DE19931141A1 - Fahrzeug-Antriebsanordnung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Fahrzeug-Antriebsanordnung mit mindestens zwei angetriebenen Rädern (2-5) angegeben, deren Antriebsmomente durch eine Steuereinrichtung einzeln regelbar sind, wobei die Steuereinrichtung mit einer Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor (12, 13, 15-18) verbunden ist. DOLLAR A Mit einer derartigen Antriebsanordnung möchte man den Radschlupf verhindern. DOLLAR A Hierzu ermittelt die Steuereinrichtung (20) mit Hilfe eines Signals der Sensoranordnung (12, 13, 15, 16) für jedes Rad (2-5) fortlaufend ein maximales Drehmoment, ermittelt das Antriebsmoment eines jeden Rades (2-5) fortlaufend und verkleinert das Antriebsmoment dem Betrag nach, wenn das ermittelte Antriebsmoment einen vorbestimmten Grenzabstand zum maximalen Drehmoment nicht mehr einhält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Antriebsanordnung mit mindestens zwei angetriebenen Rädern, deren An­ triebsmomente durch eine Steuereinrichtung einzeln re­ gelbar sind, wobei die Steuereinrichtung mit einer Sen­ soranrodnung mit mindestens einem Sensor verbunden ist.

Eine derartige Fahrzeug-Antriebsanordnung ist aus DE 196 38 421 A1 bekannt. Das dort beschriebene Fahrzeug ist hydraulisch angetrieben. Die Steuereinrichtung ist mit mehreren Sensoren verbunden. Eine Gruppe von Senso­ ren ermittelt die jeweilige Geschwindigkeit der Räder. Ein weiterer Sensor stellt fest, ob das Fahrzeug sich auf einer geneigten Fläche bewegt, deren Neigungswinkel größer als 7° ist. Durch Vergleich der Rollgeschwindig­ keiten der Räder, die sich aufgrund der Raddimensionen und der Umdrehungsgeschwindigkeiten ergeben, wird ein Radschlupf errechnet. Wenn der Radschlupf zu groß wird, d. h. wenn die Geschwindigkeit eines Rades sich stark von der Geschwindigkeit eines anderes Rades unterschei­ det, dann wird die Verdrängung des hydraulischen Motors des Rades mit der größten Radgeschwindigkeit vermin­ dert. Der Sensor, der die Bewegung auf einer geneigten Fläche feststellt, wird verwendet, um die Leistungsver­ minderung eines Antriebsmotors in bestimmten Zuständen zu verhindern, nämlich dann, wenn das Fahrzeug bergauf oder bergab fährt.

Eine ähnliche Ausgestaltung ist aus US 5 201 570 be­ kannt. Dort sind vier Räder mit Hydraulikmotoren ange­ trieben. Die Radgeschwindigkeit jedes Rades wird über­ wacht. Wenn sich die Geschwindigkeiten stark unter­ scheiden, dann wird das "schnellste" Rad gebremst.

Derartige Methoden, um einen Schlupf zu verhindern, werden als reaktive Verfahren bezeichnet. Es muß also zunächst einmal ein Schlupf aufgetreten sein. Wenn man einen derartigen Schlupf festgestellt hat, wird die An­ triebsleistung des Rades vermindert, so daß das Rad von der Gleitreibung wieder zur Rollreibung übergeht.

Aus der Automobilindustrie sind verschiedene Arten von reaktiven Verfahren bekannt und werden bei Anti­ schlupfsystemen verwendet. In manchen Fällen wird das Rad, von dem man annimmt, daß es durchdreht, auch ge­ bremst.

Derartige Antriebsanordnungen haben sich in vielen Fäl­ len bewährt. Sie sind aber mit dem Nachteil behaftet, daß ein Radschlupf erst einmal auftreten muß, bevor man ihn wieder beseitigen kann. Diese Antriebsanordnungen sind daher nicht für Fahrzeuge geeignet, die die Unter­ lage, auf der sie fahren, nicht beschädigen dürfen. Ein typisches Beispiel für eine derartige Situation tritt bei selbstfahrenden Rasenmähern auf, wie sie beispiels­ weise für Golfplätze verwendet werden. Ein durchdrehen­ des Rad wird die Grasnabe beschädigen. Damit wird der Zweck des Rasenmähers, den Rasen zu pflegen, ins Gegen­ teil verkehrt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Risiko eines Radschlupfes kleinzuhalten.

Diese Aufgabe wird bei einer Antriebsanordnung der ein­ gangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Steuerein­ richtung mit Hilfe eines Signals der Sensoranordnung für jedes Rad fortlaufend ein maximales Drehmoment er­ mittelt, das Antriebsmoment eines jeden Rades fortlau­ fend ermittelt und das Antriebsmoment dem Betrag nach verkleinert, wenn das ermittelte Antriebsmoment einen vorbestimmten Grenzabstand zum maximalen Drehmoment nicht mehr einhält.

Unter Antriebsmoment soll im vorliegenden sowohl ein Moment verstanden werden, das zum Vortrieb des Fahr­ zeugs dient, als auch ein Moment, das zum Bremsen des Fahrzeugs dient. Letzter Fall tritt beispielsweise dann auf, wenn das Fahrzeug bergab rollt und durch den Motor gebremst werden soll.

Die Steuereinrichtung ermittelt also für jedes Rad fortlaufend ein maximales Drehmoment und zwar mit Hilfe von Signalen aus der Sensoranordnung. Das maximale Drehmoment ist das Moment, bei dem das Rad durchdreht (bei Antrieb) oder blockiert (beim Bremsen). Eine der­ artige Schlupfbedingung tritt auf, wenn die parallel zum Untergrund gerichtete Kraft am Auflagepunkt zwi­ schen Rad und Untergrund (im folgenden "Antriebskraft") größer ist als die Haftkraft, die sich beispielsweise aus dem Produkt aus Reibungskoeffizienten und Normal­ kraft errechnen läßt. Die Normalkraft ist zwar vom Grundsatz her bekannt. Sie wird hauptsächlich durch das Gewicht des Fahrzeugs (mit Fahrer und Zubehör) be­ stimmt. Diese ändert sich jedoch im Betrieb durch ver­ schiedene Umstände. Diese Umstände können durch die Sensoranordnung festgestellt werden, so daß man mit ei­ ner höheren Zuverlässigkeit das maximal zulässige Drehmoment ermitteln kann. Wenn man nun dafür sorgt, daß das Antriebsmoment, das auf das einzelne Rad wirkt, kleiner gehalten wird als das maximal zulässige Moment, dann kommt ein Schlupf erst gar nicht zum Entstehen. Eine Beschädigung des Untergrundes wird also zuverläs­ sig vermieden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Sensoranordnung einen Neigungssensor aufweist. Ein maßgeblicher Faktor bei der Bestimmung der Normalkraft aus der Gewichtskraft ist die Neigung des Fahrzeugs ge­ genüber der Schwerkraftrichtung. Je stärker das Fahr­ zeug geneigt ist, desto geringer wird die Normalkraft zur Unterlage und desto größer wird die Gefahr eines Schlupfes. Darüber hinaus ergibt sich bei einer Neigung des Fahrzeugs auch eine andere Gewichtsverteilung auf die einzelnen Räder und damit eine Änderung der Normal­ kraftverteilung auf die Räder. Auch diese Änderung kann berücksichtigt werden, so daß beispielsweise die weiter unten angeordneten Räder eine stärkere Antriebsleistung erhalten als die weiter oben angeordneten Räder.

Hierbei ist bevorzugt, daß der Neigungssensor eine Nei­ gung parallel zur Fahrzeuglängsrichtung und eine Nei­ gung quer zur Fahrzeuglängsrichtung ermittelt. In den meisten Fällen wird das Fahrzeug sowohl längs als auch quer geneigt sein. Durch die getrennte Ermittlung der beiden Neigungswinkel läßt sich die Steuerung aber ver­ einfachen und verbessern.

Vorzugsweise weist die Sensoranordnung einen Normal­ kraftsensor auf. Die Normalkraft bestimmt sich zwar, wie oben ausgeführt, grundsätzlich nach dem Gewicht des Fahrzeugs, das nach einem bestimmten Schlüssel auf die einzelnen Räder verteilt wird. Dieses Gewicht kann sich aber ändern. Beispielsweise können verschiedene Fahrer mit unterschiedlichen Körpergewichten eingesetzt wer­ den. Das Fahrzeug verbraucht Kraftstoff, wodurch sich sein Gewicht während des Betriebs verringert. Wenn das Fahrzeug irgendwelche Produkte verteilt, beispielsweise Dünger ausbringt oder Rasensamen sät, dann ändert sich das Fahrzeuggewicht ebenfalls. Durch den Normalkraft­ sensor läßt sich diese Änderung im Betrieb oder zwi­ schen einzelnen Betriebsabschnitten ermitteln.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Normal­ kraftsensor als Wiegezelle ausgebildet. In diesem Fall wiegt er tatsächlich das Fahrzeug. Man kann das Wiegen darauf beschränken, daß das Fahrzeug auf einer horizon­ talen Ebene besteht, wenn man später die Neigung be­ rücksichtigt.

In einer anderen oder zusätzlichen Ausgestaltung kann der Normalkraftsensor als Druckfühler ausgebildet sein, der einen Reifendruck des angetriebenen Rades ermit­ telt. Der Reifendruck ist ebenfalls ein Maß für die Be­ lastung des Reifens und damit für die in Vertikalrich­ tung wirkende Kraft. Wenn das Fahrzeug auf einer hori­ zontalen Ebene steht, dann ist der Reifendruck unmit­ telbar ein Maß für die Normalkraft. Bei einer geneigten Unterlage muß man die Normalkraft entsprechend umrech­ nen.

Schließlich kann der Normalkraftsensor auch ein Feder­ verhalten einer Fahrzeugfederung überwachen. Je stärker das Fahrzeug belastet ist, desto stärker federt es ein. Die Auswertung der Federcharakteristik erlaubt zumin­ dest mittelbar eine Aussage über das Fahrzeuggewicht und damit auch über die Normalkraft an dem angetriebe­ nen Rad.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung mit einem Spei­ cher verbunden, in dem Fahrzeugdaten abgelegt sind. Diese Daten können neben dem Standard-Fahrzeuggewicht auch Angaben über den Rollwiderstand des Fahrzeugs, den Zugkraftbedarf für einen eventuellen Anhänger und/oder für eine angehängte Arbeitsmaschine, wie beispielsweise ein Mähwerk oder ähnliches umfassen. Der Speicher kann auch Informationen darüber enthalten, wie sich bestimm­ te Eingriffe in die Antriebsleistung auf die einzelnen Motoren auswirken.

Hierbei ist bevorzugt, daß für vorbestimmte Fahrzeugda­ ten-Sensorsignalkombinationen die entsprechenden maxi­ malen Drehmomente der jeweiligen Räder in Tabellenform im Speicher abgelegt sind. Beispielsweise kann man die Normalkraft jedes einzelnen Rades als Funktion der Nei­ gungswinkel in der Tabelle ablegen. Die Tabelle erlaubt einen schnelleren Zugriff auf die Ergebnisse als eine Berechnung.

Zusätzlich kann die Steuereinrichtung mit einer Einga­ beeinrichtung verbunden sein, mit deren Hilfe Umge­ bungs- und/oder Betriebsparameter vorgebbar sind. Als Umgebungsparameter kann man beispielsweise den Zustand des Untergrundes bezeichnen. Bei einem Rasen könnte man eine grobe Unterscheidung treffen nach normal, naß und trocken. Als Betriebsparameter kann man vorgeben, ob ein Anhänger gezogen werden muß oder andere Arbeitsma­ schinen angeschlossen sind.

Vorzugsweise erhöht die Steuereinrichtung dann, wenn sie die Antriebsleistung eines Rades vermindert, die Antriebsleistung mindestens eines anderen Rades. In diesem Fall bleibt die Gesamtantriebsleistung des Fahr­ zeugs konstant, so daß der Fahrer in den meisten Fällen nicht einmal eine Änderung der Antriebsverteilung merkt.

Hierbei ist besonders bevorzugt, daß die Steuereinrich­ tung in einem Betriebsfall, in dem die Absenkung der Antriebsleistungen aller angetriebenen Räder erforder­ lich ist, eine Warnung erzeugt. Der Fahrer kann dann entscheiden, welche Maßnahmen er trifft. Beispielsweise kann er einen anderen Reibungskoeffizienten vorgeben, so daß das maximal zulässige Drehmoment anders berech­ net wird. Da in diesem Fall aber ein erhöhtes Risiko eines Radschlupfes besteht, muß der Fahrer hier sehr behutsam vorgehen. Die Erhöhung dieses Reibungskoeffi­ zienten kann das System auch automatisch vornehmen. In diesem Fall muß der Fahrer ebenfalls eine Warnung er­ halten.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung mit einem Lenk­ winkelsensor verbunden. Die Steuereinrichtung kann da­ mit die Winkelstellung von gelenkten Rädern ermitteln. Sobald ein Rad ausgelenkt ist, d. h. nicht mehr in der Hauptbewegungsrichtung des Fahrzeugs abrollt, hat es einerseits einen höheren Fahrwiderstand und neigt ande­ rerseits eher zum Schlüpfen. Mit Hilfe des Lenkwinkel­ sensors kann dieser Effekt berücksichtigt werden.

Auch ist von Vorteil, wenn das Fahrzeug mit einer Hilfskraft unterstützten Lenkung ausgerüstet ist, die mit der Steuererinrichtung verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung bei der Bestimmung des maximalen Drehmoments das Lenkverhalten des gelenkten Rades be­ rücksichtigt. Zusätzlich oder anstelle des Lenkwinkel­ sensors kann damit auch das dynamische Verhalten des Rades bei einer Lenkbewegung berücksichtigt werden. In der Regel wird während der Lenkbewegung das maximale Drehmoment herabgesetzt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeich­ nung näher beschrieben. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines typischen Fahrzeugs, das mit der Fahrzeugantriebsanord­ nung ausgerüstet ist,

Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild des Fahr­ zeugantriebs und

Fig. 3 eine Realisierung des Fahrzeugantriebs mit einem hydraulischen System.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1, das als selbstfahrender Rasenmäher ausgebildet ist, wie er beispielsweise auf Golfplätzen oder in Parkanlagen Verwendung findet. Das Fahrzeug 1 weist Vorderräder 2, 3 und Hinterräder 4, 5 auf, die alle angetrieben sind. Das Fahrzeug weist an­ gebaute Arbeitsgeräte auf, beispielsweise ein Mähwerk 6, mit dem der Rasen geschnitten werden soll. Für einen nicht näher dargestellten Fahrer ist ein Fahrersitz 7 vorgesehen, vor dem sich ein Lenkrad 8 befindet. Unter­ halb des Lenkrades sind nicht näher dargestellte Steuer­ elemente, wie Fahr- oder Bremspedal 9, vorgesehen.

Das Fahrzeug 1 weist ein ebenfalls nur schematisch dar­ gestelltes Fahrgestell 10 auf, an dem die Räder 2-5 be­ festigt sind. Die übrige Masse des Fahrzeugs ist über eine Federanordnung, die durch eine Feder 11 symboli­ siert ist, an dem Fahrgestell 10 gelagert. Die Einfede­ rung der Feder 11 kann über einen Sensor 12 ermittelt werden. Ein weiterer Sensor 13 ist als Wiegezelle aus­ gebildet, der das Fahrzeug ermitteln kann. Diese Senso­ ren sind ebenfalls nur schematisch dargestellt. Es ist für den Fachmann ohne weiteres nachvollziehbar, wo man derartige Sensoren anordnen kann, um das Gewicht des Fahrzeugs oder eine damit eng verbundene Auflagekraft auf den Untergrund zu ermitteln.

Das Fahrzeug 1 ist in einer Situation dargestellt, wie sie typischerweise im Gelände auftritt. Dort muß das Fahrzeug vielfach Flächenabschnitte befahren, die ge­ genüber der Horizontalen geneigt sind. Fig. 1a stellt eine Neigung der Unterlage 14 dar, die in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 liegt und mit der Horizontalen einen Winkel α_x einschließt. Fig. 1b stellt eine Neigung quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs 1 dar. Hier wird der Neigungswinkel mit α_y bezeichnet.

Wenn das Fahrzeug 1 einen geneigten Flächenabschnitt befährt, dann treten zwei Effekte auf. Zum einen wird die Normalkraft, d. h. die Kraft, mit der die Räder 2-5 auf der Unterlage 14 aufstehen, vermindert. Diese Kraft ist senkrecht zur Unterlage 14 gerichtet. Bei einer ho­ rizontalen Unterlage entspricht die Normalkraft der Ge­ wichtskraft der durch das entsprechende Rad abgestütz­ ten Teile des Fahrzeugs. Bei einer geneigten Fläche wird diese Gewichtskraft mit dem Cosinus α, d. h. des entsprechenden Neigungswinkels, vermindert.

Zum zweiten ändert sich auch die Gewichtsverteilung. Die weiter unten angeordneten Räder (in Fig. 1a die Hinterräder 4, 5 und in Fig. 1b die Räder 3) werden stärker belastet als die weiter oben gelegenen Räder 2.

Damit ein Fahrzeug 1 mit konstanter Geschwindigkeit ge­ radeaus fahren kann, müssen die Räder insgesamt eine Kraft liefern, die dem Fahrwiderstand F_FW des Fahrzeugs entspricht. Dieser besteht aus dem Rollwiderstand F_RW, dem Windwiderstand F_WW, dem Neigungswiderstand F_NW und der Zugkraft F_ZK, die allerdings nur dann erforderlich ist, wenn ein Anhänger oder ein Arbeitsgerät mitgezogen werden muß. Der Neigungswiderstand kann bei abwärtsge­ richteter Unterlage 14 negativ sein, also zum Vortrieb des Fahrzeugs beitragen. Das gleiche gilt für den Wind­ widerstand, wenn der Wind von hinten kommt.

Dementsprechend ergibt sich der Fahrwiderstand zu

F_FW = F_RW + F_WW + F_NW + F_ZK

Bei Rasenmähern oder ähnlich langsam fahrenden Arbeits­ geräten kann der Windwiderstand vernachlässigt werden. Dementsprechend wird er für die folgenden Betrachtungen weglassen. Der Fahrwiderstand ergibt sich dann aus:

F_FW = F_RW + F_NW + F_ZK

Die Antriebskraft F_R der einzelnen Räder 2-5 wird vom Moment M ihrer Motoren 22-25 (Fig. 2) und dem Raddurch­ messer d aufgrund der folgenden Gleichung bestimmt:

Wenn eine Beschleunigung des Fahrzeugs erreicht werden soll, dann müssen die Räder zusätzlich zum Fahrwider­ stand F_FW auch die Kraft liefern, die für die Beschleu­ nigung erforderlich ist, d. h.

F_FW + F_BE = F_R,2 + F_R,3 + F_R,4 + F_R,5

wobei F_BE die für die Beschleunigung erforderliche Kraft bezeichnet und F_Rn die Kraft des Rades n angibt.

Für jedes Rad gibt es eine durch den Motor 22-25 ge­ setzte Grenze für die Antriebsleistung, die dieses Rad liefern kann. In manchen Fällen ist es aber gar nicht möglich, diese Antriebsleistung in vollem Umfang auszu­ schöpfen, weil das entsprechende Rad bereits bei einer geringeren Antriebskraft durchrutscht. In diesem Fall entsteht ein Radschlupf.

Die obere Grenze der Antriebskraft des einzelnen Rades wird von der Normalkraft F_N zwischen der Unterlage 14 und dem betreffenden Rad 2-5 und dem Reibungskoeffizi­ enten µ zwischen dem Rad und der Unterlage bestimmt. Die maximale Antriebskraft F_max für jedes einzelne Rad kann mit dem folgenden Ausdruck bestimmt werden:

F_max = µ × F_N

Ein unerwünschter Radschlupf kann daher vermieden wer­ den, wenn die Antriebskraft des einzelnen Rades F_R un­ ter der maximalen Antriebskraft F_max des betreffenden Rades gehalten wird.

Die Normalkraft F_N kann nun auf unterschiedliche Weise ermittelt werden. Beispielsweise kann man sie aus einer detaillierten Untersuchung der Fahrzeuggeometrie be­ rechnen. Eine andere Alternative ist, daß man die Nor­ malkraft F_N jedes angetriebenen Fahrzeugrades ermit­ telt, wenn das Fahrzeug auf einer ebenen Unterlage steht und gleichmäßig belastet. Wenn das Fahrzeug dann auf eine geneigte Unterlage 14 kommt, wie dies in den Fig. 1a und 1b dargestellt ist, kann man über Neigungs­ sensoren 15, 16 die entsprechende Neigung feststellen und die Normalkraft umrechnen. Diese Art der Winkelmes­ sung wird zwar bei einer Beschleunigung unter Umständen ein geringfügig falsches Ergebnis zur Folge haben. Die dadurch bestimmten Normalkräfte auf die Unterlage 14 ergeben aber eine ausreichende Annäherung zu den tat­ sächlich herrschenden Normalkräften, so daß man einen unerwünschten Radschlupf mit großer Sicherheit aus­ schließen kann.

Wie oben ausgeführt kann man die Normalkraft auch an­ ders bestimmen, beispielsweise durch die Sensoren 12 und 13 aufgrund der Kenntnisse der Federcharakteristik oder die Verwendung von Wiegezellen. Wie im Zusammen­ hang mit Fig. 2 dargestellt ist, kann man auch den Druck in den Reifen der Räder 4, 5 ermitteln mit Hilfe von Reifendrucksensoren 17, 18. Natürlich können auch die beiden anderen Räder 2, 3 Reifendrucksensoren auf­ weisen.

Wenn die Normalkraft eines jeden Rades 2-5 mit einem vorgegebenen Reibungskoeffizienten µ multipliziert wird, dann bekommt man die maximale Antriebskraft F_max für jedes einzelne Rad, die nicht überschritten werden darf, wenn ein Radschlupf vermieden soll.

Fig. 2 zeigt nun eine schematische Darstellung einer Fahrzeug-Antriebsanordnung für das Fahrzeug 1. Die Rä­ der 2-5 und die Motoren 22-25 wurden bereits erwähnt. Jeder Motor 22-25 ist mit einem Antriebsmomentbegrenzer 32-35 versehen. Die Antriebsmomentbegrenzer 32-35 wer­ den über eine Leistungsquelle 19 mit Energie versorgt, beispielsweise mit hydraulischer Flüssigkeit unter ent­ sprechendem Druck oder mit elektrischen Strom unter ei­ ner bestimmten Spannung. Die Steuerung der Antriebsmo­ mentbegrenzer erfolgt durch eine Steuereinrichtung 20. Die Steuereinrichtung 20 wiederum bekommt Informationen von verschiedenen Sensoren, beispielsweise von den Nei­ gungssensoren 15, 16, dem Federkraftsensor 12, der Wie­ gezelle 13, den Reifendrucksensoren 17, 18 oder anderen Sensoren, mit deren Hilfe die Normalkraft auf die Un­ terlage 14 ermittelt werden kann. Über eine Eingabeein­ heit 21 können Umgebungs- oder Betriebsdaten eingegeben werden. Beispielsweise kann man hier einen Wert für den Reibungskoeffizienten µ angeben oder man kann angeben, ob das Fahrzeug mit einem Anhänger oder einer Arbeits­ maschine versehen ist.

Schließlich ist noch ein Speicher 26 vorgesehen, in dem verschiedene Fahrzeugdaten gespeichert sind, beispiels­ weise das Fahrzeuggewicht, der Rollwiderstand der Rä­ der, die Gewichtsverteilung auf die einzelnen Räder, etc. Darüber hinaus kann im Speicher 26 auch noch eine Tabelle abgelegt sein, in denen die Normalkräfte in Ab­ hängigkeit von unterschiedlichen Neigungswinkeln α_x, α_y abgelegt sind.

Die Steuereinrichtung 20 überwacht nun laufend das von jedem einzelnen Motor 22-25 abgegebene Drehmoment. Die­ ses Moment wird in der Steuereinrichtung 6 in eine ak­ tuelle Antriebskraft umgerechnet. Gleichzeitig berech­ net die Steuereinrichtung 20 die maximale Antriebskraft für jedes einzelne Rad 2-5. Hierbei können beispiels­ weise die Winkel α_x und α_y verwendet werden. Die aktu­ elle Antriebskraft eines jeden Rades 2-5 wird mit der maximalen Antriebskraft der Räder 2-5 verglichen. Wenn die Antriebskraft eines Rades seine maximale Antriebs­ kraft erreicht, dann wird das Antriebsmoment des ent­ sprechenden Motors reduziert. Man kann hierbei auch ei­ nen kleinen Sicherheitsabstand vorsehen oder - wenn die Abschätzung des Reibungskoeffizienten µ mit der nötigen Vorsicht erfolgt ist - auch kleinere Überschreitungen innerhalb eines Sicherheitskorridors zu lassen.

Um die gesamte Antriebsleistung des Fahrzeugs 1 kon­ stant zu lassen, kann die Steuereinheit 20 in Situatio­ nen, wo die Antriebsleistung eines Motors vermindert wird, die Antriebsleistung der anderen Motoren erhöhen.

Es kann nun der Fall auftreten, wo bereits drei Räder des Fahrzeugs mit vermindertem Antriebsmoment fahren und das Moment des vierten Motors ebenfalls vermindert werden soll. In diesem Fall könnte der Fahrwiderstand größer sein als die Summe der Antriebskräfte der Räder. In diesem Fall können die Räder 2-5 das Fahrzeug nicht mehr antreiben. Man hat dann mehrere Möglichkeiten. Ei­ ne Möglichkeit besteht darin, daß Fahrzeug 1 anzuhalten und einen anderen Weg zu suchen. Eine andere Möglich­ keit besteht darin, daß der Fahrer den Reibungskoeffi­ zienten µ erhöht. In diesem Fall berechnet das System einen höheren Wert der maximalen Antriebskraft der Rä­ der. Da dies zu einem Radschlupf führen könnte, muß diese Vorgehensweise mit einer Warnung an den Fahrer verbunden werden. Schließlich kann man auch vorsehen, daß der Reibungskoeffizient automatisch erhöht wird. Auch hier ist eine Warnung an den Fahrer notwendig.

Die Antriebsanordnung kann sowohl elektrisch als auch hydraulisch realisiert werden. Fig. 3 zeigt nun eine Ausgestaltung mit einer hydraulischen Realisierung. Elemente, die denen in Fig. 2 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, auch wenn sie im vor­ liegenden Fall konkretisiert worden sind.

Die vier Räder 2-5 des Fahrzeugs 1 sind jeweils mit ei­ nem hydraulischen Motor 22-25 über starre Achsen ver­ bunden. Die hydraulischen Motoren 22-25 haben eine fe­ ste Verdrängung und können in beide Richtungen arbei­ ten, so daß das Fahrzeug vorwärts und rückwärts fahren kann. Die Motoren 22-25 sind parallel geschaltet und mit einer Pumpe 19 mit variabler Verdrängung verbunden. Die Pumpe 19 wird von einem nicht näher dargestellten Verbrennungsmotor angetrieben, der mit fester Drehzahl arbeiten kann. Die Pumpe 19 ist mit einem Sensor 27 versehen, der die Steuereinrichtung 20 mit Daten über die aktuelle Verdrängung und die Durchflußrichtung der Pumpe 19 versorgt. Der Differenzdruck über die Pumpe 19 wird mit einem Differenzdrucksensor 28 ermittelt.

Zwischen der Pumpe 19 und jedem Motor 22-25 befindet sich ein Begrenzerventil 32-35, das zur Regelung des Druckabfalls über den einzelnen Motor 22-25 verwendet wird. Der Druckabfall über den jeweiligen Motor 22-25 bestimmt das Moment, das von dem jeweiligen Motor 22-25 geleistet wird. Die Begrenzerventile 32-35 können bei­ spielsweise als Magnetventile ausgebildet sein, die von der Steuereinrichtung 20 gesteuert werden. Die Be­ grenzerventile 32-35 werden also zur Einstellung des Druckabfalls über die Motor verwendet, wobei der Druck­ abfall für das erzeugte Moment hauptsächlich verant­ wortlich ist. Die Ventile 32-35 arbeiten daher als Drehmomentbegrenzer. Die übrigen Sensoren entsprechen denen aus Fig. 2. Zusätzlich ist dargestellt, daß jedes Rad 2-5 mit einem Reifendrucksensor versehen ist.

Die Neigungssensoren 15, 16 messen laufend die Winkel α_x, α_y. Die im Speicher 26 gespeicherten Daten über das Fahrzeug enthalten außer den beschriebenen Daten auch die Regelcharakteristiken der Ventile 32-35, d. h. den Zusammenhang zwischen ihren Steuersignalen, Strömungs­ geschwindigkeiten und dem Druckabfall, der Drehzahl der Pumpe, der Verdrängung der Motoren 22-25 und Daten über ihren Wirkungsgrad.

Im folgenden wird die Funktion der Antriebsanordnung bei einem vorwärts und aufwärts fahrenden Fahrzeug be­ schrieben. Es ist für den Fachmann ohne weiteres mög­ lich, diese Verfahrensweise auch auf ein vorwärts und abwärts oder ein rückwärts aufwärts oder abwärts fah­ rendes Fahrzeug zu übertragen.

Das Antriebsmoment der Motoren 22-25 wird laufend er­ mittelt. Mit Hilfe des Differenzdrucksensors 28 wird der Differenzdruck über die Pumpen 19 gemessen. Auf­ grund der Drehzahl der Pumpe 19 und der Strömungsrich­ tung, die über den Sensor 27 zur Verfügung steht, sowie aus der Stellung und der Charakteristik der Ventile 32-35 kann der Druckabfall über jeden Motor bestimmt wer­ den. Aus dem Druckabfall und der Verdrängung und des Wirkungsgrades eines jeden Motors 22-25 kann das aktu­ elle Drehmoment bestimmt werden, das mit Hilfe des Ra­ dius des jeweiligen Rades 2-5 in die aktuelle Antriebs­ kraft umgesetzt werden kann. Die aktuelle Antriebskraft wird mit der maximalen Antriebskraft verglichen. Wenn die maximale Antriebskraft von einem der Motoren 22-25 droht überschritten zu werden, wird das Begrenzungsven­ til 32-35 des entsprechenden Motors gedrosselt, um den Druckabfall über den Motor zu vermindern. Diese Druck­ verminderung bewirkt einen erhöhten Druckabfall über die anderen Motoren. Hierbei wird ihre Antriebskraft erhöht, so daß die gesamte Antriebskraft des Fahrzeugs 1 konstant gehalten wird. Natürlich muß auch die erhöh­ te Antriebskraft der anderen Motoren 22-25 laufend dar­ aufhin überwacht werden, ob die maximale Kraft nicht überschritten wird.

Bei dieser Überwachung kann es dann vorkommen, daß die Antriebsleistung für weitere Motoren vermindert werden muß. Hierbei kann es vorkommen, daß nach einer entspre­ chenden Antriebskraftverminderung die Summe aller An­ triebskräfte nicht mehr ausreicht, um das Fahrzeug vor­ wärts zu bewegen. In diesem Fall kann der Fahrer entwe­ der einen anderen Weg suchen, der beispielsweise eine geringere Steigung aufweist, oder er oder die Steuer­ einrichtung 20 können den Reibungskoeffizienten erhö­ hen, was wiederum die zulässige Maximalkraft erhöht. Da in diesem Fall die Gefahr besteht, daß die Räder durch­ drehen oder schlüpfen, muß diese Vorgehensweise aller­ dings mit erhöhter Vorsicht gehandhabt werden. Die Steuereinrichtung gibt dann auch eine entsprechende Warnung aus.

Beim Abwärtsfahren des Fahrzeugs auf einem Hang kann bei einer entsprechenden Steigung die Situation entste­ hen, daß die Motoren 22-25 als Pumpen arbeiten, die von den Rädern 2-5 angetrieben werden. In diesem Fall sind die Druckverhältnisse an der Pumpe 19 umgekehrt, d. h. der niedrigere Druck befindet sich an der Einlaufseite und der höhere Druck an der Rücklaufseite. Der höhere Druck an der Rücklaufseite bedeutet, daß die Motoren 22-25 gegen einen hohen Druck pumpen müssen. Diese er­ fordert eine größere Kraft, gegen die die Räder 2-5 drehen müssen, so daß das Fahrzeug gebremst wird. Wenn dieser Bremsdruck noch nicht ausreicht, können die Ven­ tile 32-35 stärker gedrosselt werden, um den Gegendruck zu erhöhen. Außerdem kann man durch eine entsprechende Regelung der Ventile 32, 33 bzw. 34, 35, die den am weitesten bergauf liegenden Rädern zugeordnet sind, er­ reichen, daß sich diese Motoren nicht gegen die Fahrt­ richtung drehen. Dies muß verhindert werden, weil sonst Schlupf auftritt und man die Kontrolle über das Fahr­ zeug verliert. Eine derartige Situation könnte in fol­ gendem Fall entstehen: Das Fahrzeug fährt vorwärts bergab. Wenn in diesem Fall der Differenzdruck über die Motoren 22, 23 eine Kraft erzeugt, die größer als die maximale Antriebskraft der hinteren Räder 4, 5 ist, weil die Reibung der Hinterräder gegen die Unterlage in dieser Situation nicht mehr zum Drehen zwingen können, dann kann man mit Hilfe der Ventile 34, 35 den Druckab­ fall über die hinteren Motoren 24, 25 vermindern, so daß diese Räder nicht mehr gegen die Bewegungsrichtung drehen.

Die Antriebsanordnung kann natürlich auch mit Elektro­ motoren betrieben werden, die beispielsweise mit einem Frequenzumrichter angetrieben werden. Mit Hilfe der Da­ ten aus dem Frequenzumrichter kann das aktuelle Moment des einzelnen Rades bestimmt und geregelt werden, wenn das Moment bezogen auf die Maximalkraft zu groß ist. Die Bestimmung der Maximalkraft kann aber auf gleiche Weise erfolgen, wie oben beschrieben.

In nicht näher dargestellter Weise kann die Steuerein­ richtung auch mit einem Lenkwinkelsensor verbunden sein, der den Lenkwinkel oder -einschlag von gelenkten Rädern des Fahrzeugs ermittelt. Wenn gelenkte Räder aus der Geradeausstellung ausgelenkt sind, dann erhöht sich für die anderen, nicht ausgelenkten Räder der Fahrwi­ derstand des Fahrzeugs. Für die ausgelenkten Räder er­ gibt sich unter Umständen eine etwas abweichende Nor­ malkraftverteilung. Beispielsweise kann das kurvenäuße­ re Rad eine etwas größere Normalkraft erhalten als das kurveninnere Rad. Durch den Lenkwinkelsensor ist die Steuereinrichtung in der Lage, diese Situationen zu er­ kennen und bei der Bemessung des maximalen Drehmoments oder der maximalen Antriebskraft zu berücksichtigen.

Zusätzlich zum oder anstelle des Lenkwinkelsensors kann die Steuereinrichtung auch mit einer hilfskraftunter­ stützten Lenkung verbunden sein. In diesem Fall kann sie Informationen auch über das Lenkverhalten des ge­ lenkten Rades finden. In der Zeit, in der das Rad auf dem Untergrund nicht nur abrollt, sondern gleichzeitig seine Richtung ändert, also sich um eine vertikale Ach­ se dreht, ist das Reibungsverhalten zwischen Rad und Untergrund etwas geändert, so daß dieser Änderung bei der Berechnung der maximalen Antriebskraft Berücksich­ tigung finden sollte. Während einer Lenkbewegung wird die maximale Antriebskraft daher etwas vermindert.

Claims (14)

1. Fahrzeug-Antriebsanordnung mit mindestens zwei an­ getriebenen Rädern, deren Antriebsmomente durch ei­ ne Steuereinrichtung einzeln regelbar sind, wobei die Steuereinrichtung mit einer Sensoranordnung mit mindestens einem Sensor verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) mit Hilfe eines Signals der Sensoranordnung (12, 13, 15-18) für jedes Rad (2-5) fortlaufend ein maxima­ les Drehmoment ermittelt, das Antriebsmoment eines jeden Rades (2-5) fortlaufend ermittelt und das An­ triebsmoment dem Betrag nach verkleinert, wenn das ermittelte Antriebsmoment einen vorbestimmten Grenzabstand zum maximalen Drehmoment nicht mehr einhält.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung einen Neigungssensor (15, 16) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungssensor (15, 16) eine Neigung paral­ lel zur Fahrzeuglängsrichtung und eine Neigung quer zur Fahrzeuglängsrichtung ermittelt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung einen Nor­ malkraftsensor (12, 13) aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalkraftsensor als Wiegezelle (13) aus­ gebildet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Normalkraftsensor als Druckfühler (17, 18) ausgebildet ist, der einen Reifendruck des angetriebenen Rades ermittelt.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Normalkraftsensor auch ein Federverhalten einer Fahrzeugfederung (11) über­ wacht.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) mit einem Speicher (26) verbunden ist, in dem Fahrzeug­ daten abgelegt sind.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß für vorbestimmte Fahrzeugdaten-Sensorsignalkom­ binationen die entsprechenden maximalen Drehmomente der jeweiligen Räder (2-5) in Tabellenform im Spei­ cher abgelegt sind.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) mit einer Eingabeeinrichtung (21) verbunden ist, mit deren Hilfe Umgebungs- und/oder Betriebsparameter vorgebbar sind.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) dann, wenn sie die Antriebsleistung eines Ra­ des (2-5) vermindert, die Antriebsleistung minde­ stens eines anderen Rades (2-5) erhöht.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) in einem Betriebs­ fall, in dem die Absenkung der Antriebsleistungen aller angetriebenen Räder (2-5) erforderlich ist, eine Warnung erzeugt.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (20) mit einem Lenkwinkelsensor verbunden ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (1) mit ei­ ner Hilfskraft unterstützten Lenkung ausgerüstet ist, die mit der Steuererinrichtung (20) verbunden ist, wobei die Steuereinrichtung (20) bei der Be­ stimmung des maximalen Drehmoments das Lenkverhal­ ten des gelenkten Rades (2-5) berücksichtigt.