DE102011013769A1

DE102011013769A1 - Verfahren zum Anfahren eines Fahrzeugs mit hydrostatischem Zusatzantrieb und Fahrzeug mit hydrostatischem Zusatzantrieb

Info

Publication number: DE102011013769A1
Application number: DE102011013769A
Authority: DE
Inventors: Peter Schubert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-12
Filing date: 2011-03-12
Publication date: 2012-09-13
Also published as: US9309955B2; WO2012123057A1; US20140100079A1; EP2686191A1

Abstract

Offenbart sind zwei Varianten eines Verfahrens zum Anfahren – insbesondere aus dem Stand – eines Fahrzeugs, das einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse hat. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und zumindest einen daran hydraulisch gekoppelten Hydromotor. Die erste Variante das erfindungsgemäßen Verfahrens hat die Schritte: – insbesondere zunächst Erhöhen und – Regeln eines Versorgungsdrucks des zumindest einen Hydromotors in Abhängigkeit eines Fahrpedals; – Ermitteln einer Drehzahl ungleich null des ersten Rades oder der ersten Achse – insbesondere hinten –; und – Synchronisieren einer Drehzahl des zweiten Rades oder der zweiten Achse – insbesondere vorne – mit der ermittelten Drehzahl des ersten Rades oder der ersten Achse. Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft das gleiche zuvor beschriebene Fahrzeug und hat die Schritte: – insbesondere zunächst Erhöhen und – Regeln eines Versorgungsdrucks des zumindest einen Hydromotors in Abhängigkeit eines Fahrpedals; – Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ungleich null; und – Anpassen einer Drehzahl des zweiten Rades oder der zweiten Achse – insbesondere vorne – an die ermittelte Geschwindigkeit. Offenbart ist weiterhin das entsprechende Fahrzeug, das einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse hat. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und einen daran hydraulisch gekoppelten Hydromotor. Ein Versorgungsdruck der Hydropumpe ist in Abhängigkeit eines Fahrpedals und weiterhin in Abhängigkeit einer am ersten Rad oder an der ersten Achse – insbesondere hinten – angeordneten Drehzahlsensorik oder Geschwindigkeitssensorik regelbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Fahrzeugs mit hydrostatischem Zusatzantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 2 und ein entsprechendes Fahrzeug mit hydrostatischem Zusatzantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 7.
Bei Fahrzeugen, die auf einem Untergrund mit geringer Traktion und/oder mit großen Steigungen eingesetzt werden, z. B. Lastkraftwagen auf Baustellen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, einer herkömmlich mechanisch angetriebenen Hinterachse des Fahrzeugs eine hydrostatisch angetriebene Vorderachse zuzuschalten.
Die Druckschrift DE 42 12 983 C1 und die Druckschrift DE 41 10 161 C2 zeigen jeweils ein derartiges Antriebskonzept, bei dem ein Verbrennungsmotor mechanisch einerseits eine Hinterachse und zusätzlich eine Verstellpumpe antreibt. Von der Verstellpumpe können Hydromotoren der jeweiligen Vorderräder angetrieben werden.
Die Druckschrift DE 41 10 161 C2 offenbart weiterhin, dass die Druckregelung des hydrostatischen Zusatzantriebes und damit die Drehmomentregelung der Vorderräder zusammen mit der Drehmomentregelung der Hinterräder über ein Fahrpedal des Fahrzeugs erfolgt. Diese Regelung erfolgt gleichzeitig für die Hinterräder über den Verbrennungsmotor und für die Vorderräder über ein Druckregelventil des hydrostatischen Zusatzantriebes. Dabei kann erst bei Drehung einer Getriebeausgangswelle Druckmittel zu den Hydromotoren gefördert werden. Somit ist beim Anfahren ein „Voreilen” der Hinterachse möglich, das zu einem Verlust der Seitenführung und zu einem instabilen Fahrzustand führen kann. Weiterhin ist es möglich, dass bei bereits durchdrehenden Hinterrädern trotz des zusätzlich aufgebauten Antriebsmoments der Vorderräder kein Anfahren des Fahrzeugs mehr möglich ist.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Anfahren eines Fahrzeugs mit hydrostatischem Zusatzantrieb und ein entsprechendes Fahrzeug mit hydrostatischem Zusatzantrieb zu schaffen, dessen Anfahrverhalten stabilisiert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren zum Anfahren eines Fahrzeugs mit hydrostatischem Zusatzantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 oder durch ein Fahrzeug mit hydrostatischem Zusatzantrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
Eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Anfahren – insbesondere aus dem Stand – betrifft ein Fahrzeug, das einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse hat. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und zumindest einen daran hydraulisch gekoppelten Hydromotor. Die erste Variante das erfindungsgemäßen Verfahrens hat die Schritte:

– insbesondere zunächst Erhöhen und dann
– Regeln eines Versorgungsdrucks des zumindest einen Hydromotors in Abhängigkeit eines Fahrpedals;
– Ermitteln einer Drehzahl ungleich null des ersten Rades oder der ersten Achse – insbesondere hinten –; und
– Synchronisieren einer Drehzahl des zweiten Rades oder der zweiten Achse – insbesondere vorne – mit der ermittelten Drehzahl des ersten Rades oder der ersten Achse.

Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Anfahren – insbesondere aus dem Stand – mit einem oben beschriebenen Fahrzeug hat die Schritte:

– insbesondere zunächst Erhöhen und dann
– Regeln eines Versorgungsdrucks des zumindest einen Hydromotors in Abhängigkeit eines Fahrpedals;
– Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ungleich null; und
– Anpassen einer Drehzahl des zweiten Rades oder der zweiten Achse – insbesondere vorne – an die ermittelte Geschwindigkeit.

Mit beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also beim Anfahren zunächst eine Drehmomentvorgabe für das zweite Rad oder die zweite Achse ermittelt und das zweite Rad angetrieben, ohne dabei auf den Antrieb des ersten Rades oder der ersten Achse zu achten. So wird das Anfahrverhalten des Fahrzeugs in diesem ersten Betriebszustand stabilisiert. Dabei wird ermittelt, ob das Fahrzeug sich in Bewegung gesetzt hat. Erst nachdem sich das Fahrzeug in Bewegung gesetzt hat, werden in einem zweiten Betriebszustand die Antriebe der beiden Räder bzw. der beiden Achsen aneinander angeglichen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Das Ermitteln der Geschwindigkeit bei der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt vorzugsweise über ein Anti-Blockier-System (ABS) am ersten Rad.
Das Erhöhen bzw. Regeln des Versorgungsdrucks erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit eines Winkels des Fahrpedals.
Das Erhöhen bzw. Regeln des Versorgungsdrucks erfolgt vorzugsweise durch Einstellen eines Schwenkwinkels der Hydropumpe.
Um die spätere Solldrehzahl möglichst genau zu treffen, wird es bei Fahrzeugen mit Automatikgetriebe bevorzugt, wenn zuvor ein Vorsteuern bzw. Einstellen des Schwenkwinkels der Hydropumpe in Abhängigkeit einer eingestellten Fahrstufe eines Automatikgetriebes erfolgt.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug hat einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und einen daran hydraulisch gekoppelten Hydromotor. Ein Versorgungsdruck der Hydropumpe ist in Abhängigkeit eines Fahrpedals und weiterhin in Abhängigkeit einer am ersten Rad oder an der ersten Achse – insbesondere hinten – angeordneten Drehzahlsensorik oder Geschwindigkeitssensorik regelbar. Damit kann beim Anfahren des Fahrzeugs zunächst eine Drehmomentvorgabe für das zweite Rad oder die zweite Achse ermittelt werden, ohne dabei auf das erste Rad oder die erste Achse zu achten. So wird das Anfahrverhalten des Fahrzeugs in einem ersten Betriebszustand stabilisiert, bis eine Drehzahl am ersten Rad oder an der ersten Achse ermittelt wird.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs mit Anti-Blockier-System (ABS) wird zur vorrichtungstechnischen Minimierung die Drehzahlsensorik oder die Geschwindigkeitssensorik des Anti-Blockier-Systems genutzt.
Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall ist das Fahrzeug ein Lastkraftwagen (LKW).
Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen LKW’s mit einem hydrostatischen Zusatzantrieb; und
2 ein Schaltbild des hydrostatischen Zusatzantriebs gemäß 1.
1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines LKW’s 1, dessen Hinterräder 2 über einen konventionellen mechanischen Antriebsstrang mit Verbrennungsmotor 4, Getriebe 6, Kardanwelle 8 sowie Differenzial, etc. angetrieben werden. Der LKW 1 ist mit einem hydrostatischen Zusatzantrieb 10 ausgeführt, der wahlweise beispielsweise im schweren Gelände zugeschaltet werden kann. Dieser hydrostatische Zusatzantrieb 10 hat für jedes der Vorderräder 12 einen Hydromotor 14, der über ein vom Verbrennungsmotor 4 angetriebenes Pumpenaggregat 16 mit Druckmittel versorgt wird.
Gemäß dem vergrößerten Teilausschnitt eines der beiden Hydromotoren 14 in 1 sind diese als inverse Radialkolbentriebwerke ausgeführt, wobei eine Vielzahl von Kolben 18 an einem Hubring 20 abgestützt sind.
Die Kolben 18 sind radial verstellbar in Zylinderbohrungen einer Zylindertrommel 22 geführt und begrenzen jeweils einen Arbeitsraum 24, wobei jeder Arbeitsraum 24 dieser Vielzahl von Arbeitsräumen 24 aufeinander folgend mit Hochdruck und Niederdruck verbunden wird. Auf Grund des daraus resultierenden Kolbenhubs dreht die Zylindertrommel 22, wobei die Kolben 18 über Rollen 26 am Hubring 20 abrollen. Die Zylindertrommel 22 ist drehfest mit einer Antriebswelle 28 verbunden, die praktisch die Radachse des jeweiligen Vorderrades 12 bildet. Der Hydromotor 14 bildet eine Art „Radlager” des jeweiligen Vorderrades 12.
In der dargestellten Position liegen die Kolben 18 am Hubring 20 an, so dass bei nicht angesteuertem bzw. eingeschaltetem hydrostatischem Zusatzantrieb 10 und „leer” mitlaufenden Hydromotoren 14 erhebliche Reibungsverluste auftreten können. Zur Minimierung dieser Reibungsverluste können die Hydromotoren 14 in einem Free-Wheel-Modus betrieben werden. Dazu wird ein den Hubring 20 tragendes Motorgehäuse 30 mit einem Druck, beispielsweise einem Speisedruck, beaufschlagt, während die Arbeitsräume 24 mit dem Tankdruck oder einem sonstigen niedrigeren Druck beaufschlagt bzw. entlastet sind. Durch die Druckdifferenz werden die Kolben 18 in Richtung zur Antriebswelle 28 eingefahren und somit vom Hubring 20 abgehoben – die Reibungsverluste sind dementsprechend erheblich reduziert.
2 zeigt den Schaltplan des erfindungsgemäß optimierten hydrostatischen Zusatzantriebes 10 aus 1. Man erkennt die beiden Vorderräder 12, die jeweils über einen Hydromotor 14 angetrieben werden. Die Druckmittelversorgung erfolgt über das Pumpenaggregat 16, das über zwei Arbeitsanschlüsse A, B und über eine Ventilanordnung 32 in hydraulischer Verbindung mit den Hydromotoren 14 steht.
Das Pumpenaggregat 16 hat eine über Null verschwenkbare Hydropumpe 34, die vom Verbrennungsmotor 4 über eine einen Nebenabtrieb darstellende Antriebswelle 36 angetrieben wird. Der Nebenabtrieb kann mit der Drehzahl der Kurbelwelle oder mit der Drehzahl der Nockenwelle des Verbrennungsmotors betrieben sein. Bei den folgenden Erläuterungen sei angenommen, dass eine (in 2) oben liegende Druckleitung eine Niederdruckleitung 38 ist, während eine andere mit einem Anschluss der verstellbaren Hydropumpe 34 verbundene Druckleitung eine Hochdruckleitung 40 ist. Je nach Ansteuerung der verstellbaren Hydropumpe 34 kann der Hochdruck- und Niederdruckzweig zum Bremsen oder zur Fahrtrichtungsumkehr wechseln.
Auf der Antriebswelle 36 ist weiterhin eine Speisepumpe angeordnet, über die Druckmittel aus einem Tank T angesaugt und mit einem Speisedruck von z. B. 20 bis 30 bar in den Niederdruckzweig des Zusatzantriebes 10 eingespeist werden kann.
Die Verstellung des Schwenkwinkels der verstellbaren Hydropumpe 34 erfolgt mittels eines Stellzylinders 42, dessen Stellkolben mit einem Pumpenregelventil 44 verbunden ist. Das Pumpenaggregat 16 ist über Steuerölanschlüsse X1, X2 an eine Steuerölversorgung angeschlossen.
Der Schwenkwinkel der verstellbaren Hydropumpe 34 dient zur Einstellung des Versorgungsdrucks der beiden Hydromotoren 14 und damit zur Einstellung des Drehmomentes an den Vorderrädern 12. Erfindungsgemäß wird von einem Fahrer des LKW’s beim Anfahren in einem ersten Betriebsmodus über ein in 1 gezeigtes Fahrpedal 45 zunächst eine Führungsgröße für die Ansteuerung der verstellbaren Hydropumpe 34 vorgegeben. Gemäß den vorstehenden Ausführungen wird das Druckmittel in die Hochdruckleitung 40 gefördert und strömt vom Verbraucher, im vorliegenden Fall von den Hydromotoren 14 in einem geschlossenen Kreislauf über die Niederdruckleitung 38 zum Niederdruckanschluss der Hydropumpe 34 zurück.
Sobald sich der LKW in Bewegung setzt und eine Drehzahl an einem (nicht näher gezeigten) Drehzahlsensor des Antiblockiersystems 46 (vgl. 1) der Hinterräder 2 erfasst wird, wird in einen zweiten Betriebsmodus umgeschaltet. Dies kann z. B. bei einer Geschwindigkeit von 3 km/h erfolgen. Beim zweiten Betriebsmodus werden die Hinterräder 2 synchron mit den Vorderrädern 12 angesteuert. Dabei dient die über den Drehzahlsensor erfasste Drehzahl der Hinterräder 2 als Soll-Wert.
Abweichend vom beschriebenen Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann auch eine Geschwindigkeit des LKW’s 1, die über das Antiblockiersystem 46 oder über einen Tachometer oder über ein Global Positioning System (GPS) erfasst wird, als Soll-Wert dienen. Dann wird erfindungsgemäß in den zweiten Betriebsmodus umgeschaltet, wenn sich der LKW 1 in Bewegung setzt und eine Geschwindigkeit erfasst wird.
Offenbart sind zwei Varianten eines Verfahrens zum Anfahren – insbesondere aus dem Stand – eines Fahrzeugs, das einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse hat. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und zumindest einen daran hydraulisch gekoppelten Hydromotor.
Die erste Variante das erfindungsgemäßen Verfahrens hat die Schritte:

– insbesondere zunächst Erhöhen und daraufhin
– Regeln eines Versorgungsdrucks des zumindest einen Hydromotors in Abhängigkeit eines Fahrpedals;
– Ermitteln einer Drehzahl ungleich null des ersten Rades oder der ersten Achse – insbesondere hinten –; und
– Synchronisieren einer Drehzahl des zweiten Rades oder der zweiten Achse – insbesondere vorne – mit der ermittelten Drehzahl des ersten Rades oder der ersten Achse.

Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft das gleiche zuvor beschriebene Fahrzeug und hat die Schritte:

– insbesondere zunächst Erhöhen und daraufhin
– Regeln eines Versorgungsdrucks des zumindest einen Hydromotors in Abhängigkeit eines Fahrpedals;
– Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ungleich null; und
– Anpassen einer Drehzahl des zweiten Rades oder der zweiten Achse – insbesondere vorne – an die ermittelte Geschwindigkeit.

Offenbart ist weiterhin das entsprechende Fahrzeug, das einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse hat. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und einen daran hydraulisch gekoppelten Hydromotor. Ein Versorgungsdruck der Hydropumpe ist in Abhängigkeit eines Fahrpedals und weiterhin in Abhängigkeit einer am ersten Rad oder an der ersten Achse – insbesondere hinten – angeordneten Drehzahlsensorik oder Geschwindigkeitssensorik regelbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4212983 C1 [0003]
DE 4110161 C2 [0003, 0004]

Claims

Verfahren zum Anfahren mit einem Fahrzeug, das einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor (4) zum Antrieb eines ersten Rades (2) oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb (10) zum Antrieb eines zweiten Rades (12) oder einer zweiten Achse hat, wobei der hydrostatische Zusatzantrieb (10) eine vom Verbrennungsmotor (4) angetriebene verstellbare Hydropumpe (34) und zumindest einen Hydromotor (14) hat, gekennzeichnet durch die Schritte: – Regeln eines Versorgungsdrucks des zumindest einen Hydromotors (14) in Abhängigkeit eines Fahrpedals (45); – Ermitteln einer Drehzahl ungleich null des ersten Rades (2) oder der ersten Achse; und – Synchronisieren einer Drehzahl des zweiten Rades (12) oder der zweiten Achse mit der Drehzahl des ersten Rades (2) oder der ersten Achse.
Verfahren zum Anfahren mit einem Fahrzeug, das einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor (4) zum Antrieb eines ersten Rades (2) oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb (10) zum Antrieb eines zweiten Rades (12) oder einer zweiten Achse hat, wobei der hydrostatische Zusatzantrieb (10) eine vom Verbrennungsmotor (4) angetriebene verstellbare Hydropumpe (34) und zumindest einen Hydromotor (14) hat, gekennzeichnet durch die Schritte: – Regeln eines Versorgungsdrucks des zumindest einen Hydromotors (14) in Abhängigkeit eines Fahrpedals (45); – Ermitteln einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ungleich null; und – Anpassen einer Drehzahl des zweiten Rades (12) oder der zweiten Achse an die Geschwindigkeit.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ermitteln der Geschwindigkeit über ein Anti-Blockier-System (ABS) (46) am ersten Rad (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Regeln des Versorgungsdrucks in Abhängigkeit eines Winkels des Fahrpedals (45) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Regeln des Versorgungsdrucks durch Einstellen eines Schwenkwinkels der Hydropumpe (34) erfolgt.
(beide unabhängige Verfahren) Verfahren nach Anspruch 5 mit dem vorhergehenden Schritt: – Vorsteuern bzw. Einstellen des Schwenkwinkels der Hydropumpe (34) in Abhängigkeit einer eingestellten Fahrstufe eines Automatikgetriebes.
Fahrzeug, das einen Fahrzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor (4) zum Antrieb eines ersten Rades (2) oder einer ersten Achse und einen hydrostatischen Zusatzantrieb (10) zum Antrieb eines zweiten Rades (12) oder einer zweiten Achse hat, wobei der hydrostatische Zusatzantrieb (10) eine vom Verbrennungsmotor (4) angetriebene verstellbare Hydropumpe (34) und einen Hydromotor (14) hat, dadurch gekennzeichnet, dass ein Versorgungsdruck der Hydropumpe (34) in Abhängigkeit eines Fahrpedals (45) und in Abhängigkeit einer am ersten Rad (2) oder an der ersten Achse angeordneten Drehzahlsensorik oder Geschwindigkeitssensorik regelbar ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7 mit einem Anti-Blockier-System (ABS) (46), das die Drehzahlsensorik oder Geschwindigkeitssensorik aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, das ein Lastkraftwagen (LKW) ist.