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Hintergrund der Erfindung
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lenkung von Fahrzeugradern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Fahrzeug rädern.
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Stand der Technik
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Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung
JP 2007 - 8285 A offenbart eine Lenkvorrichtung, bei der die Fahrzeugkarosserie und der Radaufhängungs-Abschnitt auf einer Seite durch ein Armpaar aus vorderen und hinteren Armen, die sich verlängern und verkürzen können, miteinander verbunden sind, wobei die Längen der vorderen und hinteren Arme gegebenenfalls verändert werden, um eine virtuelle Achsschenkelbolzenachse zu variieren. Des Weiteren offenbart die veröffentlichte japanische Patentanmeldung
JP H06 - 255 527 A ebenfalls eine mit der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang stehende Technik.
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Eine Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus
DE 21 21 262 A1 bekannt.
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Ein unabhängiger Antrieb von rechten und linken Armmechanismen ist aus
JP 2004-168092 A und
DE 10 2006 020 487 A1 bekannt.
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Im Fall der oben beschriebenen Lenkvorrichtung kann mitunter während einer Kurvenfahrt keine ausreichende Armlänge erreicht werden, was es unmöglich macht, einen großen Lenkwinkel sicherzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung sieht eine Fahrzeuglenkvorrichtung vor, die unter Bereitstellung einer variablen virtuellen Achsschenkelbolzenachse einen größerenLenkwinkel als der Stand der Technik gewährleistet. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine Fahrzeuglenkvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1.
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Eine Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist zwischen einer Fahrzeugkarosserie und jeweiligen Radaufhängungs-Abschnitten angeordnete linke und rechte Armmechanismen und Arm-Antriebseinrichtungen zum voneinander unabhängigen Antreiben der linken und der rechten Armmechanismen auf. Jeder der linken und rechten Armmechanismen weist einen vorderen Arm und einen hinteren Arm auf. Ein Ende des vorderen Arms ist an einem radseitigen vorderen Verbindungspunkt drehbar mit dem Radaufhängungs-Abschnitt, und das andere Ende ist an einem karosserieseitigen vorderen Verbindungspunkt drehbar mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Ebenso ist ein Ende des hinteren Arms an einem radseitigen hinteren Verbindungspunkt drehbar mit dem Radaufhängungs-Abschnitt, und das andere Ende ist an einem karosserieseitigen hinteren Verbindungspunkt drehbar mit der Fahrzeugkarosserie verbunden Der radseitige vordere Verbindungspunkt und der radseitige hintere Verbindungspunkt sind in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandet und der karosserieseitige vordere Verbindungspunkt und der karosserieseitige hintere Verbindungspunkt sind in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandet. Der vordere Arm und der hintere Arm weisen jeweils eine Vielzahl von Verbindungsgliedern auf. Von diesen sind benachbarte Verbindungsglieder an einem dazwischenliegenden Verbindungspunkt drehbar miteinander verbunden. Die Arm-Antriebseinrichtungen treiben den linken und den rechten Armmechanismus so an, dass die Winkel der Verbindungsglieder um den karosserieseitigen vorderen Verbindungspunkt, den karosserieseitigen hinteren Verbindungspunkt, die dazwischenliegenden Verbindungspunkte, den radseitigen vorderen Verbindungspunkt und den radseitigen hinteren Verbindungspunkt eindeutig bestimmt sind.
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Bei der Fahrzeuglenkvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Antreiben der Verbindungsglieder der einzelnen Armmechanismen durch die Arm-Antriebseinrichtungen zur Veränderung der Winkel der einzelnen Verbindungsglieder die Veränderung der Position und des Winkels des Radaufhängungs-Abschnitts, um während der Einstellung eines geforderten Lenkwinkels des Rads die virtuelle Achsschenkelbolzenachse veränderbar zu machen. Da jeder der vorderen und hinteren Arme so montiert ist, dass eine Vielzahl an Verbindungsgliedern drehbar an dem dazwischenliegenden Verbindungspunkt verbunden sind, kann der Abstand zwischen dem karosserieseitigen Verbindungspunkt und dem radseitigen Verbindungspunkt im Vergleich zu dem Fall, bei dem jeder der vorderen und hinteren Arme aus einem einzelnen Verbindungsglied besteht, über einen größeren Bereich eingestellt werden. Dadurch wird es ermöglicht, einen größeren Lenkwinkel als der Stand der Technik bereit zu stellen.
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Die Arm-Antriebseinrichtung weist eine Anzahl an Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen auf, die gleich der Anzahl ist, die man erhält, wenn man von der Gesamtanzahl des karosserieseitigen vorderen Verbindungspunkts, des karosserieseitigen hinteren Verbindungspunkts, des dazwischenliegenden Verbindungspunkts, des radseitigen vorderen Verbindungspunkts und des radseitigen hinteren Verbindungspunkts in jedem der linken und rechten Armmechanismen drei subtrahiert. Die Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen stehen jeweils mit einer Anzahl an Verbindungspunkten in Verbindung, die gleich der Anzahl der Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen ist und aus dem karosserieseitigen vorderen Verbindungspunkt, dem karosserieseitigen hinteren Verbindungspunkt, dem dazwischenliegenden Verbindungspunkt, dem radseitigen vorderen Verbindungspunkt und dem radseitigen hinteren Verbindungspunkt ausgewählt werden. Die Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen treiben die Verbindungsglieder um entsprechende Verbindungspunkte drehend an, um den Winkel der Verbindungsglieder festzulegen. Jeder der vorderen und hinteren Arme weist mindestens zwei Verbindungsglieder auf. Beispielsweise bildet für den Fall, dass jeder der vorderen und hinteren Arme zwei Verbindungsglieder aufweist, jeder Armmechanismus einen Verbindungsgliedmechanismus mit insgesamt sechs Verbindungspunkten einschließlich einem Paar karosserieseitiger Verbindungspunkte, einem Paar radseitiger Verbindungspunkte und einem Paar dazwischen liegender Verbindungspunkte. Da der Abstand zwischen den radseitigen Verbindungspunkten als ein einzelnes Verbindungsglied angesehen werden kann und der Abstand zwischen den karosserieseitigen Verbindungspunkten als ein einzelnes Verbindungsglied angesehen werden kann, das an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, ist die Lage der verbleibenden drei Verbindungspunkte ebenfalls eindeutig festgelegt, wenn die Winkel der Verbindungsglieder um eine Anzahl an Verbindungspunkten, die der Gesamtanzahl an Verbindungspunkten minus drei entspricht, festgelegt sind. Daher ist es möglich, die virtuelle Achsschenkelbolzenachse des Rades während der Bereitstellung eines geforderten Lenkwinkels am Rad durch Betätigen des Armmechanismus veränderbar zu machen.
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Die Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen können jeweils einen Servomotor aufweisen. Die Winkel der Verbindungsglieder können einfach festgelegt werden, indem die Verbindungsglieder von den Servomotoren drehend um die Verbindungspunkte herum angetrieben werden. Weiterhin werden, wenn die Winkel der Verbindungsglieder durch die Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen festgelegt werden, die Winkel der Verbindungsglieder an den anderen drei Verbindungspunkte, ebenfalls eindeutig festgelegt, weshalb eine aktive Steuerung der Positionen dieser Verbindungspunkte nicht notwendig ist. Als Folge davon, dass die Winkel der Verbindungsglieder um die ausgewählten Verbindungspunkte durch die Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen festgelegt werden, können daher die Winkel der Verbindungsglieder um die nicht ausgewählten Verbindungspunkte festgelegt werden, mit denen die Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen nicht verbunden sind. Dies minimiert die Anzahl an für den Betrieb der Armmechanismen erforderlichen Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen, wodurch eine verringerte Vorrichtungsgröße und eine vereinfachte Steuerung erreicht werden. Weiterhin kann der vordere Arm durch die Vielzahl an Verbindungsgliedern, die in Reihe miteinander verbunden sind, eine Verbindung zwischen dem karosserieseitigen vorderen Verbindungspunkt und dem radseitigen vorderen Verbindungspunkt bilden, der hintere Arm kann durch die Vielzahl an Verbindungsgliedern, die in Reihe miteinander verbunden sind, eine Verbindung zwischen dem karosserieseitigen hinteren Verbindungspunkt und dem radseitigen hinteren Verbindungspunkt bilden, und aus der Vielzahl an Verbindungsgliedern können einander benachbarte Verbindungsglieder an dem dazwischenliegenden Verbindungspunkt drehbar miteinander verbunden sein.
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Figurenliste
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Die oben angeführten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Figuren, wobei für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet werden. Dabei zeigen:
- 1 eine Ansicht, in der ein Zustand einer Lenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, während ein Fahrzeug geradeaus fährt;
- 2 eine Ansicht, in der dargestellt ist, wie eine Linkskurve durchgeführt wird, wenn eine virtuelle Achsschenkelbolzenachse jeweils an das vordere bzw. hintere Ende des Vorderrades gelegt wird;
- 3 eine Ansicht, in der dargestellt ist, wie eine Linkskurve durchgeführt wird, wenn eine virtuelle Achsschenkelbolzenachse für das Rad auf der Kurveninnenseite in die Mitte des Vorderrades gelegt wird und eine virtuelle Achsschenkelbolzenachse für das Rad auf der Kurvenaußenseite an das vordere Ende des Vorderrades gelegt wird;
- 4 ein Blockdiagramm, in dem der schematische Aufbau des Steuersystems der in 1 gezeigten Lenkvorrichtung dargestellt ist;
- 5 ein Ablaufdiagramm, in dem ein Lenksteuerungsablauf dargestellt ist, der von dem in 4 gezeigten Steuersystem durchgeführt wird; und
- 6 eine Ansicht, in der ein konkretes Beispiel der in 1 gezeigten Lenkvorrichtung dargestellt ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt einen Zustand einer Lenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, während ein Fahrzeug geradeaus fährt. In den beigefügten Figuren sind Bezugszeichen, die einzelne Komponenten bezeichnen, mit den Suffixen L und R versehen, um zwischen links und rechts zu unterscheiden. Diese Suffixe können in der folgenden Beschreibung jedoch auch mitunter weggelassen werden, wenn eine Unterscheidung zwischen links und rechts nicht notwendig ist. Eine Lenkvorrichtung 1 in 1 steuert linke und rechte Vorderräder 2L, 2R eines Personenkraftwagens. Die Vorderräder 2L, 2R sind jeweils an Radaufhängungs-Abschnitten 3L, 3R angebracht Die Radaufhängungs-Abschnitte 3L, 3R sind Montageteile, welche als Drehzentrum der Vorderräder 2L, 2R dienende Spindeln 4L, 4R aufweisen. Alternativ kann der Radaufhängungs-Abschnitt 3 ein Radnabenmotor sein, wobei in diesem Fall die Ausgangswelle des Radnabenmotors die Spindel 4 darstellt.
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Die Lenkvorrichtung 1 weist linke und rechte Armmechanismen 5L, 5R auf, die jeweils entsprechend den linken und rechten Radaufhängungs-Abschnitten 3 vorgesehen sind. Die Armmechanismen 5L, 5R sind symmetrisch zu der Fahrzeug-Längsmittelachse CL. Der linke Armmechanismus 5L weist ein Armpaar aus einem vorderen Arm 7L und einem hinteren Arm 8L auf, die in Fahrzeuglängsrichtung (senkrechte Richtung in 1) angeordnet sind. Der vordere Arm 7L weist ein inneres Verbindungsglied 10L und ein äußeres Verbindungsglied 11L auf. Die jeweiligen Verbindungsglieder sind an einem ihrer Enden an einem dazwischenliegenden Verbindungspunkt Mf drehbar miteinander verbunden. Der hintere Arm 8L weist ein inneres Verbindungsglied 12L und ein äußeres Verbindungsglied 13L auf. Die jeweiligen Verbindungsglieder sind an einem ihrer Enden an einem dazwischenliegenden Verbindungspunkt Mr drehbar miteinander verbunden. Die anderen Enden der inneren Verbindungsglieder 10L, 12L sind jeweils an karosserieseitigen Verbindungspunkten Bf, Br drehbar mit einem Armbefestigungsabschnitt 14, der einen Teil der Fahrzeugkarosserie bildet, verbunden. Die karosserieseitigen Verbindungspunkte Bf, Br sind in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet, wobei ihre Position bezüglich der Fahrzeugkarosserie festgelegt ist. Die anderen Enden der äußeren Verbindungsglieder 11L, 13L sind jeweils an radseitigen Verbindungspunkten Wf, Wr drehbar mit dem Radaufhängungs-Abschnitt 3L verbunden. Die radseitigen Verbindungspunkte Wf, Wr sind in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet. Das heißt, der vordere Arm 7L und der hintere Arm 8L weisen jeweils eine Vielzahl von Verbindungsgliedern 10L, 11L und 12L, 13L auf, die von den karosserieseitigen Verbindungspunkten Bf, Br über die dazwischenliegenden Verbindungspunkte Mf, Mr zu den radseitigen Verbindungspunkten Wf, Wr in Reihe miteinander verbunden sind. Der vordere Arm 7L und der hintere Arm 8L sind in Längsrichtung zu einer Achsmittellinie AX symmetrisch. Die Achsmittellinie AX ist eine Verbindungslinie in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Spindeln 4L, 4R, wenn die Vorderräder 2L, 2R gerade nach vorne zeigen. Bei dieser Ausführungsform weisen die Verbindungsglieder 10L, 11L, 12L und 13L eine feste Länge auf.
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Der rechte Armmechanismus 5R weist ebenfalls ein Armpaar aus einem vorderen Arm 7R und einem hinteren Arm 8R auf, die in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind. Der vordere Arm 7R weist ein inneres Verbindungsglied 10R und eine äußeres Verbindungsglied 11R auf. Die jeweiligen Verbindungsglieder sind an einem ihrer Enden an einem dazwischenliegenden Verbindungspunkt Mf drehbar miteinander verbunden. Der hintere Arm 8R weist ein inneres Verbindungsglied 12R und ein äußeres Verbindungsglied 13R auf. Die jeweiligen Verbindungsglieder sind an einem ihrer Enden an einem dazwischenliegenden Verbindungspunkt Mr drehbar miteinander verbunden. Die anderen Enden der inneren Verbindungsglieder 10R, 12R sind jeweils an karosserieseitigen Verbindungspunkten Bf, Br drehbar mit dem Armbefestigungsabschnitt 14 verbunden. Die karosserieseitigen Verbindungspunkte Bf, Br sind in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet, wobei ihre Position bezüglich der Fahrzeugkarosserie festgelegt ist. Die anderen Enden der äußeren Verbindungsglieder 11R, 13R sind jeweils an radseitigen Verbindungspunkten Wf, Wr drehbar mit dem Radaufhängungs-Abschnitt 3R verbunden. Die radseitigen Verbindungspunkte Wf, Wr sind in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet. Das heißt, der vordere Arm 7R und der hintere Arm 8R weisen jeweils eine Vielzahl von Verbindungsgliedern 10R, 11R und 12R, 13R auf, die von den karosserieseitigen Verbindungspunkten Bf, Br über die dazwischenliegenden Verbindungspunkte Mf, Mr zu den radseitigen Verbindungspunkten Wf, Wr in Reihe miteinander verbunden sind. Der vordere Arm 7R und der hintere Arm 8R sind in Längsrichtung zu der Achsmittellinie AX symmetrisch. Bei dieser Ausführungsform weisen die Verbindungsglieder 10R, 11R, 12R und 13R eine feste Länge auf.
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Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, ist jeder Armmechanismus 5 ein sechsgliedriger Verbindungsgliedmechanismus, der sechs Verbindungsglied-Elemente, das heißt den Radaufhängungs-Abschnitt 3, die Verbindungsglieder 10 bis 13 und den Armbefestigungsabschnitt 14 an sechs Verbindungspunkten Bf, Mf, Wf, Wr, Mr und Br drehbar miteinander verbindet. Die Lenkvorrichtung 1 weist zum voneinander unabhängigen Antreiben der Armmechanismen 5L, 5R eine Arm-Antriebseinheit 20 als eine Arm-Antriebsvorrichtung auf. Die Arm-Antriebseinheit 20 weist einen ersten Servomotor 21, einen zweiten Servomotor 22 und einen dritten Servomotor 23 auf, die für jeden Armmechanismus als Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen für die Verbindungsglieder 10, 12 und 13 vorgesehen sind, um diese anzutreiben und um deren Winkel festzulegen. Der erste Servomotor 21 treibt das innere Verbindungsglied 10 in Bezug auf den Armbefestigungsabschnitt 14 um den Verbindungspunkt Bf drehend an und der zweite Servomotor 22 treibt das innere Verbindungsglied 12 in Bezug auf den Armbefestigungsabschnitt 14 um den Verbindungspunkt Br drehend an. Der dritte Servomotor 23 treibt das äußere Verbindungsglied 13 in Bezug auf das innere Verbindungsglied 12 des hinteren Arms 8 um den Verbindungspunkt Mr drehend an. Die Positionen der fünf Verbindungspunkte Bf, Br, Mf, Mr, und Wr sind eindeutig festgelegt, da die Winkel der Verbindungsglieder 10, 12 und 13 durch die Servomotoren 21 bis 23 eindeutig festgelegt sind. In Folge dessen ist die Position des einen verbleibenden Verbindungspunkts Wf ebenfalls eindeutig bestimmt. Das heißt, in jedem Armmechanismus 5 wird eine virtuelle Achsschenkelbolzenachse Kp des Vorderrades 2 und die Schrägstellung (Lenkwinkel) des Radaufhängungs-Abschnitts 3 bezüglich der Längsmittelachse CL durch Einstellen der Winkel der Verbindungsglieder 10, 12 und 13 durch die Servomotoren 21 bis 23 eindeutig bestimmt.
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In einem Zustand, bei dem die Verbindungsglieder 10 bis 13 von jedem Armmechanismus 5 durch die Servomotoren 21 bis 23 zu einem größtmöglichen Grad zusammengeklappt sind, zeigen die Vorderräder 2L, 2R geradeaus. In diesem Geradeaus-Zustand sind die Arme 10 bis 13 der Armmechanismen 5L, 5R in Querrichtung symmetrisch, wobei in jedem Armmechanismus 5 die radseitigen Verbindungspunkte Wf, Wr in Längsrichtung ausgerichtet sind. Die Abstände von der Längsmittelachse CL des Fahrzeugs zu den Mittellinien AL, AR der Vorderräder 2L, 2R sind zueinander gleich.
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2 zeigt ein Beispiel des Zustands der Lenkvorrichtung 1 während einer Linkskurve. In diesem Beispiel wird das linke Vorderrad 2L um die an seinem hinteren Ende und auf der Mittellinie AL liegende virtuelle Achsschenkelbolzenachse KpL herum gelenkt und das rechte Vorderrad 2R um die an seinem vorderen Ende und auf der Mittellinie AR liegende virtuelle Achsschenkelbolzenachse KpR herum gelenkt. Nachfolgend wird der Betrieb der Servomotoren 21 bis 23 beim Lenken des Fahrzeugs aus dem Geradeaus-Zustand in 1 in den Zustand in 2 beschrieben. Zunächst wird, bezüglich des linken Armmechanismus 5L, der erste Servomotor 21L angetrieben, um das Verbindungsglied 10L entgegen dem Uhrzeigersinn um den Verbindungspunkt Bf zu drehen, der zweite Servomotor 22L angetrieben, um das Verbindungsglied 12L im Uhrzeigersinn um den Verbindungspunkt Br zu drehen und der dritte Servomotor 23L angetrieben, um das Verbindungsglieds 13L entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, und zwar soweit, dass die Länge des vorderen Arms (der Abstand zwischen den Verbindungspunkten Bf, Wf) im Wesentlichen maximal wird. Anderseits wird, bezüglich des rechten Armmechanismus 5R, der erste Servomotor 21R angetrieben, um das Verbindungsglied 10R im Uhrzeigersinn um den Verbindungspunkt Bf zur drehen, der zweite Servomotor 22R angetrieben, um das Verbindungsglied 12R entgegen dem Uhrzeigersinn um den Verbindungspunkt Br zu drehen und der dritte Servomotor 23R angetrieben, um das Verbindungsglied 13R im Uhrzeigersinn zu drehen, und zwar soweit, dass der Länge des hinteren Arms (der Abstand zwischen den Verbindungspunkten Br, Wr) im Wesentlichen maximal wird.
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2 zeigt ein anschauliches Beispiel der Lenkung des Vorderrades 2. Bei der Lenkvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform kann die virtuelle Achsschenkelbolzenachse Kp nicht nur an das vordere Ende des Vorderrades 2, sondern durch geeignetes Antreiben der Servomotoren 21 bis 23 von jedem Armmechanismus 5 an eine beliebige Position gelegt werden. Wie in 3 gezeigt wird, ist es zum Beispiel möglich, bei dem zu dem kurveninneren Rad werdenden linken Vorderrad 2L die virtuelle Achsschenkelbolzenachse KpL in die Mitte seiner Bodenkontaktfläche zu legen und das Vorderrad 2L um diese virtuelle Achsschenkelbolzenachse KpL herum zu lenken. Andererseits ist es ist es möglich, bei dem zum kurvenäußeren Rad werdenden rechten Vorderrad 2R die virtuelle Achsschenkelbolzenachse KpR in die selbe Position zu legen wie in 2 und das Vorderrad 2R um diese virtuelle Achsschenkelbolzenachse KpR herum zu lenken. Daher kann bei der Lenkvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform die virtuelle Achsschenkelbolzenachse Kp an eine dem Beladungszustand des Fahrzeugs, der Gewichtsverteilung in Längsrichtung, der Fahrzeuggeschwindigkeit, den Straßenverhältnissen und dergleichen entsprechende optimale Position gelegt werden. Eine denkbare Möglichkeit der Positionierung der virtuellen Achsschenkelbolzenachse Kp ist es, die virtuelle Achsschenkelbolzenachse Kp so zu legen wie in 2 dargestellt, wenn zum Beispiel ein großer Lenkwinkel erforderlich ist. Alternativ dazu kann in Situationen, bei denen das Lenkmoment des Vorderrades 2 groß wird, wie beispielsweise beim Lenken im Stillstand auf einem Parkplatz, das Lenkmoment minimiert werden, indem die virtuelle Achsschenkelbolzenachse Kp im Wesentlichen in die Mitte der Radaufstandsfläche des Vorderrades 2 gelegt wird, wie bei dem linken Vorderrad 2L in 3.
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Weiterhin kann, wie aus dem Beispiel in 3 ersichtlich wird, bei dieser Ausführungsform der rechte und linke Armmechanismus 5L, 5R voneinander unabhängig angetrieben werden. Es ist daher auch möglich, Einstellungen nach dem Ackermann-Gesetz vorzunehmen. Das Ackermann-Gesetz bezieht sich auf das Verhältnis zwischen dem linken und dem rechten Lenkwinkel während einer Kurvenfahrt. Alternativ dazu kann durch die Anwendung der Lenkvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform an den Vorder- und Hinterrädern eine Vierrad-Lenkungsfunktion einfach realisiert werden.
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Weiterhin ermöglicht die Lenkvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform auch die Veränderung der Spurbreite zwischen den Vorderrädern 2L, 2R. Das heißt, durch Antreiben der Servomotoren 21 bis 23 auf eine solche Weise, dass die Verbindungspunkte Wf, Wr gleichermaßen in Richtung entlang der Achsmittellinie AX verschoben werden, kann die Spurbreite, wie durch die imaginäre Linie (doppelt gestrichelte Linie) in 1 angedeutet wird, verbreitert werden, oder die vergrößerte Spurbreite kann, ohne Veränderung des Lenkwinkels des Vorderrades 2, wieder verringert werden. Dies ermöglicht die Realisierung einer der Fahrsituation entsprechenden Spurbreitenveränderung, wie zum Beispiel durch Verkleinern der Spurbreite während der Fahrt auf einer gewöhnlichen Straße oder in einem Stadtgebiet oder durch Vergrößern der Spurbreite während der Fahrt auf einer Autobahn, um die Stabilität des Fahrzeugs zu erhöhen.
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An den Verbindungspunkten Bf, Br, Mf, Mr, Wf und Wr der Verbindungsglieder 10 bis 13 kann das verbindende Bauteil so ausgelegt sein, dass eine Drehung der Arme 7 und 8 um die vertikale Achse des Fahrzeugs möglich ist. Es sollte jedoch beachtet werden, dass durch eine Verbindung der Verbindungsglieder durch Buchsen, kugelförmige Lager oder dergleichen eine Drehung der Arme 7 und 8 in Bezug auf den Radaufhängungs-Abschnitt 3 oder den Armbefestigungsabschnitt 14 um die horizontale Achse zu einem gewissen Grad zugelassen werden kann. Eine vertikale Bewegungen der Vorderräder 2L, 2R in Bezug zu der Fahrzeugkarosserie kann ermöglicht werden, indem die Arme 7 und 8 in Bezug auf den Radaufhängungs-Abschnitt 3 oder den Armbefestigungsabschnitt 14 vertikal verschiebbar gestaltet werden. In diesem Fall kann eine Feder oder ein Dämpfer zwischen den Armen 7 und 8 und der Fahrzeugkarosserie vorgesehen sein, um die Arme als Aufhängung fungieren zu lassen. Das Vorderrad 2 kann ebenfalls durch eine von der Lenkvorrichtung 1 getrennte Aufhängungsvorrichtung abgestützt werden, so dass die Lenkvorrichtung 1 ausschließlich für den Lenkantrieb des Vorderrads 2 zuständig ist.
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Im Folgenden wird ein an der Lenkvorrichtung 1 vorgesehenes Steuersystem beschrieben, das ein Zusammenwirken der Arme 7 und 8 und einer Betätigung eines (nicht dargestellten) Lenkelements (üblicherweise ein Lenkrad) des Fahrzeugs bewirkt. 4 ist ein Blockdiagramm des Steuersystems. Das Steuersystem der Lenkvorrichtung weist eine Lenksteuerung 30 (im Folgenden als „Steuerung“ abgekürzt) auf, d.h. eine Lenksteuereinrichtung zur Steuerung der Bewegungen der Servomotoren 21 bis 23 entsprechend der Bedienung des Lenkelements. Die Steuerung 30 ist als Computereinheit ausgebildet. Die Steuerung steht mit den oben beschriebenen rechten und linken Servomotoren 21 bis 23 in Verbindung, die ihre Ansteuerungsobjekte darstellen. Die Steuerung steht mit einer Zustandserfassungsvorrichtung 31 in Verbindung, welche mehrere Zustände erfasst, die bei der Steuerung der Servomotoren 21 bis 23 berücksichtigt werden müssen. Die Zustandserfassungsvorrichtung 31 weist einen Lenkwinkelsensor 32 auf, der einen von der neutralen Position (Geradeausfahrt-Position) abweichenden Betätigungswinkel (Lenkbetätigungswinkel) des Lenkelements erfasst. Der hierbei verwendete Ausdruck Lenkbetätigungswinkel umfasst dabei Informationen, die eine Erkennung der Richtung der Betätigung des Lenkelements aus der neutralen Position heraus ermöglichen. Zusätzlich zu dem Lenkwinkelsensor 32 kann die Zustandserfassungsvorrichtung 31 weiterhin mehrere Sensoren wie zum Beispiel einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 33 und einen Drehratensensor 34 aufweisen, welche Parameter erfassen, die den Bewegungszustand des Fahrzeugs erkennen lassen (im Folgenden als Fahrzeug-Bewegungsparameter bezeichnet). Als Fahrzeug-Bewegungsparameter können außer der Fahrzeuggeschwindigkeit oder der Drehrate gegebenenfalls auch der Fahrzeugkarosserie-Schräglaufwinkel, die Querbeschleunigung oder dergleichen bezeichnet werden. Weiterhin kann die Zustandserfassungsvorrichtung 31 einen Sensor, der die Achslast an den vorderen und hinteren Rädern erfasst, oder einen Sensor, der den Zustand der Straßenoberfläche erfasst, aufweisen. Die Zustandserfassungsvorrichtung 31 kann nicht nur Sensoren, sondern zum Beispiel auch Eingabeeinrichtungen für Eingaben des Fahrers des Fahrzeugs aufweisen.
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5 ist ein Ablaufdiagramm, in dem ein Lenksteuerungsablauf dargestellt ist, der von der Steuerung 30 durchgeführt wird, um das Vorderrad 2 zu lenken. Bei diesem Ablauf wird zuerst in Schritt S11 basierend auf dem Ausgangssignal des Lenkwinkelsensors 32 bestimmt, ob das Lenkelement betätigt wurde oder nicht. Wenn keine Lenkbewegung durchgeführt wurde, wird der Vorgang abgebrochen, wohingegen der Vorgang mit dem nächsten Schritt S12 fortgesetzt wird, wenn eine Lenkbewegung durchgeführt wurde. In Schritt S12 wird der Zustand, in den das Fahrzeug gebracht wird, unter Bezugnahme auf ein Ausgabesignal der Zustandserfassungsvorrichtung 31 erfasst. Im nächsten Schritt S13 werden die dem erfassten Zustand entsprechenden Positionen der virtuellen Achsschenkelbolzenachsen KpL, KpR bestimmt. Der Vorgang in Schritt S13 kann zum Beispiel durch die Einteilung der durch die Zustandserfassungsvorrichtung 31 erfassten Zuständen in verschiedene Typen realisiert werden, wobei die optimalen virtuellen Achsschenkelbolzenachsen Kp für die einzelnen Typen im Voraus durch Computersimulationen oder ähnlichem berechnet, Datentabellen dieser Zusammenhänge erstellt und die Datentabellen in dem Festwertspeicher (ROM) der Steuerung 30 gespeichert werden.
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Nachdem die Position der virtuellen Achsschenkelbolzenachsen Kp in Schritt S13 bestimmt ist, wird der Lenkbetätigungswinkel des Lenkelements in Schritt S14 erfasst. Im folgenden Schritt S15 werden die dem Lenkbetätigungswinkel entsprechenden Lenkwinkel für die jeweiligen Vorderräder 2L, 2R bestimmt. Im Weiteren werden in Schritt S16 Antriebsvorgaben für die jeweiligen Servomotoren 21 bis 23 auf der Basis der Position der virtuellen Achsschenkelbolzenachsen Kp und der Lenkwinkel bestimmt. Die Servomotoren werden im Schritt S17 entsprechend der bestimmten Antriebsvorgaben angetrieben. Daraufhin wird der Vorgang auf Schritt S11 zurückgesetzt und im Anschluss derselbe Vorgang wiederholt.
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In dem oben unter Bezug auf 5 beschriebenen Fall werden die Lenkwinkel der Vorderräder 2L, 2R gesteuert, während die Position der virtuellen Achsschenkelbolzenachsen Kp entsprechend der Betätigung des Lenkelements gesteuert werden. Der Fahrer kann jedoch für den Fall, dass zum Beispiel die Spurbreite wie oben beschrieben veränderbar gestaltet wird, dazu gebracht werden, einen Fahrmodus auszuwählen, und die Servomotoren 21 bis 23 können auf eine Weise gesteuert werden, dass entsprechend der getroffenen Auswahl eine optimale Spurbreite eingestellt wird.
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Obwohl in den oben beschriebenen Ausführungsformen die Verbindungsglieder 10 bis 13 alle als gerade beschrieben wurden, ist die tatsächliche Form der Verbindungsglieder 10 bis 13 nicht auf eine solche einfache Form beschränkt. Ein genaueres Beispiel der in 1 gezeigten Lenkvorrichtung 1 ist in 6 dargestellt. 6 zeigt nur den linken Armmechanismus 5L, wobei der rechte Armmechanismus 5R symmetrisch zu dem linken Armmechanismus 5L ist. In dem in 6 gezeigten Fall ist das Verbindungsglied 12L des hinteren Arms 8L als ein L-förmig gebogenes Bauteil ausgebildet. In diesem Fall entspricht das Liniensegment, welches den Verbindungspunkt Br mit dem Verbindungspunkt Mr verbindet, dem Verbindungsglied 12L in 1.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in verschiedenen Ausführungsformen umgesetzt werden. Zum Beispiel können, was die Positionen der Servomotoren 21 bis 23 betrifft, die Servomotoren 21 bis 23 an den radseitigen Verbindungspunkten Wf, Wr und anderen Verbindungspunkten angeordnet werden. Das heißt, es genügt, dass die Servomotoren 21 bis 23 mit drei aus sechs Verbindungspunkten in Verbindung stehen. Es ist eine Konfiguration möglich, bei der jeder der vorderen Arme 7 und der hinteren Arme 8 drei oder mehrere Verbindungsglieder aufweist, wobei die Verbindungsglieder in Reihe angeordnet sind und benachbarte Verbindungsglieder an dem Verbindungspunkt (dem dazwischenliegenden Verbindungspunkt) drehbar miteinander verbunden sind. Selbst wenn die Anzahl der Verbindungsglieder erhöht wird, sind die Winkel zwischen den Verbindungsgliedern an den verbleibenden drei anderen Verbindungspunkte eindeutig festgelegt, wenn die Winkel der Verbindungsglieder an einer Gesamtanzahl an Verbindungspunkten minus drei Verbindungspunkten festgelegt sind. Es ist jedoch auch möglich, eine Verbindungsglied-Antriebseinrichtung an zumindest einem der drei verbleibenden Verbindungspunkte anzuordnen und die Bewegungen der einzelnen Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen auf eine solche Weise zu steuern, dass sichergestellt ist, dass zwischen Winkeln der Verbindungsglieder von dieser Verbindungsglied-Antriebseinrichtung und den Verbindungsglied-Antriebseinrichtungen an anderen Verbindungspunkten keine Unstimmigkeit besteht. Die zu verwendende Verbindungsglied-Antriebseinrichtung ist nicht auf einen Servomotor beschränkt. Es können auch verschiedene andere Arten von Stellantrieben oder Antriebsvorrichtungen verwendet werden, die ein Verbindungsglied zur Festlegung seines Winkels um einen Verbindungspunkt drehend antreiben können. Ebenso kann eine Verbindungsglied-Antriebseinrichtung einer Art vorgesehen sein, welche die Drehbewegung eines der Servomotoren auf einen anderen Verbindungspunkt durch einen Bewegungsübertragungsmechanismus wie zum Beispiel einem Zahnradgetriebe überträgt, um dadurch den Winkel zwischen den Verbindungsgliedern an diesem Verbindungspunkt zu ändern. Weiterhin kann zumindest einer der Verbindungsglieder ein direkter Stellantrieb sein, der sich verlängern und verkürzen kann.
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In vertikaler Richtung des Fahrzeugs können mehrere Sätze der oben beschriebenen Lenkvorrichtungen vorgesehen sein, wobei die Armmechanismen in den einzelnen Sätzen voneinander unabhängig angetrieben werden können. In diesem Fall können die Positionen der radseitigen Verbindungspunkte Wf, Wr in einzelnen Sätzen voneinander unabhängig eingestellt werden, so dass die virtuelle Achsschenkelbolzenachse zur Veränderung des Sturzwinkels, des Nachlaufwinkels und des Spurwinkels dreidimensional verfahren werden kann. In diesem Fall werden sphärische Lager, Buchsen oder dergleichen für einzelne Verbindungspunkte verwendet, so dass Verbindungsglieder auf eine Weise verbunden sind, die ihre relative Drehung in dreidimensionaler Richtung um die Verbindungspunkte zulässt.
