DE3602033A1

DE3602033A1 - Allrad-lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE3602033A1
Application number: DE19863602033
Authority: DE
Inventors: Yoshimi Furukawa; Tetsuro Hamada; Yoshimichi Kawamoto; Mitsuya Utsunomiya Tochigi Serizawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1985-01-24
Filing date: 1986-01-24
Publication date: 1986-07-31
Anticipated expiration: 2006-01-25
Also published as: AU578787B2; AU5265286A; US4697816A; JPH0438623B2; FR2576268B1; FR2576268A1; CA1248032A; DE3602033C2; JPS61196873A; GB8601701D0; GB2170457A; GB2170457B

Description

ODUiUOJ

Die Erfindung betrifft eine Allrad-Lenkeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Diese Lenkeinrichtung eignet sich zur variablen Steuerung des Einschlagwinkels der Hinterräder abhängig von dem Einschlagwinkel der Vorderräder.

Es wurden bereits mehrere Allrad-Lenkeinrichtungen insbesondere für Vierradfahrzeuge entwickelt. Die JP-OS 55-91457 beschreibt beispielsweise eine Allrad-Lenkeinrichtung, bei der die Hinterräder in Abhängigkeit vom Einschlagen der Vorderräder mit übereinstimmender Phasenbeziehung im Hochgeschwindigkeitsbereich und mit entgegengesetzter Phasenbeziehung im Niedergeschwindigkeitsbereich eingeschlagen werden. Das Einschlagwinkelverhältnis ist eine stetige Funktion der Fahrgeschwindigkeit, wie es beispielsweise in Fig. 5 bei Q gezeigt ist.

Somit erfolgt eine kontinuierliche Steuerung des Einschlagwinkelverhältnisses entsprechend dieser stetigen Funktion Q, so daß die Arbeitsweise der Lenkeinrichtung bei hoher und niedriger Fahrgeschwindigkeit zufriedenstellend ist. Insbesondere sind der minimale Drehwinkel und die Innenradiusdifferenz des Fahrzeugs drastisch verringert, und die Manövrierfähigkeit insbesondere bei niederer Geschwindigkeit, beim Fahren in eine Garage, durch schmale und kurvige Straßen und bei einer Umkehrkurve wird wesentlich verbessert, wobei der zusätzliche Vorteil auftritt, daß das Fahrzeug im Bereich hoher Geschwindigkeit eine bessere Richtungsstabilität aufweist.

Durch Steuerung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder entsprechend der mathematischen Funktion f(U)=(A-Bu²)/(C-Du²), wie es in der JP-OS 57-11173 vor-

3 r "■■ ■"■ : .

geschlagen wird, ist es theoretisch möglich, den Schlupfwinkel des Fahrzeugs auf O zu verringern, und das Fahrzeug kann längs der Tangente eines Kreises fahren, der den Kurvenmittelpunkt als Mittelpunkt hat, wodurch die Belastung des Fahrers wirksam verringert werden kann. Auch wird die Phasenverzögerung beim Ansprechen des Fahrzeugs auf seitliche Beschleunigung dadurch verringert, was zur Verbesserung des Fahrverhaltens beiträgt.

Die vorstehend genannte mathematische Funktion ist jedoch aufgrund der Annahme abgeleitet, daß das Fahrzeug eine stetige Kurve bei konstantem Radius und konstanter Geschwindigkeit fährt. Tatsächlich kurvt das Fahrzeug jedoch mit Beschleunigung oder Verzögerung. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Fahrer beim Fahren einer kurvigen Straße bei relativ hoher Geschwindigkeit normalerweise die Stärke der nächsten Kurve abschätzt und die Fahrgeschwindigkeit entsprechend einstellt. In vielen Fällen muß er jedoch nach dem Eintreten in die Kurve die Fahrgeschwindigkeit korrigieren.

Die Erfinder konnten experimentell klären, daß bei Steuerung des Einschlagwinkelverhältnisses im Sinne einer Verringerung des Schlupfwinkels auf den Wert O bei Voraus setzung konstanter Fahrgeschwindigkeit ein gewünschtes Ergebnis nicht unbedingt eintritt. Das Fahrzeug neigt bei Verzögerung zum Verengen der Kurve und bei Beschleunigung führt die Bahn des Fahrzeugs aus der Kurve heraus. Es hat sich ferner gezeigt, daß das Fahrverhalten drastisch verbessert werden kann, wenn die Beschleunigung oder die Änderungsrate der Fahrgeschwindigkeit berücksichtigt wird.

ORIGINAL INSPECTED

Im Hinblick auf diese Probleme besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Lenkeinrichtung anzugeben, mit der das Fahrverhalten verbessert wird, indem die Eigenschaften der Einschlagwinkelverhältnisfunktion bei der Vorder- und Hinterradlenkung in geeigneter Weise bestimmt werden. Dabei soll eine automatische Verbesserung des Fahrverhaltens ohne irgendwelche speziellen Maßnahmen möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch Berücksichtigung nicht nur der Fahrgeschwindigkeit, sondern auch der Änderungsrate der Fahrgeschwindigkeit bei der Bestimmung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder wird das Fahrverhalten des Fahrzeugs drastisch verbessert.

Gemäß einer Ausführungsmöglichkeit der Erfindung ist zumindest eine der mathematischen Funktionen positiv im Hochgeschwindigkeitsbereich und negativ im Niedergeschwindigkeitsbereich, so daß die Hinterräder in übereinstimmender Phasenbeziehung mit den Vorderrädern im Hochgeschwindigkeitsbereich und mit entgegengesetzter Phasenbeziehung im Niedergeschwxndigkeitsbereich eingeschlagen werden.

Dadurch ergibt sich eine bessere Manövrierfähigkeit im Niedergeschwxndigkeitsbereich und gleichzeitig ein besseres Fahrverhalten im Hochgeschwindigkeitsbereich.

Gemäß einer weiteren Ausführungsmöglichkeit der Erfindung

3 ο 12'.3

-7-

kann eine Zeitverzögerung beim Übergang von einer mathematischen Funktion zur anderen proporational der Fahrzeugbeschleunigung vorgesehen sein, wodurch ein glatter Übergang von einer mathematischen Funktion zur anderen erzielt wird. Diese Zeitverzögerung kann vorteilhaft in dem Antrieb zur Veränderung des Einschlagwinkelverhältnisses stattfinden, wodurch der Leistungsbedarf des Antriebs verringert wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Grundkonstruktion einer Allrad-Lenkeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Darstellung der Hinterradlenkung für das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ,

Fig. 3a, b und c Seitenansichten der Hinterradlenkung nach Fig. 2 zur Darstellung der Arbeitsweise,

Fig. 4 ein Blockdiagramm der Steuerung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bis 3,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Einschlagsfunktionseigenschaften der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 bis 4,

Fig. 6 ein Blockdiagramm für ein zweites Ausführungsbeispiel und

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Einschlagsfunktionseigenschaften des zweiten Ausführungsbeispiels.

In Fig. 1 ist eine Lenkwelle 2 mit einem Lenkrad 1 dargestellt, die an ein Zahnstangen-Lenkgetriebe 3 angeschlos-

sen ist. Zwei Spurstangenteile 5 sind mit den beiden Enden einer Zahnstange 4 verbunden, die in ein nicht dargestelltes Ritzel am unteren Ende der Lenkwelle 2 eingreift. An den äußeren Enden der Spurstangenteile 5 sind zwei Spurhebel 6 befestigt, die die Vorderräder 7 so tragen, daß diese in der durch die Drehung des Lenkrades 1 bestimmten Richtung in bekannter Weise eingeschlagen werden.

Eine Ritzelwelle 8 verläuft vom Lenkgetriebe 3 nach rückwärts, und eine Gelenkwelle 10 ist mit dem hinteren Ende der Ritzelwelle 8 über ein Kreuzgelenk 9 verbunden. Die Ritzelwelle 8 ist mit einem nicht dargestellten Ritzel versehen, welches in die Zahnstange 4 eingreift. Eine Antriebswelle 12 (Fig. 2) ist mit dem hinteren Ende der Gelenkwelle 10 über ein weiteres Kreuzgelenk 11 verbunden. Diese Antriebswelle 12 ist auf der Längsmittellinie des hinteren Fahrzeugteils angeordnet und in einer Halterung 13 drehbar gelagert, wie Fig. 2 zeigt.

Eine Schwingwelle 15, die in Fig. 2 deutlicher dargestellt ist, ist mit dem hinteren Ende der Antriebswelle 12 über eine Gabel 14 verbunden, und ein Verbindungselement 16 ist lose über einem mittleren Abschnitt der Schwingwelle 15 angeordnet. Die beiden seitlichen Enden des Verbindungselements 16 sind mit Spurstangenteilen 25 über Kugelgelenke 26 verbunden, und das Verbindungselement 16 ist am mittleren Abschnitt eines Arms 17 gehalten, der sich in Querrichtung des Fahrzeugs erstreckt.

Ein Ende des Arms 17 ist mit dem Fahrzeugkörper über ein Gelenkelement 18 und eine Aufhängung 19 verbunden, während das andere Ende des Arms 17 mit dem Fahrzeugkörper

3 ο υ /_ -j 3

über Gelenkelemente 20 und 21 und eine Aufhängung 22 so verbunden ist, daß der Arm in einer vertikalen Ebene quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs schwingen kann. Eine Schwenkachse 23 des Gelenkelements 21 an der Aufhängung 22 kann einstückig mit dem Gelenkelement 21 drehen. Die Außenenden der Spurstangenteile 25 sind mit Spurhebeln 28 verbunden, die die Hinterräder 27 tragen, wie Fig. 1 zeigt.

Ein Motor 31 ist an einem Teil des Fahrzeugkörpers beim anderen Ende des Arms 17 montiert, und eine Abtriebswelle des Motors 31 ist mit einer Schnecke 32 versehen, die wiederum in ein Zahnsegment 24 eingreift, welches auf der Schwenkachse 23 des Gelenkelements 21 befestigt ist. Somit bewirkt eine Drehung des Motors 31 die Drehung des Arms 17. Das Fahrzeug ist ferner mit einem Rechner 33 ausgerüstet, der Signale von einem Fahrgeschwindigkeitssensor 34 und einem Positionssensor 35 empfängt, welcher die Position der Schenkachse 23 des Gelenkelements 21 auswertet und ein entsprechendes Steuersignal an den Rechner 33 abgibt, so daß die Drehung des Motors 31 abhängig von der Fahrgeschwindigkeit gesteuert werden kann.

Wenn der Schwenkpunkt P des Verbindungselements 16 mit der Mitte O der Antriebswelle 12 zusammenfällt, wie es in Fig. 3a dargestellt ist, so drehen sich die Antriebswelle 12 und die Schwingwelle 15 koaxial, weshalb das Verbindungselement 16 nicht seitlich schwingen kann und die Spurstangenteile 25 stationär bleiben, so daß nur die Vorderräder 7 eingeschlagen werden, jedoch nicht die Hinterräder 27, wie dies bei einem Fahrzeug herkömmlicher Art der Fall ist.

ORIGINAL INSPECTED

Wenn das Gelenkelement 21 durch die Drehung des Motors 31 über die Schnecke 32 und das Zahnsegment 24 abwärts gedreht wird, so neigt sich der Arm 17 mit seinem linken Ende abwärts, wie es in Fig. 3b gezeigt ist. Durch diese Neigung des Arms 17 befindet sich der Schwenkpunkt P unter der axialen Mitte O, und wenn die Antriebswelle 12 beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkel θ gedreht wird, so bewegen sich die Spurstangenteile 25 nach rechts, wie es in Fig. 3b gestrichelt gezeigt ist. Die Hinterräder 27 werden dann entgegengesetzt zur Einschlagrichtung der Vorderräder 7 eingeschlagen.

Wenn das Gelenkelement 21 durch gegenläufige Drehung des Motors 31 aufwärts gedreht wird, so neigt sich der Arm 17 mit seinem linken Ende aufwärts, wie es in Fig. 3c gezeigt ist. Durch diese Neigung des Arms 17 befindet sich der Schwenkpunkt P über der axialen Mitte O, und wenn die Antriebswelle 12 beispielsweise im Gegenuhrzeigersinn um den Winkel θ gedreht wird, so bewegen sich die Spurstangenteile 25 nach links entgegengesetzt zu dem vorherigen Fall, wie es in Fig. 3c gestrichelt gezeigt ist. Dadurch werden die Hinterräder 27 in derselben Richtung wie die Vorderräder 7 eingeschlagen.

Im folgenden wird die Steuerfunktion des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 4 und 5 erläutert.

Fig. 4 zeigt die funktioneile Struktur des Rechners 33. Das Fahrgeschwindigkeitssignal des Fahrgeschwindigkeitssensors 34 wird dem Rechner 33 als bestimmtes Fahrgeschwindigkeitssignal u zugeführt. Dieses Fahrgeschwindigkeitssignal u wird in einem Umsetzungsprozeß (a) in ein

νοrbestimmtes Funktionssignal k =f(u) umgesetzt, welches ein vorbestimmtes Einschlagwinkelverhältnis angibt. Diese Funktion wird in einem Auswahlprozeß (c) entsprechend einem Signal für die Änderungsrate der Fahrgeschwindigkeit oder einem Beschleunigungssignal u' ausgewählt, welches durch Differenzieren (b) des Fahrgeschwindigkeitssignals erhalten wird.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, wird die Funktion des Einschlagwinkelverhältnisses durch die Kurve Q vorgegeben, wenn der Absolutwert der Beschleunigung in einem bestimmten Bereich liegt. Wenn der absolute Wert der Beschleunigung jedoch zur negativen Seite hin zunimmt, so werden nacheinander die Kurven Pl, P2 ... oberhalb der Kurve Q gewählt. Wenn der Absolutwert der Beschleunigung zur positiven Seite zunimmt, so werden die Kurven Rl, R2... unterhalb der Kurve Q nacheinander gewählt. Die Anzahl der mathematischen Funktionen in Zuordnung zu den Kurven Pl, P2 ... und Rl, R2 ... ist beliebig und kann so groß sein, wie es der Speicherraum des Rechners 33 erlaubt. Deshalb ist es möglich, den Übergang von einer mathematischen Funktion zur anderen praktisch kontinuierlich zu verwirklichen.

Der Positionssensor 35 wertet die Drehposition des Gelenkelements 21 aus, die proportional dem Einschlagwinkelverhältnis beim aktuellen Einschlagen ist, und das Auswerteergebnis wird dem Rechner 33 als aktuelles Einschlagwinkelverhältnis k_m zugeführt. Eine relative Differenz &k=k_m-k₀ ergibt sich durch einen Vergleichsprozeß (d). Diese Differenz Δ k wird vom Rechner 33 einer Ausgabesteuerung 43 in Form von Daten zugeführt, die der Korrektur des Einschlagwinkelverhältnisses entsprechen, die er-

ORIGINAL INSPECTED

forderlich ist, um das gewünschte Einschlagwinkelverhältnis zu erhalten. Der Ausgang der Ausgabesteuerung 43 ist mit dem Motor 31 verbunden und liefert an diesen ein Steuersignal s, das der Differenz Δ k entspricht. Somit wird der Motor 31 in der Richtung gedreht, in der sich das Einschlagwinkelverhältnis entsprechend der laufenden Fahrgeschwindigkeit ergibt.

Wie Fig. 5 zeigt, ist im Hochgeschwindigkeitsbereich das Einschlagwinkelverhältnis allgemein positiv oder gleichphasig, und die Tendenz des Fahrzeugs, aus der Kurve herauszudriften, wenn es beschleunigt wird, wird durch Verringerung des Einschlagwinkelverhaltnxsses der Hinterräder gleichphasig zu den Vorderrädern reduziert. Die Tendenz des Fahrzeugs, in die Kurve hineinzudriften, wenn es verzögert wird, wird durch Erhöhung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder kompensiert.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Aufbau des Rechners 33. Hierbei sind die Maßnahmen zur Veränderung der Einschlagwinkelfunktion abhängig von der Änderungsrate der Fahrgeschwindigkeit ähnlich wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel, jedoch sind hier gemäß Fig. 7 nur drei Einschlagwinkelverhältnisfunktionen P, Q und R vorgesehen.

Die Kurve Q wird für eine Beschleunigung innerhalb eines bestimmten Bereichs ausgewählt; die Kurve P wird gewählt, wenn die Beschleunigung außerhalb des Bereichs zur positiven Seite liegt; die Kurve R wird gewählt, wenn die Beschleunigung außerhalb des Bereichs zur negativen Seite liegt. Der Absolutwert des Beschleunigungssignals /u¹// der sich durch Differentiation (b) des Fahrgeschwindig-

keitssignals u ergibt, wird einer Verzogerungsschaltung (e) zugeführt, und die Zeit, die erforderlich ist, um das durch die jeweils gewählte Funktion vorgegebene Einschlagwinkelverhältnis zu erreichen, wird durch die Verzogerungsschaltung (e) durch Einwirkung auf die Ausgabe 43 entsprechend der Größe der Beschleunigung verändert. Wenn der Absolutwert der Beschleunigung groß ist, so wird der durch die relevante Funktion bestimmte Einschlagwinkel in relativ kurzer Zeit erreicht. Wenn andererseits der Absolutwert der Beschleunigung klein ist, so wird der Einschlagwinkel den entsprechenden Wert ziemlich langsam erreichen.

Somit kann dieses Ausführungsbeispiel eine ähnliche Wirkung wie das zuvor beschriebene erzeugen, ohne daß derart viele mathematische Funktionen erforderlich sind.

Die Erfindung bietet den beachtlichen Vorteil des guten Fahrverhaltens auch bei Verzögerung oder Beschleunigung des Fahrzeugs beim Kurven insbesondere bei hoher Geschwindigkeit, wodurch sich ein komfortableres, ermüdungsfreieres und sichereres Fahren ergibt zusätzlich zu dem Vorteil der Allradlenkung, die das Fahrverhalten im Hochgeschwindigkeitsbereich und die Manövrierfähigkeit im Niedergeschwindigkeitsbereich verbessert.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die verschiedenen Prozesse des Rechners 33 unter Steuerung durch ein Programm (Software) durchgeführt, das beispielsweise in einem Bereich des Speichers des Rechners 33 gespeichert ist. Es ist jedoch auch möglich anstelle eines Programms elektrische Schaltungen mit ähnlicher Funktion zur Durchführung der Prozesse zu benutzen.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sie kann auch auf Allradlenkungen angewendet werden, bei denen die Vorder- und die Hinterräder hydraulisch gesteuert werden und die Information über den Einschlagwinkel der Vorderräder hydraulisch oder in Form elektrischer Signale zum Rechner 33 übertragen wird.

Claims

Patentansprüche

1. Allrad-Lenkeinrichtung für Fahrzeuge zur variablen Steuerung des Einschlagwinkelverhältnisses der Hinterräder relativ zum Einschlagwinkel der Vorderräder entsprechend der Fahrgeschwindigkeit, gekennzeichnet durch einen Fahrgeschwindigkeitssensor (34), durch eine Wahleinrichtung (c) zur Auswahl einer von mehreren mathematischen Funktionen für das Einschlagwinkelverhältnis der Hinterräder entsprechend der Ünderungsrate der Fahrgeschwindigkeit und durch eine Hinterradlenkung (11 bis 26, 28 bis 31) zur Einstellung eines Einschlagwinkelverhältnisses entsprechend der gewählten mathematischen Funktion.

ORIGINAL INSPECTED

3 6 C 2 G 3

2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der mathematischen Funktionen im Hochgeschwindigkeitsbereich positiv und im Niedergeschwindigkeitsbereich negativ ist, wodurch die Hinterräder gleichphasig mit den Vorderrädern im Hochgeschwindigkeitsbereich und gegenphasig mit den Vorderrädern im Niedergeschwindigkeitsbereich eingeschlagen werden.

3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e kennzeichnet, daß der Übergang von einer mathematischen Funktion zur anderen weitgehend ohne Zeitverzögerung stattfindet.

4. Lenkeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang von einer mathematischen Funktion zur anderen mit einer Zeitverzögerung stattfindet.

5. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung durch eine Verzögerungsvorrichtung (e) erfolgt, die auf die Hinterradlenkung einwirkt.

6. Lenkeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß drei mathematische Funktionen vorgesehen sind.

7. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige mathematische Funktionen im Hochgeschwindigkeitsbereich positiv und im Niedergeschwindigkeitsbereich negativ sind, wodurch die Hinterräder gleichphasig

OrUGiI-JAL

3 -Ί ' ■':^:': 3

mit den Vorderrädern im Hochgeschwindigkeitsbereich und gegenphasig mit den Vorderrädern im Niedergeschwindigkeitsbereich eingeschlagen werden, und daß der Wert der gewählten mathematischen Funktion im Hochgeschwindigkeitsbereich mit zunehmender Beschleunigung des Fahrzeugs zunimmt und mit zunehmender Verzögerung des Fahrzeugs abnimmt.

ORIGINAL INSPECTED