DE3321948C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebs- und Bremsanlage für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentan­ spruch 1.

Eine solche Antriebs- und Bremsanlage für ein Fahrzeug ist aus der Zeitschrift ATZ Automobiltechnische Zeit­ schrift 77 (1975) 9, Seiten 238-242, einem Aufsatz "Die Mercedes-Benz-Automatgetriebe für Nutzfahrzeuge" von Hans Joachim Förster bekannt. Der gleiche Stand der Technik ist im wesentlichen auch aus der DE-OS 25 36 805 und der US-PS 29 78 928 bekannt. Ferner zeigt die DE-OS 30 26 773 eine Strömungsbremse, die während Gangschaltvorgängen eines Schaltgetriebes ab­ gekuppelt und jeweils dann automatisch wieder einge­ kuppelt wird, wenn sich der Fahrzeugmotor oder das Getriebe zu überdrehen beginnt.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, auch bei Verwendung einer kleinen Strömungsbremse ohne Überhitzung einzelner Komponenten eine hohe Brems­ leistung zu erzielen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

Durch die Erfindung ergibt sich eine Folge von neuen und überraschenden Wirkungen. Das Bremsmoment einer Strömungsbremse steigt bekanntlich mit der zweiten Potenz (10²) und die Bremsleitung der Strömungsbremse steigt mit der dritten Potenz (10³) der Rotordrehzahl der Strömungsbremse. Durch das automatische Herunter­ schalten des Gangwechselgetriebes ist sichergestellt, daß in allen Geschwindigkeitsbereichen des Fahrzeuges ein hohes Bremsmoment von der Strömungsbremse zu Ver­ fügung steht. Bei Nicht-Bremsvorgängen ist die Strö­ mungsbremse zweckmäßigerweise entleert. Die im ent­ leerten Zustand trotzdem noch vorhandenen Strömungs­ widerstände durch Luftströmungen in der Strömungsbremse sind gemäß der Erfindung dadurch stark reduziert, daß die Strömungsbremse klein ausgebildet werden kann, da sie durch die genannte Herunterschaltung des Gang­ wechselgetriebes auch bei kleiner Bauweise ein hohes Drehmoment erzeugt. Es werden also gemäß der Erfindung die sich widersprechenden Forderungen erfüllt, nämlich einerseits eine hohe Bremsleistung, was normalerweise eine große Strömungsbremse erfordert, und andererseits niedrige Verlustleistungen, was nur mit kleinen Strö­ mungsbremsen oder, bei großen Strömungsbremsen, nur mit zusätzlichen Maßnahmen zur Vermeidung von Ventilations- Drehmomentverlusten möglich ist. Da die Strömungsbremse in Kombination mit dem Drehmomentwandler zur Anwendung kommt, wird die beim Herunterschalten des Gangwechsel­ getriebes auftretende hohe Getriebeeingangsdrehzahl nur in reduziertem Maße auf den Motor übertragen, so daß der Motor vor Überdrehungen gesichert ist, obwohl die Eingangsdrehzahl des Gangwechselgetriebes beim Herunterschalten höher sein kann als die zulässige Motordrehzahl. Dadurch ist gleichzeitig die Möglichkeit gegeben, die Bremsenergie nicht nur von der Strömungs­ bremse, sondern zusätzlich auch vom hydrodynamischen Drehmomentwandler und vom Motor aufzunehmen. Dies hat nicht nur eine hohe Bremsleistung in Verbindung mit einer kleinen Strömungsbremse zur Folge, sondern die durch die Bremsenergie entwickelte Wärme verteilt sich ebenfalls auf diese drei Einheiten, wodurch es möglich ist, ohne Überhitzungsprobleme die Strömungsbremse noch kleiner auszubilden. Da gemäß der Erfindung während der Umschaltung von Gangstufen des Gangwechselgetriebes das Bremsmoment der Strömungsbremse kurzzeitig auto­ matisch abgesenkt wird, jedoch nicht bis zum Wert Null, werden die Schaltelemente des Gangwechselgetriebes entlastet und Schaltstöße werden weitgehend vermieden. Damit ergibt sich nicht nur ein verringerter Material­ verschleiß, sondern auch ein verbesserter Fahrkomfort für den Fahrer und die Mitfahrer des betreffenden Fahrzeuges.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen enthalten.

Im Rahmen der Erfindung braucht die Strömungsbremse bei maximaler Ölfüllung nur für 25% bis 200% der Nennleistung des Antriebsmotors ausgelegt zu werden, also wesentlich kleiner als bei den bekannten Anlagen. Die Verlustleistung im normalen Fahrbetrieb, wenn die Strömungsbremse entleert ist, beträgt damit bei Nenn­ drehzahl des Antriebsmotors nur 0,05% bis 0,4% der Nennleistung des Antriebsmotors, ohne daß zusätzliche aufwendige Maßnahmen zur Verlustleistungsreduzierung, wie beispielsweise Ventilationsblenden in der Strömungs­ bremse oder ähnliches erforderlich sind. Aufgrund der relativ hohen Drehzahl seines Rotors kann die Strömungs­ bremse sehr klein und leicht ausgeführt werden.

Der erfindungsgemäße neue Effekt, nämlich eine aus­ reichend hohe Bremswirkung bei Nutzung der beschriebenen Vorteile, wird durch ein Zurückschalten des Gangwechsel­ getriebes um ein oder zwei oder mehr Schaltstufen er­ zielt, wobei, wenn eine den Drehmomentwandler über­ brückende Überbrückungskupplung vorhanden ist, diese Überbrückungskupplung geöffnet wird. Durch die Rück­ schaltung des Gangwechselgetriebes erhöht sich die Dreh­ zahl der Turbine des Drehmomentwandlers und des Rotors der Strömungsbremse um einen oder zwei oder mehr Stufen­ sprünge entsprechend den zurückgeschalteten Gangstufen des Gangwechselgetriebes, dies bedeutet normalerweise eine Drehzahlerhöhung um den Faktor 1,25 bis 1,5 oder bei zwei Schaltstufen um den Faktor 1,6 bis 2,25. Die Drehzahl des Antriebsmotors wir jedoch bei gleichzei­ tigem Ausschalten der Überbrückungskupplung und Ver­ wendung eines geeigneten Drehmomentwandlers nicht über die zulässige Grenze hinaus gesteigert.

Weil die Leistungsaufnahme einer hydraulischen Strömungs­ bremse mit der dritten Potenz der Drehzahl zunimmt, wird die Bremsleistung bei Rückschaltung des Getriebes um eine Gangstufe mit dem Faktor 1,95 bis 3,57 und bei Rückschaltung von 2 Stufen mit dem Faktor 4,1 bis 11,4 gesteigert. Die Bremsleistung kann damit, je nach Dimen­ sionierung der Strömungsbremse und Wahl des Schaltpro­ grammes, für einen großen Bereich ausgelegt und auch in weiten Grenzen während des Bremsvorganges geregelt wer­ den. Die maximal erzielbare Bremsleistung von ca. 50% bis 1000% der Nennleistung der Antriebsmaschine ist auch für Bremsungen bei hoher Geschwindigkeit sicher ausreichend.

Mehrere Ausführungen der Erfindung werden im folgenden mit Bezug auf Zeichnungen als Beispiele näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 schematisch eine Antriebs- und Brems­ anlage nach der Erfindung, und

Fig. 2 schematisch eine weitere Ausführung einer Antriebs- und Bremsanlage nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Gangwechsel­ getriebes 12 in Form eines 6-Gang-Lastschaltgetriebes mit Schaltelementen 13 und eine Strömungsbremse (Re­ tarder) 14, die von der Turbinenwelle 16 eines Dreh­ momentwandlers 18 angetrieben wird, sowie die erforder­ lichen Steuergeräte und Sensoren.

Die Turbinenwelle 16 bildet gleichzeitig den Eingang 17 des Gangwechselgetriebes 12. Ein Antriebsmotor 24, bei­ spielsweise ein Verbrennungsmotor oder eine Gasturbine, ist mit dem Primärteil bzw. Pumpenrad 26 des Drehmoment­ wandlers 18 drehfest gekuppelt. Das Leitrad 28 des Dreh­ momentwandlers wird im Wandlerbetrieb durch eine Frei­ laufbremse 30 festgehalten. Die Wandlerturbine 32, die mit der Turbinenwelle 16 und einem Innenteil 34 einer Überbrückungskupplung 36 verbunden ist, treibt sowohl das Gangwechselgetriebe 12 als auch über einen Stirn­ radantrieb 38, welcher eine Drehzahlerhöhung von der Turbinenwelle 16 zur Strömungsbremse 14 bewirkt, den Strömungsbremsen-Rotor 40 an. Zur Strömungsbremse 14 gehören ferner eine Statorbeschaufelung 42, eine Ein­ laßklappe 44 mit Betätigungszylinder 46 und zugehörigem Magnetventil 48 sowie ein Auslaßregelventil 50 mit zu­ gehörigem Proportionalmagnetventil 52.

In einer elektronischen Steuerschaltung 54 sind die Steuer­ funktionen und die Überwachungsfunktionen für das auto­ matisch geschaltete Gangwechselgetriebe 12, für die Re­ gelung der Strömungsbremse 14 und für die Schaltung einer Motorbremse 58 zusammengefaßt. Die elektrische Steuer­ schaltung 54 kann in Analogtechnik oder in Digitaltech­ nik ausgeführt sein. Sie beinhaltet vorzugsweise einen Mikroprozessor und gespeicherte Programme für die ge­ nannten Funktionen.

Der elektronischen Steuerschaltung 54 werden dauernd die Signale von Drehzahlsensoren 60 eines vom Antriebs­ motor 24 angetriebenen Elementes 62, 15 der Turbine 32 des Drehmomentwandlers, und 64 der Abtriebswelle 66 des Gangwechselgetriebes zugeführt.

Die vom Fahrer des Fahrzeuges gewünschten Fahrzustände werden von geeigneten elektro-mechanischen Sensoren 68 am Gaspedal 70, von Sensoren 72 am Bremspedal 74 und von Sensoren 76 eines Programmwählers 68 in proportio­ nale Signale umgewandelt und ebenfalls der elektroni­ schen Steuerschaltung 54 zugeführt. Mit dem Bremspedal 74 werden außerdem mechanische Fahrzeugbremsen 75 der Fahr­ zeugräder betätigt.

Das Gangwechselgetriebe 12 ist vorzugsweise ein unter Last schaltbares, sogenanntes Lastschaltgetriebe, damit Schaltvorgänge ohne Unterbrechung der Verbindung vom Antriebsmotor 24 zu den Fahrzeugrädern durchgeführt werden können. Die Steuerung des Gangwechselgetriebes 12 erfolgt über Magnetventile 80. Die Schaltung und Rege­ lung der Strömungsbremse 14 erfolgt über die Ventile 48 und 52. Das Ein- und Ausschalten der Motorbremse 58 er­ folgt über ein Magnetventil 82. Diese Schalt- und Steuer- sowie Regelvorgänge erfolgen in Abhängigkeit von den Eingaben des Fahrers des Fahrzeuges, den Dreh­ zahlen des Antriebsmotors, der Strömungsbremse und der Abtriebswelle 66 des Gangwechselgetriebes sowie in Ab­ hängigkeit vom gewählten Schalt- und Bremsprogramm des Programmwählers 78.

Eine einzige Ölpumpe 84 liefert das Öl für den Dreh­ momentwandler 18, die Strömungsbremse 14 und das Schalt­ getriebe 12.

Fig. 2 zeigt eine andere Variante der Antriebs- und Bremsanlage nach der Erfindung. Dabei sind die gleichen Bezugszahlen wie in Fig. 1 für entsprechende Teile auch in Fig. 2 verwendet worden. Die Strömungsbremse 14 ist bei dieser Ausführungsform direkt auf der Turbinenwelle 16 des Drehmomentwandlers (18) angeordnet. Durch diese An­ ordnung wird ein die Drehzahl für die Strömungsbremse hochtreibendes Getriebe 38 eingespart. Die Abmessungen der Strömungsbremse müssen jedoch, wegen der geringeren Eingangsdrehzahl, in den meisten Fällen größer ausgelegt werden.

Das Leitrad 28 des Drehmomentwandlers 18 kann bei dieser Ausführungsform durch eine schaltbare Bremse 86 festge­ halten werden. Damit kann während des Bremsvorganges auch das Leitrad 28 festgehalten werden, so daß im Dreh­ momentwandler 18 eine zusätzliche Bremswirkung erzeugt und eine unzulässig hohe Drehzahl des Antriebsmotors 24 vermieden wird. Die Steuerung sämtlicher Bremselemente und des automatischen Gangwechselgetriebes 12 erfolgt, wie bei Fig. 1 beschrieben, durch eine elektronische Steuerschaltung 14, in welcher die gewünschten Schalt- und Bremsprogramme gespeichert sind.

Claims (6)

1. Antriebs- und Bremsanlage für ein Fahrzeug, mit einem Gangwechselgetriebe, einem dem Gangwechselgetriebe vor­ geschalteten Drehmomentwandler, und mit einer vom Fahrer über eine Bremsbetätigungseinrichtung betätig­ baren Strömungsbremse, deren Rotor mit dem Verbindungs­ strang zwischen der Turbine des Drehmomentwandlers und dem Getriebe trieblich verbunden ist oder verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Steuerschaltung (54) vorgesehen ist, durch welche in Abhängigkeit von der Betätigung der vom Fahrer des Fahrzeuges zu betätigenden Brems­ betätigungseinrichtung (74) und in Abhängigkeit von der Drehzahl im eingangsseitigen Antriebsstrang des Gangwechselgetriebes (12), das Gangwechselgetriebe (12) zum oder beim Bremsen mit der Strömungsbremse (14) automatisch um mindestns eine Gangstufe herunterge­ schaltet wird, ohne daß der Drehmomentwandler und/oder ein mit ihm verbundener Fahrzeugmotor überdreht werden, und das Bremsmoment der Strömungsbremse (14) während des Umschaltens von Gangstufen des Gangwechselgetriebes (12) kurzzeitig automatisch auf einen reduzierten, je­ doch über Null gelegenen Wert eingestellt wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überbrückungskupplung (36) zum Überbrücken des Drehmomentwandlers (18) vorgesehen ist und daß die Überbrückungskupplung zum oder beim Bremsen mit der Strömungsbremse (14) automatisch geöffnet wird.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bremsvorgängen mit geöffneter Überbrückungs­ kupplung (36) eine Motorbremse (58) und/oder eine Leitradbremse (30; 86) des Drehmomentwandlers (18) automatisch eingeschaltet werden, um mit relativ großem, negativem Schlupf im Drehmomentwandler (18) ein zusätz­ liches Bremsmoment zu erzeugen.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Steuer- und Regelvorgänge für das Gangwechselgetriebe (12) und für die Strömungsbremse (14) in Abhängigkeit von dem, vom Fahrer des Fahrzeuges durch die Bremsen­ betätigungseinrichtung (74) jeweils vorgegebenen Gesamt-Bremsmoment des Fahrzeuges über die elektrische Steuerschaltung (54) gesteuert werden.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektronischen Steuerschaltung (54) Sicher­ heitsmaßnahmen in Form von Sicherheitsschaltkreisen oder Sicherheitsschaltprogrammen vorgesehen sind, durch welche unzulässig hohe Drehzahlen des Antriebsmotors, auf der Primärseite des Drehmomentwandlers (18) und der Strömungsbremse (14) durch automatische Verstärkung der Bremswirkung von mechanischen Fahrzeugbremsen (75) und/oder durch automatische Auslösung entsprechender Schaltvorgänge im Gangwechselgetriebe (12) verhindert werden.

6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bremsmoment der Strömungsbremse (14) durch ein elektrisches Proportional-Regelventil (50, 52) im Ölaustrittskanal der Strömungsbremse in weiten Grenzen regelbar ist und daß dieses Regelventil sowie die Schaltvorgänge des Gangwechselgetriebes (12) und die Motorbremse (18) durch die elektronische Steuerschaltung (54) so gesteuert werden, daß das Gesamt-Bremsmoment der Anlage in einem möglichst großen Drehzahlbereich an­ nähernd konstant bleibt oder, wenn dies zweckmäßig ist, mit zunehmender Drehzahl leicht ansteigt.