DE102011105924A1 - Verfahren zum Optimieren eines Fahrzeugantriebs und entsprechendes Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Offenbart ist ein Verfahren zum Optimieren eines Fahrzeugantriebs – insbesondere eines LKWs – wobei der Fahrzeugantrieb einen Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse des Fahrzeugs und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse des Fahrzeugs aufweist. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und zumindest einen Hydromotor. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die Schritte: – Fahren des Fahrzeugs auf Untergrund oder Boden oder Antreiben der Achsen des Fahrzeugs auf einem Allradprüfstand und Ermitteln von Korrekturdaten; und – automatisches Abspeichern der Korrekturdaten in einem elektronischen Steuergerät des hydrostatischen Zusatzantriebs. Offenbart ist weiterhin ein entsprechendes Fahrzeug mit einem Fahrzeugantrieb, der einen Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse des Fahrzeugs und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse des Fahrzeugs aufweist. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetrieben verstellbaren Hydropumpe und zumindest einen Hydromotor. In einem elektronischen Steuergerät des Zusatzantriebs sind Korrekturdaten abgespeichert, die beim Fahren des Fahrzeugs auf Untergrund oder Boden oder beim Antreiben der Achsen des Fahrzeugs auf einem Allradprüfstand ermittelt wurden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung eines Fahrzeugantriebs mit konventionellem und mit hydrostatischem Antrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein entsprechendes Fahrzeug gemäß Patentanspruch 10.
  • Derartige hydrostatische Antriebe werden beispielsweise bei mobilen Arbeitsmaschinen oder Nutzfahrzeugen als Zusatzantrieb für die Vorderräder verwendet, während die Hinterachse über einen konventionellen mechanischen Antriebsstrang angetrieben wird.
  • Ein derartiges Nutzfahrzeug mit konventionellem und hydrostatischem Antriebsstrang ist beispielsweise in der DE 42 12 983 C1 erläutert. Bei dieser Lösung kann der hydrostatische Antriebsstrang bei Bedarf über eine Ventilanordnung zugeschaltet werden, wobei jedem Rad der Vorderachse ein Hydromotor zugeordnet ist, die über eine über Null verschwenkbare Hydropumpe mit Druckmittel versorgt wird, um die Vorderräder anzutreiben. Das bekannte System ist darüber hinaus mit einem Retarder ausgeführt, über den die Bremsanlage des Nutzfahrzeugs beim Bremsen hydraulisch unterstützt wird.
  • In den Druckschriften DE 41 10 161 A1 und US2002/0027025 sind weitere hydrostatische Zusatzantriebe offenbart, deren Hydropumpen verstellbar sind.
  • Die in derartigen hydrostatischen Zusatzantrieben verbauten Hydraulikkomponenten weisen Fertigungstoleranzen auf, die eine individuelle Anpassung an das jeweilige Fahrzeug und insbesondere an den parallelen konventionellen Antrieb erfordern. Gemäß dem Stand der Technik werden entsprechende Korrekturdaten durch freies Drehen der Räder des aufgebockten Fahrzeugs ermittelt und in einem Steuergerät des Fahrzeugs hinterlegt.
  • Nachteilig an diesem Verfahren ist der hohe Aufwand für das Aufbocken des Fahrzeugs und für das Durchfahren der verschiedenen Geschwindigkeiten.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Aufwand für die Ermittlung der Korrekturdaten eines hydrostatischen Zusatzantriebs zu verringern.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Optimierung eines Fahrzeugantriebs mit konventionellem und mit hydrostatischem Antrieb gemäß Patentanspruch 1 und durch ein entsprechendes Fahrzeug gemäß Patentanspruch 10.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Optimieren eines Fahrzeugantriebs, insbesondere des Antriebs eines Lastkraftwagens, mit einem Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse des Fahrzeugs und mit einem hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse des Fahrzeugs. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und zumindest einen Hydromotor. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die Schritte:
    • – Fahren des Fahrzeugs auf Untergrund oder Boden oder Antreiben der Achsen des Fahrzeugs auf einem Allradprüfstand und Ermitteln von Korrekturdaten; und
    • – automatisches Abspeichern der Korrekturdaten in einem elektronischen Steuergerät des hydrostatischen Zusatzantriebs.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Vorzugsweise erfolgt das Fahren des Fahrzeugs oder der Antrieb der Achsen gemäß einem vorbestimmten Fahrmanöver bei einem Lenkwinkel von etwa 0 Grad. Gefahren wird bevorzugt auf einem im Wesentlichen ebenen Untergrund, insbesondere auf einer Straße.
  • Bei einem bevorzugten Anwendungsfall erfolgt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor Inbetriebnahme des Fahrzeugs.
  • Der Aufwand ist dabei minimiert, wenn das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen einer Probefahrt durchgeführt wird.
  • Bevorzugt erfolgt die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mehrmals während des Betriebs oder während der Lebensdauer des Fahrzeugs.
  • Bei einer Probefahrt vor erstmaligem Nutzbetrieb des Fahrzeugs oder nach einem Austausch von Komponenten können über die Korrekturdaten Fertigungstoleranzen des Hydromotors oder der Hydropumpe egalisiert werden.
  • Beim zweitgenannten Anwendungsfall können über die Korrekturdaten Alterung und daraus resultierende Toleranzen ausgeglichen werden. Das ist vorteilhaft im Hinblick auf einen geringen Treibstoffverbrauch und gleichbleibendes Fahrverhalten. Verschleiß des Hydromotors oder der Hydropumpe oder eine Änderung des Umfangs der Räder, insbesondere durch Druckschwankungen oder Verschleiß ihrer Reifen, können egalisiert werden. Die Daten können zur Diagnose „Verschleißgrenze erreicht” genutzt werden. Ein Überschreiten von Grenzwerten kann durch Druckverlust in einem Reifen bedingt sein und damit zum Erkennen eines solchen Druckverlusts genutzt werden.
  • Vorzugsweise wird folgender zusätzlicher Schritt durchgeführt:
    • – Modulation der Leistung der Hydropumpe durch Ermittlung von Drücken in an die Hydropumpe angeschlossen Arbeitsleitungen.
  • Vorzugsweise erfolgt während des Fahrens des Fahrzeugs ein Bescheunigen bis zu einer maximalen Förderleistung der Hydropumpe.
  • Vorzugsweise ist während der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Steuergerät in einen Lernmodus geschaltet.
  • Das erfindungsgemäße Fahrzeug hat einen Fahrzeugantrieb, der einen Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse des Fahrzeugs und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse des Fahrzeugs aufweist. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetrieben verstellbaren Hydropumpe und zumindest einen Hydromotor. In einem elektronischen Steuergerät des hydrostatischen Zusatzantriebs sind Korrekturdaten abgespeichert, die beim Fahren des Fahrzeugs auf Untergrund oder Boden oder Antreiben der Achsen des Fahrzeugs auf einem Allradprüfstand ermittelt wurden.
  • Dabei können die Korrekturdaten durch Fertigungstoleranzen oder durch Verschleiß des Fahrzeugantriebs oder durch Änderungen des Umfangs der Räder, insbesondere durch Druckschwankungen ihrer Reifen, begründet sein.
  • Im Folgenden wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Prinzipskizze eines Lastkraftwagens mit einem erfindungsgemäß optimierten hydrostatischen Zusatzantrieb; und
  • 2 ein Schaltbild des hydrostatischen Zusatzantriebs gemäß 1.
  • 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Lastkraftwagens 1, dessen Hinterräder 2 über einen konventionellen mechanischen Antriebsstrang mit Verbrennungsmotor 4, Getriebe 6, Kardanwelle 8 sowie Differenzial angetrieben werden. Der Lastkraftwagen 1 ist mit einem erfindungsgemäß optimierten 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 eine vom Verbrennungsmotor 4 angetriebene Pumpenaggregat 16 mit Druckmittel versorgt wird.
  • Gemäß dem vergrößerten Teilausschnitt des Hydromotors 14 in 1 ist dieser als Radialkolbenmotor 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 diese Vielzahl von Arbeitsräumen 24 aufeinander folgend mit Hochdruck und Niederdruck verbunden werden, 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. 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 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 Antriebswelle 36 angetrieben wird. 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 die Hochdruckleitung 40 ist. Je nach Ansteuerung der verstellbaren Hydropumpe 34 kann der Hochdruck- und Niederdruckzweig wechseln.
  • Auf der Antriebswelle 36 sitzt weiterhin eine Speisepumpe, über die Druckmittel aus einem Tank T angesaugt und mit einem Speisedruck, von beispielsweise 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 als über ein elektronisches Steuergerät mit Regelelektronik angesteuertes Proportionalventil ausgeführt ist. Das Pumpenaggregat 16 ist über Steuerölanschlüsse X1, X2 an eine Steuerölversorgung angeschlossen. Derartige Druck- und Förderstromregelsysteme für verstellbare Hydropumpen 34 sind aus dem Stand der Technik bekannt, so dass auf eine ausführliche Erläuterung verzichtet werden kann. Bei einem derartigen Pumpenregelventil 44 wird der Sollwert als elektrische Größe vorgegeben und in Abhängigkeit von der Ansteuerung des Pumpenregelventils 44 ein Stellkolben des Stellzylinders 42 verstellt, wobei die Rückführung der Ist-Position des Stellkolbens wie im vorliegenden Fall mechanisch oder aber auch elektrisch erfolgen kann. Die Lage des Stellkolbens wird dann über die Regelelektronik mit dem vorgegebenen Soll-Wert, der einem bestimmten Fördervolumenstrom entspricht, verglichen und der Stellkolben so lange verstellt, bis Soll- und Ist-Wert übereinstimmen und somit der geforderte Fördervolumenstrom eingestellt ist.
  • 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 verstellbaren Hydropumpe 34 zurück. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten der Pumpensteuerung sei beispielsweise auf die DE 10 2004 061 861 B4 verwiesen.
  • Erfindungsgemäß wird der Lastkraftwagen 1 nach seiner Produktion im Rahmen einer Probefahrt auf einem ebenen Untergrund geradeaus gefahren. Dabei werden die Hinterräder 2 konventionell und die Vorderräder 12 über den hydrostatischen Zusatzantrieb 10 angetrieben. Zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen wird das nicht näher dargestellte Steuergerät in einen Lernmodus geschaltet. Dann werden Korrekturdaten für die Hydropumpe 34 ermittelt und im Steuergerät automatisch abgespeichert. Diese Korrekturdaten ergeben sich durch „Verspannungen” zwischen dem konventionellen Antrieb und dem hydrostatischen Zusatzantrieb 10, die als Druckschwankungen an den Arbeitsleitungen 38, 40 gemessen werden können.
  • Das elektronische Steuergerät kann auch das Steuergerät für den gesamten Antrieb das Fahrzeugs sein.
  • Offenbart ist ein Verfahren zum Optimieren eines Fahrzeugantriebs – insbesondere eines LKWs – wobei der Fahrzeugantrieb einen Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse des Fahrzeugs und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse des Fahrzeugs aufweist. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetriebene verstellbare Hydropumpe und zumindest einen Hydromotor. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die Schritte:
    • – Fahren des Fahrzeugs auf Untergrund oder Boden oder Antreiben der Achsen des Fahrzeugs auf einem Allradprüfstand und Ermitteln von Korrekturdaten; und
    • – automatisches Abspeichern der Korrekturdaten in einem elektronischen Steuergerät des Zusatzantriebs.
  • Offenbart ist weiterhin ein entsprechendes Fahrzeug mit einem Fahrzeugantrieb, der einen Verbrennungsmotor zum Antrieb eines ersten Rades oder einer ersten Achse des Fahrzeugs und einen hydrostatischen Zusatzantrieb zum Antrieb eines zweiten Rades oder einer zweiten Achse des Fahrzeugs aufweist. Der hydrostatische Zusatzantrieb hat eine vom Verbrennungsmotor angetrieben verstellbaren Hydropumpe und zumindest einen Hydromotor. In einem elektronischen Steuergerät des Zusatzantriebs sind Korrekturdaten abgespeichert, die beim Fahren des Fahrzeugs auf Untergrund oder Boden oder beim Antreiben der Achsen des Fahrzeugs auf einem Allradprüfstand ermittelt wurden.
  • 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 A1 [0004]
    • US 2002/0027025 [0004]
    • DE 102004061861 B4 [0033]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Optimieren eines Fahrzeugantriebs mit einem Verbrennungsmotor (4) zum Antrieb eines ersten Rades (2) oder einer ersten Achse und mit einem hydrostatischen Zusatzantrieb (10) zum Antrieb eines zweiten Rades (12) oder einer zweiten Achse, wobei der hydrostatische Zusatzantrieb (10) eine vom Verbrennungsmotor (4) angetriebene verstellbare Hydropumpe (34) und einen Hydromotor (14) hat, gekennzeichnet durch die Schritte: – Fahren des Fahrzeugs (1) auf Untergrund oder Antreiben der Achsen des Fahrzeugs auf einem Allradprüfstand und Ermitteln von Korrekturdaten; und – automatisches Abspeichern der Korrekturdaten in einem elektronischen Steuergerät des hydrostatischen Zusatzantriebs (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fahren des Fahrzeugs (1) oder das Antreiben der Achsen gemäß einem vorbestimmten Fahrmanöver bei einem Lenkwinkel von etwa 0 Grad erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das vor Inbetriebnahme des Fahrzeugs (1) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das mehrmals während des Betriebs oder während der Lebensdauer des Fahrzeugs (1) erfolgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei über die Korrekturdaten Fertigungstoleranzen des Hydromotors (14) oder der Hydropumpe (34) egalisiert werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei über die Korrekturdaten Verschleiß des Hydromotors (14) oder der Hydropumpe (34) oder eine Änderung des Umfangs der Räder (2, 12) egalisiert werden.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit dem Schritt: – Modulation der Leistung der Hydropumpe (34) durch Ermittlung von Drücken in an die Hydropumpe (34) angeschlossen Arbeitsleitungen (38, 40).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während des Fahrens des Fahrzeugs (1) ein Bescheunigen des Fahrzeugs (1) und ein Verschwenken der Hydropumpe (34) bis zu einer maximalen Förderleistung der Hydropumpe (34) erfolgen.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät in einen Lernmodus geschaltet ist.
  10. Fahrzeug (1) mit einem Fahrzeugantrieb, der einen Verbrennungsmotor (4) zum Antrieb eines ersten Rades (2) oder einer ersten Achse und einem hydrostatischen Zusatzantrieb (10) zum Antrieb eines zweiten Rades (12) oder einer zweiten Achse hat, wobei der hydrostatische Zusatzantrieb (10) eine vom Verbrennungsmotor (4) angetriebene verstellbaren Hydropumpe (34) und einen Hydromotor (14) hat, dadurch gekennzeichnet, dass in einem elektronischen Steuergerät Korrekturdaten des hydrostatischen Zusatzantriebs (10) abgespeichert sind, die beim Fahren des Fahrzeugs (1) auf Untergrund oder Boden oder beim Antreiben der Achsen auf einem Allradprüfstand ermittelt sind.
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