DE3331651C1 - Verfahren zum wählbar zusätzlichen hydraulischen Antrieb von Rädern an einem Fahrzeug - Google Patents

Description

• eine Steuereinrichtung der Arbeits-Flüssigkeitsstrom für die Zusatzräder beeinflußbar ist, wobei der Aufbau der Steuereinrichtung der an sich bekannten automativen Steuerung von Fahrantrieben mit Ausbildung der Hydropumpe als Verstellpumpe entspricht, die durch den Druck stromauf der einen oder mehrerer Drosselstellen gegen Federkraft in Richtung größeren Verdrängungsvolumens und den im Zusatzantrieb gebildeten Arbeitsdruck in Richtung kleineren Verdrängungsvolumens beeinflußt wird (DE-PS 30 35 522).
• Eine derartige Lösung sieht ein Nachstellen des Steuerpumpenstromes mit Hilfe eines Hydraulikventiles durch Hand zur Einflußnahme auf den Antrieb der zusätzlichen Räder über die Verstellpumpe vor. Ein stabiler Betriebszustand der zusätzlich angetriebenen Räder, insbesondere über größere Drehzahlbereiche und in verschiedenen Schaltgängen der Hauptantriebsräder ist auf diese Weise nicht zu verwirklichen.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Betrieb wählbar zusätzlich hydraulisch angetriebener Räder an einem Fahrzeug anzugeben, dessen Hauptantriebsräder von einem Motor über einen Drehmomentenwandler oder ein Getriebe gestellt werden.
• Dabei ist die Drehgeschwindigkeit der zusätzlich angetriebenen Räder weitestgehend auf die der Hauptantriebsräder abzustimmen.
• Eine Lösung der vorstehenden Aufgabe bei einem eingangs beschriebenen Verfahren wird darin gesehen, daß, ausgehend von einer automativen Steuerung, in Überlagerung der Arbeitsflüssigkeitsstromsteuerung der Arbeitsflüssigkeitsdruck nach dem Verlauf einer in Abhängigkeit vom Verhältnis der Motor- zur Wandlerstufen- oder Getriebe-Ausgangsdrehzahl wählbar vorgegebenen Funktion geregelt wird. Die Letztgenannte kann dabei einen Verlauf in mehreren Stufen nach Art einer Treppenkurve oder einen linearen Verlauf oder den Verlauf von Kegelschnitten aufweisen. Vorzugsweise wird die Form der Funktion gleich der Wandler- oder Getriebeausgangsfunktion gewählt.
• Ausgehend von durch eine Verbrennungskraftmaschine über einen Drehmomentenwandler oder ein Getriebe gestellten Hauptantriebsrädern eines Fahrzeuges und unter Einsatz einer automativen Steuerung für den Arbeitsflüssigkeitsstrom der wählbar zusätzlich hydraulisch anzutreibenden Räder ist ein Verhältnisbilder vorgesehen, an dessen Eingang für jede Stufe bzw. für jeden Schaltgang der Hauptantriebsräder die Motor- und die Wandlerstufen- oder Getriebe-Ausgangsdrehzahl gebildet werden, und der eine Ausgangsgröße abgibt, die dem Verhältnis der Eingangsgrößen zueinander entspricht. Desweiteren ist ein Funktionsbildner vorgesehen, der in Abhängigkeit der Ausgangsgröße des Verhältnisbilders aus dem Verlauf einer wählbar vorgegebenen Funktion einen Funktionswert bildet Diesem Funktionsbildner wird des weiteren zur Vervollständigung des Regelkreises als Rückmeldung der Druck-bzw. die Druckveränderung im Arbeitskreis eingegeben.
• Geht man nun von einem stationären Betrieb des an sich bekannten Arbeitskreislaufes zum zusätzlichen Antrieb der weiteren Räder mit einer ebenfalls nicht neuen automativen Steuerung aus, so hat sich in diesem zum Beispiel bei einer Leerlaufdrehzahl der Verbrennungskraftmaschine, die gleichzeitig die Verstellpumpe und eine Steuerpumpe der automativen Steuerung direkt antreibt, ein stationärer Druckzustand ausgebildet. Dem Arbeitsflüssigkeitsstromvolumen, gefördert durch die Stellpumpe, entspricht dabei ein bestimmter Steuerwinkel zweier gegeneinander mit Federkraft arbeitende Stellorgane. Bewegen sich nun die Hauptantriebsräder, dann wird im Verhältnisbilder das Verhältnis der Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine und des Drehmomentenwandler- bzw. Getriebeausgangs gebildet, und es wird in dem Funktionsbildner in Abhängigkeit dieser gebildeten Größe, entsprechend der wählbar vorgegebenen Funktion, ein Funktionswert gebildet. Mit diesem wird der Wert des Druckes aus dem Arbeitskreis im Funktionsbildner verglichen und eine positive Abweichung des Druckes des Arbeitskreises in bezug auf den gebildeten Funktionswert führt dazu, daß die Stellpumpe den Steuerwinkel im Sinne einer geringeren Arbeitsflüssigkeitsmenge verändert. Sollte sich keine positive Abweichung zeigen, so wird kein Einfluß seitens des Funktionsbildners auf die Stellpumpe genommen. Geht man davon aus, daß sich im Arbeitskreis aufgrund der erhöhten Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ein gegenüber dem Zustand der Leerlaufdrehzahl erhöhter Druck vollständig ausgebildet hat, dann liegt ein bereits stabiler Arbeitszustand vor. Aber auch bis zur Überführung des Druckes des Arbeitskreises dazu, der Erhöhung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine folgend, erfolgt kein Eingriff der Regelung über den Funktionsbildner.
• Eine weitere Veränderung der Ausgangsgröße des Verhältnisbilders wird bei gleich gewählter vorgegebener Funktion dann einen weiteren Funktionswert im Funktionsbildner bilden und führt nach Vergleich mit dem jeweiligen Druck des Arbeitskreises über eine Regelabweichung zur Stellung des Steuerwinkels der Verstellpumpe. Grundsätzlich war dabei davon ausgegangen, daß durch die bekannte automative Steuerung in Abhängigkeit von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine im Arbeitskreis durch die Verstellpumpe eine bestimmte Flüssigkeitsmenge gefördert wird, sich damit ein entsprechender Arbeitsdruck einstellt und dieser dann im Sinne einer Abregelung verändert wird.
• Die wählbar vorgegebene Funktion, die der Funktionsbildner in Abhängigkeit der Ausgangsgröße des Verhältnisbilders bildet, kann durch Hydraulikelemente dargestellt werden.
• So ist es zum Beispiel möglich, zur Erzeugung einer stufenförmigen Funktion nach Art einer Treppenkurve mehrere parallele einzeln geschaltete Begrenzungsventile vorzusehen, deren jeweiliger Überdruckstrom dann die Verstellpumpe zur Verstellung ihres Steuerwinkels im Sinne eines geringeren Arbeitsflüssigkeitsstromes und damit einer Verminderung ihres Arbeitsflüssigkeitsdruckes führt.
• In vergleichbarer Ausführung mit an sich bekannten elektronischen Elementen ist es durchführbar, die Ausgangsgröße des Verhältnisbilders, die ebenfalls ein elektronisches Signal sein kann und die dem Verhältnis der gemessenen Drehzahlen entspricht, einem elektronischen Funktionsbildner zuzuführen, der eine gewählte Funktion abbildet und mit dem jeweils ermittelten Funktionswert dem Wert f (p) vergleicht, der dem Arbeitsdruck des Arbeitskreises entspricht. Das elektronische Ausgangssignal des Funktionsbildners kann dann über hydraulische Stellglieder an die Stellpumpe geführt sein, um deren Steuerwinkel zu verändern.
• Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.
• Es zeigt die Fig; 1 den hydraulischen grundsätzlichen Schaltplan zum Betrieb des erfinderischen Verfahrens und die Anordnungen zu dessen Durchführung; die Fig. 2 verdeutlicht, wie ein Funktionsbildner mit hy- draulischen Elementen zur Vorgabe einer wählbaren Funktion dargestellt werden kann.
• Es sei ausgegangen von einem bekannten Fahrantrieb und einer bekannten automativen Steuerung für den wählbar zusätzlichen Antrieb weiterer Räder.
• In der F i g. 1 treibt der Motor 1, vorzugsweise eine Verbrennungskraftmaschine, über einen Drehmomentwandler 2 einschließlich seiner Wandlerstufen 3 die Hauptantriebsräder 4 eines Fahrzeuges. Gleichzeitig werden vom Motor 1 über eine Welle direkt die Verstellpumpe 5 und die Steuerpumpe 6 angetrieben. Diese beiden vorgenannten Elemente einer automativen Steuerung arbeiten in einem geschlossenen hydraulischen Arbeitskreis, der die Radmotoren 7 und 8 speist und damit die zusätzlich angetriebenen Räder 9 und 10 in Drehung versetzt. Zwischen beiden sind hydraulisch gestellte Kupplungen 11 und 12 dargestellt. Weiterhin erkennbar sind die Radmotoren durch zwei Radmotor-Druckbegrenzungsventile 13, 14 gesichert.
• Die automative Steuerung weist in ihrem Steuerkreis zur Stellung des Auf-Stellelementes 15 und des Ab-Stellelementes 16 des Steuerwinkels der Verstellpumpe 5 weiterhin eine feste Drossel 17, eine Verstelldrossel 18, ein Druckbegrenzungsventil 19 und ein 4/3-Wegeventil 20 auf Das Überdruckventil 21 begrenzt den Steuerdruck auf einen einstellbar festen Wert im Steuerkreis.
• Vom gleichen Flüssigkeitsstrom der Steuerpumpe 6 wird über die Einwegventile 22 und 23 der Arbeitskreis mit Flüssigkeit nachversorgt, und es sind die Kupplungen 11 und 12 durch das Magnetventil 24 auch erst bei Vorliegen des Steuerkreisdruckes schaltbar, was damit auch für die Zuschaltung der zusätzlichen Antriebsräder gilt.
• Diese insoweit bekannte Anordnung wird nun derart betrieben, daß in Überlagerung der Arbeitsflüssigkeitsstromsteuerung der Arbeitsflüssigkeitsdruck nach dem Verlauf einer in Abängigkeit vom Verhältnis der Motor-, zur Wandlerstufen- oder Getriebe-Ausgangsdrehzahl wählbar vorgegebene Funktion geregelt wird.
• Es ist dazu ein Verhältnisbilder 25 vorgesehen, an dessen Eingang 26, 27 die Motor- und die Wandlerausgangsdrehzahlen, gemessen in den Meßpunkten 28 und 29, geführt sind, und es entspricht die Ausgangsgröße 30 des Verhältnisbilders 25 dem Verhältnis der Eingangsgrößen zueinander. Des weiteren ist ein Funktionsbildner 31 dargestellt, der aus der zugeführten Ausgangsgröße 30 des Verhältnisbilders 25 aus dem Verlauf einer wählbar vorgegebenen Funktion einen Funktionswert bildet. Dem Funktionsbildner 31 ist des weiteren als Rückmeldung über die Leitungen 32 und 33 eine Größe f (p) zugeführt, die dem Druck des Arbeitskreises entspricht. Eine positive Abweichung des Druckes des Arbeitskreises in bezug auf den gebildeten Funktionswert ist der Stellpumpe 6 zur Stellung ihres Steuerwinkels im Sinne einer geringeren Arbeitsflüssigkeitsmenge über die Ausgangsleitung 34, das 4/3-Wegeventil 20 und das Abstellelement 16 zugeleitet.
• Der Vollständigkeit halber erläutert sei der weitere Funktionsanteil des 4/3-Wegeventils 20, der in der Fahrtrichtungsbestimmung je nach Stellung des Wegeventils besteht, wobei letzteres magnetisch in seine einzelnen Positionen geschaltet wird. Ebenfalls in Abhängigkeit von der Fahrtrichtung folgt die Zuschaltung des 4/2-Wegeventils 35 für die Druckwerte, die dem Funktionsbildner aus dem Arbeitskreis zugeführt werden.
• Der in Baueinheit mit dem Funktionsbildner 31 erkennbare Schalter 36 gibt das Signal des Magnetventils 24.
• Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Darstellung einer Funktion nach Art einer Treppenkurve mit Hilfe hydraulischer Elemente. Sich dabei entsprechende technische Anordnungen sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
• Ein über die Leitung 32 aus dem Arbeitskreis zugeleiteter Druck wird bei der dargestellten Schaltung des 4/3-Hydraulikventils 37, welches ebenfalls magnetisch ansteuerbar ist, am Begrenzungsventil 38 anstehen und im Falle einer positiven Druckabweichung gegenüber jener, die eingestellt ist, in einer Regelabweichung über die Ausgangsleitung 34 an die Verstellpumpe 5 geführt.
• Die weiteren Stellungen des 4/3-Hydraulikventils 37 führen Druck der Leitung 32 jeweils zu den weiteren Begrenzungsventilen 39 oder 40, die auf andere Druckwerte eingestellt sind. Dabei wird man, sinnfälliger Weise, die eingestellten Druckstufen des Begrenzungsventils 38 und der weiteren Begrenzungsventile 39 und 40 fortlaufend, z. B. 250 bar, 150 bar und 100 bar, wählen.
• Es entsteht dabei an der Drossel 41 ein Steuerdruck, der über dem bis dahin anstehenden Speisedruck liegt.
• Wie bereits weiter oben ausgeführt, läßt sich die Darstellung wählbarer Funktion jedoch auch mit Hilfe an sich bekannter elektronischer Elemente bilden und weiter eine entsprechende Regelabweichung als elektronisches Ausgangssignal über hydraulische Stellglieder in eine Signalabgabe an die Verstellpumpe überführen.
• Bezeichnung der Bezugsziffern 1 Motor 2 Drehmomentenwandler 3 Wandlerstufen 4 Hauptantriebsräder 5 Verstellpumpe 6 Steuerpumpe 7 Radmotor 8 Radmotor 9 Rad 10 Rad 11 Kupplung 12 Kupplung 13 Radmotor/ Druckbegrenzungsventil 14 Radmotor/ Druckbegrenzungsventil 15 Auf-Stellelement 16 Ab-Stellelement 17 feste Drossel 18 Verstelldrossel 19 Druckbegrenzungsventil 20 4/3-Wegeventil 21 Überdruckventil 22 Einwegventil 23 Einwegventil 24 Magnetventil 25 Verhältnisbilder 26 Eingang 27 Eingang 28 Meßpunkt 29 Meßpunkt 30 Ausgangsgröße 31 Funktionsbildner 32 Leitung 33 Leitung 34 Ausgangsleitung 35 4/2-Wegeventil 36 Schalter 37 4/3-Hydraulikventil 38 Begrenzungsventil 39 weiteres Begrenzungsventil 40 weiteres Begrenzungsventil 41 Drossel Leerseite -

Claims (10)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum wählbar zusätzlichen hydraulischen Antrieb von Rädern an einem Fahrzeug zu von einem Motor über einen Drehmomentenwandler oder Getriebe gestellten Hauptantriebsrädern durch die automative Steuerung eines geschlossenen hydraulischen Arbeitskreises mit von einer Verstellpumpe gespeisten,Radmotoren und direkt vom Motor angetriebener Verstell- und einer Steuerpumpe, wobei-der Arbeitsflüssigkeitsstrom bzw. -druck vom schaltbaren Steuerpumpenstrom gesteuert ist, da -durch gekennzeichnet, daß in Überlagerung der Arbeitsflüssigkeitsstromsteuerung der Arbeitsflüssigkeitsdruck nach dem Verlauf einer in Abhängigkeit vom Verhältnis der Motor- (1) zur Wandlerstufen- (3) oder Getriebe-Ausgangsdrehzahl wählbar vorgegebenen Funktion geregelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wählbar vorgegebene Funktion einen Verlauf in mehreren Stufen nach Art einer Treppenkurve aufweist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wählbar vorgegebene Funktion einen linearen Verlauf aufweist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wählbar vorgegebene Funktion den Verlauf von Kegelschnitten aufweist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wählbar vorgegebene Funktion gleich ist der Wandler- oder Getriebeausgangsfunktion.
6. 6. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnisbilder (25) vorgesehen ist, an dessen Eingang (26, 27) für jede Wandlerstufe bzw. Schaltgang der Hauptantriebsräder (4) die Motor- (1) und die Wandlerstufen- (3) oder Getriebe-Ausgangsdrehzahlen bzw. abbildungsgleiche Größen geführt sind, und daß dessen Ausgangsgröße (30) dem Verhältnis der Eingangsgrößen zueinander entspricht und einem Funktionsbildner (31) zugeführt ist, der aus dem Verlauf einer wählbar vorgegebenen Funktion einen Funktionswert bildet, wobei desweiteren dem Funktionsbildner (31) als Rückmeldung eine Größe zugeführt ist, die dem Druck des Arbeitskreises entspricht und eine positive Abweichung des Druckes des Arbeitskreises in bezug auf den gebildeten Funktionswert, der Verstellpumpe (6) zur Verstellung ihres Steuerwinkels im Sinne einer geringeren Arbeitsflüssigkeitsmenge zugeführt ist.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsbildner (31) durch Hydraulikelemente dargestellt ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsbildner (31) mehrere in Abhängigkeit von der Ausgangsgröße (30) des Verhältnisbilders (25) geschaltete Begrenzungsventile (38, 39, 40) aufweist, deren jeweiliger Überdruckstrom der Verstellpumpe (5) zur Verstellung ihres Steuerwinkels im Sinne eines geringeren Arbeitsflüssigkeitsstromes und damit Verminderung ihres Arbeitsflüssigkeitsdruckes zugeführt ist.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsbildner durch elektronische Elemente dargestellt ist, und die Regelabweichung über hydraulische Stellglieder an die Verstellpumpe (5) geführt ist.
10. 10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radmotoren (7,8) parallel geschaltet sind.

    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum wählbar zusätzlichen hydraulischen Antrieb von Rädern an einem Fahrzeug zu von einem Motor über einen Drehmomentenwandler oder Getriebe gestellten Hauptantriebsrädern durch die automative Steuerung eines geschlossenen hydraulischen Arbeitskreises mit von einer Verstellpumpe gespeisten Radmotoren und direkt vom Motor angetriebener Verstell- und einer Steuerpumpe, wobei der Arbeitsflüssigkeitsstrom bzw.

    -druck vom schaltbaren Steuerpumpenstrom gesteuert ist.

    Zur Durchführung schwerer Erdbewegungsarbeiten werden Grader-Fahrzeuge eingesetzt. Dabei ist es wichtig, beim Lösen von festem Material, Arbeiten hangaufwärts, allgemein für alle Arbeiten auf wenig traktionsfähigem Untergrund, daß das gesamte Maschinengewicht als Traktionsgewicht ausgenutzt wird.

    Die Vorderachse eines derartigen Fahrzeuges, eines Graders, trägt etwa ein Drittel des Gesamtgewichtes.

    Wenn es nun gelingt, zusätzlich zu den hinteren Hauptantriebsrädern das Fahrzeug mit einem Allradantrieb auszustatten, d. h. die Vorderachse wählbar zusätzlich hinsichtlich des Antriebes zuschalten zu können, so ließe sich damit eine Steigerung der Vorschubkraft bis 50% erreichen. Aufgrund besonderer Bauformen, und dies trifft nicht nur aber insbesondere auf den Grader zu, ist bisher der zusätzliche Antrieb weiterer Räder häufig nicht verwirklicht worden. Für die letztgenannte Fahrzeugart mag dafür der konstruktiv hohe Aufwand mechanischer Antriebsarten, z. B. durch Gelenkwellen, verantwortlich sein. Sind doch auch die übrigen Arbeitsfunktionen, wie z. B. die Scharbeweglichkeit, voll aufrechtzuerhalten, und es ist desweiteren auf die ausreichende Bodenfreiheit der Vorderräder, eine Beibehaltung des Lenkeinschlages und dergleichen zu achten.

    Läßt sich eine technische Ausführung verwirklichen, die bei vertretbarem konstruktiven Aufwand ohne Einschränkung der bisherigen Funktionen des Graders einen zusätzlichen Antrieb der Vorderräder ermöglicht, so dürfte darin eine von den Verkehrskreisen begrüßte Ausführungsform zu erkennen sein.

    Ein Grundproblem besteht dann aber darin, die Fahrgeschwindigkeit der Hauptantriebsräder und die der wählbar zusätzlich zuschaltbaren Antriebsräder aufeinander abzustimmen.

    Bekannt ist bereits ein hydrostatischer Antrieb für zuschaltbare Zusatzantriebsräder selbstfahrender schwerer Arbeitsmaschinen mit Antrieb der Hauptantriebsräder durch ein Mehrgangschaltgetriebe mit je einer proportional zur Drehzahl der Fahrzeughauptantriebsmaschine angetriebenen Hydropumpe und Steuerpumpe, von denen die Hydropumpe den den Zusatzantriebsrädern zuführbaren Arbeits-Flüssigkeitsstrom bereitstellt, die als Konstantpumpe ausgebildete Steuerpumpe ihren Abgabestrom über eine Drosselstelle entspannt und vom Druck stromauf der Drosselstelle über.