DE69100265T2 - Hinterräderlenkungsapparat mit Ausrichtungsfehlerkompensation. - Google Patents

Hinterräderlenkungsapparat mit Ausrichtungsfehlerkompensation.

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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D7/00Steering linkage; Stub axles or their mountings
    • B62D7/06Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
    • B62D7/14Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering
    • B62D7/15Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/159Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by computing methods or stabilisation processes or systems, e.g. responding to yaw rate, lateral wind, load, road condition
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Steering-Linkage Mechanisms And Four-Wheel Steering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Hinterräderlenkungsvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung, die Spurfehler der einzelnen Hinterräder kompensiert.
  • Fahrzeuge mit einer unabhängigen Aufhängung der vier Räder erfordern im allgemeinen die Einstellung der hinteren Spurwinkel während des Ausrichtungsprozesses des Rades. Diese Einstellung umfaßt typischerweise das manuelle Verlängern oder Verkürzen einer Spur-Verbindungsstange mit einem Schraubenschlüssel, um eine genügende nach innen oder außen weisende Spurbewegung zu bewirken, um die Spurwinkel in einen vorgegebenen Fehlerfenster zu bringen.
  • Im Stand der Technik sind ebenfalls Lenkungsanordnungen bekannt, die die hinteren Räder eines Fahrzeuges in Beziehung zu dem Vorderrad-Lenkungswinkel, manchmal in Kombination mit der Fahrzeuggeschwindigkeit, positionieren. Bei den ineisten Anordnungen positioniert eine einzelne Betätigungseinrichtung oder mechanischer Eingang die beiden Hinterräder über eine Lenkungs-Zahnstange oder einen ähnlichen Mechanismus. Eine unabhängige Positionierung der Hinterräder ist ebenfalls bekannt.
  • Eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kennzeichnet sich durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung, bei der ein Hinterrad-Lenkungsmechanismus, der in der Lage ist, die Hinterräder eines Fahrzeugs unabhängig zu positionieren, auch den Spurfehler eines jeden gelenkten Rades unabhängig korrigiert. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist ein jedes Hinterrad von einer einzelnen Betätigungsvorrichtung gelenkt. Das Lenkungskommando für die Betätigungsvorrichtung bestimmt sich zumindest in Beziehung zu dem vorderen Lenkungswinkel, wobei das Kommando innerhalb vordefinierter Kommandogrenzen eingeschränkt ist. Andererseits besitzen die Betätigungsvorrichtungen einen Steuerbereich, der über denjenigen der vordefinierten Kommandogrenzen hinwegreicht. Die Steuereinheit, die die Lenkungskommandos erzeugt, ist ausgelegt, Signale von einer konventionellen Rad-Ausrichtungsmaschine, die den Spurfehler eines jeden Hinterrades darstellen, zu empfangen und zu speichern, und die Steuereinheit bewirkt, daß der Antrieb jedes Hinterrad nach einer kombinierten Funktion des Lenkungskommandos und der jeweiligen gespeicherten Spurfehlersignale positioniert.
  • Wenn eine Neuausrichtung notwendig wird, wird eine Ausrichtungsmaschine init der Steuereinheit verbunden und die Vorrichtung geht in einen zurückgesetzten Zustand über, bei dein die Hinterräder unabhängig von den vorher gespeicherten Spurfehlerwerten in eine "geradeaus"-Position gelenkt werden, und die neuerlich gemessenen Spurfehlerwerte werden zur nachfolgenden Lenkungssteuerung gespeichert.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer erfindungsgemäßen eine auf einem Computer basierenden Steuereinheit umfassenden Fahrzeug-Hinterradlenkungsvorrichtung ist;
  • Fig. 2 ein Liniendiagramm ist, das drei verwandte Lenkbewegungsbereiche darstellt; und
  • Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Computerprogramms darstellt, das bei Durchführung der Steuerung dieser Erfindung von der Steuereinheit aus Figur 1 ausgeführt wird.
  • Bezugnehmend auf Figur 1 bezeichnet die Bezugszeichennummer 10 im allgemeinen ein Motorfahrzeug mit vier lenkbaren, vom Fahrzeug über konventionelle Kugelgelenkverbindungsmechanismen aufgehängte Räder. Die Vorderräder 12, 14 werden zusammen in Reaktion auf die Drehung eines von einem Bediener manipulierten Lenkrades 16 gelenkt. Das Lenkrad 16 ist mechanisch über eine Lenksäule 18 mit einem Ritzel 20 verbunden, das in kämmendem Eingriff mit auf einem Zahnstangenteil 22 ausgebildeten Zähnen steht. Das Zahnstangenteil 22 ist seinerseits mit den Vorderrad-Lenkhebeln 24 und 26 verbunden, wodurch die mechanische Lenkverbindung zwischen den Vorderrädern 12, 14 und dem Lenkrad 16 fertiggestellt ist. Die Lenkung der Vorderräder 12, 14 kann durch ein konventionelles hydraulisches Lenkkraft-Unterstützungssystem oder durch ein elektrisches Lenkkraft-Unterstützungssystem unterstützt werden, beispielsweise wie dies in der US-A-4,509,611 dargestellt ist.
  • Die hinteren Räder 28, 30 sind ebenfalls mit Lenkhebeln 32, 34 ausgestattet, die eine unabhängige, begrenzte positive und negative Lenkung derselben bewirken. jede Hinterradbaugruppe beinhaltet eine lineare Betätigungseinrichtung 36, 38, die an einem unteren Steuerarm 40, 42 befestigt ist und ein Ausgangsgestänge 44, 46 aufweist, das mit den jeweiligen Lenkhebeln 32, 34 verbunden ist. Jedes solche Ausgangsgestänge 44, 46 ist durch einen über einen im allgemeinen konventionellen Kugelschraubenmechanismus arbeitenden elektrischen Motor 48, 50 (nicht dargestellt) axial verschiebbar.
  • Eine auf einem Computer basierende Steuereinheit 52 erzeugt einzelne Positionssteuersignale Dr1 und Dr2 für die hinteren Räder 28 und 30 und legt diese Signale an die elektrischen Motoren 48 und 50 über die Leitungen 54 und 56 an. Bei einer solchen Steuerungsdurchführung werden elektrische Signale, die die Fahrzeuggeschwindigkeit Nv und den Vorderrad-Lenkungswinkel Df anzeigen, als Eingangssignale der Steuereinheit 52 über die Leitungen 58 und 62 zugeführt. Das Fahrzeuggeschwindigkeitssignal Nv kann mit einem konventionellen variablen Magnetwiderstands-Geschwindigkeitsaufnahmegerät (nicht dargestellt) erhalten werden, und das vordere Lenkungswinkelsignal Df kann mit einem konventionellen Positionssensor 64, der auf die Verschiebung des Zahnstangenelementes 22 anspricht, erhalten werden. Weitere aut die Verschiebung der Ausgangsgestänge 44, 46 der Betätigungseinrichtung ansprechende Positionssensoren können ebenfalls, falls gewünscht, zu Steuerungszwecken vorgesehen sein.
  • Bei normalem Betrieb erzeugt die Steuereinheit 52 ein einzelnes gesamtes Hinterrad-Lenkungskommando Dr als Funktion des Vorderradlenkungswinkel Df und der Fahrzeuggeschwindigkeit Nv. Die einzelnen hinteren Betätigungskommandos Dr1 und Dr2 werden dann entsprechend der Differenz des Lenkungskommandos Dr und der gespeicherten Spurfehlersignale für jedes Hinterrad 28, 30 bestimmt. Algebraisch ergibt sich
  • Dr1 = Dr - TE1, und
  • Dr2 = Dr - TE2
  • Wobei TE1 und TE2 jeweils die Spurfehlerwerte der Hinterräder 28 und 30 darstellen.
  • Eine durch die Bezugszeichennummer 66 benannte Ausrichtungsmaschine mißt den Spurfehler eines jeden Hinterrades 28, 30 und übermittelt die Fehlerinformation an die Steuereinheit 52 über einen seriellen Datenbus 68. Ursprünglich stellt die Ausrichtungsmaschine 66 eine Einrichtung dar, die am Endpunkt des Zusammenbaus des Motorfahrzeuges 10 eingerichtet ist; später kann die Ausrichtungsmaschine 66 eine bei einer Händler- oder Servicestation installierter Ausrichtungsvorrichtung sein. In beiden Fällen mißt die Ausrichtungsmaschine 66 den Spurfehler eines jeden hinteren Rades 28, 30 und übermittelt ein entsprechendes Signal AL gemäß eines vordefinierten Protokolles an die Steuereinheit 52. In Reaktion darauf geht die Steuereinheit 52 in einen Eichzustand über, bei dem die hinteren Räder 28, 30 unabhängig von vorher eventuell gespeicherten Spurfehlerwerten in eine "geradeaus "-Position (Lenkungswinkel 0) gelenkt werden. Einmal im Eichzustand, speichert die Steuereinheit 52 die von der Ausrichtungsmaschine 66 übermittelten Spurfehlerwerte, und beendet dabei das Ausrichtungsverfahren. Sobald die Ausrichtungsmaschine 66 von der Kontrolleinheit 52 abgetrennt ist, tritt der normale Steuerzustand ein und die Hinterräder 28, 30 werden als kombinierte Funktion des normalen gemeinsamen Lenkungskommandos Dr und der entsprechend gespeicherten Spurfehlersignale TE1, TE2 gesteuert.
  • Um eine Spurfehlerkorrektur einer in Figur 1 dargestellten Hinterrad-Lenkungsvorrichtung zu überlagern, müssen gewisse Dimensionsverhältnisse vorliegen. Um diesen Sachverhalt zu veranschaulichen definiert das Liniendiagramm in Figur 2 drei verwandte Lenkungsbewegungen: die erforderliche Systembewegung (RSM), die elektronisch erfaßte Bewegung (ERM) und die mechanisch mögliche Bewegung (MPM). Die RSM ist der Bewegungsbereich der Betätigungseinrichtung, der für die normale Hinterrad-Lenkungsfunktion benötigt wird. Die ERM ist der Bewegungsbereich der Betätigungseinrichtung, welcher von der Steuereinheit 52 befehlbar ist. Da die ERM größer als die RSM ist, kann die Steuereinheit 52 einen Lenkungswinkel befehlen, der größer als das schärfste, im normalen Hinterradlenkungsbetrieb erzeugte Lenkungskommando Dr ist. Dies ermöglicht der Steuereinheit 52 sogar bei der schärfsten Lenkungssituation einen Spurfehler mit zu dem Lenkungskommando Dr entgegengesetzten Vorzeichen zu kompensieren. Die MPM ist die mechanische Grenze der Bewegung der Betätigungseinrichtung. Aufgrund der Auslegung ist die MPM größer als die ERM, um einen Lenkungsbetrieb im Bereich der mechanischen Grenzen der Betätigungseinrichtung zu vermeiden. Bei einer beispielhaften Anordnung ist die RSM genügend groß, um eine Lenkungsbewegung von ± 4º zuzulassen; die ERM ist genügend groß um eine Lenkungsbewegung von ± 4,5º zuzulassen; und die MPM ist genügend groß um eine Lenkungsbewegung von ± 6º zuzulassen.
  • Das Flußdiagramm in Figur 3 stellt Programmbefehle dar, die von der auf einem Computer basierenden Steuerungseinheit 52 bei der Durchführung des Steuerungsverfahrens nach dieser Erfindung ausgeführt werden. Der Kasten 70 bezeichnet eine Reihe von Initialisierungsbefehle, die bei der Einleitung einer jeden Betriebsperiode des Fahrzeuges zur Initialisierung der von der Steuereinheit 52 genutzten Speicher und Variablen ausgeführt wird. Danach werden die restlichen Kästen der Reihenfolge nach und wiederholt ausgeführt, wie dies durch die Linien des Flußdiagrammes angezeigt ist.
  • Im Anschluß an die Initialisierung wird der Kasten 72 ausgeführt, um das Ausrichtungssignal AL und die die gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit Nv und den vorderen Lenkungswinkel Df darstellenden Eingangssignale zu lesen. Wenn das Ausrichtungssignal AL, wie in Kasten 74 festgelegt, aktiviert ist, geht die Steuerung in einen Eichzustand über, in dem die Kästen 76 bis 82 ausgeführt werden, um (1) die Spurfehlervariablen TE1, TE2 gleich den neuen, in dem Ausrichtungssignal AL codierten Spurfehlerwerten zu setzen, (2) das "geradeaus"- Lenkungskommando Dr nachzuschauen, (3) die hinteren Lenkungskommandos Dr1 und Dr2 gleich dem Lenkungskommando Dr zu setzen und (4) die hinteren Lenkungskommandos Dr1, Dr2 an die elektrischen Motoren 48, 50 auszugeben. Das Nachschauen des Lenkungskommandos bezieht sich auf eine konventionelle 3D Nachschlagetabellentechnik, bei der das gesamte hintere Lenkungskommando Dr als eine kombinierte Funktion des vorderen Lenkungswinkels Df und der Fahrzeuggeschwindigkeit Nv gespeichert ist. In dem Eichzustand wird die Größe Df gleich Null gesetzt, wie dies im Kasten 78 angezeigt ist. Diese Reihenfolge von Schritten wird so lange wiederholt, wie das Ausrichtungssignal AL aktiv ist.
  • Wenn das Ausrichtungssignai AL nicht mehr aktiv ist, geht die Steuerung in den normalen Lenkungszustand über, bei dem die Kästen 84 bis 88 und 82 ausgeführt werden, um (l) das normale gemeinsame Lenkungskommando Dr als eine Funktion des gemessenen vorderen Lenkungswinkels Df und der Fahrzeuggeschwindigkeit Nv nach zusehen, (2) die gespeicherten Spurfehlerwerte TE1, TE2 nachzusehen, (3) die hinteren Lenkungskommandos Dr1 und Dr2 in Bezug auf das normale gesamte Lenkungskommando Dr und die Spurfehlerausdrücke TE1 und TE2 jeweils zu berechnen, und (4) die hinteren Lenkungskommandos Dr1, Dr2 an die elektrischen Motoren 48, 50 auszugeben. In diesem Zustand werden die gespeicherten Spurfehlerwerte TE1, TE2 mit dem gesamten Lenkungskommando Dr kombiniert, um dabei eine ununterbrochene Kompensation der Spurfehler der einzelnen hinteren Räder 28 und 30 zu schaffen.
  • Wenn immer eine Neuausrichtung notwendig wird, wird die oben beschriebene Eichprozedur einfach an einer Händler- oder Servicestation wiederholt. Eine derartige Neuausrichtung kann ebenfalls eine Eichung des Zahnstangen-Positionssensors 64 (abhängig von der Sensortechnologie) umfassen, um sicherzustellen, daß das Signal Df "genullt" wird, wenn die Vorderräder 12, 14 geradeaus gelenkt sind.
  • Zusätzlich zu der oben beschriebenen automatischen Spurfehlereinstellung besitzen die Ausgangsgestänge 44, 46 vorzugsweise einen mechanischen Auslenkungs-Einstellungsmechanismus, so daß eine Spureinstellung mit dem konventionellen manuellen Verfahren durchgeführt werden kann, falls eine geeignete Ausrichtungsmaschine nicht verfügbar ist.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Lenkung der hinteren Räder (28, 30) eines Motorfahrzeuges, die Steuermittel (52) zur Erzeugung eines Hinterrad-Lenkungskommandos innerhalb vordefinierter Kommandogrenzen und Betätigungsmittel (36, 38) zur unabhängigen Positionierung der hinteren Räder in Beziehung zu dem Lenkungskommando (Dr1, Dr2) innerhalb vordefinierter Grenzen der Betätigungsmittel aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß die vordefinierten Grenzen der Betätigungsmittel über die vordefinierten Kommandogrenzen hinausgehen; daß das Steuermittel (52) ausgelegt ist, Signale (TE1, TE2), die den Spurfehler jedes hinteren Rades (28, 30) darstellen, zu empfangen und zu speichern; und daß das Betätigungsmittel (36, 38) jedes Hinterrad nach einer kombinierten Funktion des Lenkungskommandos (Dr) und der jeweils gespeicherten Spurfehlersignale positioniert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuermittel (52) Mittel, die in einem Eichzustand wirksam sind, die Spurfehlersignale (TE1, TE2) zu empfangen und zu speichern, und Mittel, die in einem Normalzustand wirksam sind, das Lenkungskommando (Dr1, Dr2) für jedes Hinterrad (28, 30) der Betätigungsmittel (36, 38) zuzuführen, aufweist, wobei die Lenkungskommandos als eine kombinierte Funktion eines gesamten Hinterrad-Lenkungskommandos (Dr) und der jeweiligen gespeicherten Spurfehlersignale bestimmt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (52) zum elektrischen Anschluß an eine Spurfehler-Meßvorrichtung (66) ausgelegt ist, die in der Lage ist, Signale, die sich auf gemessene Spurfehlerwerte der hinteren Räder (28, 30) beziehen, elektrisch zu übermitteln, wobei das Steuermittel umfaßt
(a) Mittel, die bei Ansprechen auf den Empfang einer elektrischen Übermittlung von der Spurfehler-Meßvorrichtung wirksam sind, um (1) die Lenkungskommandos (Dr1, Dr2) für jedes Hinterrad dem Betätigungsmittel (36, 38) zur Positionierung der Hinterräder in einer Geradeaus-Orientierung zuzuführen, und (2), die übermittelten Signale, die den gemessenen Spurfehlerwerten der jeweiligen Hinterräder entsprechen, zu speichern; und
(b) Mittel, die beim Trennen der Spurfehler-Meßvorrichtung wirksam sind, die Lenkungskommandos dem Betätigungsmittel zur Positionierung der Hinterräder nach einer kombinierten Funktion des gesamten Hinterrad-Lenkungskommandos und der jeweiligen gespeicherten Spurfehlerwerte zuzuführen, und dabei einzeln die gemessenen Spurfehler zu kompensieren.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsmittel ein erstes Betätigungsmittel (36) für eines der Hinterräder (28) und ein zweites Betätigungsmittel (38> für das andere der Hinterräder (30) umfaßt.
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