DE4115880C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vorspursteuer
mechanismus für eine Lenkvorrichtung
nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1.
Aus der DE 39 30 445 A1 ist eine gattungsgemäße Hilfskraftlenkung bekannt, bei
der die lenkbaren Räder mit dem Lenkrad sowie zusätzlich
unabhängig von der Lenkraddrehung aber nicht die Vorspur
beeinflussend auslenkbar sind, um im Sinne der Verbesserung der
Fahrstabilität eine Ist-Giergeschwindigkeit des Fahrzeugs an
eine vorbestimmte Soll-Giergeschwindigkeit anzupassen.
Ferner ist aus der DE 33 00 640 C2 eine Einrichtung zum Lenken
von Kraftfahrzeugen bekannt, bei der alle Räder für sich und
unabhängig aber nicht die Vorspur beeinflussend lenkbar sind, so
daß sich ein in einer Kurvenfahrt möglicherweise ausbrechendes
Fahrzeug selbsttätig wieder fangen kann.
Wenn sich ein Kraftfahrzeug im wesentlichen geradeaus
bewegt, ist es wünschenswert, daß die gelenkten Vorderräder
geringfügig in Richtung aufeinander zu gestellt werden, so
daß die Räder vorne einen geringeren Abstand voneinander
besitzen als hinten. Diese Anordnung, die als Vorspur (Ver
kantung nach innen) bekannt ist, sorgt für eine erhöhte
Stabilität des Fahrzeuges. Wenn das Fahrzeug jedoch eine
Kurve durchfahren muß, neigt diese Anordnung der Vorderräder
dazu, der Lenksteuerung entgegenzuwirken, so daß das Kraft
fahrzeug die gewünschte Kurvenbahn nicht durchläuft. Wenn
man daher beim Stand der Technik eine erhöhte Fahrzeug
stabilität während einer Geradeausfahrt durch Anordnung
einer solchen Vorspur erzielen wollte, muß man Kompromisse
in bezug auf die Manövrierfähigkeit des Kraftfahrzeuges
machen.
Darüber hinaus wird während einer Fahrzeugbewegung, bei
spielsweise einer Kurvenfahrt, die Fahrzeughandhabungs
dynamik durch verschiedene Parameter, wie beispielsweise den
Straßenzustand, die Reifeneigenschaften, die Gewichtsvertei
lung, Bremsen, Beschleunigen etc., beeinflußt, die zu einem
Übersteuern oder einem Untersteuern führen können. Um dieses
Problem zu lösen und zu versuchen, die Fahrzeughandhabungs
dynamik konstant zu halten, hat man bislang komplex ausge
bildete Aufhängungssysteme, Antriebszüge und Bremssysteme
vorgeschlagen. Derartige Systeme besitzen jedoch eine Viel
zahl von Teilen, die deren Komplexität und Größe in uner
wünschter Weise erhöhen.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vorspursteuermecha
nismus für eine Lenkvorrichtung eines Fahrzeuges. Die Lenkvorrichtung
umfaßt eine seitlich bewegbare Spurstange, und die lenkbaren
Räder des Fahrzeuges sind mit den Enden der Spurstange ver
bunden. Der Vorspursteuermechanismus besitzt ein benachbart
zu mindest einem Ende der Lenkstange angeordnetes Gehäuse.
Ein Verbindungselement ist innerhalb des Gehäuses angeordnet
und an einem Ende mit einem lenkbaren Rad und am anderen
Ende mit dem anderen lenkbaren Rad verbunden. Das Verbin
dungselement ist in seitlicher Richtung relativ zur Spur
stange bewegbar. Der Mechanismus umfaßt des weiteren einen
Betätigungsmechanismus, der bewirkt, daß sich das Verbin
dungselement in Richtung auf die Spurstange bewegt, wenn das
Fahrzeug durch die Lenkvorrichtung zu einer Kurvenfahrt ver
anlaßt wird, so daß die Bewegung des Verbindungselementes in
Richtung auf die Spurstange die Gesamtentfernung entlang der
Achse der Spurstange zwischen den lenkbaren Rädern verrin
gert und hierdurch den Vorspureffekt aufhebt.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Gehäuse benach
bart zu jedem Ende der Spurstange angeordnet und damit ver
bunden. Jedes Gehäuse ist einem getrennten Verbindungsele
ment und einem Betätigungsmechanismus zugeordnet.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein Kolben derart um
das Verbindungselement angeordnet, daß er auf einer Seite
eine Strömungsmittelkammer im Gehäuse begrenzt. Ein zusam
mendrückbares Element ist zwischen der zweiten Seite des
Kolbens und einer Innenwand des Gehäuses angeordnet. Des
weiteren besitzt der Betätigungsmechanismus eine Strömungs
mitteldruckquelle, die mit der Strömungsmittelkammer in
Strömungsmittelverbindung steht und die Kammer mit einem
erhöhten Strömungsmitteldruck beaufschlagt, wenn das Fahr
zeug durch den Lenkmechanismus zur Kurvenfahrt veranlaßt
wird, so daß sich der Kolben seitlich bewegt, das zusammen
drückbare Element zusammendrückt und das Verbindungselement
in Richtung auf die Spurstange bewegt und auf diese Weise
den Vorspureffekt herabsetzt.
Bei einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die Erfin
dung auf einen Vorspursteuerme
chanismus, bei dem die Spurstange innerhalb eines
Zahnstangengehäuses angeordnet und hierzu seitlich bewegbar ist.
Zwei Kolben sind im Gehäuse angeordnet, einer am Ende der
Lenkstange und der andere am Ende des Verbindungselementes,
so daß zwei Strömungsmittelkammern gebildet werden. Das
zusammendrückbare Element befindet sich zwischen den Kolben.
Der Mechanismus umfaßt des weiteren ein Steuerelement, das
erfaßt, wenn das Fahrzeug eine Kurvenfahrt durchführt, und
das einen tatsächlichen Lenkzustand des Fahrzeuges mißt und
einen gewünschten Lenkzustand des Fahrzeuges festlegt. Wenn
das Steuerelement erfaßt, daß das Fahrzeug eine Kurvenfahrt
durchführt, bewirkt es, daß eine Strömungsmitteldruckquelle
beide Kammern bis auf einen vorgegebenen minimalen Schwel
lenwert unter Druck setzt, so daß sich die Kolben aufein
ander zu bewegen und das dazwischen befindliche zusammen
drückbare Element zusammenpressen, so daß auf diese Weise
der Vorspureffekt vermieden wird. Wenn darüber hinaus der
tatsächliche Lenkzustand vom gewünschten Lenkzustand ver
schieden ist, bewirkt das Steuerelement, daß die Strömungs
mitteldruckquelle eine Kammer relativ zur anderen weiter
unter Druck setzt, so daß auf diese Weise sowohl die Lenk
stange als auch das Verbindungselement gemeinsam relativ zur
Zahnstange bewegt werden, um die Lenkstabilität aufrechtzu
erhalten.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht somit, daß sich das
Fahrzeug während einer normalen Geradeausfahrt im Vorspur
zustand befindet, während bei einer Drehung des Fahrzeuges
der Vorspureffekt ausgeschaltet wird. Somit wird die Fahr
zeugstabilität ohne Verlust an Manövrierfähigkeit gesichert.
Des weiteren sorgt die vorliegende Erfindung während einer
Kurvenfahrt für eine Korrektur in bezug auf Untersteuern und
Übersteuern, stellt jedoch eine erhöhte Stabilität zur Ver
fügung, die durch den Vorspureffekt während einer Gerade
ausfahrt erreicht wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei
spielen in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen er
läutert. Es zeigen:
Fig. 1a einen Schnitt durch einen erfindungs
gemäß ausgebildeten Vorspursteuerme
chanismus;
Fig. 1b eine Ansicht des in Fig. 1a darge
stellten Mechanismus, wobei sich die
Vorspursteuerung in einem zweiten Be
triebszustand befindet;
Fig. 2a eine Gesamtansicht einer Lenkvorrichtung,
bei der der in Fig. 1a dargestellte Vor
spursteuermechanismus Verwendung findet
und sich das Fahrzeug geradeaus bewegt;
Fig. 2b eine Gesamtansicht der in Fig. 2a dar
gestellten Lenkvorrichtung, wobei sich
das Fahrzeug dreht;
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Vorspursteuer
mechanismus gemäß einer zweiten Aus
führungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht
einer ersten Ausführungsform einer Lenk
vorrichtung zum Lenken der lenkbaren
Räder eines Fahrzeuges gemäß der vorlie
genden Erfindung, wobei keine Vorspur
steuerung vorgesehen ist;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer
ersten Ausführungsform eines Systems zum
Steuern der in Fig. 4 dargestellten
Lenkvorrichtung;
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm für das System der
Fig. 5;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer zwei
ten Ausführungsform eines Systems zum
Steuern der in Fig. 4 gezeigten Lenk
vorrichtung;
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm des in Fig. 7 ge
zeigten Systems;
Fig. 9 eine schematische perspektivische An
sicht einer zweiten Ausführungsform
einer Lenkvorrichtung zum Lenken der
lenkbaren Räder eines Fahrzeuges gemäß
der vorliegenden Erfindung, wobei keine
Vorspursteuerung vorgesehen ist;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Tei
les der Lenkvorrichtung der Fig. 9;
Fig. 11 einen Längsschnitt durch einen ersten
Mechanismus, der gemäß der in den Fig.
9-10 gezeigten zweiten Ausführungs
form arbeitet;
Fig. 11A einen Schnitt entlang Linie 11A-11A
in Fig. 11;
Fig. 11B eine Schnittansicht, die die Art und
Weise zeigt, gemäß der ein Lenkritzel
bei der in Fig. 11 gezeigten Aus
führungsform mit einer Zahnstange in
Eingriff steht;
Fig. 12 einen Längsschnitt durch einen zweiten
Mechanismus, der gemäß der in den Fig.
9-10 gezeigten zweiten Ausführungsform
arbeitet;
Fig. 13 einen Längsschnitt durch einen Mechanis
mus, der gemäß der in den Fig. 4-5
gezeigten Ausführungsform arbeitet;
Fig. 14 eine schematische perspektivische Ansicht
einer dritten Ausführungsform einer Lenk
vorrichtung zum Lenken der lenkbaren
Räder eines Fahrzeuges gemäß der vorlie
genden Erfindung, wobei keine Vorspur
steuerung vorgesehen ist;
Fig. 15 eine schematische perspektivische Ansicht
einer vierten Ausführungsform einer Lenk
vorrichtung zum Lenken der lenkbaren
Räder eines Fahrzeuges gemäß der vorlie
genden Erfindung, wobei keine Vorspur
steuerung vorgesehen ist;
Fig. 16 eine schematische Ansicht eines Teiles
der Lenkvorrichtung der Fig. 15;
Fig. 17 einen Längsschnitt durch den in Fig.
11 gezeigten Mechanismus, der eine dritte
Ausführungsform eines erfindungsgemäß
ausgebildeten Vorspursteuermechanismus
aufweist, der in dem in den Fig. 11-12
gezeigten Lenkmechanismus verwendbar ist;
Fig. 18 einen Schnitt durch die dritte Aus
führungsform des in Fig. 17 gezeigten
Vorspursteuermechanismus;
Fig. 19 einen Schnitt durch eine vierte Aus
führungsform eines Vorspursteuermecha
nismus, der bei dem in den Fig. 11-12
gezeigten Lenkmechanismus Verwendung
finden kann; und
Fig. 20 die Darstellung eines Strömungsmittel
kreises zum Steuern der in den Fig.
17-19 gezeigten Ausführungsformen.
Die Fig. 1a, 1b, 2a und 2b zeigen eine erste Ausführungs
form eines Vorspursteuermechanismus gemäß der vorliegenden
Erfindung. Eine Spurstange 704 besitzt einen Vorspursteuer
mechanismus 707, der ein an beiden Enden angeordnetes hohl
zylindrisches Gehäuse 711 umfaßt. Die Spurstange 704 ist an
weitere Elemente eines herkömmlich ausgebildeten Lenkmecha
nismus angeschlossen. Beispielsweise kann die Spurstange 704
einen Zahnstangenabschnitt aufweisen und zur Durchführung
einer seitlichen Bewegung in einem Lenkgetriebegehäuse 706
angeordnet sein. Ein herkömmlich ausgebildetes Ritzel ist im
Gehäuse 706 angeordnet, um mit dem Zahnstangenabschnitt zu
kämmen. Das Ritzel ist des weiteren mit einem Lenkrad 705
verbunden, so daß bei einer Drehung des Lenkrades 705 das
Ritzel gedreht wird und eine seitliche Bewegung der Spur
stange 704 relativ zum Gehäuse 706 verursacht.
Kugelgelenke 710 sind mit den Enden der Spurstange 704 über
Verbindungsstangen 710a, die durch das zylindrische Gehäuse
711 angeordnet sind und einstückig ausgebildete Verbindungs
stangen oder Verbindungsabschnitte 710b aufweisen, die sich
außerhalb des Gehäuses 711 und in Schlitze 704a erstrecken,
die in den Enden der Spurstange 704 ausgebildet sind, ver
bunden. Die Kugelgelenke 710 sind über eine kleine Strecke
relativ zum zylindrischen Gehäuse 711 bewegbar. In ent
sprechender Weise sind Verbindungsstangen 710a innerhalb der
zylindrischen Gehäuse 711 bewegbar, und Abschnitte 710b sind
in Schlitzen 704a bewegbar. Die Kugelgelenke 710 sind an
ihren anderen Enden mit Führungsstangen 703 verbunden, die
des weiteren über Lenkarme 702 mit lenkbaren Rädern 701
verbunden sind.
Ein Kolben 715 ist fest um die Verbindungsstange 710a im
hohlzylindrischen Gehäuse 711 angeordnet. Ein zusammen
drückbares Element, beispielsweise das elastische Element
716, ist zwischen der Innenwand des Gehäuses 711 und einer
Seite des Kolbens 715 angeordnet, und ein Anschlag 718
befindet sich über der Verbindungsstange 710a auf der gegen
überliegenden Seite des Kolbens 715 vom elastischen Element
716. Auf diese Weise wird eine Ringkammer 721 um die Ver
bindungsstange 710a zwischen dem Kolben 715 und dem Anschlag
718 gebildet. Ein Dichtungsring 720 ist um den Kolben 715
angeordnet, und eine Buchse 717 befindet sich an dem Ende
des zylindrischen Gehäuses 711, das der Innenwand gegen
überliegt, und wird über einen Sprengring 712 in Position
gehalten. Die Buchse 717 ist um das Ende der Verbindungs
stange 710a angeordnet und schließt das offene Ende des
zylindrischen Gehäuses 711. Eine ringförmige Öldichtung 719
ist zwischen der Buchse 717 und dem Anschlag 718 vorgesehen.
Das zylindrische Gehäuse 711 besitzt des weiteren eine
Durchtrittsöffnung, in der ein Leitungssitz 714 angeordnet
ist. Der Leitungssitz 714 ist über eine Strömungsmittel
leitung 713 an eine nicht gezeigte Strömungsmitteldruck
quelle angeschlossen. Unter Druck stehendes Strömungsmittel
kann durch die Strömungsmittelleitung 713 von der Druck
quelle und durch den Leitungssitz 714 in die Kammer 721
fließen. Sowohl die Strömungsmitteldruckquelle als auch das
zentrale Steuerelement, das den Strömungsmittelfluß von
dieser steuert, sind nicht gezeigt, können jedoch ent
sprechende Elemente, wie gezeigt, umfassen und werden in
Verbindung mit den Fig. 9-10 erläutert. Das zylindrische
Gehäuse 711 und sämtliche darin angeordnete Elemente bilden
zusammen den Vorspursteuermechanismus 707.
Im Normalbetrieb des Fahrzeuges, wenn sich dieses geradeaus
bewegt, wird kein erhöhter Strömungsmitteldruck der Kammer
721 zugeführt. Das elastische Element 716 befindet sich in
seinem ausgeweiteten Zustand, wie in Fig. 1a gezeigt, und
drückt den Kolben 715 nach links. Somit wird die Verbin
dungsstange 710a in die linke Position gedrückt, so daß ein
äquivalenter Spalt zwischen dem Kugelgelenk 710 und der
Außenwand des zylindrischen Gehäuses 711 aufrechterhalten
wird. Natürlich wird der gleiche Spalt zwischen dem Kugel
gelenk 710 und dem Gehäuse 711, die sich auf der rechten
Seite der Spurstange 704 befinden und nicht gezeigt sind, auf
rechterhalten. Da sich hierbei die Gesamtlänge der Lenk
vorrichtung zwischen den lenkbaren Rädern einschließlich der
Spurstange 704, dem zylindrischen Gehäuse 711 und dem Kugelge
lenk 710 in ihrem Maximum befindet, sind die lenkbaren Räder
701 geringfügig nach innen aufeinander zu verkantet und
nehmen die in Fig. 2a dargestellte Vorspurposition ein.
Wenn jedoch das Lenkrad gedreht wird, wenn man mit dem Fahr
zeug eine Kurve fahren will, wird dessen Drehung von einem
Lenkwinkelsensor, beispielsweise dem Sensor 25 in Fig. 4,
erfaßt. Dieser Lenkwinkelsensor sorgt für ein Ausgangssig
nal, das anzeigt, daß das Fahrzeug eine Lenkbewegung er
fährt, und dieses Signal wird von einer zentralen Prozeß
einheit, beispielsweise der Steuereinheit 32 in Fig. 9,
erfaßt. Die zentrale Prozeßeinheit gibt einen Befehl ab, daß
erhöhter Strömungsmitteldruck von der Strömungsmittelquelle,
beispielsweise der Pumpe 60, und einem in Fig. 10 gezeigten
Speicher der Ringkammer 721 in jedem Gehäuse 711 zugeführt
wird. Durch den erhöhten Druck in der Kammer 721 wird der
Kolben 715 so unter Druck gesetzt, daß er sich in Fig. 1b
nach rechts bewegt, wodurch das elastische Element 716 zu
sammengedrückt wird, bis es die in Fig. 1b gezeigte Posi
tion einnimmt. Natürlich bewegt sich der im rechten Zylin
der 711 vorgesehene Kolben gleichzeitig damit nach links.
Durch die Bewegung beider Kolben 715 wird eine entsprechende
Bewegung der Verbindungsstangen 710a in Richtung auf die
Spurstange 704 bewirkt, wodurch die Kugelgelenke 710 näher
an das zylindrische Gehäuse 711 herangezogen werden und da
durch die Gesamtlänge der Lenkvorrichtung zwischen den lenk
baren Rädern verringert wird. Somit werden die lenkbaren
Räder 701 relativ zueinander geringfügig nach außen ver
schwenkt und nehmen die in Fig. 1b gezeigte nahezu paral
lele Anordnung ein. Zu Beginn einer Kurvenfahrt wird daher
der Vorspureffekt vermieden, und die Manövrierfähigkeit des
Fahrzeuges während der Kurvenfahrt bewahrt, obwohl während
des Geradeausfahrens ein Vorspureffekt erreicht wird.
Nach der Beseitigung des Vorspureffektes werden die lenk
baren Räder mit einer Schwenkbewegung für eine normale
Kurvenfahrt beaufschlagt, die auf eine seitliche Bewegung
der Spurstange 704 zurückzuführen ist, welche auf zwei
unterschiedliche Weisen auf die Verbindungsstangen 710a für
jedes Rad übertragen wird, je nachdem, ob das Fahrzeug nach
rechts oder nach links fährt. In bezug auf das in den
Figuren dargestellte linke Gehäuse 711 wird bei einer seit
lichen Bewegung der Spurstange 704 nach links diese seit
liche Bewegung über das Gehäuse 711, das an der Spurstange
704, fixiert ist, das zusammendrückbare Element 716 und den
Kolben 715 auf die Verbindungsstange 710a weiter übertragen.
Die Bewegung der Verbindungsstange 710a wird über das daran
befestigte Kugelgelenk 710, den Lenkarm 702 und die
Führungsstange 703 weiter auf das lenkbare Rad übertragen.
In bezug auf das Gehäuse 711 auf der rechten Seite wird die
seitliche Bewegung der Spurstange 704 über das Gehäuse 711,
den Sprengring 712, die Buchse 717, die Öldichtung 719, den
Anschlag 718, den Strömungsmitteldruck in der Kammer 721 und
den Kolben 715 auf die Verbindungsstange 710a übertragen.
Natürlich findet eine entgegengesetzte Bewegungsübertragung
für jedes Gehäuse statt, wenn die Spurstange nach rechts
bewegt wird. Nachdem das Lenkrad 705 in eine Position zu
rückgedreht worden ist, in der das Fahrzeug im wesentlichen
geradeaus gelenkt wird, wird der erhöhte Strömungsmittel
druck in der Kammer 721 zum Speicher hin freigegeben, und
das Element 716 expandiert, wodurch die Kolben 715 in ent
gegengesetzte Richtungen gedrückt werden, so daß sich die
Verbindungsstangen 710 von der Spurstange 704 weg bewegen.
Auf diese Weise wird die Gesamtlänge der Lenkvorrichtung
erhöht und der Vorspureffekt wiederhergestellt.
Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Vorspur
steuermechanismus, bei dem das elastische Element 716 durch
ein Federelement 728 ersetzt ist. In sämtlichen anderen
Aspekten entspricht der Aufbau und die Funktionsweise dieses
Vorspursteuermechanismus im wesentlichen dem in Verbindung
mit den Fig. 1a, 1b, 2a und 2b beschriebenen Mechanismus.
Fig. 4 zeigt eine Lenksteuervorrichtung 10 für ein Fahr
zeug, das ein Paar von lenkbaren Rädern 12 aufweist, die
über einen Lenkmechanismus mit einem Lenkrad 14 in Verbin
dung stehen. Bei dem Lenkmechanismus handelt es sich um eine
Zahnstangenlenkung, bei der die Lenkwelle 16 ein Ritzel 18
trägt, das mit den Zähnen auf einer hin- und herbeweglichen
Zahnstange 20 kämmt. Auf einer Verlängerung 20A der Zahn
stange ist das Gehäuse 22 eines Elektromotors fixiert. Der
Motor besitzt eine Ausgangswelle, die ein Ausgangszahnrad 24
antreibt. Das Ausgangszahnrad kämmt mit dem Schraubengewinde
einer Mutter 26, die an einer Zugstange 28 fixiert ist. Die
Enden der Zugstange 28 sind mit einem Paar von Lenkarmen 30
verbunden, die die Lenkbewegung auf die lenkbaren Räder 12
übertragen.
Somit erzeugen in der Praxis die Welle 16 und das Ritzel
eine Linearbewegung der Zahnstange 20 und der Zahnstangen
verlängerung 20A. Diese Linearbewegung wird auf das Motor
gehäuse und das Ausgangszahnrad 24 übertragen. Das Zahnrad
erzeugt eine Linearbewegung der Mutter 26 aufgrund der
Kopplung zwischen dem Ausgangszahnrad 24 und der Mutter 26.
Die Linearbewegung der Mutter 26 wird direkt auf die Zug
stange 28 übertragen. Auf diese Weise kann die Orientierung
der Räder 12 durch Drehen des Lenkrades verändert werden.
Um ein übermäßig hohes Übersteuern oder Untersteuern zu
verhindern, macht es vorliegende Erfindung möglich, daß die
Radorientierung unabhängig von der Position des Lenkrades
verstellt wird, indem der Motor 22 betätigt wird, um eine
Drehung des Ausgangszahnrades 24 und eine hieraus resultie
rende Linearbewegung der Mutter 26 und der Stange 28 zu
erzeugen. Somit kann eine erhöhte oder angepaßte Lenksteue
rung vorgesehen werden, um sicherzustellen, daß sich das
Fahrzeug auf der gewünschten Bahn bewegt.
Die Betätigung des Motors 22 wird durch elektrische Signale
von einer Steuereinheit 32 erzeugt, die Signale benutzt, die
vom Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängig
sind, um eine gewünschte Gierrate zu ermitteln, und die die
gewünschte Gierrate mit einer tatsächlichen Gierrate ver
gleicht, um den Reifenwinkel zu steuern. Als Gierrate kann
die Größe der Drehung des Fahrzeuges um eine Vertikalachse
definiert werden.
Wie aus Fig. 6 hervorgeht, wird das Lenkwinkelsignal
durch einen herkömmlich ausgebildeten Lenkradwinkelsensor 25
zur Verfügung gestellt, der mit der Lenkwelle 16 des Fahrzeu
ges verbunden ist. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal V wird
durch herkömmlich ausgebildete Radgeschwindigkeitssensoren
28A zur Verfügung gestellt, die mit sämtlichen mit der Erde
in Kontakt stehenden Rädern des Fahrzeuges verbunden sind.
Wenn die Radgeschwindigkeiten unterschiedlich sind, erhält
die Steuereinheit hiervon einen Durchschnittswert. Die
tatsächliche Gierrate wird durch einen herkömmlich ausge
bildeten Giersensor, wie beispielsweise einen Gyro 29,
gemessen.
Die gewünschte Gierrate (Rd) wird durch die Steuereinheit
gemäß der nachfolgenden Beziehung errechnet:
wobei Rd die gewünschte Gierrate, L die Länge der Radbasis
des Fahrzeuges (d. h. die Entfernung zwischen der Vorder- und
Hinterachse), g die Erdbeschleunigung, δ der Lenkwinkel,
V die Fahrzeuggeschwindigkeit und K eine Konstante größer
als 0 und nicht größer als 1°, um einen neutralen oder ge
ringfügig untersteuernden Zustand zu erhalten, ist.
Nach dem Ermitteln der gewünschten Gierrate Rd in der vor
stehend beschriebenen Weise vergleicht die Steuereinheit die
gewünschte Gierrate mit der tatsächlichen Gierrate Ra . Wenn
Ra=Rd ist, ist keine Lenkverstellung erforderlich; wenn
Ra<Rd ist, existiert ein Zustand des Untersteuerns, wodurch
der Reifenwinkel erhöht werden muß. Wenn Ra < Rd ist, ist
ein Zustand des Übersteuerns vorhanden, wodurch der Reifen
winkel erniedrigt werden muß. Die Richtung, in der sich das
Ausgangszahnrad 24 dreht, ist davon abhängig, welcher der
Werte Ra und Rd größer ist, und die Größe der Drehung des
Ausgangszahnrades 24 hängt von der Größe der Differenz
zwischen den Werten Ra und Rd ab. Die Drehung des Ausgangs
zahnrades 24 setzt sich fort, bis die Steuereinheit fest
stellt, daß Ra=Rd ist. Somit wird eine anpassungsfähige
Lenksteuerung vorgesehen, um Untersteuern oder Übersteuern
zu korrigieren.
In den Fig. 7 und 8 ist eine weitere bevorzugte Aus
führungsform der erfindungsgemäßen Steuerung dargestellt,
wobei hier eine alternative Methode zur Ermittlung der tat
sächlichen Gierrate verwendet wird. Anstelle eines Gierra
tensensors werden hier herkömmliche Sensoren 40, 42 zur
Ermittlung der vorderen und hinteren seitlichen Beschleu
nigung (G-Kraft) verwendet. Die gemessenen vorderen und
hinteren seitlichen Beschleunigungen werden von der Steuer
einheit in vordere und hintere seitliche Geschwindigkeits
werte Vf, Vr umgewandelt, wodurch die tatsächliche Gierrate
Ra durch die folgende Gleichung ermittelt werden kann:
wobei N die Entfernung zwischen dem vorderen und hinteren
Sensor 40, 42 ist.
In den Fig. 9 und 10 ist eine zweite bevorzugte Aus
führungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lenkvor
richtung gezeigt, bei der der Elektromotor durch einen mit
einem unter Druck stehenden Strömungsmittel arbeitenden
Motor 50 ersetzt ist. Der Fluidmotor umfaßt einen Strömungs
mittelzylinder 52, in dem ein hin- und hergehender Kolben 54
angeordnet ist. Zwei Kolbenstangen 56, 56′ sind mit gegen
überliegenden Seiten des Kolbens 54 verbunden und stehen von
gegenüberliegenden Enden des Zylinders vor. Zwei Federn 58,
58′, die im Zylinder angeordnet sind, spannen den Kolben 54
in eine mittlere Lage innerhalb des Zylinders 52 vor. Eine
Strömungsmittelpumpe 60, die vom Motor betätigt wird,
liefert unter Druck stehendes Strömungsmittel zu einem Drei
wege-Solenoidventil 62, dessen Stellung durch ein Signal von
der Steuereinheit 32 bestimmt wird. Ein Druckspeicher 64
kann in der Strömungsmittelleitung zwischen der Pumpe 60 und
dem Ventil 72 vorgesehen sein, um Schwankungen im Strömungs
mitteldruck zu dämpfen.
Im Betrieb werden die Räder 12 durch das Lenkrad 14 und die
Zahnstangen- und Ritzel-Kupplung 18, 20 gelenkt. Die lineare
Bewegung der Zahnstange 20 wird auf den Zylinder 52 übertra
gen, der fest an der Zahnstangenverlängerung 20A montiert
ist. Die Linearbewegung des Zylinders wird auf die Spur
stangen 66 übertragen, die mit den äußeren Enden der Kolben
stangen 56, 56′ verbunden sind. Falls die Steuereinheit 32
einen Untersteuerungs- oder Übersteuerungszustand erfaßt,
wird das elektrisch betätigbare Solenoidventil 62 durch ein
elektrisches Ausgangssignal von der Steuereinheit 32 betä
tigt, um den Kolben in einer von zwei Richtungen zu ver
schieben und dadurch die Räder 12 unabhängig von der Posi
tion des Lenkrades zu drehen, wodurch die erforderliche
Korrektur des Reifenwinkels hergestellt wird.
Die Fig. 11-12 zeigen eine Reihe von bevorzugten Mecha
nismen, die gemäß dem in Verbindung mit den Fig. 9 und 10
beschriebenen System arbeiten. Die Fig. 11, 11A und 11B
zeigen einen dieser Mechanismen 80, bei dem eine Spurstange
82 axial gleitfähig in einer Zahnstange 84 in der Form eines
Hohlzylinders montiert ist. Die Zahnstange besitzt Zähne 86,
die an einem Abschnitt ihres Außenumfanges ausgebildet sind
(siehe Fig. 11B). Die Zahnstange 84 ist exzentrisch relativ
zur Spurstange 82 angeordnet, wobei die Zähne 86 am dickeren
Abschnitt der Zahnstange 84 ausgebildet sind, um die Vor
richtung richtig auszugleichen. Die Zahnstange 84 ist in
einem Gehäuse axial gleitbar montiert, das durch das axial
ausgerichtete Servolenkgehäuse 88 und Lenkgetriebegehäuse 90
gebildet wird.
Im Lenkgetriebegehäuse 90 ist ein herkömmlich ausgebildetes
Ritzel 92 montiert, das mechanisch mit der Lenkwelle gekop
pelt ist. Das Ritzel 92 kämmt mit den Zähnen der Zahnstange
(siehe Fig. 11B). Das Lenkgetriebegehäuse 90 besitzt ein
Servolenkventilgehäuse 94, von dem sich zwei Strömungsmit
telleitungen 96, 98 aus erstrecken. Diese Leitungen sind an
Fittings 100, 102 angeschlossen, die vom Servolenkgehäuse 88
getragen werden, um eine Verbindung mit einer Servolenkkam
mer 104 auf gegenüberliegenden Seiten eines Servolenkkolbens
106, der in der Kammer 104 angeordnet ist, herzustellen. Mit
dem Ritzel 982 verbunden ist ein herkömmlich ausgebildetes
Servolenksteuerventil 93, das den Zufluß eines Servo
lenkströmungsmittels von einer Pumpe (nicht gezeigt) zu einer
der Leitungen 96, 98 in Abhängigkeit von der Richtung, in
der das Lenkrad gedreht wird, steuert.
Die Gehäuseeinheit 80 ist an einem starren Rahmen 110 des
Fahrzeuges mit Hilfe eines Paares von elastischen Elementen
112, 114 montiert. Jedes dieser Elemente besitzt die Form
eines Hohlzylinders, durch den sich ein entsprechender Teil
des Gehäuses erstreckt. Das Element 112 nimmt das Servolenk
gehäuse 88 auf, während das andere Element 114 das Lenkge
triebegehäuse 90 aufnimmt. Jedes Element ist mit Hilfe eines
Armes 116 mit dem Rahmen 110 verbolzt. Vibrationen des Ge
häuses werden durch die elastischen Elemente gedämpft.
An gegenüberliegenden Enden der Spurstange 82 sind Kugel
gelenke 120 befestigt, die über Lenkarme 122 an den lenk
baren Rädern befestigt sind. Durch die axiale Verschiebung
der Spurstange 82 in jeder Richtung werden die lenkbaren
Räder gelenkt. Die axiale Verschiebung der Spurstange 82
kann durch das Lenkritzel 92 erzeugt werden, das eine axiale
Verschiebung der Zahnstange 84 bewirkt. Die axiale Verschie
bung der Zahnstange 84 wird über einen Mechanismus, der
einen Strömungsmittelmotor 130 aufweist, auf die Spurstange
82 übertragen. Der Strömungsmittelmotor 130 besitzt einen
Steuerzylinder 132, der mit der Zahnstange 84 verbunden ist,
und einen Kolben 134, der einstückig mit der Spurstange 82 aus
gebildet ist. Der Kolben 134 ist in der durch den Steuer
zylinder 132 gebildeten Kammer 136 axial gleitbar. Mit der
Kammer 136 auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 134
stehen Fittings 138, 140 in Verbindung, die an flexible
Strömungsmittelleitungen 142, 144 gekoppelt sind. Die Lei
tungen 142, 144 sind so angeordnet, daß sie unter Druck
stehendes Strömungsmittel von einer Pumpe 146 aufnehmen,
nachdem das Strömungsmittel ein Ventil 148, beispielsweise
ein Dreiwege-Solenoidventil, passiert hat. Das Ventil 148
wird von der Steuereinheit 82 in der vorstehend beschrie
benen Weise so betätigt, daß es unter Druck stehendes Strö
mungsmittel zu einer oder keiner der Leitungen 142 oder 144
leitet.
Wenn keine der Leitungen 142 oder 144 mit der Pumpe 146 in
Verbindung steht, ist das in der Kammer 136 auf gegenüber
liegenden Seiten des Kolbens 134 verbleibende Strömungs
mittel in der Lage, eine Axialkraft vom Steuerzylinder 132
auf den Kolben 134 zu übertragen. Somit wird die Axialbewe
gung der Zahnstange 84, die vom Hauptlenkmechanismus 92, 106
und von der Servolenkeinheit erzeugt wird, über den Steuer
zylinder 132, das Strömungsmittel in der Kammer 136 und den
Kolben 134 auf die Spurstange 82 übertragen. Mit anderen
Worten, das Strömungsmittel im Steuerzylinder 132 verhin
dert, daß sich die Spurstange 82 relativ zur Zahnstange 84
bewegt, wenn die Pumpe 146 nicht mit der Kammer 136 in Ver
bindung steht.
Wenn die Steuereinheit 32 feststellt, daß die Orientierung
der lenkbaren Räder verstellt werden muß, um ein übermäßiges
Übersteuern oder Untersteuern zu verhindern, wie in Verbin
dung mit den Fig. 6 bis 8 beschrieben, wird das Ventil
148 betätigt, um unter Druck stehendes Strömungsmittel von
der Pumpe 146 zu einer Seite des Kolbens 134 zu führen. Als
Folge hiervon wird der Kolben 134 in Axialrichtung relativ
zum Steuerzylinder 132 verschoben, wodurch die Spurstange 82
relativ zur Zahnstange 84 seitlich bewegt wird und die lenk
baren Räder unabhängig von der Bewegung der Zahnstange 84
gelenkt werden.
Um den Grad der Verschiebung der Spurstange 82 relativ zur
Zahnstange 84 zu messen, der die Größe darstellt, um die die
Spurstange von der Steuereinheit 32 verschoben wird, ist ein
Potentiometer 150 an die Spurstange angeschlossen. Das
Potentiometer 150 ist vom linearen Typ und besitzt ein Ge
häuse 152, das am Steuerzylinder 132 montiert ist und sich
zusammen mit diesem bewegt, und eine Stange 154, die mit
Hilfe eines Armes 156 mit der Spurstange 82 verbunden ist.
Die Stange 154 wird relativ zum Gehäuse 152 in Abhängigkeit
von einer Relativverschiebung zwischen der Spurstange und
der Zahnstange verschoben, woraufhin das Potentiometer 150
ein Signal erzeugt, das zur Steuereinheit zurückgeführt
wird.
Um den Grad der Verschiebung der Zahnstange 84 zu messen und
auf diese Weise eine Anzeige für die Orientierung der lenk
baren Räder zu erhalten, ist ein Drehpotentiometer 160 mit
dem Ritzel 92 gekoppelt. Ein vom Drehpotentiometer erzeugtes
Signal wird zur Steuereinheit 32 zurückgeführt.
Der in Fig. 12 dargestellte bevorzugte Mechanismus ent
spricht dem Mechanismus der Fig. 11, mit der Ausnahme, daß
kein Servolenkmechanismus vorgesehen und der Steuerzylinder
132′ des Motors 130′ zwischen den axialen Enden der Zahn
stange 84 montiert ist. Fittings 138′ und 140′ sind zur
Verschiebung innerhalb eines im Gehäuseteil 88′ ausgebil
deten Schlitzes 170 angeordnet. Ein lineares Potentiometer
und ein Drehpotentiometer sind nicht gezeigt, sind jedoch
vorgesehen. Die Ausführungsform der Fig. 12 funktioniert in
der gleichen Weise wie die der Fig. 11, wobei die Lenk
kräfte über die Zahnstange 84 und den Kolben 134′ auf die
Lenkarme übertragen werden.
Der in Fig. 13 dargestellte bevorzugte Mechanismus ent
spricht dem der Fig. 12, mit der Ausnahme, daß anstelle des
Strömungsmittelmotors 130′ ein Elektromotor 200 vorgesehen
ist. Der Elektromotor 200 umfaßt ein Gehäuse 201, das mit
der Zahnstange 84 verbunden ist, und ein Ausgangselement in
der Form einer Drehmutter 202 mit Innengewinde, die gedreht
wird, wenn eine elektrische Stromquelle 204 einen Stator des
Motors 200 in Abhängigkeit von einem Signal von der Steuer
einheit 32 erregt. Die Mutter 202 kämmt mit einem Außenge
winde auf der Spurstange 82′′, um die Spurstange relativ zur
Zahnstange 84 axial zu verschieben. Obwohl nicht gezeigt,
sind Potentiometer zum Messen der Verschiebung der Zahn
stange und der Relativverschiebung zwischen der Spurstange
und der Zahnstange vorgesehen. Die Lenkkräfte vom Ritzel 92
werden über die Zahnstange 84 und die Ausgangsmutter 202 des
Elektromotors auf die Lenkarme übertragen.
Fig. 14 zeigt eine dritte bevorzugte Ausführungsform eines
Lenkmechanismus, bei dem keine mechanische Verbindung
zwischen dem Lenkrad 14 und den lenkbaren Rädern 12 vor
handen ist. Statt dessen werden die Zahnstange und das
Ritzel allein durch elektrische Signale von der Steuer
einheit 32 gesteuert. Die Steuereinheit 32 ist an einen
Elektromotor 270 elektrisch angeschlossen, dessen Aus
gangswelle 272 mit dem Ritzel 274 verbunden ist. Das Ritzel
kämmt mit den Zähnen einer Zahnstange 276, deren Enden mit
Spurstangen 278 verbunden sind. Die Spurstangen 278 sind mit
Lenkarmen 280 verbunden.
Im Betrieb führt die Drehung des Lenkrades 14 zu einem
Signal, das vom Lenkradwinkelsensor 225 erzeugt wird. Dieses
Signal wird in der gleichen Weise, wie in Verbindung mit
Fig. 6 beschrieben, der Steuereinheit zugeführt. Wann immer
das Lenkrad gedreht wird, liefert somit die Steuereinheit
dem Motor 70 ein Steuersignal, um die lenkbaren Räder 12 um
einen Betrag zu drehen, durch den ein beträchtliches Über
steuern oder Untersteuern verhindert wird.
Die Fig. 15-16 zeigen eine vierte bevorzugte Ausführungs
form eines Lenkmechanismus, der eine Variante des in Ver
bindung mit Fig. 14 beschriebenen Mechanismus darstellt, da
die Steuereinheit 32 einen Strömungsmittelmechanismus in
entsprechender Weise steuert, wie in Verbindung mit den
Fig. 9 und 10 beschrieben. Ein Strömungsmittelzylinder
290 besitzt hierbei Kolbenstangen 292, 292′, die mit Spur
stangen 294 verbunden sind. Das Ausgangssignal von der
Steuereinheit 32 wird einem Dreiwege-Solenoidventil 296 zu
geführt, damit unter Druck stehendes Strömungsmittel von der
Pumpe 295 dem Strömungsmittelzylinder 290 zum Lenken der
lenkbaren Räder 12 zugeführt wird.
Obwohl der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Vorspur
steuermechanismus bei den in den Fig. 4-16 gezeigten
Lenksteuervorrichtungen nicht gezeigt ist, versteht es sich
von selbst, daß diese Vorrichtungen in einfacher Weise so
angepaßt werden können, daß damit Vorspursteuermechanismen
verwendet werden können. Beispielsweise kann bei jeder
dieser Ausführungsformen ein Vorspursteuermechanismus 707,
der ein zylindrisches Gehäuse 711 und die zugehörigen Ele
mente umfaßt, zwischen dem Ende der Spurstange und den
Kugelgelenken einer dieser Ausführungsformen angeordnet
sein, um eine Vorspursteuerung vorzusehen. Dieser Vorspur
steuermechanismus wird durch die gleiche zentrale Prozeß
einheit gesteuert, die den anpassungsfähigen Lenkmechanis
mus in jedem Fall steuert. Wann immer der anpassungsfähige
Lenkmechanismus dieser Ausführungsformen ein übermäßiges
Untersteuern oder Übersteuern verhindert, wird der Strö
mungsmitteldruck gleichzeitig der Kammer 721 zugeführt, um
das elastische Element 716 zusammenzudrücken und dadurch
einen Vorspursteuereffekt während der anpassungsfähigen
Lenksteuerung auszuschalten.
Um eine Vorspursteuerung für die vorstehend beschriebenen
anpassungsfähigen Lenkmechanismen vorzusehen, müssen die
Vorspursteuermechanismen 707 an beiden Enden der Spurstange
vorgesehen sein. Wie die Fig. 17-18 zeigen, ist ein Vor
spursteuermechanismus dargestellt, der mit der anpassungs
fähigen Lenksteuervorrichtung kombiniert ist. Gemäß Fig. 17
ist eine aus einem Vorspursteuermechanismus und einer an
passungsfähigen Lenksteuervorrichtung bestehende Vorrichtung
707′ an einem Ende der Spurstange 704 anstelle des in Fig.
11 gezeigten Strömungsmittelmotors 130 vorgesehen. In jeg
licher anderer Hinsicht ist die Vorrichtung der Fig. 17 mit
der der Fig. 11 identisch. Obwohl die Vorrichtung 707′
speziell so gezeigt ist, daß sie zusammen mit der Aus
führungsform der Fig. 11 der Lenkvorrichtung verwendet
wird, kann sie zusammen mit irgendeiner der Lenkvorrichtun
gen Verwendung finden, bei denen Strömungsmitteldruck Ver
wendung findet, um eine seitliche Bewegung der Spurstange
relativ zur Zahnstange während der anpassungsfähigen Lenk
steuerung zu bewirken. Darüber hinaus sorgt die Verwendung
der Vorrichtung 707′ nicht nur für eine Vorspur- und anpas
sungsfähige Lenksteuerung innerhalb eines zylindrischen
Gehäuses, sondern bringt auch die Notwendigkeit in Fortfall,
einen Vorspursteuermechanismus des in den Fig. 1-3 ge
zeigten Typs an jedem Ende der Spurstange vorsehen zu müs
sen, da sich die Spurstange in seitlicher Richtung relativ
zur Zahnstange bei diesen anpassungsfähigen Lenkvorrichtun
gen frei bewegt.
Wie man des weiteren den Fig. 17-18 entnehmen kann,
erstreckt sich die Spurstange 704 innerhalb des zylin
drischen Gehäuses 711′, und die Verbindungsstange 710a, die
mit dem Kugelgelenk 710 verbunden ist, verläuft ebenfalls in
das zylindrische Gehäuse 711′. Das zylindrische Gehäuse 711′
ist fest an einem Ende der Zahnstange 84 angeordnet. Der
Verlängerungsabschnitt 710b der Verbindungsstange 710a
erstreckt sich innerhalb eines Schlitzes 704a, der am Ende
der Spurstange 704 ausgebildet ist. Ein erster Kolben 715
ist an der Spurstange 704 fixiert und erstreckt sich um deren
Umfang an derem Ende, und ein zweiter Kolben 715 ist an der
Verbindungsstange 710a fixiert und erstreckt sich von dieser
aus. Ein elastisches Element 716 ist zwischen den beiden
Kolben 715 angeordnet. Die Kolben 715 unterteilen das Innere
des zylindrischen Gehäuses 711′ in eine rechte und linke
Kammer, die jeweils über Strömungsmittelleitungen 713 und
Leitungsschlitze 714 mit Steuerventilen 742 verbunden sind,
wie in Fig. 20 gezeigt. Dichtungsringe 720 sind in der in
Fig. 1 gezeigten Art und Weise um die Kolben 715 angeord
net. Des weiteren ist eine erste Öldichtung 719 benachbart
zur Innenwand des Gehäuses 711′ und eine zweite Öldichtung
719 benachbart zur Buchse 717 angeordnet.
In Fig. 20 ist ein Strömungsmittelkreis zum Steuern der in
den Fig. 17-18 gezeigten Ausführungsform dargestellt. Der
Kreis umfaßt ein erstes und zweites Paar von seriell ange
ordneten EIN/AUS-Ventilen 742a und 742b und 742c und 742d,
die parallel zwischen der Ölpumpe 60 und dem Speicher 740
angeordnet sind. Die im Gehäuse 711′ ausgebildete linke
Strömungsmittelkammer ist mit dem Strömungsmittelkreis
zwischen den Ventilen 742c und 742d verbunden, während die
im Gehäuse 711′ ausgebildete rechte Strömungsmittelkammer
mit dem Strömungsmittelkreis zwischen den Ventilen 742a und
742b verbunden ist. Veränderliche Öffnungen 746a und 746b
sind zwischen den Ventilen 742c und 742d und dem Speicher
740 angeordnet. Ein Entlastungsventil 748 ist in einer
Umgehungsleitung angeordnet, die direkt zwischen der Öl
pumpe 60 und dem Speicher 740 geführt ist, und ermöglicht,
daß das Öl direkt dazwischen fließt und den restlichen Teil
des Kreises einschließlich des zylindrischen Gehäuses 711′
umgeht, wann immer der Druck am Auslaß der Ölpumpe 60 ein
vorgegebenes Niveau übersteigt. Druckumformer 744 sind ange
ordnet, um den Strömungsmitteldruck in der rechten und lin
ken Strömungsmittelkammer zu erfassen. Sämtliche EIN/AUS-
Ventile 742 und Öffnungen 746 sind mit der Steuereinheit 32
verbunden, die deren Betriebsstellung steuert. Die Umformer
744 sind ebenfalls mit der Steuereinheit 32 verbunden.
Schließlich empfängt die Steuereinheit 32 die Gierrate, die
Fahrzeuggeschwindigkeit, den Lenkradwinkel und die Relativ
position der Kolben 715 im zylindrischen Gehäuse 711′ von
verschiedenen Detektoren, wie in Verbindung mit den Fig.
5, 6 und 11 erläutert.
Im Betrieb verbleiben während der normalen Geradeausfahrt
die Ventile 742c und 742a im geschlossenen Zustand, und
unter Druck stehendes Strömungsmittel von der Ölpumpe 60
fließt direkt zum Speicher 740 über das Entlastungsventil
748. Der Druck auf beiden Seiten der Kolben 715 ist im
wesentlichen gleich, und das elastische Element 716 wird
dicht zusammengedrückt. Daher nehmen die Räder einen gegen
einander verkanteten Zustand (Vorspurzustand) ein, wie in
Fig. 2a gezeigt. Wenn das Lenkrad während einer Kurven
fahrt gedreht wird, wird die Drehung vom Lenkwinkelsensor
erfaßt, und die Steuereinheit 32 führt die Ventile 742a und
742c in die offene Position, so daß Strömungsmittel in beide
Kammern des zylindrischen Gehäuses fließen kann und diese
unter gleichem Druck stehen, der einem minimalen Schwellen
wert entspricht, der von den Umformern 744 erfaßt wird. Der
erhöhte Druck wirkt auf beide Kolben 715 ein, so daß sich
die Kolben aufeinander zu bewegen, die Verbindungsstange
710a bewegt sich in Richtung auf die Spurstange 704 im
Schlitz 704a, und das elastische Element 716 wird kompri
miert. Somit bewegt sich wie bei der Ausführungsform der
Fig. 1 das Kugelgelenk 710 in Richtung auf das Gehäuse
711′, wodurch der Gesamtabstand zwischen den lenkbaren
Rädern entlang der Achse der Spurstange 704 reduziert und
der Vorspureffekt der Räder ausgeschaltet wird. Die Räder
nehmen eine allgemein parallele Anordnung ein. Danach werden
auch die Ventile 742b und 742a geöffnet, um sicherzustellen,
daß die Kammern nicht unter Überdruck gesetzt werden. Der
Strömungsmittelfluß aus den Kammern heraus, um sicher
zustellen, daß der minimale Schwellenwert aufrechterhalten
wird und die Kammern nicht unter Überdruck gesetzt werden,
wird durch die Öffnungen 746a und 746b gesteuert, die unter
der Steuerung der Steuereinheit 32 den Strömungsmittelfluß
aus den Kammern heraussteuern.
Solange wie der Lenkwinkelsensor erfaßt, daß das Fahrzeug um
eine Kurve gelenkt wird, wird der Druck in beiden Kammern
auf dem minimalen Schwellenwert gehalten, um einen Vorspur
effekt auszuschalten. Wenn kein Untersteuern oder Über
steuern erfaßt wird, d. h. die tatsächliche und die ge
wünschte Gierrate sind gleich, wird das Fahrzeug normaler
weise mit einer seitlichen Bewegung der Zahnstange 84 ge
lenkt, die aufgrund des auf die Kolben 715 einwirkenden
Strömungsmittels auf die Spurstange 704 und die Verbindungs
stange 710a übertragen wird. Sollte jedoch ein Untersteue
rungs- und Übersteuerungszustand erfaßt werden, wie vor
stehend erläutert, wird eine der Innenkammern über den
Schwellenwert hinaus weiter unter Druck gesetzt, was eine
gemeinsame seitliche Bewegung der Kolben 715 in der gleichen
Richtung und damit eine gemeinsame seitliche Bewegung der
Spurstange 704 und der Verbindungsstange 710a relativ zur
Zahnstange 84 bewirkt, wodurch die erforderliche Korrektur
des Untersteuerns oder Übersteuerns erreicht wird. Die
erhöhte Druckbeaufschlagung der einen Kammer über den
Schwellenwert hinaus und relativ zur anderen Kammer wird
durch Einengung der geeigneten veränderlichen Öffnung 746a
oder 746b durch die Steuereinheit 32 erreicht, damit weniger
Strömungsmittel aus der gewählten Kammer durch diese fließen
kann. Somit wird der Druck in der Kammer über den Schwellen
wert hinaus und relativ zur anderen Kammer erhöht, wodurch
beide Kolben 715 in seitlicher Richtung bewegt werden, wie
dies erforderlich ist, um die entsprechende notwendige seit
liche Bewegung der Spurstange 704 und der Verbindungsstange
710a relativ zum Gehäuse 711′ und zur Zahnstange 84 vorzu
sehen. Da der minimale Schwellendruck in beiden Kammern
während der anpassungsfähigen Steuerung zu allen Seiten auf
rechterhalten wird, bleibt das elastische Element 716
zwischen den Kolben 715 im zusammengepreßten Zustand, und
der Vorspureffekt wird während der gesamten Zeit der anpas
sungsfähigen Steuerung ausgeschaltet.
Wenn die gewünschte Kurvenbahn erreicht ist, d. h. eine an
passungsfähige Steuerung nicht länger erforderlich ist, wird
die Kammer, in der der Druck erhöht worden ist, durch Er
weitern der Fläche der Öffnung wieder auf den Schwellenwert
reduziert. Ferner wird der Druck in der anderen Kammer ge
ringfügig über den Schwellenwert erhöht, da dies erforder
lich ist, um eine Rückkehr der Kolben in ihre mittlere
Position im zylindrischen Gehäuse 711′ zu bewirken, wenn die
anpassungsfähige Lenksteuerung allmählich aufgehoben wird.
Natürlich werden die Drücke in beiden Kammern auf dem
Schwellenwert gehalten, um den Vorspureffekt so lange auszu
schalten, wie das Fahrzeug um eine Kurve bewegt wird. Wenn
der Lenkwinkelsensor erfaßt, daß das Fahrzeug nicht mehr um
eine Kurve gelenkt wird, wird der Druck in beiden Kammern
auf das normale Niveau abgesenkt, das elastische Element 716
expandiert, und die Vorspur wird wiederhergestellt.
Die Ausführungsform der Fig. 19 ist identisch mit der Aus
führungsform der Fig. 18, mit der Ausnahme, daß eine Feder
728 das elastische Element 716 ersetzt. Die Feder 728 ist um
den Verlängerungsabschnitt 710b der Verbindungsstange 710a
in dem in der Spurstange 704 ausgebildeten Schlitz 704a an
geordnet. Es versteht sich, daß die den Vorspursteuermecha
nismus und die anpassungsfähige Lenksteuervorrichtung ent
haltende Vorrichtung 707′ den in Fig. 12 gezeigten Strö
mungsmittelmotor 130′ ersetzen kann. Die Spurstange 82′
besitzt daher einen linken und einen rechten Spurstangen
abschnitt, die Enden aufweisen, die im zylindrischen Gehäuse
enden, so daß ein Kolben um das Ende eines jeden Stangenab
schnittes innerhalb des zylindrischen Gehäuses fest ange
ordnet ist. Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist iden
tisch mit der in Fig. 17 gezeigten Vorrichtung.
Die Lenkstabilität eines sich bewegenden Fahrzeuges wird
somit durch Messen der tatsächlichen Gierrate des Fahrzeuges
und durch Bestimmen einer gewünschten Gierrate des Fahrzeu
ges sowie Erzeugen eines Ausführungssignales in Abhängig
keit von einem Vergleich der tatsächlichen und gewünschten
Gierrate aufrechterhalten. Der Lenkwinkel der lenkbaren
Räder des Fahrzeuges wird in Abhängigkeit von diesem Aus
gangssignal so gesteuert, daß sich die tatsächliche Gier
rate im wesentlichen an die gewünschte Gierrate anpaßt und
auf diese Weise die Fahrzeugstabilität aufrechterhalten
wird. Die lenkbaren Räder werden durch ein Lenkrad und un
abhängig davon durch einen Motor in Abhängigkeit von diesem
Ausgangssignal gelenkt. Dieser Motor umfaßt einen Strömungs
mittelmotor. Ein Vorspursteuermechanismus wird ebenfalls
beschrieben und dient dazu, einen Vorspureffekt auszuschal
ten, wann immer das Fahrzeug um eine Kurve gelenkt wird.
Claims (18)
1. Vorspursteuermechanismus für die Lenkvorrichtung eines
Fahrzeuges, die eine Spurstange aufweist, mit deren Enden
die lenkbaren Räder des Fahrzeuges verbunden sind,
gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (711), das benachbart zu mindestens einem Ende der Spurstange (704) angeordnet ist;
eine im Gehäuse (711) angeordnete Verbindungseinrichtung, (710, 710a, 710b), die an einem Ende mit einem lenkbaren Rad (701) und am anderen Ende mit der Spurstange (704) verbunden ist und die in seitlicher Richtung relativ zur Spurstange (704) bewegbar ist; und
eine Betätigungseinrichtung (714-721), die eine Bewegung der Verbindungseinrichtung in Richtung auf die Spurstange (704) bewirkt, wenn das Fahrzeug vom Lenkmechanismus zu einer Kurvenfahrt veranlaßt wird, wobei die Bewegung der Verbindungseinrichtung in Richtung auf die Spurstange einen Vorspureffekt ausschaltet.
ein Gehäuse (711), das benachbart zu mindestens einem Ende der Spurstange (704) angeordnet ist;
eine im Gehäuse (711) angeordnete Verbindungseinrichtung, (710, 710a, 710b), die an einem Ende mit einem lenkbaren Rad (701) und am anderen Ende mit der Spurstange (704) verbunden ist und die in seitlicher Richtung relativ zur Spurstange (704) bewegbar ist; und
eine Betätigungseinrichtung (714-721), die eine Bewegung der Verbindungseinrichtung in Richtung auf die Spurstange (704) bewirkt, wenn das Fahrzeug vom Lenkmechanismus zu einer Kurvenfahrt veranlaßt wird, wobei die Bewegung der Verbindungseinrichtung in Richtung auf die Spurstange einen Vorspureffekt ausschaltet.
2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
benachbart zu jedem Ende der Spurstange (704) ein Gehäuse
(711) angeordnet und fest damit verbunden ist, wobei jedes
Gehäuse einer Verbindungseinrichtung und einer
Betätigungseinrichtung zugeordnet ist.
3. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß er des weiteren umfaßt:
einen Kolben (715), der fest um jede Verbindungseinrichtung angeordnet ist und in jedem Gehäuse (711) auf einer Seite eine Strömungsmittelkammer bildet;
ein zusammenpreßbares Element (716), das zwischen der zweiten Seite des Kolbens (715) und einer Innenwand eines jeden Gehäuses (711) angeordnet ist; und
wobei die Betätigungseinrichtung eine Strömungsmitteldruckquelle umfaßt, die in Strömungsmittelverbindung mit der Strömungsmittelkammer steht, um diese mit Strömungsmitteldruck zu beaufschlagen, so daß der Strömungsmitteldruck in der Kammer erhöht wird, wenn das Fahrzeug durch die Lenkvorrichtung eine Kurvenfahrt ausführt, derart, daß sich die Kolben (715) seitlich in den Gehäusen (711) bewegen, die zusammenpreßbaren Elemente (716) zusammengepreßt werden und die Verbindungseinrichtung in Richtung auf die Spurstange (704) bewegt wird.
einen Kolben (715), der fest um jede Verbindungseinrichtung angeordnet ist und in jedem Gehäuse (711) auf einer Seite eine Strömungsmittelkammer bildet;
ein zusammenpreßbares Element (716), das zwischen der zweiten Seite des Kolbens (715) und einer Innenwand eines jeden Gehäuses (711) angeordnet ist; und
wobei die Betätigungseinrichtung eine Strömungsmitteldruckquelle umfaßt, die in Strömungsmittelverbindung mit der Strömungsmittelkammer steht, um diese mit Strömungsmitteldruck zu beaufschlagen, so daß der Strömungsmitteldruck in der Kammer erhöht wird, wenn das Fahrzeug durch die Lenkvorrichtung eine Kurvenfahrt ausführt, derart, daß sich die Kolben (715) seitlich in den Gehäusen (711) bewegen, die zusammenpreßbaren Elemente (716) zusammengepreßt werden und die Verbindungseinrichtung in Richtung auf die Spurstange (704) bewegt wird.
4. Mechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das zusammenpreßbare Element ein Federelement umfaßt.
5. Mechanismus nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das zusammenpreßbare Element (716) ein elastisches
Element umfaßt.
6. Mechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung eine
Verbindungsstange (710a) aufweist, die einen Abschnitt
(710b) besitzt, der sich durch das Gehäuse (711) erstreckt,
wobei die Spurstange einen Schlitz (704a) umfaßt, in
den der sich durch das Gehäuse erstreckende Abschnitt
(710b) eingepaßt ist.
7. Mechanismus nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Kugelgelenk (710) fest mit der Verbindungsstange (710a)
verbunden ist, und zwar an dem Ende, das dem sich durch das
Gehäuse erstreckenden Abschnitt gegenüberliegt, wobei das
Kugelgelenk (710) des weiteren mit dem lenkbaren Rad (701)
verbunden ist.
8. Mechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß er des weiteren einen Lenkwinkelsensor
(25) aufweist, der abtastet, wenn das Fahrzeug durch die
Lenkvorrichtung eine Kurvenfahrt durchführt, und daß die
Betätigungseinrichtung des weiteren eine zentrale
Prozeßeinheit (32) aufweist, die ein Ausgangssignal vom
Lenkwinkelsensor (25) empfängt und die
Betätigungseinrichtung so steuert, daß die
Verbindungseinrichtung bewegt wird.
9. Mechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß er die folgenden Bestandteile umfaßt:
einen ersten Kolben (715), der um die Verbindungseinrichtung herum angeordnet ist, wobei sich ein Abschnitt der Lenkstange (704) in das Gehäuse (711) erstreckt, und einen zweiten Kolben (715), der um diesen Abschnitt herum angeordnet ist, wobei der erste und der zweite Kolben eine erste und zweite Strömungsmittelkammer im Gehäuse (711) bilden; und ein zusammenpreßbares Element (716), das zwischen dem ersten und zweiten Kolben (715) angeordnet ist;
wobei die Betätigungseinrichtung eine Strömungsmitteldruckquelle aufweist, die in Strömungsmittelverbindung mit der ersten und zweiten Strömungsmittelkammer steht, um diese mit Strömungsmitteldruck zu beaufschlagen, und wobei der Strömungsmitteldruck in beiden Kammern erhöht wird, wenn das Fahrzeug durch den Lenkmechanismus eine Kurvenfahrt durchführt, so daß sich die Kolben (715) seitlich in Richtung aufeinander zu bewegen, das zusammenpreßbare Element (716) dazwischen zusammenpressen und die Verbindungseinrichtung in Richtung auf die Lenkstange (704) bewegen.
einen ersten Kolben (715), der um die Verbindungseinrichtung herum angeordnet ist, wobei sich ein Abschnitt der Lenkstange (704) in das Gehäuse (711) erstreckt, und einen zweiten Kolben (715), der um diesen Abschnitt herum angeordnet ist, wobei der erste und der zweite Kolben eine erste und zweite Strömungsmittelkammer im Gehäuse (711) bilden; und ein zusammenpreßbares Element (716), das zwischen dem ersten und zweiten Kolben (715) angeordnet ist;
wobei die Betätigungseinrichtung eine Strömungsmitteldruckquelle aufweist, die in Strömungsmittelverbindung mit der ersten und zweiten Strömungsmittelkammer steht, um diese mit Strömungsmitteldruck zu beaufschlagen, und wobei der Strömungsmitteldruck in beiden Kammern erhöht wird, wenn das Fahrzeug durch den Lenkmechanismus eine Kurvenfahrt durchführt, so daß sich die Kolben (715) seitlich in Richtung aufeinander zu bewegen, das zusammenpreßbare Element (716) dazwischen zusammenpressen und die Verbindungseinrichtung in Richtung auf die Lenkstange (704) bewegen.
10. Mechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lenkvorrichtung einen äußeren Gehäuseabschnitt umfaßt,
an dessen Ende das Gehäuse (711) fest angeordnet ist.
11. Mechanismus nach Anspruch 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß er einen Lenkwinkelsensor (25)
aufweist, der abtastet, wenn das Fahrzeug durch die
Lenkvorrichtung eine Kurvenfahrt ausführt, und daß die
Betätigungseinrichtung des weiteren eine zentrale
Prozeßeinheit (32) umfaßt, die ein Ausgangssignal vom
Sensor (25) empfängt und die Strömungsmitteldruckquelle
derart steuert, daß diese die Kammern unter Druck setzt.
12. Mechanismus nach einem der vorangehenden Ansprüche
gekennzeichnet durch
eine bewegliche Zahnstange (84), die eine seitliche Bewegung relativ zum Fahrzeug ausführt und an deren einem Ende ein Gehäuse (711′) fixiert ist,
eine Spurstange (704), die innerhalb der Zahnstange (84) angeordnet und mit dieser und relativ zu dieser seitlich bewegbar ist, wobei ein Ende der Spurstange (704) in dem Gehäuse (711′) endet.
eine bewegliche Zahnstange (84), die eine seitliche Bewegung relativ zum Fahrzeug ausführt und an deren einem Ende ein Gehäuse (711′) fixiert ist,
eine Spurstange (704), die innerhalb der Zahnstange (84) angeordnet und mit dieser und relativ zu dieser seitlich bewegbar ist, wobei ein Ende der Spurstange (704) in dem Gehäuse (711′) endet.
13. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
gekennzeichnet durch
eine bewegliche Zahnstange (84), die eine seitliche Bewegung relativ zum Fahrzeug ausführt und ein Gehäuse (711) in einer Zwischenlage umfaßt,
eine Spurstange (704), die innerhalb der Zahnstange (84) angeordnet ist und mit dieser und relativ zu dieser seitlich bewegbar ist sowie einen ersten und einen zweiten Spurstangenabschnitt aufweist, die relativ zueinander bewegbar sind, wobei ein Ende jedes Spurstangenabschnittes innerhalb des Gehäuses (711) endet, während das andere Ende jedes Spurstangenabschnitts mit einem lenkbaren Rad (701) des Fahrzeugs verbunden ist.
eine bewegliche Zahnstange (84), die eine seitliche Bewegung relativ zum Fahrzeug ausführt und ein Gehäuse (711) in einer Zwischenlage umfaßt,
eine Spurstange (704), die innerhalb der Zahnstange (84) angeordnet ist und mit dieser und relativ zu dieser seitlich bewegbar ist sowie einen ersten und einen zweiten Spurstangenabschnitt aufweist, die relativ zueinander bewegbar sind, wobei ein Ende jedes Spurstangenabschnittes innerhalb des Gehäuses (711) endet, während das andere Ende jedes Spurstangenabschnitts mit einem lenkbaren Rad (701) des Fahrzeugs verbunden ist.
14. Mechanismus nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
gekennzeichnet durch
eine Lenkeingabeeinrichtung (705), um eine gemeinsame Bewegung der Spurstange (704) und der Zahnstange (84) in seitlicher Richtung zu bewirken und
eine Steuereinrichtung zur Erfassung einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs und zur Messung des tatsächlichen Lenkzustandes des Fahrzeuges sowie zur Bestimmung eines gewünschten Lenkzustandes des Fahrzeugs, die die Betätigungseinrichtung (714-721) so steuert, daß sich die Verbindungseinrichtung (710, 710a, 710b) in Richtung auf die Spurstange (704) bewegt, wenn die Steuereinrichtung den Beginn einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges erfaßt, um den Vorspureffekt auszuschalten,
wobei die Steuereinrichtung ferner bewirkt, daß sich die Spurstange (704) relativ zur Zahnstange (84) in seitlicher Richtung bewegt, wenn sich der tatsächliche Lenkzustand vom gewünschten Lenkzustand unterscheidet, um die Lenkstabilität aufrechtzuerhalten.
eine Lenkeingabeeinrichtung (705), um eine gemeinsame Bewegung der Spurstange (704) und der Zahnstange (84) in seitlicher Richtung zu bewirken und
eine Steuereinrichtung zur Erfassung einer Kurvenfahrt des Fahrzeugs und zur Messung des tatsächlichen Lenkzustandes des Fahrzeuges sowie zur Bestimmung eines gewünschten Lenkzustandes des Fahrzeugs, die die Betätigungseinrichtung (714-721) so steuert, daß sich die Verbindungseinrichtung (710, 710a, 710b) in Richtung auf die Spurstange (704) bewegt, wenn die Steuereinrichtung den Beginn einer Kurvenfahrt des Fahrzeuges erfaßt, um den Vorspureffekt auszuschalten,
wobei die Steuereinrichtung ferner bewirkt, daß sich die Spurstange (704) relativ zur Zahnstange (84) in seitlicher Richtung bewegt, wenn sich der tatsächliche Lenkzustand vom gewünschten Lenkzustand unterscheidet, um die Lenkstabilität aufrechtzuerhalten.
15. Mechanismus nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinrichtung bei erfaßter Kurvenfahrt die
Strömungsmitteldruckquelle so steuert, daß beide
Strömungsmittelkammern bis zu einem vorgegebenen minimalen
Schwellenwert unter Druck gesetzt sind, um die Kolben (715)
auseinanderzuzubewegen und daß die Steuereinrichtung die
Strömungsmitteldruckquelle bei einem Unterschied zwischen
erfaßten und gewünschten Lenkzustand so steuert, daß eine
der beiden Strömungsmittelkammern relativ zur anderen unter
Druck gesetzt, so daß sich die Spurstange (704) relativ
zur Zahnstange (84) bewegt, um die Lenkstabilität
aufrechtzuerhalten.
16. Mechanismus nach einem der Ansprüche 7 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß
das zusammenpreßbare Element (716) im Schlitz (704a) um den
Abschnitt (710b) herum angeordnet ist.
17. Mechanismus nach einem der Ansprüche 14 bis 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinrichtung die tatsächliche Gierrate des
Fahrzeugs mißt und eine gewünschte Gierrate für das
Fahrzeug bestimmt.
18. Mechanismus nach einem der Ansprüche 12 bis 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinrichtung den Lenkwinkelsensor (25) umfaßt.
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