DE3317091A1

DE3317091A1 - Drehmoment-regelsystem mit drehzahlbegrenzung und regelverfahren fuer einen hydrostatischen hilfsantrieb

Info

Publication number: DE3317091A1
Application number: DE19833317091
Authority: DE
Inventors: Royal R. 55431 Bloomington Minn. Hawkins; Leland E. 55435 Edina Minn. Kuntz
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1983-05-10
Publication date: 1983-11-17
Also published as: FR2526972A1; GB8312926D0; IT8348285A0; US4444286A; GB2119906A; CA1184831A; SE8302270L; SE8302270D0; JPS58203262A

Description

Sundstrand Corporation Rockford, Illinois 61125, V.St.A.

Drehmoment-Regelsystem mit Drehzahlbegrenzung und Regelverfahren für einen hydrostatischen Hilfsantrieb

Die Erfindung bezieht sich auf einen Räder-Hilfsantrieb in einem hydrostatischen Getriebe, insbesondere ein Drehmoment-Regelsystem, das das von dem hydrostatischen Antrieb erzeugte Drehmoment bis zu einer höchstzulässigen Drehmomenteinstellung moduliert. Diese Regelung wird von einer Drehzahlverhältnis-Regelung korrigiert, deren Ausgangssignal von der Drehzahl der hydrostatisch angetriebenen Räder relativ zu der Drehzahl der durch die Hauptantriebsmaschine getriebenen Räder abhängt.

Es sind Antriebssysteme für Motor-Straßenhobel auf dem Markt, bei denen Drehzahlfühler zur überwachung und Regelung des Drehzahlverhältnisses zwischen der Drehzahl der hydrostatisch getriebenen Vorderräder und den Drehzahlen der Hinterräder verwendet werden, wobei die Vorderräder von einem hydrostatischen Motor in Regelkreisverbindung mit einer hydrostatischen Verstellpumpe angetrieben werden und die Fördermenge bzw. Verstellung der Pumpe

aufgrund des Drehzahlverhältnisses änderbar ist zur Änderung der Drehzahl des Vorderradantriebs. Im Hauptantriebsmodus wird eine elektronische Steuerung verwendet zur Modulation des hydrostatischen Antriebs, so daß der Vorderrad-Antriebszug mit einer geringfügig kleineren Geschwindigkeit als die Hinterraddrehzahl angetrieben wird. Wenn die Hinterräder nicht oder nur geringfügig durchrutschen, können sich die Vorderräder aufgrund einer Freilaufkupplung mit Grundgeschwindigkeit drehen. Wenn jedoch das Durchrutschen der Hinterräder stärker als die Drehzahldifferenz zwischen dem vorderen Antriebszug und den Hinterrädern ist, rücken die Freilaufkupplungen ein und drehen die Vorderräder mit der niedrigeren Geschwindigkeit. Somit ist der Schlupf oder das Durchrutschen der Vorderräder immer etwas geringer als das Durchrutschen der Hinterräder, wenn die Einheit im Hauptantriebsmodus arbeitet.

Dieses System hat eine zweite Betriebsart, die als "aggressiver" Modus bezeichnet wird, wobei die elektronische Steuerung dazu verwendet wird, die Vorderräder mit geringfügig höherer Drehzahl als die Hinterräder zu treiben. Diese aggressive Betriebsart dient hauptsächlich dazu, die Betätigung der Lenkanlage zu verbessern, wenn der Straßenhobel in Niedrigdrehzahl-Antriebsbereichen arbeitet. Das Freilaufvermögen der hydrostatischen Motoren wird zur Verringerung von Drehmoment-Beeinflussungen zwischen dem Vorderradantrieb und dem Hauptantrieb des Getriebes genutzt. Bei diesem System sollte die aggressive Regelung nicht eingesetzt werden, wenn die Zugbedingungen gut sind, wie z. B. auf trockenen harten Oberflächen, da

dies einen Leistungs- und Wirkungsgradverlust zur Folge hat.

Die Erfindung richtet sich auf ein Drehmomentregelsystem, das in Verbindung mit dem Drehzahlverhältnis-Regelsystem angewandt wird zur Verstellung eines hydrostatischen Hilfsantriebs für ein hilfsgetriebenes Rad eines Fahrzeugs relativ zum Antrieb eines hauptangetriebenen Rads des Fahrzeugs. Der drehmomentgeregelte hydrostatische Antrieb mit Drehzahlbegrenzung kann leicht eingerichtet und an jeweils bestehende Lastbedingungen angepaßt werden, und eine normale Lastaufteilung zwischen dem Räder-Hilfsantrieb und dem Räder-Hauptantrieb ist vom Bediener leicht zu einzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Regelsystems für mit einem hydrostatischen Hilfsantrieb getriebene Räder, wobei der Antrieb für die hilfsgetriebenen Räder immer dann ein höchstes ausgewähltes Drehmoment aufweist, wenn die hilfsangetriebenen Räder mit erheblich niedrigerer Drehzahl als die hauptangetriebenen Räder umlaufen. Umgekehrt wird der hydrostatische Antrieb zu den hilfsgetriebenen Rädern auf geringe Drehmomentwerte verringert, wenn die hilfsgetriebenen Räder erheblich schneller als die hauptgetriebenen Räder umlaufen. Diese Art der Drehmomentregelung des hydrostatischen Antriebs erlaubt in Verbindung mit einer Drehzahlverhältnis-Regelung einen maximalen Antrieb der hilfsgetriebenen Räder immer dann, wenn die hauptangetriebenen Räder so viel Durchzugsvermögen verloren haben, daß ein erhebliches Durchdrehen auftritt, wobei jedoch ein Hochdrehzahl-Durch-

drehen der hilfsgetriebenen Räder bei Verlust an Durchzugsvermögen vermieden wird. Dies bietet ferner den Vorteil, daß ca. 50 % des maximal ausgewählten Drehmoments den hilfsgetriebenen Rädern zugeführt wird, wenn gute Zugbedingungen vorhanden sind.

Das Drehmomentregelsystem mit Drehzahlbegrenzung nach der Erfindung für den hydrostatischen Antrieb eines Fahrzeugs, das wenigstens ein erstes angetriebenes Rad und wenigstens ein zweites, davon unabhängig angetriebenes Rad umfaßt, wobei der Getriebezug für das zweite Rad eine Fahrzeug-Hauptantriebsmaschine sowie ein hydrostatisches Getriebe mit einer von der Hauptantriebsmaschine angetriebenen Verstellpumpe, einen mit dem zweiten Rad in Antriebsverbindung stehenden Motor sowie eine hydrostatische Leitung umfaßt, die die Pumpe und den Motor derart miteinander verbindet, daß der Motor von der Pumpe antreibbar ist, ist gekennzeichnet durch eine Drehmomentfuhlereinheit, die aufgrund des von dem hydrostatischen Getriebe übertragenen Drehmoments ein Drehmomentsignal erzeugt, sowie eine auf das Drehmoment ansprechende Einheit mit einem funktionsmäßig mit der Verstellpumpe verbundenen Ausgang zur Regelung der Fördermenge der Pumpe aufgrund des Drehmomentsignals, eine Drehzahlverhältnis-Fühlereinheit, umfassend einen ersten Drehzahlfühler, der auf die Drehzahl des ersten Rads anspricht unter Erzeugung eines ersten Drehzahlsignals, einen zweiten Drehzahlfühler, der auf die Drehzahl des zweiten Rads anspricht unter Erzeugung eines zweiten Drehzahlsignals, und einen Vergleicher, der das erste und das zweite Drehzahlsignal miteinander vergleicht unter Erzeugung eines Drehzahlverhältnis-Signals, das dem

Drehzahlverhältnis des ersten und des zweiten Rads proportional ist, und eine Wandlereinheit, die das Drehzahlverhältnis-Signal empfängt und mit der auf das Drehmoment ansprechenden Einheit verbindbar ist zur Änderung des Ausgangswerts derselben aufgrund des Drehzahlverhältnis-Signals.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist bei dem kombinierten Drehmoment- und Drehzahlverhältnis-Regelsystem nach der Erfindung für einen hydrostatischen Hilfsantrieb ein vom Bediener einstellbares aggressives Stellglied vorgesehen, das das Drehzahlverhältnis zwischen dem hilfsgetriebenen Rad und dem hauptgetriebenen Rad bestimmt, bei dem dem hilfsgetriebenen Rad kein weiteres Antriebsdrehmoment zugeführt wird.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist ferner ein Empfindlichkeitsregler vorgesehen, der den Drehzahlbereich bestimmt, über den der Hilfsantrieb von der höchsten ausgewählten Drehmomenteinstellung auf ein Drehmoment Null reduzierbar ist.

Ferner ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein mit einem höchstzulässigen ausgewählten Drehmoment arbeitendes Regelsystem mit Drehzahlverhältnis-Regelung für einen hydrostatischen Hilfsantrieb vorgesehen, wobei hydrostatischer Betrieb über den vollen Betriebsbereich des hydrostatischen Getriebes möglich ist.

Weiterhin ist in bevorzugter Ausbildung der Erfindung ein hydrostatischer Hilfsantrieb für ein Fahrzeug vorgesehen,

der unwirksam ist, bis der Hauptantrieb des Fahrzeugs das Fahrzeug in eine bestimmte Mindest- oder Nenngeschwindigkeit versetzt hat. Dabei ist ferner eine Drehmoment- und Drehzahlverhältnis-Regelung für einen Räder-Hilfsantrieb vorgesehen, die in umgekehrter Bewegungsrichtung wirksam ist.

Ferner ist vorteilhafterweise ein Drosselklappen-Schalter in Verbindung mit einem drehmomentgeregelten hydrostatischen Hilfsantrieb vorgesehen, so daß das Drehmoment des Hilfsantriebs auf einen Minimalwert abfällt, wenn sich die Drosselklappe in Leerlaufstellung befindet.

Das Verfahren nach der Erfindung zum Regeln eines hydrostatischen Hilfsantriebs für ein Fahrzeug mit hauptangetriebenen Rädern und hilfsangetriebenen Rädern, die von einem hydrostatischen Getriebe mit einer Verstellpumpe antreibbar sind, ist gekennzeichnet durch Erfassen einer Druckdifferenz in dem hydrostatischen Getriebe zur Erzeugung eines Drehmomentsignals, das dem von dem hydrostatischen Getriebe übertragenen Drehmoment proportional ist, und Anlegen des Drehmomentsignals an eine Einheit zur Regelung der Fördermenge einer Verstellpumpe in dem hydrostatischen Getriebe, Erzeugen eines Drehzahlverhältnis-Spannungssignals, das der Drehzahldifferenz zwischen den hilfsangetriebenen und den hauptangetriebenen Rädern proportional ist, wobei das Drehzahlverhältnis-Signal seinen Höchstwert hat, wenn das Drehzahlverhältnis zwischen Hilfs- und Hauptantrieb kleiner als 1 ist, und bei einem ausgewählten Hilfsantriebs-ZHauptantriebs-Drehzahlverhältnis von mehr als 1 auf Null abnimmt, und Umsetzen

des Drehzahlverhältnis-Signals in ein hydrostatisches Signal und Verstellen der Fördermenge der Verstellpumpe mit Hilfe des hydrostatischen Signals zusätzlich zu der vorher durch das Drehmomenterfassungssignal gewählten Fördermenge.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm des drehmomentgeregelten hydrostatischen Antriebs mit Drehzahlbegrenzung gemäß der Erfindung, angewandt bei einem Straßenhobel;

Fig. 2 ein schematisches Diagramm (wobei einige Teile im Querschnitt gezeigt sind) des elektrohydraulischen Steuerkreises nach der Erfindung; und

Fig. 3 eine Grafik, in der das Ausgangsdrehmoment des hydrostatischen Hilfsantriebs nach der Erfindung relativ zu dem Drehzahlverhältnis zwischen Vorder- und Hinterrädern aufgetragen ist.

Es soll nun auf Fig. 1 Bezug genommen werden, in der der drehmomentgeregelte hydrostatische Antrieb mit Drehzahlbegrenzung in Anwendung auf einen typischen Straßenhobel 10 gezeigt ist, der zwei Hinterradachsen mit Hinterrädern 12 und 14 sowie Vorderräder 16 aufweist (dabei repräsentiert jedes Rad jeweils ein Räderpaar auf beiden Fahrzeugseiten). Die Straßenhobel-Hinterräder werden von einem Hauptantrieb angetrieben, umfassend eine Hauptantriebsmaschine, z. B.

einen Dieselmotor 20, der ein Hinterradgetriebe 22 über eine Welle 24 antreibt. Das Hinterradgetriebe 22 weist eine Abtriebswelle 26 auf, die gemäß der Strichlinie mit einem, aber bevorzugt mit beiden Hinterradpaaren 12 und verbunden ist, so daß dadurch der Fahrzeughauptantrieb gebildet ist. Das Hinterradgetriebe 22 kann ein mechanisches, ein hydrostatisches, ein hydromechanisches oder ein hydrodynamisches Getriebe sein.

Der Straßenhobel 10 weist ferner einen hydrostatischen Hilfsantrieb auf, der eine Verstellpumpe 30 umfaßt, die ebenfalls über eine Welle 32 von dem Motor 20 angetrieben wird. Ein hydrostatischer Motor 34, der entweder ein Konstant- oder ein Verstellmotor ist, ist mit der Pumpe über hydrostatische Leitungen 36 und 38 unter Bildung eines geschlossenen hydrostatischen Kreises verbunden. Der Motor 34 hat eine Abtriebswelle 40, die (über die Strichlinie) mit den Vorderrädern 16 verbunden ist, so daß der hydrostatische Hilfsantrieb auf die Vorderräder wirken kann.

Sowohl die Hinterrad-Antriebswelle 26 als auch die Vorderrad-Antriebswelle 40 weisen elektronische .Drehzahlfühleinheiten, die typischerweise Geradstirnräder 42 und 44 sind, sowie Impulsgebereinheiten 46 und 48 auf. Die Drehzahlfühleinheiten für die Vorderrad- und die Hinterradantriebswelle erzeugen Signale veränderlicher Frequenz, die zu dem Drehzahlverhältnis der beiden Antriebswellen 26 und 40 proportional sind, und führen sie der elektrischen Drehzahlverhältnis-Regeleinheit 50 über elektrische Leitungen 52 und 54 zu. Die Regeleinheit 50 wird später unter Bezugnahme auf Fig. 2 im einzelnen erläutert.

Die Drehzahlverhältnis-Regeleinheit 50 erzeugt eine Ausgangsspannung, die als Drehzahlverhältnis-Signal bezeichnet und über eine Leitung 58 einem "Höchstdrehmoment-Einsteller" 56 zugeführt wird. Der Höchstdrehmoment-Einsteller 56 wirkt als Spannungsteiler und erzeugt ein Spannungssignal über Leitungen 60 und 61 und einen F-N-R-Schalter 62 (F-N-R = Vorwärts-Neutral-Rückwärts) zu einem elektro-hydraulischen Wandler 64. Das Ausgangssignal des Wandlers 64 wird dann an eine drehmomentempfindliche Servobetätigung 66 angelegt zur Änderung ihrer normalen Drehmomentfühler-Stellfunktion, so daß die Förderleistung der Pumpe 30 geändert wird. Der elektro-hydraulische Wandler 64 und die drehmomentempfindliche Servobetätigung 66 sind handelsübliche Komponenten und im einzelnen in Fig. 2 gezeigt. Zur Erzeugung eines Drehmomentsignals aufgrund des Ausgangsdrehmoments des hydrostatischen Getriebes ist die Servobetätigung 66 über {in Strichlinien gezeichnete) Fluiddruckleitungen 68 und 70 mit den den Hauptkreis bildenden hydrostatischen Leitungen 36 und 38 des Getriebes verbunden zur Erfassung der Druckdifferenz in dem Hauptkreis und damit des Ausgangsdrehmoments des hydrostatischen Getriebes.

Fig. 2 zeigt im einzelnen die elektrische Drehzahlverhältnis-Regeleinheit 50, den elektro-hydraulischen Wandler 64 und die drehmomentempfindliche Servobetätigung 66. Die drehzahlerzeugten Signale änderbarer Frequenz von den Impulsgebern 46 und 48 werden Frequenz-Spannungs-Wandlern 72 bzw. 74 zugeführt, die der Raddrehzahl proportionale Spannungssignale erzeugen. Das die Drehzahl der hinteren Antriebswelle bezeichnende Spannungssignal wird dann über

Leitung 78 einem Vergleicher 76 zugeführt, in dem es mit einer Bezugsspannung REF verglichen wird, die über Leitung 80 zugeführt wird. Die Bezugsspannung REF bezeichnet eine Mindest- oder Nenngeschwindigkeit, z. B. 0,8 km/h, die mit der die Geschwindigkeit der hinteren Antriebswelle 26 bezeichnenden Spannung verglichen wird. Wenn die Hinterräder diese Mindest- oder Nenngeschwindigkeit nicht erreicht haben, erzeugt der Vergleicher 76 kein Ausgangssignal. Das Ausgangssignal des Vergleichers 76 wird über Leitung 82 einem Festkörperschalter 84 zugeführt, dem ferner das die Hinterradgeschwindigkeit bezeichnende Spannungssignal über Leitung 86 zugeführt wird. Der Schalter 84 wirkt als Niedrigdrehzahl-Sperrglied und leitet das Hinterrad-Geschwindigkeitssignal auf Leitung 86 nur dann weiter, wenn der Vergleicher 76 anzeigt, daß die Hinterräder die Nenngeschwindigkeit erreicht haben. Das Hinterrad-Geschwindigkeitssignal wird dann über Leitung 88 dem positiven Anschluß eines Vergleichers 90 zugeführt.

Die Ausgangsspannung des Frequenz-Spannungs-Wandlers 74 bezeichnet die Vorderrad- oder Hilfsantriebs-Geschwindigkeit und wird über eine Leitung 92 einem aggressiven Stellglied 94 zugeführt, das das zwischen den Vorder- und den Hinterrädern höchstzulässige Drehzahlverhältnis bestimmt und dessen Funktionsweise später erläutert wird. Das aggressive Stellglied umfaßt ein Potentiometer mit einem Widerstand 96, der über eine Leitung 98 an Erde liegt, und einem Abgriff 100. Das aggressive Stellglied 94 wirkt als Spannungsteiler, dessen Ausgang an den negativen Anschluß des Vergleichers 90 über Leitung 102 angeschlossen ist. Der Vergleicher 90 dient der Erzeugung eines

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Ausgangsspannungssignals, das dem Verhältnis zwischen dem Hinterrad-Drehzahlsignal, wenn dieses vom Schalter 84 durchgelassen wird, und dem Vorderrad-Drehzahlsignal nach dessen Modifikation durch das aggressive Stellglied 94 proportional ist.

Parallel zu dem Vergleicher 90 ist ein Empfindlichkeitsregler 104 angeordnet, der aus einem Potentiometer besteht, das einen Widerstand 106 und einen Abgriff 108 umfaßt, der über eine Leitung 110 an die Leitung 102 angeschlossen ist. Der Empfindlichkeitsregler 104 bestimmt die Änderungsrate des Drehmomentstellsignals, was später noch unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert wird.

Das proportionale Ausgangssignal des Vergleichers 90 läuft dann über die Leitung 112 und erforderlichenfalls den Vorwiderstand 114 zu dem Höchstdrehmoment-Einsteller 56. Dieses Ausgangssignal von der Regeleinheit 50 wird als Drehzahlverhältnis-Signal bezeichnet, das typischerweise zwischen 0 und 10 V liegt in Abhängigkeit von dem Drehzahlverhältnis zwischen den Vorder- und Hinterraddrehzahlen, die vom Vergleicher 90 erfaßt werden. Das Drehzahlverhältnis-Signal erreicht seinen Höchstwert, wenn die Hinterräder aufgrund von Durchrutschen mit erheblich höherer Geschwindigkeit als die Vorderräder angetrieben werden. Dies erhöht das auf die Vorderräder von dem hydrostatischen Hilfsantrieb übertragene Drehmoment. Wenn die Vorderräder bis zu einem Punkt durchrutschen, an dem sie mit erheblich höherer Geschwindigkeit als die Hinterräder umlaufen, wird der Ausgang der Regelschaltung auf Null V verringert (bei dem von dem aggressiven Stellglied

94 gewählten Drehzahlverhältnis), um ein weiteres Antreiben der Vorderräder zu verhindern.

Fakultativ kann die Leitung 58, die den Ausgang der Drehzahlverhältnis-Regeleinheit 50 mit dem Höchstdrehmoment-Einsteller 56 verbindet, mit zwei Schaltern 116 und 118 versehen sein. Der Schalter 116 ist ein manuell einstellbarer EIN/AUS-Schalter, durch den der Fahrzeugbediener selektiv den hydrostatischen Vorderrad-Hilfsantrieb abschalten kann, was in einem Hochdrehzahlbereich oder bei Fahrbetrieb des Fahrzeugs erwünscht sein kann. Der Schalter 118 ist ein Drosselklappen-Stellschalter, der mit der Drosselklappe 120 so verbunden ist, daß in einer Leerlaufstellung der Drosselklappe 120 der Schalter 118 geöffnet ist und dadurch die Drehzahlverhältnis-Regeleinheit vom System abschaltet. Dies verhindert einen Vorderrad-Hilfsantrieb in LeerlaufStellung des Motors 20.

Der Höchstdrehmoment-Einsteller 56 umfaßt ein Potentiometer, bestehend aus einem Widerstand 122, der über eine Leitung 124 an Erde liegt, und einem Abgriff 126. Der Höchstdrehmoment-Einsteller 56 wirkt als Spannungsteiler und wird vom Fahrzeugbediener so eingestellt, daß das Drehzahlverhältnis-Signal in solcher Weise modifiziert wird, daß die Höchstspannung, die dem elektro-hydraulisehen Wandler 64 zuführbar ist, begrenzt wird. Der Abgriff 126 des Höchstdrehmoment-Einstellers ist mit Anschlüssen 128 und 130 eines zweipoligen F-N-R-Umschalters 62 über Leitungen 132 bzw. 134 verbunden. Die Leitungen 136 und 138 verbinden Anschlüsse 140 und 142 des F-N-R-Umschalters mit der Erdungsleitung 124. Die beiden Pole 144 und 146

des Umschalters 62 sind funktionsmäßig mit dem F-N-R-Schalthebel 148 verbunden. Ferner sind die Pole 144 und 146 elektrisch über Leitungen 60 und 61 mit der Wicklung 150 des elektro-hydraulischen Wandlers 64 verbunden. Wenn der Schalthebel 148 in Neutralstellung steht, besteht keine elektrische Verbindung zum Schalter 62, so daß an der Wicklung 150 keine Spannung anliegt. Wenn sich der Schalthebel 148 in Vorwärts- oder Rückwärtsstellung befindet, kontaktieren die Pole 144 und 146 entweder den oberen oder den unteren Anschluß, so daß die Ausgangsspannung des Höchstdrehmoment-Einstellers 56 der Wicklung in entgegengesetzten Richtungen aufgedrückt wird. Es ist zu beachten, daß der Hebel 148 nicht nur die der Wicklung 150 aufgedrückte Spannung, sondern auch die Arbeitsrichtung des Hinterradgetriebes 22 umsteuert.

Der elektro-hydraulische Wandler 64 umfaßt einen elektrischen Feldstärkemotor 64A und ein Düsen-Prallplatten-Steuerventil 64B. Der Motor 64A besteht aus zwei magnetischen Polstücken 152 und 154 sowie einem Anker 156, der durch eine verstellbare Feder 158 in eine Mitten- oder Nullage vorgespannt ist. Richtung und Höhe der der Wicklung 150 aufgedrückten Spannung bestimmen die Richtung und den Betrag der Schwenkbewegung des Ankers 156 um den Drehpunkt 160. Das ünterende des Ankers 156 bildet eine Prallplatte 162 für das Steuerventil 64B. Das Steuerventil 64B umfaßt ferner zwei Düsen 164 und 166, denen ein Regel-Druckfluid von einer gemeinsamen Druckfluidversorgung PS zugeführt wird. Die Lage der Prallplatte 162 relativ zu den Düsen 164 und 166 moduliert die Strömung durch die Düsen unter Ausbildung einer Druckdifferenz in

Steuerventilkammern 168 und 170, die durch die Düsen 164 und 166 sowie ihre jeweils zugehörigen Drosselstellen 172 und 174 definiert sind.

Die drehmomentempfindliche Servobetätigung 66 ist von üblicher Bauart und besteht aus einem durch Federkraft zentrierten Steuerschieber 176, dessen axiale Lage durch einen Differenzdruck bestimmt ist, der jedes Ende des Steuerschiebers 176 beaufschlagt. Dieser Differenzdruck wird durch die Leitungen 68 und 70 aufgebracht, die die drehmomentempfindliche Servobetätigung 66 mit den hydrostatischen Leitungen 36 und 38 des Regelkreises des hydrostatischen Getriebes gemäß Fig. 1 verbinden. Der Differenzdruck am Regelkreis bezeichnet das Ausgangsdreh¹-moment des Getriebes, das zur Modulierung der Axiallage des Steuerschiebers genutzt wird. Der drehmomentempfindlichen Servobetätigung 66 wird ebenfalls Regelfluid von der gemeinsamen Druckfluidversorgung PS zugeführt. Die Axiallage des Steuerschiebers 176 moduliert den Regelfluidstrom von der Druckfluidversorgung zu den Servoleitungen 178 und 180. Diejenige Leitung 178 oder 180, die jeweils nicht mit der Druckfluidversorgung PS in Verbindung steht, steht mit einer der beiden Ablaufleitungen 182 oder 184 in Verbindung.

Die Axiallage des Steuerschiebers 176 ist ferner durch den Ausgangsdifferenzdruck des Steuerventils 64B änderbar. Die Kammern 168 und 170 des Steuerventils sind mit Kammern 186 und 188 der drehmomentempfindlichen Servobetätigung 66 über Leitungen 190 und 192 verbunden. Da der Differenzdruck durch den Regelkreis des Getriebes erheblich größer

als das von dem elektro-hydraulischen Wandler 64 erzeugte Differenzdrucksignal ist, wirken die Drücke in den Kammern 186 und 188 auf größere Flächen des Steuerschiebers 186 als die Drücke aus den Leitungen 68 und 70. Die in den Kammern 186 und 188 ausgebildete Druckdifferenz moduliert die Lage des Steuerschiebers 176 weiterhin, so daß auch die Regelfluidmenge verstellt wird, die den Servoleitungen 178 und 180 zugeführt wird. Die Servoleitungen 178 und 180 sind mit Servozylindern 194 und 196 verbunden, die die Winkellage der Taumelscheibe 198 der Verstellpumpe um den Schwenkpunkt 199 verstellen.

Die Punktionsweise des drehmomentgeregelten hydrostatischen Antriebs mit Drehzahlbegrenzung ist am besten verständlich bei Betrachtung der Ausgangsleistung des Systems gemäß der Grafik von Fig. 3 unter Berücksichtigung der verschiedenen Regelelemente nach Fig. 2. Auf der Ordinate von Fig. 3 ist der Betrag des Drehmoments aufgetragen, das dem hydrostatischen Vorderrad-Hilfsantrieb des Straßenhobels zugeführt wird, wenn das Regelsystem nach der Erfindung verwendet wird. Auf der Abszisse ist das Drehzahlverhältnis der Vorderräder zu den Hinterrädern aufgetragen, das durch die Impulsgeber 48 und 46 der Tachometer der Vorderrad-Antriebswelle und der Hinterradantriebswelle vor Korrektur durch die verschiedenen Elemente des Regelsystems erfaßt wird.

Wie vorher erläutert, erreicht der Ausgang der Drehzahlverhältnis-Regeleinheit 50 den Höchstwert (z. B. 10 V), wenn die Hinterräder erheblich schneller als die Vorderräder umlaufen, was z. B. aufgrund von Durchrutschen der

Hinterräder oder beim Anfahren des Hilfsantriebs der Fall sein kann. Während des Betriebs unter dieser Bedingung wird die Ausgangsspannung des elektrischen Steuersystem ausschließlich durch den Höchstdrehmoment-Einsteller 56, der ein Spannungsteiler ist, bestimmt. Wenn der Potentiometerabgriff 126 seine obere Lage einnimmt, führt der Spannungsteiler seinen höchsten Ausgang, so daß sich eine maximale oder 100 %-Drehmomenteinstellung entsprechend der Horizontallinie 200 in Fig. 3 ergibt. Diese höchste Drehmomenteinstellung kann vom Bediener manuell gewählt werden, um den erwünschten hydrostatischen Vorderrad-Hilfsantrieb nach Maßgabe der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs aufzubringen. Durch manuelles Verschieben des Abgriffs 126 über das Potentiometer sind weitere maximale ausgewählte Drehmomenteinstellungen erhältlich, wobei eine maximale Drehmomenteinstellung von 60 % in Fig. 3 durch eine Kurve 202 bezeichnet ist. Solange eine Mindestdrehzahl (z. B. 0,8 km/h) mittels des Hinterrad-Hauptantriebs erhalten wird, wodurch der Vergleicher 76 in der erläuterten Weise ein Ausgangssignal erzeugt, und die Hinterräder 12 und 14 erheblich schneller als die Vorderräder 16 umlaufen, ist die Ausgangsspannung des elektro-hydraulischen Wandlers der Höchstwert, der von dem Höchstdrehmoment-Einsteller 56 ausgewählt wurde. Diese Höchstspannung von 10 V (6 V bei einem Höchstwert von 60 %) bewirkt, daß der elektro-hydraulische Wandler 64 einen Differenzdruck zwischen den Kammern 186 und 188 der drehmomentempfindlichen Servobetätigung 66 erzeugt. Dadurch wird wiederum die Taumelscheibe 198 gemäß der Modulation durch die Drehmomentrückführung in den Drehmomentsignalleitungen 68 und 70 verstellt. Es ist zu beachten, daß der Hilfsantrieb

während eines zu starken Durchrutschens der Hinterräder durch die Höchstdrehmoment-Leistungsfähigkeit des Getriebes (oder durch die Einstellung eines höchstzulässigen Drehmoments im Einsteller 56, falls unter der Leistungsfähigkeit des Getriebes) begrenzt ist und nicht durch eine bestimmte Drehzahlverhältniseinstellung eingestellt wird.

Mit abnehmendem Durchrutschen der Hinterräder und damit einer Erhöhung des DrehzahlVerhältnisses zwischen den Vorder- und den Hinterrädern bis auf Eins oder 100 % wird die Ausgangsspannung der Drehzahlverhältnis-Regeleinheit 50 stetig vermindert. In den zwei Vollinien-Beispielen von Fig. 3 beginnt eine solche Verringerung bei einem Drehzahlverhältnis von 95 % entsprechend den Punkten 204 und 206 der Grafik aufzutreten. Der Abfall der Ausgangsspannung der Drehzahlverhältnis-Regeleinheit 50 auf das von dem Einsteller 56 vorgegebene Höchstdrehmoment erfolgt von dem Höchstwert auf einen Minimalwert von 0 V, so daß sich eine Ausgangsdrehmomenteinstellung entsprechend den Kurven 208 und 210 in Abhängigkeit davon ergibt, ob der Höchstdrehmoment-Einsteller 56 auf 100 % oder auf 60 % eingestellt ist.

Durch Justierung der Einstellungen des Empfindlichkeitsreglers 104 und des aggressiven Stellglieds 94 der Regeleinheit 50 sind Neigung und Lage des Regelausgangs modifizierbar. Das aggressive Stellglied 94 wird vom Fahrzeugbediener benutzt zur Änderung des Punkts auf der Drehzahlverhältnis-Abszisse, an dem das eingestellte Ausgangsdrehmoment Null erreicht. Eine Erhöhung des Widerstandswerts

des Potentiometers 96 durch Verschieben des Abgriffs 100 nach rechts verringert die Eingangsspannung zur negativen Klemme des Vergleichers 90. Da ein geringerer Anteil des Vorderrad-Drehzahlsignals mit 100 % des Hinterrad-Drehzahlsignals am Vergleicher 90 verglichen wird, wird das Drehzahlverhältnis, bei dem die Ausgangsspannung abfällt, vergrößert, wodurch der Nullausgangspunkt in Richtung auf ein höheres Drehzahlverhältnis verschoben wird. Bei dem Vollinien-Beispiel entsprechend der Linie 208 in Fig. 3 tritt dieser Null-Ausgangsdrehmoment-Punkt 212 bei einem Drehzahlverhältnis von 105 % ein. Durch Vergrößern der Einstellung des aggressiven Stellglieds 94 wird das vom Vergleicher 90 erfaßte relative Drehzahlverhältnis vergrößert, so daß der Nullpunkt des Aüsgangsdrehmoments auf 110 % verschoben wird. Die neue Ausgangskurve ist mit einer Strichlinie 214 bezeichnet. Da das aggressive Stellglied 94 ein Potentiometer ist, kann der wirksame Drehzahlverhältnisbereich in jede Richtung verschoben werden, es ist jedoch erwünscht, den Nullpunkt des Ausgangsdrehmoments immer über einem Drehzahlverhältnis von 100 % oder Eins zu halten.

Die Neigung der Linien 208 und 210 ist durch die Lage des Abgriffs 108 relativ zum Widerstand 106 des Potentiometers des Empfindlichkeitsreglers 104 bestimmt. Die Einstellung des Empfindlichkeitsreglers 104, die normalerweise vom Hersteller vorgenommen wird, bestimmt den Drehzahlverhältnisbereich, innerhalb dessen der Ausgang des Reglers 50 vom Höchstwert auf Null abfällt. Für beide Linien 208 und 210 erfolgt dies über einen Drehzahlverhältnisbereich von 10 %, d. h. von der 95 %-Einstellung für Höchstausgangs-

wert bis 105 %-Einstellung für Minimalausgangswert. Es ist zu beachten, daß bei dem durch die Linien 208 und 210 dargestellten Beispiel dieser Bereich um das Drehzahlverhältnis von 100 % zentriert ist. Wenn somit das Drehzahlverhältnis zwischen den Vorder- und den Hinterrädern 100 % oder Eins ist, ist der durch die Linien 208 und 210 repräsentierte Ausgang 50 % der höchsten Drehmomenteinstellung entsprechend dem Höchstdrehmoment-Einsteller 56. Durch Änderung der Einstellung des Empfindlichkeitsreglers 104, wobei das Höchstdrehmoment von 60 % als Beispiel genommen wird, ändert sich der Bereich des Abfalls des Ausgangsdrehmoments entsprechend der Strichlinie 216. Es ist zu beachten, daß dann, wenn das aggressive Stellglied 94 nicht modifiziert wurde, der Nullausgangspunkt 212 immer noch bei dem Drehzahlverhältnis von 105 % liegt. Da jedoch die Neigung nunmehr sanfter ist, beginnt der Abfall des Ausgangsdrehmoments am Punkt 218, was dem Drehzahlverhältnis von 90 % entspricht. Der Abfall des Ausgangsdrehmoments erfolgt eher innerhalb eines 15 %-Bereichs als innerhalb eines 10 %-Bereichs. So erscheint 50 % des höchsten Ausgangsdrehmoments, das durch den Einsteller 56 ausgewählt ist, nunmehr bei 97,5 % anstatt bei 100 %. Dieses Beispiel bezieht sich zwar auf eine Höchstdrehmomenteinstellung von 60 %, das gleiche gilt jedoch für jede andere Höchstdrehmomenteinstellung, die von dem Höchstdrehmoment-Einsteller 56 ausgewählt wird.

Durch Verstellung sowohl des Empfindlichkeitsreglers 104, der normalerweise vom Hersteller eingestellt ist, und des aggressiven Stellglieds 94, das vom Fahrzeugbediener eingestellt wird, kann jede spezielle Betriebskurve

erhalten werden. Die Höhe jeder bestimmten Betriebskurve wird durch die manuelle Einstellung des Höchstdrehmoment-Einstellers 56 durch den Fahrzeugbediener erhalten.

Wie bereits in der vorstehenden Beschreibung des Regelkreises gesagt wurde, gibt es verschiedene weitere Funktionen, die die Arbeitsweise der Regelung modifizieren. Der Vergleicher 76 und der Festkörperschalter 84 dienen der Ausbildung einer Niedrigdrehzahl-Sperreinheit, die den Betrieb des Vorderrad-Hilfsantriebs sperrt, bis der Hauptantrieb für die Hinterräder eine bestimmte Mindestdrehzahl erreicht hat. Durch den von der Drosselklappe betätigten Schalter 118 wird kein Drehmoment für die Vorderräder aufgebracht, wenn die Drosselklappe 120 und damit die Hauptantriebsmaschine sich in Leerlaufstellung befinden. Ferner kann der Bediener manuell die Hilfsantriebsfunktion durch den manuell betätigbaren Schalter wählen. Normalerweise wird eine solche manuelle Wahl zur Ausschaltung des Hilfsantriebs dann verwendet, wenn das Fahrzeug in der Transport- oder Hochdrehzahl-Betriebsart läuft. Ferner ist zu beachten, daß aufgrund des F-N-R-Schalters 62 die Ausgangsspannung des Höchstdrehmoment-Einstellers 56 umsteuerbar ist, so daß der Strom durch die Wicklung 150 des Feldstärkemotors 64A gewendet wird zur Nutzung des hydrostatischen Hilfsantriebs im Rückwärtsbetrieb des Fahrzeugs.

Es ist also aus der Erläuterung des Aufbaus und der Funktionsweise des bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich, daß eine primäre Drehmomentregelung eines hydrostatischen Hilfsantriebs bereitgestellt wird, wobei

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das Drehmoment durch den Höchstdrehmoment-Regler 56 bestimmt wird und wobei dieses Höchstdrehmoment ferner durch ein Drehzahlverhältnis-Regelsystem bestimmt wird, das die Drehzahl des Hilfsantriebs begrenzt. Die Regelkurven der Drehzahlbegrenzung sind ferner sowohl durch das aggressive Stellglied 94 als auch den Empfindlichkeitsregler 104 modifizierbar, so daß das erwünschte Betriebsverhalten des Fahrzeugs erzielbar ist. Da die Hauptregelung des Betriebs des hydrostatischen Getriebes durch Drehmomenterfassung modulierbar ist, wird im Fall eines Durchrutschens der mit dem Hilfsantrieb getriebenen Räder der Differenzdruck an der geschlossenen Hauptschleife des Getriebes verringert, wodurch der Differenzdruck verringert wird, der von den Fluiddruckleitungen 68 und 70 an den Steuerschieber 176 angelegt wird. Diese Verringerung des Differenzdrucks würde normalerweise den Winkel der Taumelscheibe der Pumpe vergrößern. Das steigende Drehzahlverhältnis der Vorderräder relativ zu den Hinterrädern würde jedoch die Spannung zur Wicklung 150 vermindern, ein Gleichgewichtszustand würde erreicht werden, und ein niedriges Drehmoment würde bei einem Drehzahlverhältnis von 104 % (geringfügig weniger als das Drehzahlverhältnis von 105 %, bei dem das Drehmoment gemäß dem Vollinien-Beispiel von Fig. 3 Null erreicht) erzeugt werden. Gerade durch diese Drehzahlbegrenzung der Hauptdrehmomentregelung des Hilfsantriebs wird ein Durchrutschen der hilfsangetriebenen Räder stark verringert.

Somit ist ersichtlich, daß mit dem vorstehend erläuterten Aufbau eine Drehmomentregelung mit Drehzahlbegrenzung für einen Hilfsantrieb erhalten wird.

Claims

Ansprüche

ι 1.jDrehmomentregelsystem mit Drehzahlbegrenzung für den hydrostatischen Antrieb eines Fahrzeugs, das wenigstens ein erstes angetriebenes Rad und wenigstens ein zweites, davon unabhängig angetriebenes Rad umfaßt, wobei der Getriebezug für das zweite Rad eine Fahrzeug-Hauptantriebsmaschine sowie ein hydrostatisches Getriebe mit einer von der Hauptantriebsmaschine angetriebenen Verstellpumpe, einen mit dem zweiten Rad in Antriebsverbindung stehenden Motor sowie eine hydrostatische Leitung umfaßt, die die Pumpe und den Motor derart miteinander verbindet, daß der Motor von der Pumpe antreibbar ist, gekennzeichnet, durch eine Drehmomentfühlereinheit, die aufgrund des von dem hydrostatischen Getriebe übertragenen Drehmoments ein Drehmomentsignal erzeugt, sowie eine auf das Drehmoment ansprechende Einheit (66) mit einem funktionsmäßig mit der Verstellpumpe (30) verbundenen Ausgang zur Regelung der Fördermenge der Pumpe (30) aufgrund des Drehmomentsignals,

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eine Drehzahlverhältnis-Fühlereinheit, umfassend einen ersten Drehzahlfühler (42, 46), der auf die Drehzahl des ersten Rads anspricht unter Erzeugung eines ersten Drehzahlsignals, einen zweiten Drehzahlfühler (44, 48), der auf die Drehzahl des zweiten Rads anspricht unter Erzeugung eines zweiten Drehzahlsignals, und einen Vergleicher (90), der das erste und das zweite Drehzahlsignal miteinander vergleicht unter Erzeugung eines Drehzahlverhältnis-Signals, das dem Drehzahlverhältnis des ersten und des zweiten Rads proportional ist, und

eine Wandlereinheit (64), die das Drehzahlverhältnis-Signal empfängt und mit der auf das Drehmoment ansprechenden Einheit (66) verbindbar ist zur Änderung des Ausgangswerts derselben aufgrund des Drehzahlverhältnis-Signals.
2. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen Höchstdrehmoment-Einsteller (56) zum Empfang des Drehzahlverhältnis-Signals, wobei der Höchstdrehmoment-Einsteller (56) den Höchstwert des Drehzahlverhältnis-Signals begrenzt, bevor dieses vom Wandler (64) empfangen wird.
3. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das vom Vergleicher (90) erzeugte Drehzahlverhältnis-Signal ein Spannungssignal ist,

daß der Höchstdrehmoment-Einsteller (56) aus einem einen Regelwiderstand umfassenden Spannungsteiler besteht, der

vom Fahrzeugbediener auf einen ausgewählten Widerstandswert-Prozentsatz einstellbar ist, und daß der Höchstdrehmoment-Einsteller (56) dem Wandler (64) eine Ausgangsspannung zuführt, die diesem ausgewählten Prozentsatz des Drehzahlverhältnis-Signals entspricht.
4. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen der Drehzahlverhältnis-Fühlereinheit (42, 44, 46, 48) zugeordneten Empfindlichkeitsregler (104) zur selektiven Einstellung des Drehzahlverhältnis-Bereichs, über den der Vergleicher (90) ein sich verringerndes Drehzahlverhältnis-Signal erzeugt.
5. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß der Empfindlichkeitsregler (104) ein Verstellwiderstand (106) ist, der mit dem Vergleicher (90) so parallelgeschaltet ist, daß das am Widerstand anliegende zweite Drehzahlsignal mit dem Ausgang des Vergleichers (90) parallelgeschaltet wird.
6. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein der Drehzahlverhältnis-Fühleinheit zugeordnetes aggressives Stellglied (94) zur selektiven Einstellung des Drehzahlverhältnisses, bei dem das Ausgangssignal des Vergleichers (90) Null ist.
7. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß das aggressive Stellglied (94) ein Verstellwiderstand (96) ist, der den zweiten Drehzahlfühler (44, 48) so mit dem Vergleicher (90) verbindet, daß dadurch der Anteil des vom Vergleicher (90) zu empfangenden zweiten Drehzahlsignals bestimmt wird.
8. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die auf das Drehmoment ansprechende Einheit (66) ein Fluidventil (176) zur Verstellung des Regelfluidstroms zu der Verstellpumpe (30) zwecks Einstellung von deren Fördermenge ist,

daß die Drehmomentfühleinheit Mittel zum Erfassen des Drucks in der hydrostatischen Leitung des Getriebes zur Erzeugung des Drehmomentsignals aufweist, und daß das Ventil (176) auf das Drehmomentsignal anspricht zur Regelung des Regelfluidstroms durch das Ventil.
9. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß der Wandler (64) ein Drucksignal aufgrund des Drehzahlverhältnis-Signals erzeugt und es an das drehmomentempfindliche Ventil (176) anlegt zur weiteren Verstellung des Regelfluidstroms durch das Ventil.
10. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

eine Niedrigdrehzahl-Sperreinheit (84), die dem Drehzahlverhältnis-Fühler (42, 46) zugeordnet ist und auf das erste Drehzahlsignal anspricht unter Sperrung der Erzeugung eines Drehzahlverhältnis-Signals, bis der erste

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Drehzahlfühler (42, 46) anzeigt, daß das erste Rad einen Mindestbezugswert erreicht hat.
11. Drehmomentregelsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

einen mit einer Drosselklappe (120) der Hauptantriebsmaschine des Fahrzeugs gekoppelten und auf diese ansprechenden Schalter (118), der zwischen der Drehzahlverhältnis-Erfassungseinheit (50) und dem Wandler (64) angeordnet ist, wobei der auf die Drosselklappe ansprechende Schalter (118) geöffnet ist, wenn sich die Drosselklappe (120) in Leerlaufstellung befindet, so daß das Drehzahlverhältnis-Signal den Wandler (64) nicht aktiviert, wenn die Drosselklappe (120) die Hauptantriebsmaschine (20) auf Leerlaufbetrieb stellt.
12. Verfahren zum Regeln eines hydrostatischen Hilfsantriebs für ein Fahrzeug mit hauptangetriebenen Rädern und hilfsangetriebenen Rädern, die von einem hydrostatischen Getriebe mit einer Verstellpumpe antreibbar sind, gekennzeichnet durch

a) Erfassen einer Druckdifferenz in dem hydrostatischen Getriebe zur Erzeugung eines Drehmomentsignals, das dem von dem hydrostatischen Getriebe übertragenen Drehmoment proportional ist, und Anlegen des Drehmomentsignals an eine Einheit zur Regelung der Fördermenge einer Verstellpumpe in dem hydrostatischen Getriebe,

b) Erzeugen eines Drehzahlverhältnis-Spannungssignals, das der Drehzahldifferenz zwischen den hilfsangetriebenen und den hauptangetriebenen Rädern proportional

ist, wobei ras Ο■ ehzal lv»:rhältnis-Signal seinen Höchstwert hat. ein das Drehzahlverhältnis zwischen Hufs- und Haupt itrieb kleiner als 1 ist, und bei einem ausgewählten Hilfsantriebs-ZHauptantriebs-prehzahlverhältnis von mehr als 1 auf Null abnimmt, und

c) Umsetzen des Drehzahlverhältnis-Signals in ein hydrostatisches Signal und

Verstellen der Fördermenge der Verstellpumpe mit Hilfe des hydrostatischen Signals zusätzlich zu der vorher durch das Drehmomenterfassungssignal gewählten Fördermenge.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Drehzahlverhältnis-Signal in einer Weise modifiziert wird, die das höchstzulässige Drehzahlverhältnis-Signal begrenzt.
14. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Drehzahlverhältnis-Signal selektiv so modifiziert wird, daß das Drehzahlverhältnis bestimmt wird, wenn das Drehzahlverhältnis-Signal Null erreicht.
15. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Drehzahlverhältnis-Signal in einer Weise geändert wird, die den Bereich, innerhalb dessen das Drehzahlverhältnis-Signal vom Höchstwert auf Null abnimmt, ändert.