PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005048321B4 09.10.2008
Titel Antriebsvorrichtung
Anmelder Linseal GmbH, 79805 Eggingen, DE
Erfinder Müller, Werner, 79805 Eggingen, DE
Vertreter Patent- und Rechtsanwaltssozietät Maucher, Börjes & Kollegen, 79102 Freiburg
DE-Anmeldedatum 08.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005048321
Offenlegungstag 19.04.2007
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 09.10.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.10.2008
IPC-Hauptklasse B60K 17/10(2006.01)A, F, I, 20051008, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60K 17/14(2006.01)A, L, I, 20051008, B, H, DE   B60K 17/356(2006.01)A, L, I, 20051008, B, H, DE   B62D 11/04(2006.01)A, L, I, 20051008, B, H, DE   A01D 69/03(2006.01)A, L, I, 20051008, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für mehrachsige, rad- und/oder raupengetriebene Kraft- oder Nutzfahrzeuge, deren Räder einzeln lenkbar sind und durch jeweils einen hydraulischen Radmotor angetrieben werden, wobei die Antriebsvorrichtung wenigstens zwei Hydraulikpumpen aufweist, von denen jeweils eine einer Seite des Fahrzeugs zugeordnet ist und wobei die Antriebsvorrichtung eine Steuereinrichtung zur Verarbeitung verschiedener Lenk- und/oder Antriebsmoden aufweist, die über die Hydraulikpumpen den Radmotoren einen regelbaren Volumenstrom eines Hydraulikfluids zuweist.

Sowohl aus dem Bereich normaler Kraftfahrzeuge, besonders aber auch bei Nutzfahrzeugen wie Baggern, Kippern, Hebezeugen oder Arbeitsmaschinen ist der Einsatz von hydraulischen Antreibseinrichtungen im Prinzip bekannt.

Häufig sind jedoch die dabei Verwendung findenden Antriebsvorrichtungen zu unflexibel, um einen zuverlässigen, dauerhaften Einsatz auch bei sich teilweise rasch ändernden Gegebenheiten von Umgebung und Geländeform zu gewährleisten, so dass hierbei nicht selten beispielsweise ein unnötig hoher Energieverbrauch auftritt oder das Nutzfahrzeug ein nicht optimales Arbeitsergebnis liefert.

So ist beispielsweise aus der EP 0 627 335 B1 (= DE 694 00 076 T2) eine Antriebsvorrichtung der eingangs erwähnten Art bekannt, deren Räder einzeln lenkbar sind und durch jeweils einen hydraulischen Radmotor angetrieben werden. Die vorbekannte Antriebsvorrichtung weist zwei Hydraulikpumpen auf, von denen jeweils eine Hydraulikpumpe einer Seite des Fahrzeugs zugeordnet ist. Dabei sind die einer Fahrzeugseite zugeordneten Radmotoren zueinander parallel geschaltet. In die Zu- und Ablaufleitungen jedes Radmotors sind Drosselventile zwischengeschaltet, um bei Auftreten von Traktionsverlusten an einem der Räder dessen Druckmittelzufluss derart drosseln und einregeln zu können, bis sich auch in den Radmotoren der anderen Räder dieser Fahrzeugseite der zum Antrieb erforderliche Druck wieder einstellt. Zum Ansteuern dieser Drosselventile sind Sensoren erforderlich, die einen Traktionsverlust an zumindest einem der Räder erfassen und an die Steuereinrichtung weitergeben können. Die Steuerung der aus EP 0 627 335 B1 vorbekannten Antriebsvorrichtung ist mit einem entsprechend hohen konstruktiven und apparativen Aufwand verbunden. Darüber hinaus ist nachteilig, dass das steuerungsbedingte Drosseln des Fluidstroms stets auch mit einem Energieverlust und einer unerwünschten Erwärmung des Druckmittels einhergeht.

Aus der DE-PS 1 258 284 kennt man bereits eine Antriebsvorrichtung mit mindestens zwei, auf jeder Fahrzeugseite angeordneten und jeweils durch einen hydrostatischen Fahrwerksmotor angetriebenen Fahrwerksrädern. Auch diese vorbekannte Antriebsvorrichtung hat zwei Druckflüssigkeitspumpen, von denen jeweils eine Druckflüssigkeitspumpe den hydrostatischen Fahrwerksmotoren einer Fahrzeugseite zugeordnet ist. Da die Druckflüssigkeitspumpen voneinander unabhängigen Teilförderströmen zugeordnet sind und da sämtliche hydrostatischen Fahrwerksmotoren einer Fahrwerksseite in Reihe, das heißt hintereinander geschaltet sind, kann innerhalb des Teilförderstromes einer jeden Fahrwerksseite eine selbstständige Leistungsverteilung auf die von diesen gespeisten hydrostatischen Fahrwerksmotoren entsprechend ihrem jeweiligen Leistungsbedarf erfolgen. Der in DE-PS 1 258 284 verwendete hydrostatische Fahrwerksantrieb hat den Vorteil, dass die Fahrwerksmotoren der linken und diejenigen der rechten Fahrwerksseite voneinander völlig unabhängig arbeiten, so dass beispielsweise bei einer höheren Belastung der Fahrwerksmotoren der einen Fahrwerksseite sich der demzufolge in dem zugeordneten Teilförderstrom auftretende höhere Druckmitteldruck in keiner Weise auf den anderen Teilförderstrom und die durch diesen gespeisten Fahrwerksmotoren der anderen Fahrwerksseite auszuwirken vermag. Selbst im Extremfall, das heißt wenn einer der beiden Teilförderströme gänzlich unterbrochen ist, beispielsweise die Fahrwerksräder einer Fahrwerksseite blockieren, vermag sich dies bei dem vorbekannten Fahrwerksantrieb in keiner Weise auf den Teilförderstrom der anderen Fahrwerksseite auszuwirken, da die dieser Fahrwerksseite zugeordneten Fahrwerksmotoren völlig unabhängig von den Fahrwerksmotoren der anderen Fahrwerksseite arbeiten. Ferner durchfließt bei dem vorbekannten Fahrwerksantrieb jeder dieser beiden voneinander unabhängigen Teilförderströme nacheinander alle hintereinander geschalteten Fahrwerksmotoren der Fahrwerksräder einer Fahrwerksseite. Hierdurch wird die Drehbewegung aller angetriebenen Räder einer jeden Fahrwerksseite in eine strenge Abhängigkeit zueinander gebracht, die auch durch eine ungleichmäßige Belastung der einzelnen Räder beziehungsweise eine unzureichend geringe Belastung oder gar ein Abheben eines Rades beziehungsweise mehrerer Räder nicht beeinflusst werden kann. Dadurch wird mit Sicherheit ein Durchrutschen oder Durchdrehen von Rädern auch bei völligem Abheben derselben vom Boden verhindert, so dass auch in schwierigem Gelände keinerlei Leistungsverluste infolge Durchdrehens oder Durchrutschens einzelner Räder auftreten können.

Die aus DE-PS 1 258 284 vorbekannte Antriebsvorrichtung weist jedoch eine Hinterradachsschenkellenkung auf, bei welcher nur die auf der Hinterradachse befindlichen Fahrwerksräder lenkbar sind, während die auf der Vorderradachse vorgesehenen Räder nicht lenken. Die vorbekannte Antriebsvorrichtung ist daher im Gelände und insbesondere in Hanglagen nur eingeschränkt lenkbar und die insoweit verminderte Geländegängigkeit der vorbekannten Antriebsvorrichtung wird noch dadurch zusätzlich eingeschränkt, dass eine Allrad- oder Knicklenkung nicht möglich ist.

Aus der DE 197 54 916 A1 ist bereits eine Antriebsvorrichtung mit einer Vielzahl angetriebener Räder bekannt, von denen nur die vorderen Räder lenkbar sind. Um die volle Leistung mit minimalem Schlupf an jedes Rad liefern zu können, während die Räder dem Lenk- beziehungsweise Schwenkpfad der vorderen gelenkten Räder folgen, muss die Relativgeschwindigkeit und -drehzahl jedes der angetriebenen Räder entsprechend eingeregelt und gesteuert werden. Die aus DE 197 54 916 A1 vorbekannte Vorrichtung ist jedoch weniger gut geländegängig und daher eher für Asphaltpflastermaschinen beziehungsweise Straßenfertiger bestimmt.

Es besteht daher die Aufgabe, eine Antriebsvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die kostengünstig und mit einfachen Mitteln hergestellt und betrieben werden kann, wobei die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ein angepasstes Antreiben eines Fahrzeugs in verschiedenen Umgebungen ermöglichen und beispielsweise für Fahrten im Gelände und auf der Straße gleichermaßen gut geeignet sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht bei der Antriebsvorrichtung der eingangs erwähnten Art darin, dass die Radmotoren jeweils einer Fahrzeugsseite in Reihe geschaltet sind, dass die Lenk- und Antriebsmoden sowie weitere Betriebsparameter durch die Vorgaben einer Bedienperson manipulierbar sind, und dass bei der Steuereinrichtung der Einfluss der Lenkung auf die Steuerung abhängig vom Lenkmodus einzeln regelbar ist.

Da die Radmotoren jeweils an einer Fahrzeugseite in Reihe geschaltet sind, werden die Räder stets angetrieben, ohne dass nennenswerte Traktionsverluste eintreten. Da die den Fahrzeugseiten zugeordneten Hydraulikpumpen stets einen Volumenstrom liefern, der dem von dem betreffenden Rad theoretisch zurückzulegenden Weg entspricht, und da Traktionsverluste vermieden werden, ist der Betrieb der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sehr kostengünstig. Da auf Drosselventile verzichtet werden kann, lässt sich auch der apparative und konstruktive Aufwand bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung wesentlich reduzieren. Da bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die Lenk- und Antriebsmoden sowie weitere Betriebsparameter durch die Vorgaben einer Bedienperson manipulierbar sind, und da bei der Steuereinrichtung der Einfluss der Lenkung auf die Steuerung abhängig vom Lenkmodus einzeln regelbar ist, lässt sich die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung und ihre Steuerung in den verschiedenen Umgebungen derart vorwählen und einregeln, dass sich die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung beispielsweise im Gelände und auf der Straße gleichermaßen gut fahren lässt.

Bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sind die Lenk- und Antriebsmoden der Antriebsvorrichtung sowie weitere Betriebsparameter durch die Vorgabe einer Bedienperson manipulierbar, wobei die Volumenströme durch den anliegenden Lenkwinkel, also den Radeinschlag, die verschiedenen Lenkungsarten sowie die Antriebsart beeinflusst werden. Bei diesen Antriebsarten kann es sich um einen Vorderrad-, einen Hinterrad- oder einen Allradantrieb handeln, außerdem kann der Antrieb nicht achs-, sondern seitenweise zur Verwirklichung der Panzerlenkung schaltbar sein. Weitere Manipulationsmöglichkeiten durch die Bedienperson ergeben sich durch die Auswahl von Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt, der Stellung des Fahrpedals und der Zündung des Antriebs selbst, darüber hinaus können auch noch weitere Informationen, beispielsweise über Betriebs- und Feststellbremsen, einen Tempomaten, den Motor oder die Räder Eingang in den Steuervorgang der Steuereinrichtung finden.

Die mit der Antriebsvorrichtung realisierbaren Lenk- und Antriebsmoden sind dabei die in der Folge beschriebenen. Zunächst ermöglicht die Antriebsvorrichtung natürlich die Standardlenkung, die auch Vorder- oder Hinterrad-Achsschenkel-lenkung genannt wird. Bei dieser Standardlenkung lenken die Räder einer Achse, während die Räder der anderen Achse nicht lenken. Bei einer Kurvenfahrt legen die Räder hierbei vier verschiedene Wegstrecken zurück. Die nächsten Lenkungsarten sind die Allradlenkung und die Knicklenkung. Die Allradlenkung als Vorder- und Hinterrad-Achsschenkellenkung gleicht der Knicklenkung, bei der die Achsen des Fahrzeugs starr bezüglich eines Knickpunktes angestellt werden. Sowohl bei der Allrad- als auch bei der Knicklenkung lenken die Räder beider Achsen mit, so dass sich diese Lenkmoden zusammenfassend behandeln lassen. Soll beispielsweise eine Rechtskurve durchfahren werden, so schlagen die Vorderräder nach rechts ein, die Hinterräder nach links. Die Summe der Lenkwinkel der Hinterräder entspricht derjenigen der Vorderräder, aber auf die entgegengesetzte Seite. Allgemein werden bei einer Kurvenfahrt von den äußeren und inneren Rädern zwei verschiedene Wegstrecken zurückgelegt. Eine weitere Lenkungsart stellt die sogenannte Hundeganglenkung dar, die wiederum auch eine Vorderrad und Hinterrad-Achsschenkellenkung ist. Bei der Hundeganglenkung lenken die Räder beider Achsen des Fahrzeugs, wobei Vorder- und Hinterräder in die gleiche Richtung eingeschlagen werden und die Summe ihrer Lenkwinkel gleich ist. Die Wegstrecken sind dabei sowohl bei eingeschlagenen Rädern als auch bei Geradeausfahrt für alle Räder gleich. Schließlich existiert als Lenkungsart auch die sogenannte Panzerlenkung, die auch unter den Begriffen Raupen- oder Getriebelenkung bekannt ist. Bei dieser Lenkungsart entsteht kein Lenkeinschlag, die Kurvenfahrt wird vielmehr durch unterschiedliches Antreiben bzw. Bremsen der Räder an verschiedenen Fahrzeugseiten erreicht. Drehen sich etwa die Räder einer Fahrzeugseite nach vorn und die der anderen Seite nach hinten, so dreht sich das Fahrzeug auf der Stelle.

Bei einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung weist die Steuereinrichtung zweckmäßigerweise über die Hydraulikpumpen den Radmotoren einen sowohl hinsichtlich Größe, als auch Richtung regelbaren Volumenstrom eines Hydraulikfluids zu. Befindet sich ein mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug in Geradeausfahrt, so wird jeder Hydraulikmotor eines Rads des Fahrzeugs mit dem gleichen Volumenstrom beaufschlagt und die Räder drehen sich demgemäß mit der gleichen Drehzahl.

Die verschiedenen, eben erwähnten Antriebsarten machen eine unterschiedliche Anzahl von durch die Hydraulikpumpen zu erzeugenden Volumenströmen notwendig. Wird die Standardlenkung mit Vorder- oder Hinterradantrieb eingesetzt, legen die Räder zwar vier unterschiedliche Wegstrecken zurück, von den Rädern sind aber nur zwei angetrieben, so dass eine erste Hydraulikpumpe den Volumenstrom für das linke, eine zweite Hydraulikpumpe den Volumenstrom für das rechte Antriebsrad erzeugt, demnach also zwei regelbare Volumenströme erforderlich sind.

Geht man in diesem Fall zu Allradlenkung über, so wurde bereits festgestellt, dass hierbei von den Rädern lediglich zwei unterschiedliche Wegstrecken zurückgelegt werden. Das bedeutet, dass die vier angetriebenen Räder durch zwei regelbare Volumenströme bedienbar sind und für die angetriebenen Räder einer Fahrzeugseite dann jeweils eine Hydraulikpumpe zuständig ist, wobei die Motoren einer Fahrzeugseite in Reihe schaltbar sind.

Wird beispielsweise ein Nutzfahrzeug im Gelände ausschließlich mit Allradlenkung gefahren, und wird auf öffentlichen Straßen bei erhöhter Geschwindigkeit unter Allradabschaltung auf Standardlenkung übergegangen, können mit nur zwei Volumenströmen, also auch nur zwei Pumpen, alle Lenkungs- und Antriebsarten genutzt werden.

Da bei der Panzerlenkung der Antrieb des Fahrzeugs seitenweise erfolgt, sind hierfür wiederum zwei regelbare Volumenströme erforderlich, wobei dann wieder die eine Hydraulikpumpe die linken und die andere die rechten Antriebsräder bei seitenweiser Reihenschaltung der Radmotoren treibt. Die eine Seite wird hierbei vorwärts, die andere rückwärts angetrieben.

Zur optimalen Ausnutzung der verschiedenen möglichen Moden der Lenkung und des Antriebs ist es bei der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung besonders vorteilhaft, dass über die Steuereinrichtung mehrere der Lenkungs- und/oder Antriebsmoden mischbar sind. So entsteht beispielsweise bei einem bestimmten Lenkeinschlag bei eingeschalteter Allradlenkung ein theoretischer Wenderadius des Fahrzeugs. Durch die Antriebsvorrichtung werden die äußeren und inneren Räder mit der Drehzahl angetrieben die zum Ablaufen der theoretischen Wegstrecke erforderlich sind. Zusätzlich kann die Bedienperson jedoch auch den äußeren Rädern eine Voreilung und den inneren Rädern eine Verzögerung zuteilen, so dass die äußeren Räder schneller und die inneren Räder langsamer drehen, was eine Mischung von Allrad- und Panzerlenkung bedeutet. Durch die Voreilung entsteht so bei gleichem Lenkeinschlag ein deutlich geringerer Wenderadius.

Für einen zuverlässigen und einfach handzuhabenden Betrieb weist bei einer Ausführungsform der Antriebsvorrichtung die Steuereinrichtung vorteilhafterweise eine mikroprozessorgestützte Elektronik, vorzugsweise in Art eines Mikrokontrollers, auf. Dieser ist in der Lage die für den Betrieb notwendigen Informationen zu verarbeiten und die Antriebsvorrichtung zu steuern. Er nimmt dabei zumindest die Information über die Lenkungsart, die Antriebsart, den Lenkwinkel, Vorwärts-/Rückwärtsfahrt, die Stellung von Fahrpedal und Zündschalter auf und verarbeitet diese weiter.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinrichtung darüber hinaus mit insbesondere durch Potentiometer gebildeten Sensoren versehen, welche für die Steuerung der Radmotoren relevante Werte aufnehmen und zur Verarbeitung an die Steuereinrichtung weiterleiten. Damit ist die Steuereinrichtung auch in der Lage, weitere den Steuervorgang eventuell beeinflussende Informationen aufzunehmen und zu verarbeiten, beispielsweise die Einstellung eines Tempomaten, Betätigungen und Stellungen von Betriebs- und Feststellbremsen, Parameter des Antriebsmotors und insbesondere die Stellung der Räder, welche von Radsensoren aufgenommen werden, die eine Rückmeldung über das korrekte Abrollen des jeweiligen Rads liefern. Die durch die Steuereinrichtung verarbeiteten Informationen werden dann in Form von Steuersignalen an an den Hydraulikpumpen vorhandene Proportionalmagnete weitergeleitet, so dass die jeweiligen Radmotoren mit dem erforderlichen Volumenstrom versorgt werden können. Die erwähnten Radsensoren geben somit auch eine Rückmeldung über das korrekte Verhalten der Radmotoren. Die Antreibseinrichtung wird hierbei von äußeren Umständen wie Lasten, Widerständen durch Reibung oder Bodenbeschaffenheit nicht beeinflusst.

Wird die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung beispielsweise bei einem Fahrzeug mit Allradlenkung und Allradantrieb eingesetzt, so ermöglicht die Steuereinrichtung den Betrieb von zwei Hydraulikpumpen zum Antrieb von vier Hydraulikfahrmotoren. Jede der Hydraulikpumpen hat dabei zwei Proportionalmagnetventile. Diese Magnetventile regeln den jeweiligen Volumenstrom und dessen Strömungsrichtung, wobei jeweils eine Pumpe die Radmotoren einer Fahrzeugseite versorgt.

Die die Antriebsvorrichtung steuernde Steuereinrichtung ist bei einer zweckmäßigen Weiterbildung mit weiteren peripheren Komponenten, wie etwa AD-Wandlern, I/O-Ports, einer von dem Mikrokontroller unabhängigen Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) sowie einer Speichereinrichtung versehen, wobei letztere zum Beispiel in Art eines Flash-Programmspeichers, in welchem das Steuerprogramm abgelegt ist, in dem Mikrokontroller integriert sein kann. Der Mikrokontroller kann beispielsweise ein 8 bit-Mikrokontroller sein.

Die Steuereinrichtung ist dabei weiter vorteilhaft über ein Regelelement an dem elektrischen Netz des Fahrzeugs betreibbar. So kann die Steuereinrichtung etwa über einen 5 V-Spannungsregler als Regelelement aus dem 12 V-Bordnetz des Fahrzeugs versorgt werden. Die digitalen Eingänge als periphere Komponenten, die sogenannten I/O-Ports, sind dabei mit einer Pegelanpassung ausgestattet, so dass die 12 V-Spannung des Bordnetzes ohne weiteres auf die Eingänge geschaltet werden kann.

Wie schon weiter oben angesprochen, wirken auf die Steuerung als Eingangsignale beispielsweise unter anderem Schalter oder Einstellungen bezüglich der Fahrrichtung und der Lenkungsart sowie Signalinformationen hinsichtlich eines Fahrpedals, eines Tempomaten oder verschiedener Bremsen, der Verarbeitung in dem Mikrokontroller zweckmäßigerweise in elektrisch proportionalen Regelsignalen resultiert. So wirkt etwa das Fahrpedal auf ein Potentiometer, dessen Stellung von dem Mikrokontroller der Steuereinrichtung über einen Analog-Digital-Wandler (AD-Wandler) erfasst wird. Eine ähnliche Erfassung findet hinsichtlich des Lenkwinkels mit Potentiometer und AD-Wandler statt. Aus der Stellung des Fahrpedal-Potentiometers ergibt sich dabei zunächst der Wert der Fahrgeschwindigkeit bei Geradeausfahrt. Aus der Stellung des Lenkungs-Potentiometers kann der Mikrokontroller je nach Lenkeinschlag einen Korrekturwert errechnen, der nach Art eines elektronischen Differentials zu dem Stellwert der Radmotoren der einen Fahrzeugseite addiert und von dem der Radmotoren der anderen Fahrzeugseite subtrahiert wird. Der im Mikrokontroller für die Radmotoren der beiden Fahrzeugseiten errechnete Stellwert wird je auf eine vom Mikrokontroller unabhängige PWM-Steuerung gegeben, welche wiederum den digitalen Stellwert in ein pulsweitenmoduliertes Signal einer bestimmten Frequenz, bspw. der Größenordnung von 100 Hz, umwandelt. Über einen elektronischen Richtungsschalter wird dieses PWM-Signal je nach Stellung des Richtungsschalters, der etwa an der Lenksäule des Fahrzeugs angeordnet sein kann, entweder den Magnetventilen für Vorwärts- oder für Rückwartsfahrt zugeführt.

Es kann beim Fahrzeugeinsatz bei wechselnden Geländeformen auch von Vorteil sein, den Einfluss des jeweiligen Lenkeinschlags auf die auf die Steuerung der Radmotoren manipulieren zu können. Bei einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung ist daher vorgesehen, dass bei der Steuereinrichtung der Einfluss der Lenkung auf die Steuerung abhängig vom Lenkmodus einzeln regelbar ist. Dies ist beispielsweise durch den Einsatz zweier weiterer Potentiometer stufenlos und vom gewählten Lenkmodus abhängig realisierbar. Das erste der Potentiometer wirkt dabei im Lenkmodus Standardlenkung, das zweite im Lenkmodus Allradlenkung, der Einsatz beider Potentiometer gestattet etwa ein Zumischen des Lenkmodus Panzerlenkung. Unbeeinflusst bleibt der Stellwert der Steuerung durch das Lenkungspotentiometer generell im Lenkmodus Hundeganglenkung, da hierbei, wie schon erwähnt, von allen Rädern die gleichen Wegstrecken zurückgelegt werden.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung soll nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen in teilweise stark schematisierter Darstellung die

1 eine Ansicht der Fahrwege der Räder eines Fahrzeugs in dem Lenkmodus Allrad- bzw. Knicklenkung;

2 die durch die Steuereinrichtung beeinflussten, regelbaren Volumenströme der Hydraulikpumpen welche an die Radmotoren der angetriebenen Räder weitergegeben werden; und die

3 ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung zur Steuerung der Hydraulikpumpen.

In der 1 sind die Fahrwege je eines zweiachsigen Fahrzeugs bei einer Kurvenfahrt in Pfeilrichtung nach rechts, in der linken Darstellung mit Allradlenkung, also einer Vorder- und Hinterradachsschenkellenkung, in der rechten Darstellung mit Knicklenkung, zu erkennen. Die punktlinierten Verbindungslinien zum Kurvenmittelpunkt deuten dabei die Fahrt um diesen an. Der Lenkeinschlag bei den beiden Lenkungsmoden kommt bei der Allradlenkung durch Anstellen der Räder 3 in einem bestimmten Winkel zustande, während er bei der Knicklenkung durch Knicken der Achsen zueinander um einen bestimmten Fahrzeugpunkt bewerkstelligt wird.

Die prinzipielle Ähnlichkeit der beiden Lenkungsmoden rührt daher, dass die Räder 3 beider Achsen des Fahrzeugs mitlenken, in dem dargestellten Beispiel der Rechtskurve dadurch, dass die Vorderräder nach rechts einschlagen und die Hinterräder nach links. Die Summe der Lenkwinkel der Hinterräder entspricht dabei der Summe der Lenkwinkel der Vorderräder, jedoch auf die entgegengesetzte Seite. Ebenso ist zu erkennen, dass die kurveninneren und die kurvenäußeren Räder 3 des Fahrzeugs bei dieser Kurvenfahrt zwei verschiedenen Wegstrecken zurücklegen.

Die 2 zeigt schematisch ein zweiachsiges, radgetriebenes Kraftfahrzeug, dessen Räder 3 einzeln durch einen hydraulischen Radmotor 4 antreibbar sind mit einer Antriebsvorrichtung 1. Die Räder 3 beider Achsen des Fahrzeugs sind kontinuierlich angetrieben und die Antriebsvorrichtung 1 weist zwei Hydraulikpumpen 5 zur Zuweisung eines regelbaren Volumenstroms eines Hydraulikfluids an die Radmotoren 4 auf.

Darüber hinaus weist die Antriebsvorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 2 zur Verarbeitung verschiedener Lenk- und/oder Antriebsmoden auf. Das gezeigte Fahrzeug ist mit einer Allradlenkung versehen, so dass eine Kurvenfahrt bei vier angetriebenen Rädern 3 zwei regelbare Volumenströme erforderlich macht. Der einem Radmotor 4 zugewiesene Volumenstrom entspricht dem von dem zugeordneten Rad 3 theoretisch zurückzulegenden Weg. Die erste Hydraulikpumpe 5 treibt dabei die Antriebsräder 3 der linken Fahrzeugseite, die zweite Hydraulikpumpe 5 die Antriebsräder 3 der rechten Fahrzeugseite an, wobei die Radmotoren 4 jeweils einer Fahrzeugseite in Reihe geschaltet sind.

An der Steuereinrichtung 2 der Antriebsvorrichtung 1, die im wesentlichen durch einen Mikrokontroller 6 und weitere periphere Komponenten gebildet ist, sind verschiedene, auf die Kurvenfahrt des Fahrzeugs Einfluss nehmende Manipulationsmöglichkeiten angedeutet, wie ein Richtungsschalter für Vorwärts- und Rückwärtsfahrt, ein Schalter L für den Lenkungsmodus, einen Tempomaten T, Bremsen P, B, oder ein Fahrpedal sowie weitere Schalter und Sensoren, die beispielsweise Auskunft über die Stellung eines an dem Nutzfahrzeug vorhandenen, steuerbaren Arbeitsgeräts wie etwa eines Schneidgeräts oder Hebezeugs geben. Diese Schalter und Sensoren geben jeweils ein Signal ab, welches anschließend AD-gewandelt an den Mikrokontroller 6 geleitet wird, der diese Werte wiederum in die Berechnung des für die Kurvenfahrt notwendigen Volumenstroms oder auch Berechnungen zum Betrieb anderer, nicht weiter dargestellter Stellantriebe einfließen lässt.

In der 3 ist ein Blockschaltbild der Steuereinrichtung 2 zur Steuerung der Hydraulikpumpen 5 gezeigt, dessen zentrales Element durch den Mikrokontroller 6 gebildet wird, welcher wiederum über eine Spannungsversorgung 7 mit dem elektrischen Bordnetz des Fahrzeugs verbunden ist. Der Mikrokontroller 6wird mit verschiedenen, teilweise regelbaren Eingangssignalen versorgt, welche über Potentiometer regelbar sind. In dem vorliegenden Beispiel sind dies die Signale hinsichtlich der Antriebsstärke, des Lenkwinkels und diejenigen von stufenlosen Reglern, welche, abhängig von dem Lenkmodus, die Stärke des Einflusses der Lenkung auf die Steuerung regeln. Beim Start der betreffenden Antriebsvorrichtung 1 kann der Eingriff einer hier nicht weiter dargestellten Startsicherungsschaltung, die dann ebenfalls elektrisch mit der Steuereinrichtung 2 verbunden ist, vorgesehen sein.

Daneben liegen an dem Mikrokontroller 6 auch Eingangssignale über I/O-Ports an, die lediglich die zwei Schaltzustände kennen, wie etwa die eines Fahrtrichtungswahlschalters eines Lenkmodusschalters oder eines Tempomaten. Die Eingangssignale werden über AD-Wandler 8 bzw. 8' auf den Mikrokontroller 6 geleitet, der diese Signale weiterverarbeitet. Aus der Stellung des für die Antriebsstärke verantwortlichen Fahrpedal-Potentiometers ergibt sich zunächst der Wert für die Fahrgeschwindigkeit bei Geradeausfahrt. Aus der Stellung des Lenkungspotentiometers errechnet der Mikrokontroller 6 einen dem Lenkeinschlag entsprechenden Korrekturwert, der zum Stellwert der nicht dargestellten Radmotoren 4 für die eine Fahrzeugseite addiert und für die andere Fahrzeugseite subtrahiert wird. Der im Mikrokontroller 6 für die rechten und linken Radmotoren 4 errechnete Stellwert wird für die beiden Fahrzeugseiten (R, L) getrennt auf von dem Mikrokontroller 6 unabhängige PWM-Steuerungen 9, 9' gegeben. Diese Steuerungen wandeln den digitalen Stellwert in ein pulsweitenmoduliertes Signal um. Diese PWM-Signal wird über einen elektronischen Richtungsschalter 10, abhängig von der durch den Bediener eingestellten Fahrtrichtung, den für die jeweilige Fahrtrichtung, vorwärts oder rückwärts (V, R), zuständigen Magnetventilen der Pumpen 5 zugeführt. Darüber hinaus können durch den Mikrokontroller 6 beispielsweise auch noch Anzeigeelemente 11 für bestimmte Betriebszustände und weitere Relais gesteuert werden.


Anspruch[de]
Antriebsvorrichtung (1) für mehrachsige, rad- und/oder raupengetriebene Kraft- oder Nutzfahrzeuge, deren Räder (3) einzeln lenkbar sind und durch jeweils einen hydraulischen Radmotor (4) angetrieben werden, wobei die Antriebsvorrichtung (1) wenigstens zwei Hydraulikpumpen (5) aufweist, von denen jeweils eine einer Seite des Fahrzeugs zugeordnet ist und wobei die Antriebsvorrichtung (1) eine Steuereinrichtung (2) zur Verarbeitung verschiedener Lenk- und/oder Antriebsmoden aufweist, die über die Hydraulikpumpen (5) den Radmotoren (4) einen regelbaren Volumenstrom eines Hydraulikfluids zuweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Radmotoren (4) jeweils einer Fahrzeugseite in Reihe geschaltet sind, dass die Lenk- und Antriebsmoden sowie weitere Betriebsparameter durch die Vorgaben einer Bedienperson manipulierbar sind, und dass bei der Steuereinrichtung (2) der Einfluss der Lenkung auf die Steuerung abhängig vom Lenkmodus einzeln regelbar ist. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die Steuereinrichtung (2) mehrere der Lenkungs- und/oder Antriebsmoden mischbar sind. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) eine mikroprozessorgestützte Elektronik, vorzugsweise in Art eines Mikrokontrollers (6), aufweist. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) mit, insbesondere durch Potentiometer gebildeten, Sensoren versehen ist, die für die Steuerung der Radmotoren (4) relevante Werte aufnehmen und zur Verarbeitung an die Steuereinrichtung (2) weiterleiten. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) weiter mit peripheren Komponenten wie AD-Wandlern (8), I/O-Ports, PWM-Steuerung (9) und einer Speichereinrichtung zur Aufnahme eines Programms versehen ist. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) über ein Regelelement (7) an dem elektrischen Netz des Fahrzeugs betreibbar ist. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (2) eine elektrisch proportionale Regelung des Volumenstroms durchführt.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com