DE102010033558A1

DE102010033558A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Stabilisierung eines Anhängers

Info

Publication number: DE102010033558A1
Application number: DE201010033558
Authority: DE
Inventors: Frank Fickel; Dr.-Ing. Freimann Rüdiger; Peter Gerloff
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2012-02-09

Abstract

Beim Betrieb von Kraftfahrzeugen mit Anhänger kann es durch Seitenwind, schlechte Fahrbahn- bzw. Straßenverhältnisse, überhöhte Geschwindigkeit, gebremste Kurvenfahrten, fehlerhafte Beladung, technische Mängel oder ähnliche Beeinflussungen zum Schlingern oder Aufschaukeln des Anhängers führen. Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen es ermöglicht wird, die Fahrstabilität des Anhängers und somit des gesamten Fahrzeuggespanns sicherzustellen. Erfindungsgemäß wird für Fahrzeuganhänger ein Stabilisierungssystem und ein Verfahren zum Betrieb bereitgestellt, bei dem eine elektrische Maschine vorgesehen ist. Im Fall einer detektierten Schlinger- oder Pendelbewegung wird ein gesteuertes Bremsmanöver am Anhänger eines Gespanns eingeleitet. Das dafür erforderliche Bremsmoment wird durch einen aktiven Kurzschluss in der Ankerwicklung einer an die Räder des Fahrzeuganhängers angekoppelten Synchronmaschine erzeugt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines durch ein Kraftfahrzeug gezogenen Fahrzeuganhängers nach den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 5.
Beim Betrieb von Kraftfahrzeugen mit Anhänger kann durch Seitenwind, schlechte Fahrbahn- bzw. Straßenverhältnisse, überhöhte Geschwindigkeit, fehlerhafte Beladung, technische Mängel oder ähnliche Beeinflussungen ein Schlingern oder Aufschaukeln des Anhängers erzeugt werden. Kommt es bei einem Fahrzeuggespann zum Schlingern oder Pendeln, so regt der Anhänger über die Anhängerkupplung auch das Zugfahrzeug zum Schlingern an, so dass das gesamte Fahrzeuggespann eine schlingernde Bewegung ausführt. Das Schlingern ist dabei als periodische Querbeschleunigung und/oder periodische Gierbeschleunigung des Anhängers oder des gesamten Fahrzeuggespanns zu verstehen. Im ungünstigsten Fall destabilisiert sich das Fahrverhalten und der Fahrer verliert die Kontrolle über sein Fahrzeug.
Ein weiterer kritischer Betriebspunkt im Anhängerbetrieb ist das Bremsen in der Kurve. Hier kann es bei ungünstigen Beladungs- und Straßenverhältnissen dazu kommen, dass das Heck des Zugfahrzeuges von der zu verzögernden Anhängermasse zum Kurvenäußeren geschoben wird. Dies kann besonders bei ungebremsten oder nur auflaufgebremsten Anhängern der Fall sein.
Die Patentanmeldung DE 25 22 878 A1 beschreibt eine Bremssteueranlage, welche die Radbremsen in Abhängigkeit der Unterschiede zwischen den Radgeschwindigkeiten reguliert. Diese Antirutsch- und Antischaukelanlage soll das auf mindestens ein Rad angelegte Bremsmoment steuern und regulieren. Die Regelung der Bremskräfte folgt einer Funktion der Geschwindigkeitsdifferenz eines oder mehrerer Räderpaare, bei der eine Proportionalität zum Ausmaß des Rutschens der Räder eingehalten wird. Dadurch soll eine glatte und wirksame Schleuder- und Schlingerkorrektur gegenüber einer intermittierenden Bremsweise erreicht werden.
Die Patentanmeldung DE 102 15 617 A1 beschreibt eine Bremsanlage, bei der die Stabilisierung eines Anhängers über eine Bremsbetätigungseinrichtung erfolgen soll, bei der ein Bremsseil auf eine Radbremse wirkt. Das Bremsseil wird dabei über einen Elektromotor betätigt. In Abhängigkeit der durch Querbeschleunigungssensoren erfassten Instabilität des Anhängers wird die Bremsanlage über eine Fahrdynamikregelung entsprechend angesteuert, um eine Stabilisierung des Anhängers zu bewirken.
Das Patent EP 1 107 894 B1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erkennung einer Pendelbewegung. Die Vorrichtung ist dafür mit Sensoren ausgestattet, die es ermöglichen, die Fahrzeuggeschwindigkeit und eine Querdynamikgröße zu ermitteln. Werden Schwellenwerte für Querdynamik und Geschwindigkeit überschritten, liegt eine Pendelbewegung des Fahrzeuges vor.
In der Patentanmeldung DE 10 2004 004 151 A1 wird ein Verfahren zur Stabilisierung eines aus einem Zugfahrzeug und einem Anhänger bestehenden Gespann beschrieben. Dazu wird eine Sensorik verwendet, welche die Radkräfte oder die Reifenkräfte ermittelt. Die resultierenden Querkräfte sowie deren periodische Anteile und Phasenlagen sind ein Maß dafür, ob eine Schlingerbewegung des Anhängers vorliegt. Wenn eine Schlingerbewegung detektiert wurde, wird ein Brems- und/oder Lenkeingriff durchgeführt.
Die DE 10 2007 024 108 A1 offenbart eine hydraulische Anhängerbremsanlage zur Fahrstabilisierung. Die Anlage verfügt über Radbremsen, die rad- oder achsindividuell ansteuerbar sind. Die hydraulische Anhängerbremsanlage basiert auf einem modifizierten ESP-System, mit vorzugsweise zwei Bremskreisen.
Eine Anhänger-Taumelsteuerung mit Anhänger-Bremseingriff wird in der DE 10 2007 054 081 A1 beschrieben. Für ein Steuersystem werden ein Fahrzeuggeschwindigkeitssignal und ein Taumelsignal erfasst. Der Taumelerfassungssensor erzeugt ein Schwingungssignal, welches die Taumelbewegung charakterisiert. Ein Stabilitätssteuersystem betätigt mindestens eine Fahrzeug- und die Anhängerbremse auf Basis des Schwingungssignals.
In der Patentschrift DE 601 14 140 T2 wird ein System zum Bremsen eines Anhängers beschrieben, das über eine elektrische Maschine verfügt. Die Maschine ist mit der Achse des Anhängers verbunden. Um den Anhänger zu bremsen, wird mittels der elektrischen Maschine ein Bremsmoment erzeugt. Die Maschine arbeitet deshalb im Generatormodus und erzeugt dementsprechend ein Regenerativbremsmoment auf die Achseneinheit. Die dabei erzeugte elektrische Energie wird in einer Batterie gespeichert. Basierend auf dem System zum Bremsen eines Anhängers wird ein Verfahren zum Bremsen eines Anhängers beschrieben, bei dem eine Giergeschwindigkeit des Anhängers überwacht wird, um in Abhängigkeit davon ein Regenerativbremsmoment selektiv an die Achseinheit anzulegen.
Eine in der Patentschrift EP 1 683 262 B1 beschriebene Synchronmaschine verfügt über eine kurzschließbare Ankerwicklung, um den Motor im Fall von Überbelastungen, Netzspannungsausfall, Zwischenkreisüberspannung oder dem Verlust des für Synchronmaschinen erforderlichen Positionssignals zu stoppen. Durch den Notstop wird eine aktive Bremsung des Rotors der Elektromaschine realisiert. Hierfür wird die Ankerwicklung kurzgeschlossen was zu einer Kurzschlussbremsung führt. Gegebenenfalls können Bremswiderstände zwischengeschaltet werden. Durch eine Pulsweitenmodulation der Kurzschlussdauer kann der Kurzschlussstrom so vorgegeben werden, dass ein gewünschtes Bremsmoment erzeugt werden kann.
Dementsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es ermöglicht wird, die Fahrstabilität eines Anhängers und somit des gesamten Fahrzeuggespanns sicherzustellen, um stets ein stabiles Fahrverhalten beizubehalten. Die Lösung der Aufgabe soll dabei durch einen geringen zusätzlichen Aufwand an Sensorik und Steuerung auskommen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Stabilisierungssystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 5 gelöst. In dem Verfahren wird zum Kompensieren der Schlingerbewegung des Anhängers oder des gesamten Fahrzeuggespanns ein definiertes Bremsmanöver am Anhänger eingeleitet. Es handelt sich dabei nicht um eine vollständige Blockierung der Räder des Anhängers. Vielmehr wird ein definiertes Bremsmoment auf die Räder des Anhängers gebracht. Der Anhänger wird somit gegenüber dem Zugfahrzeug verzögert, so dass eine Kraft am Anhänger der Bewegung des Zugfahrzeugs entgegenwirkt. Dieses Bremsmanöver und die daraus resultierende Kraft soll das Fahrzeuggespann strecken und somit das Schlingern des Anhängers unterbinden.
Bei einer radunabhängigen Anwendung kann das Stabilisierungssystem zusätzlich auch im beschriebenen Fall des Bremsens in der Kurve gespannstabilisierend eingreifen. Dabei kann über die Räder des Anhängers ein kurveneindrehendes Moment (Bremsen des kurveninneren und ggf. auch Antreiben des kurvenäußeren Rades) aufgebracht werden. Unter zusätzlicher Ausnutzung des Traktionspotentials der Anhängerräder kann damit die Stabilisierung des Zugfahrzeuges bzw. des Gesamtgespanns auch hier deutlich unterstützt werden.
Das Verfahren eignet sich für Fahrzeuganhänger, bei denen eine elektrische Maschine vorgesehen ist, um zum Beispiel eine Anfahrunterstützung darzustellen. Erfindungsgemäß wird ein System und ein Verfahren bereitgestellt, um im Fall einer detektierten Schlinger- oder Pendelbewegung ein Bremsmanöver am Anhänger eines Gespanns einzuleiten. Das dafür erforderliche Bremsmoment wird durch einen aktiven Kurzschluss in der Ankerwicklung erzeugt. Dieser erfolgt vorzugsweise über einen Leistungsschalter zum Kurzschluss der Ankerwicklungen.
Der aktive Kurzschluss erzeugt dabei das für die Beseitigung der Fahrinstabilität notwendige Bremsmoment, um den Zug zu strecken, wobei gleichzeitig erfindungsgemäß vorteilhaft die Batterieversorgung abgetrennt wird. Dies erweist sich als positiver Effekt, da für den Fall, dass sich das Gespann durch den Bremseingriff nicht stabilisieren lässt, bereits eine Precrash-Maßnahme zur Sicherung des Gespanns vor durch den Crash erzeugten unkontrollierten Spannungsüberschlägen aus der Hochvoltbatterie in das Gespann erfolgt.
Das Detektieren eines „knickenden” Zuges in einer gebremsten Kurvenfahrt kann z. B. durch einen Beobachter erfolgen, welcher die berechnete Bahnkurve des Zugfahrzeuges in Verhältnis zum ermittelten Zugwinkel an der Anhängevorrichtung und der Geometrie des Anhängers setzt.
Eine weiterführende Ausgestaltung der Bremsanlage beinhaltet eine Steuerung des Kurzschlussstromes einerseits über einen variablen Widerstand oder andererseits über eine Pulsweitenmodulation der Kurzschlussdauer. Dadurch lässt sich das Bremsmoment steuern. Unter Verwendung mehrerer Synchronmaschinen lässt sich ein Bremsmoment variabel an den mehreren Rädern des Anhängers entsprechend der Schlinger- oder Pendelbewegung erzeugen.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass sowohl die Schlinger- oder Pendelbewegung als auch kritische Fahrzustände beim Bremsen in der Kurve durch einen Eingriff kompensiert werden können, indem entsprechend der instabilen Bewegung ein oder mehrere Räder gebremst oder auch angetrieben werden können. Dafür wirkt die Synchronmaschine als Antriebsmotor für das entsprechende Rad.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist in der verschleißfreien Bremsung zu sehen. Dadurch kann der Verschleiß der Bremsen zur Fahrstabilisierung eines Fahrzeuganhängers gegenüber herkömmlichen Reibbremsen, die für die im Stand der Technik bekannten Stabilisierungsmaßnahmen verwendet werden, auf null reduziert werden. Das System zur Fahrstabilisierung eines Anhängers kann somit als verschleißfrei und wartungsfrei angesehen werden.
Von einer regenerativen Bremsung, wie im Stand der Technik bekannt, wird abgesehen, um in jeder Situation eine Bremsung über die Synchronmaschine zu ermöglichen. Dadurch ist die Gefahr der Überladung einer Batterie, welche bereits voll geladen ist, gebannt.
Weiterhin ist durch die Möglichkeit, einen aktiven Kurzschluss in der Synchronmaschine zu erzeugen, ein weiterer Sicherheitsmechanismus für den Fahrzeuganhänger vorhanden. Zum Beispiel kann im Falle einer Trennung des Fahrzeuganhängers vom Zugfahrzeug ein elektrischer Kurzschluss in der Ankerwicklung hergestellt und der Anhänger automatisch gebremst werden.
Ausführungsbeispiel
Beispielhaft wird hier eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. In den dazugehörigen Figuren zeigen:
1: die schematische Darstellung eines Fahrzeuganhängers,
2: die schematische Darstellung eines Fahrzeuggespanns im instabilen Zustand,
3: die schematische Darstellung einer Synchronmaschine mit kurzgeschlossener Ankerwicklung.
In der schematischen Darstellung des Fahrzeuganhängers, 1, ist ein Stabilitätssystem 1 mit den dazugehörigen Komponenten dargestellt. Die Komponenten des Stabilitätssystems 1 umfassen eine oder mehrere Synchronmaschinen 2, ein Steuergerät 3, Beschleunigungssensoren 4 und eine Leistungselektronik 5 sowie eine Spannungsversorgung 6.
Im Falle einer durch die Sensoren 4 und das Steuergerät 3 detektierten Schlinger- oder Pendelbewegung 7, 2, wird ein gezielter Brems- oder Antriebseingriff 8 berechnet und über die Leistungselektronik 5 ausgeführt.
Die in 3 dargestellte Synchronmaschine 2 weist eine durch eine Verbindung 9 kurzgeschlossene Statorwicklung auf. Dadurch wird ein Kurzschlussstrom 10 erzeugt, der durch den Bremswiderstand 11 begrenzt wird. Ein Bremsmoment wird erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 2522878 A1 [0004]
DE 10215617 A1 [0005]
EP 1107894 B1 [0006]
DE 102004004151 A1 [0007]
DE 102007024108 A1 [0008]
DE 102007054081 A1 [0009]
DE 60114140 T2 [0010]
EP 1683262 B1 [0011]

Claims

Verfahren zum Betreiben des Stabilisierungssystems für Fahrzeuganhänger, dadurch gekennzeichnet, dass im Fall einer instabilen Fahrbewegung von Zugfahrzeug und/oder Fahrzeuganhänger, insbesondere einer Schlinger- oder Pendelbewegung, ein gezielter Bremseingriff durch den Kurzschluss der Ankerwicklung einer Synchronmaschine erfolgt.
Verfahren zum Betreiben des Stabilisierungssystems für Fahrzeuganhänger nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren und Analysieren der Schlinger- oder Pendelbewegung ein Beschleunigungs- und/oder ein Drehzahlsignal der Räder vom Zugfahrzeug und/oder Fahrzeuganhänger in einem Steuergerät ausgewertet wird.
Verfahren zum Betreiben des Stabilisierungssystems für Fahrzeuganhänger nach Patentanspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Detektieren und Analysieren der Schlinger- oder Pendelbewegung ein Knickwinkelsignal oder Knickwinkelverhältnis zwischen Zugfahrzeug und Fahrzeuganhänger in einem Steuergerät ausgewertet wird.
Verfahren zum Betreiben des Stabilisierungssystems für Fahrzeuganhänger nach Patentanspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der vorliegenden Schlinger- oder Pendelbewegung ein Bremsmanöver eingeleitet wird, indem der Kurzschlussstrom geregelt wird.
Stabilisierungssystem für Fahrzeuganhänger mit mindestens einer Synchronmaschine, die mit wenigstens einem Rad eines Fahrzeuganhängers gekoppelt ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die geeignet sind, eine Fahrinstabilität von Zugfahrzeug und/oder Fahrzeuganhänger zu erkennen, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die einen Kurzschluss der Ankerwicklung der Synchronmaschine im Fall einer Fahrinstabilität zulassen, so dass ein Bremsmoment an mindestens einem Rad des Fahrzeuganhängers bei erkannter Fahrinstabilität von Zugfahrzeug und/oder Fahrzeuganhänger erzeugbar ist, wobei die Mittel zum Erkennen der Fahrinstabilität mit den Mitteln zum Erzeugen des Kurzschlusses der Ankerwicklung mittel- oder unmittelbar verbunden sind, so dass ein Signal erkannter Fahrinstabilität zum Erzeugen des aktiven Kurzschlusses dem Mittel zum Erzeugen des Kurzschlusses anlegbar ist.
Stabilisierungssystem für Fahrzeuganhänger nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Kurzschluss der Ankerwicklung ein oder mehrere nahe der Ankerwicklung der Synchronmaschine angeordnete/r Leistungsschalter ist/sind, welche die Ankerwicklungen kurzschließen.
Stabilisierungssystem für Fahrzeuganhänger nach Patentanspruch 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Beschleunigungssensoren und/oder Radsensoren zum Detektieren der Schlinger- oder Pendelbewegung vorgesehen sind.
Stabilisierungssystem für Fahrzeuganhänger nach Patentanspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren zum Detektieren eines Knickwinkels zwischen Zugfahrzeug und Fahrzeuganhänger vorgesehen sind.
Stabilisierungssystem für Fahrzeuganhänger nach Patentanspruch 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistungselektronik zur Pulsweitenmodellierung der Kurzschlussdauer vorgesehen ist, um das Bremsmoment zu steuern.
Stabilisierungssystem für Fahrzeuganhänger nach Patentanspruch 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere variable Widerstände vorgesehen sind, um das Bremsmoment zu steuern.