DE3209071A1 - Verfahren zum verhindern von schlupf oder durchdrehen von antriebsraedern auf der unterlage in fahrzeugantriebssystemen fuer typen mit mehreren achsen und hydrostatischer kraftuebertragung - Google Patents
Verfahren zum verhindern von schlupf oder durchdrehen von antriebsraedern auf der unterlage in fahrzeugantriebssystemen fuer typen mit mehreren achsen und hydrostatischer kraftuebertragungInfo
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Description
STRASSB & STOFFREGEN
Dipl.-Ing. Joachim Stresse, München · Dlpl.-Phye. Dr. Hana-Horbert Stoffregen, Hanau
Zweibrückunelrelle 15 ■ D-ΘΟΟΟ München 2 (Gegenüber dem Patentamt) · Tolofon (OBH) 22 25 00 · Telex Π 22 OB4
VOLVO Flygmotor AB München, den 12. März 1982
S-461 81 Trollhättan (Schweden) str/fs - 14052
Verfahren zum Verhindern von Schlupf oder Durchdrehen
von Antriebsrädern auf der Unterlage in Fahrzeugantriebssystemen für Typen mit mehreren Achsen
und hydrostatischer Kraftübertragung
von Antriebsrädern auf der Unterlage in Fahrzeugantriebssystemen für Typen mit mehreren Achsen
und hydrostatischer Kraftübertragung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern
von Schlupf oder Durchdrehen der Antriebsräder auf dem Untergrund oder der Unterlage in Fahrzeugantriebssystemen, insbesondere bei mehrachsigen Typen mit hydrostatischer
Kraftübertragung, welche zumindest eine hydraulische Pumpe, die von einer Brennkraftmaschine mit vorbestimmter
Geschwindigkeit angetrieben wird und zumindest einen hydraulischen Motor aufweist, wobei der hydraulische
Druck der hydrostatischen Kraftübertragung von einem Steuersystem zur Veränderung des Antriebsmoments des hydraulischen
Motors gesteuert wird. Bei Fahrzeugsantriebssystemen kann es vorkommen, daß die Antriebsräder auf der
Fahrfläche oder der Unterlage rutschen oder durchdrehen, wenn die auf die Räder oder die Radachse angewendete
Antriebs bzw. Bremskraft im Verhältnis zur Reibungskraft gegen Stahl zu groß sein sollte. So ist beispielsweise
bei Schienenfahrzeugen die Reibungskraft gering und ein Rutschen oder Durchdrehen tritt oft auf. Wenn solche
Schienenfahrzeuge beim Bremsen durchrutschen, bedeutet dies eine Beeinträchtigung der Sicherheit und heftigen
Verschleiß an den Rädern, was seinerseits wiederum mit großen Kosten für die Instandhaltung der Räder verbunden
ist. Es sind viele Vorschläge gemacht worden, um das Auftreten von Rutschen oder Durchdrehen der Antriebsräder
auf der Unterlage zu verhindern, sie waren jedoch entwe-
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.Λ
der nicht effektiv genug oder sie verlangten sehr komplizierte und daher teure Steuersysteme. Elektrische Zugmotoren
für Schienenfahrzeuge, beispielsweise für ASEA-Thyristor-Lokomotiven,
sind mit einer "PRESSDUKTQR" genannten
Ladezelle ausgestattet, die auf eine Reaktionsstange des Radgestells einwirkt. Wenn nämlich die Räder im Grenzbereich
mit dem Durchrutschen beginnen, gerät das Gestell in charakteristische Schwingungen, die auf die Reaktionsstange übertragen werden und von dort durch die Ladezelle
erfaßt werden. Für hydrostatische Kraftübertragungen in Fahrzeugantriebssystemen, welche von der vorliegenden Erfindung
betroffen sind, ist jedoch noch kein Vorschlag gemacht worden, wie das Auftreten von Schlupf oder Durchdrehen
der Antriebsräder auf der Unterlage verhindert werden könnte. Tatsächlich ist es bei solchen hydrostatischen
Kraftübertragungen nach von noch größerer Wichtigkeit
als bei elektrischen Zugmotoren, das Rutschen oder Durchdrehen zu verhindern, da sonst die Schwankungen in
der Antriebs- und Bremskraftwirkung sehr erheblich sein können.
Es ist die Hauptaufgabe der.vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Verhindern von Rutschen oder Durchdrehen der Antriebsräder auf der Unterlage verfügbar zu machen
und erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß fortlaufend die Geschwindigkeit der Räder einer jeden Radachse
auf der Basis von momentanen Werten erforderlicher Kontrollparameter der hydrostatischen Kraftübertragung,
wie beipielsweise Motorgeschwindigkeit, Pumpenhub, Motorhub und/oder dem hydraulischen Druck in der Kraftübertragung
errechnet wird und die errechnete Geschwindigkeit mit der Geschwindigkeit einer nichtangetriebenen oder
leerlaufenden Radachse des Fahrzeugs verglichen wird und beim Herausfinden eines einen vorbestimmten Mindest-Grenzwert
überschreitenden Geschwindigkeitsunterschieds von
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längerer Dauer als eine vorbestimmte Mindestzeit ein Ausgangssignal an das Steuersystem zum Verringern des hydraulischen
Drucks in der Kraftübertragung für eine vorbestimmte Zeitdauer abgegeben wird.
Durch die Erfindung wird beim Abbremsen von Fahrzeugen
mit Antriebssystemen mit hydrostatischer Kraftübertragung
der Sicherheitsfaktor wesentlich erhöht und zur gleichen
Zeit die Beschleunigungs- und Zugkraft wesentlich vergrößert und dabei der Verlauf geglättet. Durch die verbesserte Bremsfähigkeit wird die Radinstanthaltung verbilligt,
besonders insofern als Schienenfahrzeuge betroffen sind, und im Ganzen gesehen kann dieses Verfahren durch
sehr einfache und daher kostengünstigere Maßnahmen bei Steuersystemen für hydrostatsiche Kraftübertragungen verwendet werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand der Beschreibung im Zusammenhang mit den
Zeichnungen verdeutlicht.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines hydrostatisch
angetriebenen Zuges,
Fig. 2 ein Schaltdiagramm der Steuerungsvorgänge in einem
hydrostatischen Antriebssystem wie es in dem zuvorerwähnten Zug verwendet wird und
Fig. 3a und 3b ein Zeitfunktionsdiagramm der erforderlichen Kontrollparameter der hydrostatischen
Kraftübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zuerst wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung bei einem hydrostatischen Zugantriebssystem beschrieben.
In diesem System besteht die Antriebskraftquelle aus
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einer Verbrennungsmaschine, insbesondere aus einer Brennkraftmaschine
1, die in geeigneter Weise zum Antrieb an ein Paar hydraulischer Pumpen 2 angeschlossen ist. Die
beiden Pumpen 2 betreiben jede einen hydraulischen Motor 3, von denen jeder über Getriebe 4 eine Radachse 5
antriebt. In der dargestellten Ausführungsform bestehen die hydraulischen Pumpen 2 aus bekannten Axialkolbenpumpen
mit einem Hub o<p, der durch Einstellung des Anlenkungswinkels
oder Gabelwinkels veränderlich ist, wogegen der hydraulische Motor 3 einen konstanten Hub o£m hat
(obgleich ein veränderlicher Motorhub durchaus möglich ist).
Zum Steuern des von den hydraulischen Motoren entwickelten Antriebsmoments ist ein Steuersystem weitgehend in
eine Steuereinheit 6 eingebaut. Dieses System weist verschiedene geeignete und bekannte, jedoch nicht dargestellte
Sensoren für erforderliche Kontrollparameter der hydrostatischen Kraftübertragung auf, wie beispielsweise die
Antriebsmotorgeschwindigkeit N, den Pumpenhub o<p, den
Motorhub o£n und auch, wenn erwünscht, den hydraulischen
Druck P der Kraftübertragung. Darüberhinaus gibt es einen nichtdargestellten Umdrehungssensor für eine nichtangetriebene
oder leerlaufende Radachse 7 des Zuges.
Auf der Basis der momentanen Werte der festgestellten Kontrollparameter, wie sie an den Sensoren registriert
werden, wird nun in der Steuereinheit gemäß der Erfindung fortlaufend die Geschwindigkeit der Räder auf einer jeden
Radachse 5 errechnet und mit der Geschwindigkeit des leerlaufenden Rades oder der Radachse 7 verglichen. Wenn
in der Steuereinheit 6 ein Unterschied zwischen diesen beiden Geschwindigkeiten festgestellt wird, wobei der Unterschied
darauf beruht, daß eine oder mehrere der angetriebenen Radachsen entweder sich in einer höheren Ge-
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- /5 - "■■-■.
schwindigkeit drehen als die leerlaufende Radachse 7, das
heißt, daß sie (die Räder) bei der Beschleunigung durchdrehen, oder langsamer sind als die Radachse, das heißt
beim Bremsen blockiert auf der Unterlage gleiten, und wenn festgestellt wird, daß der Unterschied einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet und außerdem langer als
die vorbestimmte Mindestzeit andauert, wird von der Steuereinheit 6 ein Ausgangssignal zum Verringern des hydraulischen
Drucks P um ein Maß abgegeben, das die Gleitoder Rutschbewegung aufhebt, das heißt, daß das Gleichgewicht
zwischen den Geschwindigkeiten wieder hergestellt wird. Mit anderen Worten kann es auch so ausgedrückt
werden, daß der Fluß im hydrostatischen Antriebssystem wieder ausbalanciert wird. Der Wert P. des Drucks des
hydrostatischen Antriebssystems, der bei der Registrierung des Geschwindigkeitsunterschieds und bei der Einleitung
der Druckreduzierung vorlag, wird in einer Speichereinheit der Steuereinheit 6 gespeichert und nach einer
vorbestimmten Zeit sendet die Letztere ein neues Ausgangssignal zum Erhöhen des hydraulischen Drucks P aus, jedoch
nur auf eine Höhe von P , die deutlich unterhalb des ursprünglichen Wertes P. liegt. So wird sichergestellt,
daß die Bedingung, unter der das Gleiten und Durchdrehen auftrat, nicht unmittelbar wieder hergestellt wird. Nach
einer weiteren vorbestimmten Zeitdauer erzeugen die Steuereinheiten
schließlich ein neues Ausgangssignal für die Rückkehr des hydraulischen Drucks auf den Wert P..
Für praktische Beispiele von Werten in dem erfindungsgemäßen Steuerverfahren wird auf Fig. 3 der Zeichnungen und
die darin dargestellten Diagramme für die wichtigsten Kontrollparameter verwiesen. Aus dieser Figur ergibt
sich, daß in Intervallen von 64 Millisekunden ein Vergleich zwischen der wirklichen und der errechneten Radgeschwindigkeit
gezogen wird und beim Feststellen von Unterschieden,
die einen vorbestimmten Mindestwert überschrei-
ten, der hydraulische Druck P in der Kraftübertragung
reduziert wird, so daß das Rutschen und Durchdrehen auf der Unterlage aufhört. Nach einer vorbestimmten Zeitdauer
erhöht das Steuerystem dann wieder den hydraulischen Druck, jedoch nur auf eine Höhe P , die etwa 80 % von P.
beträgt. Dieser reduzierte Druck wird über eine vorbestimmte Zeitdauer aufrecht erhalten, im vorliegenden Fall
über 10 Sekunden, wonach ein neues Ausgangssignal vom Steuersystem den hydraulischen Druck auf die Werte P.
zurückbringt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens sind mannigfaltig. Erstens kann mit der Messung eines einzigen
Wertes, nämlich der Geschwindigkeit eines einzigen leerlaufenden Rades oder einer Radachse 7 die Steuerung durchgeführt
werden. Mit anderen Worten ist nur ein einziger Geschwindigkeitssensor erforderlich, was zu erheblicher
Kostenreduzierung im Vergleich mit seither verwandten Methoden führt, bei denen eine Geschwindigkeitsmessung an
jeder angetriebenen Radachse durchgeführt werden mußte. Diese Geschwindigkeitsmeßvorrichtungen sind an sieh schon
relativ teuer, sind aber außerdem störanfällig und erfordern eine regelmäßige Wartung. Insbesondere bei der Verwendung
an Schienenfahrzeugen, bei welchen viele Radachsen anzutreiben sind, bringt das erfindungsgemäße Verfahren
eine beachtliche Kostenverringerung. Außerdem sollte die Geschwindigkeit der Antriebsverbrennungsmaschine 1
konstant gehalten werden, und dies kann durch das erfindungsgemäß Verfahren leicht erreicht werden. Dadurch daß
weitgehend vermieden wird, daß die Räder auf der Unterlage rutschen und durchdrehen, verringern sich auch die
Instandhaltungskosten für die Fahrzeugräder, welche sonst in vielen Fällen relativ hoch liegen. Wie bereits in der
Einleitung erwähnt, wird auch der Sicherheitsfaktor beim' Bremsen erhöht und eine glatte und größere Beschleunigung
des Fahrzeugs erreicht. :
Darüberhinaus ist es für Fachleute selbstverständlich, daß die Erfindung in vielen Beziehungen innerhalb des
Rahmens der Ansprüche abgeändert und modifiziert werden kann, ohne auf die vorangegangene Beschreibung begrenzt
zu sein. So kann eine hydraulische Pumpe mehrere hydraulische
Motoren 3 betätigen. Das Verfahren ist nicht nur
auf Schienenfahrzeuge begrenzt, sondern kann bei anderen
Arten von Fahrzeugen mit hydrostatischer Kraftübertragung,
beispielsweise bei Bussen, verwendet werden.
Claims (2)
1. /Verfahren zur Verhinderung von Schlupf oder Durchdrehen
von Antriebsrädern auf dem Untergrund oder der Unterlage in Fahrzeugsantriebssystemen, insbesondere
für Fahrzeugtypen mit mehreren Achsen und hydrostatischer
Kraftübertragung mit zumindest einer hydraulischen Pumpe, die von einer Kraftantriebsquelle wie
beispielsweise einer Brennkraftmaschine mit einer Geschwindigkeit (N) angetrieben wird und zumindest einem
hydraulischen Motor,
gekennzeichnet durch
folgende Stufen: fortlaufende Berechnung der Radgeschwindigkeiten an jeder Radachse (5,7) auf der Basis von momentanen Werten von erforderlichen Xontrollparametern der hydrostatischen Kraftübertragung wie beispielsweise der Motorgeschwindigkeit (N rev/mj_n)» des Pumpenhubs ( <Xp), des Motorhubs (oCm) und/oder des hydraulischen Druckes (P) in der Kraftübertragung; durch Vergleichen der berechneten Geschwindigkeit einer nichtangetriebenen oder leerlaufenden Radachse (7) des Fahrzeugs; und Aussenden eines Ausgangssignals an ein Steuersystem beim Herausfinden eines Geschwindigkeitsunterschieds, der einen vorbestimmten Mindestgrenzwert überschreitet und von längerer Dauer ist als eine vorbestimmte Mindestzeit zur Reduzierung des hydraulischen Drucks (P) in der Kraftübertragung über eine vorbestimmte Zeitdauer.
gekennzeichnet durch
folgende Stufen: fortlaufende Berechnung der Radgeschwindigkeiten an jeder Radachse (5,7) auf der Basis von momentanen Werten von erforderlichen Xontrollparametern der hydrostatischen Kraftübertragung wie beispielsweise der Motorgeschwindigkeit (N rev/mj_n)» des Pumpenhubs ( <Xp), des Motorhubs (oCm) und/oder des hydraulischen Druckes (P) in der Kraftübertragung; durch Vergleichen der berechneten Geschwindigkeit einer nichtangetriebenen oder leerlaufenden Radachse (7) des Fahrzeugs; und Aussenden eines Ausgangssignals an ein Steuersystem beim Herausfinden eines Geschwindigkeitsunterschieds, der einen vorbestimmten Mindestgrenzwert überschreitet und von längerer Dauer ist als eine vorbestimmte Mindestzeit zur Reduzierung des hydraulischen Drucks (P) in der Kraftübertragung über eine vorbestimmte Zeitdauer.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wert (P.) des hydraulischen Drucks der Kraftübertragung, der bei Einleitung der Druckverringerung vorlag, in einer Speichereinheit der Steuereinheit (6) gespeichert wird, und daß der hydraulische Druck, nachdem er über eine vorbestimmte Zeitdauer reduziert worden war, wieder erhöht wird, jedoch auf einen niedrigeren Wert (P ) als der des anfänglichen Drucks (P.), wobei der Druckzwischenwert dann über eine weitere vorbestimmte Zeitdauer gehalten wird, bevor der hydraulische Druck wieder auf den anfänglichen Wert (P.) angehoben wird.
daß der Wert (P.) des hydraulischen Drucks der Kraftübertragung, der bei Einleitung der Druckverringerung vorlag, in einer Speichereinheit der Steuereinheit (6) gespeichert wird, und daß der hydraulische Druck, nachdem er über eine vorbestimmte Zeitdauer reduziert worden war, wieder erhöht wird, jedoch auf einen niedrigeren Wert (P ) als der des anfänglichen Drucks (P.), wobei der Druckzwischenwert dann über eine weitere vorbestimmte Zeitdauer gehalten wird, bevor der hydraulische Druck wieder auf den anfänglichen Wert (P.) angehoben wird.
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