DE19624531A1

DE19624531A1 - Hydraulische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE19624531A1
Application number: DE1996124531
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Gebhard; Egon Mann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-02

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Antriebsvor richtung für ein Fahrzeug, nach der im Oberbegriff von An spruch 1 näher definierten Art.

Für mobile Einheiten, wie sie Fahrzeuge darstellen, können als Antriebe langsam laufende Hydromotoren mit äuße rer Drehmomentabstützung verwendet werden. Dabei werden Räder oder Turasräder direkt angetrieben.

Eine Problematik stellt dabei die Größe der erforder lichen Pumpen dar, welche möglichst klein sein soll. Daher werden üblicherweise Hydromotoren mit schaltbaren Schluck volumina verwendet. Aus der Praxis sind langsam laufende Hydromotoren mit normalerweise zwei verschiedenen Schluck volumina bekannt.

Eine derartige hydraulische Antriebsvorrichtung, wel che sich vor allem zum Einsatz bei Niederflurbussen eignet, ist auch in der DE 44 19 665 A1 offenbart.

Der in der genannten Druckschrift beschriebene Hydro motor weist zwei Hubräume bzw. einstellbare Schluckvolumina auf, welche mittels einer aus zwei Ventilen bestehenden Hubraumwählvorrichtung anwählbar sind.

Nachteilig an der bekannten hydraulischen Antriebsvor richtung ist jedoch, daß mit dieser nur zwei Gänge, ent sprechend den zwei möglichen einstellbaren Schluckvolumina des Hydromotors, realisierbar sind.

Daher muß der bekannte Hydromotor von einer verhält nismäßig aufwendigen Pumpe angetrieben sein, da, um eine bestimmte Endgeschwindigkeit des Fahrzeuges zu erreichen, ein entsprechend großes Fördervolumen der Hydraulikpumpe notwendig ist. Der Wirkungsgrad der bekannten hydraulischen Antriebsvorrichtung ist somit relativ schlecht.

Des weiteren ist bei dieser aus dem Stand der Technik bekannten Zweigangtechnik nachteilhaft, daß das Schluckvo lumen schlagartig zu- bzw. weggeschaltet wird, wobei das zu- oder weggeschaltete Schluckvolumen bei jeder Schaltung aufgrund der konstruktiv festgelegten Kolbenanzahl gleich groß ist.

Die Pumpe kann diese Fördermengendifferenz nicht aus gleichen, womit es zu einem störenden Schaltstoß, insbeson dere bei höheren Geschwindigkeiten, kommt. Bei niedrigen Geschwindigkeiten wirkt sich dagegen bei Verwendung eines Bypass während der Schaltung vor allem die Zugkraftunter brechung, welche bei höheren Geschwindigkeit weniger ins Gewicht fällt, störend aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Antriebsvorrichtung vorzusehen, welche gegenüber dem Stand der Technik einen besseren Wir kungsgrad dahingehend aufweist, daß mit einer Hydraulikpum pe mit einem verhältnismäßig geringen Fördervolumen relativ hohe Endgeschwindigkeiten erzielbar sind, wobei gleichzei tig ein möglichst komfortabler Schaltvorgang gewährleistet sein soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch das Vorsehen zweier unabhängig voneinander schaltbarer Hydromotoren mit gemeinsamer Abtriebswelle so wie durch die erfindungsgemäße Anordnung der Hydromotorab schaltventile und der Hubraumabschaltventile, die vorzugs weise als Wegeventile ausgebildet sind, können mit der er findungsgemäßen hydraulischen Antriebsvorrichtung je nach Art der Zuschaltungen der beiden Hydromotoren bzw. der Ab schaltung von Kolben und somit der Veränderung des Schluck volumens in jedem Hydromotor acht Gänge geschaltet werden, wodurch die Überdeckung der Geschwindigkeitsbereiche größer ist und somit auch mit einer relativ geringen Fördermenge der Hydraulikpumpe eine verhältnismäßig hohe Endgeschwin digkeit eines mit der erfindungsgemäßen hydraulischen An triebsvorrichtung versehenen Fahrzeuges erreichbar ist.

Wird ein Motor mit dem Hydromotorabschaltventil abge schaltet, so ist keine kraftschlüssige Verbindung bei die sem Motor vorhanden.

Andererseits können, wenn beide Hydromotoren auf ihr maximales Schluckvolumen eingestellt sind, von der erfin dungsgemäßen hydraulischen Antriebsvorrichtung auch relativ hohe Drehmomente abgegeben werden.

Weiterhin ergibt sich durch die erfindungsgemäße An ordnung der Vorteil, daß die Leistungskurve einer derarti gen hydraulischen Antriebsvorrichtung näher an der Lei stungsparabel eines Dieselmotors, der vorzugsweise zum An treiben der Hydraulikpumpe verwendet wird, liegt als dies bei bekannten hydraulischen Antriebsvorrichtungen mit kon stantem Schluckvolumen der Fall ist.

Somit weist die erfindungsgemäße hydraulische An triebsvorrichtung einen gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Wirkungsgrad auf.

In einfacher Weise können die Hydromotorabschaltventi le und die Hubraumabschaltventile von einer geeigneten Steuerungselektronik ansteuerbar sein.

Durch das Vorsehen eines Synchronisierventiles wird der vom Stand der Technik bekannte "Schaltstoß" vermieden, der jedesmal auftritt, wenn man einen der beiden Hydromoto ren ab- oder zuschaltet.

Dieser Schaltstoß resultiert aus der Tatsache, daß bei allen Gangwechseln das Schluckvolumen der hydraulischen Antriebsvorrichtung verändert wird, und zwar in sehr kurzer Zeit. Da jedoch die Fördermenge der Hydraulikpumpe nicht in dieser kurzen Zeitspanne bzw. schlagartig verändert werden kann, ergibt sich ein Überschuß an Fördermenge bzw. Hydrau likflüssigkeit, welcher zu dem Schaltstoß führt.

Bei sich ganz langsam bewegenden Fahrzeugen ist dieser Schaltstoß jedoch fast nicht spürbar und führt lediglich zu einer Zugkraftunterbrechung.

Die erfindungsgemäße hydraulische Antriebsvorrichtung kann als Einzelradantrieb eingesetzt werden, wobei die bei den Hydromotoren beispielsweise hintereinander angeordnet sind und die gemeinsame Abtriebswelle der Hydromotoren ohne Nachschalten einer mechanischen Übersetzung auf die Radnabe geleitet wird. Die Radnabe beinhaltet eine Bremse und die Radlagerung.

Alternativ kann die erfindungsgemäße hydraulische An triebsvorrichtung jedoch auch als Zentralantrieb verwendet werden, wobei die gemeinsame Abtriebswelle der Hydromotoren mit der Kardanwelle des Fahrzeuges auf geeignete Art und Weise wirkverbunden ist.

Bei einer Anordnung der beiden Hydromotoren hinterein ander kann deren Abtrieb als Durchtrieb realisiert werden und die Abtriebswellen der einzelnen Hydromotoren können durch eine Verbindungswelle kraftschlüssig miteinander ver bunden sein.

In einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfin dung kann vorgesehen sein, daß während des Zu- und Abschal tens von Kolben wenigstens eines Hydromotores die Hydrau likpumpe durch ein Synchronisierventil von der Antriebsein heit abtrennbar ist, wobei die Niederdruckseite der Hydrau likpumpe mit deren Hochdruckseite und die Niederdruckseite der Antriebseinheit mit der Hochdruckseite verbindbar ist, und wobei während der Betätigung des Synchronisierventiles das Fördervolumen der Hydraulikpumpe veränderbar ist.

Durch das Kurzschließen der Hydraulikpumpe mittels des genannten Synchronisierventiles, also durch das Verbinden der Hochdruckseite der Pumpe mit deren Niederdruckseite, wird die Pumpe vollständig von den Hydromotoren abgetrennt, wobei auch die Hydromotoren durch das Kurzschließen der Hochdruckseite jedes Hydromotors mit dessen jeweiliger Nie derdruckseite vollständig von der Hydraulikpumpe abgetrennt werden. Hierdurch wird ein interner Niederdruckkreislauf bzw. druckloser Kreislauf während des Schaltvorganges er reicht.

Während dieses Abtrennens der Hydraulikpumpe von den Hydromotoren wird der eigentliche Gangwechsel vorgenommen, d. h. es werden die Hydromotorabschaltventile und/oder die Hubraumabschaltventile betätigt und hierdurch die Schluck volumina der Hydromotoren entsprechend verändert, wobei sich auch die Drehzahl und das von den Hydromotoren abgege bene Drehmoment verändert.

Da die Hydraulikpumpe regelbar vorgesehen ist und au ßerdem bereits bekannt ist, mit welchem neuen Schluckvolu men der Hydromotoren nach einem Gangwechsel zu rechnen ist, kann über die Steuerungselektronik die Hydraulikpumpe ent sprechend auf die geeignete Fördermenge eingestellt werden.

Nach der Durchführung des Gangwechsels wird das Syn chronisierventil wieder umgeschaltet, wobei durch die oben beschriebene Vorgehensweise die Schaltstöße vermieden wer den.

Anschließend wird die Hydraulikpumpe wieder auf ihre volle Fördermenge mit gleichzeitiger Geschwindigkeitserhö hung des Fahrzeuges eingestellt bzw. bleibt es gegebenen falls bei der eingestellten verringerten Fördermenge.

Gegebenenfalls kann das Synchronisierventil nur in einem definierten Fahrgeschwindigkeitsbereich ansteuerbar sein, da sich bei geringen Geschwindigkeiten der Schaltstoß nicht negativ auswirkt bzw. kaum wahrgenommen wird, hierbei allerdings eine Zugkraftunterbrechung auftritt.

Daher wird vorteilhafterweise durch geeignete Dreh zahlsensoren der Steuerungselektronik mitgeteilt, mit wel cher Geschwindigkeit sich das Fahrzeug momentan bewegt, so daß von der Steuerungselektronik festgestellt werden kann, ob im Falle eines Gangwechsels das Synchronisierventil an gesteuert werden soll oder nicht.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur zeigt schematisch eine hydraulische Antriebsvorrichtung für einen Einzelradantrieb für ein Fahrzeug, wobei in dem nur stark vereinfacht ohne Nabe, Reifen und dergleichen dargestellten Fahrzeugrad 1 zwei verstellbare Hydromotoren 2, 3 vorgesehen sind, d. h. jeder der Hydromotoren 2, 3 weist zu- und abschaltbare Kolben (nicht dargestellt) und somit jeweils zwei unterschiedliche Schluckvolumina auf.

Die Hydromotoren 2, 3 sind von einer gemeinsamen ver stellbaren Hydraulikpumpe 4 angetrieben, welche wiederum von einem als Dieselmotor 5 ausgebildeten Motor angetrieben ist. Die Antriebswellen der beiden Hydromotoren sind auf nicht dargestellte Weise miteinander wirkverbunden und bil den somit eine Antriebseinheit.

Für jeden Hydromotor 2, 3 ist jeweils ein Hydromotor abschaltventil 6, 6′, das als 5/2-Wegeventil ausgebildet ist, und ein Hubraumabschaltventil 7, 7′ das als 3/2-Wegeventil ausgebildet ist, vorgesehen, wobei jeweils das Hydromotorabschaltventil 6 und das Hubraumabschaltventil 7 für den Hydromotor 2 in Reihe geschaltet sind. Analog hier zu sind das Hydromotorabschaltventil 6′ und das Hubraumab schaltventil 7′ für den Hydromotor 3 ebenfalls in Reihe geschaltet.

Die genannten Schaltventile 6, 6′ und 7, 7′ sind von einer Steuerungselektronik 8 über allgemein mit dem Bezugs zeichen 9 gekennzeichnete Steuerungsleitungen ansteuerbar.

Der Hydraulikpumpe 4 direkt nachgeschaltet und somit zwischen der Hydraulikpumpe 4 und den Paaren von Schaltven tilen 6, 7 und 6′, 7′ angeordnet ist ein Synchronisierven til 10, welches als 4/2-Wegeventil ausgebildet und eben falls mittels einer Steuerungsleitung 9 von der Steuerung selektronik 8 ansteuerbar ist.

Mit der beschriebenen Anordnung können insgesamt acht Fahrgänge wie nachfolgend beschrieben geschaltet werden:

1. Gang

Die Hydromotorabschaltventile 6 und 6′ sind so ge schaltet, daß die Hydromotoren 2, 3 mit Druck von der ver stellbaren Hydraulikpumpe 4 beaufschlagt sind. Die Hubrau mabschaltventile 7, 7′ sind hierbei so geschaltet, daß die Hydromotoren 2, 3 auf vollem Schluckvolumen stehen. In die sem Gang wird das maximale Drehmoment der hydraulischen Antriebsvorrichtung erzeugt.

2. Gang

Im zweiten Gang sind die Hydromotorabschaltventile 6, 6′ so geschaltet, daß beide Hydromotoren 2, 3 mit Druck beaufschlagt sind. Das Hubraumabschaltventil 7 ist so ge schaltet, daß der Hydromotor 2 auf vollem Schluckvolumen steht, während das Hubraumabschaltventil 7′ so geschaltet ist, daß der Hydromotor 3 nur einen Teil seines maximalen Schluckvolumens hat.

3. Gang

Im dritten Gang ist das Hydromotorabschaltventil 6 so geschaltet, daß der Hydromotor 2 komplett vom geschlossenen Druckkreis abgetrennt ist und seine Hoch- und Niederdruck leitung mit dem drucklosen Tank 11 verbunden ist. Das Hy dromotorabschaltventil 6′ ist so geschaltet, daß der Hydro motor 3 mit Druck versorgt wird. Die Stellung des Hubrau mabschaltventiles 7 ist in diesem Gang ohne Bedeutung, da der Hydromotor 2, wie bereits erwähnt, komplett von der Hydraulikpumpe 4 abgetrennt ist. Das Hubraumabschaltven til 7′ ist in diesem Gang so geschaltet, daß der Hydromo tor 3 auf vollem Schluckvolumen steht.

4. Gang

Im vierten Gang sind die Hydromotorabschaltventile 6, 6′ so geschaltet, daß beide Hydromotoren 2 und 3 mit Druck beaufschlagt sind. Die Hubraumabschaltventile 7, 7′ sind so geschaltet, daß beide Hydromotoren 2, 3 auf kleinem Schluckvolumen sind.

5. Gang

Im fünften Gang sind die Hydromotorabschaltventile 6, 6′ so geschaltet, daß die Hydromotoren 2 und 3 mit Druck beaufschlagt sind. Das Hubraumabschaltventil 7 ist so ge schaltet, daß der Hydromotor 2 auf vollem Schluckvolumen steht, während der Hydromotor 3 aufgrund der Schaltstellung des Hubraumabschaltventils 7′ auf kleinem Schluckvolumen steht.

6. Gang

Im sechsten Gang steht der Hydromotor 2 über das Hy dromotorabschaltventil 6 am Druckkreis an und über das Hub raumabschaltventil 7 auf vollem Schluckvolumen, während der Hydromotor 3 über das Hydromotorabschaltventil 6′ vom Druckkreis abgetrennt ist.

7. Gang

Im siebten Gang ist der Hydromotor 2 über das Hydromo torabschaltventil 6 vom Druckkreis getrennt. Der Hydromo tor 3 ist über das Hydromotorabschaltventil 6′ sowie das Hubraumabschaltventil 7′ auf kleinem Schluckvolumen.

8. Gang

Im achten Gang ist der Hydromotor 2 über das Hydromo torabschaltventil 6 und das Hubraumabschaltventil 7 auf kleinem Schluckvolumen, während der Hydromotor 3 über das Hydromotorabschaltventil 6′ vom Druckkreis abgetrennt ist.

Somit können mit der beschriebenen Anordnung in einfa cher Weise insgesamt acht Fahrgänge geschaltet werden. Da außerdem bei konstantem Druck von der Hydraulikpumpe 4 eine Veränderung der Schluckvolumina der Hydromotoren 2, 3 nicht nur eine Veränderung deren Drehzahl und somit auch der Ge schwindigkeit des Fahrzeuges, sondern auch eine Veränderung des von den Hydromotoren 2, 3 abgegebenen Drehmomentes zur Folge hat, kann die beschriebene hydraulische Antriebsvor richtung optimal an verschiedene Fahrzustände bzw. Fahrge gebenheiten angepaßt werden.

Nicht benötigte Hydraulikflüssigkeit ist in üblicher Weise über die Hydromotorabschaltventile 6, 6′ in einen Tank 11 abführbar.

Um Schaltstöße zu vermeiden, wird in einem definierten Fahrgeschwindigkeitsbereich, welcher geringe Fahrgeschwin digkeiten des Fahrzeuges ausschließt, jeweils das Synchro nisierventil 10 betätigt, wobei die Hochdruck- und Nieder druckleitung der Hydraulikpumpe 4 miteinander verbunden sind und gleichzeitig auch die Hochdruck- und Niederdruck leitungen der Hydromotoren 2 und 3 miteinander verbunden sind, so daß während dieses Kurzschließens der jeweiligen Hochdruck- mit den dazugehörigen Niederdruckleitungen die Schluckvolumina der Hydromotoren 2 und 3 verändert werden können, ohne daß die vom Stand der Technik bekannten Schaltstöße auftreten.

In einer einfacheren Ausführung der beschriebenen hy draulischen Antriebsvorrichtung können auch nur vier Fahr gänge schaltbar sein.

Der grundsätzliche Aufbau dieser Vorrichtung ent spricht dem in der Figur dargestellten, d. h. es sind eben falls ein Synchronisierventil und zwei Motorabschaltventile sowie zwei Hubraumabschaltventile vorgesehen.

Allerdings steuern die genannten Ventile nicht nur eine Antriebseinheit gemäß der Figur an, sondern zwei An triebseinheiten, d. h. bei einem Einzelradantrieb beide Räder einer Achse, wobei jedoch nach wie vor in jeder An triebseinheit zwei Hydromotoren vorgesehen sind, welche jedoch pro Rad aus nur einem Ölverteiler und einem Zylinder mit zwei Kolbenreihen bestehen.

Diese Hydromotoren, die mit zwei Kolbenreihen und ei nem Verteiler vorgesehen sind, sind im Gegensatz zu den Hydromotoren 2, 3 nach der Figur kompakter, da die Hydromo toren gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei Verteiler aufweisen und somit mehr Bauraum beanspruchen.

Bei der Anordnung des zweiten Ausführungsbeispieles kann aufgrund des nur einen Verteilers jedoch nur eine Kol benreihe vom Hochdruck getrennt werden und nicht, wie in dem obigen Ausführungsbeispiel, beide Kolbenreihen, so daß nicht die Möglichkeit besteht, einen der Hydromotoren voll ständig abzuschalten. Die Schluckvolumina der beiden Hydro motoren sind jedoch unabhängig voneinander ansteuerbar.

Daher können mit dieser Anordnung nur vier Fahrgänge geschaltet werden, wobei jedoch ein sehr einfacher und kom pakter Fahrantrieb realisiert ist.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeugrad
2 Hydromotor
3 Hydromotor
4 Hydraulikpumpe
5 Dieselmotor
6′, 6 Hydromotorabschaltventil
7′, 7 Hubraumabschaltventil
8 Steuerungselektronik
9 Steuerungsleitungen
10 Synchronisierventil
11 Tank

Claims

1. Hydraulische Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit einem Motor, insbesondere einem Dieselmotor, und einer verstellbaren Hydraulikpumpe, die von dem Motor angetrieben ist, wobei von der Hydraulikpumpe wenigstens eine An triebseinheit angetrieben ist, die mindestens einen Hydro motor mit veränderbarem Schluckvolumen durch zu- und ab schaltbare Kolben aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit wenigstens zwei unabhängig voneinander schaltbare Hydromotoren (2, 3) auf weist, deren Schluckvolumina jeweils mittels eines Hydromo torabschaltventiles (6, 6′) und eines zwischen diesem und dem Hydromotor (2 bzw. 3) zwischengeschalteten Hubraumab schaltventiles (7, 7′) steuerbar sind, wobei während des Zu- und Abschaltens von Kolben wenigstens eines Hydromoto res (2, 3) die Hydraulikpumpe (4) durch ein zwischen dieser und den Hydromotorabschaltventilen (6, 6′) angeordnetes Synchronisierventil (10) von der Antriebseinheit abtrennbar ist.

2. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydromo toren (2, 3) mit einer gemeinsamen Abtriebswelle wirkverbun den sind.

3. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wäh rend der Betätigung des Synchronisierventiles (10) das För dervolumen der Hydraulikpumpe (4) veränderbar ist.

4. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisierventil (10) von einer Steue rungselektronik (8) derart ansteuerbar ist, daß das Syn chronisierventil (10) nur in einem definierten Fahrge schwindigkeitsbereich schaltbar ist.

5. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisierventil (10) während des Zu- und Abschaltens von Kolben wenigstens eines Hydromotores (2, 3) derart schaltbar ist, daß die Niederdruckseite der Hydraulikpumpe (4) mit deren Hochdruckseite und die Nieder druckseite der Antriebseinheit mit deren Hochdruckseite verbindbar ist.

6. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydromotorabschaltventile (6, 6′) und die Hubraumabschaltventile (7, 7′) von einer Steuerungselektro nik (8) ansteuerbar sind.

7. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydromotorabschaltventile (6, 6′) als 5/2-Wegeventile und die Hubraumabschaltventile (7, 7′) als 3/2-Wegeventile ausgebildet sind.

8. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisierventil (10) als 4/2-Wegeventil ausgebildet ist.

9. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Einzelradantrieb.

10. Hydraulische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, gekennzeichnet durch eine Verwendung als Zentralantrieb, wobei die gemeinsame Abtriebswelle der Hydromotoren (2, 3) mit der Kardanwelle des Fahrzeuges wirkverbunden ist.