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Diese Erfindung betrifft eine Vierradlenkvorrichtung, die als
Fahrzeuglenkeinrichtung verwendet wird, um den Winkel der Hinterräder ebenso wie
der Vorderräder zur Änderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu ändern,
wodurch eine Verringerung des Wenderadius des Fahrzeugs ermöglicht wird
und auch die Fahrstabilität oder Sicherheit davon sichergestellt wird.
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Kürzlich wurde eine Vierradlenkvorrichtung zur Lenkung nicht nur der
Vorderräder, sondern auch der Hinterräder in Abhängigkeit der Betätigung
eines Lenkrads verwendet, um den Wenderadius des Fahrzeugs zu verringern,
um so zu ermöglichen, die Fahrtrichtung in einer engen Straße bequem zu
ändern, oder um die Sicherheit des Fahrzeugs zu gewährleisten, wenn die
Fahrtrichtung geändert wird, während das Fahrzeug unter einer hohen
Geschwindigkeit läuft.
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Als Vierradlenkvorrichtungen nach dem Stand der Technik gibt es
gewöhnlich die nachfolgenden vier Typen (a) bis (d).
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(a) Eine Vorderradlenkeinheit und eine Hinterradlenkeinheit sind
mechanisch miteinander derart verbunden, daß die Hinterräder in einer
festgelegten Beziehung zu der Lenkung der Vorderräder gelenkt werden.
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(b) Eine Vorderradlenkeinheit und eine Hinterradlenkeinheit sind
miteinander uber einen Hydraulikkreis verbunden, um die Hinterräder in
einer festen Beziehung zu der Lenkung der Vorderräder zu lenken.
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(c) Eine Vorderradlenkeinheit und eine Hinterradlenkeinheit sind
miteinander über einen hydraulischen Mechanismus verbunden, allerdings
können die Hinterräder und die Vorderräder unabhängig voneinander
gelenkt werden.
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(d) Eine Vorderradlenkeinheit und eine Hinterradlenkeinheit sind
miteinander nur elektrisch verbunden und die Hinterräder können
unabhängig von den Vorderrädern gelenkt werden.
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Von diesen vier unterschiedlichen Typen einer Lenkvorrichtung ist
entweder der Typ (a) oder (b) geeignet, wenn es notwendig ist, einen großen
Lenkwinkel an den Hinterrädern zur Verringerung des Wenderadius des
Fahrzeugs zu bilden, oder der Typ (c) oder (d) ist gewöhnlich dazu geeignet,
wenn es nicht notwendig ist, einen großen Lenkwinkel an den Hinterrädern
zu bilden.
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In der Vierradlenkungsvorrichtung jedes Typs (c) und (d), bei der die
Hinterräder unabhängig von den Vorderrädern gesteuert werden können,
tritt eine Gefahr auf, wenn die Hinterräder stark infolge eines Problems
gelenkt werden, wenn das Fahrzeug unter hoher Geschwindigkeit läuft. Die
Vierradlenkungsvorrichtung irgendeines Typs (a) oder (b) ist von einer
solchen Gefahr unabhängig, da die Vorder- und Hinterräder in einer
miteinander verriegelten Beziehung in Abhängigkeit des Wunschs des Fahrers
gelenkt werden.
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Allerdings kann die Vierradlenkungsvorrichtung nach dem Stand der Technik
eines Typs (a) und (b) nicht in ausreichender Weise die Sicherheit
während eines Fahrens unter hoher Geschwindigkeit verbessern, da nur die
Vorder- und die Hinterräder in einer miteinander verriegelten Beziehung
in Abhängigkeit des Wunschs des Fahrers gesteuert werden.
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Genauer gesagt wird in dem Lenksystem, in dem die Vorder- und Hinterräder
in einer zueinander verriegelten Beziehung gesteuert werden, wenn ein
kleiner Lenkwinkel zu den Vorderrädern gegeben wird, dieselbe Phase zu
den Vorder- und Hinterrädern (d. h. die Vorder- und Hinterräder werden in
derselben Richtung gedreht) für eine stabile Fahrspuränderung oder
ähnlichem während eines Fahrens unter hoher Geschwindigkeit zugeführt,
während dann, wenn ein großer Lenkwinkel zu den Vorderrädern zugeführt wird,
entgegengesetzte Phasen zu den Vorder- und Hinterrädern (d. h. die
Vorder-
und Hinterräder werden in entgegengesetzten Richtungen gedreht) zur
Verringerung des Wenderadius des Fahrzeugs gegeben werden, und demzufolge
wird das Einparken des Fahrzeugs oder ähnliches erleichtert. Allerdings
kann die Vorrichtung dahingehend fehlschlagen, eine ausreichende
Stabilität des Fahrzeugs (obwohl es eine wesentlich höhere Sicherheit verglichen
mit dem Fall der Vierradlenkungsvorrichtung nach dem Stand der Technik
sicherstellen kann) in dem Fall sicherzustellen, wenn eine unerwartete
Situation während eines Fahrens unter hoher Geschwindigkeit auftritt.
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Zum Beispiel kann das Fahrzeug während eines Fahrens unter hoher
Geschwindigkeit Seitenwindeinflüssen unterliegen oder die Hinterräder
können in einer Querrichtung zu dem Zeitpunkt schlüpfen, wenn eine
Kurvenfahrt unter hoher Geschwindigkeit vorgenommen wird, oder eine plötzliche
Lenkung, (d. h. eine schnelle Lenkradbewegung) kann durch einen
unerwarteten Vorfall, wie derjenige, daß irgendjemand oder irgendein Gegenstand
in das Sichtfeld gelangt, vorgenommen werden. In solchen Fällen kann die
Stabilität des Fahrzeugs sichergestellt werden, wenn die Hinterräder mit
einem kleinen Betrag gelenkt werden. Allerdings müssen in diesem Fall die
Hinterräder unabhängig von den Vorderrädern gelenkt werden. Mit der
Vorrichtung irgendeines Typs (a) oder (b) kann eine solche Maßnahme nicht
durchgeführt werden, da die Hinterräder nicht unabhängig von den
Vorderrädern gelenkt werden können.
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Während die Vierradlenkungsvorrichtung irgendeines Typs (c) oder (d) eine
solche Maßnahme liefern kann, kann sie nicht einen ausreichend großen
Lenkwinkel an den Hinterrädern aus der Sicht der Sicherheit liefern und
demzufolge keine ausreichende Verringerung des Wenderadius des Fahrzeugs
ermöglichen, wie dies zuvor angemerkt ist.
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Zusätzlich zu den vier Typen von Vierradantriebsvorrichtungen, die
vorstehend besprochen sind, sind wir in Kenntnis der DE-A-3728678 gelangt,
die eine Vierradlenkungsvorrichtung offenbart, die ein Vierrad-Lenkteil
zur Lenkung von Vorderrädern, die gemäß einer Bewegung eines Lenkrads
verschoben werden, einen Hinterradlenkungsmechanismus zur Lenkung von
Hinterrädern, sowie einen Verbindungsmechanismus zur mechanischen
Verbindung des Vorderradlenkungsteils und eines Eingangsteils des
Hinterradlenkungsmechanismus aufweist, derart, daß die Lenkung der
Hinterräder nicht in festgelegter Beziehung zu der Lenkung der
Vorderräder steht.
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Die Erfindung versucht die vorstehend besprochenen Nachteile zu
beseitigen und gibt eine Vierradlenkungsvorrichtung an, wie sie in dem letzten,
vorstehenden Paragraph angegeben ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß
ein Spiel-Mechanismus zwischen einem Ende des Verbindungsmechanismus und
dem Vorderrad-Lenkteil auf das dem Eingangsteil oder in einem
Zwischenteil des Verbindungsmechanismus vorgesehen ist, wobei der
Spiel-Mechanismus eine Übertragung einer Verschiebung des Vorderrad-Lenkteils zu dem
Eingangsteil nur dann bewirkt, wenn eine Verschiebung des Lenkteils über
einen vorgegebenen Betrag hinaus in irgendeiner Richtung von einer
Stellung entsprechend einer neutralen Stellung im Hinblick auf den Lenkwinkel
der Vorderräder erzeugt wird, und daß der Hinterrad-Lenkmechanismus einen
Mechanismus zum Lenken der Hinterräder gemäß einer Bewegung des
Eingangsteils und einen unabhängigen Lenkmechanismus zur Lenkung der Hinterräder
unabhängig der Verschiebung des Vorderrad-Lenkteils umfaßt.
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Der vorstehend angeführte Verbindungsmechanismus kann ein Bowdenzug sein.
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In einer Ausführungsform der Erfindung, die nachfolgend beschrieben wird,
ist das Eingangsteil des Hinterrad-Lenkmechanismus durch einen axial
bewegbarenbbare Eingangsstab gebildet, wobei der
Hinterrad-Lenkmechanismus und der unabhängige Lenkmechanismus durch den Eingangsstab, einen
Ausgangsstab zur Lenkung der Hinterräder, indem er axial verschoben wird,
einen ersten Verbindungsstab, der gegenüberliegende Enden besitzt, die
schwenkbar mit dem Eingangs- und Ausgangsstab jeweils verbunden sind, ein
hydraulisches Umschaltventil, das einen Zylinder und eine Spule aufweist,
die darin zur umschaltenden strömungsmäßigen Verbindung
Betriebsfluidversorgung und Auslaßdurchlässen mit einem ersten und einem zweiten Durchlaß
unter einer axialen Verschiebung der Spule vorgesehen sind, einen zweiten
Verbindungsstab, der ein Ende besitzt, das schwenkbar mit der Spule
verbunden ist, ein Schwenkteil zur schwenkbaren Verbindung von
Zwischenbereichen
des ersten und des zweiten Verbindungsstabs miteinander, einen
hydraulischen Zylinder, der den Ausgangsstab trägt und einen Kolben
umfaßt, der an dem äußeren Umfang eines Zwischenbereichs des Ausgangsstabs
gesichert ist und fluiddicht in den hydraulischen Zylinder für eine
axiale Bewegung relativ dazu eingepaßt ist, wobei ein erster und ein zweiter
Betriebsfluiddurchgangsweg, der mit der ersten und der zweiten Kammer
flüssigkeitsmäßig in Verbindung stehen, die in dem Hydraulikzylinder an
gegenüberliegenden Seiten des Kolbens mit einem ersten und einem zweiten
Durchlaß für das hydraulische Umschaltventil gebildet sind, eine
Antriebseinrichtungen, die mit dem anderen Ende des zweiten
Verbindungsstabs verbunden ist, um eine axiale Verschiebung der Spule des
hydraulischen Umschaltventils durch den zweiten Verbindungsstab zu bewirken,
und eine Steuereinheit zur Steuerung der Antriebseinrichtungen gemäß dem
Laufzustand des Fahrzeugs, wie er durch Sensoreinrichtungen ermittelt
wird, aufgebaut ist.
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In dieser Ausführungsform ermittelt die Sensoreinrichtung eine oder
mehrere Informationen, die aus dem Drehwinkel des Lenkrads, einer
Winkelgeschwindigkeit davon, einer Größe der Reaktion, die in einer Vorderrad-
Lenkeinheit erzeugt wird, einer Beschleunigung, die seitlich auf das
Fahrzeug aufgebracht wird, und einer Belastung, die darauf aufgebracht
wird, ausgewählt wird bzw. werden.
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Die vorstehend erwähnte Antriebseinrichtung kann ein Servomotor sein, und
ein Signal von einem Drehwinkelsensor zur Ermittlung des Drehwinkels des
Servomotors und ein Signal von einem Verschiebungssensor zur Messung der
Verschiebung eines Bereichs, der durch die Ausgangswelle des Servomotors
verschiebbar ist, werden zu einer Steuereinheit zugeführt, um eine
fehlersichere Funktionsweise zu bilden.
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Zwei Lenkwinkelsensoren können an einem Bereich eines Lenkrads vorgesehen
werden, der sich mit der Bewegung des Lenkrads dreht, wobei Signale der
Lenkwinkelsensoren zu der oder einer Steuereinheit zugeführt werden, um
eine fehlersichere Funktionsweise zu schaffen.
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In einer anderen Ausführungsform, die nachfolgend beschrieben wird, ist
das Eingangsteil des Hinterrad-Lenkmechanismus ein axial verschiebbarer
Eingangsstab ist und der Hinterrad-Lenkmechanismus und ein unabhängiger
Lenkmechanismus sind durch den Eingangsstab, einen Ausgangsstab zur
Lenkung der Hinterräder, indem er axial verschiebbar ist, einen ersten
Verbindungsstab, der gegenüberliegende Enden aufweist, die schwenkbar mit
dem Eingangs- und dem Ausgangsstab jeweils verbunden sind, einen
Verschiebungsstab, wobei eine axiale Verschiebung von diesem durch einen
Verschiebungssensor ermittelt wird, einen zweiten Verbindungsstab, der
ein Ende besitzt, das schwenkbar mit dem Verschiebungsstab verbunden ist,
ein Schwenkteil zur schwenkbaren Verbindung von Zwischenbereichen des
ersten und des zweiten Verbindungsstabs miteinander, einen elektrischen
Motor zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des Ausgangsstabs, eine
Antriebseinrichtung, die mit dem anderen Ende des zweiten
Verbindungsstabs zur Bewirkung einer axialen Verschiebung des Verschiebungsstabs
durch den zweiten Verbindungsstab verbunden ist, und eine Steuereinheit
zur Steuerung einer Stromzuführung zu dem elektrischen Motor gemäß einem
Signal von dem Verschiebungssensor und auch entsprechend dem Laufzustand
des Fahrzeugs, wie er durch einen gesonderten Sensor ermittelt wird,
gebildet.
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In dieser Ausführungsform wird der Verschiebungsstab in Richtung einer
neutralen Stellung vorgespannt und der Verschiebungssensor zur Ermittlung
der Verschiebung des Verschiebungsstabs umfaßt zwei Sensoren, von denen
einer ein Ein-Aus-Sensor ist, der dazu geeignet ist, auf "ein" nur dann
geschaltet zu werden, wenn sich der Verschiebungsstab in der neutralen
Stellung befindet, wodurch eine fehlersichere Funktionsweise gebildet
wird. Damit die Erfindung ausreichend verstanden wird, werden die
vorstehend angegebenen Ausführungsformen, die nur beispielhaft angegeben
werden, nun in weiterem Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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Die Figuren 1 bis 5 stellen eine erste Ausführungsform der Erfindung dar,
in denen:
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Figur 1 eine schematische Ansicht zeigt, die das Gesamtgerät darstellt;
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Figuren 2 und 3 im Maßstab vergrößerte Teilschnittansichten eines
Bereichs X in Figur 1 zeigen, die ein hydraulisches Umschaltventil jeweils
in einer neutralen Stellung und einer umgeschalteten Stellung darstellen;
und
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Figuren 4 und 5 schematische Ansichten zeigen, die jeweils die Bewegung
der verschiedenen Teile darstellen, wenn die Vorder- und Hinterräder in
einer verriegelten Beziehung zueinander gelenkt werden und wenn die
Hinterräder unabhängig von den Vorderrädern gelenkt werden; und
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die Figuren 6 bis 8 stellen eine zweite Ausführungsform der Erfindung
dar, in denen:
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Figur 6 eine schematische Schnittansicht zeigt, die das Gesamtgerät
darstellt; und
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Figuren 7 und 8 jeweils schematische Ansichten zeigen, die die Bewegung
der verschiedenen Teile darstellen, wenn die Vorder- und Hinterräder in
einer verriegelten Beziehung zueinander gelenkt werden und wenn die
Hinterräder unabhängig von den Vorderrädern gelenkt werden.
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Wie die Fig. 1 zeigt, steht eine Zahnradstange 1 als Vorderrad-Lenkteil
mit einem Ritzel 3 in Eingriff, das durch ein Lenkrad 2 gedreht wird.
Durch Betätigung des Lenkrads 2 wird das Ritzel 3 in die linke und rechte
Richtung in Fig. 1 verschoben, um einen Lenkwinkel an den Vorderrädern zu
erhalten. Die Zahnradstange 1 trägt die Vorderräder schwenkbar an beiden
Enden davon.
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Ein Arm 4 ist an einem Ende der Zahnradstange 1 gesichert und besitzt
eine Durchgangsöffnung 5, die benachbart zu ihrem freien Ende gebildet
ist. Ein Ende eines Drahts 7 eines Bowdenzugs 6, der ein Verbindungsteil
bildet, durchdringt lose die Öffnung 5. Ein Paar Anschlagteile 8a und 8b
ist in einer zueinander beabstandeten Beziehung an den vorstehend
erwähnten Endbereichen des Drahts 7 befestigt. Die Bewegung der Zahnradstange 1
wird auf den Draht 7 nur dann übertragen, wenn der Arm 4 entweder mit dem
Anschlagteil 8a oder 8b in Eingriff gelangt. Auf diese Weise bilden der
Arm 4 und die Anschlagteile 8a, 8b einen Spiel-Mechanismus.
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In einer neutralen Stellung des Lenkrads 2 (d. h. während das Fahrzeug
geradeaus läuft) wird der Arm 4 in der Mitte zwischen den
Anschlagteilen 8a und 8b angeordnet, wodurch ein Spiel der Länge jzwischen jeder
Seite von diesem und den Anschlagteilen 8a und 8b vorgesehen wird.
Deshalb wird, während der Verschiebungsbetrag h der Zahnradstange 1 geringer
als das Spiel, das vorstehend angemerkt ist (d. h. l > h), ist, er nicht
auf den Draht 7 übertragen, allerdings, wenn er das Spiel übersteigt
( l< h), wird er auf den Draht 7 übertragen.
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Das andere Ende des Drahts 7 ist mit einem Ende (d. h. das linke Ende in
Fig. 1) einer Eingangsstange 10 eines Hinterrad-Lenkmechanismus 9
verbunden. Ein Paar Anschlagringe 11 ist in einer voneinander beabstandeten
Beziehung zueinander an einem Zwischenbereich der Eingangsstange 10
vorgesehen. Ein Paar Federrückhalteringe 12 ist an gegenüberliegenden Seiten
der Anschlagringe 11 vorgesehen und eine Druckfeder 13 ist zwischen den
Ringen 12 vorgesehen, um die inneren Umfänge der Federrückhalteringe 12
zu tragen. Die äußeren Umfänge der Federrückhalteringe 12 sind zu inneren
Flanschen 15 eines Gehäuses 14 hin gerichtet, das an gegenüberliegenden
Enden gebildet ist. Das Gehäuse 14 ist auf einem Trägermaterial zum
Tragen des Hinterrad-Lenkmechanismus 9 befestigt. Die Eingangsstange 10 wird
demzufolge in ihrer neutralen Stellung gehalten, wie dies dargestellt
ist, ohne daß eine äußere Kraft ausgeübt wird (d. h. ohne daß der Draht 7
gedrückt oder gezogen wird).
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Eine Ausgangsstange 16 bildet zusammen mit der Eingangsstange 10 den
hinteren Radlenkmechanismus 9. Die Stange 16 kann in axialer Richtung
verschoben werden (d. h. zu der linken und rechten Richtung in Fig. 1),
um die Hinterräder zu lenken. Die Eingangs- und die Ausgangsstange 10 und
16 erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander. Allerdings kann,
falls dies erforderlich ist, jede dieser Stangen (d. h. entweder
Stange 10 oder 16) geringfügig schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie so
gehalten werden, daß sie in der Lage sind, sich relativ zu einem
Verbindungsstab 17 zu verschieben, wie dies nachfolgend beschrieben wird. Weder
Stab 10 noch Stab 16 müssen schwenkbar an der Fahrzeugkarosserie gehalten
werden, wenn der erste Verbindungsstab 17 eine ausreichende Steifigkeit
besitzt und auch dazu geeignet ist, sich leicht teleskopisch zu
verschieben, und/oder falls Schwenkverbindungen a und b jeweils zwischen jedem
Ende des ersten Verbindungsstabs 17 und jedem der Stäbe 10 und 16 so
geeignet ausgestaltet sind, und zwar durch Eingriff zwischen den
Öffnungen 18 und den Rollen 17, sich geringfügig durch Verschiebung des
ersten Verbindungsstabs 17 in axialer Richtung zu verschieben.
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Ein zweiter Verbindungsstab 21 besitzt einen Zwischenbereich, der über
ein Schwenkteil 20 mit einem Zwischenbereich des ersten
Verbindungsstabs 17 verbunden ist, der gegenüberliegende Enden aufweist, die
schwenkbar mit dem Eingangs- und Ausgangsstab 10 und 16 verbunden ist,
wie dies vorstehend angemerkt ist. Der zweite Verbindungsstab 21 besitzt
ein Ende, das schwenkbar mit einem Ende einer Spule 23 eines
hydraulischen Umschaltventils 22 verbunden ist.
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Die Spule 23 des hydraulischen Umschaltventils 22 ist für eine axiale
Verschiebung in einem Zylinder 24 untergebracht. Der Zylinder 24 weist
einen Zuführdurchlaß 26, der mit einem Auslaßdurchlaß einer hydraulischen
Pumpe 25 in Verbindung steht, einen Auslaßdurchlaß 28, der mit einem
Öltank 27 in Verbindung steht, und einen ersten und einen zweiten
Durchlaß 32 und 33, die mit einer entsprechenden ersten und zweiten Kammer 30
und 31 eines hydraulischen Zylinders 29, der später beschrieben wird, in
Verbindung stehen, auf. Eine Strömungsverbindung des Zuführ- und
Auslaßdurchlasses 26 und 28 mit dem ersten und dem zweiten Durchlaß 32 und 33
kann entsprechend einer axialen Verschiebung der Spule 23 umgeschaltet
werden.
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Die Spule 23 besitzt einen Verlängerungsstab 34, der sich von einem Ende
erstreckt. Anschlagringe 35 sind an einem Schaft und einem freien Ende
jeweils der Verlängerungsstange 34 befestigt. Andere Umfangsbereiche der
Anschlagringe 35 sind jeweils zu Schulterflächen 36, die an dem inneren
Umfang des Zylinders 34 gebildet sind, hin gerichtet. Eine Druckfeder 37
ist zwischen den Anschlagringen 25 vorgesehen. Ohne irgendeine äußere
Kraft, die aufgebracht wird, wird die Spule 23 in ihrer neutralen
Stellung, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, zurückgehalten. In diesem
Zustand werden der Zuführ- und Ablaßauslaß 26 und 28 direkt miteinander
strömungsmäßig in Verbindung gebracht und es wird kein unter Druck
stehendes Öl zu irgendeiner der Kammern 30 und 31 in dem Hydraulikzylinder
zugeführt oder aus diesem abgelassen.
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Ähnliche Anschlagringe 38 und eine Druckfeder 39 sind an einem
Zwischenbereich eines Ausgangsstabs 16 vorgesehen, wobei äußere Umfänge der
Anschlagringe 38 zu Schulterflächen 40 hin gerichtet sind, die an dem
inneren Umfang des Hydraulikzylinders 29 gebildet sind. Demzufolge wird
ohne das Vorhandensein einer äußeren Kraft, die aufgebracht wird, der
Ausgangsstab 16 an seiner neutralen Stelle zurückgehalten, und es wird
kein Lenkwinkel auf die Hinterräder gegeben.
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Der Ausgangsstab 16 wird durch den hydraulischen Zylinder 29 umgeben. Ein
Kolben 41 ist an dem äußeren Umfang eines Zwischenbereichs des
Ausgangsstabs 16 gesichert und ist fluiddicht und axial bewegbar in dem
Hydraulikzylinder 29 eingepaßt.
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Die erste und zweite Kammer 30 und 31 in dem Hydraulikzylinder 29, die an
den gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 41 angeordnet sind, sind mit
einem entsprechenden ersten und zweiten Durchlaß 32 und 33 des
hydraulischen Umschaltventils 22 durch einen ersten und einen zweiten
Öldurchgangsweg 42 und 43 verbunden.
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Der zweite Verbindungsstab 21, der schwenkbar mit einem Ende davon mit
einem Ende der Spule 23 des hydraulischen Umschaltventils 22 verbunden
ist und einen Zwischenbereich besitzt, der über ein Schwenkteil 20 mit
einem Zwischenbereich des ersten Verbindungsstabs 17 verbunden ist, ist
dazu geeignet, falls es erforderlich ist, sich gering teleskopartig aus
denselben Gründen wie in dem Fall des ersten Verbindungsstabs 17 zu
verschieben. Eine Mutter 44 ist schwenkbar an dem anderen Ende des zweiten
Verbindungsstabs 21 befestigt. Die Mutter 44 steht mit einem
Schraubengewinde 46 in Eingriff, das an dem äußeren Umfang der Ausgangswelle eines
Schrittservomotors 45 gebildet ist, der an einem stationären Teil der
Fahrzeugkarosserie befestigt ist. Demzufolge wird mit der Drehung des
Schrittservomotors 45 der zweite Verbindungsstab 21 um das Schwenkteil 20
verschwenkt, um zu bewirken, daß die Spule 23 in axialer Richtung
verschoben wird.
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Der Schrittservomotor 45 wird in einer geeigneten Vorrichtung um einen
geeigneten Winkel (Anzahl der Umdrehungen) gemäß einem Befehlssignal von
einer Steuereinheit 47 gedreht. Die Steuereinheit 47 umfaßt einen
Mikrocomputer, und zur Ermittlung des Drehwinkels und einer
Winkelgeschwindigkeit des Lenkrades 2 empfängt sie Signale von zwei Lenkwinkelsensoren 49a
und 49b, die in der Nähe der Lenkradwelle 48 vorgesehen sind, einen
Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 50 zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit
und verschiedene andere Sensoren zur Ermittlung mindestens eines Werts,
der aus denjenigen ausgewählt ist, die einen Einfluß auf das
Fahrverhalten des Fahrzeugs hat, z. B. die Größe der Reaktionskraft, die in der
Vorderradlenkeinheit erzeugt wird, einer Beschleunigung (G), die in
Seitenrichtung auf die Fahrzeugkarosserie aufgebracht wird, und einer
Beanspruchung, die infolge von Seitenwinden oder eines Fahrens entlang einer
Kurve aufgebracht werden.
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Die Steuereinheit 47 bewirkt, daß sich der Schrittservomotor 45 in einer
geeigneten Richtung und um einen geeigneten Winkel (d. h. die Anzahl der
Umdrehungen) gemäß dem Laufzustand des Fahrzeugs dreht, der aus den
Signalen bestimmt wird, die von den Sensoren zugeführt werden, wie dies
vorstehend angeführt ist. Mit der Drehung des Schrittservomotors 45 wird
die Mutter 44, die mit dem Schraubengewinde 46 in Eingriff steht, axial
verschoben, um zu bewirken, daß der zweite Verbindungsstab 21 an einem
Ende der Mutter 44 um das Schwenkteil 20 verschwenkt wird. Hierdurch
bewirkt der zweite Verbindungsstab 21 eine axiale Verschiebung der
Spule 23.
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Die Bewegung des Schrittservomotors 45, wie dies vorstehend beschrieben
ist, wird durch einen Drehwinkelsensor 51 ermittelt, der unmittelbar den
Drehwinkel des Schrittservomotors 45 ermittelt, und durch einen
Verschiebungssensor 52, der die axiale Verschiebung der Mutter 44 ermittelt. Die
Signale von beiden Sensoren 51 und 52 werden zu der Steuereinheit 47
zugeführt.
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Die Vorsehung von zwei Lenkwinkelsensoren 49a und 49b und auch das
Vorsehen von Drehwinkel- und auch das Vorsehen von Verschiebungssensoren 51
und 52 zur Ermittlung der Betriebsweise des Schrittservomotors 45 sind
aus dem Grund vorgenommen, um eine fehlerfreie Funktion zu schaffen, um
die Zuverlässigkeit der Steuerung sicherzustellen, gerade dann, wenn ein
Fehler in einer der zwei Gruppen von Sensoren vorliegt.
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Die Funktion oder Betriebsweise der Vierradlenkungsvorrichtung, die den
Aufbau besitzt, wie dies vorstehend beschrieben wird, wird nun in
Verbindung mit dem Lenken des Fahrzeugs beschrieben.
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Erst wird ein Fall angenommen, bei dem die Vorder- und Hinterräder in
einer entgegengesetzten Richtung zueinander derart gelenkt werden, wie im
Fall eines Lenkens der Hinterräder in der entgegengesetzten Richtung zu
den Vorderrädern, um den Wenderadius des Fahrzeugs während eines Fahrens
unter niedriger Geschwindigkeit zu verringern.
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Während der Drehwinkel des Lenkrads 2 klein ist, stößt der Arm 4, der an
dem Ende der Zahnradstange 1 vorgesehen ist, weder an das Anschlagteil 8a
noch an das Teil 8b an und der Draht 7 wird weder gedrückt noch gezogen.
Wenn das Lenkrad 2 stark gedreht wird, um die Laufrichtung des Fahrzeugs
so zu ändern, daß die Verschiebung der Zahnradstange 1 vergrößert wird,
stößt der Arm 4 entweder an das Anschlagteil 8a oder das Teil 8b an, um
den Draht 7 zu drücken oder zu ziehen.
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Als Ergebnis hiervon wird der Eingangsstab 10 des
Hinterrad-Lenkmechanismus
9 um den Betrag l geringer als der Verschiebungsbetrag der
Zahnstange 1 verschoben.
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Mit dieser Verschiebung des Eingangsstabs 10 in einer axialen Richtung
mit Betätigung des Lenkrads 2 wird eine Schwenkverbindung a zwischen dem
Eingangsstab 10 und dem einen Ende des ersten Verbindungsstabs 17 von
einer Stellung a&sub0; zu einer Stellung a&sub1; in Fig. 4 verschoben, worauf
sich der erste Verbindungsstab 17 um eine Schwenkverbindung b zwischen
ihm und dem Ausgangsstab 16 schwenkt. Demzufolge wird der erste
Verbindungsstab 17, der sich in dem Zustand befindet, wie dies durch eine
durchgezogene Linie in Fig. 4 dargestellt ist, zu dem Zustand verschoben,
der durch eine angedeutete Linie dargestellt ist. Mit dieser Verschiebung
wird das Schwenkteil 20, das die Zwischenbereiche des ersten und des
zweiten Verbindungsstabs 17 und 21 miteinander verbindet, von einer
Stellung c&sub0; zu c&sub1; in Fig. 4 verschoben.
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Mit dieser Verschiebung wird eine Schwenkverbindung d zwischen dem
zweiten Verbindungsstab 21 und einer Spule 23 von einer Stellung d&sub0; zu d&sub1;
verschoben, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Demzufolge wird die
Beziehung zwischen der Spule 23 in dem Zylinder 24 von dem Zustand, der in
Fig. 2 dargestellt ist, zu demjenigen, der in Fig. 3 dargestellt ist, hin
verändern. Dies bedeutet, daß die Durchlässe 26. 28, 32 und 33 des
hydraulischen Umschaltventils 22 so umgeschaltet werden, um den
Zuführdurchlaß 26 mit dem ersten Durchlaß 32 (oder dem zweiten Durchlaß 33)
strömungsmäßig zu verbinden und auch den Auslaßdurchlaß 28 mit dem
zweiten Durchlaß 33 (oder dem ersten Durchlaß 32) strömungsmäßig in
Verbindung zu setzen. Das hydraulische, unter Druck gesetzte Öl wird durch den
ersten (oder den zweiten) hydraulischen Durchgangsweg 42 (oder 43) zu der
ersten (oder zweiten) Kammer 30 (oder 31) des hydraulischen Zylinders 29
zugeführt und aus der zweiten (oder der ersten) Kammer 31 (oder 30) durch
den zweiten (oder den ersten) hydraulischen Durchgangsweg 43 (oder 42)
ausgelassen. Es wird bemerkt werden, daß zu diesem Augenblick der
Umschaltung des hydraulischen Umschaltventils 22 der Ausgangsstab 16 bis
dahin noch nicht verschoben worden ist und die Schwenkverbindung b
zwischen
dem ersten Verbindungsstab 17 und dem Ausgangsstab 16 an einer
Stelle b&sub0; in Fig. 4 vorgefunden wird.
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Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Ausgangsstab 16, wenn die
Durchlässe 26, 28, 32 und 33 des hydraulischen Umschaltventils 22 gemäß der
Verschiebung der Spule 23 zur Zuführung und zum Ablassen von Öl zu und
von dem hydraulischen Zylinder 29 durch den ersten und den zweiten
hydraulischen Durchgangsweg 42 und 43 in der vorstehend angegebenen Weise
umgeschaltet wird, axial über den Kolben 41 verschoben, der in dem
hydraulischen Zylinder 29 befestigt ist, um so die Lenkbewegung der
Hinterräder zu bewirken.
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Mit der Verschiebung des Ausgangsstabs 16 wird die Schwenkverbindung b
zwischen dem ersten Verbindungsstab 17 und dem Ausgangsstab 16 von der
Stellung b&sub0; zu der Stellung b&sub1; in Fig. 4 verschoben. Wenn der erste
Verbindungsstab 17 in den Zustand gebracht ist, der durch eine
angedeutete Linie dargestellt ist, wird das Schwenkteil 20, das die
Zwischenbereiche des ersten und des zweiten Verbindungsstabs 17 und 21 miteinander
verbindet, verschoben oder von einer Stellung c&sub1; zu einer Stellung c&sub0;
in Fig. 4 zurückgeführt. Demzufolge wird die Verschiebung des
Schwenkteils 20, das den Zwischenbereich des ersten Verbindungsstabs 17 und den
Zwischenbereich des zweiten Verbindungsstabs 21 miteinander verbindet,
der ein Ende besitzt, das schwenkbar mit der Spule 23 verbunden ist,
null. Diese Verschiebungskorrektur, d. h. der Betrieb einer Bewegung des
Schwenkteils 20 von der Stellung c&sub0; zu der Stellung c&sub1; dann zurück zu
der Stellung c&sub0;, wird momentan mit einer axialen Verschiebung des
Eingangs- und Ausgangsstabs 10 und 16 bewirkt. Deshalb wird tatsächlich die
Verschiebung des Eingangsstabs 10 direkt auf den Ausgangsstab 16
übertragen, falls der erste Verbindungsstab 17 um das Schwenkteil 20, das an der
Stelle c&sub0; befestigt ist, von dem Zustand, der durch die durchgezogene
Linie in Fig. 4 dargestellt ist, zu dem Zustand, der in der angedeuteten
Linie dargestellt ist, gedreht wird, und die Hinterräder werden
entsprechend der Lenkbewegung der Vorderräder gelenkt.
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Demzufolge kann, da ein ausreichend großer Winkel auf die Hinterräder
gegeben werden kann, gerade wenn die Sicherheit in Betracht gezogen wird,
der Lenkradius des Fahrzeugs ausreichend verringert werden. Weiterhin
kann, da diese Ausführungsform den Bowdenzug als einen mechanischen
Verbindungsmechanismus zur Übertragung einer Bewegung von den Vorderrädern
auf die Hinterräder verwendet, der Mechanismus zur mechanischen
Verbindung der Zahnradstange 1 zur Lenkung der Vorderräder und der Eingangsstab
10 des Hinterrad-Lenkmechanismus 9 im wesentlichen frei angeordnet
werden, wodurch der Freiheitsgrad im Aufbau vergrößert wird. Der Bowdenzug 6
überträgt nur Verschiebungsbetragsdaten zwischen der Zahnradstange 1 und
dem Eingangsstab 10 und überträgt niemals eine Lenkkraft. Deshalb muß er
nicht eine besonders hohe Steifigkeit besitzen.
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Nun wird ein Fall eines Lenkens der Hinterräder unabhängig von den
Vorderrädern in Betracht gezogen. In diesem Fall führt eine Steuereinheit 47
ein Signal zu dem Schrittservomotor 45 gemäß Signalen von (nicht
dargestellten) Sensoren zur Ermittlung des Fahrzeugzustands und auch
Lenkzustandssignale von den Lenkwinkelsensoren 49a und 49b zu. Als Ergebnis
hiervon bewirkt der Schrittservomotor 45 eine Verschiebung einer
schwenkbaren Verbindung e zwischen der Mutter 44 und einem Ende des zweiten
Verbindungsstabs 21 von einer Stellung e&sub0; zu einer Stellung e&sub1; in
Fig. 5 über das Schraubengewinde 46 und die Mutter 44. Zu diesem
Zeitpunkt wird der zweite Verbindungsstab 21 um das Schwenkteil 20 von dem
Zustand, der durch die durchgezogene Linie in Fig. 5 dargestellt ist, zu
dem Zustand, der durch die angedeutete Linie dargestellt ist, gedreht,
wodurch eine Verschiebung der schwenkbaren Verbindung d zwischen dem
anderen Ende des zweiten Verbindungsstabs 21 und der Spule 23 von der
Stellung d&sub2; zu der Stellung d&sub3; bewirkt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird
die Spule 23 des hydraulischen Umschaltventils 22 in einer geeigneten
Richtung um einen geeigneten Abstand, der entsprechend der Richtung und
Größe einer äußeren Störung, die durch die Sensoren ermittelt wird,
verschoben.
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Mit dieser Verschiebung der Spule 23 werden die Durchlässe 26, 28, 32 und
33 des hydraulischen Umschaltventils 22 umgeschaltet, um das unter Druck
stehende Öl zu dem hydraulischen Zylinder 29 und von diesem über den
ersten und zweiten hydraulischen Durchgangsweg 42 und 43 zuzuführen,
wodurch der Ausgangsstab 16 in der axialen Richtung über den Kolben 41
verschoben wird.
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Als ein Ergebnis wird die schwenkbare Verbindung b zwischen dem
Ausgangsstab 16 und dem ersten Verbindungsstab 17, der sich an der Stellung b&sub2;
in Fig. 5 befunden hat, zu der Stellung b&sub3; verschoben, wodurch eine
darauffolgende Lenkbewegung der Hinterräder unabhängig irgendeiner
Verschiebung des Eingangsstabs 10 und demzufolge unabhängig von den
Vorderrädern ermöglicht wird.
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Wenn der Ausgangsstab 16 axial um einen Betrag verschoben ist, der für
eine geeignete Lenkbewegung der Hinterräder notwendig und ausreichend
ist, wird das Schwenkteil 20, das die Zwischenbereiche des ersten und
zweiten Verbindungsstabs 17 und 21 miteinander verbindet, von einer
Stellung c&sub2; zu der Stellung c&sub3; in Fig. 5 verschoben. Dann wird der zweite
Verbindungsstab 21 um die Stellung e&sub1; von der Stellung, die durch eine
unterbrochene Linie dargestellt ist, zu der Stellung, die durch eine
angedeutete Linie dargestellt ist, gedreht, um eine Verschiebung der
Schwenkverbindung d zwischen dem äußeren Ende des zweiten
Verbindungsstabs 21 und der Spule 23 von der Stellung d&sub3; zu der Stellung d&sub2; zu
bewirken. Demzufolge wird die stellungsmäßige Beziehung zwischen der
Spule 23 und dem Zylinder 24, die in Fig. 3 dargestellt worden ist
(wirklich wird die Spule 23 zu einer entgegengesetzten Richtung zu der
Bewegung der verschiedenen Bauteile zu Stellungen hin, wie dies in Fig. 5
dargestellt ist, umgeschaltet) zu der neutralen Stellung gebracht, die in
Fig. 2 dargestellt ist. Als Ergebnis wird die Zuführung und das Ablassen
des Fluids zu und von dem hydraulischen Zylinder 29 unterbrochen und der
Ausgangsstab 16 wird nicht weiter verschoben, wodurch der Lenkwinkel der
Hinterräder festgesetzt wird. Wenn die äußere Störung vorüber ist, wird
der Lenkwinkel der Hinterräder auf null durch die entgegengesetzten
Betriebsabläufe so verringert, wie dies vorstehend beschrieben ist.
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Da die Spule 23 durch einen kleinen Betrag über den Schrittservomotor 45
verschoben wird, besteht keine Möglichkeit eines großen Lenkwinkels für
die Hinterräder unabhängig der Bewegung des Lenkrads gerade dann, wenn
ein Fehler auftritt.
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Unter Bezugnahme auf Fig. 6, die eine zweite Ausführungsform darstellt,
steht eine Zahnstange 101 als Vorderradlenkteil mit einem Zahnrad bzw.
Ritzel 103 in Eingriff, das durch ein Lenkrad 102 gedreht wird. Durch
Betätigung des Lenkrads 102 wird die Zahnradstange 101 in die linke und
die rechte Richtung in Fig. 6 verschoben, um einen Lenkwinkel auf die
Vorderräder zu geben.
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Der Arm 104 ist an einem Ende der Zahnradstange 101 befestigt und besitzt
eine Durchgangsöffnung 105, die benachbart an sein freies Ende gebildet
ist. Ein Endbereich eines Drahts 107, der aus einem Bowdenzug 106
gebildet ist, durchdringt lose die Öffnung 105. Ein Paar Anschlagteile 108a
und 108b sind in enger, zueinander beabstandeten Beziehung miteinander an
dem vorstehend erwähnten Endbereich des Drahts 107 befestigt. Die
Bewegung der Zahnradstange 101 wird auf den Draht 107 nur dann übertragen,
wenn der Arm mit den Anschlagteilen 108a oder 108b in Eingriff steht.
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In einer neutralen Stellung des Lenkrads 102 (d. h. während das Fahrzeug
geradeaus läuft) ist der Arm 104 in der Mitte zwischen den Anschlagteilen
108a und 108b angeordnet, wodurch ein Spiel einer Länge l zwischen jeder
Seite von diesem und jedem der Anschlagteile 108a und 108b gebildet ist.
Deshalb wird, während die Verschiebung h der Zahnradstange 101 geringer
als das Spiel ist, das vorstehend angeführt ist (d. h. l > h), sie nicht
auf den Draht 107 übertragen, allerdings wenn sie das Spiel ( l < h)
überschreitet, wird sie auf den Draht 107 übertragen.
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Das andere Ende des Drahts 107 ist mit einem Ende (d. h. das linke Ende
in Fig. 6) des Eingangsstabs 110 eines Hinterrad-Lenkmechanismus 109
verbunden. Ein Paar Anschlagringe 111 ist in einer zueinander
beabstandeten Beziehung an einem Zwischenbereich des Eingangsstabs 110
vorgesehen. Gegenüberliegende Seiten der Anschlagringe 111 tragen innere Umfänge
eines Paars von Federrückhalteringen 112, zwischen denen eine Druckfeder
113 vorgesehen ist. Die äußeren Umfänge der Federrückhalteringe 112 sind
zu inneren Flanschen 115 eines Gehäuses 114 hin gerichtet, das an
gegenüberliegenden Enden gebildet ist. Das Gehäuse 114 ist an einem
Trägermaterial zum Tragen des Hinterrad-Lenkmechanismus 109 befestigt. Der
Eingangsstab 110 ist demzufolge in seiner neutralen Stellung gehalten, wie
dies dargestellt ist, ohne daß eine äußere Kraft ausgeübt wird (d. h.
ohne daß der Draht 107 gedrückt oder gezogen wird).
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Der Ausgangsstab 116 bildet zusammen mit dem Eingangsstab 110 den
Hinterrad-Lenkmechanismus 109. Der Stab 116 kann in der axialen Richtung (d. h.
zu der linken und rechten Richtung in Fig. 6) verschoben werden, um die
Hinterräder zu lenken. Der Eingangs- und der Ausgangsstab 110 und 116
erstrecken sich im wesentlichen parallel zueinander. Allerdings wird,
falls dies notwendig ist, einer von diesen Stäben (d. h. entweder Stab
110 oder 116) leicht schwenkbar an einer Fahrzeugkarosserie so gehalten,
daß er für eine Verschiebung relativ zu dem ersten Verbindungsstab 117
geeignet ist, wie dies später beschrieben wird. Weder Stab 110 noch 116
erfordert, daß er an der Fahrzeugkarosserie getragen wird, falls der
erste Verbindungsstab 117 eine ausreichende Steifigkeit besitzt, und er
ist auch dazu geeignet, sich leicht teleskopartig zu verschieben, oder
falls Schwenkverbindungen a und b jeweils zwischen jedem Ende des ersten
Verbindungsstabs 117 und jeden der Stäbe 110 und 116 in die Lage versetzt
wird, durch Verschiebung zwischen den Öffnungen 118 und Rollen 119 eine
leichte Verschiebung in axialer Richtung des ersten Verbindungsstabs 117
vorzunehmen.
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Ein zweiter Verbindungsstab 121 besitzt einen Zwischenbereich, der über
ein Schwenkteil 120 mit einem Zwischenbereich des ersten Verbindungsstabs
117 verbunden ist, der gegenüberliegende Enden besitzt, die schwenkbar
mit dem Eingangs- und Ausgangsstab 110 und 116 verbunden ist, wie dies
vorstehend angemerkt ist. Der zweite Verbindungsstab 121 besitzt ein
Ende, das schwenkbar mit einem Ende (d. h. dem linken Ende in Fig. 6)
einer Verschiebungsstange 122 verbunden ist, die für eine axiale
Verschiebung (d. h. zu der linken und rechten Richtung in Fig. 6) geeignet
ist.
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Die Verschiebungsstange 122 besitzt einen Verlängerungsstab 123, der sich
von dem anderen Ende vorstehend erstreckt. Federrückhalteringe 124 sind
an einem Schaftbereich und einem freien Endbereich des Verlängerungsstabs
123 derart befestigt, daß deren Innenflansche 126 der äußeren
Umfangsfläche eines Gehäuses 125 an einem Substratmaterial getragen werden, an
dem der Hinterrad-Lenkmechanismus 109 befestigt ist. Die inneren Flansche
126 sind an gegenüberliegenden, offenen Enden des Gehäuses 125 gebildet.
Eine Druckfeder 127 ist zwischen den Federrückhalteringen 124 vorgesehen,
um den Verschiebungsstab 122 in einer neutralen Stellung davon zu halten,
wie dies in Fig. 6 dargestellt ist, ohne daß irgendeine äußere Kraft
ausgeübt wird.
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Die neutrale Stellung der Verschiebungsstange 122 wird durch einen
Kontakt zwischen einem ersten Kontaktstück 128, das an einem Zwischenbereich
des Verschiebungsstabs 122 vorgesehen ist, und einem Vorsprung 129, der
an einer Seite des Stabs 122 vorgesehen ist, gebildet. Demzufolge bilden
das Kontaktstück 128 und der Vorsprung 129 einen Ein-Aus-Sensor, der dazu
geeignet ist, daß er nur auf "ein" geschaltet wird, wenn sich der
Verschiebungsstab in der neutralen Stellung befindet, um eine fehlersichere
Funktionsweise zu bilden. Die Ausdehnung und die Richtung der
Verschiebung des Verschiebungsstabs 122 werden durch Reibungskontakt zwischen
einem zweiten Kontaktstück 130, das an einem Zwischenbereich des
Verschiebungsstabs 122 gebildet ist, und einem Widerstand 131, der seitlich
des Stabs 122 angeordnet ist, ermittelt. Signale von einem
Verschiebungssensor, der durch das erste und das zweite Kontaktstück 128 und 130
gebildet wird, wird einer Steuereinheit 132 zugeführt, um eine Messung der
Verschiebung des Verschiebungsstabs 122 zu bilden und um auch eine
fehlersichere Funktionsweise zu erhalten.
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Andererseis sind Federrückhalteringe 133 und eine Druckfeder 134 an dem
Zwischenbereich des Ausgangsstabs 116 ähnlich den Ringen 124 und der
Feder 127 vorgesehen. Äußere Umfänge der Federrückhalteringe 133 sind zu
den Flanschen 135 hin gerichtet, die an dem inneren Umfang eines Gehäuses
148 gebildet sind, das an einem Substratmaterial benachbart zu
gegenüberliegenden,
offenen Enden des Gehäuses 148 getragen wird. Demzufolge wird
ohne das Vorhandensein einer äußeren Kraft, die auf ihn einwirkt, der
Ausgangsstab 116 in seiner neutralen Stellung gehalten und es wird kein
Lenkwinkel auf die Hinterräder gegeben.
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Ein Kugellagerschraubenmechanismus 136 ist an einem Ende (d. h. an dem
linken Ende in Fig. 6) des Ausgangsstabs 116 vorgesehen. Er umfaßt die
Mutter 137, die gedreht werden kann, um eine axiale Verschiebung des
Ausgangsstabs 116 zu bewirken. Ein angetriebenes Getriebezahnrad 138 ist
an der Mutter 137 befestigt, und es steht mit einem
Antriebsgetriebezahnrad 140 in Eingriff, das an der Ausgangswelle eines umkehrbaren
elektrischen Motors 139 gesichert ist. Der Betrag und die Richtung der axialen
Verschiebung des Ausgangsstabs 116 wird durch eine Steuerstromversorgung
zu dem elektrischen Motor 139 hin gesteuert.
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Der zweite Verbindungsstab 121, der schwenkbar an einem Ende mit einem
Ende des Verschiebungsstabs 122 verbunden ist und einen Zwischenbereich
besitzt, der über das Schwenkteil 120 mit einem Zwischenbereich des
ersten Verbindungsstabs 117 verbunden ist, ist, falls dies notwendig ist,
für eine geringe teleskopartige Bewegung aus denselben Gründen wie im
Fall des ersten Verbindungsstabs 117 geeignet. Eine Mutter 141 ist
schwenkbar an dem anderen Ende des zweiten Verbindungsstabs 121 gehalten.
In die Mutter 141 ist ein Schraubengewinde 143 eingeschraubt, das an dem
äußeren Umfang der Ausgangswelle des Schrittservomotors 142 gebildet ist,
der an einem stationären Teil der Fahrzeugkarosserie befestigt ist.
Demzufolge wird mit der Drehung des Schrittservomotors 142 der zweite
Verbindungsstab 121 um das Schwenkteil 120 verschwenkt, um eine axiale
Verschiebung des Verschiebungsstabs 122 zu bewirken.
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Der Schrittservomotor 142 wird in einer geeigneten Richtung um einen
geeigneten Winkel (Anzahl der Umdrehungen) gemäß einem Befehlssignal von
der Steuereinheit 132 gedreht.
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Die Steuereinheit 132 umfaßt einen Mikrocomputer, und zum Ermitteln des
Drehwinkels und der Winkelgeschwindigkeit des Lenkrads 102 nimmt er
zusätzlich zu Signalen von dem Verschiebungssensor, der durch das erste und
das zweite Kontaktstück 128 und 130 gebildet wird, Signale von zwei
Lenkwinkelsensoren 145a und 145b auf, die in der Nachbarschaft einer
Lenkradwelle 144 gebildet sind, von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 149 zur
Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit und von verschiedenen anderen
Sensoren zur Ermittlung mindestens eines Merkmals, das aus denjenigen
ausgewählt wird, die einen Einfluß auf den Lauf des Fahrzeugs haben, zum
Beispiel die Größe der Reaktionskraft, die in der Vorderrad-Lenkeinheit
erzeugt wird, eine Beschleunigung (G), die seitlich auf die
Fahrzeugkarosserie ausgeübt wird, und eine Beanspruchung, die darauf infolge von
Seitenwinden oder des Fahrens entlang einer Kurve ausgeübt werden, auf.
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Die Steuereinheit 132 bewirkt eine Drehung des Schrittservomotors 142 in
einer geeigneten Richtung um einen geeigneten Winkel (d. h. die Anzahl
der Umdrehungen) unabhängig des Antriebs des Elektromotors 139
entsprechend dem Laufstatus des Fahrzeugs, der aus den Signalen ermittelt wird,
die von den Sensoren, die vorstehend angeführt sind, zugeführt werden.
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Mit der Drehung des Schrittservomotors 142 wird die Mutter 141, die mit
dem Schraubengewinde 143 in Eingriff steht, axial verschoben, um zu
bewirken, daß sich der zweite Verbindungsstab 121, der an einem Ende mit
der Mutter 141 verbunden ist, um das Schwenkteil 120 schwenkt. Hierdurch
bewirkt der zweite Verbindungsstab 121 eine axiale Verschiebung des
Verschiebungsstabs 122.
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Die Bewegung des Schrittservomotors 142, wie vorstehend angegeben, wird
durch den Drehwinkelsensor 146, der direkt den Drehwinkel des
Schrittservomotors 142, und den Verschiebungssensor 147, der die axiale
Verschiebung der Mutter 141 ermittelt, ermittelt. Die Signale von beiden
Sensoren 146 und 147 werden der Steuereinheit 132 zugeführt.
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Das Vorsehen von zwei Lenkwinkelsensoren 145a und 145b und auch das
Vorsehen eines Drehwinkel- und auch das Vorsehen von Verschiebungssensoren
146 und 147 zur Ermittlung der Betriebsweise des Schrittservomotors 143
ist derart, um eine fehlersichere Funktionsweise zu schaffen, um eine
zuverlässige Steuerung gerade dann sicherzustellen, wenn ein Fehler in
irgendeinem der zwei ähnlichen Sensoren auftritt.
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Die Funktionsweise der Vierradlenkungsvorrichtung, die den Aufbau
besitzt, wie er in Fig. 6 dargestellt ist, wird nun in Verbindung mit der
Lenkung des Fahrzeugs beschrieben.
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Zuerst wird ein Fall in Betracht gezogen, bei dem die Vorder- und
Hinterräder in einer verriegelten Beziehung zueinander gelenkt werden, wie in
dem Fall eines Lenkens der Hinterräder in der entgegengesetzten Richtung
zu den Vorderrädern, um den Wenderadius des Fahrzeugs während eines
Niedriggeschwindigkeitslaufzustands zu verringern. Während der Drehwinkel
des Lenkrads 102 klein ist, stößt der Arm 104, der an dem Ende der
Zahnradstange 101 vorgesehen ist, weder an das Anschlagteil 108a noch an das
Teil 108b an und der Draht 107 wird weder gedrückt noch gezogen. Wenn das
Lenkrad 102 stark gedreht wird, um die Laufrichtung des Fahrzeugs so zu
ändern, daß die Verschiebung der Zahnradstange 101 vergrößert wird, stößt
der Arm 104 entweder an das Anschlagteil 108a oder das Teil 108b an, um
den Draht 107 zu drücken oder zu ziehen.
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Als Ergebnis hiervon wird der Eingangsstab 110 des
Hinterad-Lenkmechanismus 109 um einen Betrag l geringer als die Verschiebung der Zahnradstange
101 verschoben.
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Mit dieser Verschiebung des Eingangsstabs 110 in der axialen Richtung mit
der Betätigung des Lenkrads 102 wird eine Schwenkverbindung a zwischen
dem Eingangsstab 110 und einem Ende des ersten Verbindungsstabs 117 von
einer Stellung a&sub0; zu einer Stellung a&sub1; in Fig. 7 verschoben, worauf
der erste Verbindungsstab 117 dazu bewegt wird, sich um eine
Schwenkverbindung b zwischen ihm und dem Ausgangsstab 116 zu verschwenken.
Demzufolge wird der erste Verbindungsstab 117, der in einem Zustand war, der
durch die durchgezogene Linie in Fig. 7 dargestellt ist, zu einem Zustand
hin verschoben, der durch die angedeutete Linie dargestellt ist. Zu
diesem Zeitpunkt bewegt sich, da der Schrittservomotor 142 nicht mit Energie
versorgt wird und sich eine Schwenkverbindung e zwischen der Mutter 141
und dem zweiten Verbindungsstab 121 nicht bewegt, das Schwenkteil 120,
das die Zwischenbereiche des ersten und des zweiten Verbindungsteils 117
und 121 miteinander verbindet, von einer Stellung c&sub0; zu einer Stellung
c&sub1; in Fig. 7.
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Als Ergebnis hiervon wird eine Schwenkverbindung d zwischen dem zweiten
Verbindungsstab 121 und dem Verbindungsstab 122 von einer Stellung d&sub0;
zu einer Stellung d&sub1; in Fig. 7 verschoben, um ein Signal zu ändern, das
die Stellung des Verschiebungsstabs 122 darstellt, und es wird von dem
Verschiebungssensor, der durch den Widerstand 131 und einem zweiten
Kontaktstück 130 gebildet wird, zu der Steuereinheit 132 zugeführt.
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Es wird verständlich werden, daß zu dem Augenblick des Bewirkens einer
Verschiebung des Verschiebungsstabs 122 der Ausgangsstab 116 noch nicht
verschoben worden ist und die Schwenkverbindung b zwischen dem ersten
Verbindungsstab 117 und dem Ausgangsstab 116 an der Stellung b&sub0; in
Fig. 7 vorgefunden wird. Unmittelbar danach dreht allerdings die
Steuereinheit 132 den elektrischen Motor 139 in einer geeigneten Richtung und
in einem geeignten Umfang gemäß einem Signal, das die Stellung des
Verschiebungsstabs 122 darstellt, wodurch eine axiale Verschiebung des
Ausgangsstabs 116 durch den Kugelspindelmechanismus 136 bewirkt wird, der
durch das Antriebsgetriebezahnrad 140, das angetriebene Getriebezahnrad
138 und die Mutter 137 gebildet wird. Auf diese Weise werden die
Hinterräder gelenkt.
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Mit einer Verschiebung des Ausgangsstabs 116 wird die Schwenkverbindung b
zwischen dem ersten Verbindungsstab 117 und dem Ausgangsstab 116 von der
Stellung b&sub0; zu der Stellung b&sub1; in Fig. 7 verschoben. Wenn der erste
Verbindungsstab 117 zu dem Zustand gelangt, der durch eine angedeutete
Linie dargestellt ist, wird der schwenkbare Abschnitt 120, der die
Zwischenbereiche des ersten und des zweiten Verbindungsstabs 117 und 121
miteinander verbindet, verschoben oder von der Stellung c&sub1; zu der
Stellung c&sub0; zurückgeführt. Anders ausgedrückt wird die Verschiebung des
Schwenkteils 120, das den Zwischenbereich des ersten Verbindungsstabs 117
und den Zwischenbereich des zweiten Verbindungsstabs 121 miteinander
verbindet, der ein Ende besitzt, das mit dem Verschiebungsstab 122
verbunden ist, null.
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Diese Verschiebungskorrektur, d. h. der Vorgang einer Bewegung des
Schwenkteils 120 von der Stellung c&sub0; zu der Stellung c&sub1; und dann
zurück zu der Stellung c&sub0;, wird momentan mit einer axialen Verschiebung
des Eingangs- und Ausgangsstabs 110 und 116 bewirkt. Deshalb wird
tatsächlich die Verschiebung des Eingangsstabs 110 direkt auf den
Ausgangsstab 116 übertragen, falls der erste Verbindungsstab 117 um das
Schwenkteil 120 gedreht wird, das an der Stelle c&sub0; befestigt ist, von dem
Zustand, der durch die durchgezogene Linie in Fig. 7 dargestellt ist, zu
dem Zustand, der durch die angedeutete Linie dargestellt ist, und die
Hinterräder werden gemäß der Lenkung der Vorderräder gelenkt.
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Da demgemäß ein ausreichend großer Winkel auf die Hinterräder zu diesem
Zeitpunkt gegeben werden kann, insbesondere, wenn Sicherheitsaspekte in
Betracht gezogen werden, kann demzufolge ermöglicht werden, den
Wenderadius des Fahrzeugs ausreichend zu verringern. Weiterhin kann, da diese
Ausführungsform den Bowdenzug 106 als einen mechanischen
Verbindungsmechanismus zur Übertragung einer Änderung in der Orientierung der
Vorderräder zu den Hinterrädern verwendet, der Mechanismus zur mechanischen
Verbindung der Zahnradstange 1 zur Lenkung der Vorderräder und der
Eingangsstab 110 des Hinterrad-Lenkmechanismus 109 im wesentlichen frei
angeordnet werden, wodurch der Grad der Freiheit im Design vergrößert
wird. Der Bowdenzug 106 überträgt nur Verschiebungsdaten zwischen der
Zahnradstange 101 und der Eingangsstange 110 und überträgt niemals
Lenkkräfte. Deshalb erfordert er keine besonders hohe Steifigkeit.
-
Nun wird ein Fall einer Lenkung der Hinterräder unabhängig von den
Vorderrädern betrachtet. In diesem Fall führt eine Steuereinheit 132 ein
Signal zu dem Schrittservomotor 145 gemäß Signalen von (nicht
dargestellten) Sensoren zur Ermittlung des Fahrzeugzustands und auch
Lenkzustandsignale von den Lenkwinkelsensoren 145a und 145b zu. Als Ergebnis bewirkt
der Schrittservomotor 142 eine Verschiebung der Schwenkverbindung e
zwischen
der Mutter 141 und einem Ende des zweiten Verbindungsstabs 121 von
der Stellung e&sub0; zu der Stellung e&sub1; in Fig. 8 über das
Schraubengewinde 143 und die Mutter 141. Zu diesem Zeitpunkt wird der zweite
Verbindungsstab 121 um das Schwenkteil 120 von dem Zustand, der durch die
durchgezogene Linie in Fig. 8 dargestellt ist, zu dem Zustand, der durch
die angedeutete Linie dargestellt ist, um eine Verschiebung der
Schwenkverbindung d zwischen dem anderen Ende des zweiten Verbindungsstabs 121
und dem Verschiebungsstab 122 von der Stellung d&sub2; zu der Stellung d&sub3;
zu bewirken, gedreht. Zu diesem Zeitpunkt wird der Verschiebungsstab 122
in einer geeigneten Richtung um einen geeigneten Abstand gemäß der
Richtung und der Größe einer äußeren Störung, die durch Sensoren ermittelt
wird, verschoben.
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Die Verschiebung des Verschiebungsstabs 122 ändert ein Signal, das die
Stellung des Verschiebungsstabs 122 darstellt, und es wird von dem
Verschiebungssensor, der durch den Widerstand 131 und das zweite
Kontaktstück 130 gebildet wird, zu der Steuereinheit 132 zugeführt.
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Gemäß diesem Signal dreht die Steuereinheit 132 den elektrischen Motor
139 in einer geeigneten Richtung und um einen geeigneten Betrag, wodurch
eine axiale Verschiebung des Ausgangsstabs 116 durch den
Kugelspindelmechanismus 136 bewirkt wird, der durch das Antriebsgetriebezahnrad 140
und das angetriebene Getriebezahnrad 138 und die Mutter 137 gebildet wird.
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Als Ergebnis hiervon wird die Schwenkverbindung b zwischen dem
Ausgangsstab 116 und dem ersten Verbindungsstab 117, der an einer Stellung b&sub2;
in Fig. 8 vorhanden war, zu der Stellung b&sub3; verschoben, wodurch eine
darauffolgende Lenkung der Hinterräder unabhängig irgendeiner
Verschiebung des Eingangsstabs 110 und demzufolge unabhängig von den Vorderrädern
bewirkt wird.
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Wenn der Ausgangsstab 116 axial um einen Betrag verschoben wird, der für
eine geeignete Lenkung der Hinterräder notwendig und ausreichend ist,
wird das Schwenkteil 120, durch das die Zwischenbereiche des ersten und
des zweiten Verbindungsstabs 117 und 121 miteinander verbunden sind, von
der Stellung c&sub2; zu der Stellung c&sub3; in Fig. 8 verschoben, und der
zweite Verbindungsstab 121 wird um die Stellung e&sub1; von der Stellung,
die durch die unterbrochene Linie dargestellt ist, zu der Stellung, die
durch die angedeutete Linie dargestellt ist, gedreht, um die
Schwenkverbindung d zwischen dem anderen Ende des zweiten Verbindungsstabs 121 und
dem Verschiebungsstab 122 von der Stellung d&sub3; zu der Stellung d&sub2; zu
verschieben.
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Demzufolge nimmt der Verschiebungsstab 122 eine neutrale Stellung an, wie
dies in Fig. 6 dargestellt ist. Die Steuereinheit 132 hält demzufolge den
elektrischen Motor 139 an, um die Verschiebung des Ausgangsstabs 116 zu
unterbrechen, wodurch der Lenkwinkel der Hinterräder eingestellt oder
festgelegt wird. Wenn die äußere Störung vorüber ist, wird der Lenkwinkel
der Hinterräder auf null durch die umgekehrte Folge der Betriebsvorgänge
zu denjenigen, wie dies vorstehend beschrieben ist, verringert. Während
dieser Zeit verbleibt die Schwenkverbindung a zwischen dem Eingangsstab
110 und dem ersten Verbindungsstab 117 stationär (ohne daß das Lenkrad
102 gedreht wird).
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Weiterhin ist, da der Verschiebungsstab 122 um einen kleinen Betrag durch
den Schrittservomotor 142 verschoben wird, keine Möglichkeit eines großen
Lenkwinkels zu den Hinterrädern hin unabhängig der Bewegung des Lenkrads,
gerade dann, wenn ein Fehler auftritt, gegeben.
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Wie in dem Vorstehenden beschrieben worden ist, wird mit der
dargestellten Vierradlenkungsvorrichtung der Lenkwinkel der Hinterräder in einer
miteinander verriegelten Beziehung zu der Lenkung der Vorderräder erhöht,
während er unabhängig von der Lenkung der Vorderräder verringert wird.
Demzufolge können die Hinterräder, während es möglich ist, den
Wenderadius des Fahrzeugs unter einem sichergestellten Sicherheitszustand zu
verringern, in dem Fall, wenn eine unerwartete äußere Störung vorgefunden
wird, in ausgeklügelter Weise gelenkt werden, um die Sicherheit des
Fahrzeugs sicherzustellen.
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Es wird verständlich werden, daß, während in den zwei beschriebenen
Ausführungsformen
der Spiel-Mechanismus 4, 8; 104; 108 zwischen einem Ende
des Verbindungsteils 6, 106 und dem Vorderrad-Lenkteil 1, 101 vorgesehen
ist, er alternativ zwischen einem Ende des Verbindungsteils und dem
Eingangsteil 10, 110 des Hinterrad-Lenkmechanismus oder in einem
Zwischenteil des Verbindungsteils vorgesehen werden kann.