DE102010042270A1

DE102010042270A1 - Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers

Info

Publication number: DE102010042270A1
Application number: DE102010042270A
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 (1) für den Anhänger (2) angekuppelt ist, und wobei der Anhänger (2) über einzeln angetriebene Räder (6, 7) verfügt, nämlich über ein zu einer ersten Seite einer Längsachse (5) des Anhängers (2) positioniertes erstes angetriebenes Rad (6) und über ein zu einer zweiten Seite der Längsachse (5) des Anhängers (2) positioniertes zweites angetriebenes Rad (7), und wobei an den einzeln angetriebenen Rädern (6, 7) des Anhängers (2) Antriebsmomente für die angetriebenen Räder (6, 7) so gewählt werden, dass Massenträgheitskräfte der Anhängermasse bezogen auf den Kupplungspunkt (3) ausgeglichen werden.

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.
Das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers verfügt über den Nachteil, dass der Anhänger die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs beeinflusst und unter Umständen das Kraftfahrzeug destabilisiert. Es besteht daher Bedarf an einem Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers eines Kraftfahrzeugs, mit welchem die obigen Nachteile vermieden werden können.
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 Massenträgheitskräfte der Anhängermasse bezogen auf den Kupplungspunkt ausgeglichen werden.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, für die angetriebenen Räder des Anhängers, bei welchen es sich um einzeln und damit unabhängig voneinander bzw. individuell antreibbare Räder handelt, Antriebsmomente so zu wählen, dass Massenträgheitskräfte der Anhängermasse bezogen auf den Kupplungspunkt des Anhängers am Kraftfahrzeug ausgeglichen werden. Hierdurch verhält sich der Anhänger im Fahrbetrieb neutral. Der Anhänger beeinflusst demnach nicht die Fahrbarkeit des Kraftfahrzeugs, weder beim Beschleunigen noch beim Verzögern desselben. Ferner wird das Kraftfahrzeug nicht durch den Anhänger destabilisiert.
Vorzugsweise werden aus einem Kräftegleichgewicht und einem Momentengleichgewicht diejenigen Radkräfte der einzeln angetriebenen Räder ermittelt, bei deren Anliegen die Massenträgheitskräfte der Anhängermasse bezogen auf den Kupplungspunkt bei der Bescheinigung oder Verzögerung des Anhängers ausgeglichen werden, 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.
1 zeigt stark schematisiert ein Kraftfahrzeug 1 zusammen mit einem angetriebenen Anhänger 2 des Kraftfahrzeugs 1. Der Anhänger 2 ist an einem Kupplungspunkt 3 gelenkig an das Kraftfahrzeug 1 angekuppelt.
In 1 ist mit einer gestrichelten Linie 4 eine Längsachse des Kraftfahrzeugs 1 und mit einer gestrichelten Linie 5 eine Längsachse des Anhängers 2 visualisiert, wobei diese beiden Längsachsen 4 und 5 einen Winkel α einschließen können, der nachfolgend als Knickwinkel α zwischen der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 und der Längsachse 5 des angetriebenen Anhängers 2 bezeichnet wird.
Wie bereits ausgeführt, handelt es sich beim Anhänger 2 um einen aktiv angetriebenen Anhänger. So sind gemäß 1 Räder 6 und 7 des Anhängers 2 einzeln und damit individuell antreibbar, wobei gemäß 1 ein zu einer ersten Seite der Längsachse 5 des Anhängers 2 positioniertes erstes Rad 6 des Anhängers 2 von einem ersten Antrieb 8 und ein an einer zweiten Seite der Längsachse 5 des Anhängers 2 positioniertes zweites Rad 7 von einem zweiten Antrieb 9 angetrieben werden kann.
Bei den Antrieben 8 und 9 für die Räder 6 und 7 des Anhängers 2 handelt es sich vorzugsweise um elektrische Maschinen, wobei elektrische Energie zum Antrieb der elektrischen Maschinen 8 und 9 von einem elektrischen Energiespeicher 10, der Bestandteil des Anhängers 2 ist, bereitgestellt wird. Über eine elektronische Steuerungseinrichtung 11, die ebenfalls Bestandteil des Anhängers 2 ist, können die elektrischen Maschinen 8 und 9 angesteuert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführung der Antriebe 8 und 9 für die Räder 6 und 7 des Anhängers 2 als elektrische Maschinen bevorzugt ist. Im Unterschied hierzu ist es jedoch auch möglich, dass die Antriebe 8 und 9 als hydraulische Antriebe ausgeführt sind. 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.
Erfindungsgemäß wird der angetriebene Anhänger 2 so betrieben, dass an den einzeln angetriebenen Räder 6 und 7 des Anhängers 2 Antriebsmomente für die angetriebenen Räder 6 und 7 so gewählt werden, dass Massenträgheitskräfte der Anhängermasse des Anhängers 2 bezogen auf den Kupplungspunkt 3 ausgeglichen werden. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Anhänger 2 seine Massenträgheit selbst ausgleicht und derselbe die Lenkbarkeit des Kraftfahrzeugs 1 weder beim Beschleunigen noch beim Verzögern des Kraftfahrzeugs 1 beeinträchtigt. Das Kraftfahrzeug 1 wird auch durch einen schweren Anhänger 2 nicht destabilisiert.
Weitere Details des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des angetriebenen Anhängers 2 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben, wobei in 2 ein Ersatzschaltbild für den Anhänger 2 gezeigt ist. So zeigt 2 neben den beiden Räder 6 und 7 sowie dem Kupplungspunkt 3 des Anhängers 2 einen Masseschwerpunkt 12 des Anhängers 2 sowie einen Drehpunkt 13 desselben. Unter dem Drehpunkt 13 des Anhängers 2 ist derjenige Punkt des Anhängers 2 zu verstehen, um den sich der Anhänger 2 dann dreht, wenn Geschwindigkeiten bzw. Radkräfte der Räder 6, 7 betragsmäßig gleich groß sind jedoch unterschiedliche Vorzeichen aufweisen und damit entgegengerichtet sind.
Wie bereits ausgeführt, werden die Antriebsmomente für die einzeln angetriebenen Räder 6 und 7 des Anhängers 2 so gewählt, dass die Massenträgheitskräfte der Anhängermasse des Anhängers 2 bezogen auf den Kupplungspunkt 3 ausgeglichen werden. Hierzu wird vorzugsweise aus einem Kräftegleichgewicht und einem Momentengleichgewicht für die angetriebenen Räder 6 und 7 jeweils eine Radkraft F_R und F_L ermittelt, bei der deren Anliegen die Massenträgheitskräfte der Anhängermasse 2 bezogen auf den Kupplungspunkt 3 beim Beschleunigen oder Verzögern des Anhängers 2 ausgeglichen werden, wobei aus diesen Radkräften F_R und F_L die Antriebsmomente MR und M_L für die angetriebenen Räder 6 und 7 ermittelt werden.
Das Kräftegleichgewicht, auf Grundlage dessen die Kräfte F_R und F_L der angetriebenen Räder 6 und 7 ermittelt werden, basiert vorzugsweise auf folgender Gleichung: F_DYN-X + F_R + F_L = 0 wobei F_DYN-X die dynamische Massenträgheitskraft des Anhängers 2 in Richtung der Längsachse 5 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 Grundlage dessen die Radkräfte F_R und F_L der angetriebenen Räder 6 und 7 ermittelt werden, basiert vorzugsweise auf folgender Gleichung: F_DYN-Y × c + F_R × d – F_L × d = 0 wobei F_DYN-Y die dynamische Massenträgheitskraft des Anhängers 2 quer bzw. senkrecht zur Längsachse 5 des Anhängers 2 ist, wobei F_L die Radkraft des angetriebenes Rads 7 und F_R die Radkraft des angetriebenes Rads 6 ist, wobei d der Abstand der Räder 6, 7 zur Längsachse 5 des Anhängers 2 ist, und wobei c der Abstand des Masseschwerpunkts 12 des Anhängers 2 zum Drehpunkt 13 desselben ist.
Bei dem obigen Momentengleichgewicht handelt es sich um das Momentengleichgewicht um den Drehpunkt 13 des Anhängers 2.
Die obigen dynamischen Massenträgheitskräfte F_DYN-X und F_DYN-Y des Anhängers 2 werden vorzugsweise auf Basis folgender Gleichungen ermittelt: F_DYN-X = m × a_X F_DYN-Y = m × a_Y wobei m die Masse des Anhängers 2 ist, wobei a_X die Beschleunigung des Anhängers 2 in Richtung der Längsachse 5 des Anhängers 2 ist, und wobei a_Y die Beschleunigung des Anhängers quer bzw. senkrecht zur Längsachse 5 des Anhängers 2 ist.
Durch Einsetzen der obigen Gleichungen für die dynamischen Massenträgheitskräfte F_DYN-X und F_DYN-Y in das obige Kräftegleichgewicht sowie Momentengleichgewicht und durch Auflösen der Gleichungen nach den Radkräften F_R und F_L ergeben sich für die Radkräfte F_R und F_L folgende Gleichungen: F_R = 0,5 × m ×( c / d × a_Y + a_X) F_L = 0,5 × m ×(– c / d × a_Y + a_X)
Aus den Radkräften F_L und F_R der angetriebenen Räder 6 und 7 können die Antriebsmomente M_L und MR für dieselben, die von den Antrieben 8 und 9 derselben aufzubringen sind, aus dem Reifenradius der Räder 6 und 7 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.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden als Beschleunigungen a_X und a_Y des Anhängers 2 zu erwartende Beschleunigungen des Masseschwerpunkts 12 des Anhängers 2 verwendet, wobei diese zu erwartenden Beschleunigungen des Masseschwerpunkts 12 des Anhängers 2 aus der Geometrie des Kraftfahrzeugs 1, aus der Geometrie des Anhängers 2, aus dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs 1, aus der Fahrtgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 und aus dem Knickwinkel α zwischen der Längsachse 4 des Kraftfahrzeugs 1 und der Längsachse 5 des Anhängers 2 errechnet werden. Hierbei kann auf ein sogenanntes lineares Einspurmodell zurückgegriffen werden, das dem hier angesprochenen Fachmann geläufig ist.
Alternativ können die Beschleunigungen a_X und a_Y des Anhängers 2 aus der Geschwindigkeit des angetriebenen Rads 6 und aus der Geschwindigkeit des angetriebenen Rads 7 errechnet werden, wobei es sich bei den Geschwindigkeiten der Räder 6 und 7 vorzugsweise um gemessene Geschwindigkeiten handelt.
Dann, wenn die Beschleunigungen a_X und a_Y aus den Geschwindigkeiten v_R und v_L der Räder 6 und 7 bestimmt werden, finden vorzugsweise folgende Gleichungen Verwendung: a_X = d / dt(0,5 × (ν_L + ν_R)) a_Y = –c × (0,5 × 1 / d × (ν_L – ν_R)) wobei d der Abstand der Räder 6 und 7 zur Längsachse 5 des Anhängers 2 ist, wobei c der Abstand des Masseschwerpunkts 12 des Anhängers 2 zum Drehpunkt 13 desselben ist, und wobei d/dt zeitliche Ableitungen sind.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird demnach ein Verfahren zum Betreiben eines angetriebenen Anhängers 2 vorgeschlagen, bei welchem für die einzelnen bzw. individuell bzw. unabhängig voneinander antreibbaren Räder 6 und 7 des Anhängers 2 Antriebsmomente M_L und M_R derart bestimmt werden, dass Massenträgheitskräfte der Anhängermasse des Anhängers 2 bezogen auf den Kupplungspunkt 3, an welchem der Anhänger 2 gelenkig an das Kraftfahrzeug 1 angekoppelt ist, ausgeglichen werden. So gleicht der Anhänger 2 seine Massenträgheit selbst aus und belastet nicht das Kraftfahrzeug 1 bzw. die Lenkbarkeit desselben. Das Kraftfahrzeug 1 wird selbst durch einen schweren Anhänger 2 nicht destabilisiert.
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: Masseschwerpunkt des Anhängers
13: 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 über 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 Massenträgheitskräfte der Anhängermasse bezogen auf den Kupplungspunkt ausgeglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass hierzu aus einem Kräftegleichgewicht und einem Momentengleichgewicht diejenigen Radkräfte der angetriebenen Räder ermittelt werden, bei deren Anliegen die Massenträgheitskräfte der Anhängermasse bezogen auf den Kupplungspunkt bei der Bescheinigung oder Verzögerung des Anhängers ausgeglichen werden, 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 nach folgender Gleichung ermittelt wird: F_DYN-Y × c + F_R × d – F_L × d = 0, wobei F_DYN-Y die dynamische Massenträgheitskraft des Anhängers quer zur Längsachse 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 c der Abstand des Masseschwerpunkts des Anhängers zum Drehpunkt desselben ist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kräftegleichgewicht nach folgender Gleichung ermittelt wird: F_DYN-X + F_R + F_L = 0, wobei F_DYN-X die dynamische Massenträgheitskraft des Anhängers in Richtung der Längsachse 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 dynamischen Massenträgheitskräfte F_DYN-X und F_DYN-Y des Anhängers nach folgenden Gleichungen ermittelt werden: FDYN-X = m × a_X, F_DYN-Y = m × a_Y, wobei m die Masse des Anhängers ist, wobei a_X die Beschleunigung des Anhängers in Richtung der Längsachse des Anhängers ist, und wobei a_Y die Beschleunigung des Anhängers quer zur Längsachse des Anhängers ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschleunigungen a_X und a_Y des Anhängers zu erwartende Beschleunigungen des Masseschwerpunkt des Anhängers verwendet werden, die aus der Geometrie des Kraftfahrzeugs, aus der Geometrie des Anhängers, aus dem Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs, aus der Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und einem Knickwinkel zwischen der Längsachse des Kraftfahrzeugs und der Längsachse des Anhängers errechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschleunigungen a_X und a_Y des Anhängers Beschleunigungen verwendet werden, die aus der Geschwindigkeit des ersten angetriebenen Rads und aus der Geschwindigkeit des zweiten angetriebenen Rads errechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit v_R des ersten angetriebenen Rads und die Geschwindigkeit v_L des zweiten angetriebenen Rads gemessen werden, und dass aus diesen gemessenen Geschwindigkeiten die Beschleunigungen a_X und a_Y des Anhängers nach folgenden Gleichungen ermittelt werden: a_X = d / dt(0,5 × (ν_L + ν_R)), a_Y = –c × d / dt(0,5 × 1 / d × (ν_L – ν_R)), wobei d der Abstand der Räder zur Längsachse des Anhängers ist, und wobei c der Abstand des Masseschwerpunkts des Anhängers zum Drehpunkt desselben ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Radkräften F_L und F_R die Antriebsmomente M_L und M_R für die angetriebenen Räder bzw. die individuellen Antriebe derselben 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.