WO2013160144A1 - Fahrantrieb eines nutzfahrzeugs - Google Patents

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Franz Werner
Ulrich Ahrholdt
Matthias Beck
Daniel STRUCK
Heinz-Gerhard Essig
Peter Delissen
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    • F16H2061/0425—Bridging torque interruption

Definitions

  • the present invention relates to a traction drive of a commercial vehicle in which at least one drive shaft is mechanically driven by a prime mover, usually an internal combustion engine, for example a diesel engine, via a separating clutch and a gear change transmission.
  • a prime mover usually an internal combustion engine, for example a diesel engine
  • a traction drive of a truck is additionally provided with a hydrostatic drive train which during a gear change a traction which at least partially compensates a traction interruption to a drive shaft (ie a shaft (ie rotating component) which drives torque from the engine to the wheel) of the truck.
  • the hydrostatic powertrain has for this purpose an engine and a hydrostatic transmission driven by this, which in turn drives the drive shaft of the hydrostatic drive train.
  • a hydrostatic transmission has at least one hydraulic pump and at least one hydraulic motor connected thereto in a hydraulic circuit.
  • the traction drive furthermore has a control device (arithmetic unit), which is set up by the program to control the hydrostatic drive train in such a way that it can supply the compensating tractive force.
  • the invention provides a robust and convenient way to avoid a traction interruption during a gear change in trucks. Gear shifting becomes more comfortable, off-road performance is improved by preventing heavy deceleration during gear shifting.
  • the invention is particularly advantageous since the hydrostatic transmission can be driven by the already existing and operating drive machine, in particular internal combustion engine, so that for the hydrostatic additional did not drive its own drive machine is necessary.
  • Hydrostatic travel drives are known per se, proven in practice and mature.
  • the drive shaft of the hydrostatic drive train is different from the drive shaft of the mechanical drive train.
  • the hydrostatic transmission drives at least one wheel which is not mechanically driven by the gear change transmission.
  • the gear change is not adversely affected.
  • the drive shaft of the hydrostatic drive train is a front axle of the truck.
  • a drive shaft of the mechanical drive train is a center or rear axle of the truck.
  • the mechanical drive train also includes a propeller shaft for transmitting torque from
  • Gear change gear to the drive shaft of the mechanical drive train is preferably connected to one or two wheels.
  • the hydrostatic motor may in particular also be a wheel hub motor with a correspondingly short drive shaft with only one wheel.
  • the hydrostatic transmission has exactly one hydraulic pump and exactly one or exactly two hydraulic motors connected thereto in a hydraulic circuit.
  • a commercial vehicle, in particular a truck, with a drive according to the invention is also an object of the invention.
  • the invention is particularly suitable for vehicles with a prime mover with a high torque output (greater than 1 .000 Nm), which have at least one vehicle axle, which is not part of the mechanical drive train, that is not driven by the internal combustion engine.
  • the at least one drive shaft of the hydrostatic drive train is thus different from the at least one drive shaft of the mechanical drive train.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 1 shows a block diagram of a preferred embodiment of a traction drive 100 according to the invention of a truck 300.
  • the traction drive 100 has a mechanical drive train comprising a drive machine embodied here as an internal combustion engine 110, in particular a diesel engine, which, as is known, drives a crankshaft (not shown).
  • the crankshaft is coupled to a disconnect clutch 120, which in turn is coupled to a gear change transmission 130.
  • the speed change gear 130 is drivingly connected via a propeller shaft 140 to a drive shaft 150 (preferably a rear axle) and a rear wheel 151 of the truck, respectively.
  • the gear change can be either manually by the driver (so-called manual transmission) or automatically (so-called automatic transmission) brought about.
  • the separating clutch 120 is actuated, so that there is no more power transmission between the crankshaft and the gear change transmission. In this state, a gear change can be easily brought about, but in the meantime also a traction interruption occurs.
  • a currently occurring acceleration or deceleration process of the truck is interrupted, which leads to undesirable consequences, as explained in the introduction.
  • the traction drive 100 in addition to a hydrostatic drive train, which is operated in a special way.
  • the hydrostatic drive train also includes the internal combustion engine 110, which is drivingly connected to a hydraulic pump 170.
  • the hydraulic pump is in particular coupled to a power take-off (so-called PTO or PTO, engl., Power take-off) of the internal combustion engine 110.
  • a power take-off between the internal combustion engine 1 10 and the hydraulic pump 170 may also be provided a separating clutch 171.
  • the hydrostatic drive train further has at least one hydraulic motor 180, preferably two hydraulic motors designed as wheel hub motors, which are connected to the hydraulic pump 170 by a hydraulic circuit 190.
  • the at least one hydraulic motor 180 drives at least one drive shaft, preferably a so-called front axle or front wheel 160 of the truck.
  • the transmission ratio between the hydraulic pump 170 and the hydraulic motor 180 can be adjusted by adjusting the volume flows of the motor and the pump (for example via the pumping volume of the hydraulic pump or the displacement volume of the hydraulic motor).
  • a computing unit or a control unit 200 which controls the hydrostatic drive train so that during a gear change in the mechanical drive train no interruption of traction occurs at the wheels of the truck.
  • the control unit has particular information about the speed and torque of the engine 1 10 as well as the driving speed of the truck, especially immediately before disengagement by the clutch 120 to prepare a gear change, so that the controller 200 can control the hydrostatic drive train during the gear change so that this continues to provide the previously existing traction.
  • the hydrostatic drive unit is controlled by the control unit 200 such that the driving speed or the acceleration or the deceleration during the gear change is maintained.
  • corresponding speed or speed sensors can be provided.
  • the control unit 200 is expediently also provided and set up to control the internal combustion engine 110.

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Abstract

Die Erfindung betrifft Fahrantrieb eines Nutzfahrzeugs mit einem mechanischen Antriebsstrang, welcher eine Antriebsmaschine (110), eine erste Trennkupplung (120), ein Gangwechselgetriebe (130) und wenigstens eine angetriebene Antriebwelle (150) umfasst, einem hydrostatischen Antriebsstrang, welcher eine Antriebsmaschine (110), ein hydrostatisches Getriebe (170,190,180) und wenigstens eine angetriebene Antriebwelle (160) umfasst, sowie einer Recheneinheit (200), die, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet ist, den hydrostatischen Antriebsstrang so anzusteuern, dass eine von einem Gangwechsel in dem Gangwechselgetriebe hervorgerufene Zugkraftunterbrechung zumindest teilweise ausgeglichen wird.

Description

Fahrantrieb eines Nutzfahrzeugs
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrantrieb eines Nutzfahrzeugs, bei dem wenigstens eine Antriebswelle mechanisch von einer Antriebsmaschine, üblicher- weise einem Verbrennungsmotor, bspw. Dieselmotor, über eine Trennkupplung und ein Gangwechselgetriebe angetrieben wird.
Stand der Technik Solche Fahrantriebe sind im Stand der Technik wohlbekannt. Diese Fahrantriebe weisen den Nachteil auf, dass während des Gangwechsels eine Zugraftunterbre- chung auftritt, die das Fahrverhalten negativ beeinflusst, da sie einen stattfindenden Beschleunigungs- oder Motorbremsvorgang (Schubbetrieb) unterbricht. Dies führt zu unerwünscht un komfortablen Schaltvorgängen. Des Weiteren sind gerade in schwie- rigen Geländesituationen (Off-Road) Zugkraftunterbrechungen hinderlich, da diese unter solchen Bedingungen zu einer deutlichen Reduzierung der Fahrzeuggeschwindigkeit führen können. Wird beispielsweise während einer Beschleunigungsphase in einen höheren Gang gewechselt, sinkt die Geschwindigkeit während des Gangwechsels, so dass sie im ungünstigsten Fall nach dem Gangwechsel zu lang- sam für den neu gewählten Gang ist und wieder heruntergeschaltet werden muss. Die Zugkraftunterbrechung kann damit zu einer Reduzierung der möglichen Geschwindigkeit unter schwierigen Geländesituationen führen und damit die Produktivität verringern. Es ist wünschenswert, eine Zugkraftunterbrechung bei einem Gangwechsel zu vermeiden. Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Fahrantrieb eines Nutfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung Im Rahmen der Erfindung wird ein Fahrantrieb eines Lastkraftwagens zusätzlich mit einem hydrostatischen Antriebsstrang, der während eines Gangwechsels eine Zugkraft, welche eine Zugkraftunterbrechung zumindest teilweise ausgleicht, an eine Antriebswelle (also eine Welle (d.h. rotierendes Bauteil), welche ein Antriebsmoment vom Motor an das Rad überträgt) des Lastkraftwagens bereitstellt. Der hydrostati- sehe Antriebsstrang weist dazu eine Antriebsmaschine und ein von dieser angetriebenes hydrostatisches Getriebe auf, welches wiederum die Antriebswelle des hydrostatischen Antriebsstrangs antreibt. Ein hydrostatisches Getriebe weist zumindest eine Hydraulikpumpe und zumindest einen damit in einem Hydraulikkreislauf verbundenen Hydraulikmotor auf. Der Fahrantrieb weist weiterhin eine Steuereinrich- tung auf (Recheneinheit), die programmtechnisch dazu eingerichtet ist, den hydrostatischen Antriebsstrang so anzusteuern, dass dieser die ausgleichende Zugkraft liefern kann. Die Erfindung schafft eine robuste und zweckmäßige Möglichkeit, um eine Zugkraftunterbrechung während eines Gangwechsels bei Lastkraftwagen zu vermeiden. Der Schaltvorgang wird komfortabler, die Geländefahreigenschaften werden verbessert, da starke Geschwindigkeitsabnahmen während des Schaltvorganges verhindert werden.
Die Erfindung ist besonders vorteilhaft, da das hydrostatische Getriebe von der ohnehin vorhandenen und arbeitenden Antriebsmaschine, insbesondere Verbren- nungsmotor, angetrieben werden kann, so dass für den hydrostatischen Zusatzan- trieb keine eigene Antriebsmaschine notwendig ist. Hydrostatische Fahrantriebe sind an sich bekannt, praxiserprobt und ausgereift.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Antriebswelle des hydrostati- sehen Antriebsstrangs von der Antriebswelle des mechanischen Antriebsstrangs verschieden. Somit treibt das hydrostatische Getriebe wenigstens ein Rad an, welches nicht mechanisch über das Gangwechselgetriebe angetrieben wird. Somit wird der Gangwechsel nicht negativ beeinflusst. Vorzugsweise ist die Antriebswelle des hydrostatischen Antriebsstrangs eine Vorderachse des Lastkraftwagens. Vorzugs- weise ist eine Antriebswelle des mechanischen Antriebsstrangs eine Mittel- oder Hinterachse des Lastkraftwagens. Vorzugsweise umfasst der mechanische Antriebsstrang auch eine Kardanwelle zum Übertragen eines Drehmoments vom
Gangwechselgetriebe an die Antriebswelle des mechanischen Antriebsstrangs. Eine Antriebswelle ist vorzugsweise mit einem oder mit zwei Rädern verbunden. Bei dem hydrostatischen Motor kann es sich insbesondere auch um einen Radnabenmotor mit einer dementsprechend kurzen Antriebswelle mit nur einem Rad handeln. Das hydrostatische Getriebe weist in bevorzugter Ausgestaltung genau eine Hydraulikpumpe und genau einen oder genau zwei damit in einem Hydraulikkreislauf ver- bundenen Hydraulikmotoren auf.
Ein Nutzfahrzeug, insbesondere ein Lastkraftwagen, mit einem erfindungsgemäßen Fahrantrieb ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung. Die Erfindung ist insbesondere für Fahrzeuge mit einer Antriebsmaschine mit hoher Drehmomentabgabe (größer 1 .000 Nm) geeignet, die wenigstens eine Fahrzeugachse aufweisen, die nicht Teil des mechanischen Antriebsstrangs ist, also nicht von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Die wenigstens eine Antriebswelle des hydrostatischen Antriebsstrangs ist somit von der wenigstens einen Antriebswelle des mechanischen Antriebsstrangs verschieden. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläu- ternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figurenbeschreibung
Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Fahrantriebs eines Lastkraftwagens.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
In Figur 1 ist in einem Blockdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrantriebs 100 eines Lastkraftwagens 300 dargestellt.
Der Fahrantrieb 100 verfügt über einen mechanischen Antriebsstrang umfassend eine hier als Verbrennungsmotor 1 10, insbesondere Dieselmotor, ausgebildete Antriebsmaschine, welche, wie bekannt, eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) antreibt. Die Kurbelwelle ist mit einer Trennkupplung 120 gekoppelt, welche wiederum mit einem Gangwechselgetriebe 130 gekoppelt ist. Das Gangwechselgetriebe 130 ist über eine Kardanwelle 140 mit einer Antriebswelle 150 (vorzugsweise eine Hinterachse) bzw. einem Hinterrad 151 des Lastkraftwagens antreibend verbunden. Der Gangwechsel kann entweder manuell durch den Fahrer (sogenanntes Schaltgetriebe) oder automatisch (sogenanntes Automatikgetriebe) herbeigeführt werden. Dazu wird die Trennkupplung 120 betätigt, so dass keine Kraftübertragung mehr zwischen der Kurbelwelle und dem Gangwechselgetriebe besteht. In diesem Zu- stand kann ein Gangwechsel problemlos herbeigeführt werden, wobei jedoch währenddessen auch eine Zugkraftunterbrechung auftritt. In der Folge wird ein gerade stattfindender Beschleunigungs- oder Verzögerungsvorgang des Lastkraftwagens unterbrochen, was zu unerwünschten Folgen, wie einleitend erläutert, führt.
Zur Behebung dieser Probleme weist der Fahrantrieb 100 zusätzlich einen hydrostatischen Antriebsstrang auf, der auf besondere Weise betrieben wird. Der hydrostatische Antriebsstrang umfasst ebenfalls den Verbrennungsmotor 1 10, der antreibend mit einer Hydraulikpumpe 170 verbunden ist. Die Hydraulikpumpe ist insbesondere mit einem Nebenabtrieb (sog. Zapfwelle oder PTO, engl, power take-off) des Verbrennungsmotors 1 10 gekoppelt. Zwischen dem Verbrennungsmotor 1 10 und der Hydraulikpumpe 170 kann ebenfalls eine Trennkupplung 171 vorgesehen sein. Der hydrostatische Antriebsstrang weist weiterhin wenigstens einen Hydraulikmotor 180, vorzugsweise zwei als Radnabenmotoren ausgebildete Hydraulikmotoren auf, welche mit der Hydraulikpumpe 170 durch einen Hydraulikkreislauf 190 verbunden sind. Der wenigstens eine Hydraulikmotor 180 treibt wenigstens eine Antriebswelle an, vorzugsweise eine sog. Vorderachse oder ein Vorderrad 160 des Lastkraftwagens.
Das Übersetzungsverhältnis zwischen Hydraulikpumpe 170 und Hydraulikmotor 180 kann, wie bekannt, über die Einstellung der Volumenströme von Motor und Pumpe (z.B. über das Schöpfvolumen der Hydraulikpumpe bzw. das Schluckvolumen des Hydraulikmotors) eingestellt werden.
Zur Ansteuerung des Fahrantriebs 100 ist eine Recheneinheit bzw. ein Steuergerät 200 vorgesehen, welches den hydrostatischen Antriebsstrang so ansteuert, dass während eines Gangwechsels im mechanischen Antriebsstrang keine Zugkraftunter- brechung an den Rädern des Lastkraftwagens auftritt. Das Steuergerät verfügt ins- besondere über Informationen hinsichtlich der Drehzahl und des Drehmoments des Verbrennungsmotors 1 10 sowie hinsichtlich der Fahrgeschwindigkeit des Lastkraftwagens, insbesondere unmittelbar vor dem Auskuppeln durch die Trennkupplung 120 zur Vorbereitung eines Gangwechsels, so dass das Steuergerät 200 während des Gangwechsels den hydrostatischen Antriebsstrang so ansteuern kann, dass dieser weiterhin die zuvor vorhandene Zugkraft bereitstellt. In einfacher Ausführungsform wird die hydrostatische Antriebseinheit dazu von dem Steuergerät 200 so angesteuert, dass die Fahrgeschwindigkeit oder die Beschleunigung oder die Verzögerung während des Gangwechsels erhalten bleibt. Dazu können entsprechende Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitssensoren vorgesehen sein. Das Steuergerät 200 ist zweckmäßigerweise auch zur Ansteuerung des Verbrennungsmotors 1 10 vorgesehen und eingerichtet.

Claims

Patentansprüche
1 . Fahrantrieb (100) eines Nutzfahrzeugs mit
einem mechanischen Antriebsstrang, welcher eine Antriebsmaschine (1 10), eine erste Trennkupplung (120), ein Gangwechselgetriebe (130) und wenigstens eine angetriebene Antriebwelle (150) umfasst,
einem hydrostatischen Antriebsstrang, welcher eine Antriebsmaschine (1 10), ein hydrostatisches Getriebe (170, 180, 190) und wenigstens eine angetriebene Antriebwelle umfasst, sowie
einer Recheneinheit (200), die, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet ist, den hydrostatischen Antriebsstrang so anzusteuern, dass eine von einem Gangwechsel in dem Gangwechselgetriebe (130) hervorgerufene Zugkraftunterbrechung zumindest teilweise ausgeglichen wird.
2. Fahrantrieb (100) nach Anspruch 1 , wobei das hydrostatische Getriebe wenigstens eine Hydraulikpumpe (170) und wenigstens einen damit in einem Hydraulikkreislauf (190) verbundenen Hydraulikmotor (180) aufweist.
3. Fahrantrieb (100) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Hydraulikmo- tor (180) ein Radnabenmotor ist, der an einer Radnabe eines Rades (160) angeordnet ist.
4. Fahrantrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Antriebsmaschine (1 10) des mechanischen Antriebsstrangs auch die Antriebsmaschine (1 10) des hydrostatischen Antriebsstrangs ist.
5. Fahrantrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der hydrostatische Antriebsstrang eine zweite Trennkupplung (171 ) zwischen der Antriebsmaschine (1 10) des hydrostatischen Antriebsstrangs und dem hydrostatischen Getriebe (170, 180, 190) aufweist.
6. Fahrantrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Antriebswelle des hydrostatischen Antriebsstrangs von der wenigstens einen Antriebswelle des mechanischen Antriebsstrangs verschieden ist.
7. Fahrantrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Antriebswelle des hydrostatischen Antriebsstrangs eine Vorderachse ist.
8. Fahrantrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der me- chanische Antriebsstrang eine Kardanwelle (140) zwischen dem Gangwechselgetriebe (130) und der wenigstens einen Antriebswelle (150) des mechanischen Antriebsstrangs aufweist.
9. Fahrantrieb (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Re- cheneinheit (200) dazu eingerichtet ist, den hydrostatischen Antriebsstrang so anzusteuern, dass eine Fahrgeschwindigkeit oder eine Beschleunigung oder eine Verzögerung während des Gangwechsels konstant bleibt.
10. Lastkraftwagen (300) mit einem Fahrantrieb (100) nach einem der vorstehen- den Ansprüche.
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WO2016051106A1 (fr) * 2014-10-03 2016-04-07 Poclain Hydraulics Industrie Procede de commande d'un dispositif de transmission d'un vehicule
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