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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.
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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.
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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 ho her Energieverbrauch
auftritt oder das Nutzfahrzeug ein nicht optimales Arbeitsergebnis
liefert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
er möglichen
und beispielsweise für
Fahrten im Gelände
und auf der Straße
gleichermaßen
gut geeignet sein soll.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Antriebs moden
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung soll
nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen in
teilweise stark schematisierter Darstellung die
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1 eine
Ansicht der Fahrwege der Räder eines
Fahrzeugs in dem Lenkmodus Allrad- bzw. Knicklenkung;
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2 die
durch die Steuereinrichtung beeinflussten, regelbaren Volumenströme der Hydraulikpumpen
welche an die Radmotoren der angetriebenen Räder weitergegeben werden; und
die
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3 ein
Blockschaltbild der Steuereinrichtung zur Steuerung der Hydraulikpumpen.
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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.
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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.
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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.
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Darüber hinaus
weist die Antriebsvorrichtung 1 eine Steuer einrichtung 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.
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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.
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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 6 wird 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.
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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.