Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für Kraftfahrzeuge,
insbesondere Personenkraftwagen, nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Derartige Antriebseinrichtungen sind neben permanenten Allradantrieben
als zuschaltbare Allradantriebe in einer Vielzahl von
Ausführungen bekannt (Preukschat, Fahrwerktechnik: Antriebsarten,
Vogel-Buchverlag, Würzburg, 1985, insbesondere Seiten 100-126;
DE-Zeitschrift Auto, Motor und Sport, Heft 8/1983 vom 20.4.1983,
Seiten 12-17 Artikel "Quattrophonie" und Seiten 22-25 Artikel
"Allrad im Alltag"; DE-Zeitschrift Auto, Motor und Sport, Heft
19/1985 vom 18.9.1985, Seiten 69-76 Artikel "Das große 4 X 4";
DE-OS 34 41 076). Vorteile des Allradbetriebs gegenüber dem Betrieb
bei Antrieb nur einer der Fahrzeugachsen sind bei Vergleichsbewertungen
hinsichtlich des Vortriebs bei glatter
Fahrbahn (d. h. Haftreibungsbeiwert μ≦ωτ0,3) gegeben. Diese läßt aus
Sicherheitsgründen (Bremsweg) allerdings nur verhältnismäßig
geringe Fahrgeschwindigkeiten (V≦ωτ 80 km/h) zu. Bei den
bekannten Antriebseinrichtungen ist jeweils eine mechanische
Antriebsübertragung zwischen dem Fahrzeugmotor und den Fahrzeugrädern
vorgesehen. Dies bedingt einen erheblichen Aufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung
der eingangs genannten Art, bei welcher der Einsatz des
Zusatzantriebs nur bei verhältnismäßig geringen Fahrgeschwindigkeiten
vorgesehen ist, zu schaffen, deren Nutzwert in dem für den
Allradantrieb vorteilhaften Einsatzbereich dem eines mechanischen
Allradantriebs vergleichbar ist und die einen verhältnismäßig
geringen Aufwand efordert.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1
angegeben. Die Erfindung ermöglicht, verhältnismäßig
schwache Motoren als Zusatzantriebsmotoren zu verwenden, da bei
glatter Fahrbahn, bei welcher der Zusatzantrieb eingesetzt werden
soll, nur eine relativ geringe Zugkraft bis in die Nähe der physikalischen
Haftgrenze an den Fahrzeugrädern der Zusatzantriebsachse
wirksam werden kann. Beispielsweise bewirkt eine Zugkraft in der
Größenordnung von jeweils 600 N bis 800 N an den beiden Fahrzeugrädern
der Zusatzantriebsachse eines Personenkraftwagens mit
einem Gewicht von etwa 1450 kg, der an der Antriebsachse im 1.
Gang eine Zugkraft von insgesamt 10700 N entwickeln kann, von
der bei glatter Fahrbahn allerdings nur ein geringer Teil wirksam
werden kann, eine ganz erhebliche Verbesserung der Traktion.
Durch sie wird zudem erreicht, daß der Zusatzantrieb verhältnismäßig
leicht sein kann, was sich u. a. günstig auf den Kraftstoffverbrauch
des Kraftfahrzeugs auswirkt. Der Kraftstoffverbrauch ist
auch deshalb niedrig, weil der Zusatzantrieb häufig, beispielsweise
während 95% der Einsatzzeit des Kraftfahrzeugs, abgeschaltet ist.
Für die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung sind verhältnismäßig
geringe Änderungen des Kraftfahrzeugs gegenüber einem Kraftfahrzeug
mit Antrieb nur einer der Fahrzeugachsen erforderlich, so daß
sowohl Fahrzeuge mit Antrieb nur einer der Fahrzeugachsen als
auch solche mit Allradantrieb weitgehend gleiche Teile aufweisen
können, was für Serienfertigung wahlweise des einen oder anderen
Typs günstig ist. Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung ist
preisgünstiger als eine Antriebseinrichtung mit mechanischem
Zusatzantrieb, weil die Kosten für die Komponenten des nicht
mechanischen Zusatzantriebs niedriger als die der Komponenten für
einen mechanischen Zusatzantrieb sind. Die erfindungsgemäße
Antriebseinrichtung ermöglicht, die Antriebskraft an den Fahrzeugrädern
mit Zusatzantrieb stufenlos einzustellen und außerdem fein
zu dosieren. Der Zusatzantrieb hat nur einen geringen Einfluß auf
das Lenkverhalten, weil er bei hohen Fahrgeschwindigkeiten abgeschaltet
ist und bei zugeschaltetem Zusatzantrieb bei niedrigen
Fahrgeschwindigkeiten nur vehältnismäßig geringe Zugkräfte an
den Fahrzeugrädern der Zusatzantriebsachse wirken. Bei Ausbildung
des Zusatzantriebs als hydrostatischer Antrieb ist besonders
vorteilhaft, daß bei abgeschaltetem Zusatzantrieb die Einrichtung
druckentlastet ist, was für die Fahrsicherheit günstig ist. Die
Antriebseinrichtung nach der Erfindung ermöglicht darüber hinaus
in einfacher Weise den Einsatz einer elektronischen Regelung für
den Zusatzantrieb. Sie ist sowohl bei Kraftfahrzeugen mit
Handschalt- als auch bei solchen mit Automatikgetriebe einsetzbar.
Außerdem ermöglicht sie ohne wesentlichen Mehraufwand in einfacher
Weise einen Kriechgang.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
schematisch dargestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 einen hydrostatischen Zusatzantrieb für die Vorderräder
eines Personenkraftwagens mit Standardantrieb, also
vorn angeordnetem Fahrzeugmotor und mechanischem
Hinterradantrieb,
Fig. 2 einen Schaltplan für den hydrostatischen Zusatzantrieb
nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Signalflußplan für den hydrostatischen
Zusatzantrieb nach Fig. 1 und
Fig. 4 eine Wahrheitstabelle für den hydrostatischen
Zusatzantrieb nach Fig. 1.
Die Kurbelwelle 1 des nicht weiter dargestellten Fahrzeugmotors,
der als Brennkraftmaschine ausgebildet ist, trägt an ihrem vorderen
Ende eine Keilriemenscheibe 2. Am hinteren Ende des Fahrzeugmotors
ist ein Gangwechselgetriebe 3 befestigt. An dessen
Getriebedeckel 4 an der Getriebeabtriebsseite ist eine Hydropumpe
5 angeflanscht, durch welche die Getriebeausgangswelle 6
hindurchgeführt ist. Diese ist mit den Fahrzeug-Hinterrädern in nicht
dargestellter bekannter Weise mechanisch antriebsverbunden. Zwischen
der Getriebeausgangswelle 6 und der Hydropumpe 5 ist eine
Schaltkupplung 7 vorgesehen.
Neben der als Hauptpumpe dienenden Hydropumpe 5 ist eine als
Schrägachsenkonstantpumpe ausgebildete Hilfshydropumpe 8 vorgesehen,
die über eine als Elektromagnetkupplung ausgebildete
Schaltkupplung 9, eine Keilriemenscheibe 10 und einen Keilriemen
11 von der Keilriemenscheibe 2 und damit von der Kurbelwelle 1
des Fahrzeugmotors antreibbar ist.
Die beiden lenkbaren Fahrzeug-Vorderräder 12, 13 bergen in ihren
Naben 14, 15 jeweils einen auf dem zugeordneten Achsschenkel
angeordneten, als Radnabenmotor ausgebildeten Hydromotor 16, 17.
Die beiden Hydromotoren 16, 17 sind als Axialkolbenkonstantmotoren
ausgebildet und durch Umkehr der Durchflußrichtung reversierbar.
Zwischen den Hydromotoren 16, 17 und den Naben 14, 15 ist jeweils
eine Schaltkupplung 18, 19 angeordnet.
Zur Steuerung sind sowohl elektronische als auch
Hydraulikelemente
vorgesehen.
Ein elektronisches Steuergerät 20 ist an Sensoren angeschlossen,
welche dem Steuergerät 20 Eingangssignale liefern. Dabei werden
folgende Größen erfaßt:
- Allradtastenstellung A
- Ganghebelneutralstellung N
- Stellung Rückwärtsgang R
- Fahrzeuggeschwindigkeit V
- Stellung Gaspedal X
- Kriechgangtastenstellung K
Zur Weiterleitung der Ausgangssignale des elektronischen Steuergeräts
20 sind an dieses Elektroleitungen 21-28 angeschlossen.
Die Elektroleitung 21 führt zu der als Elektromagnetkupplung
ausgebildeten Schaltkupplung 9, über welche die Hilfshydropumpe
8 antreibbar ist. Die Elektroleitungen 22, 23 führen zu einer
Verkettungssäule 29, die Bestandteil der hydraulischen Steuerelemente
ist. Die Elektroleitungen 24-28 führen zu einem
Ventilblock 30, der ebenfalls Teil der hydraulischen Steuerelemente
ist.
In dem Ventilblock 30 sind folgende Ventile zusammengefaßt:
- - ein als 2/2 Wegeventil ausgebildetes elektrisch betätigbares
Fahrtrichtungsventil 31 für Vorwärtsfahrt,
- - ein ebenfalls als 2/2 Wegeventil ausgebildetes elektrisch
betätigbares Fahrtrichtungsventil 32 für Rückwärtsfahrt,
- - zwei Nachsaugventile 33, 34,
- - zwei elektrisch betätigbare Proportional-Druckbegrenzungsventile
35, 36,
- - ein Ablaufventil 37, das ebenso wie die beiden
Fahrtrichtungsventile 31, 32 als elektrisch betätigbares 2/2
Wegeventil ausgebildet ist,
- - ein Vorspannventil 38,
- - ein Zulaufventil 39.
Die Hydropumpe 5 ist durch eine Hydraulikleitung 40 für
Vortwärtsfahrt und eine Hydraulikleitung 41 für Rückwärtsfahrt in
Parallelschaltungsanordnung mit den beiden Hydromotoren 16, 17 verbunden.
In einer ersten Hydraulik-Verbindungsleitung 42, die zwischen der
Hydropumpe 5 und den Hydromotoren 16, 17 an die beiden
Hydraulikleitungen 40, 41 angeschlossen ist, sind in Reihenschaltung die
beiden Fahrtrichtungsventile 31, 32 angeordnet. Parallel zu diesen
sind in einer zweiten Hydraulik-Verbindungsleitung 43, die zwischen
der ersten Hydraulik-Verbindungsleitung 42 und den beiden Hydromotoren
16, 17 an die Hydraulikleitungen 40, 41 angeschlossen ist,
die beiden Nachsaugventile 33, 34 in Serie derart angeordnet, daß
sie von dem zwischen ihnen befindlichen Leitungsabschnitt aus in
Richtung auf die Hydraulikleitung 40 bzw. Hydraulikleitung 41 zu
durchströmbar sind. Parallel zu den beiden Nachsaugventilen 33,
34 sind in einer dritten Hydraulik-Verbindungsleitung 44, die zwischen
der zweiten Hydraulik-Verbindungsleitung 43 und den beiden
Hydromotoren 16, 17 an die Hydraulikleitungen 40, 41 angeschlossen
ist, die beiden Druckbegrenzungsventile 35, 36 in Serie derart
angeordnet, daß sie von den Hydraulikleitungen 40 bzw. 41 aus
auf den zwischen ihnen befindlichen Leitungsabschnitt zu durchströmbar
sind. Die zweite Hydraulik-Verbindungsleitung 43 ist
zwischen den beiden Nachsaugventilen 33, 34 ebenso wie die dritte
Hydraulik-Verbindungsleitung 44 zwischen den beiden
Druckbegrenzungsventilen 35, 36 mit einer Zulaufleitung 45 verbunden,
die in einen Behälter 46 für Hydraulikflüssigkeit mündet und
zwischen dem Behälter 46 und den Stellen, an denen sie mit den
Hydraulik-Verbindungsleitungen 43, 44 verbunden ist, das Zulaufventil
39 enthält. Zwischen dem Anschluß der dritten Hydraulik-
Verbindungsleitung 44 mit der Hydraulikleitung 41 für Rückwärtsfahrt
und den beiden Hydromotoren 16, 17 ist die Hydraulikleitung
41 mit einer Ablaufleitung 47 verbunden, in der das Ablaufventil
37 und eine diesem vorgeschaltete Drosselstelle 48 angeordnet sind.
Die Ablaufleitung 47 führt zu dem Behälter 46 und enthält einen
diesem vorgeschalteten Rücklauffilter 49. Zwischen dem Zulaufventil
39 und dem Anschluß der Zulaufleitung 45 an die dritte Hydraulik-
Verbindungsleitung 44 ist an die Zulaufleitung 45 eine
Hydraulikleitung 50 angeschlossen, die das Vorspannventil 38 derart enthält,
daß es von der Zulaufleitung 45 aus durchströmbar ist, und zwischen
dem Ablaufventil 37 und dem Rücklauffilter 49 mit der Ablaufleitung
47 verbunden ist. Mit dieser sind ferner die beiden
Druckbegrenzungsventile 35, 36 verbunden, und zwar durch eine
Hydraulikleitung 51, die ebenfalls zwischen dem Ablaufventil 37 und dem
Rücklauffilter 49 an die Ablaufleitung 47 angeschlossen ist.
Eine Hilfszulaufleitung 52, in der ein Saugfilter 53 enthalten ist,
führt von dem Behälter 46 zu der Hilfshydropumpe 8. An deren Ausgang
ist eine Hydraulikleitung 54 angeschlossen, die sowohl zu
der Verkettungssäule 29 führt als auch mit der ersten Hydraulik-
Verbindungsleitung 42 zwischen den beiden Fahrtrichtungsventilen
31, 32 verbunden ist.
In der Verkettungssäule sind folgende Ventile zusammengefaßt:
- ein Druckreduzierventil 55,
- ein Rückschlagventil 56,
- ein als 4/3 Wegeventil ausgebildetes elektrisch betätigbares
Kupplungsventil 57.
An die Hydraulikleitung 54 ist das Druckreduzierventil 55
angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Rückschlagventil 56 derart
verbunden ist, daß das Rückschlagventil 56 von dem Druckreduzierventil
55 aus durchströmbar ist. Mit dem Ausgang des Rückschlagventils
56 ist der Eingang des Kupplungsventils 57 verbunden. An
dieses sind zwei Hydraulikleitungen 58, 59 angeschlossen, die zu
einem Schaltzylinder 60 führen, dessen Stellglied 61, das beidseitig
beaufschlagbar ist, mit der Schaltkupplung 7 trieblich verbunden
ist. Durch eine Rücklaufleitung 62, an die auch das Druckreduzierventil
55 angeschlossen ist, ist das Kupplungsventil 57 mit der
Ablaufleitung 47 zwischen dem Ablaufventil 37 und dem Rücklauffilter
49 verbunden. Eine Leckageleitung 63 verbindet sowohl die
Hydropumpe 5 als auch die beiden
Hydromotoren 16, 17 mit der Ablaufleitung 47 zwischen dem
Ablaufventil 37 und dem Rücklauffilter 49.
Bei Normalfahrt, bei der die Fahrzeug-Hinterräder in bekannter
Weise von dem laufenden Fahrzeugmotor aus mechanisch angetrieben
werden, ein Antrieb der Fahrzeug-Vorderräder aber nicht erfolgt,
befinden sich das elektronische Steuergerät 20 in Ruhestellung, die
ansteuerbaren Ventile 31, 32, 35, 36, 37 und 57 in Nullstellung
und die Kupplungen 7, 9, 18 und 19 in ausgekuppeltem Zustand
(Zustand Nr.1 nach Fig. 4), und zwar sowohl bei Vorwärts- als
auch bei Rückwärtsfahrt.
Zur Aktivierung des Zusatzantriebs können dem elektronischen
Steuergerät 20 zwei unterschiedliche Eingangssignale zugeleitet
werden. Das erste dieser beiden Eingangssignale wird durch Betätigen
einer Allradtaste, das zweite dieser beiden Eingangssignale
wird durch Betätigen einer Kriechgangtaste ausgelöst. Der Schaltzustand
der beiden Tasten kann am Armaturenbrett durch
Kontrolleuchten angezeigt werden.
Nach Auslösen des Eingangssignals für Allradantrieb durch Verlagerung
der Allradtaste aus der Ruhestellung in die Betriebsstellung
(Allrad-Kontrolleuchte eingeschaltet) prüft das elektronische Steuergerät
20, ob die momentane Fahrgeschwindigkeit V unter einem
Grenzwert V Amax liegt, oberhalb dessen der Zusatzantrieb
ausgeschlossen ist und der beispielsweise 60 km/h betragen kann und
bei dem Ausführungsbeispiel 55 km/h beträgt. Dieser Fahrgeschwindigkeit
entspricht bei einem Raddurchmesser von etwa 0,6 m eine
Rad- und damit Hydromotorendrehzahl von etwa 500 min-1. Übersteigt
die momentane Fahrgeschwindigkeit V den Grenzwert V Amax′ wird
der Zusatzantrieb nicht aktiviert, die Prüfung durch das elektronische
Steuergerät 20 aber ständig wiederholt. Liegt die momentane
Fahrgeschwindigkeit V unterhalb des Grenzwertes V Amax′ prüft
das elektronische Steuergerät 20, ob die momentane Fahrgeschwindigkeit
V unterhalb eines weiteren Grenzwertes V bmax für die
Fahrgeschwindigkeit bei starker Fahrzeugbeschleunigung liegt und ob die
Gaspedalauslenkung unterhalb eines einstellbares Grenzwertes x 0
liegt. Der weitere Grenzwert V bmax wird von dem Steuergeräte20 abhängig von der momentanen Beschleunigung (z. B. b≦λτ3 m/s2)
zweckmäßigerweise zwischen 30 km/h und 55 km/h eingestellt. Der Grenzwert x 0 ist
vorzugsweise zwischen 10° und 88° Gaspedalschwenkwinkel einstellbar.
Ist das Ergebnis dieser Prüfung negativ, wird der Zusatzantrieb
nicht zugeschaltet, das elektronische Steuergerät 20 setzt aber die
Prüfungen laufend fort. Ist das Prüfungsergebnis positiv, wird
über die Elektroleitung 21 die Schaltkupplung 9 in den gekuppelten
Zustand gesteuert und das Kupplungsventil 57 derart eingestellt
(Stellung A), daß die Hydraulikleitung 54 mit der Hydraulikleitung
59 verbunden ist (Zustand Nr.4 nach Fig. 4). Durch diese Steuerung
wird der Allradbetrieb vorbereitet. Die von dem Fahrzeugmotor
über die Schaltkupplung 9 angetriebene Hilfshydropumpe 8 beaufschlagt
dabei über die Hydraulikleitungen 54, 59 das Stellglied 61
des Schaltzylinders 60 derart, daß die Schaltkupplung 7 die Hydropumpe
5 mit der Getriebeausgangswelle 6 verbindet. Gleichzeitig
wird in der ersten Hydraulik-Verbindungsleitung 42 zwischen den
beiden Fahrtrichtungsventilen 31, 32 Druck aufgebaut.
Die Hydropumpe 5 beaufschlagt je nach Fahrtrichtung entweder
über die Hydraulikleitung 40 für Vorwärtsfahrt oder über die
Hydraulikleitung 41 für Rückwärtsfahrt die beiden Hydromotoren
16, 17, die aus dem Stillstand, in dem sie sich bei Normalfahrtzustand
befinden, lastlos bis zu der Drehzahl der beiden Fahrzeug-
Vorderräder 12, 13 hochlaufen können. Die Hydraulikleitungen 40,
41 bilden dabei gemeinsam mit der Hydropumpe 5 und den beiden
Hydromotoren 16, 17 einen geschlossenen Hydraulikkreis. Die
Hydropumpe 5 und die beiden Hydromotoren 16, 17 sind derart
ausgelegt, daß die Liefermenge der Hydropumpe 5, deren Drehzahl
den Drehzahlen der beiden Fahrzeug-Vorderräder 12, 13 bei schlupflosem
Betrieb zumindest etwa proportional ist, nur geringfügig
größer als das gemeinsame Schluckvolumen der beiden Hydromotoren
16, 17 ist. Beispielsweise kann das Schluckvolumen eines Hydromotors
16, 17 62 cm3/U betragen. Bei einem Hinterachs-Übersetzungsverhältnis
i HA = 3,25 ergibt sich damit bei einer Überschußmenge
von etwa 15% eine Liefermenge der Hydropumpe 5 von etwa 44 cm3/U.
Die von der Hydrompumpe 5 benötigte Hydraulikflüssigkeit
fließt dem geschlossenen Hyraulikkreis über die Zulaufleitung 45
und die zweite Hydraulik-Verbindungsleitung 43, welche die beiden
Nachsaugventile 33, 34 enthält, zu.
Nach dem Hochlaufen der beiden Hydromotoren 16, 17 baut sich bei
einem den Drehbewegungen der beiden Hydromotoren 16, 17 entgegenstehenden
Widerstand auf der Hochdruckseite des geschlossenen
Hydraulikkreises ein Druck auf, dessen Höhe von der Einstellung
der Druckbegrenzungsventile 35, 36 bestimmt wird. Die Einstellung
der Druckbegrenzungsventile 35, 36 ist in Abhängigkeit von der
Gaspedalstellung zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert
stufenlos veränderbar. Bei entlastetem und damit in Ruhestellung
befindlichem Gaspedal sprechen die Druckbegrenzungsventile 35, 36
an, sobald der untere Grenzwert, der bei dem Ausführungsbeispiel
15 bar beträgt, erreicht ist (Betriebs-Grundstellung). Dieser
Druck reicht aus, um die durch die Hydraulikflüssigkeit betätigbaren
Schaltkupplungen 18, 19 der Hydromotoren 16, 17 in den
gekuppelten Zustand zu schalten, so daß der Kraftfluß zwischen
der Hydropumpe 5 und den Fahrzeug-Vorderrädern 12, 13 hergestellt
ist. Bei Verlagerung des Gaspedals aus der Ruhestellung
heraus steigt der Ansprechdruck der Druckbegrenzungsventile 35,
36 entsprechend an, und zwar bei ausreichender Verlagerung des
Gaspedals bis zu dem oberen Grenzwert, der bei dem Ausführungsbeispiel
250 bar beträgt. Mit diesem Druck kann ein Motordrehmoment
von etwa 235 Nm und dementsprechend bei einem Raddurchmesser
von etwa 0,6 m eine am Radumfang wirkende Zugkraft von
etwa 780 N erreicht werden.
Nach Ablauf einer Verzögerungszeit, die mit der Vorbereitung des
Allradbetriebs (Zustand Nr.4 nach Fig. 4) beginnt und einstellbar
ist, und zwar vorteilhaft auf einen Wert bis zu etwa 4 Sekunden,
vorzugsweise 1 bis 3 Sekunden, während welcher die Hydromotoren
16, 17 hochlaufen können, prüft das elektronische Steuergerät 20,
ob ein Vorwärtsgang oder der Rückwärtsgang eingelegt ist und
schaltet je nach dem Ergebnis dieser Prüfung entweder über das
Fahrtrichtungsventil 31 für Vorwärtsfahrt oder über das
Fahrtrichtungsventil 32 für Rückwärtsfahrt den Hydraulikflüssigkeitsstrom
der Hilfshydropumpe 8 der jeweiligen Hochdruckseite des geschlossenen
Hydraulikkreises zu. Dadurch werden die Hydromotoren 16,
17 zusätzlich beaufschlagt. Außerdem dient die von der Hilfshydropumpe
8 in den Hydraulikkreis gelieferte Hydraulikflüssigkeit dem
Ausgleichen der Leckölmenge und ferner dem Bereitstellen einer
zusätzlichen Überschußmenge für Kurvenfahrt. Die Hilfshydropumpe
8 ist derart ausgelegt, daß sie den gleichen Maximaldruck wie die
Hydropumpe 5 liefern kann, bei dem Ausführungsbeispiel also 250 bar.
Die Liefermenge der Hilfshydropumpe 8 kann etwa 5 cm3/U
betragen. Die Drehzahl der Hilfshydropumpe 8 ist derjenigen der
Hydropumpe 5 im Verhältnis des jeweils eingelegten Vorwärts- oder
Rückwärtsgangs proportional und wird daher in der Regel höher
als die Drehzahl der Hydropumpe 5 sein.
Ist ein Vorwärtsgang eingelegt, ergibt sich, daß nach Ablauf der
Verzögerungszeit der Allradantrieb vorwärts eingeschaltet ist
(Zustand Nr.5 nach Fig. 4). Dabei ist das Fahrtrichtungsventil 31
für Vorwärtsfahrt in die Betriebsstellung gesteuert. Das Fahrtrichtungsventil
32 für Rückwärtsfahrt befindet sich in Ruhestellung.
Während dieses Betriebszustands prüft das elektronische Steuergerät
20 laufend, ob die Allradtaste sich weiterhin in der Betriebsstellung
befindet und demgemäß Allradbetrieb gewünscht ist. Bei
positivem Prüfungsergebnis wird weiter laufend geprüft, ob weiterhin
ein Vorwärts- oder der Rückwärtsgang eingelegt ist. Ist
weiterhin ein Vorwärtsgang eingelegt, wird weiterhin laufend
geprüft, ob die momentane Fahrgeschwindigkeit V unterhalb des
Grenzwertes V Amax liegt, oberhalb dessen der Zusatzantrieb
ausgeschlossen ist, und bei positivem Ergebnis dieser Prüfung
ferner, ob die momentane Fahrgeschwindigkeit V unterhalb des
weiteren Grenzwertes V bmax für die Fahrgeschwindigkeit bei
starker Fahrzeugbeschleunigung liegt und ob die Gaspedalauslenkung
unterhalb des einstellbaren Grenzwertes x 0 liegt. Ergibt
die Prüfung, daß die Grenzwerte nicht überschritten sind, wird
der Allradbetrieb fortgesetzt. Ergibt die Prüfung jedoch, daß die
Grenzwerte überschritten sind, wird der Zusatzantrieb abgeschaltet,
bleibt aber in Bereitschaft (Zustand Nr.7 bzw. Nr.8 nach
Fig. 4). Das Abschalten des Zusatzantriebs wird dadurch erreicht,
daß neben dem Fahrtrichtungsventil 31 für Vorwärtsfahrt auch das
Fahrtrichtungsventil 32 für Rückwärtsfahrt und außerdem das
Ablaufventil 37 in die Betriebsstellung gesteuert werden. Dadurch
wird ein Kurzschluß in dem geschlossenen Hydraulikkreis und eine
Entlastung zu dem Behälter 46 für die Hydraulikflüssigkeit hin
erreicht. Gleichzeitig wird die Schaltkupplung 9 der Hilfshydropumpe
8 geöffnet, so daß die Hilfshydropumpe 8 abgeschaltet und
damit die Beaufschlagung des Stellglieds 61 in dem Schaltzylinder
60 beendet wird. Außerdem werden das Kupplungsventil 57 und die
beiden Druckbegrenzungsventile 35, 36 in die Ruhestellung gesteuert.
Sobald der Hydraulikkreis drucklos ist, werden die Schaltkupplung
7 der Hydropumpe 5 und die Schaltkupplungen 18, 19 der
Hydromotoren 16, 17 durch Federkraft ausgerückt.
Bei Erreichen der Abschaltgrenze kann der Fahrer z. B. akustisch
gewarnt werden. Bei abgeschaltetem, aber in Bereitschaft befindlichem
Zusatzantrieb kann dieser Betriebszustand dem Fahrer
angezeigt werden, beispielsweise dadurch, daß die Allrad-
Kontrolleuchte blinkt.
Während der Bereitschaftsstellung prüft das elektronische Steuergerät
laufend, ob weiterhin die Allradtaste in die Betriebsstellung
geschaltet ist. Bei positivem Ergebnis dieser Prüfung wird ferner
geprüft, ob die momentane Fahrgeschwindigkeit V unter einen
Grenzwert gesunken ist, der wegen der Einschalthysterese etwa
10% unter dem Grenzwert V Amax liegt, oberhalb dessen der
Zusatzantrieb ausgeschlossen ist, und bei dem Ausführungsbeispiel 50
50 km/h beträgt. Sobald dieser Grenzwert unterschritten wird, wird
der Zusatzantrieb selbsttätig wieder zugeschaltet.
Ergibt nach dem Vorbereiten des Allradbetriebs (Zustand Nr.4
nach Fig. 4) die Prüfung, daß der Rückwärtsgang eingelegt ist,
wird der Allradbetrieb rückwärts in einer dem Allradbetrieb
vorwärts entsprechenden Weise herbeigeführt (Zustand Nr.6 nach
Fig. 4). Bei dem Allradbetrieb rückwärts ist jedoch die Hilfshydropumpe
8 über das Fahrtrichtungsventil 32 für Rückwärtsfahrt
der Hochdruckseite des geschlossenen Hydraulikkreises zugeschaltet,
während das Fahrtrichtungsventil 31 für Vorwärtsfahrt sich in
Ruhestellung befindet.
Aus der Betriebsphase, in welcher der Allradbetrieb vorbereitet ist
(Zustand Nr.4 nach Fig. 4), erfolgt die Zuschaltung des Zusatzantriebs
bei Rückwärtsfahrt (Zustand Nr.6 nach Fig. 4) ebenso wie
bei Vorwärtsfahrt (Zustand Nr.5 nach Fig. 4) erst nach Ablauf
einer Verzögerungszeit, in welcher die Hydromotoren 16, 17 lastlos
hochlaufen können. Wird jedoch während des Allradbetriebs vorwärts
der Rückwärtsgang eingelegt, wird ohne Verzögerung umgesteuert.
Während des Allradbetriebs rückwärts prüft das elektronische
Steuergerät 20 laufend, ob sich die Allradtaste weiterhin in
Betriebsstellung befindet. Ist das Ergebnis dieser Prüfung positiv,
wird fener geprüft, ob der Rückwärtsgang weiterhin eingelegt
ist. Ist das der Fall, bleibt der Allradbetrieb rückwärts erhalten.
Sobald jedoch der Rückwärtsgang nicht mehr eingelegt ist, werden
die Fahrtrichtungsventile 31, 32, die Druckbegrenzungsventile 35,
36 und das Ablaufventil 37 in die Ruhestellung gesteuert, so daß
der Allradbetrieb vorbereitet ist (Zustand Nr.4 nach Fig. 4).
Ergibt sowohl bei Vorwärts- als auch bei Rückwärtsfahrt die
laufende Prüfung, daß die Allradtaste aus der Betriebsstellung in
die Ruhestellung zurückgestellt worden ist, was das Erlöschen der
Allrad-Kontrolleuchte zur Folge hat, erhalten zunächst die
Fahrtrichtungsventile 31, 32 und das Ablaufventil 37 die
Betriebsstellung, die Druckbegrenzungsventile 35, 36 und das Kupplungsventil
57 hingegen die Ruhestellung. Ferner wird die Schaltkupplung 9
der Hilfshydropumpe 8 ausgerückt. Dies bewirkt eine Abschaltung
des Zusatzantriebs (Zustand Nr.9 nach Fig. 4). Danach wird nach
Ablauf einer Abschaltverzögerungszeit, die bis zu etwa 20 Sekunden
betragen kann und einstellbar ist, auch bei den Fahrtrichtungsventilen
31, 32 und dem Ablaufventil 37 die Ruhestellung
herbeigeführt. Damit ist der Normalfahrtzustand wieder hergestellt
(Zustand Nr.10 nach Fig. 4).
Bei dem Kriechgang ist kein Allradbetrieb, sondern nur ein Antrieb
der Fahrzeug-Vorderräder 12, 13 vorgesehen. Der Kriechgangbetrieb
soll nur bei geringen Fahrgeschwindigkeiten bis zu einem Grenzwert
V Kmax durchgeführt werden, der einstellbar ist und etwa
zwischen 6 km/h und 12 km/h betragen kann. Er dient im wesentlichen
dem Anfahren.
Nach Auslösen des Eingangssignals für Kriechgangbetrieb durch
Verlagerung der Kriechgangstaste aus der Ruhestellung in die
Betriebsstellung (Kriechgang-Kontrolleuchte eingeschaltet) prüft
das elektronische Steuergerät 20, ob die momentane Fahrgeschwindigkeit
V unterhalb des Grenzwertes V Kmax für den Kriechgangbetrieb
(Kriechgang-Höchstgeschwindigkeit) liegt und ob sich der
Ganghebel in Nullstellung befindet. Bei positivem Ergebnis dieser
Prüfung wird die Schaltkupplung 9 der Hilfshydropumpe 8 in den
gekuppelten Zustand gesteuert und das Kupplungsventil 57 derart
eingestellt (Stellung K), daß die Hydraulikleitung 54 mit der
Hydraulikleitung 58 verbunden ist (Zustand Nr.2 nach Fig. 4).
Durch diese Steuerung wird der Kriechgangbetrieb vorbereitet. Die
von dem Fahrzeugmotor über die Schaltkupplung 9 angetriebene
Hilfshydropumpe 8 beaufschlagt dabei über die Hydraulikleitungen
54, 58 das Stellglied 61 des Schaltzylinders 60 derart, daß die
Schaltkupplung 7 die Eingangswelle der Hydropumpe 5 mit dem
Pumpengehäuse verbindet, so daß die Hydropumpe 5 blockiert ist
und damit als Sperrventil für den geschlossenen Hydraulikkreis
wirkt. Gleichzeitig wird in der ersten Hydraulik-Verbindungsleitung
42 zwischen den beiden Fahrtrichtungsventilen 31, 32
Druck aufgebaut.
Nach einer kurzen Verzögerungszeit, die einstellbar ist und vorteilhaft
höchstens 3 Sekunden beträgt, während welcher sich der
Vorbereitungs-Betriebszustand für den Kriechgangbetrieb einstellen
kann, wird für den nur für Vorwärtsfahrt vorgesehenen Kriechgangbetrieb
das Fahrtrichtungsventil 31 für Vorwärtsfahrt in die
Betriebsstellung gesteuert, also geöffnet. Damit werden die beiden
Hydromotoren 16, 17 über die Hydraulikleitung 40 für Vorwärtsfahrt
beaufschlagt. Der Druck auf der Hochdruckseite der beiden Hydromotoren
16, 17 wird von dem Druckbegrenzungsventil 35 wiederum
in Abhängigkeit von der Gaspedalstellung zwischen dem der Betriebs-
Grundstellung entsprechenden unteren Grenzwert von 15 bar
und dem oberen Grenzwert von 250 bar variiert. Das Druckbegrenzungsventil
36 auf der Niederdruckseite befindet sich dabei in der
Betriebs-Grundstellung, in welcher es auf einen Wert von 15 bar
eingestellt ist (Zustand Nr.3 nach Fig. 4).
Während des Kriechgangbetriebs prüft das elektronische Steuergerät
20 laufend, ob die Kriechgangtaste sich weiterhin in der Betriebsstellung
befindet, die Fahrgeschwindigkeit V den vorgegebenen
Grenzwert V Kmax nicht übersteigt und der Ganghebel sich weiterhin
in Neutralstellung befindet. Ist eines dieser drei Kriterien nicht
mehr gegeben, werden sowohl das Fahrtrichtungsventil 32 für
Rückwärtsfahrt als auch das Ablaufventil 37 in die Betriebsstellung
gesteuert, so daß die beiden Hydromotoren 16, 17 nicht weiter
beaufschlagt werden. Gleichzeitig wird die Schaltkupplung 9 in den
entkuppelten Zustand geschaltet und damit die Hilfshydropumpe 8
stillgesetzt. Außerdem werden das Kupplungsventil 57 und die
beiden Druckbegrenzungsventile 35, 36 in die Ruhestellung gesteuert
(Zustand Nr.9 nach Fig. 4). Nach Ablauf der Abschaltverzögerungszeit
werden die Fahrtrichtungsventile 31, 32 und das Ablaufventil
37 wieder in die Ruhestellung zurückgeschaltet. Damit ist
der Normalfahrtzustand wieder eingestellt (Zustand Nr.10 nach
Fig. 4). Sobald die Kriechgangtaste aus der Betriebsstellung in die
Ruhestellung zurückgestellt wird, erlischt die Kriechgang-Kontrolleuchte.
Für den Kriechgangbetrieb ist nur ein geringer Mehraufwand
gegenüber dem für den Allradbetrieb benötigten Aufwand erforderlich.
Neben dem Zusatzaufwand für die Steuerung besteht der
bauliche Mehraufwand im wesentlichen aus der Ausgestaltung der
Schaltkupplung 7 als Blockierkupplung, welche die Antriebswelle
der Hydropumpe 5 mit dem Gehäuse der Hydropumpe 5 verblocken
kann, der Ausbildung des Schaltzylinders 60 für eine doppelseitige
statt einer einseitigen Beaufschlagung des Stellglieds 61 und einer
Ausgestaltung des Kupplungsventils 57 zur Steuerung der wechselweisen
Beaufschlagung des Stellglieds 61.
In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel kann unter Verzicht
auf den Kriechgangbetrieb von dem für diesen erforderlichen
Mehraufwand abgesehen werden, ohne daß der erfindungsgemäße
Allradantrieb beeinträchtigt wird. Es ist aber auch möglich,
den Kriechgang nicht nur für Vorwärtsfahrt, sondern auch für
Rückwärtsfahrt vorzusehen. Statt gesonderter Kontrolleuchten
für den Allradbetrieb und den Kriechgangbetrieb kann eine
gemeinsame Kontrolleuchte vorgesehen werden.
Statt bei einem Fahrzeug mit Hinterachsachtrieb, wie es bei dem
Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, kann die erfindungsgemäße
Antriebseinrichtung auch bei einem Fahrzeug mit mechanischem
Vorderachsantrieb eingesetzt werden, bei dem der Zusatzantrieb
auf die sonst antriebslosen Hinterräder wirken kann.
Ferner kann in Abweichung von dem Ausführungsbeispiel vorgesehen
sein, daß der Zusatzantrieb sowohl bei Allradbetrieb als auch bei
Kriechgangbetrieb ohne Verzögerungszeit eingeschaltet wird.
Hierbei wird der geschlossene Hydraulikkreis, der die Hydropumpe
und die beiden Hydromotoren enthält, bei entsprechender Schaltung
der beiden Fahrtrichtungsventile durch die von der
Hilfshydropumpe gelieferte Hydraulikflüssigkeit vorgespannt.
Anders als bei dem Ausführungsbeispiel können die Hydromotoren
ohne Zwischenschaltung von Schaltkupplungen ständig mit den
Naben der Fahrzeugräder der Zusatzantriebsachse verbunden sein.
Bei einer derartigen Ausführungsform laufen die Hydromotoren
auch in druckentlastetem Zustand mit den Fahrzeugrädern ständig
um.
Statt des bei dem Ausführungsbeispiel vorgesehenen hydrostatischen
Zusatzantriebs kann ein Elektro-Zusatzantrieb vorgesehen
sein.
- Bezugszeichenliste
1 Kurbelwelle
2 Keilriemenscheibe
3 Gangwechselgetriebe
4 Getriebedeckel
5 Hydropumpe
6 Getriebeausgangswelle
7 Schaltkupplung
8 Hilfshydropumpe
9 Schaltkupplung
10 Keilriemenscheibe
11 Keilriemen
12 Fahrzeug-Vorderrad
13 Fahrzeug-Vorderrad
14 Nabe
15 Nabe
16 Hydromotor
17 Hydromotor
18 Schaltkupplung
19 Schaltkupplung
20 elektronisches Steuergerät
21 Elektroleitung
22 Elektroleitung
23 Elektroleitung
24 Elektroleitung
25 Elektroleitung
26 Elektroleitung
27 Elektroleitung
28 Elektroleitung
29 Verkettungssäule
30 Ventilblock
31 Fahrtrichtungsventil (vorwärts)
32 Fahrtrichtungsventil (rückwärts)
33 Nachsaugventil
34 Nachsaugventil
35 Druckbegrenzungsventil
36 Druckbegrenzungsventil
37 Ablaufventil
38 Vorspannventil
39 Zulaufventil
40 Hydraulikleitung (vorwärts)
41 Hydraulikleitung (rückwärts)
42 erste Hydraulik-Verbindungsleitung
43 zweite Hydraulik-Verbindungsleitung
44 dritte Hydraulik-Verbindungsleitung
45 Zulaufleitung
46 Behälter für Hydraulikflüssigkeit
47 Ablaufleitung
48 Drosselstelle
49 Rücklauffilter
50 Hydraulikleitung
51 Hydraulikleitung
52 Hilfszulaufleitung
54 Saugfilter
54 Hydraulikleitung
55 Druckreduzierventil
56 Rückschlagventil
57 Kupplungsventil
58 Hydraulikleitung
59 Hydraulikleitung
60 Schaltzylinder
61 Stellglied
62 Rücklaufleitung
63 Leckageleitung