DE102010042268A1

DE102010042268A1 - Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers

Info

Publication number: DE102010042268A1
Application number: DE102010042268A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kaltenbach Johannes; Uwe Griesmeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2012-04-12

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers (2) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei der Anhänger (2) gelenkig an einen Kupplungspunkt (3) des Kraftfahrzeugs für den Anhänger angekuppelt ist, und wobei der Anhänger über einzeln angetriebene Räder (6, 7) verfügt, nämlich ein zu einer ersten Seite einer Längsachse (5) des Anhängers (2) positioniertes erstes angetriebenes Rad (6) und ein zu einer zweiten Seite der Längsachse (5) des Anhängers (2) positioniertes zweites angetriebenes Rad (7), wobei an den einzeln angetriebenen Rädern (6, 7) des Anhängers (2) Antriebsmomente für die angetriebenen Räder so gewählt werden, dass eine Antriebskraft des Anhängers in Richtung der Längsachse (4) des Kraftfahrzeugs (1) wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 35 35 225 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers eines als Zugfahrzeug dienenden Kraftfahrzeugs bekannt, wobei der Anhänger gelenkig an einem Kupplungspunkt des Kraftfahrzeugs für den Anhänger angekoppelt ist. Nach diesem Stand der Technik verfügt der Anhänger über einen hydraulischen Fahrantrieb aus einer Verstellpumpe und einem Motor, wobei der Fahrantrieb beide angetriebenen Räder des Anhängers gemeinsam und gleichartig antreibt und in Abhängigkeit eines Knickwinkels zwischen der Längsachse des Kraftfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers betrieben wird.
Bei dem aus diesem Stand der Technik bekannten Verfahren kann sich an den Räder des angetriebenen Anhängers ein hoher Verschleiß ausbilden.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß werden an einzeln angetriebenen Rädern des Anhängers Antriebsmomente für die angetriebenen Räder so gewählt, dass eine Antriebskraft des Anhängers in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs wirkt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erstmals vorgeschlagen, an einzeln angetriebenen Rädern eines angetriebenen Anhängers Antriebsmomente für die angetriebenen Räder so zu wählen, dass eine resultierende Antriebskraft des Anhängers in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs wirkt.
Hiermit können an den angetriebenen Rädern des angetriebenen Anhängers Querkräfte vermieden werden, wodurch der Verschleiß an den Rädern reduziert werden kann.
Da der Anhänger nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bei jedem Knickwinkel zwischen der Längsachse des Kraftfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers eine in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs wirkende Antriebskraft bereitstellen kann, kann das Kraftfahrzeug ohne eigenen Antrieb auskommen und ausschließlich vom Anhänger aus angetrieben werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass der Anhänger das Kraftfahrzeug, welches insbesondere als Zugfahrzeug dient, in seinem Fahrverhalten nicht destabilisiert.
Vorzugsweise werden aus einem Kräftegleichgewicht und einem Momentengleichgewicht diejenigen Radkräfte für die angetriebenen Räder ermittelt, bei deren Anliegen die Antriebskraft des Anhängers in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs wirkt, wobei aus diesen Radkräften die Antriebsmomente für die angetriebenen Räder ermittelt werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematisierte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem angetriebenen Anhänger zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers eines Kraftfahrzeugs;
2 eine Ersatzschema des angetriebenen Anhängers.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers, der an ein Kraftfahrzeug angekoppelt ist. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 zusammen mit einem Anhänger 2, wobei der Anhänger 2 an einem Kupplungspunkt 3 des Kraftfahrzeugs 1 gelenkig angekoppelt ist. In 1 schließen eine Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 sowie eine Längsachse 5 des angetriebenen Anhängers 2 einen sogenannten Knickwinkel α ein.
Der angetriebene Anhänger 2 verfügt über einzeln bzw. individuell angetriebene Räder 6 und 7, nämlich über einen zu einer ersten Seite der Längsachse 5 des Anhängers 2 positioniertes, erstes angetriebenes Rad 6 und ein zu einer zweiten Seite der Längsachse 5 des Anhängers 2 positioniertes, zweites angetriebenes Rad 7. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei diesen Rädern 6 und 7 um einzeln bzw. individuell angetriebene Räder, den Rädern 6 und 7 sind demnach separate bzw. eigene Antriebe 8 und 9 zugeordnet, über welche an den Rädern 6 und 7 jeweils ein individuelles Antriebsmoment bereit gestellt werden kann.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Antriebe 8 und 9 der Räder 6 und 7 als elektrische Maschinen ausgeführt. In diesem Fall ist dann vorzugsweise dem Anhänger 2 ein elektrischer Energiespeicher 10 zugeordnet, in welchem die elektrische Energie zum Betreiben der elektrischen Maschinen 8 und 9 gespeichert ist. Eine Steuerungseinrichtung 11 steuert die elektrischen Maschinen 8 und 9 an, um an denselben ein definiertes Antriebsmoment bereit zu stellen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Antriebe 8 und 9 auch als hydraulische Antriebe oder sonstige Antriebe ausgeführt sein können. Die Ausgestaltung der Antriebe 8 und 9 als elektrische Maschinen ist jedoch bevorzugt. Von Bedeutung ist, dass die Räder 6 und 7 des Anhängers 2, die zu unterschiedlichen Seiten der Längsachse 5 des Anhängers 2 positioniert sind, einzeln und damit individuell antreibbar sind.
Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, an den einzeln angetriebenen Rädern 6 und 7 des Anhängers 2 Antriebsmomente für die Räder 6 und 7 so zu wählen, dass eine Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirkt.
In diesem Fall wirken auf die angetriebenen Räder 6 und 7 des Anhängers 2 in Folge des Antriebs derselben keine Querkräfte, sodass ein Verschleiß der Räder 6 und 7 minimiert werden kann. Ferner wird hierdurch der Wirkungsgrad des angetriebenen Anhängers 2 gesteigert. Da der Anhänger 2 bei jedem Knickwinkel α eine Antriebskraft F_ANTRIEB bereitstellen kann, die in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirkt, kann das Kraftfahrzeug 1 auch ohne eigenen Antrieb auskommen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Anhänger 2 das Kraftfahrzeug 1 in seinem Fahrverhalten nicht beeinträchtigt, insbesondere nicht destabilisiert.
Wie ausgeführt, werden die Antriebe 8 und 9 der einzeln angetriebenen Räder 6 und 7 des Anhängers 2 derart angesteuert, dass die von den Antrieben 8 und 9 an den Rädern 6 und 7 bereitgestellten Antriebsmomente so gewählt werden, dass die Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 stets in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirkt.
Hierzu werden aus einem Kräftegleichgewicht und einem Momentengleichgewicht des Anhängers 2 diejenigen Radkräfte für die angetriebenen Räder 6 und 7 des Anhängers 2 ermittelt, bei deren Anliegen die resultierende Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirkt, wobei aus diesen Radkräften die Antriebsmomente für die angetriebenen Räder 6 und 7 und damit die Antriebsmomente für die Antriebe 8 und 9 ermittelt werden. Hierauf wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 in größerem Detail eingegangen.
So zeigt 2 ein Ersatzschema des Anhängers 2, wobei vom Anhänger 2 die angetriebenen Räder 6 und 7 sowie der Kupplungspunkt 3 des Anhängers 2 zur gelenkigen Kupplung desselben an das Kraftfahrzeug 1 gezeigt sind. Ferner zeigt 2 einen Drehpunkt 12 des Anhängers 2.
Unter dem Drehpunkt 12 des Anhängers 2 derjenige Punkt des Anhängers 2 zu verstehen ist, um welchen sich der Anhänger 2 dann dreht, wenn an den Rädern 6 und 7 vom Betrag gleichgroße, in entgegen gesetzte Richtung wirkende Radkräfte anliegen.
In 2 ist die Radkraft des Rads 6 mit F_R und die Radkraft des Rads 7 mit F_L visualisiert. Die in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirkende Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 verfügt über zwei Komponenten, nämlich über eine in Richtung der Längsachse 5 des Anhängers 2 wirkende Komponente F_X und eine quer bzw. senkrecht zur Längsachse 5 des Anhängers 2 wirkende Komponente F_Y.
Das Kräftegleichgewicht, auf Basis dessen die Radkräfte F_R und F_L für die Räder 6 und 7 und damit die Antriebsmomente M_R und M_L für dieselben ermittelt werden, basiert auf folgender Gleichung: F_X + F_R + F_L = 0 wobei F_X die in Richtung der Längsachse des Anhängers wirkende Komponente der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 ist, wobei F_L die Radkraft des angetriebenen Rads 7 und F_R die Radkraft des angetriebenen Rads 6 ist.
Das Momentengleichgewicht, auf Basis dessen die Radkräfte F_R und F_L und damit Antriebsmomente M_R und M_L für die angetriebenen Räder 6 und 7 des Anhängers 2 bestimmt wird, basiert auf folgender Gleichung: F_Y × b + F_R × d – F_L × d = 0 wobei F_Y die quer bzw. senkrecht zur Längsachse 5 des Anhängers 2 wirkende Komponente der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 ist, wobei F_L die Radkraft des angetriebenen Rads 7 und F_R die Radkraft des angetriebenen Rads 6 ist, wobei d der Abstand der Räder 6, 7 zur Längsachse 5 des Anhängers 2 ist, und wobei b der Abstand des Kupplungspunkts 3 des Anhängers 2 zum Drehpunkt 12 des Anhängers 2 ist.
Das obige Momentengleichgewicht ist dabei auf den Drehpunkt 12 des Anhängers 2 bezogen.
Die im Kräftegleichgewicht sowie im Momentengleichgewicht verwendeten Komponenten F_X und F_Y der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 sind vom Knickwinkel α zwischen der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 und der Längsachse 5 des Anhängers 2 abhängig, wobei sich diese Komponenten F_X und F_Y der Antriebskraft F_ANTRIEB aus folgenden Gleichungen ergeben: F_X = F_ANTRIEB × cos(α) F_Y = F_ANTRIEB × sin(α) wobei α der Knickwinkel zwischen der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 und der Längsachse 5 des Anhängers 2 ist.
Durch Auflösen der obigen Gleichungen ergibt sich für die Radkräfte F_R und F_L folgende Beziehung: F_R = 0,5 × |F_ANTRIEB × ( b / d × sin(α) + cos(α))| F_L = 0,5 × |F_ANTRIEB × (– b / d × sin(α) + cos(α))|
Aus den obigen Radkräften F_R und F_L können dann unter Verwendung des Reifenradius der Räder 6 und 7 die Antriebsmomente M_R und M_L für die angetriebenen Räder 6 und 7 des Anhängers 2 nach folgenden Gleichungen ermittelt werden: M_L = F_L × r_L M_R = F_R × r_R wobei r_R der dynamische Reifenradius des Rads 6 und r_L der dynamische Reifenradius des Rads 7 ist.
Mit dem obigen Verfahren kann bei beliebigen Knickwinkeln α, auch bei einem Knickwinkel von 0° und einem Knickwinkel von 90°, eine in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirkende Antriebskraft F_ANTRIEB bereit gestellt werden. Dies kann sowohl beim Beschleunigen als auch beim Bremsen erfolgen, wobei sich beim Bremsen die Vorzeichen für die Komponenten F_X und F_Y der Antriebskraft F_ANTRIEB umkehren.
Beim Bremsen wirken die Antriebe 8 und 9 als Generatoren, wobei dann beim Bremsen elektrische Energie gewonnen und zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 10 verwendet werden kann.
Die Antriebskraft F_ANTRIEB, die vom Anhänger 2 bereit zu stellen ist und die stets in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirken soll, wird vorzugsweise abhängig von einem Fahrerwunsch ermittelt, der von einer Fahrpedalbetätigung abgeleitet werden kann.
Dann, wenn die abhängig von dieser Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 bestimmten Antriebsmomente M_L und M_R für die angetriebenen Räder 6 und 7 des Anhängers 2 und damit die Radkräfte F_L und F_R derselben von den Antrieben 8 und 9 der Räder 6 und 7 nicht aufgebracht werden können, wird der Betrag der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers derart reduziert, dass dieselbe wiederum in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirkt.
Hierzu kann so vorgegangen werden, dass dann, wenn zum Beispiel eine der Radkräfte F_L, F_R bzw. eines der Antriebsmomente M_L, M_R für die angetriebenen Räder 6, 7 des Anhängers 2 vom jeweiligen Antrieb 8, 9 des jeweiligen Rads 6, 7 nicht aufgebracht werden kann, die Radkraft bzw. das Antriebsmoment desjenigen Rads 6, 7, dessen Antrieb das jeweilige Antriebsmoment bzw. die jeweilige Antriebskraft nicht bereitstellen kann, auf das vom jeweiligen Antrieb 8, 9 maximal bereitstellbare Antriebsmoment bzw. die maximal bereitstellbare Radkraft beschränkt wird. Abhängig hiervon wird am jeweils anderem Rad die reduzierte Radkraft F_R-RED, F_L-RED bzw. das Antriebsmoment derart bestimmt, dass die resultierende Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers 2 zwar betragsmäßig gegenüber der vom Fahrerwunsch abgeleiteten Antriebskraft reduziert ist, jedoch in Richtung der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 wirkt.
Dies kann dann, wenn am angetriebenen Rad 6 die Radkraft F_R auf eine vom Antrieb 8 maximal bereitstellbare Radkraft F_R-MAX beschränkt wird, für das andere Rad 7 nach folgender Gleichung erfolgen:
wobei F_R-MAX die auf einen vom jeweiligen Antrieb des jeweiligen Rads maximal bereitstellbare Radkraft ist.
Dann, wenn am anderen Rad 7 die Radkraft F_L auf eine vom Antrieb 9 maximal bereitstellbare Radkraft F_L-MAX beschränkt wird, ist folgende Formel zur Bestimmung der reduzierten Radkraft F_R-RED des Rads 6 anwendbar:
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Anhänger
3: Kupplungspunkt
4: Längsachse des Kraftfahrzeugs
5: Langsachse des Anhängers
6: Rad
7: Rad
8: Antrieb
9: Antrieb
10: Energiespeicher
11: Steuerungseinrichtung
12: Drehpunkt des Anhängers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3535225 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers eines Kraftfahrzeugs, wobei der Anhänger gelenkig an einen Kupplungspunkt des Kraftfahrzeugs für den Anhänger angekuppelt ist, und wobei der Anhänger über angetriebene Räder verfügt, nämlich über ein zu einer ersten Seite einer Längsachse des Anhängers positioniertes erstes angetriebenes Rad und ein zu einer zweiten Seite der Längsachse des Anhängers positioniertes zweites angetriebenes Rad, dadurch gekennzeichnet, dass an einzeln angetriebenen Rädern des Anhängers Antriebsmomente für die angetriebenen Räder so gewählt werden, dass eine Antriebskraft des Anhängers in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs wirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu aus einem Kräftegleichgewicht und einem Momentengleichgewicht diejenigen Radkräfte für die angetriebenen Räder ermittelt werden, bei deren Anliegen die Antriebskraft des Anhängers in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs wirkt, und dass aus diesen Radkräften die Antriebsmomente für die angetriebenen Räder ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Momentengleichgewicht um einen Drehpunkt des Anhängers am Kraftfahrzeug nach folgender Gleichung ermittelt wird: F_Y × b + F_R × d – F_L × d = 0, wobei F_Y die quer zur Längsachse des Anhängers wirkende Komponente der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers ist, wobei F_R die Radkraft des ersten angetriebenes Rads und F_L die Radkraft des zweiten angetriebenes Rads ist, wobei d der Abstand der Räder zur Längsachse des Anhängers ist, und wobei b der Abstand des Kupplungspunkts des Anhängers zum Drehpunkt des Anhängers ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kräftegleichgewicht nach folgender Gleichung ermittelt wird: F_X + F_R + F_L = 0, wobei F_X die in Richtung der Längsachse des Anhängers wirkende Komponente der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers ist, wobei F_R die Radkraft des ersten angetriebenen Rads und F_L die Radkraft des zweiten angetriebenen Rads ist.
Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten F_X und F_Y der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers nach folgenden Gleichungen ermittelt werden: F_X = F_ANTRIEB × cos(α), F_Y = F_ANTRIEB × sin(α), wobei α der Knickwinkel zwischen der Längsachse des Kraftfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Radkräften F_L und F_R die Antriebsmomente M_L und M_R für die angetriebenen Räder nach folgenden Gleichungen ermittelt werden: M_L = F_L × r_L, M_R = F_R × r_R, wobei r_R der dynamische Reifenradius des ersten Rads und r_L der dynamische Reifenradius des zweiten Rads ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers aus einem Fahrerwunsch ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die abhängig von der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers bestimmten Antriebsmomente M_L und M_R für die angetriebenen Räder und damit Radkräfte F_L und F_R derselben von Antrieben der Räder nicht aufgebracht werden können, der Betrag der Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers derart reduziert wird, dass dieselbe in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs wirkt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu an mindestens einem Rad die Radkraft bzw. das Antriebsmoment auf die vom jeweiligen Antrieb des Rads maximal bereitstellbare Kraft bzw. das maximal bereitstellbare Antriebsmoment beschränkt wird, und dass abhängig hiervon am jeweils anderen Rad die Radkraft bzw. das Antriebsmoment derart bestimmt wird, dass die Antriebskraft F_ANTRIEB des Anhängers in Richtung der Längsachse des Kraftfahrzeugs wirkt.