4WS = Four Wheel Steering [Vierrad-Lenkung]

Eine Vierrad- bzw. Allrad-Lenkung ist keine neue Erfindung im Automobilbau. Zur Verbesserung der Manöverierbarkeit wurden schon frühzeitig Spezialfahrzeuge mit dieser Technik ausgestattet. Serien-Modelle mit Allrad- bzw. Vierrad-Lenkung gab es dagegen kaum.

Hondas Zielsetzungen für die Entwicklung einer Vierrad-Lenkung waren

Diese sich fast widersprechenden Zielsetzungen machten eine lenkwinkelabhängige Vierrad-Lenkung notwendig, denn werden beide Achsen in die gleiche Einschlagrichtung gelenkt, dann entspricht der Lenkeinschlag in seiner Wirkung einer Vergrößerung des Kurvenradius und der Verlängerung des Radstands, was beides zu mehr Fahrstabilität und damit zu mehr Fahrsicherheit - vor allem bei hohen Geschwindigkeiten - führt. Werden dagegen Vorder- und Hinterachse in entgegengesetzte Einschlagrichtung gelenkt, dann wirkt der Lenkeinschlag wie eine Verringerung des Kurvenradius und eine Verkürzung des Radstands, was beides zu mehr Wendigkeit vor allem beim Rangieren beiträgt.

Mechanische lenkwinkelabhängige Vierrad-Lenkung

Hondas erste Vierrad-Lenkung, die 1987 im Prelude angeboten wurde, arbeitete auf rein mechanischer Basis, wobei die Entwickler davon ausgingen, daß mehr Wendigkeit nur bei niedrigen Geschwindigkeiten und kräftigen Lenkradbewegungen benötigt wird, während bei kleineren Lenkradbewegungen meistens hohe Geschwindigkeiten gefahren werden und daher mehr Fahrstabilität wünschswert ist. Das Lenkgetriebe an der Vorderachse erhielt einen Bewegungsausgang in Form eines Ritzels, das die Drehbewegung des Lenkrades auf eine Verbindungswelle - ähnlich einer Kardanwelle - überträgt. Im Lenkgetriebe an der Hinterachse wird diese Drehbewegung über eine Exzenterwelle und ein Planetengetriebe auf die hinteren Spurstangen übertragen, die anstelle des zweiten unteren Querlenkers am Achsschenkel angebracht wurden.

Anordnung der Bestandteile der mechanischen Vierrad-Lenkung beim Prelude 1987 - (c) Honda, Deutschland
Anordnung der Bestandteile der mechanischen Vierrad-Lenkung des Honda Prelude von 1987

Hinterachse des Honda Prelude von 1987 mit konventioneller Lenkung

Hinterachse des Honda Prelude von 1987 mit Vierrad-Lenkung

Das Problem ist die Ansteuerung der hinteren Spurstangen in Abhängigkeit von der Stärke des Lenkradeinschlags. Der Aufbau der hinteren Lenkgetriebes geriet deshalb recht komplex, da nicht nur die gleichsinnige Bewegungsrichtung des Lenkradeinschlags ausgeführt werden soll, sondern auch die entgegengesetzte Lenkrichtung sowie eine progressive Veränderung des Lenkeinschlag des Hinterräder erreicht werden sollte.

Schnittzeichnung des hinteren Lenkgetriebes vom Prelude 1987 - (c) Honda, Deutschland
Schnittzeichnung des hinteren Lenkgetriebes vom Honda Prelude von 1987 mit Vierrad-Lenkung
Funktionsschema des hinteren Lenkgetriebes vom Prelude 1987 - (c) Honda, Deutschland
Funktionsschema des hinteren Lenkgetriebes vom Honda Prelude von 1987 mit Vierrad-Lenkung
Die Exzenterwelle ist die Verlängerung der Verbindungswelle über das Kreuzgelenk hinaus in das Lenkgetriebegehäuse. Die Eingangsbewegung X (Drehung nach rechts) erfolgt um die Achse O-O'. Die Rotationsbewegung X bewirkt, daß der Exzenter im Abstand der Achse P von der Achse O-O' eine Kreisbewegung um die Achse O-O' ausführt. Da der Exzenter mit einem Planetenrad verbunden ist, das in einem feststehenden Hohlrad laufen kann, wird diese Kreisbewegung der Achse P-P' auf dieses Planetenrad übertragen. Das im Hohlrad rotierende Planetenrad besitzt ebenfalls einen Exzenterzapfen, der in ein Gleitstück eingreift, das mit der Schubstange, die die Spurstangen betätigt, verbunden ist. Dieser Exzenterzapfen führt einerseits die Kreisbewegung der Achse P-P' und bewegt sich andererseits gleichzeitig im Abstand Q von der Achse P-P' kreisförmig um diese Achse P-P', dadurch wird das Gleitstück der Schubstange auf und ab bewegt, was notwendig ist, um die kreisförmige Bewegung in eine gradlinige Bewegung umzuwandeln. Gleichzeitig drückt der Exzenterzapfen das Gleitstück und damit die Schubstange in Richtung der Ausgangsbewegung Y, also nach links.
Die folgenden Abbildungen zeigen den weiteren Verlauf einer vollständigen Kreisrunde der Exzenterwelle nach rechts und damit verbunden die Bewegung der Achse Q-Q' bzw. des Gleitstücks und der Schubstange zur Achse der Exzenterwelle O-O'.

Wird die Geradeaus-Stellung des Lenkrads mit 0 ° festgelegt, dann werden die Hinterräder beim Prelude von 1987 bis zu einem Lenkradeinschlag von 127 ° in der gleichen Richtung wie die Vorderräder eingelenkt, wobei die Einlenkung bis zu 1,5 ° ausmacht. Wird das Lenkrad weiter gedreht, dann verlagert sich die Einlenkung an den Hinterrädern allmählich in die entgegengesetzte Richtung. Bei einem Lenkradeinschlag von etwa 235 ° befinden sich die Hinterräder wieder in Geradeaus-Stellung. Wird das Lenkrad noch weiter eingeschlagen, dann werden die Hinterräder progressiv zunehmend in entgegengesetzter Richtung zu den Vorderrädern eingeschlagen, bis bei einem Lenkradeinschlag von 450 ° die maximale Einlenkung von 5,3 ° an den Hinterrädern erreicht wird. Diese Einlenkung macht sich z. B. in einem im Vergleich zum Prelude mit konventioneller Lenkung um einen Meter kleineren Wendekreis bemerkbar.

Da dieses System allein auf den Lenkradeinschlag reagiert, kann das dazu führen, daß selbst bei hohen Geschwindigkeiten aufgrund eines großen Lenkradeinschlags (z. B. in schnell gefahrenen, engen Kurven) die Hinterräder in die entgegengesetzte Richtung gelenkt werden, der Kurvenradius dadurch verringert wird und daher das Fahrzeug aus der eigentlich gewünschten Kurvenbahn gedrängt wird.

Elektronisch gesteuerte, elektrisch betätigte Vierrad-Lenkung

Deshalb entwickelte Honda eine elektronisch gesteuerte, elektrisch betätigte Vierrad-Lenkung, die neben dem Lenkradeinschlag auch die gefahrene Geschwindigkeit beim Einlenken der Hinterräder berücksichtigt. Dieses System wurde erstmalig im Prelude von 1991 eingebaut. Es besteht aus einer handelsüblichen hydraulischen Zahnstangen-Lenkung mit Servounterstützung für die Vorderräder, dem Heckstellglied einschließlich der Spurstangen für die Hinterräder, dem Steuergerät und einer Reihe von Sensoren.

Anordnung der Bestandteile der Vierrad-Lenkung beim Prelude 1991 - (c) Honda, Deutschland
Anordnung der Bestandteile der Vierrad-Lenkung des Honda Prelude von 1991

Bestandteile des Heckstellgliedes der Vierrad-Lenkung des Honda Prelude von 1991

Die Aufgabe der Sensoren ist die Bereitstellung von Informationen über

Mit Hilfe dieser Informationen berechnet das Steuergerät den gewünschten Einlenkwinkel der Hinterräder, setzt ihn in eine analoge Spannung um und sorgt dafür, daß der Gleichstrom-Elektromotor im Heckstellglied entsprechend gepolt und angetrieben wird. Die Drehbewegung des Elektromotors wird über eine Kugelumlaufspindel auf die Spurstangen übertragen. Über die Heckhaupt- und -hilfslenkwinkel-Sensoren erhält das Steuergerät eine Rückmeldung über den Erfolg oder Mißerfolg der Steueranweisung.

Da die Steuerung über eine analoge Spannung durch den Ausfall etwa eines Spannungsreglers unerwünschte Effekte hervorrufen kann, kontrolliert das Steuergerät ständig die tatsächliche Betriebsspannung des Stellmotors im Heckstellglied und regelt sie gegebenenfalls nach. Erkennt das Steuergerät eine Störung im System, so schaltet es das System ab und sorgt mit Hilfe der durch die Einlenkung zusammengedrückten Rückholfedern im Heckstellglied und einer Dämpfereinrichtung dafür, daß die Hinterräder langsam - um negative Einflüsse auf das Fahrverhalten zu vermeiden - in die Geradeausfahrposition gebracht werden.

Bei Geschwindigkeiten bis 30 km/h werden die Hinterräder in entgegengesetzter Richtung eingeschlagen, um den Wendekreis zu verringern.

Bei Geschwindigkeiten ab 30 km/h werden die Hinterräder wie bei der mechanischen Vierrad-Lenkung zunächst in der gleichen Richtung wie die Vorderräder eingelenkt. Wird das Lenkrad weiter gedreht, dann verlagert sich die Einlenkung an den Hinterrädern allmählich in die entgegengesetzte Richtung, erreicht bei etwa 190 ° die Geradeaus-Stellung und darüber hinaus werden die Hinterräder progressiv zunehmend in entgegengesetzter Richtung zu den Vorderrädern eingeschlagen. Langsame Lenkbewegungen werden dabei in stärkere Einlenkwinkel der Hinterräder umgesetzt als schnelle Lenkbewegungen.