DE19930997B4

DE19930997B4 - Anordnung zum Steuern eines hydraulischen Fahrzeugantriebs

Info

Publication number: DE19930997B4
Application number: DE19930997A
Authority: DE
Inventors: Bernard Drin
Original assignee: Sauer Sundstrand GmbH and Co
Current assignee: Danfoss Power Solutions GmbH and Co OHG
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2019-07-06
Also published as: DE19930997A1

Abstract

Anordnung zum Steuern eines hydraulischen Fahrzeugantriebs, mit einem geschlossenen Hydrokreislauf, der eine durch einen Dieselmotor (1) angetriebene Verstellpumpe (2), einen die Antriebsräder des Fahrzeugs antreibenden Hydromotor (10) und zwei die Verstellpumpe (2) und den Hydromotor (10) verbindende Leitungen (11, 12) für die Hydraulikflüssigkeit aufweist, wobei jede der Leitungen (11, 12) je nach Fahrtrichtung des Fahrzeugs Hin- oder Rückleitung für den Hydromotor (10) sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Leitungen (11, 12) ein als Drossel wirkendes Druckregelventil (13) angeordnet ist, das bei erhöhtem Druck der von dem Hydromotor (10) zu der Verstellpumpe (2) strömenden Hydraulikflüssigkeit wirksam wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Anordnung zum Steuern eines hydraulischen Fahrzeugantriebs mit einem geschlossenen Hydrokreislauf, der eine durch einen Dieselmotor angetriebene Verstellpumpe, einen die Antriebsräder des Fahrzeuges antreibenden Hydromotor und zwei die Verstellpumpe und den Hydromotor verbindende Leitungen für die Hydraulikflüssigkeit aufweist, wobei jede der Leitungen je nach Fahrtrichtung des Fahrzeuges Hin- oder Rückleitung für den Hydromotor sein kann.
Wenn die Verstellpumpe und der Hydromotor für zwei Förderrichtungen eingerichtet sind, kann das Fahrzeug von der Vorwärts- auf die Rückwärtsfahrt umgeschaltet werden, indem die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit umgekehrt wird. Ferner kann der hydraulische Fahrzeugantrieb auch als Bremse wirken. Hierbei geht der die Verstellpumpe antreibende Dieselmotor in den Leerlauf, und es wird durch Reduzieren des Pumpenschwenkwinkels der Förderstrom der Verstellpumpe auf Null herabgesetzt. Infolge der Massenträgheit des sich bewegenden Fahrzeugs bleibt aber die Fahrgeschwindigkeit zunächst unverändert. Dann dreht sich der Leistungsfluss von der Verstellpumpe zu dem oder den Hydromotoren um, und der Hydromotor oder die Hydromotoren arbeiten als Pumpe. Die Verstellpumpe ihrerseits wirkt dann als Hydromotor. Die Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit bleibt unverändert, aber sie wird nunmehr von dem Hydraulikmotor in Richtung zur Verstellpumpe gefördert. Die Verstellpumpe baut hydraulischen Widerstand auf, und dadurch erhöht sich der Betriebsdruck (Bremsdruck) des geschlossenen Hydrokreises. Es ergibt sich ein Drehmoment, das den Dieselmotor im Schlepp- oder Schiebebetrieb zu beschleunigen sucht.
Dieser Betrieb kann für Dieselmotoren besonders dann kritisch werden, wenn die Dieselmotoren mit Turboladern versehen sind. Bei sehr großen Fahrzeugen kann daher die aus der Verstellpumpe rührende Beschleunigungswirkung so groß werden, dass der Dieselmotor seine Nenndrehzahl wesentlich übersteigt und dadurch beschädigt wird. Eine Schädigung der übrigen Komponenten sowie ein Verlust der hydrostatischen Bremsfähigkeit ist in diesem Fall nicht auszuschließen.

Aus der DE 43 07 002 A1 geht eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 hervor. Dabei sind im Nebenschluss zu dem Hydromotor, also parallel zu diesem, zwei Druckbegrenzungsventile vorgesehen. Jeweils eines dieser Druckbegrenzungsventile spricht an, wenn in einer der beiden Leitungen, die den Hydromotor mit der Verstellpumpe verbinden, die Hydraulikflüssigkeit unter einem stark erhöhten Druck steht, wie das im Schlepp- oder Schiebebetrieb des Fahrzeugs der Fall ist. Die Hydraulikflüssigkeit wird dann über das Druckbegrenzungsventil von der Hochdruck- zur Niederdruckseite geleitet. Das Druckbegrenzungsventil begrenzt somit den maximalen Druck in der zugehörigen Leitung auf einen Höchstwert. Die Anordnung gemäß der DE 43 07 002 A1 hat zum Ziel, das Bremsverhalten des Fahrzeugs weitgehend unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit und dem Belastungszustand des Fahrzeugs zu machen. Hierzu wird die Bewegungsenergie des Fahrzeugs abgebaut, indem die unter erhöhtem Druck stehende Hydraulikflüssigkeit nur zum Teil in die Hydropumpe geleitet wird, zum Teil aber durch die erwähnten Druckbegrenzungsventile im hydraulischen Fahrantrieb abgebaut wird. Hierbei wird zusätzlich in das Übersetzungsverhältnis des hydrostatischen Getriebes eingegriffen, indem bei Überschreiten der Grenzdrehzahl des Dieselmotors während des Abbremsens die erreichte Schluckvolumenseinstellung des Hydromotors so lange beibehalten oder das Schluckvolumen so lange auf einen definierten Wert festgesetzt wird, bis die Grenzdrehzahl wieder unterschritten ist. Danach wird der Hydromotor wieder in Richtung auf das größtmögliche Schluckvolumen verstellt.

Gemäß der DE 43 12 983 C1 ist für einen hydraulischen Fahrzeugantrieb ein Allrad-Retardersystem vorgesehen, mit dem eine besonders hohe Bremswirkung erzielt werden soll. Ein einfacher geschlossener Hydrokreislauf, wie er entsprechend dem Stand der Technik im Oberbegriff des Anspruchs 1 vorausgesetzt wird, liegt dabei nur im angetriebenen Fahrbetrieb vor. Für den Bremsbetrieb ist ein eigenes Leitungssystem vorgesehen, das Teil des Retarder-Systems ist. Das Retarder-System wird durch den Bordcomputer des Fahrzeugs aktiviert, wenn oberhalb einer bestimmten Geschwindigkeitsschwelle eine Dauerbremsung vorgenommen werden soll. Die Leitungen des Hydrokreislaufes werden dann nur noch zum Teil benutzt, und es liegen vernetzte Hydraulikkreise vor, die sich durchdringen, aber auch unabhängig voneinander arbeiten. Die Hydraulikkreise werden nacheinander und auch in Schleifen durchlaufen, wobei auch ein Drosselventil in unterschiedlicher Einbeziehung in die Hydraulikkreise zur Wirkung kommt, zeitweise auch in einer Parallelschaltung zu den Hydromotoren. Dabei wird auch hier in das Übersetzungsverhältnis des hydraulischen Getriebes eingegriffen.

Demgegenüber bezweckt die Erfindung eine Verbesserung an einer Anordnung der eingangs zuerst genannten Art.

Es besteht die Aufgabe, eine gattungsgemäße Anordnung zum Steuern eines hydraulischen Fahrzeugantriebs derart auszubilden, dass zwar die Möglichkeit der hydraulischen Bremsung in vollem Unfang ausgenutzt werden, dabei aber unzulässig hohe Drehzahlen des die Verstellpumpe antreibenden Dieselmotors vermieden werden.

Dieses Ziel wird dadurch erreicht, dass in einer der Leitungen ein als Drossel wirkendes Druckregelventil angeordnet ist, das bei erhöhtem Druck der von dem Hydromotor zu der Verstellpumpe strömenden Flüssigkeit wirksam wird.

Bei einer derartigen Anordnung strömt wie üblich zunächst die Hydraulikflüssigkeit durch die eine Leitung unter höherem Druck zu dem Hydromotor hin und durch die andere Leitung unter niedrigerem Druck zu der Verstellpumpe zurück. Geht das Fahrzeug aber in den Bremsbetrieb über, so behält die Hydraulikflüssigkeit zwar ihre Strömungsrichtung bei, aber der Hydromotor wirkt nunmehr als Pumpe; infolgedessen steigt der Druck in der Rückleitung auf einen höheren Wert an. Sobald er einen Wert erreicht, der zu unzulässig hohen Drehzahlen der Verstellpumpe und damit des Dieselmotors führen könnte, spricht das erfindungsgemäß angeordnete Druckregelventil an, das sich in einer der Leitungen befindet, welche die Verstellpumpe mit dem Hydromotor verbindet. Der Hydromotor, das Druckregelventil und die Verstellpumpe sind bei der erfindungsgemäßen Anordnung in Reihe geschaltet. Während das Druckregelventil im Normalbetrieb vollständig geöffnet war, wirkt es nach dem Ansprechen auf den erhöhten Druck der von dem Hydromotor zurückströmenden Hydraulikflüssigkeit als Strömungsdrossel, zum Beispiel in Form einer Blende. Damit findet eine gezielte Energieumwandlung von Strömungsenergie in Wärme statt, und die Bremsenergie wird entsprechend verringert. Die erfindungsgemäße Anordnung kann so abgestimmt werden, dass eine maximale hydraulische Bremswirkung mit einer für den Dieselmotor ungefährlichen Drehzahl vereinigt ist.

In der Praxis sind die Fahrzeuge für hohe Überführungsgeschwindigkeiten, d. h. für schnelle Vorwärtsfahrt ausgelegt. Sie können also vorwärts schneller als rückwärts fahren. Gerade beim Abbremsen aus schneller Vorwärtsfahrt treten die aufgezeigten Probleme auf. Die erfindungsgemäße Anordnung ist daher besonders dann von Bedeutung, wenn sie bei der Vorwärtsfahrt wirksam wird.

Gemäß einer ersten Weiterbildung kann aber auch in jeder der beiden Leitungen je ein Druckregelventil vorgesehen werden, so dass die erfindungsgemäße Anordnung für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt Verwendung findet.

Das in der Leitung angeordnete Druckregelventil bildet einen Strömungswiderstand, wenn die Hydraulikflüssigkeit diese Leitung in entgegengesetzter Richtung durchströmt, die Leitung also als Zuleitung für den Hydraulikmotor dient. Zur Beseitigung dieses Nachteils ist gemäß einer weiteren Fortbildung ein im Nebenschluss zu dem Druckregelventil angeordnetes, in Richtung der Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zum Hydraulikmotor öffnendes Rückschlagventil vorgesehen. Die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zu dem Hydromotor bei entgegengesetzter Fahrtrichtung kann somit trotz des vorhandenen Druckregelventils ohne zusätzliche Strömungswiderstände erfolgen.

Die Ansteuerungen des Druckregelventils ist auf alle bekannten Arten, also beispielsweise elektrisch oder hydraulisch möglich.

Durch geschickte Abstimmung der gesamten Anordnung lässt sich nach einer vorteilhaften Weiterbildung ein bestimmter Betriebsdruck der Hydraulikflüssigkeit im geschlossenen Kreislauf an der Verstellpumpe abweichend von dem Betriebsdruck am Hydromotor aufbauen. Dieser Betriebsdruck steht dann als exakt definierter Bremsdruck für das Fahrzeug zur Verfügung. Die erfindungsgemäße Anordnung bleibt dabei insgesamt verhältnismäßig einfach, weil der grundsätzliche Aufbau des geschlossenen Hydrokreislaufes, bestehend aus Verstellpumpe, Hydromotor und zwei Hauptleitungen, erhalten bleibt.

In der einzigen Figur ist eine Ausführungsform der Erfindung näher erläutert. Sie zeigt einen heute üblichen hydraulischen Fahrzeugantrieb, der mit der erfindungsgemäßen Steueranordnung ausgerüstet ist.
Ein Dieselmotor 1 treibt eine Verstellpumpe 2 und eine Speisepumpe 3 an. Mit 4 ist ein Speisedruck-Begrenzungsventil und mit 5 die Servoverstellung für den Schwenkwinkel der Verstellpumpe 2 bezeichnet. Einspeise- und Hochdruck-Begrenzungsventile 6, 7 versorgen den Antrieb und seine Steuerung mit Hydraulikflüssigkeit in der erforderlichen Druckhöhe. Ein Wechselschieber 8 und ein als Spülventil dienendes Druckbegrenzungsventil 9 ermöglichen den Spülvorgang im geschlossenen Kreislauf. Von der Verstellpumpe 2 führt eine Leitung 11 zu dem Hydromotor 10; die dort verbrauchte Hydraulikflüssigkeit strömt über die Leitung 12 zu der Verstellpumpe 2 zurück. Bei einer Vorwärtsfahrt ist beispielsweise die Leitung 11 die unter Hochdruck stehende Zuleitung zum Hydromotor 10, während die Leitung 12 als Rückleitung dient und unter niedrigerem Druck steht. Bei Rückwärtsfahrt ist es umgekehrt, dann steht die Leitung 12 unter hohem und die Leitung 11 unter niedrigem Druck. In die Leitung 12 ist ein Druckregelventil nach Art einer Drossel eingebaut, die wirksam wird, wenn der Druck in der Leitung 12 einen bestimmten Einstellwert erreicht. Parallel im Nebenschluss zu dem Druckregelventil 13 befindet sich ein Rückschlagventil 14. Dieses ist so geschaltet, dass es den Rückfluss von Hydraulikflüssigkeit von dem Hydromotor 10 zu der Verstellpumpe 2 sperrt, aber öffnet, wenn bei entgegengesetzter Fahrtrichtung die Hydraulikflüssigkeit von der Verstellpumpe 2 durch die Leitung 12 zu dem Hydromotor 10 strömt. Die Antriebswelle des Hydromotors 10 wirkt auf das Getriebe 15, das seinerseits die Antriebsräder in Drehbewegung versetzt.
Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:
Solange das Fahrzeug zur Vorwärtsfahrt angetrieben ist, strömt Hydraulikflüssigkeit von der Verstellpumpe 2 durch die Leitung 11 zu dem Hydromotor 10. Dieser treibt über das Getriebe 15 die Antriebsräder des Fahrzeugs an, und die Hydraulikflüssigkeit strömt durch die Leitung 12 bei vollständig geöffnetem Druckregelventil 13 zu der Verstellpumpe 2 zurück.
Geht nun das Fahrzeug in den Brems- oder Schiebebetrieb über, so wird durch Reduzieren des Pumpenschwenkwinkels die Förderleistung der Verstellpumpe 2 auf Null verringert. Das infolge der Massenträgheit schiebende Fahrzeug treibt über die Antriebsräder und das Getriebe 15 den Hydromotor 10 zur Drehung an, so dass dieser nunmehr zur Hydropumpe wird. Bei unveränderter Strömungsrichtung der Hydraulikflüssigkeit wird nunmehr in der Leitung 12 und an der Verstellpumpe 2 ein erhöhter Druck aufgebaut. Sobald der Druck in der Leitung 12 einen vorbestimmten voreingestellten Wert erreicht, wird das Druckregelventil 12 als Drosselventil tätig; dadurch wird der Druck in der Leitung 12 auf ein bestimmtes Höchstmaß begrenzt, und es wird Strömungsenergie in Wärme umgesetzt. Der Druck der der Verstellpumpe zugeführten Hydraulikflüssigkeit wird dadurch auf ein Maß begrenzt, das auch das von der Verstellpumpe auf den Dieselmotor übertragene beschleunigende Moment nicht zu stark werden lässt. Der Dieselmotor 1 trägt damit zum Abbremsen des Fahrzeugs bei, erreicht aber keine gefährlichen Drehzahlen. Beim Bremsbetrieb verhindert das Rückschlagventil 14, dass Hydraulikflüssigkeit an dem Druckregelventil 13 vorbei zur Verstellpumpe 2 zurückströmt.
Wird aber die Fahrtrichtung des Fahrzeuges umgekehrt, so dient die Leitung 12 als Zuleitung, die Hydraulikflüssigkeit von der Verstellpumpe 2 dem Hydromotor 10 zuführt. Unter dem Druck der zuströmenden Hydraulikflüssigkeit öffnet das Rückschlagventil 14, und die Hydraulikflüssigkeit kann ungestört von konstruktiv bedingten Strömungswiderständen selbst des geöffneten Druckregelventils dem Hydromotor 10 zuströmen. Für ein Druckregelventil in der Leitung 11 laufen die Vorgänge entsprechend ab.

Claims

Anordnung zum Steuern eines hydraulischen Fahrzeugantriebs, mit einem geschlossenen Hydrokreislauf, der eine durch einen Dieselmotor (1) angetriebene Verstellpumpe (2), einen die Antriebsräder des Fahrzeugs antreibenden Hydromotor (10) und zwei die Verstellpumpe (2) und den Hydromotor (10) verbindende Leitungen (11, 12) für die Hydraulikflüssigkeit aufweist, wobei jede der Leitungen (11, 12) je nach Fahrtrichtung des Fahrzeugs Hin- oder Rückleitung für den Hydromotor (10) sein kann, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Leitungen (11, 12) ein als Drossel wirkendes Druckregelventil (13) angeordnet ist, das bei erhöhtem Druck der von dem Hydromotor (10) zu der Verstellpumpe (2) strömenden Hydraulikflüssigkeit wirksam wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Leitung (11, 12) je ein Druckregelventil (13) vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein im Nebenschluß zu dem Druckregelventil (13) angeordnetes, in Richtung der Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit zum Hydraulikmotor (10) öffnendes Rückschlagventil (14).
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckregelventil (13) elektrisch oder hydraulisch ansteuerbar ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch den Aufbau eines bestimmten Betriebsdruckes der Hydraulikflüssigkeit im geschlossenen Kreislauf an der Verstellpumpe (2) abweichend von dem Betriebsdruck am Hydromotor (10).