DE102017204461A1

DE102017204461A1 - Hydrostatischer Fahrantrieb

Info

Publication number: DE102017204461A1
Application number: DE102017204461.6A
Authority: DE
Inventors: Christopher Schuessler; Michael Mast; Juergen GEIGER; Benjamin Rosenbaum
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-09-20

Abstract

Offenbart sind ein hydrostatischer Fahrantrieb und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen hydrostatischen Fahrantriebs, wobei ein nicht auf null verstellbarer Hydromotor beim Auftreten eines Schlupfes auf seinen minimalen Schwenkwinkel verstellt und eine Bremseinrichtung angesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrostatischen Fahrantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrantriebs.
Der Grundaufbau eines herkömmlichen hydrostatischen Fahrantriebs ist beispielsweise in der EP 1 232 067 B1 offenbart. Demgemäß hat ein hydrostatischer Fahrantrieb eine von einem Verbrennungsmotor angetriebene Primäreinheit, die als über Null verschwenkbare Hydropumpe ausgeführt ist. Über diese Primäreinheit wird zumindest eine Sekundäreinheit angetrieben, die als Hydromotor ausgebildet ist. Dabei kann jedem Rad des Fahrzeugs eine Sekundäreinheit oder aber auch jeder Achse oder auch den zwei Rädern einer Achse jeweils eine Sekundäreinheit zugeordnet werden. Zur Verstellung des über jede Sekundäreinheit aufgebrachten Drehmomentes ist der Schwenkwinkel der Hydromotoren verstellbar ausgeführt, wobei das Drehmoment mit zunehmendem Schwenkwinkel zunimmt. Das minimale Drehmoment wirkt, wenn der jeweilige Hydromotor auf das minimale Schluckvolumen (minimaler Schwenkwinkel) eingestellt wird, das bei der bekannten Lösung Null ist. Die Ansteuerung der Primär- und Sekundäreinheit erfolgt über eine Steuereinheit, der beispielsweise über einen Joystick und ein Fahrpedal Sollwerte vorgegeben werden und die dann das jeweilige Drehmoment bzw. die Drehgeschwindigkeit des jeweiligen Rades entsprechend der Vorgaben einstellt, wobei die Drehzahl beispielsweise über Drehzahlsensoren aufgenommen wird. Das Druckmittel in Arbeitsleitungen, mit denen die Primäreinheit und die Sekundäreinheiten miteinander verbunden sind, ist über eine Speisepumpe vorgespannt. Diese dient auch zum Ausgleich von Leckagen und sitzt auf der gleichen Antriebswelle wie die Primäreinheit. Zum mechanischen Abbremsen ist bei der bekannten Lösung jedem Rad eine mechanische Bremseinrichtung zugeordnet, die über ein Bremsventil zum Aufbauen eines Bremsdrucks mit einer Bremsdruckquelle oder zum Lösen der Bremse mit dem Tank verbindbar ist.
Gemäß der EP 1 232 067 B1 wird zum Beschleunigen des Fahrzeugs zunächst der Schwenkwinkel der Sekundäreinheiten auf ein größeres Drehmoment (Beschleunigungsmoment) verstellt. Tritt nun bei einem derartigen herkömmlichen hydrostatischen Fahrantrieb an einem Rad ein Schlupf auf, so hat dies bei ungünstigen Bedingungen die Folge, dass sich die Drehzahl an dem mit Schlupf beaufschlagten Rad stark erhöht, so dass das Druckmittel von den sonstigen Hydromotoren zu dem Hydromotor geleitet wird, dessen Rad mit Schlupf beaufschlagt ist. Dies führt im Extremfall dazu, dass das Fahrzeug stehen bleibt und das schlupfende Rad mit hoher Drehzahl dreht.
Zur Vermeidung dieses Betriebszustandes wird in der EP 1 232 067 B1 vorgeschlagen, bei Auftreten eines Schlupfes die Bremseinrichtung des jeweiligen Rades zu betätigen, so dass dieses abgebremst wird und im Idealfall mit der Drehzahl der anderen Räder „antriebslos“ mit dreht.
Sobald das betreffende Rad wieder einen Untergrund mit vergleichsweise hohem Kraftschlussbeiwert erreicht hat, kann der Bremseingriff wieder gelöst werden.
Problematisch ist bei einer derartigen Lösung, dass ein vergleichsweise hohes Bremsmoment aufgebracht werden muss, um den Schlupf durch Bremseingriff zu verhindern. Beim Abbremsen erfolgt die Regelung (ABS) in herkömmlicher Weise nur über die Ansteuerung der Bremseinrichtungen.
Bekannt sind auch hydrostatische Fahrantriebe, bei denen der Antriebsschlupf durch Zurückschwenken der mit Schlupf beaufschlagten Sekundäreinheit geregelt wird (ASR). Eine derartige Lösung ist in der Beschreibungseinleitung der EP 1 232 067 B1 erläutert. Kritisiert wird an derartigen Lösungen, dass es beim Zurückverschwenken des betreffenden Hydromotors bei gleichbleibendem Schwenkwinkel der sonstigen Hydromotoren und der Primäreinheit zu einer Beschleunigung des zugehörigen Fahrzeugrades und damit zu einer erneuten Drehzahlaufnahme kommen kann, so dass die Gefahr eines Überdrehens des zurückgeschwenkten Hydromotors vorliegt.
In der DE 196 53 165 C1 ist eine in ihrem Hubvolumen verstellbare Hydromaschine gezeigt, die bei einem hydrostatischen Fahrantrieb verwendbar ist. Bei dieser bekannten Lösung ist ein Anschlagelement vorgesehen, das verhindert, dass der Schwenkwinkel bei bestimmten Betriebsbedingungen auf null verringert wird. Die Hydromaschine ist dementsprechend auf ein Mindestschluckvolumen eingestellt, das beispielsweise ca. 10% des Nennvolumens der Hydromaschine betragen kann, so dass auch bei zurück verschwenktem Hydromotor ein gewisses Antriebs- oder Bremsmoment auf das Rad wirkt.
Bekannt sind auch hydrostatische Antriebe, bei denen die Sekundäreinheit in Konstantmotorbauweise ausgeführt ist. Derartige Antriebe haben im Fall schlupfender Räder während eines Beschleunigungs-/Fahrvorgangs den Nachteil, dass in Sondersituationen, in denen zum Beispiel ein Rad in der Luft ist oder nur sehr geringe Kraftschlussbeiwerte des Untergrunds vorhanden sind, das entsprechende Rad überdreht. In diesem Fall muss der Fahrer korrigierend eingreifen, indem er die Betriebsbremse derart betätigt, dass das Bremsmoment in etwa dem Antriebsmoment des betreffenden Hydromotors entspricht. Dies setzt allerdings einen sehr gut ausgebildeten Fahrer voraus.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen hydrostatischen Fahrantrieb und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen hydrostatischen Fahrantriebs zu schaffen, der mit zumindest einer Sekundäreinheit ausgeführt ist, die nicht auf null verschwenkbar ist, wobei ein zu großer Schlupf eines Rades sowohl während eines Beschleunigungsvorgangs als auch während eines Bremsvorgangs zuverlässig vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird im Hinblick auf den hydrostatischen Fahrantrieb durch die Merkmale des Patentanspruches 1 und im Hinblick auf das Verfahren zum Betreiben eines derartigen Fahrantriebs durch die Merkmale des nebengeordneten Patentanspruches 10 gelöst.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der erfindungsgemäße hydrostatische Fahrantrieb hat eine Primäreinheit, die zumindest eine Sekundäreinheit mit Druckmittel versorgt, über die zumindest ein Rad antreibbar ist und die eine mit verstellbarem Schwenkwinkel ausgeführte Hydromaschine (Hydromotor) ist, wobei dieser Schwenkwinkel nicht auf null verstellbar ist. Dem zumindest einen Rad ist eine hydraulische Bremseinrichtung mit einer Brems-Druckquelle zugeordnet. Der Fahrantrieb hat des Weiteren eine Steuereinheit, die in Abhängigkeit von vorgegebenen Soll-/Zielwerten und von dem Betriebszustand des jeweiligen Rades Steuersignale zum Verstellen des Schwenkwinkels der Primär- und Sekundäreinheiten und/oder zur Betätigung der Bremseinrichtung abgibt. Diese Steuereinheit ist ausgelegt, um bei Feststellen eines Schlupfes (Beschleunigung/Bremsen) des Rades den Schwenkwinkel der Hydromaschine in Richtung des minimalen Nennvolumens (größer Null) zu verschwenken und die Bremseinrichtung durch Verbindung mit einer Druckquelle zu betätigen. Dabei wird das Bremsmoment vorzugsweis so eingestellt, dass es in etwa dem Antriebsmoment des Hydromotors bei minimalem Schwenkwinkel (Nennvolumen) entspricht. Dabei kann nur die Bremseinrichtung des mit Schlupf beaufschlagten Rads oder aber es können alle Bremseinrichtungen eines Bremskreises betätigt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, den Schlupf durch Zusammenwirken der Hydromaschine und der Bremseinrichtung zu verhindern. Dabei genügt für das Abbremsen ein kleinerer Bremsdruck als in dem Fall, in dem der Motor - wie beim Stand der Technik - ausgeschwenkt bleibt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung liegt der kleinste Schwenkwinkel um einen bestimmten, festen Wert vom Schwenkwinkel null entfernt. Dadurch ist es möglich, einen größeren Schwenkwinkel als bei herkömmlichen Lösungen einzustellen; man verzichtet jedoch aus konstruktiven Gründen zugunsten dieses großen maximalen Schwenkwinkels auf die Verstellmöglichkeit in einem Bereich kleiner als der minimale Schwenkwinkel.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Drehzahl jeder Sekundäreinheit oder jedes angetriebenen Rades jeweils mit einem Drehzahlsensor erfassbar, der ein Drehzahlsignal an die Steuereinheit abgibt. Auf der Basis der Drehzahlsignale von den verschiedenen angetriebenen Rädern und gegebenenfalls eines Signals, das die tatsächliche Geschwindigkeit über Boden darstellt kann leicht ein zu großer Schlupf oder eine Blockieren oder Durchdrehen eines Rades festgestellt und somit das Zurückschwenken einer Sekundäreinheit und das Bremsen gesteuert werden. Die tatsächliche Geschwindigkeit eines Fahrzeugs kann anhand der Drehzahl von nicht angetriebenen Rädern des Fahrzeugs oder mit Hilfe eines Radargeräts ermittelt werden.
Die Druckquelle kann eine Speisepumpe des hydrostatischen Fahrantriebs, eine Druckmittelquelle eines Arbeitshydrauliksystems oder einer Lüfterhydraulik oder einer Lenkhydraulik eines mobilen Arbeitsgerätes sein, das mittels des hydrostatischen Fahrantriebs angetrieben ist. Das heißt die bei der Antischlupfregelung (ASR) eingreifende Bremse wird vorzugsweise nicht über diejenige Brems-Druckquelle betätigt werden, über die üblicher Weise der Bremsvorgang gesteuert ist.
In dem Fall, in dem eine Brems-Druckquelle und eine weitere Druckquelle vorhanden sind, wird durch eine geeignete Ventileinrichtung, beispielsweise ein Wechselventil, dafür gesorgt, dass der jeweils größere Bremsdruck an der Bremseinrichtung wirksam ist. Diese Integration kann auch für eine Feststell- oder Parkbremssystem vorgesehen werden.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein Steuerventil vorgesehen, um die Bremseinrichtung mit der Druckquelle zu verbinden. Dieses Steuerventil ist bei einer Variante der Erfindung ein Wegeventil, das eine Druckmittelverbindung zur Druckquelle öffnet oder schließt.
Einem derartigen Wegeventil kann ein Druckreduzierventil zugeordnet werden, über das der von der Druckquelle aufgeprägte Druck auf einen zum Bremsen geeigneten Druck reduziert wird.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, das Steuerventil als elektrisch gesteuertes Druckreduzierventil auszuführen, dessen Ausgangsdruck über die Steuereinheit einstellbar ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind jedem angetriebenen Rad des Fahrantriebs eine Sekundäreinheit und eine Bremseinrichtung im Sinne der vorstehenden Ansprüche zugeordnet.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines derartigen hydrostatischen Fahrantriebs wird zunächst - beispielsweise mit Hilfe der Drehzahlsensoren - der Schlupf eines Rades erfasst. In einem weiteren Schritt wird der Schwenkwinkel des dem Rad zugeordneten Hydromotors von seinem Sollwert in Richtung des minimalen Schluckvolumens reduziert und die Bremseinrichtung betätigt, indem eine Verbindung mit der Druckmittelquelle hergestellt wird.
Der Bremseingriff wird gelöst, wenn der Schlupf einen akzeptablen Grenzwert unterschreitet. Das von der Bremseinrichtung aufgebrachte Bremsmoment ist dabei vorzugsweise so gewählt, dass es etwa dem Antriebsmoment des Hydromotors bei minimalem Schwenkwinkel entspricht. Im Anschluss daran kann dann der Schwenkwinkel des betreffenden Hydromotors in Richtung des Sollwertes verstellt werden. Wie im Folgenden noch näher ausgeführt wird, kann diese Antischlupfregelung (ASR) so erfolgen, dass bei einem zu großen Schlupf, d.h. bei Überschreiten des geringsten Drehzahl-Grenzwertes eine Komponenten-Drehzahlschutzfunktion greift und schlagartig den vom betroffenen Hydromotor geförderten Volumenstrom auf den minimalen Nennvolumenstrom (minimaler Schwenkwinkel) reduziert - es kommt zu einer Quasi-Stillsetzung des Fahrzeugs.
Bei einer alternativen Lösung wird bei Erkennen eines Schlupfes zunächst über die hydraulische Antischlupfregelung der Schwenkwinkel des zugehörigen Hydromotors verringert. Vergrößert sich der Schlupf auch bei Erreichen des Mindestschluckvolumens weiterhin, wird dann das Rad zusätzlich über die Betriebsbremse abgebremst.
Der erfindungsgemäße hydrostatische Fahrantrieb und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines derartigen hydrostatischen Fahrantriebs ermöglicht es somit, auch bei einem System mit einem Mindestschluckvolumen >Null zuverlässig den Schlupf sowohl beim Beschleunigen als auch beim Abbremsen zu verhindern oder zumindest zu minimieren, so dass eine Überlastung der Komponenten zuverlässig verhindert ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen

1 ein Schaltschema eines ersten Ausführungsbeispiels eines hydrostatischen Fahrantriebs,
2, 3 und 4 Ausführungsbeispiele, bei denen die Betätigung einer Betriebsbremse mittels eines Steuerventils erfolgt,
5 ein etwa 1 entsprechendes Schaltschema des Ausführungsbeispiels gemäß 4 und
6 ein Blockschaubild zur Funktionsweise einer kontinuierlichen Betriebsstrategie.

1 zeigt ein Schaltschema eines hydrostatischen Fahrantriebs 1 eines mobilen Arbeitsgerätes, beispielsweise einer Landmaschine, wie einem Mähdrescher, einem Häcksler, einer Feldspritze, einem Roder oder einer Baumaschine, wie beispielsweise einem Radlader, einem Telehandler, einem Dumper, einem Bagger oder einem Stapler. In 1 sind beispielhaft zwei Räder 2, 4 dargestellt. Wie eingangs erläutert, können diese Räder 2, 4 jeweils zu einer Vorder- oder Hinterachse des Arbeitsgerätes gehören, die dann jeweils angetrieben ist. Prinzipiell ist jedoch auch ein Allradantrieb realisierbar, bei dem alle vorhandenen Räder über den Fahrantrieb 1 angetrieben werden.
Das mobile Arbeitsgerät hat einen Verbrennungsmotor 6, der mit einer Abtriebswelle 8 eine Primäreinheit des Fahrantriebs 1 antreibt. Diese Primäreinheit ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als über Null verschwenkbare Hydropumpe 10 mit verstellbarem Fördervolumen ausgeführt. Über diese Hydropumpe 10 werden jeweils einem der Räder 2, 4 (oder Achsen) zugeordnete Sekundäreinheiten angetrieben. Diese Sekundäreinheiten sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Hydromotoren 12, 14 ausgebildet. Diese können beispielsweise als Axialkolbenmaschine ausgeführt sein, deren Schwenkwinkel über einen vorbestimmten Bereich, beispielsweise den Bereich zwischen 5° und 38° verstellbar ist. Ein geringerer Schwenkwinkel und somit ein geringeres Schluckvolumen als diese 5° (oder ein sonstiger minimaler Schwenkwinkel) ist nicht einstellbar - die Hydromotoren 12, 14 sind somit nicht auf null verschwenkbar.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse der Hydropumpe 10 über Arbeitsleitungen 16, 18 mit in 1 oben liegenden Anschlüssen der Hydromotoren 12, 14 verbunden. Die jeweils anderen (in 1 unten liegenden) Anschlüsse sind über weitere Arbeitsleitungen 19, 22 mit dem anderen Anschluss der Hydropumpe 10 verbunden. Je nach Förderrichtung der Hydropumpe 10 wirken demnach die Arbeitsleitungen 16, 18 beispielsweise als Druckleitung, während die beiden anderen Arbeitsleitungen 19, 22 dann als Rücklaufleitungen dienen - der hydrostatische Fahrantrieb ist somit als geschlossener hydraulischer Kreislauf ausgeführt.
Zum Ausgleich von Leckage und zum Vorspannen des Druckmittels innerhalb dieses geschlossenen Kreislaufes ist eine Speisepumpe 20 vorgesehen, die ebenfalls von der Abtriebswelle 8 angetrieben wird und über die Druckmittel in die Arbeitsleitungen 16, 18, 19, 22 aus einem Tank T gefördert werden kann. Der Druckanschluss der Speisepumpe 20 ist mit einer Speisepumpenleitung 24 verbunden, die in einer Bypassleitung 26 mündet, die die Arbeitsleitungen 16, 18 mit den Arbeitsleitungen 19, 22 verbindet. In dieser Bypassleitung 26 sind in an sich bekannter Weise zwei Rückschlagventile 28, 30 vorgesehen, die eine Rückströmung in Richtung zur Speisepumpe 20 verhindern.
Die beiden Hydromotoren 12, 14 sind über Antriebswellen 32, 34 mit dem jeweiligen Rad 2, 4 verbunden, so dass das von den Hydromotoren aufgebrachte Drehmoment auf die jeweiligen Räder 2, 4 übertragen wird. Jedem der Räder 2, 4 ist des Weiteren eine Bremseinrichtung 36, 38 zugeordnet. Diese sind beim dargestellten Ausführungsbeispiel in an sich bekannter Weise als Lamellenbremse ausgeführt; selbstverständlich sind auch andere Bremsbauarten realisierbar. Die Betätigung der Bremseinrichtungen 36, 38 erfolgt über ein gemeinsames Bremsventil 40, das vom Fahrer über ein Pedal oder einen Hebel betätigbar ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieses Bremsventil 40 als 2-Wegeventil ausgeführt, das in seiner dargestellten federvorgespannten Grundposition (a) die Lamellenbremsen zu dem Tank T hin entlastet. Bei Betätigung der Bremse wird das Bremsventil 40 in die Schaltstellung (b) verstellt, in der die Bremseinrichtungen 36, 38 des Bremskreises oder genauer gesagt deren Bremsleitung 42 mit einer Brems-Druckquelle 43 verbunden ist. Diese Brems-Druckquelle 43 kann beispielsweise eine eigene, dem Bremskreis zugeordnete Pumpe oder eine sonstige Druckmittelquelle der Arbeitshydraulik oder dergleichen sein.
Zur Betätigung der Bremse bei einem unerwünschten Schlupf eines Rades 2, 4, beispielsweise verursacht durch einen sehr geringen Kraftschlussbeiwert oder aber durch das Abheben eines Rades 2, 4 vom Untergrund, kann die jeweilige Bremseinrichtung 36, 38 unabhängig von der Funktion des Bremsventils 40 betätigt werden. Hierzu ist ein Steuerventil vorgesehen, das beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Wegeventil 44 ausgebildet ist. Dieses Wegeventil 44 ist in der Darstellung gemäß 1 in seiner Schaltstellung (b) gezeigt. In seiner federvorgespannten Grundposition (a) verbindet das Wegeventil 44 eine Leitung 46 mit dem Tank T. Diese Leitung 46 ist an einen Eingang eines Wechselventils 48 angeschlossen. Dessen anderer Eingang ist über einen Bremsleitungsabschnitt 50 mit dem Anschluss des Bremsventils 40 verbunden, so dass der größere der Drücke im Bremsleitungsabschnitt 50 und in der Leitung 46 abgegriffen und in die Bremsleitung 42 geführt ist. In der Schaltstellung (b) des Wegeventils 44 verbindet dieses die Leitung 46 mit einer Hilfsdruckleitung 52, die mit der Speisepumpenleitung 24 verbunden ist. In der Schaltstellung (b) liegt somit in der Leitung 46 und damit auch in der Bremsleitung 42 der Druck der Speisepumpe 20 an. Dieser reicht auch bei unbetätigtem Bremsventil 40 aus, um die Lamellenbremsen 36, 38 zu betätigen.
Die Ansteuerung der vorbeschriebenen Elemente erfolgt über eine Steuereinheit 54, der beispielsweise von einem Fahrer über einen Bedienhebel, ein Pedal oder einen Joystick eingestellte Soll-/Zielwerte vorgegeben werden. Die Drehzahlen der Räder 2, 4 werden über Drehzahlsensoren 58, 60 erfasst. Der Druck in den Arbeitsleitungen 16, 18 und 19, 22 wird über Druckaufnehmer 62, 64 erfasst und entsprechende Steuersignale zur Signalverarbeitung an die Steuereinheit 54 über zugehörige, gestrichelt dargestellte Steuerleitungen (nicht mit Bezugszeichen versehen) gemeldet. Die Einstellung des Schwenkwinkels der Hydropumpe 10 und der Hydromotoren 12, 14 erfolgt durch entsprechende Ansteuerung der Schwenkwinkelstelleinrichtungen in Abhängigkeit von Steuersignalen der Steuereinheit 54 - auch diese entsprechenden Steuerleitungen sind eingezeichnet, Details der Verstelleinrichtungen sind jedoch nicht gezeigt, da diese bekannt sind.
Wird nun festgestellt, dass eines der Räder, beispielsweise das Rad 2, mit einem übermäßigen Schlupf (in Fahrtrichtung (Beschleunigung), entgegen der Fahrtrichtung (Bremsen)) beaufschlagt ist, so wird dies über den zugehörigen Drehzahlsensor 60 erfasst und das entsprechende Signal an die Steuereinheit 54 gemeldet. Über diese wird dann entsprechend der Schwenkwinkel des Hydromotors 14 in Richtung des minimalen Schluckvolumens zurück verstellt, so dass das über den Hydromotor 14 auf das Rad 2 wirkende Drehmoment M_A gegenüber dem auf das andere Rad 4 wirkenden Drehmoment (Antriebsmoment) M_A verringert ist (siehe Drehmomentpfeile in 1). Zusätzlich wird über die Steuereinheit 54 das Wegeventil 44 in die Schaltstellung (b) umgeschaltet, so dass in der Bremsleitung 42 der Druck in der Hilfsdruckleitung 52 wirksam ist - dieser entspricht dem Druck der Speisepumpe 20 - die Bremse(n) 36, 38 werden dementsprechend betätigt (Bremsmoment M_B), wobei über die Steuereinheit 54 der Bremseingriff so gewählt sein kann (siehe folgende Ausführungen), dass dieser Bremseingriff in etwa demjenigen Moment M_A entspricht, das sich bei minimalem Schluckvolumen an der Antriebswelle 34 des Rads 2 einstellt. Der Schwenkwinkel des Hydromotors 12 wird nicht verringert, das Bremsmoment M_B wirkt entgegengesetzt, so dass sich am Rad 4 ein nutzbares Drehmoment M_Nutz einstellt.
Dadurch wird zuverlässig eine Drehzahlerhöhung des mit Schlupf behafteten Rades 2 verhindert - das Bremsmoment wird dann in Abhängigkeit von den Drehzahlsignalen zurück genommen und geht mit einer Vergrößerung des Schwenkwinkels einher, wobei der dabei bestehende Schlupf stets überwacht wird. Auf die Betriebsstrategie bei dieser ASR-Regelung wird später nochmals eingegangen.
Die vorbeschriebene Zusatzfunktion, bei der über das Wegeventil 44 die Bremse unabhängig von der Ansteuerung des Bremsventils 40 betätigt wird, lässt sich im Prinzip bei bestehenden hydrostatischen Fahrantrieben nachrüsten oder mit vergleichsweise geringem Aufwand realisieren. Im Prinzip muss lediglich das Wegeventil 44 und das Wechselventil 48 an den Bremskreis angeschlossen werden, wobei dieses Wegeventil 44 diesen Bremskreis einmal mit dem Tank T und das andere Mal mit der Druckquelle verbindet. Diese Druckquelle ist vorzugsweise nicht die Brems-Druckquelle sondern eine Druckquelle zur Druckmittelversorgung weiterer Komponenten des mobilen Arbeitsgerätes oder aber auch des vorliegenden Fahrantriebs 1.
2 zeigt das Grund-Schaltsymbol der Lösung gemäß 1. Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3 ist das Wegeventil 44 mit zwei Schaltstellungen und zwei Anschlüssen ausgeführt - selbstverständlich kann auch eine Variante gemäß 1 verwendet werden, bei der das Wegeventil 44 als 3/2-Wegeventil ausgeführt ist. Die Druckmittelversorgung für die Antischlupfregelung erfolgt durch die Speisepumpe 20, die über die Hilfsdruckleitung 52 mit dem Eingangsanschluss des Wegeventils 44 verbunden ist. Wie erläutert, sperrt das Wegeventil 44 in seiner dargestellten Grundposition die Druckmittelverbindung zur Bremseinrichtung 36 ab und verbindet vorzugsweise - wie in 1 dargestellt - die Hilfsdruckleitung 52 mit dem Tank T. Bei Betätigung des Wegeventils 44 über ein von der Steuereinrichtung 54 abgegebenes Steuersignal wird die Druckmittelverbindung zwischen der Speisepumpe 20 und der Bremseinrichtung 36, 38 geöffnet, so dass auch das mit Schlupf beaufschlagte Rad 2, 4 abgebremst wird.
Ein Vorteil der Variante gemäß den 1 und 2 ist die kostengünstige Umsetzung, da der Speisedruck durch das Wegeventil 44 direkt als Bremsdruck verwendet wird. Der über das Bremspedal generierte Bremsdruck beträgt beispielsweise maximal 60 bar. Bei der Verwendung des Speisedrucks mit >30 bar, steht bei der Annahme, einer über den Bremsdruck linear verlaufenden Bremskraft etwa die Hälfte der Bremskraft zur Verfügung, die durch das eigentliche Bremssystem bereitgestellt wird. Der durch diesen Speisedruck erzeugte wirkende Bremsdruck ist ausreichend, um das Rad bei einem auf den minimalen Schwenkwinkel zurückverstellten Hydromotor und maximalem Systemdruck abzubremsen. Eine separate Anpassung an das Fahrzeug ist nicht notwendig.
In dem Fall, in dem der von der Speisepumpe 20 zur Verfügung gestellte Betriebsdruck zu hoch ist, kann gemäß 3 dem Wegeventil 44 ein Druckreduzierventil 66 nachgeschaltet werden, über das der Speisedruck auf den für Antischlupfregelung (ASR) erforderlichen Bremsdruck reduziert wird. Dieses Druckreduzierventil 66 ist auf einen festen Bremsdruck eingestellt.
Nachteil dieser Variante ist allerdings, dass der Speisedruck einen Bremsdruck erzeugen kann, der größer ist als der Anteil des Motormomentes bei auf minimales Schluckvolumen zurückgestelltem Hydromotor. Der Zugkraftverlust bei aktivierter Funktion ist demnach sehr hoch. Ebenso ist der Verschleiß der Lamellenbremse erhöht.
Durch die in 3 dargestellte Variante mit nachgeschaltetem Druckreduzierventil kann der Speisedruck auf den benötigten Bremsdruck zur Abbremsung des verbleibenden Anteils des Motordrehmomentes eingestellt werden. Dadurch verringert sich gegenüber der Lösung in 2 der Zugkraftverlust des Fahrzeuges lediglich um diesen Anteil, der beispielsweise 13% beträgt. Entsprechend ist auch der Verschleiß der Bremseinrichtung 36 verringert.
Nachteil dieser Variante ist, dass das Druckreduzierventil 36 einmalig eingestellt werden muss. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen eine Abbremsung des schlupfenden Rades mit einem Bremsmoment erforderlich ist, das geringer ist als das sich beim Verschwenken des Hydromotors auf seinen minimalen Schwenkwinkel einstellende Motordrehmoment. Mir den Lösungen gemäß den Figuren 2 und 3 lässt sich das nicht oder nur schwer realisieren.
Dieser Nachteil kann durch die Ausführung gemäß 4 überwunden werden. Dabei wird anstelle des Wegeventils 44 und des mechanisch einstellbaren Druckreduzierventils 66 ein elektrisch gesteuertes Druckreduzierventil 68 verwendet, dessen Ausgangsdruck über die Steuereinheit 54 in Abhängigkeit vom aufzubringenden Bremsmoment eingestellt wird. Ein Vorteil einer derartigen Lösung mit geregeltem Druckreduzierventil 68 ist, dass das Wegeventil 44 entfallen kann, da man das Druckreduzierventil 68 elektrisch drucklos schalten kann. Der größte Vorteil liegt jedoch in der Möglichkeit, den Bremsdruck stufenlos zu regeln und diesen immer auf das benötigte Bremsmoment einstellen zu können, so dass das Rad 2, 4 einen Schlupfwert im Sollbereich einhält. Dadurch verringert sich der Zugkraftverlust des Fahrzeuges je nach Anwendungsfall auf einen Wert kleiner oder gleich desjenigen Wertes, der sich am Hydromotor bei auf minimales Schluckvolumen eingestelltem Schwenkwinkel einstellt (beispielsweise 13%). Auch dadurch wird der Verschleiß der Bremseinrichtung 36, 38 gegenüber der Lösung gemäß 2 deutlich verringert. Nachteilig ist jedoch ein vergleichsweise hoher Aufwand für die Steuerung, die benötigt wird, um den Bremsdruck den Bedingungen anzupassen.
Bei einer vierten nicht konkret dargestellten Variante ist vorgesehen, dass die vorbeschriebene Ventiltechnik mit dem Wegeventil 44 und dem Druckreduzierventil 66 bzw. dem elektrisch gesteuertes Druckreduzierventil 68 für jedes angetriebene Rad vorgesehen ist. D.h. bei einem Fahrzeug mit vier einzelnen angetriebenen bzw. gebremsten Rädern wird die Bremse jedes Rades mit einer Ventiltechnik nach einem der 2, 3 und 4 ausgerüstet. Der Vorteil dieser Variante liegt darin, dass im Vergleich zu einer Lösung mit nullschwenkbaren Motoren keine Zugkraftverluste auftreten, da jedes Rad je nach Schlupfsituation einzeln angebremst werden kann. Die Verschaltung mit dem Bremsventil 40 erfolgt dann entsprechend, so dass am jeweiligen Rad immer der größere der Drücke am Ausgang des Bremsventils 40 und am Ausgang des Steuerventils (44, 66, 68) wirksam ist.
Dies ist ein wesentlicher Unterschied zu den anhand der 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen, bei denen der gewünschte Bremsdruck entweder auf alle Bremsen des Bremskreises (1-Kreis- oder 2-Kreis-Bremssystem) oder aber auf alle Bremsen des Fahrzeuges geleitet wird.
5 zeigt ein Schaltschema eines hydrostatischen Fahrantriebs 1, bei dem die Ventiltechnik gemäß 4 mit einem elektrisch verstellbaren Druckreduzierventil 68 realisiert ist. In dieser Darstellung erkennt man, dass die Ansteuerung des Druckreduzierventils 68 über die Steuereinheit 54 erfolgt, wobei über eine Steuerleitung 70 an das Druckreduzierventil 68 ein Stellsignal zur Einstellung des vom jeweiligen Betriebszustand abhängigen Bremsdrucks abgegeben wird. Auch bei dieser Variante wird der größere der Drücke am Ausgang des Bremsventils 40 und am Ausgang des elektrisch betätigten Druckreduzierventils 68 über das Wechselventil 48 in die Bremsleitung 42 geleitet. Wie vorstehend ausgeführt, kann die Ventiltechnik auch so ausgelegt sein, dass jede einzelne Bremseinrichtung 36, 38 über ein Druckreduzierventil 66 individuell betätigt wird.
Wie bereits eingangs angedeutet, können unterschiedliche Betriebsstrategien zur Schlupfregelung vorgesehen werden. Bei einer Betriebsstrategie erfolgt eine „Quasi-Stillsetzung“ des Fahrzeugs. Der Grundgedanke dabei ist eine sehr einfache Implementierung der technischen Lösung im mobilen Arbeitsgerät/Fahrzeug unter Ausnutzung des oft schon vorhandenen Hydromotor-Überdrehzahlschutzes. Dabei kann die Regelung etwa wie folgt ablaufen, wobei vorausgesetzt ist, dass der Fahrer das Fahrpedal betätigt.

- Im Fall eines großen Schlupfes, d.h. bei Überschreiten des geringsten Drehzahl-Grenzwertes eines der für den Radantrieb eingesetzten Bauteile, greift die Komponenten-Drehzahlschutzfunktion (im Allgemeinen hat der Hydromotor 2, 4 die geringste Drehzahlgrenze, daher auch Hydromotordrehzahlschutz) und reduziert den geförderten Volumenstrom schlagartig. Diese Reduzierung führt zu einem Stillstand des Fahrzeuges, da praktisch das gesamte Druckmittel zu dem Hydromotor des schlupfenden Rads geführt wird.
- Nach Stillstand des Fahrzeugs wird dann die erfindungsgemäße Ventiltechnik aktiviert, indem der notwendige Bremsdruck auf die dynamische Bremse geleitet wird, während der Hydromotor des entsprechenden Rades auf den minimalen Schwenkwinkel gehalten wird.
- Der Bremsdruck wird dann langsam unter Beobachtung der Drehzahl reduziert. Wenn der Betriebsdruck soweit reduziert ist, dass die Betriebsbremsfunktion nicht mehr wirksam ist, wird der Hydromotor wieder auf seinen voreingestellten Soll-/Zielschwenkwinkel verschwenkt.

Gemäß einer alternativen Betriebsstrategie erfolgt ein kontinuierlicher Übergang zwischen der hydraulischen und der mechanischen Schlupfregelung.
6 zeigt ein Blockschaubild einer derartigen Betriebsstrategie, wobei im linken Zweig die Beschleunigung des Fahrzeuges und im rechten Teil des Blockschemas die Verzögerung bzw. das Abbremsen des Fahrzeugs erläutert ist.
Demgemäß gelangt man über eine Vorgabe des Fahrers (Fahrhebelposition) bzw. eine automatische Bremsfunktion zur Einhaltung der Höchstgeschwindigkeit im Schubbetrieb in den Zustand der Beschleunigung oder der Verzögerung.
Betrachtet man zuerst den Zustand der Beschleunigung (links im Blockschaubild), so wird zuerst die hydraulische Antischlupfregelung aktiv, sobald der Schlupf eines Rades 2, 4 außerhalb des Sollschlupfes liegt. Der Schwenkwinkel wird dann entsprechend in Richtung auf das Mindestschluckvolumen V_gmin zurückgeschwenkt (ASR hydraulisch). Vergrößert sich der Schlupf bei Erreichen dieses Mindestschluckvolumens weiterhin, wird zusätzlich in den Zustand der mechanischen Antischlupfregelung (ASR mechanisch) geschaltet. Hier wird über die vorbeschriebene Ventiltechnik die Bremseinrichtung des schlupfenden Rads angesteuert, um das Rad abzubremsen und den Sollschlupf zu erreichen. Ist der Schlupf wieder im Sollbereich und der Bremsdruck geringer als ein vorbestimmter Wert, so findet der Wechsel zurück in die hydraulische Antischlupfregelung statt. Den Schlupfbedingungen für einen Wechsel der Zustände wird eine Hysterese zugefügt, um einen ständigen Wechsel zwischen den Zuständen zu verhindern.
Liegt ein Signal zum Verzögern des Fahrzeugs an (rechter Zweig im Blockschaubild der 6), so gelangt man in den Zustand der Verzögerung. Ähnlich zur Funktionsweise bei der Beschleunigung wird zunächst die hydraulische Antiblockier(schlupf)regelung (ABS hydraulisch) bei der Überschreitung des Sollwertes für den Bremsschlupf aktiviert, wobei der Hydromotor in Richtung seines minimalen Schluckvolumens V_gmin verstellt wird. Wenn bei einem Bremsmanöver eines Fahrzeugs mit einem hydrostatischen Einzelradantrieb (jedes angetriebene Rad wird von einem nur ihm zugeordneten Hydromotor angetrieben) ein Rad, so wird es anschließend durch den immer noch anliegenden Bremsdruck entgegen der eigentlichen Fahrtrichtung beschleunigt. Da der Schwenkwinkel des Hydromotors durch das hydraulische ABS auf den Mindestschwenkwinkel reduziert worden ist, kann es zu massiver Überdrehzahl kommen, da das Öl, welches für die anderen Hydromotoren bestimmt ist, in diesen Hydromotor fließt. Der Extremfall liegt vor, wenn das Rad in der Luft ist.
Erhöht sich der Schlupf bei Erreichen des Mindestschwenkwinkels weiterhin, so wird die „Blockierfunktion“ aktiviert, indem die mechanische Bremse über das Wegeventil 44 oder das Druckreduzierventil 66, 68 betätigt wird (ABS mechanisch). Bei Verringerung des Schlupfes und eines Bremsdrucks unter einen definierten Wert wird in den Zustand des hydraulischen ABS zurück geschaltet.
Offenbart sind ein hydrostatischer Fahrantrieb und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen hydrostatischen Fahrantriebs, wobei ein nicht auf null verstellbarer Hydromotor beim Auftreten eines Schlupfes auf seinen minimalen Schwenkwinkel V_gmin verstellt und eine Bremseinrichtung angesteuert wird.
Bezugszeichenliste

1: hydrostatischer Fahrantrieb
2: Rad
4: Rad
6: Verbrennungsmotor
8: Abtriebswelle
10: Hydropumpe
12: Hydromotor
14: Hydromotor
16: Arbeitsleitung
18: Arbeitsleitung
19: Arbeitsleitung
20: Speisepumpe
22: Arbeitsleitung
24: Speisepumpenleitung
26: Bypassleitung
28: Rückschlagventil
30: Rückschlagventil
32: Antriebswelle
34: Antriebswelle
36: Bremseinrichtung
38: Bremseinrichtung
40: Bremsventil
42: Bremsleitung
43: Brems-Druckquelle
44: Wegeventil
46: Wechselventil
48: Wechselventil
50: Bremsleitungsabschnitt
52: Hilfsdruckleitung
54: Steuereinheit
56: Joystick/Bedienhebel
58: Drehzahlsensor
60: Drehzahlsensor
62: Druckaufnehmer
64: Druckaufnehmer
66: Druckreduzierventil
68: elektrisch gesteuertes Druckreduzierventil
70: Steuerleitung

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

EP 1232067 B1 [0002, 0003, 0004, 0007]
DE 19653165 C1 [0008]

Claims

Hydrostatischer Fahrantrieb mit einer Primäreinheit, die zumindest eine Sekundäreinheit mit Druckmittel versorgt, über die zumindest ein Rad (2, 4) antreibbar ist, dem eine hydraulische Bremseinrichtung (36, 38) mit einer Brems-Druckquelle (43) zugeordnet ist, wobei die Sekundäreinheit eine mit einem verstellbaren Schwenkwinkel ausgeführte Hydromaschine ist, wobei der Schwenkwinkel nicht auf null verstellbar ist, und mit einer Steuereinheit (54), die in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Rads (2, 4) Steuersignale zum Verstellen des Schwenkwinkels oder zur Betätigung der Bremseinrichtung (36, 38) abgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (54) ausgelegt ist, um bei Auftreten eines Schlupfes des Rads (2, 4) den Schwenkwinkel der Hydromaschine zurück zu verschwenken und die Bremseinrichtung (36, 38) durch Verbindung mit einer Druckquelle (20) zu betätigen, wobei vorzugsweise das Bremsmoment in etwa dem Antriebsmoment des Hydromotors bei minimalem Schwenkwinkel (V_gmin) entspricht.
Fahrantrieb nach Patentanspruch 1, mit einem Drehzahlsensor (32, 34) zum Erfassen der Drehzahl einer Sekundäreinheit oder eines Rades und zur Abgabe eines der Drehzahl entsprechenden Signals an die Steuereinheit (54).
Fahrantrieb nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Druckquelle eine Speisepumpe (20) des Fahrantriebs (1) oder eine Druckquelle eines Arbeitshydrauliksystems, einer Lüfterhydraulik oder einer Lenkhydraulik eines mobilen Arbeitsgerätes/Fahrzeugs ist, das mittels des hydrostatischen Fahrantriebs (1) angetrieben ist.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Steuerventil zum Verbinden der Bremseinrichtung (36, 38) mit der Druckquelle (20).
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit einem Wechselventil (48), über das der größere der Drücke am Ausgang des Steuerventils und am Ausgang eines Bremsventils (40) zur Bremseinrichtung (36, 38) geführt ist.
Fahrantrieb nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei das Steuerventil ein Wegeventil (44) ist, das eine Druckmittelverbindung zur Druckquelle (20) öffnet oder sperrt.
Fahrantrieb nach Patentanspruch 6, wobei dem Wegeventil (44) ein Druckreduzierventil (66) zugeordnet ist.
Fahrantrieb nach Patentanspruch 4 oder 5, wobei das Steuerventil ein elektrisch oder hydraulisch verstellbares Druckreduzierventil (68) ist.
Fahrantrieb nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei jedem Rad (2, 4) des Fahrantriebs (1) ein Hydromotor (12, 14), eine Bremseinrichtung (36, 38) und ein Steuerventil zur individuellen Verbindung der jeweiligen Bremseinrichtung (36) mit einer Druckquelle (20) zugeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben eines hydrostatischen Fahrantriebs nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, mit den Schritten: - Erfassen des Schlupfes zumindest eines Rades (2, 4); - Reduzieren des Schwenkwinkels des dem betreffenden Rad (2, 4) zugeordneten Hydromotors (12, 14) von seinem Zielwert in Richtung seines minimalen Schwenkwinkels (V_gmin); - Betätigen der Bremseinrichtung (36, 38) durch deren Verbindung mit der Druckquelle (20); - Lösen des Bremseingriffs, wenn der Schlupf einen Grenzwert unterschreitet und -Vergrößern des Schwenkwinkels des zugeordneten Hydromotors (12, 14) in Richtung seines Zielwertes.