DE60304685T2

DE60304685T2 - Vorrichtung für motorangetriebenen nutzkraftwagen

Info

Publication number: DE60304685T2
Application number: DE60304685T
Authority: DE
Inventors: Hans Stervik
Original assignee: Volvo Lastvagnar AB
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2023-02-13
Also published as: SE0200491L; US20050029034A1; SE524538C2; AU2003206352A1; EP1478543B1; US7276015B2; ATE323634T1; WO2003070507A1; EP1478543A1; SE0200491D0; DE60304685D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Motorausgangsdrehmoments bei Güterfahrzeugen, die mit Differentialsperren ausgestattet sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Funktion eines Differentials in einem Fahrzeug besteht darin, die Geschwindigkeit zwischen den Antriebsrädern einzustellen und gleichzeitig die gesamte Antriebskraft zu erhalten, d. h. eine gleichmäßige Drehmomentverteilung über allen Antriebsrädern sicherzustellen. Dies ist erforderlich, da das äußere Rad beim Kurvenfahren einen weiteren Weg zurücklegt, als das innere Rad. Antriebshinterachsen von Güterfahrzeugen sind normalerweise mit einer Differentialsperre ausgestattet, die es ermöglicht, die Antriebswellen des Fahrzeugs miteinander zu koppeln. Wenn die Differentialsperre eingerückt ist, wobei die Wirkung des Differentials zwischen zwei Antriebsrädern in einem Paar von Antriebsrädern blockiert wird, drehen die Antriebsräder mit gleicher Drehzahl, d. h. ohne gleichmäßige Drehmomentverteilung, wodurch die Radhaftung erhöht wird, wenn die unterliegende Fläche glatt und rutschig ist. Das Differential zwischen den zwei Antriebsrädern in einem Paar von Antriebsrädern wird von nun als Raddifferential bezeichnet.
An Fahrzeugen, die zwei oder mehreren Antriebsradpaaren versehen sind (d. h. mit einem Vierradantrieb, Sechsradantrieb etc.) können Differentiale mit Differentialsperren auch zwischen den Antriebsradpaaren angeordnet werden. Das Differential zwischen zwei Antriebsradpaaren wird von nun an als das Achsdifferential bezeichnet.
Wenn eine oder mehrer Differentialsperren für Achs- oder Raddifferentiale betätigt werden, besteht das Risiko einer ungleichmäßigen Drehmomentverteilung zwischen den Antriebswellen in einem Antriebsradpaar oder zwischen jeweiligen Antriebsradpaaren. Bei Auftreten von hohen positiven oder negativen Drehmomenten von dem Motor des Fahrzeugs und hohen Übersetzungsverhältnissen zwischen dem Motor und den Antriebsrädern, d. h. wenn ein kleiner Gang gewählt wird, können Antriebswelle und Differentiale etc. überlastet werden, wenn die Drehmomentverteilung zu ungleich ist. Viele Fahrer von Güterfahrzeugen wissen, dass es notwendig ist, Vorsicht walten zu lassen, wenn das Drehmoment in gewissen Situa tionen erhöht wird. Unerfahrene Fahrer laufen jedoch Gefahr, dass ein teurer Schaden an Achs- und Differentialkomponenten auftritt.
Zu bekannten Lösungen gehören Fahrertraining und Fahrerbedienbücher, so dass der Fahrer das Fahrzeug korrekt handhaben kann, oder die Ausstattung gewisser Fahrzeuganwendungen mit einer außerordentlich teuren und überdimensionierten Lösung (Antriebswellen und/oder Differentiale).
Es besteht deshalb der Bedarf daran, das Risiko eines Schadens des Antriebszuges (z. B. Hinterachsen, Differentiale, Kardanwellen, Radaufhängung etc.) zu beseitigen, wenn Antriebssperren aktiviert werden. Dies ist das Hauptziel der nachstehend beschriebenen Erfindung. Die WO 9301065 A offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei der die Motordrehzahl reduziert wird, bevor ein Sperrdifferential eingerückt wird. Dieses Dokument offenbart nicht, wie viel Drehmoment der Motor liefern darf, wenn die Differentialsperre schließlich eingerückt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Lösung dieses durch die Erfindung vorgeschlagenen Problems wird in Anspruch 1 bezüglich der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben. Die Ansprüche 2 bis 5 beschreiben bevorzugte Ausführungsformen und Entwicklungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Vorrichtung für ein motorgetriebenes Güterfahrzeug mit wenigstens zwei Antriebsrädern und wenigstens einem Differential, das zwischen den Antriebsrädern angeordnet ist. Die tatsächliche erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Motorsteuereinrichtung, wenigstens eine Differentialsperre zur Sperrung oder Bremsung des Differentials, das zwischen den Antriebsrädern oder zwischen zwei Antriebsradpaaren angeordnet ist, und ein Betätigungselement zur Aktivierung jeder Differentialsperre. Die Motorsteuereinheit ist so ausgelegt, dass sie die Position des Betätigungselements ausliest und das positive oder das negative Ausgangsdrehmoment von dem Motor auf ein maximal mögliches vorher bestimmtes Drehmomentniveau reduziert, wenn wenigstens eine der Differentialsperren aktiviert wird, wobei das Drehmomentniveau davon abhängt, welche der wenigstens einen Differentialsperre aktiviert ist.
Die Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen in der Tatsache, dass es möglich ist, das in der Situation erlaubte maximal aufgebrachte Drehmoment zu verwenden, und dass das Risiko irgendeines Schadens an Wellen und Differentialen beseitigt ist, und dass der Fahrer bei der Handhabung des Fahrzeugs nicht länger darauf achten muss, welche Differentialsperren aktiviert sind. Der Fahrer muss bei der Erhöhung des Drehmoments nicht so vorsichtig sein. Die Lebensdauer der Antriebsritzeleinheiten und Antriebswellen wird deutlich erhöht.
Gemäß einer vorteilhaften ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung begrenzt die Motorsteuereinheit das positive oder negative Ausgangsdrehmoment des Motors abhängig davon, welche Differentialsperren aktiviert werden, von der Motordrehzahl, und von dem Übersetzungsverhältnis, das in einem Getriebe vorherrscht, das zwischen dem Motor und den Antriebsrädern angeordnet ist.
Der hierdurch erreichte Vorteil besteht darin, dass es möglich ist, das Motordrehmoment präziser zu steuern und deshalb in einer gewissen Situation das maximal erlaubte Drehmoment von dem Motor zu verwenden.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den folgenden abhängigen Ansprüchen beschrieben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, die anhand eines Beispiels weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und den technischen Hintergrund zeigen.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung in einem Fahrzeug mit zwei Antriebsradpaaren und zwei Differentialsperren.
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung in einem Fahrzeug mit zwei Antriebsradpaaren und drei Differentialsperren.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Fahrzeug zwei Antriebsradpaare 9 und 10 aufweist. Die Antriebsräder 9 werden von einem Motor 1 über ein mit einer Kardanwelle 11 verbundenes Getriebe 2 und von der Kardanwelle 11 über ein Zahnradgetriebe angetrieben 23, das ein Tellerrad (nicht gezeigt) in einem Raddifferential 5 antreibt, das seinerseits mit jedem der Antriebsräder 9 über Antriebswellen 13 bzw. 14 gekoppelt ist.
Eine Differentialsperre 7 zur Blockierung der Differentialfunktion des Raddifferentials 5 ist an der Antriebswelle 14 angeordnet.
Die Antriebsräder 10 werden außerdem von dem Motor 1 über das Getriebe 2 und die Kardanwelle 11 angetrieben. Ein zweites Raddifferential 6 wird jedoch stattdessen über eine Welle 12 angetrieben, die eine Verlängerung der Kardanwelle 11 ist. Die Welle 12 treibt ein Antriebsrad (nicht gezeigt) in dem zweiten Raddifferential 6 an, das seinerseits mit jedem der Antriebsräder 10 über Antriebswellen 15 bzw. 16 gekoppelt ist. Eine zweite Differentialsperre 8 zur Blockierung der Differentialfunktion des zweiten Raddifferentials 6 ist an der Antriebswelle 15 angeordnet.
Jede Differentialsperre 7 und 8 wird mittels eines Betätigungselements 4 über eine Leitung 21 bzw. 22 auf bekannte Weise aktiviert oder deaktiviert. Das Betätigungselement 4 ist vorzugsweise mit zwei Schaltern A und B zur Aktivierung der jeweiligen Differentialsperre 7, 8 versehen.
Positive oder negative Ausgangsdrehmomente des Motors 1 werden auf bekannte Weise durch ein Motorsteuersystem 3 über eine Leitung 17 gesteuert, wobei das Motorsteuersystem 3 Informationen über das erforderliche Drehmoment vorzugsweise von dem Gaspedal (nicht gezeigt) oder einem Tempomat (nicht gezeigt) des Fahrzeugs erhält. Das Motorsteuersystem 3 erhält Informationen über die Drehzahl des Motors 1 über die Leitung 18, Informationen über das in dem Getriebe 3 eingerückte Zahnrad über die Leitung 19 und Informationen darüber, welche Differentialsperren 7, 8 aktiviert sind, über die Leitung 20.
Informationen über den maximal erlaubten positiven oder negativen Drehmomentausgang von dem Motor 1, wenn eine der Differentialsperren 7 oder 8 aktiviert ist oder beide Differentialsperren 7 und 8 aktiviert sind, werden in dem Motorsteuersystem 3 gespeichert. Aus den Informationen über die Leitung 20, die betreffen, welche Differentialsperren 7 und/oder 8 aktiviert sind, und aus den gespeicherten Informationen über das maximal erlaubte Drehmoment bestimmt das Motorsteuersystem 3 das maximal erlaubte Drehmoment, das der Motor 1 liefern kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 wird das Motorsteuersystem 3 außerdem mit Informationen über die Drehzahl des Motors 1 und den in dem Getriebe 3 gewählten Gang versorgt. Die verbleibenden Übersetzungsverhältnisse in dem Rest des Fahrzeuggetriebesystems sind bekannt, und deshalb ist das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen dem Motor 1 und den Antriebsrädern 9, 10 bekannt. Deshalb werden die in dem Motorsteuersys tem 3 gespeicherten Informationen durch Tabellen ergänzt, die das maximal erlaubte Motorausgangsdrehmoment als Funktion der Motordrehzahl, des eingerückten Gangs und den Differentialsperren definieren, die aktiviert sind.
Der Inhalt der Tabellen wird durch Berechnungen, Analysen und Tests in einer Laborumgebung bestimmt.
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Fahrzeug auch zwei Antriebsradpaare 51 und 52 hat. Die Antriebsradpaare 51 und 52 werden hier jedoch nicht nur über ihr eigenes Raddifferential 45 und 47 sondern auch über ein Achsdifferential 46 angetrieben. Das Tellerrad (nicht gezeigt) des Achsdifferentials 46 wird von einem Motor 41 über ein Zahnrad 67, eine Welle 55 und ein Getriebe 42 angetrieben. Das Achsdifferential 46 verteilt ein Drehmoment von dem Motor 41 auf jedes Antriebsradpaar 51, 52 über Kardanwellen 53 bzw. 54.
Die Kardanwelle 53 treibt ein Tellerrad (nicht gezeigt) in einem ersten Raddifferential 45 an, das seinerseits mit jedem der Antriebsräder 51 über Antriebswellen 63 bzw. 64 gekoppelt ist. Eine erste Differentialsperre 48 zur Blockierung der Differentialfunktion des ersten Zahnraddifferentials 45 ist an der Antriebswelle 63 angeordnet.
Auf die gleiche Weise treibt die Kardanwelle 54 ein Tellerrad (nicht gezeigt) in einem zweiten Raddifferential 47 an, das seinerseits mit jedem der Antriebsräder 52 über Antriebswellen 65 bzw. 66 gekoppelt ist. Eine zweite Differentialsperre 50 zur Blockierung der Differentialfunktion des zweiten Raddifferentials 47 ist an der Antriebswelle 65 abgeordnet.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 wird ein Motorsteuersystem 43 mit Informationen über die Drehzahl des Motors 41 über die Leitung 60, über den gewählten Gang in dem Getriebe 42 über die Leitung 61 und darüber, welche Differentialsperren 48, 49, 50 eingerückt sind, über die Leitung 62 versehen. Die Leitung 62 ist mit einem Betätigungselement 44 zur Betätigung jeder Differentialsperre 48, 49, 50 über Leitungen 56, 57 bzw. 58 gekoppelt. Die verbleibenden Getriebeverhältnisse in dem Rest des Getriebesystems des Fahrzeugs sind bekannt und deshalb ist das Gesamtübersetzungsverhältnis zwischen dem Motor 41 und den Antriebsrädern 51, 52 bekannt. Die Informationen werden in dem Motorsteuersystem 43 in Form von Tabellen des maximal erlaubten Ausgangsdrehmoments von dem Motor 41 gespeichert, das abhängig von der Drehzahl des Motors 41, dem gewählten Gang und davon variiert, welche der drei Differentialsperren 48, 49, 50 aktiviert sind.
Die Differentialsperren 7, 8, 48, 49, 50 können vom sperrbaren Typ (z. B. Klauenkupplung) oder vom Bremstyp (z. B. Scheibenkupplung) sein.
Dem Fahrer des Fahrzeugs kann außerdem die Möglichkeit gegeben werden, das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gesetzte Drehmomentlimit auch aktiv zu übertreffen.
Jede Differentialsperre 7, 8, 48, 49, 50 kann außerdem mittels einer automatischen Steuerung (nicht gezeigt) aktiviert werden, die erfasst, ob eines der Antriebsräder des Fahrzeugs durchrutscht.
Bestimmte Fahrzeuge können mit einer Endantriebseinheit außerhalb jedes Antriebsrads versehen sein. Bei solchen Fahrzeugen muss auch das für die Endantriebseinheit gewählte Getriebe berücksichtigt werden, um das korrekte Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Antriebsrad zu erhalten.
Die Leitungen 21, 22, 56, 57 und 58 zur Steuerung jeder Differentialsperre 7, 8, 48, 49 bzw. 50 können wie bekannt pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch sein.
Andere Leitungen oder Informationskanäle in den oben beschriebenen Ausführungsformen sind vorzugsweise Arten mit elektrischer Leitung oder optische Kabel. Es ist auch eine drahtlose Übertragung von Informationen möglich. Die Informationskanäle können ihrerseits einen Teil des Fahrzeugdatenbussystems bilden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch nicht auf die Signalübertragungsanordnungen beschränkt.

Claims

Vorrichtung für ein motorgetriebenes Güterfahrzeug mit wenigstens zwei Antriebsrädern (9, 10, 51, 52) und wenigstens einem Differential (5, 6, 45, 46, 47), das zwischen den Antriebsrädern (9, 10, 51, 52) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Motorsteuereinheit (3) zur Steuerung eines Ausgangsdrehmoments von einem Motor (1, 41), der für den Antrieb der Antriebsräder angeordnet ist, und wenigstens eine Differentialsperre (7, 8, 48, 49, 50) zum Sperren oder Bremsen des Differentials (5, 6, 45, 46, 47) umfasst, wobei die Differentialsperre (7, 8, 48, 49, 50) zwischen den Antriebsrädern (9, 10, 51, 52) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuereinheit (3) so ausgelegt ist, dass sie ausliest, welche der wenigstens einen Differentialsperre (7, 8, 48, 49, 50) aktiviert oder deaktiviert ist, und das positive oder das negative Ausgangsdrehmoment von dem Motor (1) auf ein maximal mögliches vorher bestimmtes Drehmomentniveau reduziert, wobei das Drehmomentniveau davon abhängt, welche der wenigstens einen Differentialsperre (7, 8, 48, 49, 50) aktiviert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuereinheit (3) so ausgelegt ist, dass sie das positive oder negative Ausgangsdrehmoment des Motors (1) als Funktion eines Übersetzungsverhältnisses begrenzt, dass in einem Getriebe (2, 42) gewählt ist, das zwischen dem Motor (1) und den Antriebsrädern (9, 10, 51, 52) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuereinheit (3) so ausgelegt ist, dass sie das positive oder das negative Ausgangsdrehmoment des Motors (1) nur im Falle eines hohen Übersetzungsverhältnisses begrenzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuereinheit (3) so ausgelegt ist, dass sie das positi ve oder negative Ausgangsdrehmoment des Motors (1) als Funktion der Drehzahl des Motors (1) begrenzt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialsperren (7, 8, 48, 49, 50) zwischen zwei individuellen Antriebsrädern in einem Antriebsradpaar (9,10, 51, 52) und/oder zwischen zwei unterschiedlichen Antriebsradpaaren (51, 52) angeordnet sind.