DE4033681C2 - Lenkeinrichtung zur Lenkung der Hinterräder eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Lenkeinrichtung zur Lenkung der Hinterräder eines Kraftfahrzeuges

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Lenk­ einrichtung zum Lenken der Hinterräder eines Kraftfahr­ zeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind verschiedene Arten von Lenkbetätigungsein­ richtungen für die Hinterräder von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen worden. So ist beispielsweise aus der EP 0 204 305 B1 eine Vierradlenkung für Kraftfahrzeuge bekannt geworden, bei der ein Vorderradlenkgetriebe über einen Verbindungsmechanismus mit einem Hin­ terradlenkgetriebe gekoppelt ist, um ein verbessertes Lenkverhalten der Hinterräder zu bewirken.
Die JP 63-207773 A zeigt eine Lenkbetätigungseinrichtung, die einen einzigen Elektromotor und eine Kugelspindelvorrichtung zeigt, bei der der Elektromotor entsprechend einem Lenkwinkel der Vorderräder angetrieben wird, um die Hinterräder um einen vorbestimmten Winkel einzuschlagen bzw. zu lenken.
Die Lenkbetätigungseinrichtung nach dem Stand der Technik, die einen Signalmotor aufweist, ist betätigbar, um einen Drehwinkel und eine Drehrichtung des Motors zu steuern, um so eine Lenkrichtung und einen Lenkwinkel für die Hinterräder entsprechend einer Fahrzeuggeschwindigkeit und entsprechend einem Lenkwinkel der Vorderräder einzustellen, die elektronisch durch Sensoren überwacht werden. Dieses System erfordert eine hochpräzise Steuerung, da die Vorder- und Hinterräder nicht mechanisch miteinander verbunden sind und die Hinterräder unabhängig gesteuert werden und so ein Überdrehen des Motors infolge einer Fehlfunktion eines Steuersystemes manchmal ein unerwünschtes Fahrzeugverhalten verursacht. Zum Beispiel kann dann, wenn die Hinterräder mit einem maximalen Lenkwinkel gelenkt werden, während das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, diese ein Durchdrehen der Räder verursachen, mit dem Ergebnis einer instabilen Kurvenfahrt.
Aus der DE 37 11 618 A1 ist eine Lenkeinrichtung der eingangs angegebenen Art bekannt geworden. Die Steue­ rung des Lenkwinkels der Hinterräder entsprechend dieser bekannten Lenkeinrichtung ist jedoch eben­ falls, insbesondere im Hinblick auf ein stabiles Kur­ venverhalten, unbefriedigend.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Lenkeinrichtung der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, die eine exakte und sichere Steuerung des Lenkwinkels der Hinterräder ge­ währleistet, um ein instabiles Kurvenfahrverhalten zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird bei einer Lenkeinrichtung der ein­ gangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die vierte Einrichtung einen ersten und einen zweiten Block aufweist, die miteinander in Eingriff bringbar sind, wobei der erste Block sich entlang eines ersten Bewegungsweges, vorgesehen in der zweiten Einrichtung, bewegt, der zweite Block fest mit der Betätigungsstange verbunden ist und einen zweiten Be­ wegungsweg besitzt, mit dem der erste Block gleitbar in Eingriff ist, um eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Block zu gestatten, wobei die fünfte Einrichtung eine vorgegebene Winkellage zwi­ schen dem ersten und zweiten Bewegungsweg innerhalb eines Bereiches von einer ersten Winkellage zu einer zweiten Winkellage zur Veränderung der Verlagerung der Betätigungsstange einrichtet, wobei die erste Winkellage derart ist, daß der erste Bewegungsweg rechtwinklig zu dem zweiten Bewegungsweg verläuft, um die Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Block zu beschränken und die Bewegung des ersten Blockes auf die Betätigungsstange zu übertragen, und wobei die zweite Winkellage derart ist, daß der erste Bewegungsweg parallel zu dem zweiten Bewegungsweg verläuft, um eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Block zu gestatten, und die Übertragung einer Bewegung des ersten Blockes auf die Betäti­ gungsstange zu blockieren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verändert die fünfte Einrichtung eine Winkellage zwi­ schen dem ersten Bewegungsweg und dem zweiten Bewe­ gungsweg in einer vorgegebenen Beziehung zur Fahr­ zeuggeschwindigkeit.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungs­ gegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im einzelnen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit beigefügten Zeichnungen näher erläutert, die lediglich dem Verständnis und der Erläuterung dienen und die Erfindung nicht beschränken. In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung einer Lenkbetätigungseinrichtung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung (Seitenansicht) nach Fig. 1,
Fig. 3 bis 5 Draufsichten, die die Relativbewegung zwischen einem beweglichen Block und einem stationären Block einer Längsbetätigungseinrichtung zum Einrichten eines gewünschten Lenkwinkels für die Hinterräder zeigen.
Bezug nehmend nunmehr auf die Zeichnungen, in denen in den verschiedenen Darstellungen gleiche Bezugszeichen die gleichen Teile bezeichnen, insbesondere bezug nehmend auf die Fig. 1 und 2, ist in diesen eine Längsbetätigungseinrichtung für ein Hinterrad-Lenksteuersystem eines Kraftfahrzeuges gezeigt. Diese Betätigungseinrichtung enthält grundsätzlich ein erstes Gehäuse 10, verbunden mit der Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) und ein zweites Gehäuse 30, das von dem ersten Gehäuse 10 getrennt ist. Das erste Gehäuse 10 enthält ein oberes Zylinderteil 10A und ein unteres Zylinderteil 10B, das sich horizontal am Boden des oberen Zylinderteiles 10A erstreckt. Das untere Zylinderteil 10B lagert durch Lager 12 eine Betätigungsstange 20 gleitbar entlang ihrer Mittelachse L1. Beide Enden der Betätigungsstange 20 sind über Kugelgelenke (nicht gezeigt) mit Spurstangen zur Lenkung der Hinterräder verbunden. Das zweite Gehäuse 30 wird durch Lager 32, die rund um die Mittellinie L2 drehbar sind, die rechtwinklig zu der Mittellinie L1 verlaufen, durch das obere Zylinderteil 10A des ersten Gehäuses 10 gelagert. Das zweite Gehäuse 30 ist mit einem unteren Zylinderteil 30A und einem oberen Zylinderteil 30B versehen, die miteinander durch eine Schraube 34 verbunden sind. Ein Ringflansch 14 ist an einem oberen Ende des oberen Zylinderteiles 10A des ersten Gehäuses 10 mit der Schraube 16 angeordnet und hält einen Dichtungsring 18, um einen Spalt, gebildet zwischen dem ersten Gehäuse 10 und dem zweiten Gehäuse 30, abzudichten.
Ein ringförmiges Schneckenrad 36 ist durch Preßsitz an einer äußeren Umfangsfläche des unteren Gehäuses 30A des zweiten Gehäuses 30 befestigt und ist in Kämmeingriff mit einer Schnecke 42, die durch einen zweiten Motor 40 angetrieben wird, der in dem ersten Gehäuse 10 befestigt ist.
Eine Exzenterwelle 50 ist innerhalb des zweiten Gehäuses 30 durch Lager 52 und 53 angeordnet, so daß sie um die Mittelachse L2 drehbar ist und ein Schneckenrad ist auf einer Außenumfangsfläche der Exzenterwelle 50 aufgesetzt. Das Schneckenrad 54 wird durch eine Schnecke oder Schneckenritzel 62 durch einen ersten Motor 60, angeordnet an dem zweiten Gehäuse 30, angetrieben. Ein exzentrischer Stift 56 ist an einem unteren Ende der Exzenterwelle 50 im Abstand D von der Mittelachse L2 angeordnet (s. Fig. 2 bis 5). Der Exzenterstift 56 ist im Eingriff mit einem beweglichen Block 70, wie dies nachfolgend noch erläutert wird. Die Schnecke bzw. das Schneckenritzel 62, wie in Fig. 2 gezeigt, ist in einem Preßsitz auf eine Welle 66 aufgesetzt, die drehbar durch das obere Gehäuse 30B des zweiten Gehäuses 30 mit Hilfe von Lagern 64 und 65 gelagert ist. Die Welle 66 ist mit einer Ausgangswelle 60A des ersten Motors 60 durch eine Zahnklauenkupplung 68 verbunden.
In einem Ende der Welle 66 ist ein ausgesparter Abschnitt vorgesehen, in den eine Kugel 69 teilweise eingesetzt ist. Eine Einstellschraube 38, die in Eingriff ist mit dem oberen Zylinderteil 30B, berührt die Kugel 69 zum Einstellen des Eingriffs zwischen der Schnecke 62 und dem Schneckenrad 54.
Ein Paar Führungsstangen 39 erstrecken sich horizontal innerhalb des unteren Zylinderteiles 30A des zweiten Gehäuses 30 parallel zueinander. Auf den Führungsstangen ist der bewegliche Block 70 gleitbar gelagert. Eine Nut 70A, die sich rechtwinklig zu den Führungsstangen 39 erstreckt, ist in einer Oberseite des beweglichen Blockes 70 ausgenommen. Der exzentrische Stift 56 ist in die Nut 70A durch eine Nadellageranordnung 58 eingesetzt. Ein Antriebsstift 72 ist an einer Unterseite des beweglichen Blockes 70 vorgesehen.
Ein stationärer Block 80 ist über eine Schraube 82 an einer Betätigungsstange 20 befestigt, wobei in einer Oberfläche des Blockes 80 eine Nut 80A ausgebildet ist, die sich rechtwinklig zu der Mittellinie bzw. Achse L1 der Betätigungsstange 20 erstreckt. Der Antriebsstift 72 des beweglichen Blockes 70 ist durch eine Nadellageranordnung 74 mit der Nut 80A in Eingriff.
Wie in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist, verursacht eine Rotation des zweiten Motors 40 eine Drehung der Schnecke bzw. des Schneckenritzels 42 und des Schneckenrades 36, wodurch das zweite Gehäuse 30 mit seinem unteren und oberen zylindrischen Teil 30A und 30B um die Mittellinie L2 relativ zu dem ersten Gehäuse 10 sich dreht.
Während der relativen Drehung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse 10, 30 verursacht die Rotation der Schnecke bzw. des Schneckenritzels 62 durch den ersten Motor 60 eine Drehung der Exzenterwelle 50 durch das Schneckenrad 54, das mit der Schnecke bzw. dem Schneckenritzel 62 in Kämmeingriff ist, wobei sich die Exzenterwelle 50 um die Mittellinie L2 relativ zu dem zweiten Gehäuse 30 dreht. Diese Drehung veranlaßt den Exzenterstift 56, der an der Exzenterwelle 50 angebracht ist, auf einer Kreisbahn in bezug auf die Mittellinie L2 mit einem Radius D umzulaufen.
Im Ergebnis dieser relativen Drehung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse 10, 30 durch den zweiten Motor 40 wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wenn die Mittellinie L1 der Betätigungsstange 20 sich unter einem rechten Winkel mit den Mittellinien der Führungsstangen 39 schneidet, d. h. wenn die Nut 70A des beweglichen Blockes 70, der gleitbar auf den Führungsstangen 39 gelagert ist, rechtwinklig zu der Nut 80A des stationären Blockes 80, der auf der Betätigungsstange 20 befestigt ist, verläuft, eine Verlagerung des beweglichen Blockes 70 entlang der Führungsstangen 39, die aus der Umlaufbewegung des Exzenterstiftes 56 resultiert, nicht auf den stationären Block 80 übertragen. Es ist deutlich, daß die parallele Anordnung zwischen der Nut 80A des stationären Blocks 80 und den Führungsstangen 39 es dem Antriebsstift 72 des beweglichen Blockes 70 erlaubt, nur entlang der Nut 80A des stationären Blockes 80 verlagert zu werden, mit dem Ergebnis, daß keine Verlagerung der Betätigungsstange 20 erfolgt. Daher werden die Hinterräder nicht gelenkt.
Wenn im Gegensatz zur vorerwähnten Anordnung im Ergebnis einer relativen Drehung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse 10, 30, wie in Fig. 4 gezeigt ist, die Mittellinie L1 der Betätigungsstange 20 sich parallel zu den Mittellinien der Führungsstangen 39 erstreckt, d. h. wenn die Nut 70A des beweglichen Blockes 70 parallel zur Nut 80A des stationären Blockes 80 angeordnet ist, wirkt die Verlagerung des beweglichen Blockes 70 entlang der Führungsstangen 39, die durch die Umlaufbewegung des Exzenterstiftes 56 verursacht wird, direkt auf den stationären Block 80, um die Betätigungsstange 20 zu bewegen. Es ist deutlich, daß in einer Position, in der der Exzenterstift 56 um 90° gegenüber der Neutrallage gedreht ist, in der der bewegliche und stationäre Block 70, 80 rechtwinklig zueinander angeordnet sind, ein maximaler Hub D der Betätigungsstange 20 in der einen Richtung erhalten wird, der dem Grad der Exzentrizität des Exzenterstiftes 56 (d. h. dem Abstand D) entspricht.
Im Ergebnis der relativen Drehung zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse 10 und 30 wird außerdem dann, wenn die Mittellinie L1 der Betätigungsstange 20 unter einem bestimmten Winkel relativ zu den Mittellinien der Führungsstangen 39 verläuft, d. h. wenn die Nut 70A des beweglichen Blockes 70 relativ zu der Nut 80A des stationären Blockes 80 um einen Winkel α gegenüber der Neutralposition, in der die Blöcke 70, 80 rechtwinklig zueinander sind (s. Fig. 3), eine Verlagerung des beweglichen Blockes 70 entlang der Führungsstangen 39 infolge der Umlaufbewegung des Exzenterstiftes 56, den stationären Block 80 veranlaßt, sich um ein Winkelverhältnis entsprechend dem Winkel α zu bewegen. Daher wird der Hub X der Betätigungsstange 20 in einer Richtung durch die folgende Beziehung ausgedrückt:
X = D · sinβ · sinα,
wobei β einen Winkel des Exzenterstiftes 56 gegenüber der Neutralstellung ist.
Es wird darauf hingewiesen, daß ein maximaler Hub der Betätigungsstange 20 oder ein Lenkwinkel der Hinterräder mechanisch in Abhängigkeit vom Winkel α bestimmt ist.
Wenn die Hinterrad-Lenksteuerung unter Verwendung der vorerwähnten Lenkbetätigungseinrichtung ausgeführt wird, wird es bevorzugt, daß ein Mikrocomputer vorgesehen ist, der einen Lenkwinkel für die Hinterräder auf der Grundlage eines Lenkwinkels und einer Lenkrichtung der Vorderräder, überwacht durch einen Lenkwinkelsensor sowie eine Fahrzeuggeschwindigkeit, überwacht durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, bestimmt. Der Mikrocomputer steuert den zweiten Motor 40, um einen Lenkwinkel für die Hinterräder in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit vorzusehen und steuert den ersten Motor 60, um eine Winkelrichtung für die Hinterräder vorzusehen, die in derselben Phase wie der Lenkwinkel der Vorderräder oder in einer entgegengesetzten Phase ist. Somit verhindert selbst dann, wenn infolge einer Fehlfunktion des Steuersystems der erste Motor 60 über einen vorgewählten Winkel gedreht wird, eine Steuerung des zweiten Motors derart, daß ein maximaler Lenkwinkel für die Hinterräder oder eine Verlagerung der Betätigungsstange 20 entsprechend einer Zunahme der Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht werden, daß die Hinterräder während einer Kurvenfahrt bei hoher Geschwindigkeit übersteuern, da ein maximaler Lenkwinkel für die Hinterräder mechanisch durch den zweiten Motor 40 begrenzt wird. Außerdem kann dann, wenn das Steuersystem für den zweiten Motor 40 arbeitet und das Steuersystem für den ersten Motor 60 eine Fehlfunktion aufweist, der Mikrocomputer den zweiten Motor 40 steuern, um das zweite Gehäuse 30 in Richtung zu einer Position zurückzuführen, die in Fig. 3 dargestellt ist, in der der bewegliche Block 70 rechtwinklig zu dem stationären Block 80 angeordnet ist, mit der Folge, daß die Betätigungsstange 20 nicht verlagert wird.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles zum besseren Verständnis desselben erläutert wurde, ist deutlich, daß die Erfindung auch in verschiedenartiger anderer Weise realisiert werden kann, ohne daß die Grundprinzipien der vorliegenden Erfindung verlassen werden. Für die Bestimmung der Erfindung wird daher insbesondere auf die beigefügten Ansprüche verwiesen.

Claims (4)

1. Lenkeinrichtung zur Lenkung der Hinterräder eines Kraftfahrzeuges, mit:
einer ersten Einrichtung (10) mit einer Betätigungsstange (20), die entlang ihrer Längsachse (L1) verlagerbar ist, um die Hinterräder zu steuern,
einer zweiten Einrichtung (30) mit einer Exzentereinrichtung (50), die sich über einen vorgegebenen Winkel dreht, zur Verlagerung der Betätigungsstange (20) in einer gewünschten Richtung,
einer dritten Einrichtung (60) zur Drehung der Exzentereinrichtung (50), um einen vorgegebenen Winkel,
einer vierten Einrichtung (70, 80), die durch die Drehung der Exzentereinrichtung (50) durch die dritte Einrichtung bewegbar ist, um die Drehbewegung der Exzentereinrichtung (50) in eine Linearbewegung umzuwandeln, um die Betätigungsstange (20) um ein vorgegebenes Maß zu verlagern, und
einer fünften Einrichtung (40) zur Veränderung der Verlagerung der Betätigungsstange (20),
dadurch gekennzeichnet,
daß die vierte Einrichtung einen ersten und einen zweiten Block (70, 80) aufweist, die miteinander in Eingriff bringbar sind, wobei sich der erste Block (70) entlang eines ersten Bewegungsweges (39), vorgesehen in der zweiten Einrichtung (30), bewegt, der zweite Block (80) fest mit der Betätigungsstange (20) verbunden ist und einen zweiten Bewegungsweg (80A) besitzt, mit dem der erste Block (70) gleitbar in Eingriff ist, um eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Block (70, 80) zu gestatten, wobei die fünfte Einrichtung eine vorgegebene Winkellage zwischen dem ersten und zweiten Bewegungsweg (39, 80A) innerhalb eines Bereiches von einer ersten Winkellage zu einer zweiten Winkellage zur Veränderung der Verlagerung der Betätigungsstange (20) einrichtet, wobei die erste Winkellage derart ist, daß der erste Bewegungsweg (39) rechtwinklig zu dem zweiten Bewegungsweg (80A) verläuft, um die Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Block (70, 80) zu beschränken und die Bewegung des ersten Blockes auf die Betätigungsstange (20) zu übertragen, und wobei die zweite Winkellage derart ist, daß der erste Bewegungsweg (39) parallel zu dem zweiten Bewegungsweg (80A) verläuft, um eine Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Block (70, 80) zu gestatten, und die Übertragung einer Bewegung des ersten Blockes (70) auf die Betätigungsstange (20) zu blockieren.
2. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Block (70) sich entlang einer Führungsstange (39) bewegt, die den ersten Bewegungsweg (39) bestimmt, der zweite Block (80) eine Nut aufweist, die den zweiten Bewegungsweg (80A) definiert, der sich rechtwinklig zu der Betätigungsstange (20) erstreckt, der erste Block (70) einen Stift aufweist, der gleitbar in die Nut des zweiten Blockes (80) bei Drehung der Exzentereinrichtung (50) in die zweite Winkellage eingreift, in der die Nut parallel zu der Führungsstange (20) ist, und der die Betätigungsstange (20) entsprechend der Drehung der Exzentereinrichtung (50) in die erste Winkellage verlagert.
3. Lenkeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die fünfte Einrichtung eine Winkellage zwischen dem ersten Bewegungsweg (39) und dem zweiten Bewegungsweg (80A) in einer vorgegebenen Beziehung zur Fahrzeuggeschwindigkeit verändert.
4. Lenkeinrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung ein erstes Gehäuse (10), die zweite Einrichtung ein zweites Gehäuse (30), in dem die Exzentereinrichtung (50) drehbar gelagert ist, die dritte Einrichtung eine erste Antriebseinrichtung (60, 62, 54), die vierte Einrichtung eine Verlagerungseinrichtung für die Betätigungsstange (20) um eine Strecke ist, die der Rotation der Exzentereinrichtung (50) entspricht, wobei das Maß der Verlagerung der Betätigungsstange (20) eine Winkellage zwischen dem ersten und zweiten Gehäuse (10, 30) widerspiegelt und die fünfte Einrichtung eine zweite Antriebseinrichtung (36, 42) zur Drehung des Gehäuses (30) relativ zu dem ersten Gehäuse (10) entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
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