DE3145618A1 - Verfahren und system zur lenkung eines radfahrzeuges - Google Patents
Verfahren und system zur lenkung eines radfahrzeugesInfo
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Description
» Λ
ο · 4
Verfahren und System zur Lenkung eines Radfahrzeuges
Beschreibung ' ■
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum
Lenken eines Radfahrzeugs und insbesondere ein Verfahren und ein System zum Lenken eines Radfahrzeugs mit einem
Paar lenkbarer Straßenhinterräder und einem Paar lenkbarer Straßenvorderrräder sowie einem Lenkrad, wobei der Winkel
über den das Paar steuerbarer Straßenhinterräder ausgelenkt wird zur Steuerung einer auf letzteres Paar ausgeübten
Kraft in einer funktioneilen Beziehung-zu demjenigen Winkel
steht, un: den das Paar steuerbarer. Straßenvorderräder ausgelenkt
wird. '
. ■
Bei gewöhnlichen Kraftfahrzeugen sind entweder nur die Vorderräder oder die Hinterräder lenkbar. Bei einigen. Fahrzeugen
evrfa solchen mit außerordentlich großem Radabstand
werden auch zwei oder mehr Räderpaare gelenkt. Diese Paare von steuerbaren Straßenrädern sind miteinander mechanisch
oder über hydraulische Kreise gekoppelt. Ein Räderpaar wird durch menschlichen Eingriff ausgelenkt, während ein anderes
um einen Winkel gelenkt wird, der proportional zu dem Auslenkwinkel des ersten Radpaares ist. Bei niedrigen Geschwindigkeiten
ist dieser Winkel entgegengesetzt gerichtet zum Winkel der ersten Räder. Wenn die Geschwindigkeit ansteigt,
dann verringert sich der Winkel, bis sein Vorzeichen rr.it demjenigen des ersten Räderpaares übereinstimmt
Ein Fahrzeug, das mit derartigen Räderpaaren ausgestattet
ist, kann bei niedriger Geschwindigkeit um eine s'charfe
Kurve fahren, v/o wenig Platz zur Steuerung des Fahrzeugs vorhanden ist.
Wenn ein derartiges Fahrzeug eine Kurve fährt, dann unter-
liegt es nicht nur einer Ausscherbewegung,' sondern auch
einem seitlichen Abrutschen um eine vertikale Achse, die durch den Schwerpunkt des Fahrzeugs verläuft. Aufgrund
dieses seitlichen Abrutschens beim Kurvenfahren des Fahrzeugs
kann das Fahrzeug seinen .Fahrweg nicht in einer Richtung tangential zum Kurvenkreis einhalten, so daß der
Fahrzeuglenker nicht die vollständige Kontrolle über die Richtung hat, in die das Fahrzeug fährt.
.Da ferner-die von dem Fahrzeuglenker wahrgenommene Seitenbeschleunigung
des Fahrzeugs nicht mit der zentrifugalen Beschleunigung des-.eine Kurve fahrenden Fahrzeugs übereinstimmt,
ist der Fahrzeuglenker gezwungen, das Fahrzeug unter äußerster. Anspannung zu fahren. .
1.5 ' Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile
zu eliminieren j die "sich bisher bei einem Fahrzeug mit zwei
oder mehreren lenk- oder steuerbaren StraßenräderDaaren ergeben haben. . . . .
20. Gemäß diesem Verfahren jedoch verringert sich bei steigender
Fahrzeuggeschwindigkeit der Ausscherratenfaktor, de-
j finiert als Ausscherrate dividier-t durch den Vorderradlenk-
- winkel. Wenn das Fahrzeug in .-einer. ' Ebene mit einer Geschwindigkeit
V Cm/sec) fährt, dann kann die theoretische Be-•25·
ziehung zwischen der Ausscherrate r (Bogeneinheiten7s.ee)
! . und dem Radius.des Kurvenkreises R (m) geschrieben werden
Ri V/r.
Erhöht sich somit die Fahrzeuggeschwindigkeit ohne' daß sich
die Ausscherrate erhöht, dann kann der Radius des Kurven-• Λ.'-eises nie'r.t konstant gehalten werden, sondern er neig1:
dazu, größer zu wenden, d.h. es ergeben sich offensichtliche
'.'.■■.'zerste.uerungseigenschaf ten. ""."■■" " .
\*i Zj . . ■ _ ·
Aus dem Obigeri "ergibt sich ohne weiteres, daß, wenn die
Hinterräder so gelenkt oder gesteuert werden, daß der seitliche
Abrutschwinkel klein gemacht -wirdi, bei ansteigender
Fahrzeuggeschwindigkeit sich eine hohe, schädliche Unter*-
steuerung entwickelt. Es sei nun der Fall betrachtet, bei dem Fahrzeuge mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch
eine Kurve einer Schnellstraße fahren. Während der Fahrer durch Steuern mit einem konstanten Lenkwinkel durch die
Kurve in einen Kreisbogen mit konstantem Radius fahren will, ergibt sich die unerwünschte Situation, daß sich bei allmählich
erhöhender Geschwindigkeit die Hinterräder in Aus.-richtung mit den Vorderrädern bewegen, so daß der Radius
des Kurvenkreises größer wird. Wenn die Geschwindigkeit
beim Bremsen während des Kurvenfahrens abfällt und der konstante Lenkwinkel· aufrechterhalten wird, dann schwenken
sich die Hinterräder, so daß sie gegenüber den Vorderrädern anders ausgerichtet sind, so daß sich ein unerwünschter
Zustand ergibt, der als "tack-in" bekannt ist, bei dem das Fahrzeug bezüglich der Fahrtrichtung falsch ausgerichtet
ist. Die Erfindung befaßt sich auch mit der Vermeidung dieser Nachteile und ähnlicher Phänomene.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird'ein Verfahren zum"
Steuern oder Lenken eines Radfahrzeugs angegeben, das ein Paar steuerbarer Hinterräder, ein Paar steuerbarer Vorderräder
und ein Lenkrad zur Steuerung einer auf-das Paar der Vorderräder angewandten Lenk- oder Steuerkraft aufweist,
wobei das Hinterräderpaar um einen Winkel </*r ausgelenkt
wird, der im Verhältnis k zu dem Winkel cff steht^ um
den das Vorderräderpaar ausgelenkt wird, wobei das' Verhält-■
nis k gegeben ist durch ■ . ' ·
(A- B.V2)/(C - D.V2)
wobei V die festgestellte Fahrgeschwindigkeit und A, B,- C
und D vorbestimmte Parameter sind und wobei /f gegeben ist
durch
e. <TfD/(1 + k)
3 H 56
wobei <ίΐρ. derjenige Winkel ist, um den das Lenkrad gedreht
wird, und e eine. Konstante darstellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auch ein System zum
Lenken eines Radfahrzeugs angegeben, das ein Paar steuerbare Hinterräder.und ein Paar steuerbare Vorderräder sowie
ein Lenkrad zur Steuerung einer an das Vorderradpaar angelegten
-Lenkkraft aufweist. Das System.besitzt eine Steuer-".
einheit,'die .auf die Signale anspricht, welche die Fahr-10.
zeuggeschwindigkeit V und den Lenkwinkel off von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor bzw..einem Lenkradwinkel-'
sensor darstellen, um ein Hinterradsteuersignal· zu erzeugen,
welches . den Winkel <fv darstellt, um den das Hinterräderpaar
zu lenken, ist, wobei der Winkel cfv gegeben ist
durch (ff/k, worin iff der Winkel ist um den das Vorderräder
2 2 paar gelenkt wird, und wobei k gleich (A - B.V )/(C -. D.V )
ist, wobei A, B, C und D vorbestimmte Parameter sind.
Die Steuereinheit erzeugt ferner ein Vorderradsteuersignal· gemäß der. Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Lenkwinkel· zur
Darstellung des Winkel· -cTf, um.den. das Vorderräderpaar auszul·enken
ist, wobei der .Winkel· cff 'gegeben ist durch
. e' . cffD7(1 + k) - "■·■■:■- :
·. ' ....... ■:■■-. i . .,:/-■-- ,--.-
■ ' worin e eine Konstante und cff^. der. Winkel· ist, um den das
Lenkrad gedreht wird. Das System besitzt· einen hinteren
Servomechanismus, der auf das HinteTrädersteuersignai anspricht,
"um das. Hinterräderpaar auf den Winkel· cfr auszulenken sov?ie" einen vorderen ServOmechanismus,, der auf das
· -- . '
Vorderräders.teuersignal anspricht, um das- Vorderräderp.aar
.auf den V.'iakel· cTf -auszulenken. ■>
■■-.... .-. .
Die Aufgaben, Merkmale- und Vorteile der--vorliegenden Erfin-
a± dung werden .deutlicher aus-der nachfolgenden Beschreibung
eines.bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeiehr:.;rfgen.
Es zeigen: " ■ - .;·''-
• \
■3U5618
Fig. 1 ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Lenksystems in Anwendung auf Vierradfahrzeuge,
Fig. 2 ein Schema des Systems nach Fig. 1,
Fig. 3 eine geometrische Darstellung einer Seite eines
■ Vierradfahrzeugs zur Veranschaulichung von Parametern, wie sie bei der Lenkung des Fahrzeugs berücksichtigt werden,
■ Vierradfahrzeugs zur Veranschaulichung von Parametern, wie sie bei der Lenkung des Fahrzeugs berücksichtigt werden,
Fig. 4 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Fahr-■
zeuggeschwindigkeit und dem Verhältnis zwischen . dem'Vorderradlenkwinkel und dem Hinterradlenk-"
winkel'veranschaulicht, und
winkel'veranschaulicht, und
Fig. 5 einen Graphen zur Veranschaulichung· der Beziehung
zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit 'und .dem Ausscherratenfaktor.
"20 ■·"--"'■
"20 ■·"--"'■
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Aüsführungsform
eines Lenksystems gemäß der Erfindung. Das "System umfaßt ■
einen Motor 1, der über ein Riemengetriebe 2 eine Ölpumpe 3 antreibt, über die hydraulisches öl von einem Behälter
über Versorgungsleitungen 5 und 6 zu einem Überlastventil 7 und dann zu einen elektromagnetisch betätigten hinteren
Servoventil 8 über-Versorgungsleitungen 9 und 10 pumpt.
Hydraulisches Öl wird ferner von dem Ventil 8 über eine
Versorgungsleitung 11 oder 12 entweder in die rechte oder
Hydraulisches Öl wird ferner von dem Ventil 8 über eine
Versorgungsleitung 11 oder 12 entweder in die rechte oder
on ' .
linke Kammer einer hydraulischen Hinterradbetätigungsvorrichtung
13 in. Form einer Kolben- und Zylinderanordnung
gefördert. Ein Akkumulator 14, der mit der Leitung 9 ver-■ "binden ist, dient dazu, einen konstanten Öldruck von dem Überlastventil 7 (unloading valve) durch die "Akkumulator-Ölversorgungsleitung 9 aufrechtzuerhalten. Das hydraulische Öl von dem Servoventil 3 kehrt über eine Rückführleitung 15 zum Behälter -4 zurück. Eine elektrische Steuerein-
gefördert. Ein Akkumulator 14, der mit der Leitung 9 ver-■ "binden ist, dient dazu, einen konstanten Öldruck von dem Überlastventil 7 (unloading valve) durch die "Akkumulator-Ölversorgungsleitung 9 aufrechtzuerhalten. Das hydraulische Öl von dem Servoventil 3 kehrt über eine Rückführleitung 15 zum Behälter -4 zurück. Eine elektrische Steuerein-
heit 16 empfängt Eingangssignale von einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor
17, der im Getriebe 18 untergebracht ist, und von einem Lenkrad-Lenkwinkel-Sensor 19, der in
der Säule 20 des Lenkrades 21 angeordnet ist, und berechnet und erzeugt ein rückwärtiges Lenkwinkel-Steuersignal
or, das das Servoventil 8 über einen hinteren Servorverstärker
22 antreibt. Ein hinterer Verstellungssensor 23, der mit der Betätigungsvorrichtung 13 verbunden sein kann,
fühlt den "Lenkwinkel der Hinterräder 24, 25 ab, die über
10" ein Hi'nterradlenkgestänge 26 durch die Betätigungsvorrichtung
-13 betätigt, werden, und ist elektrisch zurückgeführt
an den Eingang des Servoverstärkers 22, um an diesen ein Rückkopplungssignal anzulegen, das den Lenkwinkel angibt.
•15 Eine hydraulische Vorderradbetätigungsvorrichtung 27 in
Form einer -Kolben- und Zylinderanordnung ähnlich derjenigen
de.r hydraulischen Hinterradbetätigungsvorrichtung 1'3 dient zur Verstellung eines Vorderradlenkgestänges 28. Ein Vor-
·" derrad-Lenkservoventil 29, das die Zuführung von hydrau- ·
'iischem öl zu der rechten und linken Kammer der Betätigungsvorrichtung
27 über Leitungen 30 und 31 steuert, ist . mit den Versorgpngsleitungen 9 und 3-2 für das hydraulische
Öl verbünden. Das hydraulische Öl von' dem-Servoventil -29
kehrt üb-er eine Leitung 32' und die^ Leitung 15 zum Behälter
4 zurück. Das Servoventil 29 dient somit der Zuführung von
Öl entweder zur linken oder rechten Kammer der Betätigungsvorrichtung
27 zur Lenkung der Vorderräder 33 und 34.
Ein vorderer Servoverstärker 35, der das Vorderrad-Lenk-
^O servoventil 29 steuert, empfängt ein Vorderrad-Lenkwinkelsignal
</~f -von der Steuereinheit 16.. Ein vorderer Verstel- .
lungssensor 36>
der den Vorderradlenkwinkel· abfüllt, ist
■-■■·; >:-./ :\y^:-j. alisehen Vorderradbetätigungsvorriahtung 27
.angebracht, wodurch ein Positionssteuersystem mit geschlos-V°
sener -Schleife gebildet wird, indem 'das. Ausgangssignal· von
: * 3U5613
dem Verstellungssensor 36 zum Eingang des Servoverstärkero
35 zurückgeführt wird.
Es sei angenommen, daß dar Einfluß des· Abrollwinkels.des
eine Kurve fahrenden" Fahrzeugs vernachlässigbar ist und ' · daß der Einfluß der Differenz des gefederten Gewichtes
auf den radial außenliegenden und den radial innenliegenden Rädern ebenfalls vernachläss-igbar ist. Das Fahrzeug
kann somit als ein Vierradfahrzeug mit zwei Freiheitsgraden angesehen werden mit einer Ausscherbewegung um eine
vertikale Achse und einer seitlichen Abrutschbewegung senkrecht zur Achse der Kurvenbewegung des'Fahrzeugs.
In Fig. 3 bedeuten:
. . ' ■ ■ · '
. . ' ■ ■ · '
/6 : Der Radstand des Fahrzeugs·; .
Pa: die Mittelachse der Vorderradachse; Pb: die Mittelachse der Hinterradachse;
Pg: den Schwerpunkt des Fahrzeugs, der der Einfachheit halber als längs der Achse des Radstandes angeordnet
' gezeigt ist;
a : Abstand der Mittelachse der Vorderachse Pa vom Schwer-,
punkt Pg des Fahrzeugs;
2g- b : der Abstand der Mittelachse der Hinterachse Pb vom
Schwerpunkt Pg.des Fahrzeugs;
Ct: Mittelpunkt der Drehung des eine Kurve fahrenden - Fahrzeugs;
Cf: Seitenführungsleistung des Vorderrades;
Cr: Seitenführungsleistung des Hinterrades;
yf: Seitenführungskraft des Straßenvorderrades;
-yr: Seitenführungskraft des Straßenhintcrr-iu l;;
Y : Ausscherrate des Fahrzeugs;
Y : Seitliche Versetzung des Schwerpunkts Pg des Fahrzeugs;
(Xfr Abrutschwinkel"des Straßenvorderrades in bezug auf
die Längsrichtung (Vorder/Hinterrichtung) des- Fahrig
.
zeugs;
Oir: Abgleitwinkel des Straßenhinterrades·bezüglich der
Längsrichtung des Fahrzeuga;
• ß : seitlicher .Abgleitwinkel des Fahrzeugs im Schwerpunkt
· Pg bezüglich der Längsrichtung des Fahrzeugs; Cfr:" Hinterradlenkwinke], um den das Hinterrad gelenkt wird;
cff: Vorderradlenkwinkel, um den das Vorderrad gelenkt
• ' wird.
Es sei nun angenommen, daß das Hinterrad des betrachteten
■ - Fahrzeugs um den Winkel gelenkt wird, der das k-f-ache
des Lenkwinkels cT'f- beträgt, um den das Vorderrad gelenkt
•wird; somit ergeben sich folgende Gleichungen für die Bewegung
des Fahrzeugs:
2
. m(^-£ + V-γ) = Yf. + YJE./ und
. m(^-£ + V-γ) = Yf. + YJE./ und
dt ""--'· Gleichung (1 )
_ = a·Yl - b-ΥΓ,
— dt —
·
·
worin M die gesamte gefederte Masse1" des Fahrzeugs, V die
Fahrzeuggeschwindigkeit und Iz das Winkelträgheitsmoment des Fahrzeugs bedeuten, das um eine, feste vertikale Achse
go mit einer Rate γ ausschert und wobei gilt
vf '= -Cf'.-af = -Cf-(^/V + —y "6_f), und
35" YL = -Cl-al = -C_r(||/V - -ψ- + J<· Sf) .
3145613
Wird zu diesem Zeitpunkt angenommen, daß das Fahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit eine Kurve fährt, dann ist
2 2 '
d y/dt = 0 und dy"/
ben werden kann als
2 2
d y/dt = 0 und dy"/dt = 0, so daß Gleichung 1 umgeschrie-
d y/dt = 0 und dy"/dt = 0, so daß Gleichung 1 umgeschrie-
Μ·ν·γ = Yf. + Y£
Gleichung(3) a-Yf = b-Υχ
; Für den seitlichen Abgleitwinkel ergibt die Lösung dieser Gleichungen unter Beachtung der Beziehung p>
= -rir/V
•Mb - a-JO/V2 - M(a/Cr + b-ji/Cf.)
g - . .—— —— '
δ J-
• 9.2/V2 --M(a/Cr. - b/cI)
Um den seitlichen Abgleitwinkelβ im Sinne der Erfindung zu
eliminieren, ist es notwendig, daß folgende Beziehung gilt:
_=o
■
Ist diese Beziehung erfüllt, dann wird das Hinter-/Vorder-Lenkwinkelverhältnis
k des Winkels,um den das Hinterrad zu lenken ist, zu dem Winkel <f ΐ, um den das Vorderrad· gelenkt
wird, gegeben durch
- ■ .
t>.& - M«V (ja/C_r)
Ji = ö '■— Gleiohung(4)
a'l + M-V (b/Cf)
Es zeigt sich somit, daß der seitliche Abgleitwinkel β des
eine Kurve fahrenden Fahrzeugs auf Null reduziert werden kann, wer.r. das Hinterrad um einen Winkel gelenkt wird, ■
der durch das Verhältnis k gemäß Gleichung ^ bestimmt wird Der Winkel, um den das Hinterrad auszulenken ist, wird
ausgedrückt durch
or a k'5f
Gleichung(5)
Aus den Gleichungen 4 und 5 ist ersichtlich, daß das Hinter-/Vorder-Lenkwinkelverhältnis
k und somit der Winkel cfr, um den das Hinterrad zu lenken ist, feststeht, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit V die gesamte gefederte Masse des Fahrzeugs der Vorderradlenkwinkel cTf und die Abstände
a und b des Schwerpunkt Pg des Fahrzeugs und der Mittelachsen Pa und Pa der Vorder- und Hinterradachsen bekannt
sind! Die gefederte Masse M des "Fahrzeugs verändert sich
mit dem Eigengewicht des Fahrzeugs, der Zuladung, dem Abstand a zwischen dem Schwerpunkt Pg und der Mittelachse
Pa der Vord.erradachse sowie dem Abstand b zwischen dem Schwerpunkt Pg und der Mittelachse Pb der Hinterradachse.
Änderungen, in der gesamten gefederten Masse M des Fahrzeugs ' sind je"doch praktisch vernachlässigbar im Vergleich zu
Änderungen in der Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Vorder-
■ ' radlenkwinkel cTf. Aus diesem Grunde kann die gesamte
gefederte Masse .M des Fahrzeugs als praktisch konstant für ein Fahrzeug eines gegebenen Herstellungstyps angenommen
werden und zwar mit. einem konstanten Wert, der diesem Fahrzeug entspricht.
Besitzt nun die ges.amte gefederte Masse M des Fahrzeugs
einen derartigen vorgegebenen Wert, dann kann der seitliche Abg-leitwinkel ]2>
des Fahrzeugs gemäß dem Modell in . ° Fig. 3 eliminiert werden, wenn das Verhältnis k zwischen
dem Voderrad-. und Hinterrad—Lenkwinkel· c/"f und cfr mit der
'Fahrzeuggeschwindigkeit V gemäß einer vorbestimmten funktioneilen Beziehung verändert wird, die beispielsweise wie
durch die" Kurve F in Fig. 4 dargestellt, -festgelegt werden
, ' .
kann.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird die Fahrzeuggeschwindig;-t:eit·
V-cüräh. den Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 17 und der-Vorderradlenkwinkel
</*f durch den vorderen Lenkwinkelsensor
19 bestimmt. -Andererseits kann der Abstand a zwischen dem
:. .:. y..:. 3U5618
■ ι. Schwerpunkt Pg und der Mittelachse,Pa der Vorderradachse
auf der Basis der beiden gefederten Massen des Fahrzeugs bestimmt werden, die von den Vorderrädern 33 und 3^ 'ge- ·.
tragen werden und die durch nicht gezeigte vordere Sensoren für die gefederten Massen bestimmt werden. In gleicher
Weise.läßt sich der Abstand b zwischen dem Schwerpunkt Pg
und der Mittelachse der Hinterradachse auf der Basis der gefederten Massen des Fahrzeugs.bestimmen, die von den
Hinterrädern 24 und 25 getragen werden und die durch nicht
gezeigte hintere Sensoren für die gefederten Massen bestimmt werden. Wenn in diesem Falle jede der durch die
vorderen Sensoren für die gefederten Massen festgestellte gefederte Masse mit Mf und jede von den hinteren Sensoren.
für die gefederten Massen festgestellte gefederte Masse mit Mr bezeichnet wird, dann lassen sich die Abstände a
und b durch die gefederten Massen Mf und Mr ausdrücken als
a = % χ Mjr/M und b = I χ Mf/M. Gleichung.(6)
Die Steuereinheit 16 der Anordnung gemäß den Fig. 1 und hat bereits entsprechende Werte für die gesamte gefederte
Masse M und den Radabstand JL des Fahrzeugs gespeichert. Die Abstände a und b werden somit in der Steuereinheit 16
gemäß Gleichung 6 auf der Basis der gefederten Masse Mf - dargestellt durch die beiden Signale von den vorderen
Sensoren für die gefederten Massen - und der gefederten Masse Mr - dargestellt durch die beiden Signale der hinteren
Sensoren für die gefederten Massen - berechnet. Die · . Speichereinheit 16 speichert ferner dar Werte der Seitenführungsleistungen
Cf und Cr (cornering powers) der Vorderrad- und Hinterradreifen und berechnet das Hinter-^/Order-Lenkv.'inkelverhältnis
k gemäß der Gleichung U auf der Basis der so berechneten Abstände a und b und der Fahrzeuggeschwindigkeit
V dargestellt durch das Signal vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 17. Falls erwünscht, kann die
■*>
Steuereinheit 16 derart aufgebaut sein, daß.sie das Hinter-/Vorder-Lenkwinkelverhältnis
k auf der Basis der Abstände a und b und einem geeigneten konstanten Parameter
berechnet.
■ Das so berechnete Hinter-ZVorder-Lenkwinkelverhältnis k
wird multipliziert mit dem Vorderradlenkwinkelcff, dargestellt
durch das der Steuereinheit 16 von dem vorderen
■ Lenkwinkelsensor 19 zugeführten Signal. Auf diese Weise
erzeugt die Steuereinheit 16 ein Ausgangssignal entsprechend dem Produkt aus dem berechneten Hinter-/Vorder-Lenkwinkelverhältnis
k und dem festgestellten Vorderradlenkwinkeld~f
und gemäß dem Winkel (fr, um den die beiden Hinterräder 24
■ und 25 zu lenken sind. Das von der Steuereinheit 16 abge-1-5
gebene Signal wird mit dem Signal vom hinteren Lenkwinkelsensor 23 verglichen und korrigiert, wenn ein Fehler zwischen
dem gewünschten Hinterradlenkwinkel t/V. und dem festgestellten
Hinterradlenkwinkel, dargestellt durch das Signal,von dem Sensor 23 besteht.
Unter der Annahme, daß b.X = A, M(a/Cr) = B, a.X = C und
M(b/Cf) = -D, dann kann Gleichung 5 umgeschrieben werden
als
' k = (A - B.V2)/(C - D.V2) Gleichung(4')
Die Parameter A, B, C und D lassen sich aus den Werten von
M,/6, a, b, Cr und Cf berechnen. Gemäß, der vorliegenden
Erfindung wird jedoch vorgeschlagen, die Parameter A, B, C und D experimentell zu bestimmen und zwar derart, daß die
funktioneile Beziehung dargestellt durch die Kurve F in tig. 4 zwischen dem Verhältnis k und der Fahrzeuggeschwindigkeit
V hergestellt wird.
Werden jedoch die Vorderräder derart gesteuert, daß das Verhältnis zwischen der Drehung des durch den Fahr-er ge-
steuerten Lenkrades und dem Winkel der Vorderräder konstant istjund 'ändern nur die Hinterräder das .Lenkwinkelverhältnis bezüglich der Vorderräder gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit,
dann stehen die Vorderräder · bei verhältnismäßig .niedrigen Geschwindigkeiten entgegengesetzt, zu den Hinterrädern
und alle Räder zeigen in der gleichen Richtung bei hohen Geschwindigkeiten (vgl. Fig. 4). Bei einem derartigen
Lenken der Hinterräder, bei dem der seitliche Abgleitwinkel klein gemacht wird,, ergibt sich eine Beziehung zwischen
der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Ausscherratenfaktor gemäß der gestrichelten Linie A in Fig. 5, wobei bei steigender
Fahrzeuggeschwindigkeit der Ausscherratenfaktor kleiner wird. Bewegt sich das Fahrzeug in einer Ebene mit
einer- Geschwindigkeit V (m/sec), dann kann die theoretische
Beziehung zwischen der Ausscherrate r (Bog.eneinheiten/sec) und dem Radius des Kurvenkreises R (m) ausgedrückt werden
als R = V/r.
Bei steigender Fahrzeuggeschwindigkeit, jedoch nicht steigender
Ausscherrate, kann somit der Radius des Kurvenkreises
nicht konstant gehalten werden, sondern neigt dazu anzusteigen, was die Entwicklung deutlicher Untersteuerungseigenschaften
hervorruft.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich deutlich, daß sich mit
ansteigender Fahrzeuggeschwindigkeit eine sehr deutliche ernstliche Untersteuerung entwickeln würde, wenn die
Hinterräder derart gelenkt werden, daß der seitliche Ab- . gleitwinkel klein gemacht wird. Tritt dies .beispielsweise
on ■ ■
° in einer Kurve einer schnellen Straße auf,während der
Fahrer versucht, die Kurve unter Lenken mit einem konstanten Lenkwinkel in einem Kreis, mit konstantem Radius zu fahren,
dann würde sich die unerwünschte Situation ergeben, daß bei allmählich ansteigender Geschwindigkeit die Hinterräder
sich mit den Vorderrädern ausrichten und sich der Radius des Kurvenkreises erhöht. Fällt die Geschwindigkeit infolge
3Η5618
Bremsens in der Kurve ab und wird ein konstanter Lenkwinkel beibehalten, dann schwenken die Hinterräder in eine Lage,
in der sie gegenüber den Vorderrädern unterschiedlich ausgerichtet sind und es ergibt sich der unerwünschte als
"tack-in"bekannte Zustand, bei dem das Fahrzeug bezüglich
der .Fahrtrichtung fehlausgerichtet ist, oder es ergeben
sich ähnliche Phänomene.
Um -diesen Problemen vorzubeugen und gleichzeitig die Hiaterräder
so zu steuern, daß der Abgleitwinkel klein ist, sollte
der Lenkwxhkel der Vorderräder mit steigender Geschwindigkeit vergrößert werden, so daß der Ausscherratenfaktor
einer "neutralen"Lenkung" (gem. der ausgezogenen Linie der
Fig. 5) oder einer geringfügigen Untersteuerung entspricht.
Macht das Fahrzeug eine Kurve mit konstanter Geschwindigkeit, dann ist die Ausscherrate γ gegeben unter Elimination
von dy/dt aus den Gleichungen 2 und 3 mit Umformung der sich ergebenden Gleichung durch
a0· ' γ - *(1 + kl te
V{^ - τα{~_ - =_)} Gleichung(7)
ν Cr Qf '
Andererseits ist die Ausscherrate γ1 eines üblichen Fahrzeuga,"
bei dem die. Hinterräder nicht gelenkt werden, ausgedrückt durch. - . ■
Ύ1 = \ ~
% a b
V{—=· - m(^_"- 21_)} Gleichung(8)
ν Cr Cf
da k = 0.
Vergleicht man die Gleichungen 7 und 8, dann zeigt sich,
daii für den gleichen Vorderradlenkwinkel die Ausscherrate
Ύ bei.verhältnismäßig niedrigen Geschwindigkeiten ansteigt,
verglichen mit derjenigen eines üblichen Fahrzeugs, da k größer als Null··ist, während bei verhältnismäßig hohen Ge-
3 H 56
schwindigkeiten W abfällt, da k kleiner alüNull wird.
Um den Einfluß des Faktors k auf Gleichung 7 auszuschalten,
sollte der Voderradlenkwinkel derart eingestellt werden, daß δ durch den Lenkwinkel cffD des Lenkrades des die'Erfindung '
verwendeten Fahrzeugs eine Ausscherrate bewirkt wird, die gleich der Ausscherrate des üblichen Fahrzeugs ist. Mit
anderen Worten sollte folgende Gleichung erfüllt sein:
1 5-D - * - ■ ·
SI =" x TI = 1 + k -D Gleichung(9)
wobei kD = cTf/ f = konstant, und e eine Konstante .ist.
. e
Der Wert von k ist größer als -1, so daß ~ > 0 ·
1 + k
Somit wird bei hoher Geschwindigkeit der Lenkwinkel des Lenkrades in Lenkrichtung vergrößert, während bei verhältnismäßig
niedriger Geschwindigkeit der Lenkwinkel verringert wird.
Aus den Gleichungen 5 und 9 ergibt sich, daß der hintere Lenkwinkel cTr dargestellt wird durch.
1 6^D 6r - k.fif - k· x^ -ζ
Somit wird von der Steuereinheit 16 über den Vorderrad-Lsnkservoverstärker
35 an das vordere Servoventil 29 ein • elektrisches Signal entsprechend dem gemäß Gleichung 9 berechneten
</f abgegeben, um die Vorde-rräder unter Rückkopplungsregelung
zu lenken.
Aus dem Voranstehenden ergibt sich, daß gemäß der Erfindung
die Anordnung so getroffen ist, daß der Vorderradlenkwinkel
bezüglich des Lenkwinkels des vom Fahrzeuglenker gemäß der
1 Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuerten Lenkrades variabel ist, derart, daß der sei-tliche Abgleitwinkel eliminiert wird
und eine übermäßige Untersteuerung sowie ein "tack-in"
während des Bremsens bei Fahrzeugen mit lenkbaren Hinter-
5 rädern vermieden wird.
Leerseite
Claims (1)
- * ν η βGRÜNECKER. KlNKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER3Η56Ϊ8PATENTANWÄLTEΜΤΈΝΤ ATTORNEYS,A· GRUNECKER. ouv ~o , DR H KINKELDSY. on.'«J DR' W STOCKMAIR. α^n.■ι^JΛ.Aee i DR K. SCHUMANN, σ«. <·"»» P H-JAKOB.IXI·« CIR β EJEiOLQ. on o-H W ME-.ISTER. i>"i '«1 H. HILQERS. on. «o DR H MSYSR-PLATH. wv inoΘΟΟ0 MÜNCHEN 22 MAXIMIUANSTRASSE 43 -13.11.81 P 16 673-57/WNISSAN MOTOR COMPANY, LIMITED 2, Takara-cho, Kanagawa-k.u, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan25 Verfahren und System zur Lenkung eines RadfahrzeugesPatentansprüche30V1.)Verfahren zum Lenken eines Radfahrzeugs, das ein Paar steuerbare Straßenhinterräder,.ein Paar steuerbare Strassenvorderräder und ein Lenkrad zur Steuerung "ein an das Hinterradpaar angelegten Steuerkraft aufweist, dadurch . gekennzeichnet , daß das Hinterradpaar um35 einen Winkel ausgelenkt wird, der in einem Verhältnis k zu dem Winkel Sf steht, um den das Vorderradpaar gelenkt2. ■ wird, wobei das Verhältnis k.gegeben ist..... (A - B.V2)/(C - D-V2Tworin V die festgestellte Fahrzeüggeschwindigkeit und A, B, C und D vorbestimmte"Parameter sind und wobei der Winkel <ff gegeben ist durch" .-..■.. ■ ..worin e eine .Konstante und d «ff ' derjenige Winkel ist, um.den das Lenkrad gedreht wird. --·■■■2. System zum Lenken eines Radfahrzeugs, das ein Paar -steuerbare Straßenhinterräder und ein Paar steuerbare nc Straßenvorderräder sowie ein Lenkrad zur Steuerung einer an das Vorderradpaar angelegten Steuerkraft aufweist, g e k e· η η ζ e. i c h η e t durch " ' . : : ■a) einen vorderen Servomechanismus (27,: 29, 35, 36) zurSteuerung des Voraderradpaars % λ / \ ? . ■■■"■·■■■ -■ ■-■- ·;. .,_■-.._.. . 'b) einen hinderen Servomechanismus. (8, 13, 22, 23) zur Steuerung de's ,Hinterradpaars;,c)■einen .Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (17) 'zum Ab-2'5 fühlen der Fahrzeuggeschwindigkeit: und Abgabe eines diese-Fahrzeuggeschw;indigkeit daistelTehden'Ge- -"■■"■■ schwindigkeitssignals, "" '■ ·' \d) einen Lenkradw"inkelsensor (19) zum Abfühlen des Winkels ^f0," um'den das Lenkrad aus^elenkt wird und zur Abgabe eines diesen 'Lenkwinkel·.darstellenden Signals,und - --:' "'"^- . ,. "- 5) eine Steuereinheit.(1§J, dieauf.die Signale von.. - dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (.17) und .den . Lenkradwinkelsensor (19). anspricht und ein rückwärtiges .Steuersignal entsprechend dem Winke"! c»* r,. 3U5618um den.das Hinterradpaar auszulenken "'ist, an den rückwärtigen Servomechanismus (8, 1.3, 22, 23)· sowie ein vorderes Steuersignal entsprechend dem Wi.nkel (/"f , um den das Vorderradpaar' aus::'.; Lenken ist ' ■ an .den vorderen Servomechanismus (27, 29, 35,- 3C) legt, wobei das hintere Steuersignal cfr gegetsr. ist · durch Jf/k, wobei k gleich (A - BV2)/(C - DV ^), und das vordere Steuersignal gegeben ist durch e. cT^rj/Ci + k) worin e eine Konstante und cTf_ der nige Winkel ist, um den das Lenkrad gedreht wird.3- System nach Anspruch 2, dadurch g e k. e η-η ζ e i c hti e t , daß der hintere Servomechanismus eine hintere -Betätigungsvorrichtung (13) zur Betätigung des hinteren Gestänges,- einen hinteren Verstärker (22), der das Hinterradsteuersignal empfängt und ein entsprechend ver- · stärktes Signal abgibt, ein hinteres Servoventil (8),. das auf das verstärkte Signal zur Steuerung der hinie- ren Betätigungsvorrichtung (13) anspricht,und einen hinteren Verstellungssensor (23) aufweist, der den Aüslenkwinkel der Hinterräder abfühlt und ein Signal entsprechend dem Auslenkwinkel der Hinterräder erzeugt, wobei der hintere Verstellungssensor (23) mit dem Servoverstärker (22) verbunden ist, so daß das Signal vom Verstellungssensor (23) an den Eingang-des hinteren Verstärkers (22) zurückgeführt wird.4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, ,daß der vordere Servomechanismus eine vordere Betätigungsvorrichtung (27) zur Betätigung des^ vorderen Gestänges, einen vorderen Verstärker (35), der das Vorderradsteuersignal empfängt und ein entsprechend verstärktes Signal ausgibt, ein vorderes Servoventil (.29), das auf das verstärkte Signal zur Steuerung der vorderen'Betätigungsvorrichtung (27) anspricht und einen vorde-ren Verstellungssensor (36) aufweist, der den Ausienkwinkel der Vorderräder abfühlt und ein den Auslenkwinkel der Vorderräder darstellendes Signal erzeugt, wobei.der vordere Verstellungssensor (33) mit dem vorderen Verstärker (35) verbunden ist, so "daß das Signal-von'dem vorderen Verstellungssensor (36) an den Eingang des vorderen Verstärkers (35) rückgekoppelt wird. '
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