WO1986000580A1 - Drive device for vehicles, particularly for line buses - Google Patents

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WO1986000580A1
WO1986000580A1 PCT/EP1985/000351 EP8500351W WO8600580A1 WO 1986000580 A1 WO1986000580 A1 WO 1986000580A1 EP 8500351 W EP8500351 W EP 8500351W WO 8600580 A1 WO8600580 A1 WO 8600580A1
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WO
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drive
wheel
brake
vehicle
flywheel
Prior art date
Application number
PCT/EP1985/000351
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English (en)
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Inventor
Hermann Klaue
Original Assignee
J. M. Voith Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by J. M. Voith Gmbh filed Critical J. M. Voith Gmbh
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    • B60W30/18—Propelling the vehicle
    • B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
    • B60W30/18109—Braking
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K17/00—Arrangement or mounting of transmissions in vehicles
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    • B60W30/1819—Propulsion control with control means using analogue circuits, relays or mechanical links

Definitions

  • the invention relates to a drive system for regular buses, with the features specified in the preamble of claim 1. It is known to equip the brakes of buses with anti-lock controls, which prevent the wheels from locking under unfavorable road conditions and thus ensure the best possible braking effect at all times. Since the wheels are prevented from locking, good lateral guidance of the wheels and thus the steerability of the vehicle is ensured. The drive wheels must be prevented from spinning if there is insufficient friction between the wheels and the road.
  • the invention is therefore based on the Aufgaöe to improve the known drive systems to the effect that the anti-lock controls of the driven wheels work as well as possible as those of the non-driven wheels.
  • the aim should be that the wheel acceleration on the driven wheels can also be used as an input variable in the anti-lock control systems.
  • this feature means that the driven wheels are decoupled from the rotating masses of the drive when the brakes are applied fully, i.e. whenever the anti-lock control system is expected to take effect. This is preferably done completely automatically with the help of the full brake detector mentioned in claim 2. Thanks to the invention, the anti-lock controls with the wheel spin acceleration can be used as an input variable on all wheels, that is to say also on the driven wheels.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is specified in claim 3.
  • An important further finding of the inventor is as follows:
  • the drive system designed according to one of claims 1 to 3 creates the prerequisites for particularly inexpensive and, in particular, safe operation of the vehicle with a regenerative drive provided in addition to the drive machine (claim 4).
  • Known regenerative drives which can be used in the context of the invention have a hydrostatic or mechanical energy store.
  • a mechanical energy store with a flywheel or with two flywheels is preferred.
  • the energy store absorbs energy when the vehicle brakes. This can be used again during the subsequent acceleration. This makes it possible to get by with a smaller drive machine. This saves energy and, in the case of an internal combustion engine, fewer pollutants are developed.
  • the power flow interrupter of the regenerative drive can be provided with an additional automatic control, which opens the power flow interrupter when excessive slip occurs between the wheels of the drive axle and the road.
  • slippage can occur when accelerating or decelerating with the regenerative drive in unfavorable road conditions. Inadmissible no slip means that the drive wheels spin in one case and block in the other case. In both cases, the lateral guidance of the wheels would be greatly reduced or even canceled, so that the vehicle can no longer be steered safely.
  • the device for determining the slip of the anti-lock controls of the vehicle wheels can be used to determine the slip. Instead of opening the power flow interrupter immediately (when a slip signal occurs), you can only open it partially temporarily; i.e. its multi-disc brake or clutch works briefly with slip and only transmits part of the full torque.
  • Figure 1 shows predominantly only schematically the drive system for a regular bus, partly in a section that runs parallel to the road.
  • FIG. 2 shows a front wheel drive that differs from FIG. 1.
  • FIG. 1 the front wheels with 1 and 2 and the double tires rear wheels with 3 and 4 are marked ..
  • a diesel engine 5 drives a torque converter 6 and a cardan shaft 7 a bevel pinion 9 1 .
  • the latter is mounted in a rear axle drive housing 8 and connected to a bevel gear 10.
  • the bevel pinion 9 1 meshes with the ring gear 9 2 and drives two planetary gears 17 and 18 via a differential gear 16 designed as a differential.
  • Each of these planetary gear 17 and 18 is assigned to one of the rear wheels 3, 4 and each forms a power flow interrupter.
  • each planetary gear has a multi-disc brake 17 1 or 18 1 , which acts on the sun gear of the planetary gear set.
  • the multi-disc brakes 17 1 and 18 1 are normally closed by means of disc springs 17 2 and 18 2 . In this case, the torque is transmitted to the wheels 3 and 4 via the drive cardan shafts 21 and 22.
  • annular pistons 17 3 and 18 3 are provided, which can be acted upon by a pressure medium.
  • a full lining disc brake 23 1 or 23 2 is assigned to each of the two rear wheels 3, 4.
  • the rotating part of each of these brakes is designed as a circumferential, ribbed housing and attached to the flange of the respective drive shaft 21 or 22.
  • the bevel gear 10 already mentioned meshes with the drive pinion 11 of a regenerative drive.
  • This includes a flywheel storage 15, a continuously variable (eg hydrostatic) transmission 14, a so-called clutch gear 13 and a propeller shaft 12.
  • the clutch gear 13 serves as a power flow interrupter and can be used as a simple clutch or (like the power wheels assigned to the rear wheels 3, 4 Interrupter 17, 18) can be designed as a planetary gear / brake combination.
  • the regenerative drive can be modified as follows: Instead of the hydrostatic transmission 14 and the clutch transmission 13, a hydrodynamic coupling with a filling level control device can be provided. Such a clutch can take over the function of the continuously variable transmission and the power flow interrupter. Furthermore, in a departure from the arrangement shown, the bevel gear 10 can be arranged between the diesel engine 5 and the torque converter 6. As a result, the regenerative drive is not coupled to the output side of the torque converter 6, but rather to its input side.
  • a bell 17 or 18, each with a bevel gear is connected to each of the two output shafts of the transfer gear 16.
  • Each of these bevel gears meshes with a bevel gear 24 1 and 24 2 to drive the front wheels 1 and 2 .
  • These each drive one of the front wheels 1, 2 via a drive shaft 25, 26 and via further drive elements, which are described below.
  • a basically identical drive arrangement can also be provided for two non-steerable vehicle axles, for example for an articulated bus with a total of three axles.
  • the lower axis in FIG. 1 is the so-called main drive axis and the upper axis is the so-called secondary drive axis.
  • the front wheels 1 and 2 are only driven when there is a certain speed difference ("slip") between the front and rear axles.
  • speed sensors 19 and 20 are provided in the rear axle and speed sensors 35 and 36 are provided in the front axle. If a certain slip is present, the brakes 31 1 and 32 1 of the planetary gears 31 and 32 are closed in the front axle.
  • the driving forces introduced are transmitted from the bevel gears 29 and 30 to the bevel gears of the bells 31 2 and 32 2 and via the already mentioned planetary gears 31 and 32 and via the cardan shafts 37 and 38 to the front wheels 1 and 2.
  • the speed of the two axles is at least approximate, the drive to the front wheels 1 and 2 is switched off by opening the brakes 31 1 and 32 1 .
  • the vehicle is thus driven solely via the rear axle. Dadurcn the wheel traction on the front axle is only available for the lateral guidance of the wheels, so that good steerability of the vehicle is guaranteed.
  • the full brake detector consists of the pressure transmitter 66, which is advantageously designed as a piezoelectric pressure transducer, and the differentiating device 67, which converts the signals of the transmitter 66 into temporal pressure change values (pressure gradients) and forwards them to the control device 68 via the electrical line 68.
  • the pressure transmitter 66 is connected via the line 66 1 to the brake line 69 of the wheel brakes 23 1 , 23 2 , 33, 34, which are actuated via the brake pedal 70 and the brake valve 71.
  • the memory 75 serves as the pressure medium source.
  • the solenoid valves 72, 73 Connected to the control device and switchable from it via the electrical lines 68 2 , 68 3 , 68 4 are the solenoid valves 72, 73, which communicate with the pressure chambers of the actuating ring pistons (17 3 , 18 3 , 31 via the pressure medium lines 72 1 , 73 1 3 , 32 3 ) for the plate springs of the brakes 17 1 , 18 1 , 31 1 , 32 1 and the solenoid valve 74, which carries out the pressure medium supply to the power flow interrupter 13 via the line 74 1 .
  • An electrical control device (not shown) is provided for the automatic control of the functions described below, which can be designed, for example, as a microprocessor. This includes from each vehicle wheel 1 to 4 a speed measurement signal, formed by the already mentioned speed sensors 19, 20, 35, 36. The microprocessor preferably also takes over the control of the regenerative drive. If this has a hydrostatic transmission 14, the following is provided:
  • the hydrostatic transmission 14 consisting of hydraulic motor and pump, is always kept in the transmission state, which ensures a slip-free application of the brake of the clutch transmission 13 and is therefore smooth and shock-free Transitions between the various driving conditions (constant travel, acceleration travel, deceleration travel) can be achieved directly in front of the clutch transmission and after the hydrostatic transmission speed sensor as well as a sensor recording the set translation of the continuously variable hydrostatic transmission:
  • These sensors provide information which in the microprocessor on adjustment commands processed for the hydrostatic transmission.
  • the translation change can take place, for example, in a known manner by adjusting the hydraulic pump and hydraulic motor pivoting angle via spring-loaded, compressed air-actuated actuating cylinders and electromagnetic control valves which are switched by the microprocessor.
  • the microprocessor processes this. Signals, the brake of the clutch transmission 13 closes by actuating the magnetic valve assigned to the brake and changes the translation of the hydrostatic transmission 14 to increasingly larger values by switching the control valves to adjust the swivel angle of the hydraulic motor and pump in accordance with the accelerator pedal stroke and the characteristic map entered for it. As a result, the flywheel 15 is decelerated and the vehicle is accelerated in accordance with the map entered in the microprocessor and the accelerator pedal position.
  • the measuring device for determining slip when braking is also used Slip measured when accelerating. When a predetermined wheel slip threshold is reached, the power flow from the flywheel is interrupted.
  • the microprocessor recognizes on the basis of the speed information from the output shaft of the transmission 6 (acceleration almost zero), it releases the brake of the clutch transmission 13 and separates the flywheel memory from the drive train.
  • the microprocessor ensures that the hydrostatic transmission has that ratio in order to be able to close the coupling gear brake at any time without slippage.
  • the microprocessor When braking, which are communicated to the microprocessor via a pressure sensor in the brake actuation system or a position and speed sensor on the brake pedal or the wheel brakes, the latter actuates the brake of the clutch transmission 13 via the associated solenoid valve 74 and connects the flywheel 15 to the wheels of the main drive axle. It can be provided that when the brake pedal is actuated, the microprocessor also closes the counter brakes 31, 32, the wheel drives of the auxiliary drive axle, so that the braking effect is achieved on all vehicle wheels. With increasing brake pedal stroke or increasing brake pressure in the actuation system, the microprocessor reduces the translation of the hydrostatic transmission 14, as a result of which the braking energy is used to increase the speed of the flywheels 15.
  • a pressure valve is provided in the actuation system of the wheel brakes, which opens at a certain system pressure and causes the microprocessor to separate the flywheels from the drive by releasing the brake of the coupling gear 13. At the same time who which actuates the wheel brakes via the open pressure valve.
  • the flywheels are also separated from the drive train as soon as they have reached the maximum speed, which is communicated to the microprocessor by the assigned speed sensor.
  • the pressure increase (pressure gradient) in the brake actuation system exceeds a predetermined limit during full braking, which is communicated to the microprocessor by a pressure transmitter 66 and a differentiating device 67.
  • the microprocessor initiates the switching of the brakes of the clutch transmission 13 and the planetary gear train 17, 18
  • the main drive axis associated solenoid valves 73, 74 instantaneously in the position releasing the brakes.
  • the wheels 3 and 4 of the main drive axle and the flywheel 15 are separated from the drive train. If blocking control becomes necessary in the further course of braking, this can take place without the disadvantage of the large moments of inertia normally effective on the wheels of the main drive axle.
  • the information from the pressure sensor 66 in the brake actuation system tells the microprocessor that the vehicle is in the braked state Det and the wheels of the main drive axle are driveless, and regulates the brake pressure of the wheel brakes with the wheel circumference deceleration or acceleration as a controlled variable in a known manner based on information from the wheel speed sensors 19, 20, 35, 36 by switching the valves assigned to the wheel brakes.
  • the driver releases the brake pedal 70; the pressure in the wheel brake actuation system drops to zero.
  • the microprocessor receives this information and, by switching the solenoid valve 73, causes the countershaft shift brakes of the main drive axle to be closed and thus the wheels 3 and 4 to be reconnected to the drive train.
  • the driver can use an electrical switch to cause the microprocessor to close the brake of the clutch transmission 13, i.e. to establish the connection between the flywheel accumulator and the diesel engine when the countersunk brakes of the wheel drives are open.
  • the desired speed increase of the flywheel can then be carried out by actuating the accelerator pedal. Overspeed, as well as a drop below a certain speed limit of the flywheels 15, is prevented by a sensor that records the flywheel speed.
  • the sensor continuously reports the speed to the microprocessor which, when an upper and lower limit speed is reached, opens the brake of the clutch transmission 13 by switching the associated solenoid valve into the brake-releasing position.
  • the driver is informed of the state of charge of the flywheel memory by the microprocessor via illuminated indicators on the dashboard.
  • a secondary axle drive is shown in section, in which the countershaft brakes are replaced by viscous clutches, which occur when slip between the main and Ne Engage the final drive and thereby establish a drive connection between the front and rear axle drive.
  • the drive forces introduced by the two cardan shafts 25 and 26 are transmitted to the hubs 60 and 62 of the viscous couplings via the bevel gears 56/58 and 57/59.
  • the hubs carry the inner disks 60 1 and 62 1 , which drive the clutch bells 61 and 63, and thus via the drive shafts 37 and 38, the wheels 1 and 2 in the event of a corresponding slip via the outer disks 61 1 and 63 1 .
  • the sensors for blocking regulation of the brakes 33 and 34 consist of the speed sensors 64 1 and 65 1 and the rotors 64 2 and 65 2 rotating with the clutch bells.

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Description

Antriebsanlage für Fahrzeuge, insbesondere für Linienomnibusse
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanlage für Linienomnibusse, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Es ist bekannt, die Bremsen von Omnibussen mit Antiblockiersteuerungen auszurüsten, die bei ungünstigen Fahrbahnverhältnissen ein Blockieren der Räder vernindern und somit eine jederzeit bestmögliche Bremswirkung gewährleisten. Da ein Blockieren der Räder verhindert wird, ist auch eine gute Seitenführung der Räder und somit die Lenkbarkeit des Fahrzeugs sichergestellt. Beim Antrieb muß das Durchdrehen der Antriebsräder bei ungenügendem Kraftschluß zwischen Rädern und Fahrbahn verhindert werden.
Aus der "Automobiltechnischen Zeitschrift" 1975, Seiten 13 bis 15, ist es bekannt, in den Antiblockiersteuerungen die (positive oder negative) Raddrehbeschleunigung und/oder den Schlupf zwischen jedem einzelnen Rad und der Fahrbahn als Eingangsgröße (oder "Führungsgröße") zu benutzen. Die Antiblockiersteuerungen, welche die Raddrehbeschleunigung als. alleinige Eingangsgröße verwerten, sind bei nicht angetriebenen Rädern wirkungsvoll, falls die Hysterese der verwendeten Bremsen klein ist. Bei angetriebenen Rädern arbeiten diese Antiblockiersteuerungen dagegen nicht befriedigend, weil sie wegen der mit den Rädern verbundenen Drehmassen des Antriebs eine zu niederfrequente Regulierung des Bremsdruckes verursachen. Man hat deshalb versucht, bei den angetriebenen Rädern Antiblockiersteuerungen mit dem Radschlupf als Eingangsgröße zu verwenden. Diese sind jedoch ebenfalls nicht befriedigend, weil der zulässige Radschlupf je nach Reifenbauart und Beschaffenheit der Fahrbahn unterschiedlich ist und weil deshalb Antiblockiersteuerungen, die bei vorgegebenen Radschlupf-Schwellen wirksam werden, nicht in der Lage sind, stets den höchsten Kraftschlußbeiwert (d.h. den optimalen Fahrbahnkontakt) auszunutzen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgaöe zugrunde, die bekannten Antriebsanlagen dahingehend zu verbessern, daß die Antiblockiersteuerungen der angetriebenen Räder möglichst gleich gut wirken wie diejenigen der nicht angetriebenen Räder. Dabei soll angestrebt werden, daß auch an den angetriebenen Rädern die Raddrehbeschleunigung als Eingangsgröße in den Antiblockiersteuerungen verwendbar wird.
Der Hauptgedanke zur Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 angegeben. Dieses Merkmal besagt mit anderen Worten: Die angetriebenen Räder werden bei Vollbremsungen, also immer wenn ein Wirksamwerden der Antiblockiersteuerungen zu erwarten ist, von den Drehmassen des Antriebs abgekoppelt. Dies geschieht vorzugsweise vollkommen selbsttätig mit Hilfe des im Anspruch 2 genannten Vollbrems-Detektors. Dank der Erfindung können an sämtlichen Rädern, also auch an den angetriebenen Rädern, die Antiblockiersteuerungen mit der Raddrehbeschleunigung als Eingangsgröße verwendet werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 3 angegeben. Eine wichtige weiterführende Erkenntnis des Erfinders besteht im folgenden: Die gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 gestaltete Antriebsanlage schafft die Voraussetzung für ein besonders günstiges und insbesondere sicheres Betreiben des Fahrzeuges mit einem zusätzlich zur Antriebsmaschine vorgesehenen Regenerativantrieb (Anspruch 4). Bekannte Regenerativantriebe, die im Rahmen der Erfindung anwendbar sind, haben einen hydrostatischen oder mechanischen Energiespeicher. Bevorzugt wird ein mechanischer Energiespeicher mit einem Schwungrad oder mit zwei Schwungrädern. Der Energiespeicher nimmt beim Bremsen des Fahrzeuges Energie auf. Diese kann beim anschließenden Beschleunigen wieder nutzbar gemacht werden. Dadurch ist es möglich, mit einer kleineren Antriebsmaschine auszukommen. Somit wird Energie eingespart, und im Falle eines Verbrennungsmotors werden weniger Schadstoffe entwickelt. Somit ist diese Antriebsart vor allem für Linienomnibusse, die häufig anfahren und wieder anhalten müssen, von Interesse. Bei Verwendung eines Schwungrades als Energiespeicher muß bekanntlich zwischen diesem und dem Achsantrieb ein stufenlos variables Getriebe vorgesehen werden. Hierfür kommen mechanische oder hydrostatische. Getriebe oder (gemäß der älteren Patentanmeldung PCT/EP85/00148) eine hydrodynamische Kupplung in Betracht (Voith-Akte G 4106 WO).
Bei den zum Stand der Technik gehörenden Antriebsanlagen mit Regenerativantrieb besteht die Gefahr, daß bei einer Vollbremsung (Gefahren-Bremsung) mit dem Regenerativantrieb ähnlich wie bei einer Vollbremsung mit den Radbremsen, wenigstens eines der getriebenen Räder blockiert. Diese Gefahr wird nun ebenfalls durch die im Anspruch 1 angegebenen Kraftfluß-Unterbrecher und in weiterer Ausbildung in Verbindung mit dem in Anspruch 2 angeführten Vollbrems-Detektor beseitigt. Die im Anspruch 5 angegebenen Maßnahmen haben zum Ziel, daß für die Betätigung der gesamten Antriebsanlage einschließlich des Regenerativantriebes im wesentlichen nur ein Gaspedal und ein Bremspedal erforderlich sind. Somit kann sich der Fahrer besser auf das Verkehrsgeschehen konzentrieren als beim Betreiben anderer Regenerativantriebe, die durch den Fahrer, z.B. mittels eines zusätzlichen Schaltgeräts, zu- und abgeschaltet werden müssen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung (gemäß Anspruch 6) kann der Kraftfluß-Unterbrecher des Regenerativantriebes mit einer zusätzlichen selbsttätigen Steuerung versehen werden, die den Kraftfluß-Unterbrecher beim Auftreten unzulässig hohen Schlupfes zwischen den Rädern der Antriebsachse und der Fahrbahn öffnet. Ein derartiger Schlupf kann beim Beschleunigen oder beim Verzögern mit dem Regenerativantrieb bei ungünstigen Straßenverhältnissen auftreten. Unzulässig noher Schlupf bedeutet, daß die Treibräder im einen Fall durchdrehen und im anderen Fall blockieren. In beiden Fällen würde die Seitenführung der Räder stark vermindert oder sogar aufgehoben wird, so daß das Fahrzeug nicht mehr sicher gelenkt werden kann. Zur Ermittlung des Schlupfes kann, falls vorhanden, die Einrichtung zur Schlupfermittlung der Antiblockiersteuerungen der Fahrzeugräder benutzt werden. Anstatt den Kraftfluß-Unterbrecher (beim Auftreten eines Schlupf-Signals) sofort vollkommen zu öffnen, kann man ihn auch vorübergehend nur teilweise öffnen; d.h. seine Lamellenbremse oder -kupplung arbeitet kurzzeitig mit Schlupf und überträgt hierbei nur einen Teil des vollen Drehmoments.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 7 bis 11 angegeoen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die Figur 1 zeigt überwiegend nur schematisch die Antriebsanlage für einen Linienomnibus, teilweise in einem Schnitt, der parallel zur Fahrbahn verläuft.
Die Figur 2 zeigt einen von der Figur 1 abweichenden Vorderradantrieb.
In Fig. 1 sind die Vorderräder mit 1 und 2 und die doppelt-bereiften Hinterräder mit 3 und 4 gekennzeichnet.. Ein Dieselmotor 5 treibt über einen Drehmomentwandler 6 und über eine Gelenkwelle 7 ein Kegelritzel 91. Letzteres ist in einem Hinterachsantriebsgehäuse 8 gelagert und mit einem Kegelrad 10 verbunden. Das Kegelritzel 91 kämmt mit dem Tellerrad 92 und treibt über ein als Differential ausgebildetes Verteilgetriebe 16 zwei Planetenradgetriebe 17 und 18 an. Jedes dieser Planetenradgetriebe 17 und 18 ist einem der Hinterräder 3, 4 zugeordnet und bildet je einen Kraftfluß-Unterbrecher. Hierzu hat jedes Planetengetriebe eine Lamellenbremse 171 bzw. 181, die jeweils auf das Sonnenrad des Planetensatzes wirkt. Normalerweise sind die Lamellenbremsen 171 und 181, mittels Tellerfedern 172 und 182 geschlossen. In diesem Falle wird das Drehmoment über die Antriebsgelenkwellen 21 und 22 auf die Räder 3 und 4 geleitet. Zum Lösen der Lamellenbremsen 171 und 181 sind Ringkolben 173 bzw. 183 vorgesehen, die mit einem Druckmittel beaufschlagt werden können.
Jedem der beiden Hinterräder 3, 4 ist eine Vollbelagscheibenbremse 231 bzw. 232, zugeordnet. Der rotierende Teil jeder dieser Bremsen ist als ein umlaufendes, verripptes Gehäuse ausgebildet und am Flansch der jeweiligen Gelenkwelle 21 bzw. 22 befestigt. Das schon erwähnte Kegelrad 10 kämmt mit dem Antriebsritzel 11 eines Regenerativantriebes. Dieser umfaßt einen Schwungradspeicher 15, ein stufenlos variables (z.B. hydrostatisches) Getriebe 14, ferner ein sogenanntes Kuppelgetriebe 13 und eine Gelenkwelle 12. Das Kuppelgetriebe 13 dient als Kraftfluß-Unterbrecher und kann als einfache Schaltkupplung oder (wie die den Hinterrädern 3, 4 zugeordneten Kraftfluß-Unterbrecher 17, 18) als Planetenrad-Brems-Kombination ausgebildet sein. Der Regenerativ-antrieb kann wie folgt modifiziert werden: Anstelle des hydrostatischen Getriebes 14 und des Kuppelgetriebes 13 kann eine hydrodynamische Kupplung mit einer Füllungsgrad-Steuereinrichtung vorgesehen werden. Eine derartige Kupplung kann die Funktion des stufenlos variablen Getriebes und des Kraftfluß-Unterbrechers übernehmen. Ferner kann - abweichend von der dargestellten Anordnung - das Kegelrad 10 zwischen dem Dieselmotor 5 und dem Drehmomentwandler 6 angeordne-t werden. Hierdurch wird der Regenerativantrieb nicht an die Ausgangsseite des Drehmomentwandlers 6, sondern an dessen Eingangsseite gekoppelt.
Falls das Fahrzeug mit Allrad-Antrieb ausgerüstet werden soll, kann zusätzlich folgendes vorgesehen werden: An jede der beiden Abtriebswellen des Verteilgetriebes 16 ist eine Glocke 17. bzw. 18. mit je einem Kegelrad angeschlossen. Jedes dieser Kegelräder kämmt zum Antrieb der Vorderräder 1 und 2 mit einem Kegelrad 241 bzw. 242. Diese treiben über je eine Gelenkwelle 25, 26 und über weitere Antriebselemente, die weiter unten beschrieben werden, je eines der Vorderräder 1, 2 an.
Eine im Prinzip gleiche Antriebsanordnung kann auch für zwei nicht lenkbare Fahrzeugachsen, z.B. für einen Gelenkomnibus mit insgesamt drei Achsen, vorgesehen werden. In diesem Falle ist die in Fig. 1 untere Achse die sogenannte Hauptantriebsachse und die obere Achse die sogenannte Nebenantriebsachse. In Fig. 1 ist vorgesehen, daß die Vorderräder 1 und 2 nur dann angetrieben werden, wenn zwischen der Vorder- und der Hinterachse ein gewisser Drehzahlunterschied ("Schlupf") vorhanden ist. Zum Ermitteln eines solchen Schlupfes sind in der Hinterachse Drehzahlfühler 19 und 20 und in der Vorderachse Drehzahlfühler 35 und 36 vorgesehen. Falls ein bestimmter Schlupf vorhanden ist, sind in der Vorderachse die Bremsen 311 und 321 der Planetengetriebe 31 bzw. 32 geschlossen. Die eingeleiteten Antriebskräfte werden von den Kegelrädern 29 und 30 auf die Kegelräder der Glocken 312 und 322 sowie über die schon erwähnten Planetengetriebe 31 und 32 und über die Gelenkwellen 37 und 38 auf die Vorderräder 1 und 2 übertragen. Bei zumindest angenäherter Drehzahlgleichheit an den beiden Achsen ist dagegen der Antrieb auf die Vorderräder 1 und 2 durch Öffnen der Bremsen 311 und 321 ausgeschaltet. Somit wird das Fahrzeug bei normalen Straßenverhältnissen allein über die Hinterachse angetrieben. Dadurcn steht der Radkraftschluß an der Vorderachse ausschließlich für die Seitenführung der Räder zur Verfügung, so daß eine gute Lenkbarkeit des Fahrzeuges gewährleistet ist.
Bei schlechten Straßenverhältnissen, beispielsweise bei Glatteis, kann der Fall eintreten, daß nur eines der beiden Hinterräder 3, 4 beim Beschleunigen durchdreht. In diesem Fall wird in der Vorderachse nur eine der beiden Bremsen 311, 312 geschlossen, so daß nur eines der beiden Vorderräder angetrieben wird, und zwar dasjenige, welches sich auf der Seite des durchdrehenden Hinterrades befindet. Somit wird ein Ausbrechen des Fahrzeuges ohne Unterbrechung des Antriebs vermieden.
In Fig. 1 ist zusätzlich das Steuerschema des Vollbrems-Detektors mit den für die Funktion wesentlichen Elementen dargestellt. Der Vollbrems-Detektor besteht aus dem Druckgeber 66 , welcher vorteilhaft als piezoelektrischer Druckaufnehmer ausgebildet ist, und der Differenziereinrichtung 67, die die Signale des Gebers 66 in zeitliche Druckänderungswerte (Druckgradienten) umwandelt und über die elektrische Leitung 68, an die Steuereinrichitung 68 weiterleitet. Der Druckgeber 66 ist über die Leitung 661, mit der Bremsleitung 69 der Radbremsen 231, 232, 33, 34, welche über das Bremspedal 70 und das Bremsventil 71 betätigt werden, verbunden. Als Druckmittelquelle dient der Speicher 75.
An die Steuereinrichtung angeschlossen und von ihr über die elektrischen Leitungen 682, 683, 684 schaltbar, sind die Elektromagnetventile 72, 73, welche über die Druckmittelleitungen 721, 731 mit den Druckräumen der Betätigungsringkolben (173, 183, 313, 323) für die Tellerfedern der Bremsen 171, 181, 311, 321 in Verbindung stehen und das Elektromagnetventil 74, welches über die Leitung 741 die Druckmittelzuführung zum Kraftfluß-Unterbrecher 13 vornimmt.
Zur selbsttätigen Steuerung der nachfolgend beschriebenen Funktionen ist eine (nicht dargestellte) elektrische Steuereinrichtung vorgesehen, die beispielsweise als Mikroprozessor ausgebildet sein kann. Dieser erhält u.a. von jedem Fahrzeugrad 1 bis 4 ein Drehzahl-Meßsignal, gebildet von den schon genannten Drehzahlfühlern 19, 20, 35, 36. Vorzugsweise übernimmt der Mikroprozessor auch die Steuerung des Regenerativantriebes. Falls dieser ein hydrostatisches Getriebe 14 aufweist, ist folgendes vorgesehen:
Damit das hydrostatische Getriebe 14, bestehend aus Hydraulikmotor und -pumpe, stets in dem Übersetzungszustand gehalten wird, welcher ein schlupffreies Schließen der Bremse des Kuppelgetriebes 13 gewährleistet und somit ruck- und stoßfreie Übergänge zwischen den verschiedenen Fahrzuständen (Konstantfahrt, Beschleunigungsfahrt, Verzögerungsfahrt) erzielt werden können, sind unmittelbar vor dem Kuppelgetriebe und nach dem hydrostatischen Getriebe Drehzahlfühler sowie ein die eingestellte Übersetzung des stufenlos verstellbaren Hydrostatikgetriebes aufnehmender Sensor vorgesehen: Diese Sensoren geben Informationen, welche im Mikroprozessor zu Verstellkommandos für das Hydrostatikgetriebe verarbeitet werden. Die Übersetzungsänderung kann beispielsweise in bekannter Weise erfolgen durch Verstellung des Hydraulikpumpen- und Hydraulikmotorschwenkwinkels über federbelastete, druckluftbeaufschlagte Stellzylinder und elektromagnetische Steuerventile, die vom Mikroprozessor geschaltet werden.
Soll das Fahrzeug beschleunigt werden, wird dies dem Mikroprozessor über einen Sensor, der die Drehzahl der Ausgangswelle des Getriebes 6 feststellt, zusammen mit einem die Gaspedalstellung aufnehmenden Sensor mitgeteilt. Der Mikroprozessor verarbeitet diese. Signale, schließt die Bremse des Kuppelgetriebes 13 durch Betätigen des der Bremse zugeordneten Magnetventils und ändert entsprechend dem Gaspedalhub und dem ihm eingegebenen Kennfeld die Übersetzung des Hydrostatikgetriebes 14 auf zunehmend größere Werte durch Schalten der Steuerventile zur Verstellung der Schwenkwinkel von Hydraulikmotor und -pumpe. Dadurch wird gemäß dem in dem Mikroprozessor eingegebenen kennfeld und der Gaspedalstellung die Schwungmasse 15 verzögert und das Fahrzeug beschleunigt.
Um beim Beschleunigen mit zusätzlichem Antrieb durch die Schwungmasse zu verhindern, daß infolge schlechter Kraftschlußverhältnisse zwischen Reifen der Antriebsachse und Fahrbahn ein unzulässig hoher Schlupf auftritt, bei dem die Seitenführung stark vermindert oder sogar aufgehoben wird, wird mit Hilfe der Meßeinrichtung zur Schlupfermittlung beim Bremsen auch der Schlupf beim Beschleunigen gemessen. Bei Erreichen einer vorgegebenen Radschlupfschwelle wird der Kraftfluß vom Schwungrad unterbrochen.
Bei Konstantfahrt, die der Mikroprozessor aufgrund der Drehzahlinformationen von der Ausgangswelle des Getriebes 6 erkennt (Beschleunigung annähernd Null) veranlaßt er das Lösen der Bremse des Kuppelgetriebes 13 und trennt den Schwungradspeicher vom Antriebsstrang. Durch die Informationen der Drehzahlsensoren unmittelbar vor dem Kuppelgetriebe 13 und nach dem Hydrostatikgetriebe 14 sorgt der Mikroprozessor dafür, daß das Hydrostatikgetriebe diejenige Übersetzung aufweist, um die Kuppelgetriebebremse jederzeit schlupffrei schließen zu können.
Bei Bremsungen, die dem Mikroprozessor über einen Druckgeber im Bremsbetätigungssystem oder einen Weg- und Geschwindigkeitsaufnehmer am Bremspedal oder den Radbremsen mitgeteilt werden, betätigt dieser über das zugeordnete Magnetventil 74 die Bremse des Kuppelgetriebes 13 und verbindet die Schwungmasse 15 mit den Rädern der Hauptantriebsachse. Es kann vorgesehen werden, daß der Mikroprozessor bei Bremspedalbetätigung auch die Vorgelegebremsen 31,, 32, der Radantriebe der Nebenantriebsachse schließt, damit die Bremswirkung an allen Fahrzeugrädern erzielt wird. Mit zunehmendem Bremspedalhub oder steigendem Bremsdruck im Betätigungssystem verkleinert der Mikroprozessor die Übersetzung des Hydrostatikgetriebes 14, wodurch die Bremsenergie zur Drehzahlerhöhung der Schwungmassen 15 ausgenutzt wird.
Da die Leistungsaufnahme der Schwungmassen begrenzt ist, ist im Betätigungssystem der Radbremsen ein Druckventil vorgesehen, welches bei einem bestimmten Systemdruck öffnet und den Mikroprozessor veranlaßt, durch Lösen der Bremse des Kuppelgetriebes 13 die Schwungmassen vom Antrieb zu trennen. Gleichzeitig wer den über das geöffnete Druckventil die Radbremsen betätigt. Die Schwungmassen werden auch vom Antriebsstrang getrennt, sobald sie die Maximaldrehzahl erreicht haben, was dem Mikroprozessor durch den zugeordneten Drehzahlsensor mitgeteilt wird.
Tritt bei einer nur über die Schwungmassen erzielten Fahrzeugabbremsung Slockierneigung eines Rades auf, wie dies beispielsweise bei Bremsungen auf Glatteis vorkommen kann; erkennt dies der Mikroprozessor aufgrund der gemeldeten Drehzahlen des entsprechenden Raddrehzahlsensors 19, 20, 35, 36 und trennt die Schwungmassen vom Antriebsstrang. Gleichzeitig betätigt er ein Ventil im Betätigungssystem der Radbremsen, womit der anstehende Druck in die Radbremsen geleitet wird. Bewirkt der nun vom Fahrer eingesteuerte Druck immer noch eine Blockierneigung, so übernimmt der Mikroprozessor die Antiblockiersteuerung in bekannter Weise durch Schalten der den Radbremsen zugeordneten Ventile mit dem Radschlupf und der Radumfangsverzögerung als Regelgrößen.
Übersteigt bei einer Vollbremsung der zeitliche Druckanstieg (Druckgradient) im Bremsbetätigungssystem einen vorgegebenen Grenzwert, was dem Mikroprozessor durch einen Druckgeber 66 und eine Differenziereinrichtung 67 mitgeteilt wird., so veranlaßt der Mikroprozessor die Schaltung der den Bremsen des Kuppelgetriebes 13 und der Planetenradvorgelege 17, 18 der Hauptantriebsachse zugeordneten Magnetventile 73, 74 augenblicklich in die die Bremsen lösende Stellung. Dadurch sind die Räder 3 und 4 der Hauptantriebsachse sowie die Schwungmasse 15 vom Antriebsstrang getrennt. Wird im weiteren Verlauf der Bremsung eine Blockierregelung notwendig, so kann diese ohne den Nachteil der normalerweise an den Rädern der Hauptantriebsachse wirksamen großen Trägheitsmomente erfolgen. Der Mikroprozessor weiß durch die Informationen des Druckgebers 66 im Bremsbetätigungssystem, daß sich das Fahrzeug in gebremstem Zustand befin det und die Räder der Hauptantriebsachse antriebslos sind, und reguliert den Bremsdruck der Radbremsen mit der Radumfangsverzögerung bzw. -beschleunigung als Regelgröße in bekannter Weise aufgrund von Informationen der Raddrehzahlfühler 19, 20, 35 , 36 durch Umschalten der den Radbremsen zugeordneten Ventile. Nach Beendigung der Bremsung löst der Fahrer das Bremspedal 70; der Druck im Betätigungssystem der Radbremsen sinkt auf Null. Der Mikroprozessor erhält diese Information und veranlaßt durch Umschalten des Magnetventils 73 die Schließung der Vorgelegeschaltbremsen der Hauptantriebsachse und somit die erneute Verbindung der Räder 3 und 4 mit dem Antriebsstrang.
Um bei Fahrzeugstillstand ein Aufladen des Schwungradspeichers - wie es beispielsweise nach langer Standzeit des Fahrzeugs notwendig wird - durch den Dieselmotor zu ermöglichen, kann der Fahrer über einen elektrischen .Schalter den Mikroprozessor veranlassen, die Bremse αes Kuppelgetriebes 13 zu schließen, d.h. die Verbindung zwischen Schwungradspeicher und Dieselmotor bei geöffneten Vorgelegebremsen der Radantriebe herzustellen. Durch Betätigen des Gaspedals kann dann die gewünschte Drehzahlsteigerung des Schwungrades vorgenommen werden. Ein Überdrehen, wie auch ein Abfall unter eine bestimmte Drehzahlgrenze der Schwungscheiben 15, wird durch einen die Schwungscheibendrehzahl aufnehmenden Sensor verhindert. Der Sensor meldet die Drehzahl laufend dem Mikroprozessor, der bei Erreichen einer oberen und unteren Grenzdrehzahl die Bremse des Kuppelgetriebes 13 durch Schalten des zugeordneten Magnetventils in die bremslösende Stellung öffnet. Dem Fahrer wird der Ladezustand des Schwungradspeichers vom Mikroprozessor über aufleuchtende Anzeigen am Armaturenbrett mitgeteilt.
In Fig. 2 ist ein Nebenachsantrieb im Schnitt dargestellt, bei dem die Vorgelegeschaltbremsen durch Viskosekupplungen ersetzt sind, welche bei Auftreten von Schlupf zwischen Haupt- und Ne benachsantrieb einkuppeln und dadurch eine Antriebsverbindung zwischen Vorder- und Hinterachsantrieb herstellen. Ihre durch die beiden Gelenkwellen 25 und 26 eingeleiteten Antriebskräfte werden über die Kegelräder 56/58 und 57/59 auf die Naben 60 und 62 der Viskosekupplungen übertragen. Die Naben tragen die Innenlamellen 601 und 621, welche bei einem entsprechenden Schlupf über die Außertlamellen 611 und 631 die Kupplungsglocken 61 und 63 und somit über die Gelenkwellen 37 und 38 die Räder 1 und 2 antreiben. Die Sensoren zur Blockierregulierung der Bremsen 33 und 34 bestehen aus den Drehzahlfühlern 641 und 651 sowie den mit den Kupplungsglocken umlaufenden Rotoren 642 und 652 .

Claims

Patentansprüche
Antriebsanlage für Fahrzeuge, insbesondere für Linienomnibusse, mit den folgenden Merkmalen: a) eine Antriebsmaschine (5) ist über einen Drehmomentwandler (z.B. Stufenschaltgetriebe 6) und über ein Verteilgetriebe (z.B. Differentialgetriebe 16) an die Fahrzeugräder (3, 4) einer Hauptantriebsachse (8) koppelbar; b) jedem Fahrzeugrad (1 bis 4) ist eine Bremse (231, 232, 33, 34) mit Antiblockiersteuerung zugeordnet, d.h. mit einer. Einrichtung zur selbsttätigen Regulierung des Bremsdruckes bei Gefahr des Blockierens des Rades; c) eine Betätigungseinrichtung umfaßt ein Gaspedal und ein Bremspedal; d) dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Verteilgetriebe (16) und jedem der Fahrzeugräder (3, 4) der Hauptantriebsachse (8) ein Kraftfluß-Unterbrecher (Schaltkupplung oder Planetengetriebe 17, 18, mit Bremse 171, 181 oder dergleichen) angeordnet ist.
Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein sogenannter Vollbrems-Detektor vorgesehen ist, d.h. eine Einrichtung, welche die Betätigungsgeschwindigkeit des Bremspedals oder den Bremsdruck-Gradienten mißt und welche - solange der Meßwert größer als ein vorgegebener Grenzwert ist - die Kraftfluß-Unterbrecher (17, 18) offenhält.
Antriebsanlage nach Anspruch 1 oder 2, worin die Antiblockiersteuerungen die folgenden Eingangsgrößen benutzen: a) die Drehbeschleunigung (bzw. Verzögerung) des betreffenden Rades; b) den Schlupf zwischen dem betreffenden Rad und der Fahrbahn; dadurch gekennzeichnet, daß der Vollbrems-Detektor die folgenden Betriebszustände in den Antiblockiersteuerungen herstellen kann: c) solange der genannte Meßwert größer als ein vorgegebener Grenzwert ist, wird in den Antiblockiersteuerungen allein die Raddrehbeschleunigung (bzw. -Verzögerung) als Eingangsgröße verwendet; d) solange der genannte Meßwert kleiner als der Grenzwert ist, werden in den Antiblockiersteuerungen sowohl die Raddrehbeschleunigung (bzw. -Verzögerung) als auch der Radschlupf als Eingangsgröße verwendet.
Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zusätzlich zur Antriebsmaschine (5) vorgesehenen Regenerativantrieb mit einem hydrostatischen oder vorzugsweise mechanischen Energiespeicher (z. B. mit wenigstens einem Schwungrad 15 und dazugehörendem stufenlos variablen Getriebe 14) und mit einem Kraftfluß-Unterorecher (z.B. Schaltkupplung oder Kupplungsgetriebe 13), wobei der Regenerativantrieb mit der Eingangs- oder mit der Ausgangsseite des Drehmomentwandlers (6) verbunden ist.
Antriebsanlage mit einem Schwungrad als Energiespeicher, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine dem Regenerativantrieb zugeordnete Steuereinrichtung die folgenden Betriebszustände herstellen kann: a) zum Beschleunigen mittels des Schwungrades (15) wird durch Betätigung des Gaspedals der Kraftfluß-Unter brecher (13) geschlossen und das stufenlos variable Getriebe (14) derart gesteuert, daß die vom Schwungrad (15) abgegebene Leistung zusammen mit der Leistung der Antriebsmaschine (5) die durch die Stellung des Gaspedals gewünschte Beschleunigung des Fahrzeugs erzeugt, wobei der Kraftflußunterbrecher (13) beim Unterschreiten einer bestimmten Mindest-Drehzahl des Schwungrades (15) wieder geöffnet wird; b) zum Verzögern mittels des Schwungrades (15) wird durch Betätigen des Bremspedals der Kraftfluß-Unterbrecher
(13) geschlossen und das stufenlos variable Getriebe
(14) derart gesteuert, daß eine der Bremspedalstellung oder dem Bremsleitungsdruck entsprechende Bremswirkung an den Fahrzeugrädern (3, 4) erzielt wird, wobei beim Überschreiten einer vorgegebenen Maximal-Drehzahl des Schwungrades (15) der Kraftflußunterbrecher (13) wieder geöffnet wird.
6. Antriebsanlage nach Anspruch 5, mit einer Einrichtung zur Ermittlung des Schlupfes zwischen den Rädern und der Fahrbahn, dadurch gekennzeichnet, daß beim Beschleunigen oder beim Verzögern mittels des Schwungrades durch das Überschreiten einer vorgegebenen Radschlupf-Schwelle eines der Fahrzeugräder das Wieder-Öffnen des Kraftflußunterbrechers (13) ausgelöst wird.
7. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der obengenannte Vollbrems-Detektor gleichzeitig mit dem Öffnen der den Fahrzeugrädern (3, 4) zugeordneten Kraftfluß-Unterbrecher (17, 18) auch das Öffnen des dem Schwungrad (15) zugeordneten Kraftflußunterbrechers (13) auslöst.
8. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für ein Fahrzeug mit Allrad-Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß eine direkt oder über ein Verteilerdifferential angetriebene Neberiantriebsachse (39) vorgesehen ist, wobei jedes der Fahrzeugräder (1, 2) der Nebenantriebsachse ( 39 ) mit einem Kraftfluß-Unterbrecher (31, 32) ausgerüstet ist.
9. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet; daß bei Allrad-Antrieb die Aufteilung der Antriebskräfte auf die Räder (1 bis 4) der beiden Fahrzeugseiten in der Hauptantriebsachse (8) erfolgt, d.h. auf jeder Fahrzeugseite ist eine Gelenkwellen-Verbindung (25 bzw. 26) von der Hauptantriebsachse (8) zur Nebenantriebsachse (39) vorgesehen.
10. Antriebsanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Fahrzeugseite (unabhängig von der anderen Fahrzeugseite) das Auftreten eines Drehzahlunterschiedes zwischen den Fahrzeugrädern (1 und 3 bzw. 2 und 4) das Schließen des betreffenden Kraftfluß-Unterbrechers (31, bzw. 32) der Nebenantriebsachse ( 39 ) auflöst.
11. Antriebsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftfluß-Unterbrecher (31, 32) der Nebenantriebsachse (39) als Viskosekupplungen (60, 61; 62, 63) ausgebildet sind.
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