DE3636260A1 - Kraftfahrzeug mit zumindest einer permanent angetriebenen achse sowie einer antriebsmaessig zuschaltbaren achse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit - zumindest - einer über einen Hauptantriebsstrang permanent angetrie­ benen Achse sowie einer antriebsmäßig zuschaltbaren Achse, die in einem Nebenantriebsstrang angeordnet ist, welcher mittels eines zwischen zwei Lagen verstellbaren Betätigungs­ organes ein- bzw. ausschaltbar ist.

Derartige Fahrzeuge zeichnen sich gegenüber Kraftfahrzeugen mit permanentem Allradantrieb durch einen relativ geringen Preis aus, weil der Nebenantriebsstrang nur bei besonderen Fahrbedingungen, d.h. bei schlechter Traktion auf rutschigem Untergrund, beispielsweise auf winterlichen Wegen, einge­ schaltet werden soll, so daß auf ein Ausgleichsgetriebe zwischen den Antriebssträngen verzichtet werden kann, weil bei Fahrt auf rutschigem Untergrund keine nennenswerte Verspannung der Antriebsstränge gegeneinander zu befürchten ist.

Da die Zuschaltung des Nebenantriebsstranges manuell erfolgt, wird der Fahrer aber gerade bei schwierigen Fahrbedingungen zusätzlich in Anspruch genommen. Dies kann insbesondere dazu führen, daß der Nebenantriebsstrang vergleichsweise spät zu- bzw. abgeschaltet wird. Damit muß aber eine Einbuße an Komfort und Fahrsicherheit in Kauf genommen werden.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, bei Kraftfahrzeugen der eingangs angegebenen Art in konstruktiv besonders einfacher Weise eine Bedienungserleichterung zu schaffen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß am Betätigungs­ organ ein Stellmotoraggregat angeordnet ist, welches mittels einer Steuervorrichtung in Abhängigkeit vom Schlupf der Räder der permanent angetriebenen Achse automatisch betätigbar ist, indem die Steuervorrichtung eingangsseitig mit schlupfabhängig arbeitenden Sensoren verbunden ist.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, daß ein herkömmlicher, manuell zuschaltbarer Nebenantriebsstrang praktisch ohne konstruktive Abänderung mit einem automatisch arbeitenden Stellmotoraggregat für das Betätigungsorgan zum Ein- und Abschalten des Nebenantriebsstranges ausge­ rüstet werden kann. Darüber hinaus sind die eingangsseitig an die Steuervorrichtung anzuschließenden Sensoren oftmals bereits für andere Zwecke am Fahrzeug vorhanden, zumindest ist das Fahrzeug für die Ausrüstung mit derartigen Sensoren vorbereitet. Denn aufgrund der allgemein angestrebten Aus­ rüstung von Kraftfahrzeugen mit Antiblockiersystemen sind beispielsweise die Fahrzeugräder mit Sensoren für die Raddrehzahl versehen, deren Signale ohne weiteres zur Schlupferkennung verarbeitet werden können. Im übrigen sind moderne Fahrzeugmotoren oftmals mit elektronischen Steuersystemen ausgerüstet, deren Mikroprozessor ohne weiteres mit einer Kapazität angeordnet werden kann, die zur Übernahme der Funktion der Steuervorrichtung ausreicht.

In besonders bevorzugter Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß das jeweils nur zur Verstellung des Betätigungsorganes angesteuerte Stellmotoraggregat selbst­ hemmungsfrei ist. Damit bleibt grundsätzlich die Möglich­ keit erhalten, den Nebenantriebsstrang gegebenenfalls, etwa bei Ausfall der Steuervorrichtung, manuell ein- bzw. abzuschalten.

Dementsprechend wird das Betätigungsorgan bevorzugt durch eine Schalthebelwelle gebildet.

Dabei wird gleichzeitig der Vorteil erzielt, daß der gegebenenfalls an der Schalthebelwelle angeordnete Schalthebel neben der Möglichkeit einer manuellen Betätigung zwangsläufig auch eine Anzeige für die Ein- bzw. Abschaltung des Nebenantriebsstranges bietet.

Als Stellmotoraggregat kann in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ein pneumatisch oder hydraulisch beaufschlag­ bares, doppeltwirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat angeordnet sein, welches mittels eines von der Steuervorrichtung gesteuerten Steuerventilaggregates betätigbar ist, das nach Ansteuerung durch die Steuervorrichtung jeweils in eine Neutralstellung zurückkehrt, in der sämtliche Kammern des Kolben-Zylinder-Aggregates drucklos bzw. mit einem Fluidreservoir verbunden sind.

Im übrigen wird hinsichtlich bevorzugter Merkmale der Erfindung auf die Ansprüche sowie die nachfolgende Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnung verwiesen, in der besonders bevorzugte Ausführungsformen, teilweise schematisiert, dargestellt sind.

Dabei zeigt

Fig. 1 eine schaltplanartige Darstellung der Steuervorrichtung sowie des Stellmotor­ aggregates, welches durch ein hydraulisches Kolben-Zylinder-Aggregat sowie ein zugeordnetes Steuerventilaggregat gebildet wird,

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer hinsichtlich des Steuerventilaggregates abge­ wandelten Ausführungsform,

Fig. 3 eine Stirnansicht und

Fig. 4 einen Längsschnitt des Kolben-Zylinder-Aggregates.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug besitzt in grundsätzlich bekannter Weise ein hydraulisches Drucksystem mit einem hydraulisches Medium aufnehmenden Vorratsbehälter 1, welcher mit der Saugseite einer mittels Pumpenmotors 2 angetriebenen Pumpe 3 verbunden ist. Von der Pumpe 3 führt eine Druckleitung zu verschiedenen Verbrauchern, von denen das hydraulische Medium über eine Rücklaufleitung zur Saugseite der Pumpe 3 bzw. in den Vorratsbehälter 1 zurück­ strömt.

Ein derartiger Verbraucher wird in Fig. 1 durch ein mittels Steuerventilaggregates 4 betätigtes Kolben-Zylinder-Aggregat 5 gebildet, welches dazu dient, eine mit dem Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 verbundene Schalthebelwelle 9 in Achsrichtung zwischen zwei Endlagen zu verstellen, bei deren Erreichen jeweils ein Endschalter 6 bzw. 7 betätigt wird. Die Schalthebelwelle bildet das Betätigungsorgan zum Ein- bzw. Ausschalten eines Nebenantriebsstranges des Kraftfahrzeuges.

Das Steuerventilaggregat 4 wird im Beispiel der Fig. 1 durch ein 5/3 Wegeventil gebildet, d.h. durch ein Ventil mit fünf Anschlüssen und drei Schaltstellungen. Das Steuer­ organ des Steuerventilaggregates 4 wird durch einen Schieber gebildet, der mittels Federn in die in Fig. 1 dargestellte Neutralstellung gespannt wird, in der beide Kammern des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 miteinander sowie der Saug­ seite der Pumpe 3 und dem Vorratsbehälter 1 verbunden sind. Dementsprechend ist das Kolben-Zylinder-Aggregat in der Neutralstellung des Ventilaggregates 4 selbsthemmungsfrei. Mittels eines an der Schalthebelwelle 9 gegebenenfalls angeordneten Schalthebels (nicht dargestellt) kann also in Neutralstellung des Ventilaggregates 4 der Neben­ antriebsstrang gegebenenfalls manuell ein- bzw. abge­ schaltet werden. Dies ist insbesondere für den Fall vorgesehen, daß eine Steuervorrichtung 8, welche zur selbsttätigen Steuerung des Ventilaggregates 4 und damit zum selbsttätigen Ein- bzw. Abschalten des Nebenantriebs­ stranges dient, ausfallen sollte.

Bei korrekter Funktion schaltet die Steuervorrichtung 8 den Nebenantriebsstrang in Abhängigkeit vom Schlupf der Räder des Hauptantriebsstranges ein bzw. aus. Dazu werden Stellmagnete od.dgl. am Schieber des Ventilaggregates 4 kurzzeitig im Sinne einer Verstellung des Schiebers in Fig. 1 nach oben bzw. unten erregt. Wird der Schieber beispielsweise aus der dargestellten Neutralstellung nach oben verschoben, so wird die in Fig. 1 linke Kammer des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 mit der Druckseite der Pumpe 3 verbunden, während die andere Kammer mit der Pumpensaugseite kommuniziert. Dementsprechend wird der Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 zusammen mit der Schalthebelwelle 9 nach rechts gegen den Endschalter 7 geschoben. Der Schalter 7 gibt sodann ein Signal an die Steuervorrichtung 8, die daraufhin den Stellmagneten des Ventilaggregates 4 abschaltet, so daß das Ventilaggregat 4 in die in Fig. 1 dargestellte Neutralstellung zurückkehren kann. Wird der Schieber des Ventilaggregates 4 in ent­ sprechender Weise in Fig. 1 nach unten verstellt, so ver­ schieben sich der Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 und die Schalthebelwelle 9 in Fig. 1 nach links und betätigen den Endschalter 6, dessen Signal daraufhin bewirkt, daß die Steuervorrichtung 8 durch Abschalten des Stellmagnetes das Steuerventilaggregat 4 wiederum in die dargestellte Neutralstellung zurückkehren läßt.

Je nach der eingenommenen Endlage der Schalthebelwelle 9 ist der Nebenantriebsstrang ein- bzw. abgeschaltet.

Damit die Steuervorrichtung 8 erkennen kann, ob ein Fahrzustand mit übermäßigem Schlupf vorliegt, ist die Steuervorrichtung 8 eingangsseitig mit verschiedenen Sensoren verbunden. Die Schlupferkennung erfolgt in erster Linie entweder über die Ermittlung der Differenz­ drehzahl der Fahrzeugräder und/oder über die Ermittlung des Differenzmomentes der Antriebsräder unter Berück­ sichtigung der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkrad­ einschlages. Dementsprechend besitzt das Fahrzeug Drehzahl­ geber für die Räder und/oder Sensoren, deren Ausgangssignale das an die Antriebsräder übertragene Moment, die Fahrgeschwin­ digkeit bzw. den Lenkwinkel wiedergeben.

Zusätzlich kann auch die Fahrzeugbeladung berücksichtigt werden. Dies ist insbesondere dann leicht möglich, wenn das Fahrzeug eine pneumatische oder hydropneumatische Federung aufweist. In diesem Falle kann der Beladungszustand mittels Drucksensoren bestimmt werden, die auf den Pneumatik- bzw. Hydraulikdruck des Federungssystemes ansprechen.

Des weiteren kann die Steuervorrichtung 8 eingangsseitig mit Sensoren bzw. Signalgebern verbunden sein, deren Signale anzeigen, ob die Zündung des Motors eingeschaltet ist bzw. ob oder wie schnell der Motor läuft und/oder ob die Fahr­ zeugbremse betätigt wird bzw. ein Antiblockiersystem ange­ sprochen hat. Bei ausgeschaltetem bzw. stehendem Motor sowie bei Betätigung der Fahrzeugbremse bzw. beim Ansprechen des Antiblockiersystems wird der Nebenantriebsstrang abge­ schaltet, unabhängig davon, wie groß der von der Steuer­ vorrichtung 8 festgestellte Schlupf der Fahrzeugräder ist.

Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Steuervorrichtung 8 bei Ansteuerung des Ventilaggregates 4, d.h. beim Ein- bzw. Abschalten des Nebenantriebsstranges, auch in die Motor- bzw. Antriebssteuerung eingreift. Beispielsweise kann die Leistung des Motors durch Verstellung der Drosselklappe oder Zündung zurückgenommen werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine zwischen Motor und den Antriebssträngen angeordnete Kupplung kurzzeitig geöffnet werden. Aufgrund dieser Maß­ nahmen wird vor allem vor dem Einschalten des Nebenantriebs­ stranges ein hinreichender Gleichlauf aller Fahrzeugräder erreicht, z.B. auch bei durchdrehenden Antriebsrädern und stehenden Nebenantriebsrädern, so daß das Einschalten des Nebenantriebsstranges weitestgehend druckfrei und dementsprechend mit hohem Komfort erfolgt. Bei Synchronisation der Antriebsachsen braucht kein vollständiger Gleich­ lauf erzeugt zu werden.

Aus Gründen des Komforts ist zusätzlich vorgesehen, daß das Abschalten des Nebenantriebsstranges jeweils mit einer gewissen Verzögerung erfolgt, nachdem die Steuervorrichtung 8 einen weitestgehend schlupffreien Fahr­ zustand festgestellt hat.

Gegebenenfalls kann die Steuervorrichtung 8 auch dazu dienen, die Kupplung zwischen Motor und Antriebssträngen beim Anfah­ ren zu steuern.

Durch die selbsttätige Ein- und Abschaltung des Nebenantriebs­ stranges kann gewährleistet werden, daß sich das Antriebs­ system des Fahrzeuges in optimaler Weise den jeweiligen Bedingungen anpaßt, indem der Antrieb des Fahrzeuges bei guten Fahrbedingungen lediglich über den Hauptantriebsstrang und bei schlechten Fahrbedingungen über Haupt- und Neben­ antriebsstrang, d.h. in der Regel mit Allradantrieb, erfolgt. Dadurch werden Fahrverhalten, Bergsteigfähigkeit, Zugkraft und allgemeines Sicherheitsgefühl ganz wesentlich verbessert. Da der Allradantrieb nur dann eingeschaltet ist, wenn er von der Fahrsituation her erforderlich ist, kann gegenüber einem Fahrzeug mit permanentem Allradantrieb Treibstoff gespart werden, darüber hinaus werden in der Regel auch Komfort und Handhabung verbessert.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sich von derjenigen nach Fig. 1 lediglich durch ein anderes Ventil­ aggregat, welches nach Fig. 2 durch zwei 3/2 Wegeventile 4′ und 4′′ gebildet wird, die jeweils in ihre dargestellte Neutrallage vorgespannt sind, so daß die linke Kammer des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 über das Ventil 4′′ und die rechte Kammer des Kolben-Zylinder-Aggregates 5 über das Ventil 4′ miteinander sowie mit der Saugseite der Pumpe 3 bzw. mit dem Vorratsbehälter 1 kommunizieren. Wenn der Kolben des Kolben-Zylinder-Aggregates mit der Schalthebel­ welle 9 in Fig. 2 nach links gegen den Endschalter 6 ver­ schoben werden soll, steuert die Steuervorrichtung 8 das Ventil 4′ an, wobei dessen Schieber in Fig. 2 nach oben verlagert wird. Damit wird die rechte Kammer des Kolben- Zylinder-Aggregates 5 mit der Druckseite der Pumpe 3 ver­ bunden. In entsprechend umgekehrter Weise verschieben sich der Kolben und die Schalthebelwelle 9, wenn das Ventil 4′′ angesteuert wird.

Vorangehend wurde angenommen, daß das Kolben-Zylinder- Aggregat 5 mit hydraulischem Druckmedium arbeitet. Statt­ dessen ist es auch möglich, ein pneumatisches Druckmedium zu verwenden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das Fahrzeug mit einer pneumatischen oder auch hydropneuma­ tischen Federung ausgerüstet ist und ohnehin ein pneumati­ sches Drucksystem zur Verfügung steht.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Einzelheiten des Kolben-Zylinder- Aggregates 5. Die Schalthebelwelle 9 besitzt ein stufen­ förmig verjüngtes Ende, welches als Kolbenstange in den Zylinder 11 hineinragt und den Kolben 10 trägt. Zur Halte­ rung des Kolbens 10 dient eine Schraube, die in eine Gewindesackbohrung am freien Ende der Schalthebelwelle 9 eingelassen ist, derart, daß der Kolben 10 zwischen einer Stufe der Schalthebelwelle 9 und einer vom Schraubenkopf gehalterten Ringscheibe form- und kraftschlüssig fest­ gehalten ist. Der Innenraum des Zylinders 11 besitzt an seinen Stirnenden angeordnete Ringstufen, derart, daß jeweils ein im Durchmesser verminderter Teilraum gebildet wird. In den Endlagen des Kolbens 10 werden diese Teil­ räume durch die Kolbenstirnseite bzw. einen stirnseitigen Kragen am Kolben 10 vom übrigen Innenraum des Zylinders 11 abgeschlossen. Dadurch wird die Bewegung des Kolbens 10 beim Erreichen einer Endlage abgebremst. Darüber hinaus wird der Kolben 10 beim Verlassen einer Endlage relativ sanft beschleunigt, weil zunächst nur jeweils ein Teil der Kolbenstirnseite vom Druck des hydraulischen bzw. pneumatischen Mediums beaufschlagt werden kann. Wenn beispielsweise in Fig. 4 über den linken Anschluß 12 Druckmedium in den Zylinder 11 geleitet wird, so kann zunächst nur ein äußerer Ringbereich der Kolbenstirnseite außerhalb des die Schraube umschließenden kolbenseitigen Kragens vom vollen Druck beaufschlagt werden.

Claims (9)

1. Kraftfahrzeug mit - zumindest - einer über einen Hauptantriebsstrang permanent angetriebenen Achse sowie einer antriebsmäßig zuschaltbaren Achse, die in einem Nebenantriebsstrang angeordnet ist, welcher mittels eines zwischen zwei Lagen verstell­ baren Betätigungsorganes ein- bzw. ausschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß am Betätigungsorgan (9) ein Stellmotoraggregat (4, 5) angeordnet ist, welches mittels einer Steuervorrichtung (8) in Abhängigkeit vom Schlupf der Räder der permanent angetriebenen Achse automatisch betätigbar ist, indem die Steuervorrichtung (8) eingangsseitig mit schlupf­ abhängig arbeitenden Sensoren verbunden ist.

2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das jeweils nur zur Verstellung des Betätigungsorganes (9) angesteuerte Stellmotor­ aggregat (4, 5) selbsthemmungsfrei ist.

3. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (9) auch manuell betätigbar ist.

4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Betätigungsorgan eine Schalthebelwelle (9) angeordnet ist.

5. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmotoraggregat (4, 5) ein pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbares, doppeltwirkendes Kolben-Zylinder-Aggregat (5) angeordnet ist, welches mittels eines von der Steuervorrichtung (8) gesteuerten Steuerventilaggregates (4 bzw. 4′, 4′′) betätigbar ist, das nach Ansteuerung durch die Steuervorrichtung (8) jeweils in eine Neutral­ stellung zurückkehrt, in der sämtliche Kammern des Kolben-Zylinder-Aggregates (5) drucklos bzw. mit einem Fluid-Reservoir (1) verbunden sind.

6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (8) bei Verstellung des Betätigungs­ organes (9) die vom Fahrzeugmotor auf die Antriebs­ stränge übertragene Leistung zurücksteuert, indem eine Motorsteuerung bzw. eine zwischen dem Motor und den Antriebssträngen angeordnete Kupplung mittels der Steuervorrichtung (8) ausgangsseitig nachgeschal­ teter Stellvorrichtungen im Sinne einer Leistungs­ verminderung angesteuert bzw. geöffnet werden.

7. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsorgan (9) einer Klauenkupplung od.dgl. zwischen dem Haupt- und dem Nebenantriebsstrang zugeordnet ist.

8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (8) eingangsseitig mit Sensoren für die Erkennung der Stellung des Betätigungsorganes, der eingeschalteten Zündung des Motors, der Motor­ drehzahl, der Betätigung der Fahrzeugbremse bzw. des Ansprechens einer Antiblockiervorrichtung, der Raddrehzahl, der Fahrgeschwindigkeit, des Lenkradeinschlages und/oder der Fahrzeugbeladung verbunden ist.

9. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmotoraggregat ein Stellmotor, Elektromagnete oder elektropneumatische Stellgliederoder elektro­ hydraulische Stellglieder angeordnet sind.