DE3145618A1

DE3145618A1 - Verfahren und system zur lenkung eines radfahrzeuges

Info

Publication number: DE3145618A1
Application number: DE19813145618
Authority: DE
Inventors: Namio Yokohama Kanagawa Irie; Hideo Zushi Kanagawa Ito
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-11-18
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1982-06-03
Also published as: JPS5787759A; US4441572A; JPS6341791B2; DE3145618C2

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. <Tf_D/(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' . cff_D7(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,

Fig. 4 einen Graphen, der die Beziehung zwischen der Fahr-■ zeuggeschwindigkeit und dem Verhältnis zwischen . dem'Vorderradlenkwinkel und dem Hinterradlenk-"
winkel'veranschaulicht, und

Fig. 5 einen Graphen zur Veranschaulichung· der Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit 'und .dem Ausscherratenfaktor.
"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

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-

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

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" Y_L = -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-

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

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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-

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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 cff_D 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 k_D = 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

* ν η β

GRÜNECKER. KlNKELDEY, STOCKMAIR & PARTNER

3Η56Ϊ8

PATENTANWÄLTE

ΜΤΈΝΤ 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 ino

ΘΟΟ0 MÜNCHEN 22 MAXIMIUANSTRASSE 43 -

13.11.81 P 16 673-57/W

NISSAN MOTOR COMPANY, LIMITED 2, Takara-cho, Kanagawa-k.u, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

25 Verfahren und System zur Lenkung eines Radfahrzeuges

Patentansprüche

30V1.)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 um

35 einen Winkel ausgelenkt wird, der in einem Verhältnis k zu dem Winkel Sf steht, um den das Vorderradpaar gelenkt

2. ■ wird, wobei das Verhältnis k.gegeben ist

..... (A - B.V²)/(C - D-V²T

worin 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) zur

Steuerung 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,

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um 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

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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. '