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Die Erfindung betrifft eine
Hinterräderlenkungsvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung, die Spurfehler
der einzelnen Hinterräder kompensiert.
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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.
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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.
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Eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung
kennzeichnet sich durch die in Anspruch 1 genannten
Merkmale.
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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.
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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.
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Die vorliegende Erfindung wird nun beispielsweise mit
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in
denen:
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Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer
erfindungsgemäßen eine auf einem Computer
basierenden Steuereinheit umfassenden
Fahrzeug-Hinterradlenkungsvorrichtung
ist;
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Fig. 2 ein Liniendiagramm ist, das drei
verwandte Lenkbewegungsbereiche
darstellt; und
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Fig. 3 ein Flußdiagramm eines
Computerprogramms darstellt, das bei Durchführung
der Steuerung dieser Erfindung von der
Steuereinheit aus Figur 1 ausgeführt
wird.
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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.
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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.
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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.
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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
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Dr1 = Dr - TE1, und
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Dr2 = Dr - TE2
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Wobei TE1 und TE2 jeweils die Spurfehlerwerte der
Hinterräder 28 und 30 darstellen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.