DE4333161C2

DE4333161C2 - Lenkvorrichtung für Fahrzeuge

Info

Publication number: DE4333161C2
Application number: DE4333161A
Authority: DE
Inventors: Ryuya Akita; Teruhiko Takatani; Shigeki Furutani; Shigefumi Kumabe
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: KR940006871A; DE4333161A1; JP3139852B2; JPH06107206A; KR960015713B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge.

Eine Lenkeinrichtung mit variablem Lenkverhältnis ist in der DE 43 26 355 A1 beschrieben. Dabei sind in einem Speicher bzw. einer Tabelle T1, der als Ziel-Gierwinkelgeschwindigkeitsbe stimmer dient, vorbestimmte Ziel-Gierwinkelgeschwindkeitsdaten in Beziehung zu Drehwinkeln des Lenkrades und der Fahrzeugge schwindigkeit abgespeichert. Ein Gierwinkelgeschwindigkeits detektor erfasst die aktuelle Gierwinkelgeschwindigkeit. In einem Subtrahierer wird die Differenz zwischen einer Ziel- Gierwinkelgeschwindigkeit aus der Tabelle und der aktuellen Gierwinkelgeschwindigkeit gebildet und diese Differenz einer weiteren Tabelle zugeführt. Wenn sich die Gierwinkelgeschwind igkeit des Kraftfahrzeugs in Bezug auf eine Ziel-Gierwinkelge schwindigkeit infolge einer Änderung der Fahrzeuggeschwindig keit und des Rutschens des Straßenrades ändert, während das Fahrzeug eine kreisförmige Wende mit konstantem Radius macht, werden die Ausgangsdaten einer dritten Tabelle auf der Basis eines Koeffizienten der weiteren Tabelle T4 korrigiert, d. h. vergrößert oder verkleinert.

Die DE 41 06 400 C2 gibt ein Hinterrad-Einschlagsystem für ein vierradgelenktes Fahrzeug an. Über Beschleunigungsfühler wird die Gierbeschleunigung und Giergeschwindigkeit erfasst, über einen Sensor die Fahrzeuggeschwindigkeit und über einen Detek tor der Einschlagwinkel der Vorderräder. In einer Regeleinheit wird durch eine gewichtete Summe aus dem Einschlagwinkel, dem Produkt aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Giergeschwindigkeit sowie dem Produkt aus Fahrzeuggeschwindigkeit und Gierbe schleunigung der Soll-Hinterrad-Einschlagwinkel berechnet.

Die DE 41 02 595 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Regelung eines Lenkungssystems. Über einen Kreisel oder Gyroskop wird der aktuelle Giergrad gemessen. Aus der Fahrzeuggeschwindig keit und dem Lenkwinkel, die über Sensoren ermittelt werden, wird ein gewünschter Giergrad berechnet. In einem Steuergerät wird dann die Abweichung des aktuellen Giergrades von dem gewünschten Giergrad ermittelt und entsprechend ein Magnet- Dreiwegventil angesteuert. Dadurch werden die Räder unabhängig von der Stellung des Lenkrades verschwenkt und die notwendige Korrektur des Laufwinkels durchgeführt.

Die DE 39 30 445 C2 beschreibt eine Lenkeinrichtung für Kraftfahrzeuge. Hierbei wird mit einem Giergeschwindigkeits sensor oder mit Querbeschleunigungssensoren eine Ist- Giergeschwindigkeit erfasst und aus dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Soll-Giergeschwindigkeit er rechnet. Der Radwinkel wird dann entsprechend der Abweichung von Ist-Giergeschwindigkeit zu Soll-Giergeschwindigkeit durch eine Steuereinheit eingestellt.

Eine Hinterradlenkvorrichtung vom Typ einer gierratenab hängigen bzw. gierwinkelabhängigen Regelung gewährleistet die Richtungsstabilität eines Fahrzeugs dadurch, dass die Hinter räder derart angesteuert werden, dass das Lenkverhältnis bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten positiv, d. h. gleich phasig, wird. Da die Lenkvorrichtung die Steuerung z. B. nach der Proportionalsteuerung durchführt, dreht sie zu Beginn des Lenkeinschlags die Hinterräder gleichzeitig mit den Vorder rädern in Phase, dadurch wird jedoch keine ausreichende Dreh fähigkeit der Wagenvorderseite erreicht.

Fig. 1 zeigt die durch die Gierratenrückkopplung erzielte Steuerung gemäß der JP 3-193558 A, in der der Steuerzuwachs (K₂) mit dem Absolutwert der Winkelge schwindigkeit (Θ') (Θ: Lenkwinkel; Θ': zeitliche Ableitung von Θ) des Lenkeinschlags ansteigt. Bei einem Lenkeinschlag mit geringerer Winkelgeschwindigkeit werden die Hinterräder in die entgegengesetzte Phase zu den Vorderrädern gedreht, um die Drehfähigkeit der Wagenvorderseite beim Lenken aus der Kurve in die Gerade zu gewährleisten.

In der Einstellung des Steuerzuwachses der gierratenrück gekoppelten Steuerung wird bei schnellerem Lenkeinschlag (Θ' ist größer) gemäss Fig. 1 der Steuerzuwachs größer und damit das Lenkverhältnis derart korrigiert, dass es in Inphasen richtung ansteigt. Eine solche Korrektur legt mehr Wert auf die Fahrstabilität als auf die Drehfähigkeit der Wagenvorder seite.

Die Art des Lenkeinschlags hängt jedoch von den Fahrbedingungen ab. In bestimmten Fällen wie zum Beispiel in Grenzsituationen muß der Fahrer schlagartig lenken, um Gefahr zu vermeiden.

In derartigen Grenzsituationen verursacht die Inphasensteuerung der Hinterräder folgende Probleme:

1. Eine Kraft, die die Haltekraft der Vorderräder auf der Straßenoberfläche übersteigt, wirkt auf die Reifen.
2. Der Fahrer verspürt ein Gefühl der Unverträglichkeit durch den Verlust der Drehfähigkeit der Wagenvorderseite.

Diese Probleme treten nicht nur bei der Steuerung der Hinter radlenkung (Vierradlenksteuerung), sondern auch bei einem Fahr zeug mit gewöhnlicher Vorderradlenkung und mit einer durch die Gierrate rückgekoppelten Steuerung auf. Bei letzterem Fahrzeug stellt die gierratenrückgekoppelte Steuerung im Falle eines schnellen Lenkeinschlages den Lenkwinkel der Vorderräder in eine Richtung derart ein, daß die Drehfähigkeit der Wagenvor derseite unterdrückt wird. In Grenzsituationen treten jedoch ebenfalls die obigen Probleme (1) und (2) auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend be schriebenen Probleme zu beseitigen und eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug zu schaffen, welche die Drehfähigkeit der Wagen vorderseite zu Beginn der Drehung, die Fahrstabilität bei schnellem Lenkeinschlag und eine Feinabstimmung der Drehfähig keit der Wagenvorderseite sowie einen hervorragenden Lenkmecha nismus bei Kurvenfahrt in Grenzsituationen ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen.

Die Erfindung schafft eine Lenkvorrichtung zur Steuerung der Vorder/Hinterräder eines Fahrzeuges durch Verwendung der Ände rungsrate des Gierens der Fahrzeugkarosserie (Gier-Rate) als Parameter und insbesondere eine Verbesserung bezüglich der Fahrzeugstabilität in kritischen Kurvenfahrten.

Eine Lenkvorrichtung für Fahrzeuge, welche eine Steuerung der Vorderrad/Hinterradlenkung durch Rückführung bzw. Regelung mit tels eines Gierwinkels als Parameter ausführt, um das Gieren der Fahrzeugkarosserie zu verhindern, weist folgende Merkmale auf:
Eine Detektorvorrichtung zum Erfassen des Änderungswertes des Lenkwinkels entweder der Vorder- oder der Hinterräder;
eine Speichervorrichtung zur Vorabspeicherung eines Gierraten zuwachses als Funktion der Änderungsrate des Lenkwinkels, wobei die Funktion die Eigenschaft hat, daß bei einem Anstieg der Änderungsrate der Gierratenzuwachs bis zu einem gewissen Punkt ansteigt und dann abnimmt;
eine Lenksteuervorrichtung zur Rückführungsregelung der Lenkung entweder der Vorder- oder der Hinterräder in Übereinstimmung mit dem Gierratenzuwachs, welcher der aus der Speichervorrich tung ausgelesenen Änderungsrate des durch die Detektorvorrich tung erfaßten Lenkwinkels entspricht.

Der Gierratenzuwachs hat eine Charakteristik, die mit zunehmen der Änderung des Lenkwinkelwertes und damit der Geschwindigkeit des Lenkeinschlags zunächst ansteigt und dann abnimmt. Insbe sondere kann im Falle eines vergleichsweise schnellen Lenkein schlages der Gierratenzuwachs auf einem hohen Wert eingestellt werden, um das Gieren der Fahrzeugkarosserie zu verhindern und damit Fahrstabilität zu gewährleisten. Bei schnellerem Lenkein schlag wird der Gierratenzuwachs auf einem niedrigen Wert ein gestellt, derart, daß die Unterdrückung des Gierens verhindert und damit eine Drehfähigkeit der Wagenvorderseite erzielt wird. Ist die Geschwindigkeit des Lenkeinschlages kritisch, wird der Zuwachs auf einen niedrigeren Wert eingestellt, so daß der Lenkwinkel der Vorderräder und der Hinterräder in zueinander entgegengesetzter Phasenbeziehung eingestellt wird und damit die Drehfähigkeit der Wagenvorderseite gewährleistet wird.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Graphen zur Verdeutlichung der bekannten Pro bleme,

Fig. 2 ein Blockdiagramm, das den Aufbau eines Vierradlenk systems als eine Ausführungsform der Erfindung zeigt,

Fig. 3 in Perspektive den Aufbau des wesentlichen Teils der Hinterradlenkvorrichtung der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform,

Fig. 4 einen Teil-Querschnitt, der den Aufbau des wesentli chen Teils der Vorrichtung zur Einstellung des Lenk winkelverhältnisses der in Fig. 2 gezeigten Ausfüh rungsform zeigt,

Fig. 5 ein Diagramm zur Erklärung des Funktionsprinzips der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses,

Fig. 6 ein funktionelles Blockdiagramm, das die Steuerlogik der Ausführungsform zeigt,

Fig. 7 ein funktionelles Blockdiagramm, das die Steuerlogik der Ausführungsform zeigt,

Fig. 8 ein funktionelles Blockdiagramm, das die Steuerlogik der Ausführungsform zeigt,

Fig. 9 einen Graphen, der die Charakteristik des Steuerzu wachses J₂ zeigt, und

Fig. 10 einen Graphen, der die modifizierte Charakteristik des Steuerzuwachses J₂ zeigt.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Ausfüh rungsform findet Anwendung bei einer Hinterrad-Lenkvorrichtung als Vierradlenkvorrichtung, die eine "gierratenabhängige Steu erung" ausführt. Es ist zu beachten, daß das Lenkverhältnis Θ_S definiert ist als das Verhältnis des Vorderradlenkwinkels Θ_F zum Hinterradlenkwinkel Θ_R, d. h. (Θ_S = Θ_F : Θ_R).

Fig. 2 erläutert den Aufbau des Vierrad-Lenksystems nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Die Hinterrad-Lenkvorrichtung 10 enthält einen Hinterradlenkme chanismus 18, welcher mechanisch mit dem Vorderradlenkmechanis mus 14 zur Lenkung der Vorderräder 12 über eine Übertragungs welle 52 verbunden ist, und der die mit der Vorderradlenkung durch den Vorderrad-Lenkmechanismus 14 gesperrten Hinterräder 16 derart lenkt, daß ein vorbestimmter Sollwert für den Hinter rad-Lenkwinkel TGΘ_R erreicht wird entsprechend dem vom Vorder radlenkmechanismus 14 eingegebenen Vorderrad-Lenkwinkel Θ_F. Die Hinterradlenkvorrichtung 10 enthält weiter einen Mechanismus 20 zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses, der im Hinterrad- Lenkmechanismus 18 vorgesehen ist, und der ein Lenkwinkelver hältnis Θ_SL, das durch das Verhältnis des Vorderradlenkwinkels Θ_F zum Hinterradlenkwinkel Θ_R gegeben ist, einstellt und verän dert, sowie eine Steuereinheit 22 zur Steuerung des Einstell mechanismusses 20. Die Steuereinheit 22 empfängt ein Geschwin digkeitssignal V des Fahrzeuges vom Geschwindigkeitssensor 24, ein Vorderrad-Lenkwinkelsignal Θ_F vom Vorderrad-Lenksensor 26 (vorgesehen auf der Lenkwelle), ein Signal für das Lenkwinkel- Verhältnis Θ_SD vom Sensor für das Lenkwinkelverhältnis 28, und ein Signal ϕ für die Gierrate bzw. den Gierwinkel vom Sensor für die Gierrate 25.

Die Steuereinheit 22 führt eine "Phasenumkehrsteuerung" in der Weise aus, daß bei mittleren und hohen Geschwindigkeiten, wenn die Vorderräder 12 vom Lenkwinkel "Null" weggedreht werden, die Einstellvorrichtung 20 das Lenkwinkelverhältnis Θ_S sofort nach Beginn der Vorderradlenksteuerung auf einen negativen Wert ein stellt, und danach der Einstellmechanismus 20 das Lenkwinkel verhältnis Θ_S auf einen positiven Wert einstellt.

Fig. 3 zeigt den Hinterrad-Lenkmechanismus 18, und Fig. 4 zeigt den Mechanismus 20 zur Einstellung des Lenkwinkelverhäl tnisses in der Richtung V-V des in Fig. 3 gezeigten Hinterrad lenkmechanismus 18.

Der Hinterrad-Lenkmechanismus 18 enthält den Mechanismus 20 zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses, ein hydraulisches Schaltventil 32, eine Hinterradlenkstange 34, einen Verschiebe übertragungsmechanismus 36 und einen hydraulischen Antriebszy linder 38.

Der Mechanismus 20 zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses hat eine Abtriebsstange 40, ein Kegelrad 42, eine Gier-Welle 44, einen Pendelarm 46 und eine Kupplungsstange 48. Gemäß Fig. 4 enthält ein Gehäuse 50 diese Teile.

Das Gehäuse 50 lagert die in Achsrichtung L₃ gleitfähige Ab triebsstange 40. Eine Hub-Versetzung der Ausgangsstange 40 in Richtung der Achse L₃ verursacht eine Verschiebung der Hinter radlenkstange 34 in Richtung ihrer Achse (Richtung Wagenseite) über den Übertragungsmechanismus 36 und somit eine Lenkung der Hinterräder, die mit beiden Enden der Hinterrad-Lenkstange 34 verbunden sind.

Das Gehäuse 50 lagert auch das Kegelrad 42, welches um die Ach se L₃ der Ausgangsstange 40 und um die koaxial zur Achse L₃ lie gende Achse L₁ drehbar ist. Ein Ritzel 52a am rückwärtigen Ende der Übertragungswelle 52, die mit dem Kegelrad 42 in Eingriff steht, dreht sich bei Drehung des Lenkrades 30 um die Achse L₁. Der Vorderrad-Lenkwinkel Θ_F wird vom Vorderradlenkmechanismus 14 über die Übertragungswelle 52 in den Hinterradlenkmechanis mus 18 eingegeben.

Das Gierwellenglied 44 weist eine Achse L₂ auf, die koaxial zur Achse L₃ der Abtriebsstange 40 (vergleiche Fig. 4) angeordnet werden kann. Die Gierwelle 44 ist mit einem Giergetriebe 54 verbunden, das mit einem Schraubengetriebe 58 in Eingriff steht. Das Schraubengetriebe 58 dreht sich durch Antrieb mit einem Servomotor 56, der durch die Steuereinheit 22 gesteuert wird. Die Gierwelle 54 dreht sich um eine die Achse L₂ schnei dende vertikale Achse, was bewirkt, daß sich zur gleichen Zeit das Gierwellenglied 44 dreht. Wie es sich aus den folgenden Beschreibungen ergibt, kann der Servomotor 56 das Lenkwinkel verhältnis aufgrund der gedrehten Winkelposition veränderbar einstellen.

Der Pendelarm 46 ist gierend um die Achse L₂ des Gierwellen gliedes 44 mit dem Gierwellenglied 44 verbunden. Die Verbin dungsposition von Pendelarm 46 und Gierwellenglied 44 ist der art gewählt, daß die Achse L₄ des Pendelarms 46 durch den Schnittpunkt der Rotationsachse des Gierwellengliedes 44 mit der Achse L₂ des Gierwellengliedes 44 verläuft.

Die Kupplungsstange 48 weist eine zur Achse L₃ der Ausgangsstan ge 40 parallele Achse L₅ auf und ist mit der Abtriebsstange 40, dem Kegelrad 42 und dem Pendelarm 46 verbunden. Die Kupplungs stange 48 ist durch Verschraubung des einen Endabschnitts der Kupplungsstange 48 mit dem am Ende der Abtriebsstange 40 befes tigten Hebel 40a mit der Abtriebsstange 40 verbunden. Der an dere Endabschnitt der Kupplungsstange 48 durchsetzt ein Loch 42a, das sich im Abstand r von der Achse L₁ des Kegelrades 42 befindet. Die Verbindung der Kupplungsstange 48 mit dem Pendel arm 46 ist durch Einführen des Pendelarms 46 in ein Loch 60a eines Gelenkgliedes 60 hergestellt, das in allen Richtungen drehbar am Endabschnitt der Kupplungsstange 48 angeordnet ist. Die Kupplungsstange 48 ist daher mit der Abtriebsstange 40 ver bunden, sie ist jedoch sowohl bezüglich des Kegelrades 42 in Richtung der Achse L₅ (und damit der Achse L₃) als auch bezüg lich des Pendelarms 46 in Richtung der Achse L₄ (vergleiche Fig. 4, Richtung senkrecht zur Achse L₃) verschiebbar. Die Achse L₄ des Pendelarms 46 neigt sich in Folge der Rotation der Gierwelle 44 in einer Richtung senkrecht zur Achse L₂ und der Pendelarm 46 bewegt sich in dieser geneigten Richtung. In die sem Fall beinhaltet die Bewegung den Gleitanteil in Richtung senkrecht zur Achse L₃ und absorbiert eine Änderung des Nei gungswinkels der Achsen L₄ und L₅ durch Drehung des Kugelgelenk gliedes 60. Der Anteil der vom Pendelarm 46 auf die Kupplungs stange 48 übertragenen, in Richtung senkrecht zur Achse L₃ wir kenden Kraft wird am Verbindungspunkt absorbiert und ermöglicht damit eine relative Verschiebung in der oben erläuterten Rich tung.

Da die Verbindung des Pendelarms 46 mit der Kupplungsstange 48 im Mechanismus 20 zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses der relativen Verschiebung in Richtung senkrecht zur Achse L₃ entspricht, wird die Ortskurve des Verbindungspunktes des Pen delarms 46 mit der Kupplungsstange 48 bei einer Drehung des Pendelarms 46 kreisförmig oder elliptisch auf der äußeren Um fangsfläche des Zylinders mit einem Radius r und der Achse L₃ als Mittelpunkt.

Fig. 5 zeigt die Verschiebung der Stange 40, wenn die Achse L₂ des Gierwellengliedes 44 zur Achse L₃ der Stange 40 um Θ Grad geneigt ist (wenn die Achse L₄ des Pendelarms 46 zur Richtung senkrecht zur Achse L₃ um Θ geneigt ist). Wie aus Fig. 5 er sichtlich hat bei gleichem Gierwert in dem Fall, daß der Pen delarm 46 entweder nach rechts oder nach links giert, die Ver schiebung des Verbindungspunktes des Pendelarms 46 zur Kupp lungsstange 48 den Wert "S" in Richtung der Achse L₃, und die Verschiebung der Stange 40 in Richtung der Achse L₃ ist eben falls "S", da die Abtriebsstange 40 und die Kupplungsstange 48 fest verbunden sind.

Wenn die Werte für links- und rechtsseitiges Gieren des Pendel arms 46 gleich sind, haben wie oben ausgeführt die rechts- und linksseitigen Verschiebungen der Abtriebsstange 40 den jeweils gleichen Wert "S". Der Verschiebewert "S" variiert jedoch je nach Winkel Θ, selbst wenn die Größe des Lenkeinschlags in Rechts- und Linksrichtung sowie die Größe der begleitenden Dre hung des Kegelrades 42 gleich sind. Das Lenkwinkelverhältnis Θ_S kann daher durch Wahl und Änderung des Neigungswinkels Θ des Gierwellengliedes 44 durch Steuerung mit dem Servomotor 56 ein gestellt und verändert werden. Das Gierwellenglied 44 neigt sich zudem sowohl im als auch entgegen des Uhrzeigersinns. In diesem Fall ist die Gleitrichtung der Antriebsstange 40 bezüg lich des Kegelrades 42 der oben erläuterten Richtung entgegengesetzt, was eine Hinterradlenkung in Phase und in Gegenphase zum Lenkeinschlag oder zur Stellung der Vorderräder ermöglicht.

Nach Fig. 2 detektiert der am Gierwellenglied 44 angebrachte Sensor zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses 28 das durch den das Lenkwinkelverhältnis einstellenden Mechanismus 20 ein gestellte oder geänderte Lenkwinkelverhältnis Θ_S je nach der Neigung Θ des Gierwellengliedes 44.

Im folgenden werden andere Elemente als der Mechanismus 20 zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses im Hinterradlenkmecha nismus 18 beschrieben.

Das hydraulische Schaltventil 32 enthält ein Ventilgehäuse 62 und eine Wicklung 64, die im Gehäuse 62 verschiebbar bezüglich des Gehäuses 62 in Achsenrichtung L₆ parallel zur Achse L₃ der Ausgangsstange 40 untergebracht ist. Die Ausgangsstange 40 und die Hinterradlenkstange 34 verschieben die Wicklung 64 über den Verschiebeübertragungsmechanismus 36. Die Verschiebung der Wicklung 64 steuert die Zuführung von Hydraulikdruck zum hy draulischen Antriebszylinder 38. Wenn sich die Wicklung 64 von einer bezüglich des Ventilgehäuses 62 neutralen Position wie in Fig. 3 gezeigt nach rechts bewegt, wirkt der Hydraulikdruck auf die rechte Ölkammer 66 des hydraulischen Antriebszylinders 38, und wenn sich die Wicklung 64 in die linke Richtung bewegt, wirkt der Hydraulikdruck auf die linke Ölkammer 68 des hydrau lischen Antriebszylinders 38.

Die Hinterradlenkstange 34 erstreckt sich in Richtung der Wa genbreitseite parallel zur Achse L₃ der Abtriebsstange 40 und verschiebt sich in dieser Richtung so, daß die Hinterräder, die an ihren beiden Enden über eine Zugstange (nicht eingezeichnet) und einen Gelenkarm (nicht eingezeichnet) verbunden sind, ge lenkt werden. Die Verschiebung der Hinterradlenkstange 34 er folgt durch den Hydraulikdruck des hydraulischen Antriebszylin ders 38. Die Hinterradlenkstange 34 hat eine Zentrierfeder 70. In den Fällen, in welchen das Hydraulikdrucksystem des hydraulischen Schaltventils 32 ausfällt oder Probleme macht, oder der hydraulische Antriebszylinder 38 und der Hydraulikdruck des hydraulischen Antriebszylinders 38 aussetzt, oder wenn das me chanische System der Hinterradlenkvorrichtung 10 ausfällt oder Probleme bereitet und der Hydraulikdruck in dem hydraulischen Antriebszylinder 38 durch ein Leck im hydraulischen Drucksystem aussetzt, richtet die Zentrierfeder 70 die Hinterradlenkstange 34 in neutraler Position aus, das heißt in einer Position für Geradeausfahrten, in der die Hinterräder nicht gedreht sind, und wirkt daher als Fehlersicherung.

Der Antriebszylinder 38 verschiebt die Hinterradlenkstange 34 in Richtung der Wagenbreitseite durch eine hydraulische Kom pressionskraft. Ein Kolben 72 ist direkt mit der Hinterradlenk stange 34 verbunden, und Abdichtungen 74 und 76, die die rech ten und linken Ölkammern 66 und 68 bilden, sind auf den rechten und linken Seiten des Kolbens 72 vorgesehen. Die Abdichtungen 74 und 76 sind mit dem Gehäuse 78 des hydraulischen Abtriebs zylinders 38 verbunden und sind bezüglich der Hinterradlenk stange 34 verschiebbar.

Der Verschiebeübertragungsmechanismus 36 steht mit der Ab triebsstange 40, der Wicklung 64 und der Hinterradlenkstange 34 im Eingriff. Der Verschiebeübertragungsmechanismus 36 arbeitet derart, daß er die Wicklung 64 in einer vorbestimmten Richtung durch Verschiebung der Abtriebsstange 40 verschiebt, und er arbeitet derart, daß er die Wicklung 64 in entgegengesetzter Richtung zur vorbestimmten Richtung durch Verschiebung der Hin terradlenkstange 34, welche durch die Verschiebung der Wicklung 64 verursacht wird, verschiebt.

Der Verschiebeübertragungsmechanismus 36 enthält einen kreuz förmigen Hebel mit einem vertikalen und einem lateralen Hebel. Ein Ende A des vertikalen Hebels steht mit der Ausgangsstange 40, und das andere Ende B mit der Hinterradlenkstange 34 im Eingriff. Ein Ende C des lateralen Hebels steht mit dem Gehäuse der an der Wagenkarosserie befestigten Hinterradlenkvorrichtung 10 und das andere Ende D mit der Wicklung 64 in Eingriff. Die Enden A, B und D stehen entsprechend mit der Abtriebsstange 40, der Hinterradlenkstange 34 und der in Achsenrichtung gleitfähi gen sowie in anderen Richtungen gleitfähige und drehbaren Wick lung 64 in Eingriff. Das Ende C steht in drehfähigem Eingriff mit dem Gehäuse, jedoch nicht bewegbar über das Kugelgelenk.

Eine Hubversetzung der Ausgangsstange 40 in Achsenrichtung L₃ verursacht eine Verschiebung der Hinterradlenkstange 34 entlang ihrer Achsenrichtung über den Verschiebeübertragungsmechanismus 36, der die Hinterräder (nicht eingezeichnet), die mit beiden Enden der Hinterradlenkstange 34 verbunden sind, lenkt. Es wird darauf hingewiesen, daß das Prinzip der Übertragung eines Lenkwerts sich nicht auf die Erfindung bezieht, und das Prinzip bereits durch die JP 1-273772 A bekannt ist, so daß die Beschreibung des Prinzips ausgelassen wird.

Die Hinterradlenkvorrichtung 10 einer bevorzugten Ausführungs form führt die Steuerung der Phasenumkehr dadurch aus, daß sie den Mechanismus 20 zur Einstellung eines Lenkwinkelverhältnis ses steuert, welcher in dem Hinterradlenkmechanismus 18 vorge sehen ist, der mechanisch mit dem Vorderradlenkmechanismus 14 verbunden ist. Wenn die Vorderräder 12 einen Lenkwinkel "Null" haben, kann die Vorrichtung 10 exakt den Hinterradlenkwinkel "Null" einhalten.

Es wird nunmehr die Steuerung nach einer bevorzugten Ausfüh rungsform beschrieben.

Die Fig. 6, 7 und 8 sind Funktionsblockschaltbilder, die die Hinterradlenksteuerung durch die Steuereinheit 22 zeigen. Die in das Steuersystem eingegebenen Hauptsignale sind das vom Ge schwindigkeitssensor 24 detektierte Fahrzeuggeschwindigkeits signal V, das vom Gierratensensor 25 detektierte Gierratensig nal ϕ und der Vorderradlenkwinkel Θ_F. Die Steuereinheit 22 gibt ein Sollwertsignal für das Lenkwinkelverhältnis Θ_SL aus. Da in Fig. 8 eine Grenzwertstufe eine Grenzwertkorrektur des Sollwertes des Lenkwinkelverhältnisses Θ_S ausführt, um ein Sig nal Θ_SL zu erhalten, besteht die wesentliche Berechnung der Steuereinheit 22 darin, den Sollwert für das Lenkwinkelverhält nis Θ_S zu bestimmen.

Die in Fig. 6 bis 8 gezeigte Steuerlogik arbeitet nach fol gender Gleichung:

Θ_S = G₄.f₄(V) (1)

-G₁.f₁(V).Θ_FSC (2)

+G₂.K₂(Θ_F).J₂(|(Θ'_F|).f₂(V).Θ_FYW (3)

-G₃.K₃(Θ_F).f₃(V).Θ_FVC (4)

Normalerweise hat jeder Sensor seine eigene Charakteristik für Offset und Hysterese. Aus diesem Grund wird in den Fig. 6 bis 8 das Giersignal ϕ für die Gierrate und das Signal Θ_F für den Winkel des Lenkeinschlages jeweils im Block (b) Offset-auf bereitet und im Block (c) Hysterese aufbereitet (Fig. 6), dann im Block (h) Offset-aufbereitet und im Block (1) Hysterese auf bereitet (Fig. 7). Aus Gründen der Vereinfachung werden in den Erklärungen und Figuren die nach ihrem Offset und nach ihrer Hysterese aufbereiteten ϕ und Θ_F Signale in den obigen Ausdrüc ken wiederum mit ϕ und Θ_F bezeichnet. Θ_FSC in Ausdruck (2) ist ein in Block (j) korrigierter Lenkwinkel (Fig. 7); Θ_FYW in Aus druck (3) ist ein entsprechend der Gierrate in Block (d) der Fig. 6 korrigierter Lenkwinkel; Θ_FVC in Ausdruck (4) ist ein Lenkwinkel in Übereinstimmung mit der Lenkwinkelgeschwindigkeit in Block (o) in Fig. 7.

Der Ausdruck (1) ist der Ausgangsterm; (2) ist ein Term zur Korrektur des Lenkwinkels; (3) ist ein Term zur Korrektur der Gierrate; und (4) ist ein Term zur Korrektur der Lenkwinkelge schwindigkeit.

Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in der Hinterradlenksteuerung ein Steuerzuwachs J₂ mit der Lenkwinkelgeschwindigkeit Q'_F, als Variable verwendet wird für die in Block (g) (Fig. 6) gezeigte Steuervariable W.

Der sensitive Zuwachs J₂ der Lenkwinkelgeschwindigkeit in dem Term 3 zur Korrektur der Gierrate wird immer auf einen positi ven Wert eingestellt und die Korrektur (3) wirkt daher als Kor rektur des Anwachsens in einer In-Phasenrichtung.

Fig. 9 zeigt die Charakteristik des Zuwachses J₂ als Funktion des Absolutwertes |Θ'_F| der Lenkwinkelgeschwindigkeit. Gemäß Fig. 9 ist der Steuerzuwachs J₂ "1", wenn der Absolutwert |Θ'_F| sich zwischen "0" und |Θ'_F0| befindet; der Zuwachs J₂ steigt mit dem Wert |Θ'_F| im Bereich von |Θ'_F0| bis |Θ'_F1| der Zuwachs J₂ ist größer als "1", wenn der Wert |Θ'_F| zwischen |Θ'_F1| und |Θ'_F2| liegt; der Zuwachs J₂ nimmt ab, wenn der Wert |Θ'_F| zwi schen |Θ'_F2| und |Θ'_F3| liegt; und der Wert J₂ ist kleiner als "1", wenn der Wert |Θ'_F| größer ist als |Θ'_F3|.

Ein Konstanthalten des Zuwachses J₂ auf "1" bei den Absolutwer ten |Θ'_F| von "0" bis |Θ'_F0| schaltet die durch die Gierrate rückgekoppelte Steuerung in Übereinstimmung mit der Änderung der Lenkwinkelgeschwindigkeit ab. Statt dessen ist die Phasen umkehrsteuerung nach Ausdruck (1) zu Beginn des Lenkvorgangs in Gegenphasenrichtung wirksam.

Wenn sich die Absolutwerte |Θ'_F| zwischen |Θ'_F0| und |Θ'_F1| be finden, das heißt, wenn der Lenkeinschlag vergleichsweise schnell erfolgt, steigt der Zuwachs J₂ an, so daß die durch die Gierrate rückgekoppelte Steuerung eine Einstellung in der Inphasenrichtung bewirkt und damit die Fahrstabilität erhöht. Wenn der Absolutwert |Θ'_F| sich zwischen |Θ'_F1| und |Θ'_F2| befin det, das heißt, wenn der Lenkeinschlag schneller ist, bleibt der Zuwachs J₂ größer als "1", so daß eine schnelle Korrektur steuerung in Richtung entgegengesetzter Phase unterdrückt wird. Wenn sich der Absolutwert |Θ'_F| zwischen |Θ'_F2| und |Θ'_F3| befin det, das heißt, wenn die Schnelligkeit des Lenkeinschlages ei ner Grenzsituation entspricht, nimmt der Zuwachs J₂ ab, so daß die Drehfähigkeit der Wagenvorderseite erhöht wird, um Gefahr zu verhindern. In dem Fall, in dem der Absolutwert |Θ'_F| größer ist als |Θ'_F3| würde jedoch die Korrektur in Gegenphasenrich tung eine übermäßige Drehfähigkeit der Wagenfront hervorrufen, weshalb der Zuwachs J₂ unter "1" gehalten wird.

Bei der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich. In der bevorzugten Ausführungsform hat der Steuerzuwachs J₂ eine Stu fencharakteristik, er kann jedoch auch eine flache Charakteris tik entsprechend Fig. 10 besitzen.

Die beschriebene bevorzugte Ausführungsform findet Anwendung bei einer Hinterradlenkung, die Erfindung ist jedoch auch für einen Wagen einsetzbar, der die durch die Gierrate rückgekop pelte Steuerung für die Vorderradlenkung verwendet. Die durch die Gierrate rückgekoppelte Steuerung wirkt korrigierend der art, daß die Drehfähigkeit der Wagenvorderseite unterdrückt wird, wenn eine Gierrate auftritt, und daß die Steuerung bei extrem hoher Geschwindigkeit des Lenkeinschlages, das heißt bei Lenkung in Grenzsituationen, die Korrektur des Lenkwinkelver hältnisses in Phasenrichtung wunschgemäß unterdrückt.

Eine Hinterradlenkvorrichtung erzeugt einen Gierratenzuwachs in Übereinstimmung mit einer Änderungsrate des Lenkwinkels der Vorderräder und steuert über Rückkopplung den Hinterradlenkwin kel derart, daß ein Gieren der Fahrzeugkarosserie verhindert wird. Der Gierratenzuwachs hat eine Charakteristik, daß er an steigt und dann abnimmt, wenn der Wert der Änderung des Lenk winkels ansteigt. Wenn der Lenkeinschlag vergleichsweise schnell erfolgt, wird der Zuwachs auf einen großen Wert einge stellt, damit das Gieren unterdrückt wird und man Fahrstabili tät erhält. Wenn der Lenkeinschlag schneller ist, wird der Zu wachs auf einen niedrigen Wert eingestellt, damit die Verhinde rung des Gierens verhältnismäßig unterdrückt wird, und man eine Drehfähigkeit der Wagenfront erhält. Wenn der Lenkeinschlag noch schneller ist, wird der Zuwachs auf einen niedrigeren Wert eingestellt, um die Lenkwinkel der Vorderräder und der Hinterräder in entgegengesetzte Phasenrichtung zueinander zu bringen, und damit die Drehfähigkeit der Wagenfront sicherzustellen.

Claims

1. Lenkvorrichtung für Fahrzeuge, gekennzeichnet durch
eine Vorder-/Hinterradlenkung, die über Rückkopplung mit der Gierrate als Parameter gesteuert wird, derart, daß
ein Gieren der Fahrzeugkarosserie verhindert wird,
eine Detektorvorrichtung zur Erfassung eines Änderungs betrages des Lenkwinkels (Θ_F; Θ_R) entweder der Vorderräder (12) oder der Hinterräder (16),
eine Speichervorrichtung zur Vorabspeicherung eines Gier ratenzuwachses (J₂) als Funktion der Änderungsrate des Lenkwinkels (Θ_F'; Θ_R'), wobei die Funktion die Charakteri stik hat, daß bei einem Anstieg der Änderungsrate (Θ_F'; Θ_R') der Gierratenzuwachs (J2) bis zu einem Punkt ansteigt und dann abnimmt, und durch
eine Lenksteuervorrichtung (22) zur Rückkopplungs-Steue rung der Lenkung entweder der Vorderräder (12) oder der Hinterräder (16) in Übereinstimmung mit dem Gierratenzuwachs (J2), welcher der Änderungsrate des Lenkwinkels (Θ_F'; Θ_R') entspricht, die durch die Detektorvorrichtung detektiert wird, wobei der Gierratenzuwachs (J2) aus der Speichereinrichtung ausgelesen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorvorrichtung die Änderungsrate (Θ_F') des Lenkwinkels der Vorderräder (12) detektiert und die Steu ervorrichtung (22) den Lenkwinkel (Θ_R) der Hinterräder (16) steuert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der in der Speichervorrichtung gespeicherte Gierra tenzuwachs (J2) einen ersten vorbestimmten Zuwachswert annimmt, wenn die Änderungsrate des Lenkwinkels (Θ_F'; Θ_R') gleich oder geringer ist als ein erster vorbestimmter Wert (Θ₀'),
daß der Gierratenzuwachs (J2) dann ansteigt, wenn die Änderungsrate des Lenkwinkels (Θ_F'; Θ_R') zwischen dem er sten vorbestimmten Wert (Θ₀') und einem zweiten vorbe stimmten Wert (Θ₁') liegt,
und daß der Gierratenzuwachs (32) einen zweiten vorbe stimmten Zuwachswert annimmt, wenn die Änderungsrate des Lenkwinkels (Θ_F'; Θ_R') sich zwischen dem zweiten vorbe stimmten Wert (Θ₁') und einem dritten vorbestimmten Wert (Θ₂') befindet,
daß der Gierratenzuwachs (J2) abnimmt, wenn die Ände rungsrate des Lenkwinkels (Θ_F'; Θ_R') sich zwischen dem dritten vorbestimmten Wert (Θ₂') und einem vierten vorbe stimmten Wert (Θ₃') befindet, und
daß der Gierratenzuwachs (J2) einen dritten Zuwachswert annimmt, wenn und nachdem die Änderungsrate des Lenkwin kels (Θ_F'; Θ_R') größer wird als der vierte vorbestimmte Wert (Θ₃').

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Zuwachswert kleiner ist als der erste Zu wachswert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion (J2) einen Absolutwert der Winkelge schwindigkeit der Vorderradlenkung (|Θ_F'|) als Variable hat.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (22) zum Zuwachs (J2) der aus der Speichervorrichtung ausgelesenen Gierrate einen fahr zeuggeschwindigkeitssensitiven Zuwachs (f₄(v)) addiert, der in Übereinstimmung mit einem Anstieg der Fahrzeugge schwindigkeit (v) zunimmt, und einen bezüglich des Lenk winkels sensitiven Zuwachs (T), welcher in Übereinstim mung mit einem Zuwachs des Lenkwinkels (Θ_F; Θ_R) zunimmt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (25) zur Detektion eines Gierratensignals vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lenk-Steuervorrichtung (22) eine Einrichtung ent hält zur Berechnung eines Zuwachses der Fahrzeuggeschwin digkeit für die Steuerung des Lenkwinkelverhältnisses (Θ_S) zwischen den Vorderrädern (12) und den Hinterrädern (14), und daß der Gierratenzuwachs (J2) in der Lenk-Steuervor richtung (22) verwendet wird für den Zuwachs der Fahr zeuggeschwindigkeit, so daß ein Zuwachs der Fahrzeugge schwindigkeit (v) verhindert wird,
und daß der erste vorbestimmte Wert (Θ₀') ein Indikator zum Sperren des Zuwachses (J2) der Gierrate ist,
und daß der zweite vorbestimmte Wert (Θ₁') ein Indikator zur Einstellung des Lenkwinkelverhältnisses (Θ_S) in einer weiteren Gegen-Phasen-Richtung ist, indem der zweite vor bestimmte Wert (Θ₁') der Änderungsrate für den Zuwachs an Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet wird.

9. Verfahren zur Rückkopplungs-Steuerung einer Hinterradlen kung, dadurch gekennzeichnet,
daß die Gierrate als Parameter verwendet wird, um ein Gieren der Fahrzeugkarosserie zu verhindern, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Detektieren einer Änderungsrate (Θ_F') des Vorderradlenk winkels (Θ_F);
Erzeugen eines Gierraten-Zuwachses (J2) in Übereinstim mung mit der detektierten Änderungsrate (Θ_F') des Vorder radlenkwinkels, wobei der Gierratenzuwachs (J2) die Cha rakteristik hat, daß er bis zu einem Punkt ansteigt und dann abnimmt, wenn die Änderungsrate (Θ_F') ansteigt; und
Steuerung der Hinterradlenkung über Rückkopplung basie rend auf dem erzeugten Zuwachs (J2) an Gierrate.