DE2401419A1

DE2401419A1 - Fahrzeug mit einem hydrostatischen und mechanischen antrieb

Info

Publication number: DE2401419A1
Application number: DE2401419A
Authority: DE
Inventors: Paul Bosch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-01-12
Filing date: 1974-01-12
Publication date: 1975-07-17
Also published as: JPS50100730A; GB1484388A; FR2257454A1; FR2257454B3

Description

⁷J .... 240K13

11.12.1973 Wd/Ml

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanraeldung

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Fahrzeug mit einem hydrostatischen und mechanischen Antrieb

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens zwei angetriebenen Achsen, von denen eine mechanisch von einer Brennkraftmaschine über ein Schaltgetriebe angetrieben ist, die andere von einem hydrostatischen Getriebe, dessen verstellbare Pumpe ebenfalls mittel- oder unmittelbar von der Brennkraftmaschine- angetrieben ist.

Bei Fahrzeugen mit teils mechanischen, teils hydrostatisch angetriebenen Rädern werden bisher die Umfangskräfte der hydrostatisch angetriebenen Räder mit Hilfe, von Regeleinrichtungen konstant gehalten, und zwar unabhängig davon, wie groß der gesamte Fahrwiderstand ist. ' Dies ist nicht vorteilhaft.

Auch eine Steuerung auf kleinste Schlupfverluste zwischen dem Boden .und allen Rädern, also auf minimalen Kraftstoffverbrauch, ist unzweckmäßig.

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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Fahrzeugantrieb der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der beste Wirtschaftlichkeit unter Berücksichtigung von Lohn- und Kraftstoffkosten gewährleistet.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Treibradkräfte der hydrostatisch angetriebenen Räder bei Vorgabe der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der übersetzung im Schaltgetriebe die maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs ergeben.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Antriebs ist der, daß er die jetzt in den Schaltgetrieben nötigen Kriech- und Schneckengänge unnötig macht, da nun die nur kleine Zugkräfte erfordernden Arbeiten allein mit dem stufenlosen hydrostatischen Antrieb, z.B. der Vorderräder, ausgeführt werden können. Das Schaltgetriebe für die Hinterräder befindet sich in diesem Fall in Leerlaufstellung.

Besonders zweckmäßig ist es, daß die übersetzung des hydrostatischen Getriebes gleichzeitig und in gleicher Weise wie die des mechanischen Schaltgetriebes stufenweise verändert wird und daß das Kupplungspedal mit einem Steuerventil zusammenwirkt, das den geschlossenen Kreislauf des hydrostatischen Getriebes kurzzuschließen vermag.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben. Diese zeigt in den

Fig. 1 bis k in schematischer Darstellung Fahrzeugantriebe mit

teils mechanisch, teils hydrostatisch angetriebenen Achsen.

Im Ausführungsbeispiel nach' der Fig. 1 ist mit 10 eine Antriebsmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, bezeichnet, welche einerseits über ein mechanisches Schaltgetriebe 11 und eine Hinterachse 12 Räder 13 antreibt, andererseits eine verstellbare, insbesondere reversierbare,

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Pumpe 1*f. Von dieser führen Leitungen 15, 16 im geschlossenen Kreislauf zu einem Hydromotor 17, welcher Räder 18 antreibt. Die Leitungen 15, 16 sind durch Druckbegrenzungsventile 191 20 abgesichert. Der Hydromotor I? ist durch eine Umgehungsleitung, welche von der Leitung 15 zur Leitung 16 führt, umgangen. In dieser Umgehungsleitung ist ein Kurzschlußventil 22 angeordnet, durch welches die Verbindung über die Leitung 21 zu den Leitungen 15, 16 gesperrt oder freigegeben werden kann. Am Kurzschlußventil 22 ist ein Stößel 23 angeordnet, welcher mit einem Gestänge 2h zusammenwirkt, das an einem Kupplungspedal 25 angelenkt ist, mit welchem auch die Reibkupplung zwischen der Antriebsmaschine und dem Schaltgetriebe 11 ein- und ausgerückt werden kann. An die Umgehungsleitung 21 ist eine Leitung 26 mit einem Wechselventil 27 angeschlossen, welches Verbindung zu einem Manometer 28 hat.

Das den Hub der Pumpe 1** bestimmende Stellglied 30 ist über ein Gestänge 31 mit einem Fahrhebel 32 verbunden. Dies ist ein zweiarmiger Hebel, der an einem als Schraube ausgebildeten Einstellglied 33 angelenkt ist. Am Fahrhebel 32 ist eine Raste ausgebildet, die in Vertiefungen I bis V einzurasten vermag. Diese Vertiefungen entsprechen den Vorwärtsgängen I bis IV und dem Rückwärtsgang V des Schaltgetriebes

Die Treibradkraft der Vorderräder und demzufolge die Verteilung der gesamten Vortriebskraft auf Vorder- und Hinterräder wird eingestellt, indem man das übersetzungsverhältnis des Hydrogetriebes verkleinert, ausgehend von einer übersetzung, die gleich der Übersetzung zu den Hinterrädern ist, gleiche Raddurchmesser hinten und vorne vorausgesetzt. Mit kleiner werdendem Übersetzungsverhältnis werden Vorderrad-Drehzahl, -Schlupf und -Umfangskraft größer, da die von ihnen übertragene Umfangskraft eine Funktion des Schlupfes und seiner Größe sowie der Bodenbeschaffenheit ist.

Wird die Pumpe 1*l· von der Antriebsmaschine 10 angetrieben, so muß immer gleichzeitig beim Schalten des Schaltgetriebes auch die übersetzung des hydrostatischen Getriebes durch Verstellen der Pumpe 14 verändert werden. Dies wird dadurch erreicht, daß die Raste am Fahrhebel 32 in die dem gewählten Fahrgang'zugeordnete Vertiefung I - V

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einrastet. Dies ist ohne Störung des Fahrbetriebs dadurch möglich, wenn beim Auskuppeln der Kupplung und vor Einlegen des neuen Getriebeganges das Kurzschlußventil 22 durch das Kupplungspedal 25 geöffnet wird. Dadurch ist das hydrostatische Getriebe kurzgeschlossen. Eine nicht dargestellte Sperre verhindert das Schließen des Kurzzschlußventils durch den Fahrert wenn die Übersetzungen vorne und hinten nicht aneinander angeglichen sind.

Die Treibradkraft der Vorderräder wird eingestellt, indem der Anlenkpunkt des Fahrhebels 32 mit dem Einstellglied 33 entsprechend verschoben wird. Die Einstellung der übersetzung des hydrostatischen Getriebes kann so erfolgen, daß ein bestimmter Arbeitsdruck sich einstellt, der am Manometer 28 feststellbar ist.

Es ist auch möglich, die Pumpe 14 nicht von der Antriebsmaschinenwelle sondern von der Hinterachse 14 aus anzutreiben. Dies ist in der Fig. 1 durch die gestrichelte Linie J>h dargestellt. Damit entfällt das Verstellen der Pumpe 14 beim Gangwechsel. Wie oben beschrieben, werden auch hier Vorderrad-Schlupf und Zugkraft mit dem Einstellglied 33 eingestellt.

Die vorgeschlagene Anordnung ist besonders gut für einen Ackerschlepper geeignet, weil z.B. beim Manövrieren und auch bei Frontladearbeiten mit stark entlasteter Hinterachse und mit dem Schaltgetriebe in Leerlaufstellung der Schlepper stufenlos mit dem Fahrhebel gesteuert werden kann (rein hydrostatischer Antrieb).

Anstatt die Umfangskräfte der Vorderräder über den Arbeitsdruck des hydrostatischen Getriebes zu messen, ist es auch möglich, den Arbeitsdruck auf einen Stellkolben wirken zu lassen.

Der Stellkolben ist mit 35 bezeichnet und in einem Hydrozylinder J>(> angeordnet, an den eine Leitung 37 heranführt, welche mit dem Wechselventil verbindbar ist. Der Fahrhebel 32 ist an diesem Stellkolben -angelenkt. Am Stellkolben 35 ist eine Feder 38 befestigt, deren

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Vorspannung von einer Schraube 39 veränderbar ist. Die Feder verkleinert die übersetzung im Hydrogetriebe und erhöht Vorderrad-Drehzahl und -Zugkraft, bis der steigende Druck den Stellkolben gegen die Vorspannkraft der Feder zurückstellt.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 betrifft die optimale Zugkraftverteilung, welche kleinste Schlupfleistung zwischen sämtlichen Treibrädern und dem Boden ergibt. Optimal ist nicht die energetisch beste Zugkraftverteilung, sondern jene, welche das Durchführen der vorgegebenen Zugarbeit mit minimalen Kosten ermöglicht. Durch bestimmte Überlegungen ergibt sich, daß für solche Arbeiten eine Umfangskraft-Verteilung gewählt werden muß, die maximale Fahrgeschwindigkeit erzeugt. Dies ist mit einer entsprechenden Steuerung oder Regelung von Vorderrad-Umfangskraft und -Drehzahl mit Hilfe des hydrostatischen Getriebes zu erreichen. Für dessen Steuerung oder Regelung wird demzufolge ein fahrgeschwindigkeitsabhängiges Signal benötigt.

Vom Fahrzeug wird dazu ein Meßrad kO angetrieben, das über ein Meßgerät M ein elektrisches Signal für die Fahrgeschwindigkeit V_ einem elektronischen Steuergerät hZ einspeist. Diesem wird über eine elektrische Leitung kj> und ein Meßgerät hk ein Signal für die Fördermenge Vp der Pumpe 1*f eingegeben. Vom elektronischen Steuergerät werden Magnetventile *+5 bis *f8 betätigt, welche einen Servomotor ^9 für die Betätigung des Stellglieds 30 der Pumpe I** steuern. Der hierfür notwendige Druckmittelstrom entstammt einer Pumpe 50.

Als geeignete Signale für die Fahrgeschwindigkeit können die Zeit für das Durchfahren einer bestimmten Wegstrecke (Ackerfurchenlänge), die Drehzahl eines geschleppten Meßrades, wie oben beschrieben, oder die Größe der geschwindigkeitsabhängigen Zugkraft oder eines Teils derselben bei konstanter Einstellung des Werkzeugs (Höhenlage der Pflugschar, Lageregelung für einen Kraftheber) oder die Pflügtiefe oder die Größe der geschwindigkeitsabhängigen Zugkraft eines kleinen Werkzeugs, das eine besondere Meßfurche zieht, herangezogen werden.

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Bei manueller Steuerung auf optimale Zugkraftverteilung verstellt der Fahrer die übersetzung des hydrostatischen Getriebes, bis das gemessene Fahrgeschwindigkeitssignal (z.B. Meßraddrehzahl) den Größtwert erreicht. Bei Regelung auf optimale Zugkraftverteilung muß das Steuergerät k2 das als Funktion des Pumpenfordervolumens gemessene Fahrgeschwindigkeits-Signal differenzieren und eine Verstellung der Pumpe in der richtigen Richtung einleiten. Die Pumpe wird so lange verstellt, bis ^ V^, ist. Siehe hierzu Fig. 2a,

in welcher auf der Abszisse der Förderdruck V_ und auf der Ordinate die Fahrgeschwindigkeit V_ aufgetragen ist.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 bezieht sich auf die' Aufteilung der Gesamtzugkraft auf Vorder- und Hinterräder. Wenn für den Vorderradantrieb Hydromotoren mit konstantem Schluckvolumen verwendet werden, kann die Umfangskraft der Vorderräder durch eine Druckmessung festgestellt werden. Die Summe der Radumfangskräfte ist durch das Moment der Antriebsmaschine und durch die zwei-Übersetzungsverhältnisse zu den Vorder- und Hinterrädern gegeben, wenn deren Rollradien bekannt sind. Das Moment der Antriebsmaschine kann an deren Stellglied_t das die Kraftstoffzufuhr steuert (Regelstange der Einspritzpumpe, Drosselklappe des Vergasers), abgegriffen werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist die Einspritzpumpe mit 52 und deren Regelstange mit 53 bezeichnet. Letztere beeinflußt einen Geber 5^i der das Moment M₁ der Brennkraftmaschine einem elektronischen Steuergerät 55 einspeist, über einen anderen Geber 56 wird der jeweilige Getriebegang G dem elektronischen Steuergerät eingespeist. Das Fördervolumen V_p der Pumpe 1*f wird über einen Geber 57 in das elektronische Steuergerät gegeben. Von den Leitungen 151 16 führen Leitungen 58, 59 zu einem Druckmeßgerät 60, welches den Förderdruck P_ in Form eines elektrischen Signals ebenfalls dem elektronischen Steuergerät einspeist. Die Werte M,, P-, G und V„ sind Istwertsignale, die zusammen mit den Sollwertsignalen Fahrtrichtung und Vorderradumfangskraft geteilt durch Summe der ümfangskräfte (üV/UGes) mit dem

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Fahrhebel 61 am Steuergerät 5¹* eingespeist werden, worauf dieses dann den Sollwert für V_p.bildet. V_, d.h. das Fördervolumen der Pumpe, wird so lange verstellt, bis das Istverhältnis U„ : U . dem vom Fahrer vorgegebenen Sollwert entspricht. Daraus ist zu erkennen, daß der Fahrer ein vorgewähltes Verhältnis Vorderrad Umfangskraft U.. : Summe der Umfangskräfte ti . vorwählt. Statt der Umfangskräfte U„ und U . geben der Arbeitsdruck des Hydro-

V gesamt.

motors bzw. die Stellung der Einspritzpumpenregelstange die Istwertsignale. Die Signale für Hinter- bzw. Vorderradübersetzung liefern die Schaltstellung des Schaltgetriebes bzw. das Fördervolumen der Pumpe.

Ist an einem derartigen Schlepper ein Anhänger mit hydraulischer Bremse angehängt, so wird dessen Bremsdruck Ρ_ΏΤ) über einen Geber 62

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ebenfalls dem elektronischen Steuergerät 55 eingegeben. Dieses regelt das Pumpenfördervolumen so ein;' daß Anhängerbremsdruck und Arbeitsdruck im hydrostatischen Getriebe in dem gewünschten Verhältnis zueinander stehen.

Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. k betrifft eine Steuerung bzw. Regelung auf minimalem Kraftstoffverbrauch. Da es schwierig und aufwendig ist, die Fahrgeschwindigkeit eines Fahrzeugs zu messen, bei dem alle Räder schlupfen, kann es doch zweckmäßig sein, die Vorderrad-Zugkraft so zu steuern, daß für die angestrebte Fahrgeschwindigkeit der Kraftstoffverbrauch minimal wird. Er ist dem Produkt aus dem Weg der Einspritzpumpen - Regelstange und der Antriebsmaschinendrehzahl proportional. Durch Vergrößern oder Verkleinern der Vorderradzugkraft durch Verstellen des Einstellglieds, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschrieben, wird das gemessene und angezeigte Produkt aus dem Moment und der Drehzahl der Arbeitsmaschine auf ein Minimum gebracht. Um den Fahrer von dem häufigen Einstellen der Vorderrad-Zugkraft zu entlasten, kann das als Meßergebnis vorliegende Produkt Antriebsmaschinendrehzahl mal Weg der Einspritzpumpenregelstange zur Steuerung herangezogen werden, so daß eine Regelung erreicht wird. Beim Ausführungsbeispiel nach der Fig. A dient ein Dieselmotor zum Antrieb der Pumpe 14. Die Drehzahl des Dieselmotors wird über einen

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Drehzahlgeber 66/6? einem elektronischen Steuergerät 68 eingespeist. Die Regelstange 69 der Einspritzpumpe 70 beeinflußt einen Geber 71ι welcher die Stellung S_ der Regelstange ebenfalls dem elektronischen Steuergerät einspeist. Außerdem ist noch ein Schalter 72 vorgesehen! welcher ein Ventil 73 steuert, mit welchem die Richtung der Vorderrad-Zugkraft geändert wird. Ein Servomotor 7^ dient zum Einstellen des Stellglieds 30 der Pumpe 14. Deren Fördervolumen ist mit V_p bezeichnet.

Die Regelung vergrößert, ausgehend vom Fördervolumen für die Vorderrad-Zugkraft = Null, dieses so lange, bis der Differentialquotient d(S_ . n) im Tiefpunkt einer Kurve ACD liegt, welche die

Fig. 5 zeigt (Abszisse V_p (Fördervolumen der Pumpe), Ordinate S^ . n, wobei S_ der Weg der Regelstange der Einspritzpumpe ist, η die Drehzahl des Dieselmotors). Ändert sich die Last während des Betriebs oder verändert der Fahrer die Antriebsmaschinendrehzahl und die Fahrgeschwindigkeit, so verstellt die Regelung die Pumpe, bis auf der neuen Verbrauchskurve A¹C¹D¹ der Arbeitspunkt in den neuen Tiefpunkt C fällt. Der Fahrer hat nur noch die Aufgabe, die Antriebsmaschinendrehzahl und damit die Fahrgeschwindigkeit einzustellen.

Bei Antriebsmaschinen, die keine Regelstange für die Bemessung der Kraftstoffmenge haben, kann ein anderes die Kraftstoffzumessung steuerndes Glied zur Produktbildung verwendet werden (Drosselklappe, überschießender oder genutzter Kraftstoffstrom).

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Claims

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Ansprüche

Λ, JFahrzeug mit mindestens zwei angetriebenen Achsen, von denen eine mechanisch von einer Brennkraftmaschine über ein Schaltgetriebe angetrieben ist., die andere von einem hydrostatischen Getriebe, dessen verstellbare Pumpe ebenfalls mittel- oder unmittelbar von der Brennkraftmaschine angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibradkräfte der hydrostatisch angetriebenen Räder (18) bei Vorgabe der Drehzahl der Brennkraftmaschine und der übersetzung im Schaltgetriebe (10) die maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs ergeben.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die übersetzung des hydrostatischen Getriebes (14, I7) gleichzeitig und in gleicher Weise wie die des mechanischen Schaltgetriebes (11) stufenweise verändert wird und daß das Kupplungspedal (25) mit einem Steuerventil (22) zusammenwirkt, das den geschlossenen Kreislauf des hydrostatischen Getriebes kurzzuschließen vermag.

3· Fahrzeug nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibradkräfte mittels eines Einstellglieds (33) veränderbar sind, das mit dem Stellhebel (32) für die Pumpe (1*0 in Wirkverbindung steht.

k. Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellglied eine Schraube. (33) oder ein hydraulisch beaufschlagter Zylinder C35, 36) ist.

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5· Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbare Pumpe (14) von der Antriebswelle der mechanisch angetriebenen Achse angetrieben wird.

6. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von einem auf dem Boden abrollenden Meßrad (kO) elektrische Impulse zu einem elektronischen Steuergerät (k2) übermittelt werden, dem auch ein Maß für das Fördervolumen der Pumpe eingespeist wird, daß das Steuergerät (42) Magnetventile (45 bis 48) betätigt, über welche das Fördervolumen (Vp) der Pumpe so eingestellt wird, bis durch Differenzieren des Fahrgeschwindigkeitssignals (V_1n) der Quotient aus V₁₇,-und V_n

Jt er

gleich Null ist (Fig. 2).

7· Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem elektronischen Steuergerät Istwertsignale vom Drehmoment der Brennkraftmaschine, der Druck im hydrostatischen Getriebe, die Stellung des Schaltgetriebes und' das Fördervolumen der Pumpe eingespeist werden_Λ andererseits Sollwerte für die Fahrtrichtung und das Verhältnis Vorderradumfangskraft ü~ und daß das Fördervolumen V_p der

Summe der Treibradkräfte U ,

gesamt

Pumpe so lange verstellt wird, bis das Istverhältnis von Vorderradumfangskraft zur Summe der TJmfangskräfte dem vorgegebenen Sollwert entspricht (Fig. 3).

8. Fahrzeug nach Anspruch 7\ dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennkraftmaschine verwendet ist, deren Momentsnsignal als Stellung der Einspritzpumpen-Regelstange bzw. der Drosselklappe dem elektronischen Steuergerät (55) eingespeist wird. J*

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9· Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der Antriebsmaschine über einen Drehzahlgeber (66/67) einem elektronischen Steuergerät (68) eingespeist wird, dem auch ein Maß für das Antriebsmoment derselben eingespeist wird, daß ein elektromagnetisch steuerbares Ventil (73) vorgesehen ist, mit welchem die Richtung der Vorderrad-Zugkraft veränderbar ist, und daß vom elektronischen Steuergerät- Ausgangssignale zu einem Servomotor (7*0 für die Einstellung der Pumpe gesandt werden, die so eingestellt wird, daß durch entsprechendes Bemessen der Vorderrad-Zugkraft bei vorgegebener Drehzahl der Antriebsmaschine und vorgegebener übersetzung im Schaltgetriebe der Kraftstoffverbrauch für die angestrebte Geschwindigkeit minimal wird. /

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Le

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