt ρ um eine Aufwärtsstrecke e~ aus der Ausrichtung zur Achse der Einwangswelle 12 verschoben wird. Beim Steuern der Vorderräder 7, 7 werden die Spurstangen 18, 18 für die Hinterräder in dieselben Richtungen gedreht, wie die Spurstangen 5, 5 für die Vorderräder. Die Hinterräder 20, 20 werden daher gleichphasig mit den Vorderrädern 7, 7 gesteuert. Zu dieser Zeit wird das Steuerverhältnis zwischen den Vorder- und Hinterrädern ebenfalls fortwährend in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit verändert.

Bei niedrigeren Fahrzeuggeschwindigkeiten werden die Hinterräder in entgegengesetzte Richtungen wir die Vorderräder gedreht, wodurch bewirkt wird, daß sich das Kraftfahrzeug mit einem kleinen Radius dreht, so daß es leicht manövriert bzw. gewendet werden kann. Bei höheren Geschwindigkeiten werden die Hinterräder gleichphasig mit den Vorderrädern gedreht, was dazu führt, daß das Kraftfahrzeug auf die Steuerung gut anspricht.

Wie dies in der Figur 1 dargestellt ist, weist erfindungsgemäß jedes Hinterrad 20 eine Dreh- bzw. Achszapfenachse K auf ,deren Verlängerung den Boden an einem Punkt P schneidet, der hinter dem Mittelpunkt A eines Bereiches liegt, an dem das Hinterrad 20 den Boden berührt. Aus diesem Grunde weist das Hinterrad 20 eine negative Vorlaufstrecke I₂ bzw. einen negativen Vorlauf 1 (caster trail) auf.

Eine Reaktionskraft gegen die Steuerung wird nun erläutert. Bei einem üblichen Kraftfahrzeug, in dem nur die Vorderräder steuerbar sind, kann ein Drehmoment T , das zur Steuerung des Fahrzeuges erforderlich ist, folgendermaßen ausgedrückt werden:

T = - χ 21 χ F (1)

I_{1 n} χ ZL^ χ Jj₁ UJ

Dabei bedeutet η das Übersetzungsverhältnis des Steuersystemes. I₁ bezeichnet den Vorlauf jedes Vorderrades. F₁ bezeichnet die durch die Vorderräder bewirkte Seitenbzw. Querkraft (Durchschnitt).

Bei dem Steuersystem, bei dem die Hinterräder mit einem Verhältnis k zu den Vorderrädern gesteuert werden, kann ein zur Steuerung der Hinterräder erforderliches Drehmo- " ment T„ folgendermaßen ausgedrückt werden:

T„ = - χ 21- χ F- (2)

Z Tl ZZ

Dabei bezeichnet 1„ den Vorlauf jedes Hinterrades. F„ bezeichnet die Seitenkraft (Durchschnitt), die durch die Hinterräder erzeugt wird. Des Drehmoment T„ wird zum durch die Gleichung 1 ausgedrückten Drehmoment hinzuaddiert.

Wenn der Punkt P hinter der Mitte B der durch die Hinterräder 20 erzeugten Seitenkraft liegt, ist der Vorlauf 1„ der Gleichung 2 negativ. Das Steuerdrehmoment T„ ist ebenfalls negativ.

Bei dem Steuersystem der Ausführungsform, in dem das Steuerverhältnis k der Hinterräder zu den Vorderrädern vergrößert wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird, wird der absolute Wert des negativen Drehmomentes T₂ vergrößert, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößert wird, vorausgesetzt, daß der Vorlauf 1 negativ ist. Die

Summe der zur Steuerung der Vorder- und Hinterräder erforderlichen Drehmomente beträgt daher:

T = T₁ + T₂
5

Diese Summe wird im Vergleich zu einem gewöhnlichen Kraftfahrzeug, bei dem nur die Vorderräder steuerbar sind, kleiner, wenn die Pahrzeuggeschwindigkeit größer wird. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit abnimmt, wird das Drehmoment T„ vergrößert, so daß die Summe T der Steuerdrehmomente größer ist als das Steuerdrehmoment des herkömmlichen Kraftfahrzeuges.

Aus diesem Grunde wird die Reaktionskraft gegen die Steuerung im Vergleich zu dem herkömmlichen Kraftfahrzeug kleiner, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit größer wird.

Die Mitte B der durch die Hinterräder 20 erzeugten Seitenkraft ist tatsächlich hinterhalb der Mitte A des Kontaktbereiches der Hinterräder 20 mit dem Boden angeordnet, wie dies in der Figur 1 dargestellt ist. Da die Entfernung zwischen den Mitten B, A normalerweise klein ist, kann die Mitte B der Seitenkraft aus praktischen Gründen als die Mitte Ά des Kontaktbereiches angesehen werden.

Bei der erfindungsgemäßen oben beschriebenen Anordnung ist der Vorlauf L₂ jedes Hinterrades 20 negativ. Angenommen, daß die Reaktionskraft gegen die Steuerung T (an einem Punkt a der Figur 4) beträgt, wenn das Steuerrad um einen Winkel £ gedreht wird, während das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit V fährt, wird die Reaktionskraft auf T + ΔΎ vergrößert (an einem Punkt b), wenn das Fahrzeug um ^V verlangsamt wird, wenn das Steuerrrad 1 um den Winkel des <f gedreht bleibt. Aus diesem Grunde wird das Steuerrad 1 von selbst zurückgedreht(Zu einem Punkt c), wenn es durch den Fahrer mit derselben Kraft gehalten wird.

Bei der Beschleunigung des Kraftfahrzeuges wird das Steuerrad 1 andererseits zusätzlich von selbst gedreht.

Wie dies oben ausführlich erläutert wurde, ist die Verlängerung der Mittellinie des Achszapfens jedes Hinterrades hinter dem Punkt angeordnet, an dem die durch die Mitte der Achse des Hinterrades verlaufende vertikale Linie den Boden schneidet. Dies bedeutet, daß der Vorlauf des Hinterrades negativ ist. Bei einer derartigen Anordnung wird die Reaktionskraft gegen die Steuerung schrittweise verringert, wenn die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeuges vergrößert wird. Die Reaktionskraft zu der Zeit, zu der das Kraftfahrzeug verlangsamt wird, wird vergrößert, um zu verhindern, daß der Fahrer das Steuerrad unbewußt übermäßiq dreht, und um zu ermöglichen, daß der Fahrer das Steuerrad von selbst zurückdreht. Bei der Beschleunigung des Kraftfahrzeuges wird die Reaktionskraft verringert, um zu ermöglichen, daß der Fahrer das Steuerrad zusätzlich von selbst dreht. Aus diesem Grunde kann der Betrieb des Steuerrades zur Beschleunigung und Verlangsamung des Kraftfahrzeuges leicht ausgeglichen werden, während das Kraftfahrzeug gesteuert wird.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein System anwendbar, in dem Vorder- und Hinterräder unter einem hydraulischen Druck gesteuert werden, und bei dem ein einen Steuerwinkel der Vorderräder anzeigendes Signal in der Form eines hydraulischen Druckes übertragen wird. Die Erfindung ist auch auf ein System anwendbar, bei dem ein Steuerwinkel der Vorderräder in der Form eines elektrischen Signales an einen Computer übertragen wird.

Claims

27-8, Jinaumae 6-chome, Shibuya-ku Tokvo, Japan Steuersystem für Vorder- und Hinterräder Patentansprüche

1. Steuersystem für die Vorder- und Hinterräder eines Kraftfahrzeuges mit:

a) einem Steuerrad,

b) Vorderrädern,

c) einer ersten Einrichtung zur Steuerung der Vorderräder,

d) Hinterrädern,

e) einer zweiten Einrichtung zur Steuerung der Hinterräder, und

f) einerdritte Einrichtung zur Übertragung der Richtung und des Betrages der Steuerung der Vorderräder auf die Hinterräder,

dadurch gekennzeichnet, daß

g) eine vierte Einrichtung (25, 26, 27, 28, 29, 30) zur
Steuerung des Steuerverhältnisses zwischen den Vorder-

rädern (7) und den Hinterrädern (20) in Antwort auf ein die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges anzeigendes Signal oder ein zur Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges in Beziehung stehendes Signal vorgesehen ist, und daß

h) jedes Hinterrad (20) einen Achszapfen mit einer Mittellinie (K) aufweist, deren Verlängerung hinter einem Punkt (A) angeordnet ist, an dem eine vertikale, durch die Mitte einer Achse des Hinterrades (20) verlaufende Linie den Boden schneidet, auf dem sich das Fahrzeug befindet.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung die Hinterräder (20) in entgegengesetzter Richtung zu den Vorderrädern (7) steuert, oder im wesentlichen nicht steuert, während das Kraftfahrzeug mit einer niedrigeren Geschwindigkeit fährt, und die Hinterräder in Phase mit den Vorderrädern (7) steuert, wenn das Kraftfahrzeug mit einer höheren Geschwindigkeit fährt.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Einrichtung eine Eingangswelle (12), die in Antwort auf den Betrieb des Steuerrades drehbar ist, eine Pendelwelle (15), die verschwenkbar an das hintere Ende der Eingangswelle (12) gekoppelt ist, ein grob auf der Pendelwelle (15) sitzendes Verbindungsteil· (16), Spurstangen (18) für die Hinterräder, von denen jeweils eine mit dem Verbindungsteil (16) und einem Hinterrad (20) verbunden ist, ein an dem Verbindungsteil (16) befestigtes Armteil (25), das sich im wesentlichen senkrecht zur Achse des Verbindungsteiles (16) erstreckt, eine Antriebsvorrichtung (29), deren Drehung in Antwort auf die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges steuerbar ist, ein auf eine Ausgangswelle (30) auf die Antriebsvorrichtung (29) aufgeschraubtes Gleitstück (27), das auf der Ausgangswelle (30)

gleitbar ist, und ein Zwischenstück (26) aufweist, das das Gleitstück (27) und das Armteil (25) miteinander verbindet.