DE3600539C2

DE3600539C2 -

Info

Publication number: DE3600539C2
Application number: DE3600539A
Authority: DE
Inventors: Youichi Toyota Aichi Jp Hyodo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-01-11
Filing date: 1986-01-10
Publication date: 1987-12-10
Also published as: US4648614A; JPH0373515B2; JPS61163064A; DE3600539A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenksystem in einem Radfahrzeug, und insbesondere auf ein Lenksystem in einem Radfahrzeug, dessen Vorderradlenkgestänge mit einem Hinterradlenkgestänge verbunden ist, um wahlweise die Hinterräder in Reaktion auf den Lenkvorgang der Vorderräder zu lenken.

Ein solches Vier-Rad-Lenksystem ist aus dem JP-PS 59 26 363, 59 26 364 und 59 26 365 bekannt, in denen ein Lenksystem ein Vorderradlenkgestänge das über ein Lenkrad betätigt wird, ein Hinterradlenkgestänge mit einem quer zur Radfahrzeuglängsachse verlaufenden Steuerelement, das mit seinen entgegengesetzten Enden mit einem Paar lenkbarer Hinterräder in Wirkverbindung steht, eine drehbare Welle, die in Längsrichtung des Fahrzeugs verläuft und an ihrem vorderen Ende mit dem Vorderradlenkgestänge in Wirkverbindung steht, und einen Hinterradlenkmechanismus aufweist, der mit dem hinteren Ende der drehbaren Welle in Wirkverbindung steht, um in Abhängigkeit von einer Drehbewegung der drehbaren Welle eine Axialverschiebung des Steuerelementes zu bewirken. Um das Lenkwinkelverhältnis und die Richtung der hinteren Räder relativ zu den vorderen Rädern zu steuern, weist der Hinterradlenkmechanismus eine Eingangswelle, die über die drehbare Welle gedreht wird, eine Ausgangswelle, die an ihrem einen Ende mit der Eingangswelle mittels eines Universalgelenks schwenkbar in Verbindung steht und an ihrem anderen Ende mit dem quer verlaufenden Steuerelement des Hinterradlenkgestänges einstückig verbunden ist, und eine Antriebsvorrichtung auf, die die Ausgangswelle bezüglich der Eingangswelle neigt. Bei dieser Anordnung wird die Antriebsvorrichtung in Gang gesetzt, um den Neigungswinkel der Ausgangswelle zur Steuerung des Lenkwinkelverhältnisses und der Richtung der Hinterräder relativ zu den Vorderrädern einzustellen. Die Einstellung des Neigungswinkels der Ausgangswelle bewirkt unter der Vorraussetzung, daß die drehbare Welle angehalten ist, eine axiale Verschiebung des quer verlaufenden Steuerelementes. Dies hat einen Wechsel der Ausrichtung der Hinterräder zur Folge.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen verbesserten Hinterradlenkmechanismus für das Lenksystem vorzusehen, der in der Lage ist, das Lenkwinkelverhältnis und die Richtung der Hinterräder relativ zu den Vorderrädern zu steuern, ohne einen Wechsel der Ausrichtung der Hinterräder zu bewirken.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen verbesserten Hinterradlenkmechanismus vorzusehen, der in der Lage ist, die Lenkrichtung der Hinterräder gemäß der Fahrgeschwindigkeit wahlweise zu steuern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Lenksystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Es wird ein verbesserter Hinterradlenkmechanismus vorgesehen, der ein Gehäuse, das an einem Fahrzeugaufbau befestigt ist und das quer verlaufende Steuerelement des Hinterradlenkgestänges, das von einer Steuerwelle gebildet wird, drehbar trägt, einen ersten zylindrischen Tragrahmen, der innerhalb des Gehäuses drehbar um eine Vertikalachse und senkrecht zu der Längsachse der Steuerwelle angebracht ist, antriebsmäßig mit dem hinteren Ende der drehbaren Welle verbunden ist und in Abhängigkeit von der Betätigung des Vorderradlenkgestänges gedreht wird, einen zweiten zylindrischen Tragrahmen, der innerhalb des ersten zylindrischen Tragrahmens drehbar um die Längsachse der quer verlaufenden Steuerwelle angebracht ist, einen einstückig mit der quer verlaufenden Steuerwelle ausgebildeten radial verlaufenden Zapfen, der im Inneren des zweiten Tragrahmens angeordnet ist und senkrecht zu der Längsachse der Steuerwelle verläuft, ein Universalgelenk, das innerhalb des zweiten zylindrischen Tragrahmens angebracht ist und den radial verlaufenden Zapfen der Steuerwelle verschiebbar trägt, und eine Antriebsvorrichtung aufweist, die am Gehäuse angebracht ist und die Steuerwelle gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit dreht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird noch folgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Vierrad-Lenksystems eines Radfahrzeugs;

Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt eines erfindungsgemäßen Hinterradlenkmechanismus;

Fig. 3 ist ein geschnittener Grundriß des Hinterradlenkmechanismus gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die die Beziehung zwischen einem ersten Tragrahmen, einem zweiten Tragrahmen, einem radialen Zapfen und einem Universalgelenkaufbau, die in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, zeigt; und

Fig. 5 und 6 zeigen eine Abwandlung des Universalgelenkaufbaus der Fig. 3 und 4.

Gemäß der Zeichnungen, insbesondere der Fig. 1, ist ein Vierrad-Lenksystem eines Radfahrzeuges dargestellt, dessen Vorderradlenkgestänge 10 mit einem Hinterradlenkgestänge 20 verbunden ist. Das Vorderradlenkgestänge 10 weist eine quer verlaufende Zahnstange 11, die mit einem Lenkrad WS in Wirkverbindung steht und aufgrund des Einwirkens des Fahrers auf das Lenkrad verschoben wird, ein Paar Spurhebel 12, die mit den entsprechenden lenkbaren Vorderrädern WF in der üblichen Weise verbunden sind, und ein Paar Spurstangen 13 auf, die an ihren nach Innen weisenden Enden mit den entgegengesetzten Enden der Zahnstange 11 und mit ihren nach außen weisenden Enden mit den entsprechenden Spurhebeln 12 verbunden sind. Das Hinterradlenkgestänge 20 weist eine quer verlaufende Steuerwelle 21, die drehbar um ihre quer verlaufende Längsachse L₁ angeordnet ist, ein Paar Spurhebel 22, die mit den entsprechenden lenkbaren Hinterrädern WR in üblicher Weise verbunden sind, und ein Paar Spurstangen 23 auf, die mit ihren nach innen weisenden Enden an entgegengesetzten Enden der Steuerwelle 21 und mit ihren nach außen weisenden Enden an den entsprechenden Spurhebeln 22 befestigt sind. Die Steuerwelle 21 ist stets mit der Zahnstange 11 mittels eines Hinterradlenkmechanismus A und einer Anordnung drehbarer Wellen 30 in Wirkverbindung.

Die Anordnung drehbarer Wellen 30 weist eine Hauptwelle 31, ein Paar Zwischenwellen 32, 33 und ein Paar Ritzelwellen 34, 35 auf. Die Hauptwelle 31 ist drehbar an einer Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) gehalten und verläuft in Längsrichtung des Fahrzeugs. Die Hauptwelle 31 ist an ihrem vorderen Ende über die Zwischenwelle 32 und die Ritzelwelle 34 mit der Zahnstange 11 und an ihrem hinteren Ende über die Zwischenwelle 33 mit der Ritzelwelle 35 antriebsmäßig verbunden. Der Hinterradlenkmechanismus A weist ein Gehäuse 40, das an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, einen drehbar innerhalb des Gehäuses 40 angebrachten ersten Tragrahmen 41, einen drehbar innerhalb des ersten Tragrahmens 41 angebrachten zweiten Tragrahmen 42 und eine ferngesteuerte Antriebsvorrichtung 50 auf. Der erste Tragrahmen 41 setzt sich aus einem zylindrischen Tragelement 41 a und einem ringförmigen Tragelement 41 b, das mittels Befestigungsbolzen 41 c am ersten Tragelement 41 a befestigt wird, zusammen. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, weist das zylindrische Tragelement 41 a an seinen oberen und unteren Enden ein Paar einstückig ausgebildete Lagerabschnitte 41 d und 41 e auf, die über ein Paar Kugellager 60 und 61 in der Weise am Gehäuse 40 gehalten werden, daß der erste Tragrahmen 41 drehbar um die Vertikalachse L₂ und senkrecht zu der Längsachse L₁ der quer verlaufenden Steuerwelle 21 angeordnet ist. Das zylindrische Tragelement 41 a ist an einer Seite mit einem gezahnten halbkreisförmigen Abschnitt 41 f versehen, der drehbar um die Vertikalachse L₂ angeordnet ist. Der gezahnte halbkreisförmige Abschnitt 41 f des Tragelementes 41 a steht im ständigem Eingriff mit einem Ritzel 35 a der Ritzelwelle 35, die drehbar am Gehäuse 40 angebracht ist.

Der zweite Tragrahmen 42 setzt sich aus einem Paar zylindrischer Tragelemente 42 a und 42 b zusammen, die aneinander angebracht sind und innerhalb des ersten Tragrahmens 41 mittels eines Paares axial auseinanderliegender Kugellager 62 und 63 drehbar um die Längsachse L₁ der quer verlaufenden Steuerwelle 21 gehalten werden. Wie aus Fig. 4 zu entnehmen ist, ist das zylindrische Tragelement 42 a einstückig mit einem Paar gegenüberliegender Lagervorsprünge 42 c ausgebildet, an denen ein Universalgelenk 44 gehalten wird, und das zylindrische Tragelement 42 b ist ebenfalls einstückig mit einem Paar gegenüberliegender Lagervorsprünge 42 d ausgebildet, die mit den gegenüberliegenden Lagervorsprüngen 42 c verbunden werden, um so ein Paar gegenüberliegender koaxialer Bohrungen zu bilden. Die quer verlaufende Steuerwelle 21 ist einstückig mit einem radial verlaufenden Zapfen 43 versehen, der senkrecht zu der Längsachse L₁ der quer verlaufenden Steuerwelle 21 verläuft. Das Universalgelenk 44 weist einen äußeren Laufring 44 a, der mit einer sphärischen Innenfläche ausgebildet und einstückig mit einem Paar seitlicher Zapfen 44 b, 44 c versehen ist, und einen inneren Laufring 45 auf, der drehbar mit dem äußeren Laufring 44 a verbunden ist. Die seitlichen Zapfen 44 b und 44 c des äußeren Laufringes 44 a sind durch ein Paar axial auseinanderliegender Kugellager 64 und 65, die innerhalb der verbundenen Lagervorsprünge 42 c und 42 d der Tragelemente 42 a und 42 b angebracht sind, drehbar gehalten. Der radiale Zapfen 43 der Steuerwelle 21 ist durch den inneren Laufring 45 des Universalgelenkes 44 verschiebbar gehalten, und gestattet somit eine Relativbewegung der Steuerwelle 21 bezüglich des zweiten Tragrahmens 42.

Die ferngesteuerte Antriebsvorrichtung 50 weist ein Antriebszahnrad 51, das über eine Verzahnung drehbar mit der quer laufenden Steuerwelle 21 verbunden ist, eine Ritzelwelle 52, die mit einem Ritzel 52 a versehen ist und im ständigem Eingriff mit dem Antriebszahnrad 51 steht, und einen Elektromotor 53 auf, der am Gehäuse 40 befestigt ist, um die Ritzelwelle 52 in Abhängigkeit von einem erhaltenen elektrischen Steuersignal zu drehen. Das Antriebszahnrad 51 weist eine innere Verzahnung 51 a auf, die verschiebbar mit einer äußeren Verzahnung 21 a der Welle 21 ineinandergreift, wodurch eine Axialverschiebung der Steuerwelle 21 ermöglicht wird. Das Antriebszahnrad 51 ist drehbar um die quer verlaufende Längsachse L₁ durch ein Paar axial auseinanderliegender Kugellager 66 und 67 am Gehäuse 40 gehalten. Die Ritzelwelle 52 ist durch ein Paar axial auseinanderliegender Kugellager 68 und 69 drehbar am Gehäuse 40 gehalten und verläuft durch ein Dichtungselement 70 hindurch bis in den Motor 53. Der Motor 53 weist eine angetriebene Welle 53 a auf, die mit dem äußeren Ende 52 b der Ritzelwelle 52 antriebsmäßig verbunden ist, und kann die Ritzelwelle 52 in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit drehen.

Bei Betätigung des Lenksystems wird eine nach rechts oder nach links gerichtete Verschiebung der Zahnstange 11 durch die Betätigung des Lenkrades WS bewirkt, wodurch die Vorderräder WF nach links oder rechts gelenkt werden und die Anordnung drehbarer Wellen 30 gedreht wird. Bei diesem Lenkvorgang wird die Ritzelwelle 35 der Wellenanordnung 30 angetrieben, wodurch eine Drehung des ersten Tragrahmens 41 um die Vertikalachse L₂ in Gegenuhrzeiger- oder Uhrzeigerrichtung bewirkt wird. Unter der Voraussetzung, daß der radial verlaufende Zapfen 43 der Steuerwelle 21 sich in einer nach vorne gerichteten Position senkrecht zu der Vertikalachse L₂ befindet, drehen sich der zweite Tragrahmen 42 und das Universalgelenk 44 gemäß der in Gegenuhrzeiger- oder Uhrzeigersinn gerichteten Drehung des ersten Tragrahmens 41 um die Vertikalachse L₂, wodurch eine nach rechts oder links gerichtete Verschiebung des radial verlaufenden Zapfens 43 bewirkt wird. In diesem Falle dreht sich der äußere Laufring 44 a um seine seitlichen Zapfen 44 b und 44 c und der innere Laufring 45 gleitet über den radial verlaufenden Zapfen 43. Die quer verlaufende Steuerwelle 21 wird letztendlich nach rechts oder links verschoben, wodurch die hinteren Räder WR nach links oder rechts gelenkt werden. Die vorderen und die hinteren Räder WF und WR werden also in die gleiche Richtung gelenkt. Der oben beschriebene Vorgang tritt ein, da der radial verlaufende Zapfen 43 in einem Winkel relativ zu der Vertikalachse L₂ nach vorne geneigt ist. Das Lenkwinkelverhältnis der hinteren Räder WR relativ zu den vorderen Rädern WF stellt sich gemäß dem nach vorne gerichteten Neigungswinkel des radial verlaufenden Zapfens 43 ein. Wenn der radial verlaufende Zapfen der Steuerwelle 21 sich in der dargestellten Lage befindet, erreicht das Lenkwinkelverhältnis der hinteren Räder WR relativ zu den vorderen Rädern WF einen maximalen Wert.

Unter der Voraussetzung, daß die Antriebsvorrichtung 50 in Gang gesetzt wurde, um den radial verlaufenden Zapfen 43 der Steuerwelle 21 nach oben zu drehen und ihn ohne Neigungswinkel in der Vertikalachse L₂ zu halten, drehen sich der zweite Tragrahmen 42 und das Universalgelenk 44 um die Vertikalachse L₂, wenn der erste Tragrahmen 41 infolge des Lenkens der vorderen Räder WF nach links oder rechts in Gegenuhrzeiger- oder Uhrzeigerrichtung gedreht wird. Der radial verlaufende Zapfen 43 der Steuerwelle 21 verbleibt unter diesen Voraussetzungen in der Vertikalachse L₂ und hält die Steuerwelle 21 in ihrer neutralen Lage. Auf diese Weise können die Hinterräder WR infolge eines Lenkvorganges der Vorderräder WF nicht gelenkt werden. Wenn die Antriebsvorrichtung 50 weiter in Gang gesetzt wird, um den radial verlaufenden Zapfen 43 der Steuerwelle 21 nach hinten zu drehen und ihn in einer nach hinten gerichteten Lage senkrecht zu der Vertikalachse L₂ zu halten, drehen sich der zweite Tragrahmen 42 und das Universalgelenk 44 gemäß der Drehung in Gegenuhrzeiger- oder Uhrzeigerrichtung des ersten Tragrahmens 41 um die Vertikalachse L₂ und bewirken eine nach links oder rechts gerichtete Verschiebung des radial verlaufenden Zapfens 43. Der äußere Laufring 44 a des Universalgelenkes 44 dreht sich in diesem Fall um seine seitlichen Zapfen 44 b und 44 c und der innere Laufring gleitet über den radial verlaufenden Zapfen 43. Die quer verlaufende Steuerwelle 21 wird als Folge davon nach links oder rechts verschoben, um die hinteren Räder WR nach rechts oder links zu lenken. Auf diese Weise werden die hinteren Räder WR in die entgegengesetzte Richtung zu den vorderen Rädern WF gelenkt. Der oben beschriebene Vorgang findet statt, da der radial verlaufende Zapfen 43 der Steuerwelle 21 in einem Winkel relativ zu der Vertikalachse L₂ nach hinten geneigt ist, und das Lenkwinkelverhältnis der hinteren Räder WR zu den vorderen Rädern WF stellt sich gemäß dem nach hinten gerichteten Neigungswinkel des radial verlaufenden Zapfens 43 ein. Wenn der radial verlaufende Zapfen 43 in einer nach hinten gerichteten Lage senkrecht zu der Vertikalachse L₂ gehalten ist, werden die hinteren Räder WR mit einem maximalen Lenkwinkel relativ zu den vorderen Rädern WF gelenkt.

Wenn die Antriebsvorrichtung 50 so ausgeführt wird, daß sie durch ein elektrisches Steuersignal, das auf die Fahrzeuggeschwindigkeit hinweist, in Gang gesetzt wird, wird der Neigungswinkel des radial verlaufenden Zapfens 43 gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit gesteuert. Wenn der radial verlaufende Zapfen 43 in dieser Weise gesteuert wird, stellen sich das Lenkwinkelverhältnis und die Richtung der hinteren Räder WR relativ zu den vorderen Rädern WF ebenfalls gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit ein. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die quer verlaufenden Steuerwelle 21 nicht verschoben, wenn der radial verlaufende Zapfen 43 der Steuerwelle 21 durch die Ingangsetzung der Antriebsvorrichtung 50 gedreht wird. Folglich können das Lenkwinkelverhältnis und die Richtung der hinteren Räder ohne einen Wechsel der Ausrichtung der hinteren Räder gesteuert werden.

Das Universalgelenk 44 kann in der in den Fig. 5 und 6 gezeigten Weise abgewandelt werden. Dabei ist der innere Laufring 45 des Universalgelenks 44 drehbar mit einer sphärischen Innenfläche der Lagervorsprünge 42 A verbunden, die einstückig mit den zylindrischen Tragelementen 42 a und 42 b ausgebildet sind.

Claims

1. Lenksystem in einem Radfahrzeug, mit einem Vorderradlenkgestänge, das über ein Lenkrad betätigbar ist,
einem Hinterradlenkgestänge mit einem quer zur Fahrzeuglängsachse verlaufenden Steuerelement, das an seinen entgegengesetzten Enden mit einem Paar lenkbarer Hinterräder in Wirkverbindung steht,
einer Anordnung drehbarer Wellen, die in Längsrichtung des Fahrzeugs verläuft und an ihrem vorderen Ende mit dem Vorderradlenkgestänge in Wirkverbindung steht, und
einem Hinterrad-Lenkmechanismus, der mit dem hinteren Ende der Anordnung drehbarer Wellen derart in Wirkverbindung steht, daß in Abhängigkeit von einer Drehbewegung der Anordnung drehbarer Wellen eine Axialverschiebung des Steuerelementes bewirkt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement eine in einem Gehäuse (40) drehbar gelagerte Steuerwelle (21) ist,
daß ein erster zylindrischer Tragrahmen (41) innerhalb des Gehäuses (40) um eine Vertikalachse (L₂) und senkrecht zu der Längsachse (L₁) der Steuerwelle (21) drehbar gelagert und antriebsmäßig mit dem hinteren Ende der Anordnung drehbarer Wellen (30) derart verbunden ist, daß er in Abhängigkeit von der Betätigung des Vorderradlenkgestänges (10) drehbar ist,
daß ein zweiter zylindrischer Tragrahmen (42) innerhalb des ersten zylindrischen Tragrahmens (41) drehbar um die Längsachse (L₁) der Steuerwelle (21) gelagert ist,
daß im Inneren des zweiten zylindrischen Tragrahmens (42) ein einstückig mit der Steuerwelle (21) ausgebildeter radial verlaufender Zapfen (43) angeordnet ist, der senkrecht zur Längsachse (L₁) der Steuerwelle (21) verläuft,
daß ein Universalgelenk (44), das innerhalb des zweiten zylindrischen Tragrahmens ausgebildet ist, den radial verlaufenden Zapfen (43) der Steuerwelle (21) verschiebbar trägt und
daß am Gehäuse (40) eine Antriebsvorrichtung (50) angebracht ist, mittels der die Steuerwelle (21) gedreht werden kann.

2. Lenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste zylindrische Tragrahmen (41) an einer Seite einstückig mit einem gezahnten, halbkreisförmigen Abschnitt (41 f) versehen ist, der mit einem Ritzel (35 a), das am hinteren Ende der Anordnung drehbarer Wellen (30) angeordnet ist, in Eingriff steht.

3. Lenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrichtung (50) mittels eines als Maß für die Fahrzeuggeschwindigkeit dienenden, elektrischen Steuersignals betätigt wird, um die quer verlaufende Steuerwelle (21) gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit zu drehen.