DE2827810C2

DE2827810C2 - Automotive Steuerung für einen hydrostatischen Fahrantrieb

Info

Publication number: DE2827810C2
Application number: DE2827810A
Authority: DE
Inventors: Hamma 7992 Tettnang Karlmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1978-06-24
Filing date: 1978-06-24
Publication date: 1983-03-17
Also published as: FR2429359A1; GB2027854B; DE2827810A1; US4216656A; GB2027854A; FR2429359B1

Description

dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselquerschnitt von einer mit Steuerkanten (A, B) des Gehäuses (31) der Regeleinrichtung (21) zusammenarbeitenden Drosselkerbe (45) im Regelkolben (32) gebildet ist,

— in der durch die Feder (34) herbeigeführten Endlage des Regelkolbens (32) der Drosselquerschnitt gleich Null ist,

— der Größtwert des Drosselquerschnitts einer etwa mittleren Stellung des Regelkolbens (32) bei mittleren Arbeitsdruckwerten zugeordnet 5C ist,

— bei weiterer Arbeitsdruckerhöhung der Drosselquerschnitt wieder verringert wird und

— bei der dem maximalen Arbeitsdruck zugeordneten Endlage des Regelkolbens der Drosselquerschnitt klein oder Null ist.

2. Automotive Steuerung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkante (A), die der durch die Feder (34) herbeigeführten Endlage des Regelkolbens zugeordnet ist, von einer radial auswärts gerichteten Anschlagfläche (39) des Gehäuses (31) gebildet ist, gegen die sich unter der Kraft der Feder (34) eine Schulter (38) des Regelkolbens (32) anlegt und in dieser Stellung den Durchfluß durch die Drosselstelle sperrt. (>5

Die Erfindung betrifft eine automotive Steuerung für einen hydrostatischen Antrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches I.

Unter automotiver Steuerung versteht man in der Branche eine bedienungseinfache Einrichtung mit hydrostatische Fahrantriebe, die es erlaubt, ein Fahrzeug nur mit Gaspedal bzw. Fahrpedal zu fahren. Diese automotive Steuerung besteht aus normalerweise vier miteinander verketteten und sich gegenseitig beeinflussenden Regelkreisen, wobei der Antriebsmaschinen-Regelkreis der adaptive ist Mit diesen Steuerungen sind keine exakten Grenzlastregelungen erreichbar, so daß meistens Motordrückung in Kauf genommen wurde.

Die Erfindung geht aus von einem Stand der Technik, wie er beispielsweise durch »Brueninghaus Hydraulik GmbH«, Technischer Bericht 1/73, »Hydrostatische Antriebe«, Seite 29, Zeile 10, gegeben ist (siehe auch H. Nikolaus, »Regelverhalten hydrostatischer Fahrantriebe mit automotiver Steuerung«, ölhydraulik und pneumatik 19 (1975), Nr. 4, Seite 275/276).

Im Zusammenwirken mit dem Verstellorgan der Hydropumpe ermöglicht es dabei eine Regeleinrichtung, den Förderstrom der Hydropumpe, in Abhängigkeit vom Arbeitsdruck, derart selbständig zu verändern, daß der Steuerdruck und damit der Förderstrom der Hydropumpe bei steigendem Arbeitsdruck verringert wird. Dies wird durch eine Verstelldrossel bewirkt, die der Steuerpumpe nachgeordnet und mit dem Arbeitsdruck der Hydropumpe beaufschlagbar ist. Die Regeleinrichtung verhindert also, daß eine bestimmte Antriebsleistung überschrilcen wird. Dies bedingt jedoch den Nachteil, daß eine entsprechende Drückung der Antriebsmaschinendrehzahl erreicht werden muß. Darüber hinaus ergibt die Modifizierung des Steuerdruckes durch die Verstelldrossel den Nachteil, daß das zur Verfügung stehende Moment des Verbrennungsmotors nicht mehr voll genutzt wird.

Es ist auch eine Regeleinrichtung nach der Veröffentlichung »ZF-Steuerung und -Regelung für hydrostatische Antriebe, F 11/6 ZFF 7/304«, Seite 20, Abschnitt 3.1 bzw.Seite 19 und Bild !,bekannt Hierbei wird durch eine dem Arbeitsdruck proportionale Kolbenkraft die Wirkung des Steuerdruckes auf den Verstellkolben der Regeleinrichtung reduziert, verbunden mit einer entsprechenden Drückung der Antriebsmaschinendrehzahi. Dies ergibt den paradoxen Zustand, daß bei mittleren Betriebsdrücken die Motordrückung ein Maximum ist, im Festbremspunkt, z. B. beim Fahren gegen eine Wand, mit höchsten Arbeitsdrücken sich die Antriebsmaschine jedoch wieder erholt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, den Steuerdruckverlauf in Abhängigkeit von der Last so zu verändern, daß die Antriebsmaschine keine Drückung mehr erfährt und das zur Verfugung stehende Drehmoment optimal genutzt wird.

Die Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt im einzelnen

Fig. 1 eine schematische Darstellung des hydrostatischen Antriebes mit einer Regeleinrichtung in der Ausgangsstellung,

F i g. 2 bis 3 die Regeleinrichtung nach F i g. I in einer Zwischen- und Endstellung,

Fig. 4 Kennlinien der durch die Regeleinrichtung veränderbarer, Größen in Relation zu der dar Abszisse zugrunde liegenden Verstellung der Verstellpumpe des hydrostatischen Getriebes.

In Fig, 1 ist eine Steuerpumpe 1 drehzahlfest mit einer bezüglich der Fördermenge und Förderrichtung veränderbaren Verstellpumpe 2 verbunden. Der Antrieb der Verstellpumpe 2 und der Steuerpumpe 1 erfolgt Ober eine Welle 3 von einer Antriebsmaschine 4. Die Steuerpumpe 1 speist Ober ?wei Rückschlagventile 5 und 6, je nach Drehrichtung der Verstellpumpe, Pumpmedium aus einem Tank 10 in den jeweils Niederdruck führenden Teil zweier hydraulischer Arbeitsdruckleitungen 7 und 8 ein, die die Verstellpumpe 2 mit einem Konstantmolor 9 verbinden. Die Umsteuerung der Verstellpumpe 2 erfolgt in an sich bekannter Weise durch einen Stellmotor 11, welcher durch Federkraft bei Druckgleichheit auf seinen beiden Kolben die Mittelstellung bzw. die Null-Lage der '5 Verstellpumpe 2 (gemäß Fig. 1) bewirkt Der Stellmotor 11 zum Regeln der Verstellpumpe 2 ist über Leitungen 12 und 13 mit einem 4/3-Umsteuerventil 15 verbunden, von dem Leitungen 16 und 17 zu der Steuerpumpe 1 bzw. zu dem Tank 10 führen. Je nach Stellung des Umsteuerventiles 15 wird die Verstellpumpe 2 mittels des Stellmotors 11, aufgrund des Gleichgewichtes aus Federkraft, variablem Steuerdruck PST in Leitung 16 und Verstellwiderstand, in die eine oder andere Förderstellung mehr oder weniger weit '^> verschwenkt Das am Stellmotor 11 herrschende Gleichgewicht bestimmt damit die Stellung der Verstellpumpe 2 und deren Förderstrom V. Die von der Steuerpumpe 1 zu dem 4/3-Umsteuerventil 15 führenden Leitung 16 ist über einen abzweigenden Leitungsab- Jo schnitt 18 mit einem Druckbegrenzungsventil 20 und über einen abzweigenden Leitungsabschnitt 19 mit einer Regeleinrichtung 21 verbunden. Der Ausgang des Druckbegrenzungsventils 20 führt zum Tank 10. Zwischen den beiden Arbeitsdruckleitungen 7 und 8 ist eine Leitung 22 mit zwei Rückschlagventilen 23 und 24 vorgesehen, wobei von einem Abzweigpunkt 25 zwischen den beiden Rückschlagventilen 23 und 24 eine Leitung 26 zur Regeleinrichtung 21 führt Die Rückschlagventile 23 und 24 sind so angeordnet, daß die *o Regeleinrichtung 21 über die Leitung 26 mit dem Arbeitsdruck des jeweils Hochdruck führenden Teils der Arbeitsdruckleitungen 7 oder 8 beaufschlagt wird.

Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Regeleinrichtung 21 besteht aus einem in einem Gehäuse 31 gegen eine «5 Feder 34 axial verschiebbaren Regelkelben 32, dessen eine Stirnseite 35 gegenüber der Feder 34 über einen Anschluß 33 von der Leitung 26 her mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt wird. Im Bereich der Feder 34 weist der Regelkolben 32 einen erweiterten Durchmesser 36 und das Gehäuse 31 einen erweiterten Innendurchmesser 37 auf, so daß der Regelkolben 32 in seiner Ausgangsstellung durch die Kraft der Feder 34 mit seiner Schulter 38 an einer Anschlagfläche 39 des Gehäuses 31 anliegt Mit einer Verstelleinrichtung 40 kann der Druck der Feder 34 auf den Regelkolben 32 verändert werden. Im Gehäuse 31 ist eine Gehäusenut 41 mit darauffolgendem Anschluß 42 vorgesehen, von dem aus über den Leitungsabschnitt 19 und die Leitung 16 eine Verbindung mit der Steuerpumpe 1 hergestellt ist. Im Bereich der Gehäusenut 41 weist der Regelkolben 32 eine Drosselkerbe 45 in Form einer Kolbennut auf, die bis an die Schulter 38 reicht.

Von einem Federraum 46, der durch eine Längsbohrung im Gehäuse 31 mit dem Innendurchmesser 37 <" gebildet wird, erfolgt üoer einen Anschluß 47 und eine Rücklaufleitung 48 eine Verbindung zu dem Tank 10. Bei entsprechender Stellung des Regelkolbens 32 ist somit von der Steuerpumpe 1 über den Anschluß 42 und die Drosselkerbe 45 eine Verbindung zum Federraum 46 und damit zum Tank 10 hergestellt. Dabei bildet die Drosselkerbe 45 mit der Anschlagfläche 39 die Steuerkante A und mit der Gehäusenut 41 die Steuerkante B.

Nachfolgend wird die Funktion der Regeleinrichtung 21 erläutert.

Bei entsprechend niedrigem Arbeitsdruck, mit dem die Stirnsehe 35 des Regelkolbens 32 beaufschlagt wird, verharrt der Regelkolben in seiner in F i g. 1 gezeigten Neutralstellung, d. h. die Feder 34 preßt den Regelkolben mit seiner Schulter 38 an die Anschlagfläche 39, so daß keine Verbindung von der Steuerpumpe 1 zum Federraum und damit zum Tank 10 besteht. Die Steuerkante A ist geschlossen.

Erhöht sich der Arbeitsdruck, so wird, der Regelkolben 32 gegen die Feder 34 verstellt, so daP von der Steuerpumpe gefördertes Pumpmedium über den Anschluß 42, die Drosselkerbe 45 und damit über den Anschluß 47 in den Tank 10 strön« (Fig. 2). Bei mittlerem Arbeitsdruck ist die Steuerkanu.- A so weit geöffnet bzw. die Steuerkante B nur so weit geschlossen, daß über die Drosselkerbe 45 ein maximaler Drosnelquerschnitt zur Verfügung steht Der Steuerdruck wird also stark abgesenkt

Bei hohem Arbeitsdruck (F i g. 3) wird der erfindungsgemäß ausgeführte Regelkolben 32 so weit gegen die Feder 34 verschoben, daß die Steuerkante B ganz oder, wenn die Regelcharakteristik dies erfordert, fast ganz schließt, so daß nur ein kleiner Drossel- oder Durchflußquerschnitt mit entsprechender Steuerdruckreduzierung entsteht

Der Steuerungsablauf bei einer bestimmten Gas- bzw. Fahrpedalstellung, also einer beistimmten Soll-Drehzahl, ist aus Fig.4 über die über die Regeleinrichtung erfolgte Modifikation des Steuerdruckverlaufes Ps₁ erkennbar. Dabei ist der Arbeitsdruck mit Pa, die Regelfederkraft mit Pp, das Verdrängungsvolumen der Verstellpumpe mit V und die Antriebsmaschinendrehzahl rp't Πα bezeichnet, wobei letztere hier als konstant angenommen und daher als Horizontale gezeichnet ist.

An der Stelle I mit niedrigem Arbeitsdruck und an der Stelle III mit hohem Arbeitsdruck ist die Steuerkante A bzw. B geschlossen, eine Steuerdruckreduzi^rung findet nicht statt. Bei mittleren Arbeitsdrücken an der Stelle II, bei maximalem Drosselquerschnitt gemäß der Stellung des Regelkolbens 32 in F i g. 2, wird der Steuerdruck P_s, stark abgesenkt.

Im Bereich sehr großer bzw. sehr kleiner Verstellpumpenauslenkung, entsprechend großem Verdrängungsvolumen V und niedrigem Arbeitsdruck P_A bzw. kleiner Verdrängungsvolumeri /und großem Arbeitsdruck Pa nimmt die Regeleinrichtung 21 die Stellungen A (Fig. 1) bzw. B(Fig.3) mit sehr großer, in beiden Stellungen etwa gleicher Drosselung ein, d. h. die Anlage dürfte sich dann so verhalten wie eine automotive Steuerung mit fester Fahrdrossel, z. B. Technischer Bericht 1/73, Seite 29, Bild a, ölhydraulik und pneumatik 19 (1975), Nr. 4, Seite 19, BiIdI, ZF-Druckschrift F 11/6 ZFF 77 304, Seite 10. Bild 1. Für diese Endbereiche kann die Anlage optimiert werden, so daß ein bestimmtes Anfahrverhalten und ein bestimmtes Grenzlastverhalten erreicht wird.

Nach den ,~>iugrammn in den angeführten Literatursteilen zum Stand der Technik ergibt sich dann Im mittleren Arbeitsbereich bei mittleren Arbeitsdrücken eine erhebliche, u. U. unerwünschte Drückung der

Motordrehzahl. Bei der Erfindung wird dies dadurch vermieden, daß bei mittlct ·*η Arbeitsdrücken im hydrostatischen Getriebe der Fahrdrosselqtierschnitt vergrößert wird (Stellung nach F i g. 2), so daß der Steuerdruck gegenüber einer konstanten Fahrdrosscl sinkt und das Verdrängungsvolumen und damit die Momentenaufnahme der Hydropumpe verringert wird. Motordrückung kann dann auch im mittleren Bereich vermieden werden. Die Anordnung nach dem Technischen Bericht 1/73, Seite 29, Bild b. läßt zwar bei geringer und mittlerer Last dasselbe Verhalten erwarten, aber nicht im Grenzlastbereich, da dort der Steuerdruck aufgrund der Las'.abhängigkeit der Fahrdrossel noch weiter absinkt.

Eine Motordrückung nach der Kurve n₍-, kann also mit der Erfindung bei Erhalt konstanter Momentaufnahme der Verstellpumpe 2 gemäß der Kurve Md vermieden werden, weil (wie in F i g. 4 ersichtlich) der Steuerdruck Ps, bei niedrigem Arbeitsdruck (Stelle I). wie er mit geringem Fahrwiderstand einhergeht, und bei hohem Arbeitsdruck (Stelle III), der bei hohem Fahrwiderstand auftritt, denselben Wert hat und weil der Steuerdruck Psi bei diesen Ausgestaltungen automotiver Steuerungen die Einstellung der Verstellpumpe und damit deren Verdrängungsvolii'nen V über den Stellmotor 11 bestimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Automotive Steuerung für einer» hydrostatischen Fahrantrieb mit einer durch ein Fahrpedal drehzahlgesteuerten Fahrzeug-Antriebsmaschine

— einem von der Fahrzeug-Antriebsmaschine angetriebenen, stufenlos verstellbaren hydrostatischen Getriebe, bestehend aus einer Ver- to stellpumpe und einem mit Arbeitsdruck aus der Verstellpumpe gespeisten Hydromotor,

— mit einem Steuerdruckäystem, das Steuerdruckflüssigkeit aus einer mit der Fahrzeug-Antriebsmaschine drehstarr verbundenen Steuerpumpe konstanten Verdrängungsvolumens erhält und über ein den Fahrtrichtungswechsel steuerndes Umschaltventil einem Stellmotor für die Änderung des Verdrängungsvolumens der Verstellpumpe zuführt,

— der durch beiderseits seines Kolbens angeordnete Rückstellfedern bei Druckgleichheit in seinen beiderseits des Kolbens gelegenen Arbeitsräumen die Verstellpumpe auf Null-Förderung verschwenkt,

— und wobei das Steuerdrucksystem ein Druckhalteventil und eine zwischen der Steuerpumpe und dem Umschaltventil zu einem Tank abzweigende Nebenleitiing aufweist, weiche als Fahrdrossel eine Regeleinrichtung besitzt, die einen einseitig mit Arbeitsdruck beaufschlagten und gegen eine Feder mit steigendem Arbeitsdruck verschieblic hen Regelkolben hat, dem ein mit zunehmendem Verschiebeweg von einem Kleinstwert in der durch 'ie Feder herbeigeführten Endlage zu einem Größtwert sich erweiternder Drosselquerschnitt zugeordnet ist,