DE3911531A1 - Hydraulik-system fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Versorgungssystem für Fahrzeuge.

Bisher werden elektrische Verbraucher in Kraftfahrzeugen über einen vom Fahrzeugmotor angetriebenen Drehstrom­ generator und über die Fahrzeugbatterie mit dem benötigten Strom versorgt. Steigt der Versorgungsbedarf, so reduziert sich die Drehzahl des Generators und gegebenenfalls auch die Drehzahl des Motors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine nicht dreh­ zahlabhängige Stromerzeugungseinrichtung in Fahrzeugen vorzusehen.

Die Aufgabe wird durch das System nach Anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen sind Bestandteile von Unteransprüchen.

In einem Kraftfahrzeug wird mit Hilfe einer vom Fahrzeug­ motor angetriebenen Regelpumpe drehzahl- und druckunabhänig ein konstanter Volumenstrom erzeugt. Eine herkömmliche Servolenkung wird mit einem hydraulisch angetriebenen Drehstromgenerator in Reihe geschaltet. Hierdurch wird ein bereits vorhandenes Hydrauliksystem benutzt und erweitert um einen leistungsstarken und durch vielseitige Einbau­ möglichkeiten ortsunabhängigen Generator. Dadurch ergeben sich Gewichtsverteilungs-, Energie- und Platzvorteile, weil der Generator über Druckschläuche am Hydrauliksystem ange­ schlossen ist und nicht direkt am Antriebsrad des Fahrzeug­ motors angeschlossen werden muß.

Der von der Pumpe erzeugte Volumenstrom fließt über den Hydraulikmotor des Generators in die Servolenkung, wobei er im Generator eine konstante Drehzahl erzeugt. Im ge­ samten System stellt sich dabei der Summendruck der beiden Teilstrukturen ein.

Bei einem Lenkvorgang verändert sich der Drosselquerschnitt im Lenkservoventil, was momentan eine Volumenstromreduktion zur Folge hat. Diese wird jedoch durch Erhöhung des Pumpen­ drucks automatisch ausgeregelt. Der Hydraulikgenerator verhält sich entsprechend. Bei Erhöhung der abgenommenen Leistung reduziert sich die Drehzahl, was wiederum den Volumenstrom beeinflußt. Diese Veränderung wird von der Pumpe sofort ausgeregelt.

Der Leistungsbedarf der Lenkung tritt im Normalfall nur sehr kurz auf. Dies bedeutet, daß annähernd die volle hydraulische Leistung dem Generator zur Verfügung steht. In Fällen, wo jedoch die Lenkung hohe Drücke benötigt und gleichzeitig ein hohes Drehmoment vom Hydraulikmotor abver­ langt wird, tritt eine Begrenzereinrichtung (Druckschalter) in Funktion. Diese Begrenzereinrichtung reduziert bei ca. 90% des maximalen Betriebsdrucks die Leistung des Genera­ tors auf so tiefe Werte, daß die Lenkung noch ausreichenden Druck erhält. Auf diese Weise wird der Lenkung Priorität eingeräumt und die Fahrzeugbatterie muß die eventuell fehlende elektrische Leistung kurzfristig ausgleichen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Regelung aller hydraulischen Komponenten im Kraftfahrzeug. Dabei ist das gesamte Hydrauliksystem aus folgenden, wesent­ lichen Bestandteilen zusammengefügt:

• - Pumpe mit Regler
• - Hydraulikgenerator und Servolenksystem
• - Nebenaggregate: Wasserpumpe, Klimakompressor, Lüfter
• - Servobremse
• - Load-Sensing-System
• - Aktive Federung.

Bei vorliegender Erfindung wird der Druck im Hydraulik­ system auf so niedrige Werte gebracht, daß alle angeschlos­ senen Teile gerade noch die volle Nennleistung bringen. Energetisch werden dadurch immer dann große Vorteile er­ zielt, wenn Zylinder, beispielsweise in der Lenkung, der aktiven Federung oder bei Konstantmotoren, im System vor­ handen sind.

Das liegt darin begründet, daß abhängig von der benötigten Kraft der Druck angepaßt wird und keine Leistungen im steuernden Ventil verloren geht.

Bei der Pumpen-Reglerkombination handelt es sich um ein konventionelles Festdruck-System. Dies bedeutet, daß unab­ hängig von der Antriebsdrehzahl der Pumpe und dem abgenom­ menen Volumenstrom der voreingestellte Druck erzeugt wird. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die üblicherweise feste Druckvoreinstellung durch eine variable Einrichtung ersetzt. Auf diese Weise kann ein als Sollwert vorgegebener variabler Druck drehzahl- und volumenstromunabhängig aufge­ baut werden.

Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Bauteilen des Generator- und Lenksystems ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform eine Volumenstrombegrenzung vorgesehen. Diese verhindert, daß bei durch andere Systemteile ange­ fordertem hohen Druck der Volumenstrom durch diese Reihen­ schaltung über einen zulässigen Wert ansteigt. An der Dreh­ stromgeneratorregelung ist ein zusätzlicher elektrischer Ausgang vorgesehen, der mit der Zentraleinheit verbunden ist. Über diesen Ausgang wird der Optimaldruck im Teil­ bereich Generator-Lenkung gesteuert, wobei der Ausgang immer dann mehr Druck anfordert, wenn die Drehzahl des Generators unter ein Limit abfällt. Ebenfalls vorgesehen ist eine zusätzliche Sicherungseinrichtung, bestehend aus einem Ventilsystem und einem Speicher. Bei einem Ausfall der Zentralpumpe wird damit für eine begrenzte Zeit die Lenkung aktiv gehalten.

Die vorgesehenen Nebenaggregate sind für einen Lauf bei konstanter Drehzahl vorgesehen. Dafür sind mit der zentralen Steuereinheit verbundene regelbare Motoren vorgesehen. Die jeweiligen Regeleinheiten hält dabei unabhängig vom anliegenden Druck die Drehzahl konstant oder gegebenenfalls auf einem vorgegebenen Wert. Bei zu niedrigem Druck und Unterschreiten der Regelbereichsgrenze wird bei der Load- Sensing-Steuereinheit ein höherer Druck angefordert. Bei der Verwendung von nichtregelbaren Konstantmotoren ist durch den Einsatz von Volumenstrombegrenzungsventilen ein ähnliches Verhalten erzielbar, dies jedoch auf Kosten eines verschlechterten Wirkungsgrades.

Die Servobremse des Kraftfahrzeuges benötigt einen stati­ schen Druck, der ständig in voller Höhe zur Verfügung stehen muß. Deshalb ist die Servobremse vom restlichen Hydraulik­ system über ein Rückschlagventil abgekoppelt.

Bei einem zur Servobremse gehörenden Speicher steht dabei jeweils der maximal aufgetretene Systemdruck zur Verfügung. Beim Betätigen der Bremse wird der Speicherdruck zum Servo­ zylinder geführt. Dieser Verbrauch reduziert den Druck im Speicher, was wiederum im Load-Sensing-System zur Druck­ erhöhung führt. Das Hochsteuern des Drucks füllt den Speicher nach und produziert in den anderen Verbrauchern erhöhte Verlustleistung, was den Bremsvorgang durch Erhöhen der Fahrzeugmotorbremswirkung zusätzlich unterstützt. Nach Beendigung dieses Vorganges steht im Speicher der volle Druck wieder zur Verfügung, wobei der Systemdruck wieder absinkt auf die Bedürfnisse der anderen Systemteile.

Das Load-Sensing-System ist eine elektronische Steuer­ einheit, welche einerseits den Druckbedarf der Teilsysteme aufnimmt und andererseits die Regelpumpe mit diesem jewei­ ligen Sollwert steuert.

Die Einbindung einer aktiven Federung ist in gleicher Weise möglich, wie bereits beschrieben. Durch die Tatsache, daß es sich um mit sehr unterschiedlichen Lasten beaufschlagte Zylinder handelt, ist die Energieeinsparung mit dem Load- Sensing-System besonders hoch.

Die Erfindung wird anhand von Figuren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Schaltbild des Hydrauliksystems in Minimalkonfiguration,

Fig. 2 ein erweitertes Schaltbild.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Hydrauliksystem in einer einfachen Konstellation dargestellt. Die stärker skizzierten Linien kennzeichnen Druckleitungen.

Vom Fahrzeugmotor 2 wird permanent eine geregelte Hydraulik­ pumpe 4 angetrieben. Der dadurch in der Pumpendruckleitung 6 entstehende Volumenstrom wird über einen Sensor 8 abge­ griffen und der Pumpenregelung 10 mitgeteilt. Die Pumpe 4 fördert die Hydraulikflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 12. Parallel zur Hydraulikpumpe 4 ist in Reihe ein hydrau­ lisch angetriebener Drehstromgenerator 14 und eine hydrau­ lisch betriebene Servolenkung 16 vorgesehen. Die Begren­ zungseinrichtung 18 reduziert die Leistung des Generators 14, falls in der Lenkung hohe Drücke benötigt werden und gleichzeitig ein hohes Drehmoment vom Motor abverlangt wird. Ein Überdruckventil 19 läßt die Hydraulikflüssigkeit in den Vorratsbehälter 12 zurückströmen, wenn der Druck in der Leitung durch Beschädigung, beispielsweise wegen Blockade des Hydromotors, einen Maximalwert überschreitet.

In Fig. 2 ist das System erweitert und an eine zentrale Steuereinheit (Load-Sensing-System) angeschlossen darge­ stellt.

Wiederum wird vom Fahrzeugmotor 2 eine regelbare Pumpe 4 angetrieben, deren Regelteil 10 aber hier elektrisch an eine zentrale Steuereinheit 20, das Load-Sensing-System angeschlossen ist. Die Hydraulikflüssigkeit wird wieder aus einem Vorratsbehälter 12 gefördert. In einer ersten, zur Pumpenleitung 6 parallelen Leitung 22 sind der hydrau­ lisch angetriebene Drehstromgenerator 14 und die hydrau­ lische Servolenkung 16 angeordnet. Der Drehstromgenerator 14 ist mit der Steuereinheit 20 und, wie in Fig. 1, mit einem Begrenzungsventil 18 verbunden. Ebenfalls ist ein Überdruckventil 19 vorgesehen. Eine Volumenstrombegren­ zungsdrossel 17, die sich entsprechend des Volumenstroms selbst regelt, sorgt dafür, daß in diesem Zweig nicht zu­ viel Volumenstrom ansteht, sondern mit den anderen Zweigen ausgeglichen wird.

Bei Ausfall der Pumpe 4 ist die Funktionsfähigkeit der Servolenkung 16 für eine gewisse Zeit dadurch sicherge­ stellt, daß ein Speicher 24 vorgesehen ist, der über ein Rückschlagventil 26 und ein mit der Steuereinheit 20 ver­ bundenes Zweiwegeventil 28 an der Druckleitung 22 ange­ schlossen ist. Bei Pumpendruckausfall wird von der Steuer­ einheit 20 im Zweiwegeventil 28 der Durchgang so freige­ geben, daß an der Lenkung 16 der Speicherdruck anliegt. In der Druckleitung 22 ist noch ein weiteres Rückschlag­ ventil 30 vorgesehen, das diesen Zweig des Gesamtsystems von der Pumpendruckleitung 6 abtrennt.

In einem weiteren Zweig 31 ist die aktive Federung 32 vor­ gesehen, die ebenfalls an die Steuereinheit 20 angeschlossen ist.

Der nächste Zweig 33 beinhaltet die hydraulisch angetriebene Wasserpumpe 34, die in einer geregelten Version vorgesehen ist.

Im nächsten Zweig 35 ist ein hydraulisch angetriebener Klima-Kompressor 36 vorgesehen, der ebenfalls regelbar ist. Um den Klima-Kompressor 36 von der Druckleitung 6 abtrennen zu können, ist ein an die Steuereinheit 20 angeschlossenes Zweiwegeventil 38 vorgesehen.

Im nächsten parallelen Zweig 39 ist ein hydraulischer Lüfter 40 vorgesehen, der ebenfalls über ein an die Steuereinheit 20 angeschlossenes Zweiwegeventil 42 mit der Pumpendruck­ leitung 6 verbunden ist.

Im letzten Zweig 43 ist die hydraulische Servobremse 44 an­ geordnet, die elektrisch mit der Steuereinheit 20 verbunden ist. Auch hier ist ein Druckspeicher 46 vorgesehen, der bei Ausfall der Pumpenleistung die Bremse 44 kurzfristig funk­ tionsbereit hält. Ein Rückschlagventil 48 sperrt die Servo­ bremse 44 gegenüber der Pumpendruckleitung 6 ab.

In weiteren parallelen Zweigen ist es möglich, andere hydraulisch anzutreibende Aggregate anzuordnen, beispiels­ weise eine hydraulische Kupplung, die ebenfalls mit einem Druckspeicher zu versehen ist. Ein solcher Druckspeicher ist auch in Fig. 1 an der Servolenkung angebracht denkbar.

Claims (8)

1. Hydrauliksystem für ein Kraftfahrzeug, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine geregelte Hydraulikpumpe (4), ein hydraulisch angetriebener Drehstromgenerator (14) und eine zum Generator in Reihe geschaltete Servolenkung (16) vorgesehen ist.

2. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Volumenstrommesser (6) vorgesehen ist, der den Hydraulikflüssigkeitsdruck der Pumpe (4) regelt.

3. Hydrauliksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Zentraleinheit (Load-Sensing- System) (20) vorgesehen ist, an die alle hydraulischen Aggregate elektrisch angeschlossen sind und die von diesen elektrische Signale empfängt, verarbeitet und den Druck der Pumpe (4) regelt.

4. Hydrauliksystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hydrauliksystem weitere hydraulisch betätigte oder angetriebene Neben­ aggregate vorgesehen sind.

5. Hydrauliksystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Nebenaggregate Servobremse (44), Wasserpumpe (34), Klimakompressor (36), Lüfter (40) und/oder eine aktive Federung (32) vorgesehen sind.

6. Hydrauliksystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Servolenkung (16) mit einem Druckspeicher (24) versehen ist, der auch bei Ausfall der Pumpe (4) eine begrenzte Weiterbenutzung der Servolenkung (16) gestattet.

7. Hydrauliksystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Servobremse (44) mit einem Druckspeicher (46) versehen ist, der auch bei Ausfall der Pumpe eine zeit­ lich begrenzte Weiterbenutzung der Servobremse ge­ stattet.

8. Hydrauliksystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Servolenkung (16) eine Volumenstrombegrenzungsdrossel (17) vorgeschaltet ist.