DE3300640A1 - Zusatzlenkung fuer mehrachsige fahrzeuge, insbesondere personenkraftwagen - Google Patents

Zusatzlenkung fuer mehrachsige fahrzeuge, insbesondere personenkraftwagen

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DE3300640A1 DE19833300640 DE3300640A DE3300640A1 DE 3300640 A1 DE3300640 A1 DE 3300640A1 DE 19833300640 DE19833300640 DE 19833300640 DE 3300640 A DE3300640 A DE 3300640A DE 3300640 A1 DE3300640 A1 DE 3300640A1
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Description

3 U C δ A (J
Daimler-Penz Aktiengesellschaft-' -:- '.."'..* Palm η Q28//t
Stuttgart t EPT ro-gro
3. Jan. 1983
Zusatzlenkung für mehrachsige Fahrzeuge, inabesondere Personenkraftwagen 10
Die Erfindung betrifft eine Zusatzlenkung für mehrachsige Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, mit einer manuell betätigbaren Lenkvorrichtung für die Räder mindestens einer Fahrzeugachse.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, 2D das Fahrverhalten sowie die Handhabung eines Kraftfahrzeuges während der Fahrt so zu beeinflussen, daß der Fahrer bei allen sich bietenden, beispielsweise durch auf . das Fahrzeug wirkende Störkräfte und -momente bei Kurvenfahrt, Bremsen und Seitenwind und Fahrbahnunebenheiten hervorgerufenen FahrSituationen das Fahrzeug bei leichtfallender Handhabung sicher beherrschen kann und Störbewegungen, insbesondere während der reaktionslosen Zeit des Fahrers, über die Zusatzlenkung weitgehend selbsttätig ausgeglichen werden. "
" ■ ' ' - J
Diese /-ufga.be wird durch eine Zusatzlenkung gelöst, bei V ' der erfindungsgemäß den lenkbaren Rädern eine SteH'voT» t richtung zugeordnet ist, die während eines Lenkvorganges zur Erzeugung überlagerter Lenkbewegungen unabhängig der Lenkvorrichtung und in Abhängigkeit mindestens ^^
BAD ORSGIMAt 1^|||
13 928/4
aus Fahr-und/oder Lenk- und/oder Beladungszuständen resultierenden Steuergröße ansteuerbar ist.
Mit Hilfe einer solchen Zusatzlenkung werden demgemäß die durch den Fahrer willkürlich veranlaßten Einschlagwinkel der lenkbaren Räder je Rad individuell, also einstellungsunabhängig in der Weise zusätzlich so verändert, daß beispielsweise im Nah- und Stadtverkehr große Wendigkeit und bei höheren Geschwindigkeiten und seitlichem Verschieben unter dem Einfluß entsprechender Störkräfte eine sofortige und richtige Lenkkorrektur gegebenenfalls ganz ohne Beteiligung des Fahrers ,gewährleistet ist.
Ebenso läßt sich durch die Zusatzlenkung beim Befahren schlechter Straßen, insbesondere an den gelenkten Rädern, ein optimaler Kraftachluß zwischen Reifen und Fahrbahndecke herbeiführen.
Mit besonderem Vorteil eignet sich die Zusatzlenkung für Fahrzeuge, bei denen de Räder zwder Achsen
mittels einer gemeinsamen Lenkvorrichtung lenkbar sind, weil in diesem Falle sämtliche lenkbaren Räder durch die Stellvorrichtung in Abhängigkeit von einer oder mehrere η Steuergrößen angesteuert werden können.
Durch das durch die Zusatzlenkung möglich gewordene radbezogene korrigierende selbsttätige Nachstellen der einzelnen lenkbaren Räder um ihre Lenkachse lassen sich z.B. aufgrund der sich damit zwangsläufig ergebenden Änderung der Radseitenkräfte die Kraftschlußwerte der einzelnen gelenkten Räder bei Kurvenfahrt oder beim Bremsen in der Kurve bestmöglichst ausnützen.
BAD ORiGSMAL
13 928Α
In weiterer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind die lenkbaren Räder eines Fahrzeugs der vorstehenden Art durch die Stellvorrichtung wahlweise gleich- oder gegensinnig ansteuerbar, wodurch sich z.B. bei gegensinnigem Einschlagen der Hinterräder die Wendigkeit des Fahrzeuges wesentlich erhöhen läßt.
Darüberhinaus läßt sich dadurch generell das Lenkverhalten und die Steuerbarkeit bei größeren Geschwindigkeiten und kleinem Lenkradwinkel, wie sie bei normalem Fahrbetrieb auftreten, verbessern.
Die Möglichkeit eines gleich- oder gegensinnigen Ansteuerns sämtlicher lenkbarer Räder bietet darüberhinaus für die Praxis folgende Vorteile:
Handelt es sich um Fahrzeug mit kurzem Radstand, kann beispielsweise durch gleichsinniges Einschlagen der 'Räder · die Wendigkeit derart verbessert werden, daß es möglich ist, das Fahrzeug in eine Parklücke üblicher Größe in Vorwärtsfahrtrichtung einzuparken.
Bei gegensinnigem Einschlagen der Räder kommt man für einen Wendekreis, wie er normalerweise bei einem Fahrzeug entsteht, bei dem lediglich die Vorderräder lenkbar sind, für die Vorderräder mit einem wesentlich kleineren Einschlagwinkel aus, was insbesondere bei Fahrzeugen mit Vorderradantrieb eine erhebliche Vereinfachung in der Konstruktion der Vorderachsradaufhängungen ermöglicht.
Zur Ansteuerung und Regelung der das automatische Verändern des Einschlagwinkels der einzelnen Räder bewirken '.en
τ 7 -
BAD ORIGINAL
13 928 A
i.
Stellvorrichtung gehen in die Zusatzlenkung folgende Parameter als hauptsächlich bestimmende Steuergrößen einzeln oder in Korabination ein:
Fahrgeschwindigkeit, Gierwinkelgeschwindigkeit, Querbeschleunigung, Längsbeschleunigung, Lenkraddrehwinkel Lenkradwinkelgeschwindigkeit.
Diese in der Hauptsache fahrdynamischen Steuergrößen lassen sich vorteilhaft in einem Prozeßrechner zu entsprechenden Steuersignalen zur Ansteuerung der Stellvorrichtung verarbeiten, wobei dem Prozeßrechner außerdem mehrere Systemparameter, wie beispielsweise der Beladungszustand, die Reifeneigenschaften bzw. der Straßenzustand eingegeben oder durch am Fahrzeug angebaute Sensoren_zugeführt werden können. Dadurch wird beispielsweise ein vom Beladung szustand nahezu unabhängiges Fahrverhalten erzielt, indem durch Achslastsensoren durch die Zuladung bedingte Änderungen im Fahrverhalten über ein Mitlenken der Räder ausgeglichen werden
Darüberhinaus werden eine Erhöhung der aktiven Sicherheit durch ein Anpassen des Fahrverhaltens an den Fahrzeugzustand und Fahrmanöver unter maximaler Ausnutzung der Reifenhaftung möglich.
Ferner ermöglicht die erfindungsgemäße Zusatzlenkung eine Vereinfachung der Radaufhäi gungsabstimraung und der Radaufhängung durch aktive Beeinflussung des Eigen-Lenkverhaltens der Achsen.
BAD ORIGiNAL COPY
-"τ. Palm-'n 928/4
Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung beispielsweise das Fahrwerk eines Personenkraftwagens. Bei die sem sind/4ämtliche Räder mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Zusatzlenkung unabhängig von der manuell zu betätigenden Fahrzeuglenkung beispielsweise in Abhängigkeit von fahrdynamischen Steuergrößen sowie Fahr- und Straßenzustandsgrößen zur Erzielung optimalen Fahr- und Manövrierverhaltens zu einer individuellen Änderung ihres Einschlagwinkels bzw. zu einer von der Radlenkung unabhängig durchführbaren Lenkbewegung ansteuerbar.
Die Vorderräder des PKWs sind mit 10 und 12, die Hinterräder mxt lh und 16 bezeichnet.
Jede Radaufhängung beider Achsen ist mit einem Radstellmechanismus 18 einer Stellvorrichtung 19 zur durch die oben erwähnten Steuergrößen veranlaßten Änderung des Radeinschlagwinkels ausgestattet, denen von einem an Bord des PKVs gegebenenfalls ohnehin vorhandenen Prozeßrechner 20 erzeugte Steuersignale zur zusätzlichen Verstellung der Räder um ihre Längsachse zuführ bar sind.
Um diese Steuersignale zu erhalten, werden im Prozeßrechner diesem hauptsächlich während der Fahrt zugeführte Eingangsinformationen verarbeitet, die von einer Vielzahl von am Fahrzeug installierten Meßfühlern 22 erfaßt werden. Dabei werden analoge oder digitale Eingangsinformatibnen vorzugsweise gleichzeitig über eine Vielzahl von Parametern zugeführt, von denen sich eine Auswahl bezieht auf Fahrgeschwindigkeit ν5 Gierwinkelgeschwindigkeit ν $
Querbeschleunigung b j Längsbeschleunigung b.} Lenkruddre winkel cC 5 Lenkradwinkelgeschwindigkeit ν ; Einschlagwinkel der Lenkung <j T ; Reifenzustand Rzj Beladungszu-
L·
stand Zl» Drosselklappenstellung des Motorvergasers, Bremsdruck, Raddifferenzdrehzahl, Anhängelasten. - 9 -
BAD ORIGINAL
'..'Halm 13 928/U
Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, werden die Vorderräder 10, 12 und, falls gewünscht, auch die Hinterräder Ik, 16 während des Fahrens durch die Zusatzlenkung willkürlich und unbeeinflußt von der Handlenkung zusätzlich zu dem vom Fahrer über die Lenkung veranlaßt en Einschlagwinkel (5"L1 , je Rad um unterschiedlich große zusätzliche Einschlagwinkel ^1, £ „ bzw. £~ und <Si^ verstellt, um zur Aufrechterhaltung eines optimalen Fahrzustandes beispielsweise wirksam werdenden Störkräften entgegenzuwirken und zwar bereits in einem Zeitpunkt, in welchem der Fahrer bei solchen Fahrsituationen die ihm zugehenden, den sich ändernden Fahrzustand signalisierenden Informationen wegen zu kurzer Reaktionszeit noch gar nicht verarbeiten, geschweige denn entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten konnte.
Ebensogut ist es auch möglich, die Zusatzlenkung beispielsweise zum Einparken zu benutzen, und hierfür mit ihrer Hilfe die Hinterräder lU, 16 gleichzeitig und gleichsinnig so um ihre Lenkachse zu verstellen, daß auf ein Rückwärtseinparken verzichtet werden kann. Dabei kann «die Zusatzlenkung zur willkürlichen Verwendung beispielsweise durch vom Lenkraddrehwinkel Xund/oder von der Fahrzeuggeschwindigkeit V und/oder von einem gewählten Gang abgeleitete Steuergrößen angesteuert werden. Ebensogut können bei gegensinnig eingeschlagenen Vorder- und Hinterrädern Wendemanöver durchgeführt werden. Bei allen diesen möglichen Fahrmanövern läßt sich dabei über die Meßfühler 22 ein vom Beladungszustand unabhängiges Fahrverhalten erzielen, indem durch die durch diese Meßfühler 22 dem Prozeßrechner 20 zugeführten Steuergrößen ein von der Lenkung unabhängiges zusatz- liches Mitlenken der Räder und somit aktive Sicherheit bei maximaler Ausnutzung des Reibschlusses zwischen Reifen und Fahrbahndecke erreicht wird. — : .
BAD ORIGINAL
Daim 13 928/4
——
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in einem Gewinn an aktiver Sicherheit, in dem sie es ermöglicht, einen in die kritische Phase wechselnden Fahr^ustand (Verlust der Seitenführung) zu identifizieren und diesen instabilen Fahrzustand durch entsprechende Beeinflussung der Hinterradlenkung selbsttätig zu beseitigen.
Ist beispielsweise die momentane Raddrehzahl deutlich größer als es der zugeordneten Fahrgeschwindigkeit entspricht, wird der Fahrzustand instabil, weil an den Antriebsrädern infolge des starken Antriebsschlupfes keine ausreichende Seitenkraft' übertragen werden kann. In diesem Falle werden unabhängig von der Gaspedalstellung der Winkel der Vergaserdrosselklappe des Fahrzeugmotors reduziert und gleichzeitig die Kennlinienparameter der Hiiiterradlenkung so geändert, daß eine beginnende Schleuderbewegung, ohne daß der Fahrer hierzu eingreifen muß, abgefangen wird.
Ist hingegen die momentane Drehzahl mit Bezug auf die augenblickliche Fahrgeschwindigkeit kleiner, deutet sich an den freirollenden Rädern gleichfalls Verlust an Seitenführungskraft -an, was sich besonders an den kurveninneren Rädern infolge der Radlastreduzierung zeigen wird. In'diesem Falle wird das Ausbrechen des Fahrzeuges durch einen unabhängig von Lenkbewegungen des Fahrers über die"Steuervorrichtung veranlaßten gleichsinnigen Hinterradeinschlag verhindert. Zwar resultiert hieraus eine Kursabweichung; diese kann jedoch vom Fahrer innerhalb der üblichen Reaktionszeit leicht wieder ausgeregelt werden, weil er in diesem Falle das zum Untersteuern tendierende Fahrzeug lediglich in die Kurve hineinzulenken hat.
Das Erfassen und Ausschalten eines kritischen Fahrzustandes läßt sich mit Hilfe der die zu überlagernden Steuerbewegungen erzeugen de Komponenten der Zusatzlenkung beispie jsweise folgendermaßen realisieren:
BAD ORIGINAL COPY - 11 -
Daim 13 928/4
1 . Berechnung des momentanen Drehpols der Fahrzeugbahnkurve aus den momentanen mittleren Einschlägen der Vorder- und Hinterräder.
2. Bestimmung der theoretischen Raddrehzahlen aus dem berechneten momentanen Kurvenradius und der momentanen Fahrgeschwindigkeit.
3. Vergleich der wirklichen mit den theoretischen Raddrehzahlen. , *-■
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung bietet sich in der Möglichkeit einer Beeinflussung der Fahrdynamik von Gespannen.
In Abhängigkeit von den durch die Bewegungsgrößen des Fahrzeuges und durch die Lenkbewegungen des Fahrers bestimmten Erfordernissen beim Gespannbetrieb wird der Zusatzlenkung die entsprechende Lenkcharakteristik zugeordnet. Dabei sind speziell für das aerodynami-
sehe Verhalten von Wohnwagen-Gespannen und das Bremsen in der Kurve durch die mittels der Zusatzlenkung mögliche aktive Ansteuerung der Hinterradlenkung deutliche Verbesserungen der Fahrdynamik gewährleistet.
Um hierbei der Zusatzlenkung bei Ankoppeln eines Nachläufer, beispielsweise eines Wohnwagens, die hierfür anzupassenden Funktionen automatisch aufzuprägen, ist es vorteilhaft, wenn der Ankoppelvorgang (Schließen des Verbindungssteckers und ggf. Wirkung der Deichsellast) durch den Prozessrechner selbsttätig identifizierbar ist. . . -
Die -Radstellmechanismen 18 der Stellvorrichtung—1^-zur zu-- ■-
sätzlichen Radverstellung können vielgestaltig sein.
So können diese beispielsweise hydraulische Stellglieder, Stellzylinder oder Hydraulikmotoren "bilden^ ^' 5 2 > · , / :.,·".
U^^fefe^ ^ . copy
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O 3 U U O 4 U
D a im 13 928/4
Dabei kann für die Räder jeder Achse auch nur ein einziger Stellmechanismus vorgesehen sein. In diesem Falle sind die Räder, wie üblich, über. Spur st an gen.„und. ..Lenker miteinander zu koppeln. Ebenso können die Räder beider Achsen über Spurstangen und Lenker miteinander gekoppelt sein, so daß es möglich ist, auch ohne Zuhilfenahme der Zusatzlenkung durch den Fahrer manuell alle Räder gleich oder gegensinnig zu verstellen, um bestimmte Fahrmanöver, beispielsweise zum Einparken oder Wenden ausführen zu können.
Desweiteren können die Radstellmechanismen zur zusätzlichen Verstellung der Einschlagwinkel als Servomechanismen ausgelegt sein, die die Geometrie der Radaufhängung verändern. So können beispielsweise Dreieckslenker mit verstellbaren Schenkellängen vorgesehen sein.
Es können schließlich auch elektromotorisch betriebene Stellglieder Einsatz finden.
Dabei ist klar, daß die erfindungsgemäße Zusatzlenkung gleich vorteilhaft auch bei Lastkraftwagen, Omnibussen und Spezialfahrzeugen Anwendung finden kann.
BAD ORIGINAL C0PY
'41-
- Leerseite
BAD ORIGINAL

Claims (1)

  1. Daimler-Benz Aktiengesellschaft.* .:. ·..« yDaim 13 928/4
    Stuttgart EPT ro-gro
    3. Jan. 1983
    Patentansprüche
    s1./Zusatzlenkung für mehrachsige Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, mit einer manuell betätigbaren Lenk-Vorrichtung für die Räder mindestens einer Fahrzeugachse, dadurch gekennzeichnet,
    daß den lenkbaren Rädern (lO - 16) eine Stellvorrichtung (19) zugeordnet ist, die während eines Lenkvorganges zur Erzeugung überlagerter Lenkbewegungen unabhängig von der Lenkvorrichtung und in Abhängigkeit mindestens einer aus Fahr- und/oder Lenk- und/oder Beladungszuständen resultierenden Steuergröße ansteuerbar ist.
    2. Zusatzlenkung nach Anspruch 1, für Fahrzeuge, bei denen die Räder mindestens zweier Achsen mittels einer Lenkvorrichtung lenkbar sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß sämtliche lenkbaren Räder (l2 - l6) durch die Stellvorrichtung (19) in Abhängigkeit von einer oder mehreren Steuergrößen ansteuerbar sind.
    3. Zusatzlenkung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die lenkbaren Räder (lO - l6) durch die Stellvorrichtung (19) wahlweise gleich- oder gegensinnig ansteuerbar sind.
    BAD ORIGINAL COPY
    ν ·
    .f Z .-'. .: ·· D^-im 13 928/4
    h. Zusatzlenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als hauptsächlich bestimmende Steuergrößen folgende Parameter einzeln oder in Kombination eingehen:
    Fahrgeschwindigkeit (v)
    Gierwinkelgeschwindigkeit (v )
    Querbeschleunigung (b .
    Längsbeschleunigung (b )
    Lenkraddrehwinkel (
    Lenkradwinkelgeschwindigkeit (vT)
    v Lj
    Einschlagwinkel ( _ )
    Reifenzustand (Rz)
    Beladungszustand (Zl)
    Stellung der Vergaserdrosselklappe einer Verbrennimgskraftmaschine des Fahrzeuges
    Bremsdruck
    Raddifferenzdrehzahl
    Anhängelasten
    5. Zusatzlenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrzeug in bekannter Weise ein Prozeßrechner (20) vorgesehen ist, der zur Verarbeitung der Steuergrößen und zur Abgabe entsprechender Steuersignale an die Stellvorrichtung (19) dient.
    6."Zusatzlenkung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß dem Prozeßrechner (20) mehrere—Systemparameter~vie beispielsweise Beladungszustand (Zl), Reifenzustand (Rz) bzw. Straßenzustand eingegeben oder über Sensoren (22) (22 Zl bzw. 22 Rz) zuführbär sind.
    BAD ORIGINAL COPY
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