DE69626809T2

DE69626809T2 - Hydraulisches antriebssystem für fahrzeug

Info

Publication number: DE69626809T2
Application number: DE69626809T
Authority: DE
Inventors: E. Edwin PUETT
Original assignee: Anser Inc
Current assignee: Anser Inc
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1996-04-25
Publication date: 2004-02-05
Anticipated expiration: 2016-04-26
Also published as: JP4176829B2; WO1996033883A1; EP0824416A1; JPH11504292A; AU5553096A; EP0824416B1; CA2219284A1; EP0824416A4; AU702201B2; US6119802A; ATE234744T1; US5607027A; DE69626809D1; CA2219284C

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Fahrzeugtechnik und insbesondere ein hydraulisches Antriebssystem für ein Fahrzeug.
2. Erläuterung des Standes der Technik
Hydraulische Antriebssysteme für Fahrzeuge sind in der Technik bekannt. Am bekanntesten ist die Verwendung von hydraulischen Antriebssystemen bei Erdbewegungsfahrzeugen und anderen schweren Maschinen, die mit großem Drehmoment/geringer Geschwindigkeit betrieben werden. Es ist jedoch außerdem vorgeschlagen worden, solche Antriebssysteme bei Personenwagen zu verwenden.
Beim Entwerfen eines neuen Antriebssystems für ein Fahrzeug müssen die Vorteile des Nutzeffekts des Antriebssystems sorgfältig gegen die damit verbundenen Kosten abgewogen werden. Wegen dieser Betrachtungen haben sich anfängliche Versuche mit hydraulischen Antriebssystemen im Allgemeinen darauf konzentriert, einen herkömmlichen Antriebszug mit einem hydraulischen Antriebssystem zu kombinieren. Im Einzelnen wird die Baueinheit aus Brennkraftmaschine und Getriebe beibehalten, und deren Ausgang treibt eine Pumpe an, die das benötigte Fluid an das hydraulische Antriebssystem liefert. Ein Hauptvorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, dass das Fahrzeug in einfacher Weise vermarktet werden kann, da die Fahrcharakteristiken, vom Fahrer des Fahrzeugs aus gese hen, im Wesentlichen unverändert sind. Leider. sind die Kosten, die mit solchen Fahrzeugen verbunden sind, viel höher als bei herkömmlichen Fahrzeugen, die durch eine Brennkraftmaschine angetrieben werden, weshalb diese hydraulisch angetriebenen Fahrzeuge kommerziell nicht erfolgreich waren.
Andere bekannte Systementwürfe eliminieren die Notwendigkeit eines herkömmlichen Getriebes und ermöglichen, dass die Brennkraftmaschine direkt eine Pumpe antreibt, die verwendet wird, um Hydraulikfluid an das System zu liefern. In diesen bekannten Systemen wird ein herkömmliches Beschleunigungs- oder Drosselelement durch den Bediener gesteuert, um die Betriebsgeschwindigkeit des Motors einzustellen, wobei der Motor im Allgemeinen systematisch in Abhängigkeit vom nachgewiesenen Systemdruck gestartet und angehalten wird. Das Problem bei diesen bekannten Systemen besteht darin, dass sie nicht in einfacher Weise vermarktet bzw. vom Markt aufgenommen werden können, dass sie aufgrund der Tatsache, dass die Brennkraftmaschinen (oder entsprechend bemessene Elektromotoren) groß sind, ziemlich kostenaufwändig sind (sie sind im Allgemeinen bezüglich der Leistungsverhältnisse mit herkömmlichen Fahrzeugmotoren vergleichbar) und dass sie im Vergleich zu alternativen Antriebszügen nicht effizient sind.
DE 2 931 681 A offenbart ein Fluidantriebssystem für ein Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Radantriebs-Fluidmotoren, Motorsteuerungs- bzw. Regelungs-Ventilmitteln zur Steuerung bzw. Regelung einer zum Antrieb des Fahrzeugs verwendeten Anzahl der Mehrzahl der Fluidmotoren, einer Antriebsmaschine mit einer drehbaren Antriebswelle, einem Reservoir mit einer Arbeitsfluidquelle, einer Pumpe in fluider Kommunikation mit der Arbeitsfluidquelle und einer Druckschaltung bzw. einem Druckkreis, welcher bzw. welche zu der Mehrzahl der Fluidmotoren führt und einem Strömungssteuerungsventil, das in dem Druckkreis zwischen der Pumpe und der Mehrzahl der Fluidmotoren eingebracht ist.
Die wesentlichen Ziele der vorliegenden Erfindung bestehen darin, ein hydraulisches Antriebssystem für ein Fahrzeug zu schaffen, wobei das System benutzerfreundlich ist, damit für die Verwendung kein zusätzliches Training erforderlich ist, und ein Antriebssystem darstellt, das potenzielle Alternativen in Bezug auf den Betriebswirkungsgrad übertrifft. Das System wird dann, wenn es bei einem Personenwagen angewendet wird, die gegenwärtigen Standards in Bezug auf Beschleunigung, Geschwindigkeit, Handhabbarkeit, Betriebsgeräusch, Unabhängigkeit und Kosten einhalten bzw. übertreffen, einen Anstieg der gegenwärtigen Standards der Laufleistung aufweisen und unerwünschte Emissionen bedeutend reduzieren.
Diese Aufgaben wurden gelöst durch die Entwicklung eines hydraulischen Antriebssystems, das eine Konstruktion besitzt, die im Allgemeinen auf dem Volumen und nicht auf dem Druck basiert.
Die Erfindung wird durch die unabhängigen Ansprüche 1, 10 und 11 definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Fluidantriebssystem für ein Fahrzeug mit:
einer Mehrzahl von Radantriebs-Fluidmotoren;
Motorsteuerungs- bzw. Regelungs-Ventilmitteln zur Steuerung bzw. Regelung einer zum Antrieb des Fahrzeugs verwendeten Anzahl der Mehrzahl der Fluidmotoren;
einer Antriebsmaschine mit einer drehbaren Antriebswelle;
einer Regulierungseinheit, die zur Steuerung bzw.
Regelung einer Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine eingerichtet ist;
einem Reservoir mit einer Arbeitsfluidquelle;
einer Pumpe in fluider Kommunikation mit der Arbeitsfluidquelle und einer Druckschaltung bzw. einem Druckkreis, welche bzw. welcher zu der Mehrzahl der Fluidmotoren führt; und
einer Strömungssteuerung bzw. Regelung, die in den Druckkreis zwischen die Pumpe und die Mehrzahl von Fluidmotoren eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidantriebssystem ferner
eine erste Relaiseinheit zur Feststellung eines ersten Betriebszustandes des Fluidantriebssystems, der mit einer verfügbaren Arbeitsfluidmenge in dem Druckkreis zwischen der Pumpe und dem Strömungssteuerungsventil assoziiert ist, und zur Bereitstellung eines Signals für die Regulierungseinheit, um die Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine zu steuern bzw. zu regeln; und
eine zweite Relaiseinheit zur Feststellung eines zweiten Betriebszustandes des Fluidantriebssystems, der mit einer Strömung des Arbeitsfluides durch das Strömungssteuerungsventil zu der Mehrzahl von Fluidmotoren assoziiert ist, und zur Signalisierung des zweiten Betriebszustandes an die Motorsteuerungsventilmittel zur Steuerung der Anzahl der Mehrzahl der Fluidmotoren, welche zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird, aufweist.
Gemäß der Erfindung sind mehrere Antriebseinheiten antreibend mit den Fahrzeugrädern verbunden und die Drehmomentanforderungen werden durch die Vergrößerung und Verkleinerung der Anzahl von Antriebseinheiten, die Fluid von einer Pumpe erhalten, erfüllt. Bei dieser Anordnung muss der Systemdruck lediglich in einem akzeptablen Bereich aufrechterhalten werden. Der Systemdruck wird durch den Antrieb der Pumpe mittels einer Kraftquelle oder einer Antriebsmaschine entwickelt, die durch einen Ver brennungsmotor, der Benzin, Propan, Naturgas usw. verwendet oder durch einen Elektromotor gebildet sein kann. Der Systemdruck, der bei Bedarf verwendet wird, wird in einem Akkumulator aufgebaut und aufrechterhalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform, die einen Verbrennungsmotor enthält, der zur Entwicklung des Systemdrucks für vier angetriebene Räder verwendet wird, stößt dann, wenn ein zusätzlicher Systemdruck benötigt wird, ein Drucksensor einen Geschwindigkeitsregler für den Motor an, um die Drehzahl des Motors auf eine optimale Betriebsgeschwindigkeit zu erhöhen. Wenn der Systemdruck wieder in einem akzeptablen Bereich eingestellt wurde, wird der Motor automatisch auf Leerlauf geschaltet. Wie oben angegeben wurde, erfolgt eine Bewegung des Fahrzeuges durch die Vergrößerung oder Verminderung der Anzahl der Antriebseinheiten, die zum Antrieb der Räder verwendet werden. Wenn das Fahrzeug z. B. anfangs beschleunigt wird, werden alle Antriebseinheiten angetrieben, und wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit vergrößert, kann nacheinander die Lieferung von Arbeitsfluid an Antriebseinheiten abgeschaltet werden. Diese Operation wird durch die Verwendung von Ventilen automatisch ausgeführt und basiert auf einem nachgewiesenen Betriebsdruck oder anderen nachgewiesenen Betriebsparametern. Der Bediener kann die Fahrparameter ebenso in einer Weise definieren, die zu herkömmlichen Kraftfahrzeugen analog ist. Zum Beispiel kann bei einer automatischen Version des vorliegenden hydraulischen Antriebssystems, das bei einem Personenkraftwagen angewendet wird, ein Fahrsteuerhebel in eine Antriebsposition (D) gestellt werden, um alle Antriebsbereiche durchzuschalten, wobei im höchsten Geschwindigkeitsbereich lediglich eine oder zwei Antriebseinheiten mit Arbeitsfluid versorgt werden, in eine untere Position (D2) versetzt werden, die ermöglicht, dass lediglich bestimmte Antriebseinheiten von dem Ar beitsfluid isoliert werden, und in eine unterste Position (D1) gestellt werden, die im Wesentlichen eine Antriebsart mit hohem Drehmoment darstellt, bei der alle Antriebseinheiten eingerückt sind. Das Positionieren des Fahrsteuerhebels wirkt tatsächlich so, dass eine vorbestimmte Menge der Steuerventile der Antriebseinheit in jeder ausgewählten Position betätigt wird. Eine Ausführungsform mit manueller Schaltung ermöglicht dem Fahrer in einfacher Weise, die Anzahl der eingerückten Antriebseinheiten zu steuern, indem eine vorbestimmte Menge der Steuerventile der Antriebseinheit direkt betätigt wird, solange der Systemarbeitsdruck innerhalb definierter Grenzen liegt.
Der Fahrzeugbediener steuert die Beschleunigung und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch Betätigung eines herkömmlichen Steuerelements, wie etwa ein Hebel oder ein Gaspedal. Dieses Steuerelement steuert jedoch nicht direkt die Drosselung des Motors. Statt dessen steuert das Steuerelement direkt die Position eines Strömungssteuerungsventils, das zwischen dem Akkumulator und den Antriebseinheiten eingebracht ist. Indem ermöglicht wird, dass das System die Antriebsmaschine steuert, kann im Gegensatz dazu, wenn die Antriebsmaschine das System steuert oder der Bediener die Antriebsmaschine direkt steuert, eine Vielzahl von Antriebsmaschinen in einfacher Weise in dem Gesamtantriebssystem enthalten sein. Infolge der Druckanforderungen, die die Systemkomponenten und die Konstruktion vorgeben, wird außerdem eine bedeutend kleinere Antriebsmaschine benötigt (im Allgemeinen in einem vergleichbaren Betriebsbereich von etwa 10–50 PS (7,5–37,5 kW) für einen herkömmlichen Personenkraftwagen wobei dieser Bereich für andere Fahrzeugtypen vergleichbar höher liegt), um das Fahrzeug in bestimmten Bereichen des Drehmoments, der Beschleunigung und der Geschwindigkeit zu betätigen. Es ist offensichtlich, dass diese Verminderung von Gewicht und Kosten des Motors zusätzlich zu der Tatsache, dass keine herkömmliche bekannte Baueinheit aus Getriebe und Antriebszug erforderlich ist, das zugehörige Gewicht des Fahrzeugs stark vermindert und bei verminderten Emissionen zu einer vergrößerten Reichweite führt. Tatsächlich haben Testergebnisse Kraftstoff-Reichweiten ergeben, die um ein Vielfaches höher sind als die von herkömmlichen Fahrzeugantriebssystemen, insbesondere bei Stadtfahrten im Stopp-and-go-Betrieb. Wenn ein Elektromotor mit vergleichbarer Größe verwendet wird, würde ebenfalls ein Anstieg der Reichweite zwischen den Aufladungen realisiert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges, welches durch eine Mehrzahl von Radantriebs-Fluidmotoren angetrieben ist, mit den folgenden Schritten:
Antreiben einer Pumpe mittels einer Antriebsmaschine zur Entwicklung eines Ausgangsflusses eines Arbeitsdrucks in eine Fluidleitung zu der Mehrzahl von Fluidmotoren;
Bereitstellung eines einstellbaren Strömungssteuerungs- bzw. Regelungsventils in der Fluidleitung zwischen der Pumpe und der Mehrzahl von Fluidmotoren;
Sensieren bzw. Nachweisen eines ersten Drucks in der Fluidleitung zwischen der Pumpe und dem Strömungssteuerungsventil;
Sensieren bzw. Nachweisen eines zweiten Drucks in der Fluidleitung zwischen dem einstellbaren Strömungssteuerungsventil und der Mehrzahl von Fluidmotoren; Steuerung bzw. Regelung einer Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine auf der Grundlage des nachgewiesenen ersten Druckes; und
Steuerung bzw. Regelung der Anzahl der Mehrzahl der Fluidmotoren, die zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden, auf der Grundlage des zweiten nachgewiesenen Druckes.
Zusätzliche Aufgaben, Merkmale und Vorteile des hydraulischen Antriebssystems der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung leicht deutlich, wenn diese in Verbindung mit der Zeichnung gesehen wird, in der in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile bezeichnen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform des Hydraulikkreises, die sowohl Druck- als auch Arbeitskreise für das hydraulische Antriebssystem der vorliegenden Erfindung enthält.
2 ist eine schematische Darstellung eines Mehrpositions-Magnetsteuerventils für gerichtete Strömungen, das im Hydraulikkreis von 1 enthalten ist.
3 ist eine schematische Ansicht, die eine bevorzugte Ausführungsform von Motorsteuerungsventilen darstellt, die im Hydraulikkreis von 1 enthalten sind.
4 stellt schematisch eine Rückschlagventilanordnung dar, die im Hydraulikkreis von 1 enthalten ist.
5 stellt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines nichtkompensierten Strömungssteuerungsventils dar, das im Hydraulikkreis von 1 enthalten ist.
6 stellt ein weiteres Magnetsteuerungsventil dar, das im Hydraulikkreis von 1 enthalten ist.
7 stellt schematisch ein federbelastetes Steuerven til für gerichtete Strömungen mit Druckfreigabe dar, das im Hydraulikkreis von 1 enthalten ist.
8 stellt schematisch einen weiteren Typ des Rückschlagventils dar, das im Hydraulikkreis von 1 enthalten ist.
9 stellt die Beziehung zwischen einer Positionsanzeige eines Gangwechselhebels und den Ventilen, die in den 2, 3 und 6 gezeigt sind, dar.
10 stellt den Schalter einer Konsole zur Traktionskontrolle bzw. Steuerung dar, die im hydraulischen Antriebssystem der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
11 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Arbeitskreises gemäß der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Arbeitskreises gemäß der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsform des Arbeitskreises gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Druckkreises gemäß der vorliegenden Erfindung.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 1 ist zunächst eine schematische Ansicht eines Hydraulikkreises für das Antriebssystem 2 der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieser Hydraulikkreis enthält im Allgemeinen einen Druckkreis 5 und einen Arbeitskreis 7. Der Druckkreis 5 enthält eine Pumpe 11, die durch eine Einlassleitung 16 mit einem Reservoir 14 in fluider Kommunikation ist. Die Pumpe kann eine Pumpe mit festem Hubraum oder eine Pumpe mit variablem Hubraum sein. Wenn eine Pumpe mit variablem Hubraum verwendet wird, ist es vorzuziehen, dass sie einen ziemlich engen Hubraumbereich besitzt, z. B. eine Pumpe mit einem Hubraumbereich von etwa 0,49–0,59 Zoll³ (8–9,7 cm³). Die Pumpe 11 wird durch die Ausgangswelle 18 einer Antriebsmaschine 20 angetrieben. Die Antriebsmaschine 20 kann durch einen Verbrennungsmotor, der Benzin, Propan, Naturgas usw. verwendet, oder durch einen Elektromotor gebildet sein. Infolge des Gesamtaufbaus des hydraulischen Antriebssystems 2, ist die Antriebsmaschine 20 bedeutend kleiner als herkömmliche Antriebsmaschinen für Personenkraftwagen. Die Antriebsmaschine 20 besitzt im Einzelnen einen Leistungsbereich im Allgemeinen in der Größenordnung von 10–100 PS (7,5–74,6 kW). Wenn das hydraulische Antriebssystem z. B. in einem Personenkraftwagen mit herkömmlicher Größe enthalten ist, wird ein gasbetriebener Verbrennungsmotor mit einem Leistungsbereich von 12–18 PS (9–13,4 kW) verwendet und bei einem großen Fahrzeug zur Erdbewegung wird ein Leistungsbereich von etwa 50–75 PS (37,3–56 kW) benötigt. Wenn ein Verbrennungsmotor als Antriebsmaschine 20 verwendet wird, ist es bevorzugt, dass eine Antriebsmaschine 20 benutzt wird, die in einem Wasserkühlungsmantel eingeschlossen ist, die z. B. in einigen bekannten Motorrädern und dergleichen verwendet wird, um unerwünschte Geräusche zu vermindern. Die Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine 20 wird mittels einer Geschwindigkeitsregulierungseinheit 22 gesteuert, die in der bevorzugten Ausführungsform so funktioniert, dass sie die Antriebsmaschine zwischen zwei Positionen verstellt, d. h. eine Leerlaufposition und eine Position mit einem optimalen hohen Drehzahlbereich, wie später genauer er läutert wird.
Die Pumpe 11 ist außerdem in fluider Kommunikation mit einer Ausgabeleitung 26, die direkt an einen Akkumulator 29 angeschlossen ist. Obwohl in 1 lediglich ein einzelner Akkumulator 29 dargestellt ist, könnte in Abhängigkeit von der Größe der Akkumulatoren und der gewünschten Speicherkapazität für das System eine Akkumulatorbank vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der das hydraulische Antriebssystem in einem Standard-Personenkraftwagen enthalten ist, wird ein mit Stickstoffgas geladener Akkumulator 29, der eine Kapazität von etwa 10 Gallonen (37,9 l) Hydraulikfluid besitzt, verwendet. Zwischen die Pumpe 11 und den Akkumulator 29 ist in der Auslassleitung 26 ein Einweg-Rückschlagventil 32 angeordnet, das lediglich eine Strömung von der Pumpe 11 zum Akkumulator 29 ermöglicht. An die Ausgangsleistung 26 ist außerdem eine Umgehungsleitung 35 angeschlossen. In der Umgehungsleitung 35 ist ein Zweipositions-Ventil 37 angeordnet. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Ventil 37 ein Magnetventil, das eine erste Position, die die Strömung von druckbeaufschlagtem Fluid in der Ausgangsleitung 26 so blockiert, dass es nicht durch die Umgehungsleitung 35 zurück zum Reservoir 14 geleitet wird, und eine zweite Position, die eine derartige Strömung ermöglicht, besitzt. Die genaue Art, wie das Ventil 37 gesteuert wird, wird später genauer erläutert, das Ventil 37 ermöglicht jedoch im Allgemeinen diese Umgehungsströmung, wenn die Antriebsmaschine 20 im Leerlauf ist, und verhindert die Strömung durch die Umgehungsleitung 35, wenn die Geschwindigkeit der Antriebsmaschine 20 auf eine optimale hohe Drehzahl angestiegen ist.
Druckbeaufschlagtes Fluid von der Pumpe 11 und vom Akkumulator 29 fließt zu einer Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 für das hydraulische System 2. Die Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 enthält einen Anschlussabschnitt 42 und in diesem ist ein Strömungssteuerungsventil 44 angeordnet. Wie später genauer erläutert wird, reguliert das Strömungssteuerungsventil 44 die Strömung aus dem Druckkreis 5 anhand der Position des einstellbaren Fahrzeugsteuerungselements 45, wie etwa ein Gaspedal an einem herkömmlichen Personenkraftwagen, ein Hebel an einem Gabelstapler oder dergleichen, das durch einen Bediener des Fahrzeugs betätigt wird. Der Anschlussabschnitt 42 der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 führt zu einem Mehrpositions-Steuerventil 47 für gerichtete Strömungen, das den Druckkreis 5 mit dem Arbeitskreis 7 verbindet.
Der Druckkreis 5 enthält außerdem eine Rückleitung 50, die vom Steuerventil 47 für gerichtete Strömungen zum Reservoir 14 führt. In der Rückleitung 50 ist ein Strömungsrückleitungsventil 52 angeordnet, das so funktioniert, dass es während des Bremsens des Fahrzeugs eine fluide Kommunikation der Rückleitung 50 mit der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 herstellt, wie ebenfalls später genauer erläutert wird. In der Rückleitung 50 ist zwischen dem Steuerventil 47 für gerichtete Strömungen und dem Strömungsrückleitungsventil 52 ein Zweipositionsventil 55 eingebracht. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das Zweipositionsventil 55 ein Magnetventil, das normalerweise geschlossen ist und während des Betriebs des Fahrzeugs in einer beliebigen Antriebsart geöffnet ist. Außerdem sind in der Rückleitung 50 zwischen dem Strömungsrückleitungsventil 52 und dem Reservoir 14 ein Filter 58 und ein Ölkühler 60 angeordnet. Der Ölkühler 60 wird vorzugsweise durch eine ölgekühlte Wärmetauscheranordnung gebildet, die so funktioniert, dass sie die Temperatur des Hydraulikfluids, das im hydraulischen Antriebssystem 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, bei der Rückkehr des Öls zum Reservoir 14 senkt.
Vom Strömungsrückleitungsventil 52 geht außerdem eine Hilfsdruckleitung 63 ab, die mit der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 verbunden ist. In der Hilfsdruckleitung 63 ist zwischen dem Strömungsrückleitungsventil 52 und der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 ein Rückschlagventil 66 angeordnet, das lediglich eine Strömung in der Richtung vom Strömungsrückleitungsventil 52 zur Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 gestattet.
Der Druckkreis 5 kann außerdem mit einer oder mit mehreren Leistungsabnahmeleitungen (PTO) 70 versehen sein, die zu zusätzlichen Fahrzeugbetriebseinheiten führen, wie etwa diejenige, die mit dem Bezugszeichen 72 angegeben ist. Diese zusätzlichen Fahrzeugbetriebseinheiten 72 können z. B. Servolenkeinheiten, Lichtmaschinen und dergleichen sein, die unter Verwendung des Drucks betrieben werden, der im Druckkreis 5 aufrechterhalten wird. Im Druckkreis 5 ist außerdem stromabwärts von der Pumpe 11 eine Druckmesseinrichtung 77 angeordnet. Diese Messeinrichtung ist, obwohl sie für den Betrieb des hydraulischen Antriebssystems 2 nicht erforderlich ist, vorzugsweise für den Bediener des Fahrzeugs als eine Anzeige des Drucks in der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 vorgesehen. Schließlich enthält der Druckkreis 5 außerdem zwei druckempfindliche Relaisschalter 80 und 83. Der erste druckempfindliche Relaisschalter 80 ist in den Druckkreis 5 eingesetzt und spricht direkt auf den Druck im Akkumulator 29 und in der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 an. Der Zweite druckempfindliche Relaisschalter 83 ist zwischen dem Strömungssteuerungsventil 44 und dem Steuerungsventil 47 für gerichtete Strömungen angeordnet. Die ersten und zweiten druckempfindlichen Relaisschalter 80 und 83 funktionieren derart, dass sie die Position von verschiedenen Ventilen, die im hydraulischen Antriebssystem 2 enthalten sind, automatisch steuern, wie später bei der Erläuterung der verschiedenen Betriebsarten des hydraulischen Antriebssystems 2 genauer beschrieben wird.
In der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, enthält der Arbeitskreis 7 eine Hauptarbeitsleitung 90, die zu den ersten und zweiten Zweigströmungsleitungen 92 und 95 führt. In der Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, ist ein Zweipositions-Vorderrad-Motorsteuerventil 97 in der ersten Zweigströmungsleitung 92 angeordnet. Die erste Zweigströmungsleitung 92 führt durch ein Rückschlagventil 98 und eine erste Saugleitung 99 zum Reservoir 14. Der spezielle Aufbau des Rückschlagventils 98 wird später unter Bezugnahme auf 4 genauer beschrieben, es sollte jedoch selbstverständlich sein, dass dieses Rückschlagventil eine vollkommen freie Strömung in der Strömungsrichtung vom Reservoir 14 in die erste Zweigströmungsleitung 92 ermöglicht und eine Strömung direkt zum Reservoir 14 verhindert. In der bevorzugten Ausführungsform enthält das Rückschlagventil 98 keine Zugfeder, die gewöhnlich in Rückschlagventilen vorkommt, so dass kein bestimmter Widerstand überwunden werden muss, bevor das Ventil die gewünschte Strömung ermöglicht. Die erste Zweigströmungsleitung 92 führt zu Arbeitsrohrleitungen 100 und 101, die wiederum zu entsprechenden ersten Fluidanschlüssen 104 und 105 der vorderen Motoreinheiten 107 bzw. 108 führen. Die vorderen Motoreinheiten 107 und 108 besitzen entsprechende zweite Fluidanschlüsse 110 und 111, die zu den Leitungen 113 und 114 führen. Die Leitungen 113 und 114 führen wiederum zu einer gemeinsamen Rohrleitung 116.
In einer im Wesentlichen ähnlichen Weise führt die zweite Zweigströmungsleitung 95 zu Arbeitsrohrleitungen 120 und 121, die jeweils an erste und zweite Fluidanschlüsse 124 und 125 der hinteren Motoreinheiten 128 und 129 angeschlossen sind. An diesem Punkt sollte erkannt werden, dass in dieser Ausführungsform jede der Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 antreibend mit einem entsprechenden Rad des Fahrzeugs direkt verbunden ist. Zwischen der zweiten Zweigströmungsleitung 95 und den ersten Fluidanschluss 24 für die hintere Motoreinheit 28 ist ein Zweipositions-Steuerventil 133 des hinteren Motors angeordnet. Gleichfalls ist ein zweites Zweipositions-Steuerventil 134 des hinteren Motors zwischen der zweiten Zweigströmungsleitung 95 und dem Fluidanschluss 125 für die hintere Motoreinheit 129 angeordnet. Zwischen dem Steuerventil 133 des hinteren Motors und der hinteren Motoreinheit 128 ist eine zweite Saugleitung 138 angeordnet, die mit dem Reservoir 14 verbunden ist und in der ein Rückschlagventil 140 angeordnet ist, das genauso wie das Rückschlagventil 98 aufgebaut ist. Der Arbeitskreis 121 ist in ähnlicher Weise mit einer dritten Saugleitung 142 und dem Reservoir 14 durch ein entsprechendes Rückschlagventil 144 verbunden. Die hinteren Motoreinheiten 128 und 129 enthalten entsprechende zweite Fluidanschlüsse 147 und 148, die durch die Leitungen 151 und 152 zu einer gemeinsamen Rohrleitung 155 führen. Die gemeinsamen Rohrleitungen 116 und 155 treffen sich und bilden eine Hilfsarbeitsdruckleitung 159. Wie in 1 deutlich gezeigt ist, führen die Hauptarbeitsleitung 90 und die Hilfsarbeitsleitung 159 zum Steuerventil 47 für Richtungsströmungen und können wahlweise während des Betriebs des Fahrzeugs vom druckbeaufschlagten Fluid im Druckkreis 5 getrennt oder mit diesem verbunden werden.
Bevor genau beschrieben wird, wie das hydraulische Antriebssystem der obenbeschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung funktioniert, um ein Fahrzeug über verschiedene Antriebsbereiche anzutreiben, wird der bevorzugte Aufbau jedes der Ventile und Schalter, die oben beschrieben wurden, unter Bezugnahme auf die 2 bis 8 beschrieben. 2 stellt einen bevorzugten Aufbau für das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen dar. Wie oben angegeben wurde, ist das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen vorzugsweise ein Dreipositions-Magnetsteuerventil. Das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen ist in eine mittlere Position, die mit A bezeichnet ist, vorgespannt, in der die Hauptarbeitsleitung 90 des Arbeitskreises 7 von der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 des Druckkreises 5 getrennt ist und die Hilfsarbeitsleitung 149 an die Rückleitung 50 angeschlossen ist. Während des Betriebs des Fahrzeugs in einer Vorwärts-Antriebsart wird das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen in die mit B angegebene Position versetzt, so dass die Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 in direkter Fluidverbindung mit der Hauptarbeitsleitung 90 steht, wobei die Hilfsarbeitsdruckleitung 159 mit der Rückleitung 50 in Fluidverbindung bleibt. Wenn das Fahrzeug in eine Rückwärts-Betriebsart versetzt wird, nimmt das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen die Position C ein, in der die Hilfsarbeitsdruckleitung 159 mit der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 in Fluidverbindung steht und die Hauptarbeitsleitung 90 mit der Rückleitung 50 verbunden ist. Die spezielle Art, wie das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen gesteuert wird, um zwischen den verschiedenen Positionen A, B und C verstellt zu werden, wird später bei der Beschreibung der Betriebsweise des hydraulischen Antriebssystems 2 genauer beschrieben.
Nun wird Bezug auf 3 genommen, die einen bevorzugten Aufbau jedes der Motorsteuerventile 97, 133 und 134 darstellt. Wie oben angegeben wurde, sind diese Ventile vorzugsweise Zweipositions-Magnetsteuerventile, die in einer Richtung vorgespannt sind, in der diese Ventile eine Position einnehmen, die in 3 mit A angegeben ist. In dieser Position bilden die Motorsteuerventile 97, 133 und 134 Rückschlagventile, die lediglich eine Strömung von entsprechenden Motoren 107 und 108, 128 und 129 zu den ersten und zweiten Zweigströmungsleitungen 92 bzw.
95 zulassen. Deswegen wird dann, wenn die Motorsteuerventile 97, 133 und 134 in Position A sind, dem druckbeaufschlagten Fluid in den ersten und zweiten Zweigströmungsleitungen 92 und 95 nicht gestattet, in die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 zu strömen. Wenn eines der Ventile 97, 133 und 134 in ihre entsprechenden Positionen B verstellt wird, kann das Fluid von den entsprechenden Zweigströmungsleitungen 92 und 95 zu den entsprechenden Motoren 107, 108, 128 und 129 strömen. Wie später genauer erläutert wird, werden diese Motorsteuerventile 97, 133 und 134 individuell gesteuert, um wahlweise zu bestimmen, welche der Motoreneinheiten 107, 108, 128 und 129 während des Betriebs des Fahrzeuges zu einem gegebenen Zeitpunkt angetrieben sind.
4 stellt den bevorzugten Aufbau der Rückschlagventile 98, 140 und 144 dar. Wie bereits angegeben wurde, sind diese Rückschlagventile nicht federvorbelastet, so dass keine vorgegebenen Widerstände überwunden werden müssen, bevor das Ventil öffnet. Diese Ventile werden wiederum verwendet, um das Reservoir mit den entsprechenden Arbeitsrohrleitungen 100, 101, 120 und 121 zu verbinden. Diese Rückschlagventile ermöglichen, dass das Fluid lediglich vom Reservoir zu den Arbeitsrohrleitungen strömt und nicht umgekehrt.
5 stellt einen bevorzugten Aufbau des Strömungssteuerventils 44 dar. Wie schematisch dargestellt ist, enthält das Strömungssteuerungsventil 44 einen Strömungsbegrenzer des Nadel-Typs, der mit einer Feineinstellung versehen und mit dem Gaspedal 45 mechanisch verbunden ist. Dieser Typ des Strömungssteuerungsventils ist auf dem Markt leicht erhältlich und kann z. B. das Strömungsventil mit der Modell-Nr. FCV 7–10 (NVF) sein, das von Vickers verkauft wird. Das Strömungssteuerungsventil 44 ist in eine geschlossene Position vorgespannt, um eine Strömung durch das Ventil zu verhindern, es sei denn das Steuerelement 45 wird durch den Fahrzeugbediener betätigt. Obwohl das Strömungssteuerungsventil 44 mechanisch mit dem Steuerungselement 45 verbunden ist, sollte es leicht verständlich sein, dass außerdem eine elektronisch gesteuerte Ventilanordnung verwendet werden könnte, bei der der Grad des Niederdrückens des Steuerungselements 45 gemessen und verwendet wird, um die Öffnung des Strömungssteuerungsventils 44 elektrisch zu steuern. Deswegen kann das Strömungssteuerungsventil 44 mechanisch mit dem Steuerungselement 45 verbunden sein oder anhand der Position des Steuerungselements 45 elektronisch gesteuert werden.
6 stellt die bevorzugte Ausführungsform für die Ventile 37 und 55 dar. Wie oben angegeben wurde, sind diese Ventile vorzugsweise Zweipositions-Magnetventile, die normalerweise geschlossen sind. Deswegen sind diese Ventile so vorgespannt, dass sie die Position A einnehmen, in der sie das Durchströmen von Fluid verhindern. Diese Ventile können jedoch so betätigt werden, dass sie in die mit B angegebenen Positionen verstellt werden und das freie Durchströmen des Fluids gestatten. Die Art, wie diese Ventile betätigt werden, um sie zwischen den Positionen A und B zu verstellen, wird wiederum später bei der Beschreibung des Betriebs des hydraulischen Antriebssystems in den verschiedenen Antriebsarten genauer beschrieben.
Eine schematische Ansicht des Strömungsrückleitungsventils 52 ist in 7 dargestellt und zeigt, wie die Strömung von der Rückleitung 50 normalerweise durch ein erstes Strömungssteuerungsventil 250 zum Reservoir 14 geleitet wird. Wie später genauer erläutert wird, wird jedoch dann, wenn das Fahrzeug gebremst wird, das erste Strömungssteuerungsventil 250 gleichzeitig mit einem zweiten Strömungssteuerungsventil 255 so verstellt, dass die Strömungsmenge durch die Rückleitung 50 zum Reservoir 14 vermindert wird und eine Strömung zur Hilfsdruckleitung 63 geschaffen wird. Beim starken Bremsen steigt der Druck in der Rückleitung 50 an und außerdem wird der Anteil der Strömung zur Hilfsdruckleitung 63 dementsprechend ansteigen. Eine Druckentlastung in Form des federvorbelasteten Ventils 260 ist außerdem im Rückleitungsventil 52 vorgesehen, so dass das Druckentlastungsventil 260 eine Strömung zum Reservoir 14 bewirken wird, wenn der Druck im Arbeitskreis 7, der sich in der Hilfsdruckleitung 63 wiederspiegelt, den maximalen Betriebsdruck des Systems übersteigt. Dieser Betriebsdruck kann in Abhängigkeit von im Voraus eingestellten Systemparametern variieren, in der bevorzugten Ausführungsform eines Personenkraftwagens beträgt dieser Betriebsdruck jedoch etwa 3000 psi (20,7 MPa). Immer dann, wenn das Bremspedal des Fahrzeugs freigegeben wird, nehmen die ersten und zweiten Strömungssteuerungsventile 250 und 255 ihre normalen Betriebspositionen ein, wobei das Strömungssteuerungsventil 255 geschlossen wird, um eine Verbindung zwischen der Rückleitung 50 und der Hilfsdruckleitung 63 zu verhindern, und die Strömung von der Rückleitung 50 wird einfach zum Reservoir 14 geleitet. Weitere Einzelheiten dieser Bremsoperation werden später bei der Erläuterung des Gesamtbetriebs des Antriebssystems 2 gegeben.
8 stellt schematisch den Aufbau der Rückschlagventile 32 und 66 dar. Die Rückschlagventile 32 und 66 sind im Allgemeinen in einer Weise aufgebaut, die der der Rückschlagventile 98, 140 und 144 ähnlich ist, diese Rückschlagventile sind jedoch vorzugsweise in eine geschlossene Position federvorbelastet, so dass ein bestimmter Druckwiderstand überwunden werden muss, um ein Durchströmen von Fluid zu ermöglichen. Das Rückschlagventil 66 ist eigentlich in die Hilfsdruckleitung 63 einge setzt, um einen unerwünschten Druckverlust im Druckkreis 5 zu verhindern. Das Rückschlagventil 66 wirkt im Einzelnen derart, dass es verhindert, dass druckbeaufschlagtes Fluid in der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 durch das Strömungsrückleitungsventil 52 in das Reservoir 14 ausläuft. Das Strömungsrückleitungsventil 52 könnte natürlich selbst eine Ventilanordnung enthalten, die zur Verhinderung dieser Rückströmung wirkt, und deshalb würde das Rückschlagventil 66 überflüssig sein oder lediglich als Vorsichtsmaßnahme vorgesehen sein.
Die Relaisschalter 80 und 83 sind herkömmlich bekannt und wirken in einfacher Weise, um die Kreise zur Steuerung der Elektromagnetaktivierung, die anhand von vorbestimmten nachgewiesenen Druckpegeln erfolgt, zu schließen. Wie später genauer beschrieben wird, wirken die Relaisschalter 80 und 83 im Einzelnen zur Steuerung der Regulierungseinheit 22, des Ventils 37 und eines oder mehrerer Motorsteuerungsventile 97, 134. In der bevorzugten Ausführungsform sind die druckempfindlichen Relaisschalter 80 und 83 jeweils in der Lage, zwei unterschiedliche Kreise von einer Versorgungsleitung zu trennen, so dass der druckempfindliche Relaisschalter 80 die Regulierungseinheit 22 so steuert, dass die Antriebsmaschine 20 in einer Leerlaufstellung ist, wenn der Druck im Akkumulator 29 und in der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 in einem vorgegebenen Betriebsdruckbereich liegt (z. B. etwa 2500–3000 psi (10,2–20,1 MPa)), und die Regulierungseinheit 22 so zu steuern, dass die Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine 20 auf eine obere optimale Drehzahl erhöht wird, wenn der Druck im Akkumulator 29 und in der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 unter den Sollbereich fällt. Obwohl die Antriebsmaschine 20 in der bevorzugten Ausführungsform lediglich anhand des Systemdrucks zwischen einem Leerlauf und Laufgeschwindigkeiten bei optimaler Drehzahl verstellt wird, wäre es möglich, dass der druckempfindliche Relaisschalter 80 außerdem die Antriebsmaschine 20 so steuert, dass sie abgeschaltet wird, wenn der Druckkreis 5 in einem Druckbereich mit hoher Kapazität ist. Diese alternative Ausführungsform erzeugt jedoch Vibrationen und zusätzliche Störungen, die mit dem periodischen Neustart der Antriebsmaschine 20 verbunden sind. Wie später genauer beschrieben wird, ist der Zweite druckempfindliche Relaisschalter 83 in der Lage, bei unterschiedlichen nachgewiesenen Betriebsdrücken zwischen dem Strömungssteuerungsventil 44 und dem Steuerungsventil 47 für Richtungsströmungen so zu regeln, dass insbesondere die Verstellung der Motorsteuerungsventile 97 und 134 gesteuert wird.
Die Funktionsweise des hydraulischen Antriebssystems 2 in den verschiedenen Betriebsarten wird nun unter spezieller Bezugnahme auf die 1 und 9 beschrieben, wobei der Aufbau und die verfügbaren Positionen und Funktionen der in den 2 bis 8 dargestellten Ventile und Schalter berücksichtigt werden. 9 wird verwendet, um den Betrieb des hydraulischen Antriebssystems 2 in Verbindung mit einer automatischen Antriebsanordnung darzustellen, die jener von herkömmlichen Personenkraftwagen ähnlich ist, bei der ein bedienergesteuerter Verstellhebel verwendet wird, um wahlweise die Betriebsart des Fahrzeuges zwischen Parken, Rückwärtsfahrt, Leerlauf und verschiedenen Vorwärtsfahrtpositionen zu bestimmen. Andere Fahrzeugtypen könnten natürlich ähnliche Verstellhebel besitzen, die wenigstens Rückwärts- und Vorwärtsantriebspositionen aufweisen. 9 stellt mit dem Bezugszeichen 467 eine herkömmliche Positionsanzeige des Verstellsteuerhebels für Personenkraftwagen dar. Wenn der Schalthebel in die Parkposition (P) gestellt wird, sind alle Magnetventile, die im hydraulischen Antriebssystem 2 enthalten sind, einfach in ihre neutralen Positionen vorgespannt und deshalb ist der Druckkreis 5 vom Arbeitskreis 7 getrennt, mit der Ausnahme, dass die Hilfsarbeitsleitung 159 mit der Rückleitung 50 verbunden ist, jedoch nur mittels des Ventils 55 vom Reservoir 14 getrennt ist, und es ist keine Strömung durch die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 möglich.
Wenn der manuelle Schalthebel in die Rückwärts-Position (R) bewegt wird, wird ein elektrischer Kontakt hergestellt, der bewirkt, dass das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen in die Position C und das Magnetventil 55 in die Position B verstellt wird. Das Verstellen des Steuerventils 47 für Richtungsströmungen verbindet dadurch die Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 mit der Hilfsarbeitsdruckleitung 159 sowie die Hauptarbeitsleitung 90 durch die Rückleitung 50 mit dem Reservoir 14. In dieser Betriebsart fließt druckbeaufschlagtes Fluid, das durch die Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 in die Hilfsarbeitsleitung 159 strömt, zu den gemeinsamen Rohrleitungen 116 und 155 und anschließend zu den Leitungen 113, 114, 151 und 152, um die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 in der Rückwärtsrichtung anzutreiben. Fluid, das durch die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 strömt, strömt durch die entsprechenden Rückschlagventile der Motorsteuerungsventile 97, 133 und 134, da diese Motorsteuerungsventile in der Position A von 3 sind. Das Fluid, das durch die Motorsteuerungsventile 97, 133 und 134 strömt, fließt zur Hauptarbeitsleitung 90 und wird anschließend infolge der Position des Steuerungsventils 47 für Richtungsströmungen durch die Rückleitung 50 zum Reservoir 14 geleitet.
Da das Umleitungsventil 52 in einem Betriebszustand gehalten wird, bei dem keine Strömung zur Hilfsdruckleitung 63 geleitet wird, geht die gesamte Rückströmung durch das Filter 58 und den Ölkühler 60. Die Geschwindigkeit, bei der das Fahrzeug rückwärts angetrieben wird, wird durch den Fahrzeugbediener durch das Steuerungselement 45 und seine Verbindung mit dem Strömungssteuerungsventil 44 gesteuert. Einfach ausgedrückt gilt: je mehr der Bediener das Steuerungselement 40 niederdrückt, desto höher ist die Strömungsrate durch das Steuerungsventil 47 für Richtungsströmungen und die entsprechenden Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129. Während dieses gesamten Ablaufs bleibt die Antriebsmaschine 20 im Leerlauf, solange der Druck im Druckkreis 5 innerhalb des vorgegebenen Betriebspegels aufrechterhalten wird, der in der bevorzugten Ausführungsform etwa 2500–3000 psi (17,2–20,1 MPa) beträgt. Wenn der Druckkreis 5 tatsächlich anfangs in ausreichender Weise mit Druck beaufschlagt ist, kann das Fahrzeug anfangs sogar ohne Starten der Antriebsmaschine 20 angetrieben werden. Wenn die Antriebsmaschine 20 im Leerlauf ist, wird das Ventil 37 in der Position A gehalten, die in 6 dargestellt ist, um die Ausgangsströmung von der Pumpe 11 mit festem Hubraum zum Reservoir 14 durch die Umgehungsleitung 35 umzuleiten, damit die Antriebsmaschine 20 entlastet wird. An diesem Punkt sollte zusätzlich angemerkt werden, dass das Ventil in der bevorzugten Ausführungsform mit dem Anlassschalter des Fahrzeugs verbunden ist, so dass das Ventil 37 beim Anlassen so positioniert wird, dass die Antriebsmaschine 20 entlastet wird, es wird jedoch in der nachfolgend dargestellten Weise gesteuert. Aus dem Obengenannten sollte außerdem in einfacher Weise klar sein, dass alle Fahrzeugräder rückwärts angetrieben werden, wodurch das maximale Drehmoment, das bei diesem hydraulischen Antriebssystem zur Verfügung steht, geliefert wird.
Wenn der Schalthebel in die neutrale Position bewegt wird, nimmt das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen wiederum die Position A ein, in der der Arbeitskreis 7 vom Druckkreis 5 getrennt ist. In diesem Zustand ist das Fahrzeug im Freilauf, da die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 direkt durch die Saugleitungen 99, 138 bzw. 142 Fluid aus dem Reservoir 14 ziehen können. Die Ausgänge von den Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 strömen von den gemeinsamen Rohrleitungen 116 und 155 zur Hilfsarbeitsleitung 159, durch das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen, da es in seiner entsprechenden Position A ist, in die Rückleitung 50 und zum Reservoir 14, da das Magnetventil 55 in die Position B verstellt ist, wie in 6 angegeben ist.
In der normalen Antriebsart bleibt das Magnetventil 55 in seiner Position B, das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen wird in die Position B verstellt, bei der die Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 direkt mit der Hauptarbeitsleitung 90 verbunden ist und die Hilfsarbeitsleitung 159 direkt mit der Rückleitung 50 verbunden ist, und das Steuerventil 133 des hinteren Motors wird in die Position B verstellt, damit die Zweigleitung 95 direkt mit dem Motor 128 verbunden wird. Der Bediener des Fahrzeugs steuert wiederum die gewünschte Geschwindigkeit/Beschleunigung durch das Steuerungselement 45, das das Strömungssteuerungsventil 44 verstellt. Wenn das Fahrzeug anfangs aus einer Halteposition gestartet wird, weisen die Fahrzeugräder einen hohen Drehwiderstand auf und dieser wird den Druck im Anschlussabschnitt 42 der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 beeinflussen. Dieser Druckanstieg im Anschlussabschnitt 42 wird durch den zweiten druckempfindlichen Relaisschalter 83 sensiert bzw. nachgewiesen. Der druckempfindliche Schalter 83 arbeitet dann in der beschriebenen Ausführungsform bei einem Druck von etwa 2000 psi (13,8 MPa), um das Magnetventil 134 zu betätigen und um dieses Ventil in seine entsprechende Betriebsposition B zu verstellen, die in 3 gezeigt ist, so dass die Strömung außerdem durch den Arbeitskreis 121 geht und außerdem wird das Rad, das mit der Motoreinheit 129 assoziiert ist, angetrieben. Bei dieser Zweirad-Antriebsart fließt die Strömung von den Motoreinheiten 128 und 129 wieder in der gemeinsamen Rohrleitung 155 zur Hilfsarbeitsdruckleitung 159, durch das Steuerventil 47 für Richtungsströmungen in die Rückleitung 50 und durch das Ventil 55 und das Umleitungsventil 52 zum Reservoir 14. Diese Strömung geht offensichtlich außerdem durch das Filter 58 und den Ölkühler 60.
Wenn der Druck im Anschlussabschnitt 42 einen zweiten, im Voraus eingestellten Grenzwert überschreitet (etwa 2400 psi), betätigt der druckempfindliche Schalter 83 außerdem das Motorsteuerungsventil 97, das die Strömung von druckbeaufschlagtem Fluid durch die erste Zweigströmungsleitung 92 und die Arbeitskreise 100 und 101 zulässt und die Motoreinheiten 107 und 108 treiben dadurch die zusätzlichen Fahrzeugräder an. Es sollte deswegen klar sein, dass dann, wenn das Fahrzeug von einer anfänglichen Haltposition gestartet wird, unter der Voraussetzung, dass der zugehörige Drehwiderstand in dieser Haltposition am größten ist, das Fahrzeug die Vierrad-Antriebsart einnimmt, bis der Druck im Anschlussabschnitt 42 unter den oberen Schwellenwert abfällt, der durch den druckempfindlichen Schalter 83 sensiert wird, woraufhin das Motorsteuerungsventil 97 wieder in seine zugehörige Position A verstellt wird und lediglich die beiden Motoreinheiten 128 und 129 das Fahrzeug antreiben. Zu diesem Zeitpunkt würde das Fahrzeug eine viel höhere Geschwindigkeit eingenommen haben und in ähnlicher Weise wird das Motorsteuerungsventil 134 deaktiviert und seine zugehörige Position A einnehmen, wenn der Druck im Anschlussabschnitt 32 unter den unteren Schwellenwertdruck von etwa 2000 psi (13,8 MPa) infolge des Fehlens eines wesentlichen Gegendrucks abfällt, der in der Hauptarbeitsleitung 90 erzeugt wird. Bei dieser höheren Fahrzeuggeschwindigkeit treibt lediglich der Motor 128 das Fahrzeug an, bis aufgrund von Steigungen, über die das Fahrzeug fährt, einer vom Bediener gewünschten Geschwindigkeit/Beschleunigung oder dergleichen höhere Anforderungen an das System gestellt werden.
Bei der obenbeschriebenen Anordnung sollte klar sein, dass ein Fahrzeug, das das in 1 dargestellte hydraulische Antriebssystem 2 enthält, über drei Geschwindigkeitsbereiche angetrieben wird, die durch die Anzahl der angetriebenen Räder repräsentiert werden. Diese Anzahl von Bereichen kann natürlich geändert werden, so dass eine vierte Geschwindigkeit vorgesehen wird, indem einfach die Strömung zu den Motoren 107 und 108 in der gleichen Weise konfiguriert wird, wie in Bezug auf die Motoren 128 und 129 dargestellt wurde. Deswegen wird ein zusätzliches Motorsteuerungsventil benötigt und der druckempfindliche Relaisschalter 83 wird so betrieben, dass er drei separate Motorsteuerungsventile bei Intervallen von etwa 200 psi (1,4 MPa) zwischen 2000 und 3000 psi (13,8 und 16,5 MPa) steuert. Außerdem könnte eine Ausführungsform mit zwei Geschwindigkeiten in einfacher Weise hergestellt werden, indem die Strömung zu den Motoren 128 und 129 in gleicher Weise arrangiert wird, wie sie in Bezug auf die Motoren 107 und 108 dargestellt wurde. Da ein einzelnes Motorsteuerungsventil 97 verwendet wird, um die Strömung zu den Motoren 107 und 108 zu steuern, sollte klar sein, dass eine einzelne Motoreinheit mit einer in Querrichtung verlaufenden Ausgangswelle vorgesehen werden könnte, die mit einem Paar von seitlich beabstandeten Rädern des Fahrzeugs verbunden ist. Zusätzliche beispielhafte Antriebsanordnungen werden außerdem später unter Bezugnahme auf die 11 und 12 genauer beschrieben. Ferner sollte klar sein, dass eine manuelle Schaltanordnung verwendet werden könnte, bei der eine Bewegung der Gangschaltung zwischen ersten, zweiten und dritten Vorwärtsgeschwindigkeiten das Einkuppeln und Auskuppeln der verschiedenen Motoreinheiten direkt steu ern würde. Bei einer derartigen Ausführungsform ist es trotzdem vorzuziehen, dass ein automatisches Vorrangmittel der Steuereinrichtungen des Bedieners vorhanden ist, das durch die Verwendung eines druckempfindlichen Relaisschalters auf dem Systemdruck basiert, der in der Weise betrieben wird, die oben in Bezug auf den druckempfindlichen Relaisschalter 83 dargestellt wurde. Es sollte schließlich klar sein, dass die Reihenfolge, in der die Fahrzeugräder angetrieben werden, geändert werden könnte, so dass anfangs wenigstens ein Vorderrad angetrieben wird.
Wenn der Druck im Druckkreis 5 während des Betriebs des Fahrzeuges einen gewünschten Betriebsbereich verlässt (z. B. unter etwa 2500 psi (17,3 MPa)), wird das durch den druckempfindlichen Relaisschalter 80 sensiert und an die Regulierungseinheit 22 übertragen. Deswegen wird dann, wenn der Druckkreis 5 einen verminderten Druck aufweist, die Regulierungseinheit 22 so eingestellt, dass die Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine 20 auf einen optimalen hohen Drehzahlbereich verstellt wird, so dass die Pumpe 11 mit fester Verdrängung bei einer vergrößerten Ausgangsströmung angetrieben wird, um die Druckbeaufschlagung des Druckkreises 5 zu verbessern. Aus dem Obengenannten sollte klar sein, dass das hydraulische Antriebssystem 2 der vorliegenden Erfindung auf dem Volumen basiert, d. h. die Anzahl der in Eingriff befindlichen Antriebsmotoren hängt von der Strömung des zulässigen Fluids durch diese ab, da der Betrieb des Fahrzeuges während Betriebsarten mit hohen Drehwiderständen einen Gegendruck erzeugt, um die Anzahl der Motoren zu erhöhen, und wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit bei einer entsprechenden Verminderung des Drehwiderstandes steigert, wird die Anzahl der Antriebsmotoren vermindert. Deswegen basiert das System auf dem Volumen und der Druck des Systems muss lediglich in einem gewünschten Betriebs bereich aufrechterhalten werden. Das beseitigt die Notwendigkeit einer Antriebsmaschine mit hoher Ausgangsleistung und einen ständigen Betrieb der Antriebsmaschine.
Es wird verhindert, dass der Ausgang der Pumpe 11 direkt zum Reservoir 14 zurückkehrt, während die Antriebsmaschine 20 im hohen Drehzahlbereich arbeitet, da das Zweipositionsventil 37 in der in 6 mit A bezeichneten Position ist. Der druckempfindliche Relaisschalter 80 steuert außerdem die Position des Ventils 37 gemeinsam mit der Regulierungseinheit 22. Der druckempfindliche Relaisschalter 80 steuert im Einzelnen das Ventil 37, um das Ventil in die in 6 mit B bezeichnete Position zu verstellen, wodurch ermöglicht wird, dass Fluid von der Pumpe 11 zurück zum Reservoir strömt, wenn die Antriebsmaschine 20 im Leerlauf ist, wie oben erläutert wurde, wodurch die Last an der Antriebsmaschine 20 vermindert wird. Der Druckkreis 5 hält natürlich trotzdem in der Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 einen hohen Druck aufrecht, da der Akkumulator stromabwärts vom Rückschlagventil 32 angeordnet ist. Deswegen ermöglicht das Ventil 37 eine Strömung von der Pumpe 11 zum Reservoir 14, wenn die Regulierungseinheit 22 so positioniert ist, dass die Antriebsmaschine im Leerlauf ist, und wenn die Regulierungseinheit 22 die Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine 20 zu einer hohen optimalen Drehzahl vergrößert, wird das Ventil 37 gleichzeitig geschlossen, so dass es die in 6 gezeigte Position A einnimmt, wodurch der gesamte Ausgang von der Pumpe 11 durch das Rückschlagventil 32 strömt, um den Druck im Akkumulator 29 zu erhöhen. Wenn eine Pumpe mit variablem Hubraum verwendet wird, stellt sich die Pumpe natürlich automatisch selbst ein, so dass ein größerer Volumenausgang geliefert wird, wenn ein geringerer Druck vorhanden ist, und ein geringes Volumen geliefert wird, wenn der Systemdruck höher ist. Das führt zu einer weiteren Entlastung der Antriebsma schine 20 während des Leerlaufs.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann das Fahrzeug eine Traktionskontrolleinheit (Steuereinheit) enthalten, die in 10 allgemein mit dem Bezugszeichen 585 angegeben ist, bei der der Bediener Vorrang vor dem System besitzt und zwangsläufig einen oder alle Fahrzeugantriebsmotoren im Betrieb halten kann, solange das Fahrzeug nicht im geparkten Zustand ist. Dies kann durch einen einfachen drehbaren Knopf 587 oder dergleichen erfolgen, der durch den Bediener manuell verstellt werden kann. Es sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung außerdem das Merkmal einer regenerativen Bremse aufweist, so dass während des Bremsens des Fahrzeuges die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 als Pumpen arbeiten und kinetische Energie, die während des Bremsens verloren geht, wird in potenzielle Energie umgewandelt, indem der Druckkreis 5 wenigstens teilweise neu mit Druck beaufschlagt wird. Wie oben erläutert wurde, ist das Umleitungsventil 52 normalerweise in einer neutralen Position, die eine freie Strömung des Fluids von der Rückleitung 50 durch das Filter 58 und den Kühler 60 zum Reservoir 14 ermöglicht, das Umleitungsventil 52 kann jedoch durch seine Verbindung mit dem Fahrzeugbremshebel oder Pedal (das oben beschrieben wurde, jedoch nicht gezeigt ist) so gesteuert werden, dass das Umleitungsventil 52 als ein Kompensator der gemessenen Strömung wirkt. Wenn der Bedienerdruck auf den Bremshebel oder das Pedal angelegt wird, wird das Umleitungsventil 52 so gesteuert, dass Fluid bei einer gemessenen Rate in die Hilfsdruckleitung 63 ausgegeben wird, um den Hilfsdruck zur Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 zu leiten. Wie oben angegeben wurde, treffen die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 während des Bremsens auf einen hohen Widerstand und beginnen ihren Betrieb als Pumpen, die durch das Moment der den Boden berührenden Fahrzeugräder gedreht werden. Der Druck, der in der Hilfsdruck-Versorgungsleitung 63 entwickelt wird, erzeugt deswegen einen Widerstand gegen die Drehung der Fahrzeugräder. Wenn der Akkumulator 29 in einem hohen Druckbereich ist, schafft eine Druckentlastungsanordnung im Umleitungsventil 52 (das oben erläuterte Druckentlastungsventil 260) eine Druckentlastung für das System, so dass trotzdem ein maximaler Widerstand auf die Antriebseinheiten 107, 108, 128 und 129 einwirkt, so dass eine maximale Bremswirkung erfolgt, das überflüssige Fluid, das nicht mehr vom Akkumulator 29 aufgenommen werden kann, kann jedoch zum Reservoir 14 strömen. Da die Motorsteuerungsventile 97, 133 und 134 während des Bremsens das Durchströmen des Fluids in einer umgekehrten Richtung nicht zulassen, ziehen die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 durch die Saugleitungen 99, 138 und 142 Fluid aus dem Reservoir 14, so dass nicht mit Druck beaufschlagtes Fluid an die Motoreinheiten 107, 108, 128 und 129 geliefert wird, das dann mit Druck beaufschlagt wird und durch die Hilfsarbeitsleitung 149 zur Rückleitung 50 geschickt wird. Die Saugleitungen 99, 138 und 142 wirken außerdem durch die Rückschlagventile 98, 140 und 144 in einer ähnlichen Weise während des Freilaufs des Fahrzeugs, so dass dann, wenn ein vorhandener Motor nicht direkt verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben, diese entsprechende Motoreinheit im Freilauf laufen kann.
Bei der Beschreibung einer zweiten Ausführungsform des Arbeitskreises, die in einfacher Weise mit dem obenbeschriebenen Druckkreis verwendet werden kann, wird Bezug auf die 11 genommen. Bei dieser Ausführungsform des Arbeitskreises zweigen von der Hauptarbeitsleitung 90' eine Mehrzahl von Arbeitsrohrleitungen 600–603 ab, wovon jede zu einer entsprechenden Motoreinheit 606–609 führt, die verwendet werden kann, um eine gemeinsame Antriebswelle 612 anzutreiben. Fluid, das durch die Arbeitsrohr- leitungen 600 bis 603 und die Motoreinheiten 606 bis 609 strömt, wird in entsprechende Leitungen 616 bis 618 und anschließend zur Hilfsarbeitsdruckleitung 159' geleitet. Wie bei der obenbeschriebenen Ausführungsform führt die Hilfsarbeitsdruckleitung 159' zum Steuerventil 47 für Richtungsströmungen.
Wie bei der obenbeschriebenen Ausführungsform besitzt jede der Arbeitsrohrleitungen 600 bis 603 in der in 11 dargestellten Ausführungsform ein entsprechendes Magnetventil 621 bis 624, das darin angeordnet. ist, und eine entsprechende Saugleitung 627 bis 630 zwischen jedem Magnetventil 621 bis 624 und der Motoreinheit 606 bis 609, die damit verbunden ist. In den Saugleitungen 627 bis 630 sind jeweils Einweg-Rückschlagventile 633 bis 636 angeordnet. In der gleichen Weise, die oben mit Bezug auf die Rückschlagventile 98, 140 und 144 beschrieben wurde, lassen die Rückschlagventile 633 bis 636 lediglich zu, dass Fluid von dem Reservoir 14 in die entsprechenden Motoreinheiten 606 bis 609 gezogen werden kann, um eine vollständige Flutung des Arbeitskreises aufrechtzuerhalten und den Freilauf zu ermöglichen.
Bei dieser Ausführungsform können die Motoreinheiten 606 bis 609 einzeln oder in ausgewählten Kombinationen automatisch gesteuert werden, um die gemeinsame Antriebswelle 612 anzutreiben, indem die Magnetventile 621 bis 624 in einer Weise gesteuert werden, die jener, die oben mit Bezug auf die erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, direkt analog ist. Die Motoreinheiten 606 bis 609 können gleiche Hubräume besitzen, so dass sie in einfacher Weise sukzessiv verwenden werden können, um das benötigte Antriebsmoment zu ergänzen, oder die Anzahl der Motoreinheiten 606 bis 609, die verwendet wird, um das Fahrzeug fortzubewegen, kann nacheinander auf eine minimale Anzahl von einer Motoreinheit reduziert werden.
Alternativ können die Motoreinheiten 606 bis 609 unterschiedliche feste Hubräume besitzen, so dass durch die Steuerung der Aktivierung der Magnetventile 621 bis 624 in verschiedenen Kombinationen der Gesamthubraum der aktivierten Motoreinheiten 606 bis 609, die zum Antreiben der gemeinsamen Antriebswelle 612 verwendet werden, einen großen Bereich aufweisen kann, von denen jeder ein unterschiedliches Antriebsverhältnis für das Fahrzeug darstellt. Die gemeinsame Antriebswelle 612 kann verwendet werden, um einen Satz Fahrzeugräder entweder direkt oder über ein Ketten- oder Riemenscheibensystem anzutreiben. Die gemeinsame Antriebswelle 612 könnte eine Antriebswellenverlängerung enthalten, wie etwa jene, die mit dem Bezugszeichen 639 dargestellt ist, so dass diese Antriebsanordnung entweder eine Vorderrad- oder eine Hinterrad-Fahrzeugantriebsanordnung darstellt, bei der jedes Ende der Antriebswelle einem linken bzw. rechten Rad des Fahrzeugs zugeordnet ist.
12 stellt eine weitere Ausführungsform des Arbeitskreises gemäß der vorliegenden Erfindung dar, die als eine Modifikation des in 11 dargestellten Arbeitskreises betrachtet wird. Aus diesem Grund werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um entsprechende Teile in Bezug auf diese Ausführungsformen zu bezeichnen. Der obere Antriebsabschnitt, der in 12 dargestellt ist, stellt eigentlich im Wesentlichen ein Spiegelbild der in 11 dargestellten Antriebsanordnung dar und diese Antriebsanordnung ist durch eine Hauptarbeitsleitung 90'' mit einer identisch aufgebauten Antriebsanordnung verbunden, die im unteren Abschnitt von 12 dargestellt ist. Der untere Antriebsabschnitt von 12 weist im Einzelnen zusätzliche Arbeitsrohrleitungen 645 bis 648 auf, die zu zusätzlichen Motoreinheiten 651 bis 654 führen, die einer gemeinsamen Hilfsantriebswelle 657 zugeordnet sind. Die Strömung zum Vorwärtsantrieb durch die Motoreinheiten 651 bis 654 wird zu den Leitungen 660 bis 663 geleitet, die gemeinsam mit der Strömung durch die Leitung 615 bis 618 in die Hilfsarbeitsleitung 159" strömen. Wie bei den anderen obenbeschriebenen Ausführungsformen sind in die Arbeitsrohrleitungen 645 bis 647 entsprechende Magnetventile 666 bis 669 eingesetzt, um die Strömung von Fluid zu entsprechenden Motoreinheiten 651 bis 654 zu steuern. Außerdem sind bei den Arbeitsrohrleitungen 645 bis 648 zwischen den Magnetventilen 666 bis 669 und den Motoreinheiten 651 bis 654 jeweils Saugleitungen angeordnet, die durch Einweg-Rückschlagventile mit dem Reservoir 14 verbunden sind, wie in 12 gezeigt ist, wobei die Saugleitungen und die Rückschlagventile jedoch für die Klarheit dieser Zeichnung nicht bezeichnet sind.
Die Ausführungsform von 12 kann als ein Antriebssystem für ein vierradgetriebenes Fahrzeug verwendet werden, wobei die Antriebswelle 612 dem Antrieb der Vorderräder des Fahrzeuges zugeordnet ist und die Antriebswelle 657 dem Antrieb der Hinterräder des Fahrzeuges zugeordnet ist. Diese Ausführungsform kann außerdem vorteilhaft beim Antrieb von Zugmaschinen für Fahrzeuge des Typs mit Zugmaschine und Hänger verwendet werden, wobei die Antriebswelle 612 verwendet werden kann, um einen Satz Hinterräder der Zugmaschine anzutreiben, und die Antriebswelle 657 verwendet werden kann, um den anderen Satz Hinterräder der Zugmaschine anzutreiben. Die Motoreinheiten 606 bis 608 und 651 bis 654 können wiederum gleiche Hubräume besitzen oder ihre Hubräume können variieren, so dass der Gesamthubraum, der mit dem Antrieb der Antriebswellen 612 und 657 assoziiert ist, in Abhängigkeit von den einzelnen Motoreinheiten, die aktiviert sind, stark variiert werden kann.
Wie oben angegeben wurde, stellt 13 eine vierte Ausführungsform des Arbeitskreises dar, der gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Diese Ausführungsform scheint besonders vorteilhaft für die Verwendung in einem hydraulischen Antriebssystem für Personenkraftwagen zu sein und stellt zahlreiche Antriebsverhältnisse bereit, um den Wirkungsgrad, der mit dem Fahrzeug assoziiert ist, zu erhöhen. Gemäß dieser Ausführungsform sind jedem der Räder des Fahrzeuges separate Motorbaueinheiten zugeordnet und jede von diesen Motorbaueinheiten enthält tatsächlich mehrere separat betriebsfähige Motoreinheiten, die vorzugsweise unterschiedliche, ihnen zugeordnete feste Hubräume besitzen, so dass das Antriebsverhältnis bei jedem der Räder auf Grundlage der Kombination der ausgewählten Motoreinheiten variiert werden kann.
Dieser Arbeitskreis 7''' enthält im Einzelnen die Motoreinheiten 687a, 687b, 688a, 688b, 689a, 689b, 690a, 690b, 691a, 691b, 692a und 692b. Jeder Satz Motoreinheiten, wie etwa der, der durch die Motoreinheiten 687a, 688a und 689a repräsentiert wird, besitzt eine gemeinsame Antriebswelle 695 bis 698, die ihm zugeordnet ist. Wie gezeigt ist, wird die Antriebswelle 695 verwendet, um das linke Vorderrad des Fahrzeuges anzutreiben, vorzugsweise durch eine Halbwellenanordnung. Die Antriebswelle 696 wird in ähnlicher Weise verwendet, um das rechte Vorderrad des Fahrzeuges anzutreiben, die Antriebswelle 697 wird verwendet, um das linke Hinterrad des Fahrzeuges anzutreiben und die Antriebswelle 698 wird verwendet, um das rechte Hinterrad des Fahrzeuges anzutreiben. Die Lieferung von druckbeaufschlagtem Fluid zu den verschiedenen Motoreinheiten wird in einer Weise ausgeführt, die ähnlich der obenbeschriebenen ist, wobei die Arbeitsleitungsrohre 701 bis 706 parallel von der Hauptarbeitsleitung 90''' abgehend angeordnet sind. Tatsächlich ist jede Arbeitsrohrleitung 701 bis 706 zweigeteilt, wie später mit Bezug auf die Arbeitsrohrleitung 701 erläutert wird, wobei diese Beschreibung ebenfalls für die Strömung we nigstens bei den Arbeitsrohrleitungen 702, 703, 705 und 706 repräsentativ ist.
Die Arbeitsrohrleitung 701 ist mit der Hauptdruck-Zufuhrleitung 90" ' verbunden und ist geteilt, um die Arbeitsrohrleitungen 701a und 701b zu bilden, die zu den Motoreinheiten 687a bzw. 687b führen. Wie ebenfalls später unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform erläutert wird, die gemäß der Arbeitsrohrleitung 7''', die in 13 gezeigt ist, aufgebaut ist, besitzen die Motoreinheiten 687a und 687b die gleichen Hubräume. Dasselbe gilt für die anderen Motoreinheiten, die paarweise angeordnet sind und gemeinsame feste Hubräume besitzen. In der Arbeitsrohrleitung 701 ist zwischen der Hauptdruck-Versorgungsleitung 90''' und der Arbeitsrohrleitung 701a und 701b ein Magnetventil 710 eingebracht. Bei dieser Anordnung sollte klar sein, dass die Öffnung des Magnetventils 710 eine Strömung von der Hauptdruck-Versorgungsleitung 90''' zu beiden Motoreinheiten 687a und 687b ermöglicht. In ähnlicher Weise sind Magnetventile 711 bis 716 vorgesehen, um die Strömung von Fluid jeweils zu den anderen Motoreinheiten zu steuern.
Damit das Antriebssystem auf einen einzigen Antriebsmotor reduziert werden kann, der das Fahrzeug bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten mit geringem Fahrzeugwiderstand antreibt, ist die Arbeitsrohrleitung 704 in die Rohrleitungen 704a und 704b geteilt und Magnetventile 713 und 714 sind in den Arbeitsrohrleitungen 704a bzw. 704b vorgesehen, um die Strömung von druckbeaufschlagtem Fluid zu den Motoreinheiten 690a und 690b zu steuern. Alle in dieser Ausführungsform dargestellten Motoreinheiten werden im Allgemeinen paarweise aktiviert und diese Paare besitzen gleiche feste Hubräume. Obwohl jedoch die Motoreinheit 690b gemeinsam mit der Motoreinheit 690a aktiviert wird, ist es möglich, eine der Motoreinheiten 690a, 690b durch entsprechende Magnetventile 713 und 714 zu deaktivieren, so dass lediglich eine einzige Einheit der Motoreinheiten verwendet wird, um das Fahrzeug voranzutreiben. Wenn z. B. das Fahrzeug anfangs aus einer Ruheposition bewegt wird, würden alle Magnetventile 710 bis 716 geöffnet sein, so dass Fluid an jede der Motoreinheiten geliefert wird. Die Magnetventile 710 bis 716 könnten dann anhand sensierter Fahrzeugparameter gesteuert werden, wie etwa durch die Verwendung des druckempfindlichen Relaisschalters 83, der oben beschrieben wurde, um die Anzahl der Motoreinheiten zu verändern, die tatsächlich verwendet werden, um das Fahrzeug voranzutreiben. In dieser Ausführungsform würde der letzte Satz von Motoreinheiten, der bei höheren Fahrzeuggeschwindigkeiten betriebsfähig bleiben würde, die Motoreinheiten 690a und 690b enthalten. Es ist vorzuziehen, dass die Hinterräder die zuletzt angetriebenen Räder sind, so dass dann, wenn eine weitere Motoreinheit von der Zufuhr des Arbeitsfluids abgetrennt wird (wie etwa die Motoreinheit 690b) und lediglich eine einzige Motoreinheit (wie etwa die Motoreinheit 690a) verwendet wird, um das Fahrzeug anzutreiben, die einzelne Motoreinheit nicht mit den Vorderrädern assoziiert ist, damit eine Zugkraft an den lenkbaren Rädern vermieden wird. Der letzte Antriebsgang sollte natürlich durch zwei in Eingriff befindliche Motoreinheiten gleichmäßig definiert werden. Die folgenden Tabellen stellen eine spezielle Ausführungsform dar, wobei beispielhafte feste Hubräume für jeden der Motoren sowie die Weise, in der sie sukzessiv ein Eingriff gelangen und außer Eingriff gelangen, dargestellt sind, um die verschiedenen Antriebsverhältnisse für ein Fahrzeug zu schaffen. An diesem Punkte sollte jedoch außerdem erkannt werden, dass jede Arbeitsrohrleitung 701 bis 706 eine ihr zugeordnete entsprechende Saugleitung 718 bis 720 stromabwärts von einem entsprechenden Magnetventil 710 bis 716 besitzt und dass entsprechende Einweg-Rückschlagventile 726 bis 732 außerdem vorgesehen sind. Da diese Saugleitungen 718 bis 724 und die Einweg-Rückschlagventile 726 bis 732 so angeordnet sind und in der gleichen Weise funktionieren, die oben mit Bezug auf die anderen Ausführungsformen des Arbeitskreises dargestellt wurde, erfolgt an dieser Stelle keine weitere Beschreibung mit Bezug auf diese Ausführungsformen. Es sollte außerdem erkannt werden, dass jeder Satz von Motorrädern, der beispielsweise durch die Motoreinheiten 687a, 688a und 689a repräsentiert wird, auf dem heutigen Markt in einfacher Weise zur Verfügung steht und durch verschiedene Hersteller, z. B. durch PERNCO verkauft wird.

Um die vorliegende Erfindung weiter darzustellen, sind die beispielhaften festen Hubräume für jede der Motoreinheiten, die in einer Ausführungsform für den in 13 gezeigten Arbeitskreis enthalten sind, und die spezielle Art, in der diese Motoreinheiten in Eingriff gebracht und aus diesem gelöst werden beim Vortrieb des Fahrzeuges wie folgt. Tabelle I

Motoreinheit	Hubraumgröße (Zoll³)(cm3)
687a	5,15(84,39)
687b	5,15(84,39)
688a	5, 79(94, 88)
688b	5,79(94,88)
689a	1, 93(31, 63)
689b	1,93(31,63)
690a	0,72 (11,80)
690b	0,72(11,80)
691a	0,72(11,80)
691b	0,72(11,80)
692a	1,09 (17,86)
692b	1, 09 (17, 86)

Tabelle II
Aus den obigen Tabellen wird erkannt, dass die Vorderräder mit größeren Motorhubräumen versehen sind, da diese Motoreinheiten im Wesentlichen nur während der scharfen Beschleunigung und anderen extremen Betriebsbedingungen benötigt werden. Da außerdem ein Großteil der Bremswirkung für das Fahrzeug an den Vorderrädern vorhanden ist, werden diese Einheiten mit größerem Hubraum das regenerative Bremsen des Systems weiter verbessern. Wie gezeigt ist, werden die vorderen Motoreinheiten sequenziell paarweise in Eingriff gebracht und aus diesem gelöst, um ein Ziehen des Fahrzeugs zu verhindern. Die hinteren Motoreinheiten werden im Allgemeinen paarweise in Eingriff gebracht/aus diesem gelöst, das Antriebssystem ermöglicht jedoch vorzugsweise eine Reduzierung bis zu einem einzelnen Antriebsmotor 690a, wie oben beschrieben wurde, bei höheren Antriebsgeschwindigkeiten oder wenn die benötigten Antriebsmomente verhältnismäßig gering sind. Die zahlreichen Magnetventile schaffen einen Maximalwert von sieben Vorwärtsfahrbereichen und arbeiten in der Weise, die zur ersten offenbarten Ausführungsform direkt analog ist, wobei die Magnetventile normalerweise geschlossen sind, jedoch anhand von sensierten Systempa rametern geöffnet werden können.
Schließlich erfolgt bei der Beschreibung einer weiteren Ausführungsform der Druckschaltung, die in der vorliegenden Erfindung enthalten ist, eine Bezugnahme auf 14. Der Druckkreis 5' ist im Wesentlichen mit dem Druckkreis 5, der in 1 dargestellt ist, identisch, mit der Ausnahme, dass eine Hilfspumpe 11' vorgesehen ist, die Fluid durch die Einlassleitung 16' empfängt, die vom Reservoir 14 kommt. Die Pumpe 11' wird durch die Antriebsmaschine 20' angetrieben, die wiederum durch die Regulierungseinheit 22' reguliert wird. Der Ausgang der Pumpe 11' führt durch ein Einweg-Rückschlagventil 32' zur Hauptdruck-Versorgungsleitung 40 und außerdem durch eine Umgehungsleitung 30', die durch ein Zweipositions-Magnetventil 37' gesteuert wird, zurück zum Reservoir 14.
Bei dieser Anordnung des Druckkreises 5' kann die Antriebsmaschine 20 in Kombination mit der Pumpe 11 verwendet werden, um das erforderliche Arbeitsfluid für das System während normaler Arbeitsbedingungen zu liefern, und wenn das Fahrzeug unter extremen Betriebsbelastungen verwendet wird, z. B. dann wenn ein Berg erklommen wird oder der Betrieb bei extrem hohen Geschwindigkeiten oder unter windigen Bedingungen erfolgt, kann die Antriebsmaschine 20' aktiviert werden, um die Pumpe 11' anzutreiben, damit die erforderliche Menge des Arbeitsfluids ergänzt wird. Die Steuerung der Motoreinheit 20' kann in der gleichen Weise wie bei der Antriebsmaschine 20 gesteuert werden, d. h. durch Sensieren des Drucks durch den druckempfindlichen Relaisschalter 80. Mit anderen Worten würde der druckempfindliche Relaisschalter 80 einfach die Antriebsmaschine 20 bei einem ersten Druckpegel, der geringer als der optimale Druckpegel ist, auslösen, um von einer Leerlaufposition zu einem optimalen Betriebszustand umzuschalten, und würde die Antriebsma schine 20' bei einem noch niedrigeren Druckpegel aktivieren. Da in der bevorzugten Ausführungsform eingeschätzt wird, dass die Antriebsmaschine 20' in den meisten Antriebszuständen nicht erforderlich ist, ist es vorzuziehen, dass die Antriebsmaschine 20' vollständig abgeschaltet wird, wenn sie nicht in Gebrauch ist, um beim Kraftstoffverbrauch einzusparen. Die Antriebsmaschine 20' könnte jedoch ebenfalls im Leerlauf betrieben werden. Obwohl das in der Zeichnung nicht besonders gezeigt ist, sollte außerdem klar sein, dass die tatsächliche Antriebsmaschine, die als Hauptantriebsmaschine verwendet wird, während der Gebrauchsdauer des Fahrzeuges sowie möglicherweise periodisch geschaltet wird, um die Lebensdauer der Antriebsmaschinen 20 und 20' zu verlängern. Dieses Schalten der Antriebsmaschinen kann in einfacher Weise durch kleine elektrische Veränderungen an einem zentralen Steuerkasten, der mit der Zündung des Fahrzeugs assoziiert ist, und am druckempfindlichen Relaisschalter 80 erfolgen.
Der Druckkreis 5', könnte beispielsweise dann, wenn er in Kombination mit dem Arbeitskreis 5" ', der in 13 dargestellt ist, verwendet wird und zum Antrieb eines eher nicht aerodynamischen Fahrzeuges, wie etwa ein Van, verwendet wird, Doppelpumpen 11, 11' mit festen Hubräumen von 0,64 Zoll³ (10,5 cm3) in Kombination mit zwei Antriebsmaschinen 20, 20' mit Leistungsverhältnissen von etwa 18 PS (13,4 kW) enthalten. Diese Zahlen werden natürlich lediglich zu Beispielzwecken präsentiert und würden in Abhängigkeit vom Gewicht und den aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeuges sowie von den gewünschten Leistungscharakteristiken variieren. Außerdem kann der tatsächlich verwendete Druckbereich leicht in Abhängigkeit vom Typ des Fahrzeugs, das vorangetrieben wird, variiert werden. Ferner könnten die Antriebsmaschinen 20 und 20' so gesteuert werden, dass sie bei einer dritten Geschwindigkeit betrieben werden, die ihren höchstmöglichen Leistungsausgang darstellt, wenn die Betriebsbedingungen die zusätzliche Strömung von Arbeitsfluid erfordern würden. Die exakten Systemparameter müssten offensichtlich in Übereinstimmung mit den speziellen Fahrzeugcharakteristiken und der Fahrzeugreichweite festgelegt werden.
Eine zweite wesentliche Veränderung im Druckkreis 5' ist die Verwendung eines Strömungssteuerungsventils 754 zwischen dem Umleitungsventil 52 und dem Magnetventil 55. Dieses Strömungssteuerungsventil 754 wird verwendet, um den Gegendruck zu erhöhen, der durch die Radmotoreinheiten während extremer Bremsbedingungen ausgeübt wird. Deswegen kann nicht nur auf die Radmotoreinheiten ein Systemdruck innerhalb des Betriebsdruckbereichs des Druckkreises ausgeübt werden, sondern es kann ein höherer Gegendruck durch die Radmotoreinheiten ausgeübt werden, indem während extremen Bremsbedingungen die Strömung durch das Strömungssteuerungsventil 754 eingeschränkt wird.
Vom Standpunkt eines Bedieners erscheint ein Fahrzeug, das das hydraulische Antriebssystem der vorliegenden Erfindung enthält, in der Weise, dass es in der gleichen Weise aufgebaut und betrieben wird wie ein Fahrzeug, das einen herkömmlichen Antriebszug enthält. Der Fahrzeugbediener würde mit anderen Worten nicht einmal notwendigerweise einen Unterschied in der Steuerungsweise des Fahrzeuges wahrnehmen. Deswegen ist das System benutzerfreundlich, wobei der Bediener die Lenkung, den Schalthebel, die Steuerungselemente für Geschwindigkeit/Beschleunigung und das Bremspedal in herkömmlicher Weise steuert.
An diesem Punkt sollte erkannt werden, dass verschiedene andere Fahrzeugbetriebsparameter sensiert und verwendet werden könnten, um die Anzahl von Motoreinheiten, die zum Vortrieb des Fahrzeuges verwendet werden, und den Betrieb der Antriebsmaschine (der Antriebsmaschinen) zu steuern. Da das System gemäß der Erfindung auf dem Volumen basiert und lediglich der Druck in einem Sollbereich aufrecht erhalten werden muss, sollte offensichtlich sein, dass Volumensensoren verwendet werden könnten. Zum Beispiel könnte anstelle des Sensierens des verfügbaren Arbeitsfluiddruckes das Volumen des verfügbaren Arbeitsfluids im Akkumulator 29 sensiert werden und die Antriebsmaschine (die Antriebsmaschinen) könnte so gesteuert werden, dass dieses Volumen in einem Sollbereich aufrechterhalten wird. In gleicher Weise könnte die Volumenströmung durch das Strömungssteuerungsventil 44 gemessen werden und könnte in Kombination mit anderen Fahrzeugparametern, wie etwa die Fahrzeuggeschwindigkeit, verwendet werden, um die speziellen Motoreinheiten zu steuern, die zu einem gegebenen Zeitpunkt für den Vortrieb des Fahrzeugs verwendet werden. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die Volumenkapazität, die durch den Arbeitskreis strömen muss, bekannt sind, können diese Parameter natürlich verwendet werden, um in einfacher Weise die in Eingriff befindlichen Motoreinheiten zu steuern. Weitere Fahrzeugparameter können außerdem verwendet werden. Zum Beispiel könnte ein Beschleunigungspositionssensor Informationen liefern, die der Volumenströmung durch das Strömungssteuerungsventil 44 entsprechen, und Sensoren der Fahrzeugbeschleunigung und des Raddrehmoments könnten außerdem verwendet werden, um die erforderlichen Informationen zu liefern, um die Anzahl der in Eingriff befindlichen Motoreinheiten zu steuern. Außerdem sollte klar sein, dass andere Typen der Ventilanordnungen, die Zuschaltventile enthalten, anstelle der verschiedenen Magnetventile verwendet werden könnten, wie etwa solche weiteren Typen von Ventilanordnungen, die in der Technik wohlbekannt sind.
Obwohl die Beschreibung in Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erfolgte, sollte es deshalb selbstverständlich sein, dass verschiedene Änderungen und/oder Modifikationen an dem hydraulischen Antriebssystem der vorliegenden Erfindung erfolgen können, ohne vom Umfang der folgenden Ansprüche abzuweichen.

Claims

Fluidantriebssystem für ein Fahrzeug mit einer Mehrzahl von Radantriebs-Fluidmotoren (107, 108, 128, 129; 606–609; 651–654; 687a–692b); Motorsteuerungs- bzw. regelungs-Ventilmitteln zur Steuerung bzw. Regelung einer zum Antrieb des Fahrzeugs verwendeten Anzahl der Mehrzahl der Fluidmotoren; einer Antriebsmaschine (20) mit einer drehbaren Antriebswelle; einer Regulierungseinheit (22), die zur Steuerung bzw. Regelung einer Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine eingerichtet ist; einem Reservoir (14) mit einer Arbeitsfluidquelle; einer Pumpe (11) in fluider Kommunikation mit der Arbeitsfluidquelle und einer Druckschaltung bzw. einem Druckkreis (5), welche bzw. welcher zu der Mehrzahl der Fluidmotoren führt; und einer Strömungssteuerung bzw. Regelung (44), die in den Druckkreis zwischen die Pumpe und die Mehrzahl von Fluidmotoren eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidantriebssystem ferner eine erste Relaiseinheit (80) zur Feststellung eines ersten Betriebszustandes des Fluidantriebssystems, der mit einer verfügbaren Arbeitsfluidmenge in dem Druckkreis zwischen der Pumpe und dem Strömungssteuerungsventil assoziiert ist, und zur Bereitstellung eines Signals für die Regulierungseinheit, um die Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine zu steuern bzw. zu regeln; und eine zweite Relaiseinheit (83) zur Feststellung eines zweiten Betriebszustandes des Fluidantriebsystems, der mit einer Strömung des Arbeitsfluides durch das Strömungssteuerungsventil zu der Mehrzahl von Fluidmotoren assoziiert ist, und zur Signalisierung des zweiten Betriebszustandes an die Motorsteuerungsventilmittel zur Steuerung der Anzahl der Mehrzahl der Fluidmotoren, welche zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird, aufweist.
Fluidantriebssystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Akkumulator (29), der in den Druckkreis (5) zwischen der Pumpe (11) und dem Strömungssteuerungsventil (44) zum Speichern eines Vorrats an druckbeaufschlagtem Arbeitsfluid angeordnet ist.
Fluidantriebssystem nach Anspruch 3, ferner mit einem manuell einstellbaren Fahrzeugsteuerungs- bzw. regelungselement (55), wobei das Element derart mit dem Strömungssteuerungsventil (44) verbunden ist, dass das Strömungssteuerungsventil in Abhängigkeit einer Bewegung des Fahrzeugsteuerungselements verschoben bzw. geschaltet wird.
Fluidantriebssystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, ferner mit einer Prüfventileinheit (98; 633–636; 726-732) zwischen dem Reservoir (10) und einem der jeweiligen Fluidmotoren aus der Mehrzahl der Fluidmotoren (107, 108, 128, 129; 606–609; 651–654; 687a–692b);
Fluidantriebssystem nach Anspruch 4, mit einer Anzahl von Prüfventileinheiten (98; 633–636; 726–732), wobei jede der Prüfventileinheiten in einer Linie bzw. Leitung zwischen den Motorsteuerungsventilmitteln (47) und einem der jeweiligen Fluidmotoren aus der Mehrzahl der Fluidmotoren angeordnet ist und die Leitung und das Reservoir (14) miteinander verbindet, wobei jedes der Prüfventile eine Strömung bzw. einen Fluss von dem Reservoir zu der Leitung gestattet, jedoch einen Fluss von innerhalb der Leitung direkt zu dem Reservoir verhindert.
Fluidantriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit bedienpersongesteuerten Systemvorrangmitteln (585) zum wahlweisen positiven Aufrechterhalten des Betriebes einer gewünschten Zahl der Motoren (107, 108, 128, 129; 606–609; 651–654; 687A–692b).
Fluidantriebssystem nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem wenigstens zwei der Mehrzahl der Fluidmotoren (107, 108, 128, 129; 606–609; 651–654; 687a-692b) in antreibender Weise mit einer gemeinsamen Ausgangswelle (612, 657; 695–698) verbunden sind, wobei die gemeinsame Ausgangswelle antreibend mit wenigstens einem Rad des Fahrzeugs verbunden ist.
Fluidantriebssystem nach Anspruch 7, bei welchem eine erste Menge aus der Mehrzahl der Fluidmotoren (107, 108, 128, 129; 606-609; 651-654; 687A–692b) antreibend mit einer ersten gemeinsamen Antriebswelle (612, 657; 695–698) zur Übertragung von Antriebsleistung auf einen vorderen Satz von Fahrzeugrädern bzw. Vorderräder, und eine zweite Menge der Mehrzahl der Fluidmotoren antreibend mit einer zweiten gemeinsamen Ausgangswelle (612, 657; 695-698) zur Übertragung von Antriebsleistung auf einen hinteren Satz von Fahrzeugrädern bzw. Hinterräder verbunden ist.
Fluidantriebssystem nach Anspruch 7, bei welchem eine Menge aus der Mehrzahl der Fluidmotoren (107, 108, 128, 129; 606–609; 651–654; 687A–692b) individuell antreibend mit einem vorbestimmten Rad des Fahrzeugs verbunden ist.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeuges, welches durch eine Mehrzahl von Radantriebs-Fluidmotoren (107, 108, 128, 129; 606–609; 651–654; 687A–692b) angetrieben ist, mit folgenden Schritten: Antreiben einer Pumpe (11) mittels einer Antriebsmaschine (20) zur Entwicklung eines Ausgangsflusses eines Arbeitsdruckes in eine Fluidleitung zu der Mehrzahl von Fluidmotoren; Bereitstellung eines einstellbaren Strömungssteuerungsbzw. regelungsventils (44) in der Fluidleitung zwischen der Pumpe und der Mehrzahl von Fluidmotoren; Sensieren bzw. Nachweisen eines ersten Druckes in der Fluidleitung zwischen der Pumpe und dem Strömungssteuerungsventil; Sensieren bzw. Nachweisen eines zweiten Druckes in der Fluidleitung zwischen dem einstellbaren Strömungssteuerungsventil und der Mehrzahl von Fluidmotoren; Steuerung- bzw. Regelung einer Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine auf der Grundlage des nachgewiesenen ersten Druckes; Steuerung bzw. Regelung der Anzahl der Mehrzahl der Fluidmotoren, die zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden, auf der Grundlage des zweiten nachgewiesenen Druckes.
Verfahren zum Betrieb eines durch eine Mehrzahl von Radantriebs-Fluidmotoren (107, 108, 128, 129; 606–609; 651- 654; 687A–692b) des Fahrzeugs angetriebenen Fahrzeugs mit folgenden Schritten: Antreiben einer Pumpe (11) mittels einer Antriebsmaschine (20) zum Entwickeln eines Arbeitsdruckes; Speichern des entwickelten Arbeitsdruckes in einem Akkumulator (29); Bereitstellung einer Strömung bzw. eines Flusses des entwickelten Arbeitsdruckes für jeden aus der Mehrzahl der Fluidmotoren in einem ersten Antriebsbereich; Progressives Schalten bzw. Übergehen in höhere Antriebsbereiche durch sukzessive Verminderung der Anzahl der Mehrzahl der zum Antrieb des Fahrzeugs verwendeten Fluidmotoren; und Erreichen des höchsten Antriebsbereiches, wenn nur ein einziger aus der Mehrzahl der Fluidmotoren das Fahrzeug antreibt.
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs nach Anspruch 11, ferner mit einer Steuerung bzw. Regelung einer Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine (20) lediglich auf der Grundlage des Arbeitsdruckes mittels eines Leerlaufbetriebes der Antriebsmaschine, wenn der Arbeitsdruck innerhalb eines vorbestimmten akzeptablen Druckbereiches liegt, und Erhöhung der Betriebsgeschwindigkeit der Antriebsmaschine auf eine vorbestimmte höhere Rate, wenn der Arbeitsdruck außerhalb des vorbestimmten akzeptablen Druckbereiches ist.