DE102010042907A1

DE102010042907A1 - Rekuperations-System für Fahrzeuganhänger

Info

Publication number: DE102010042907A1
Application number: DE102010042907A
Authority: DE
Inventors: Roland Fromherz; Sven Dabow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-10-26
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2012-04-26

Abstract

Es sind ein System (100) zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger (105) und ein Anhänger (105) für eine Fahrzeug (106) mit einem entsprechenden System (100) zur Rekuperation von kinetischer Energie angegeben. Das System (100) zur Rekuperation von kinetischer Energie weist eine Maschine (101) auf, die dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Teil einer kinetischen Energie des Anhängers (105) während eines Beschleunigungsvorgangs des Anhängers (105) umzuwandeln. Der Energiespeicher (102) ist dazu ausgebildet, die umgewandelte Energie von der Maschine (101) aufzunehmen, zu speichern und gespeicherte Energie zur Rückumwandlung in kinetische Energie an die Maschine (101) abzugeben. Die Steuerung (103) ist derart zum Steuern der Maschine (101) ausgebildet, dass die Maschine (101) kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einer Kraft (114, 115), die von einem Fahrzeug (106) während des Beschleunigungsvorgangs auf den Fahrzeuganhänger (105) ausgeübt wird, korreliert. Der Grad der Energieumwandlung kann dabei proportional zu der Kraft (114, 115) sein.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein System zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger und einen Fahrzeuganhänger mit einem entsprechenden System.
STAND DER TECHNIK
Bei Fahrzeuganhängern wird während eines Bremsvorgangs kinetische Energie irreversibel in Wärme umgewandelt. Eine Reibungsbremse, wie eine Trommelbremse, kann beispielsweise als Auflaufbremse oder Druckluftbremse ausgeführt sein, die die kinetische Energie des Fahrzeuganhängers in Wärmeenergie umwandelt
In Fahrzeugen mit eigenem Antrieb kann die kinetische Energie beziehungsweise die Bremsenergie des Fahrzeugs rückgewonnen werden („Rekuperation”). Im Schub oder bei einem Bremsvorgang wird kinetische Energie in eine andere Energieform, wie Elektrizität, Gasdruck oder Rotation umgewandelt und in einem entsprechend geeigneten Medium gespeichert.
Die DE 10 2008 001 565 A1 zeigt einen Fahrzeuganhänger bei dem eine elektrische Maschine, die einen Energiespeicher aufweist, als Antriebseinheit integriert ist. Die elektrische Maschine kann generatorisch betrieben werden, wobei der Energiespeicher durch Nutzung der kinetischen Energie des Anhängers oder der Bremsenergie geladen wird. Beispielsweise kann zu diesem Zweck die in der Schubphase des Anhängers zur Verfügung stehende Bremsenergie (Rekuperationsenergie) genutzt werden und in elektrische Energie umgewandelt werden. Es kann auch ein Teil der Bremsenergie des Anhängers zurückgewonnen werden.
Aus der US 2007/0193795 A1 ist ein Fahrzeuganhänger mit einem Motor bekannt, der eines von zwei Räderpaaren des Fahrzeuganhängers antreibt. Eine Energiespeichereinrichtung ist an den Rahmen des Fahrzeuganhängers montiert und kann den Motor mit Energie versorgen. Ein Lastsensor ist dazu ausgeführt, die Größe der Last, die zwischen dem Fahrzeuganhänger und dem Zugfahrzeug übermittelt wird, zu bestimmen. Eine Steuereinheit ist zum Generieren von Steuersignalen zum Betreiben des Motors ab Überschreiten einer bestimmten durch den Lastsensor ermittelten Lastgröße ausgeführt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es kann ein Bedarf an einer Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger bestehen, bei der ein effizienter, verbrauchs- und emissionsoptimierter Antrieb des Fahrzeuganhängers erreicht werden kann.
Einem solchen Bedarf kann mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche entsprochen werden. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger beschrieben. Das System weist hierbei eine Maschine auf, die dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Teil einer kinetischen Energie des Anhängers während eines Beschleunigungsvorgangs des Anhängers umzuwandeln. Ein Energiespeicher des Systems ist dazu ausgebildet, um die umgewandelte Energie von der Maschine aufzunehmen, zu speichern und gespeicherte Energie zur Rückumwandlung in kinetische Energie an die Maschine abzugeben. Eine Steuerung des Systems ist derart zum Steuern der Maschine ausgebildet, dass die Maschine kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einer Kraft, die von einem Fahrzeug während des Beschleunigungsvorgangs auf den Fahrzeuganhänger ausgeübt wird, korreliert. Das Fahrzeug kann ein Zugfahrzeug sein.
Der obige Aspekt der Erfindung kann als auf folgender Idee beruhend angesehen werden: Bei herkömmlichen Fahrzeuganhängern erfolgt entweder keine Rückgewinnung der Bremsenergie des Fahrzeuganhängers oder eine Rückgewinnung der Bremsenergie bzw. der kinetischen Energie des Fahrzeuganhängers ab einer bestimmten Kraftgröße, die durch ein Zugfahrzeug auf den Fahrzeuganhänger ausgeübt wird. Dabei wird die kinetische Energie des Fahrzeuganhängers zunächst in Wärmeenergie und erst ab einem bestimmten Zeitpunkt bzw. bei Überschreiten einer bestimmten Kraftgröße in eine andere Energieform umgewandelt sowie in einem entsprechend geeigneten Medium gespeichert, wodurch ein bestimmter Anteil kinetische Energie des Fahrzeuganhängers ungenutzt bleibt.
Das System zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist im Gegensatz zu herkömmlichen Fahrzeuganhängern mit Rekuperationssystemen eine Steuerung zum Steuern der Maschine zum Umwandeln der kinetischen Energie auf, die die Maschine derart steuert, dass der Grad der Energieumwandlung bzw. die Rekuperation z. B. proportional zur auf den Fahrzeuganhänger während eines Beschleunigungsvorgangs wirkenden Kraft oder Bremsleistung bzw. Beschleunigungsleistung auf den Fahrzeuganhänger ist. Ein Beschleunigungsvorgang kann dabei ein negatives Beschleunigen in der Form eines Bremsens oder ein positives Beschleunigen in der Form einer Geschwindigkeitssteigerung sein. Der Grad der Umwandlung der kinetischen Energie in eine andere Energieform kann dabei abhängig von der Kraft, z. B. direkt proportional zu der Kraft, sein. Je größer der Grad der Beschleunigung des Fahrzeuganhängers, desto größer kann der Grad der Energieumwandlung durch die Maschine sein.
Die Maschine des Fahrzeuganhängers kann einen eigenen Antrieb aufweisen, der derart ausgelegt ist, dass das Zugfahrzeug unterstützt wird, falls das Zugfahrzeug den Fahrzeuganhänger beschleunigt. Der Antrieb kann dabei seine Energie aus dem eigenen Energiespeicher, der umgewandelte kinetische Energie von der Maschine aufnehmen kann, beziehen. Der Energiespeicher kann beispielsweise bei einem Bremsvorgang durch einen geeigneten Generator, den die Maschine aufweist, zum Beispiel einem invertierten Antrieb, geladen werden. Antrieb und Rekuperation des Fahrzeuganhängers können durch vorhandene Steuerungselemente des Fahrzeuganhängers gesteuert werden. Bei einem Fahrzeuganhänger mit Auflaufbremse kann die Antriebs- bzw. Bremsleistung über die Auslenkung eines Zugelements der Auflaufbremse geregelt werden. Bei Fahrzeugen mit Fremdkraftbremse oder zusätzlicher Betriebsbremse kann die Bremsleistung über den in derartigen Fahrzeugen üblicherweise vorhandenen Retarderbedienhebel oder andere Bedienhebel vorgegeben werden.
Ein derartiges System zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger kann es ermöglichen, dass Energie gespeichert und wiederverwendet wird, die im Normalfall in Wärmeenergie umgewandelt würde bzw. „verheizt” würde, insbesondere bei häufigen Beschleunigungs- und Bremsvorgängen. Dadurch können Verbrauch und Emissionen des Zugfahrzeugs reduziert werden. Anfahrvorgang und Beschleunigung eines Gespanns zwischen Fahrzeuganhänger und Fahrzeug können durch einen eigenen Antrieb des Fahrzeuganhängers unterstützt werden, wodurch auch das Zugfahrzeug entlastet werden kann und bei gleicher Masse des Gespanns der Antrieb des Zugfahrzeugs geringer ausgelegt sein kann. Der Antrieb des Anhängers kann, insbesondere auf Untergrund mit geringer Haftung, zur Stabilität des Gespanns beitragen. Durch eine zusätzliche Verzögerungsleistung des Systems zur Rekuperation kann beim Bremsvorgang eine Betriebsbremse des Fahrzeuganhängers entlastet werden. Für den Fall, dass der Antrieb des Anhängers an vorhandene Steuerungselemente gekoppelt ist, kann das System bediensicher ausgebildet sein. Zusätzlichen Anforderungen an den Fahrer können entfallen, und eine Fehlbedingung kann ausgeschlossen bzw. minimiert werden. Es können vorhandene Steuerungselemente bzw. Steuerungen des Fahrzeuganhängers bzw. des Zugfahrzeugs verwendet werden um das oben beschriebene System zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger zu steuern, so dass die Nachrüstung eines derartigen Systems auch an vorhandene Anhänger oder Gespanne ermöglicht wird. An das Zugfahrzeug müssen in diesem Fall keinerlei zusätzliche Anforderungen gestellt werden, das heisst es muss beispielsweise nicht umkonfiguriert oder angepasst werden.
Das System kann weiterhin eine Erfassungseinrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Auslenkungsdistanz des Fahrzeuganhängers gegenüber einem definierten Abstand zwischen dem Fahrzeuganhänger und dem Fahrzeug bei fehlender Beschleunigung des Anhängers zu erfassen, wobei die Auslenkungsdistanz mit der zwischen Fahrzeuganhänger und Zugfahrzeug wirkenden Kraft korreliert. Die Steuerung ist derart zum Steuern der Maschine ausgebildet, dass die Maschine kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit der Auslenkungsdistanz korreliert.
Die Erfassungseinrichtung kann kleinste Veränderung des Abstandes zwischen dem Fahrzeuganhänger und dem Zugfahrzeug ermitteln, beispielsweise bei einem Bremsen oder negativen Beschleunigen des Fahrzeuganhängers eine Verringerung des Abstandes um eine Auslenkungsdistanz und bei einem positiven Beschleunigen des Fahrzeuganhängers eine Vergrößerung des Abstandes um eine Auslenkungsdistanz. Dadurch, dass der Grad der Umwandlung der kinetischen Energie durch die Maschine mit der Auslenkungsdistanz korreliert, kann die Nutzung der kinetischen Energie des Fahrzeuganhängers optimiert werden, indem bei der kleinsten Auslenkung bereits kinetische Energie durch die Maschine in Energie umgewandelt wird. Bei einem Bremsen des Fahrzeuganhängers wird durch die Maschine Energie umgewandelt und in dem Energiespeicher gespeichert und bei einem Beschleunigen des Fahrzeuganhängers wandelt die Maschine die zuvor gespeicherte Energie in Antriebsenergie zum Antreiben des Fahrzeuganhängers um.
Die Erfassungseinrichtung des Systems kann dazu ausgebildet sein, die Kraft, die von einem Fahrzeug während eines Beschleunigungsvorgangs auf den Fahrzeuganhänger ausgeübt wird, zu erfassen. Die Kraft kann an einer Deichsel des Fahrzeuganhängers in einer Längsrichtung der Deichsel von dem Fahrzeug während des Beschleunigungsvorgangs ausgeübt werden. Die Erfassungseinrichtung kann einen Kraftmesssensor aufweisen, der ein Piezosensor sein kann.
Die Kraft, die von einem Fahrzeug während des Beschleunigungsvorgangs auf den Fahrzeuganhänger ausgeübt wird, kann eine Auslenkung einer Auflaufbremskupplung des Anhängers um eine Auslenkungsdistanz bewirken, bezogen auf eine Nullposition der Auflaufbremskupplung bei fehlender Beschleunigung des Anhängers. Die Steuerung ist dabei derart zum Steuern der Maschine ausgebildet, dass die Maschine kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit der Auslenkungsdistanz korreliert.
Bei einem auf den Anhänger ausgeübten positiven Beschleunigungsvorgang kann eine Zugkraft auf den Anhänger ausgeübt werden, welche Zugkraft ein Auseinanderziehen der Auflaufbremskupplung um eine erste Auslenkungsdistanz bewirken kann. Die Steuerung ist dabei zum Steuern der Maschine derart ausgebildet, dass die Maschine kinetische Energie zum Antreiben des Anhängers durch die Maschine mit einem Grad umwandelt, der mit der ersten Auslenkungsdistanz korreliert.
Bei einem auf den Anhänger ausgeübten negativen Beschleunigungsvorgang, wie einem Bremsen, kann eine Schubkraft auf den Anhänger ausgeübt werden, welche Schubkraft ein Zusammendrücken der Auflaufbremskupplung um eine zweite Auslenkungsdistanz bewirken kann. Die Steuerung ist dabei derart zum Steuern der Maschine ausgebildet, dass die Maschine kinetische Energie zum Aufnehmen durch den Energiespeicher mit einem Grad umwandelt, der mit der zweiten Auslenkungsdistanz korreliert.
Antriebs- und Bremsleistung können dabei durch eine Gleichgewichtsregelung eingestellt werden, wobei der Regelparameter die durch ein Zugfahrzeug ausgeübte Zug- bzw. Schub- oder Bremskraft an der Deichsel des Fahrzeuganhängers ist. Die Zug- bzw. Schubkraft kann dabei verschiedenartig erfasst werden, beispielsweise über die Auslenkung eines federbelasteten Längsstellglieds einer Auflaufbremse bzw. einer Auflaufbremskupplung in der Deichsel. Eine Nullposition kann beispielsweise durch eine zweiseitige Federbelastung dargestellt werden. In einem kräftefreien Gleichgewichtszustand ist die Maschine, die Antriebseinrichtung und Generator sein kann, inaktiv. Ein derartiger Zustand kann in der Realität bei einer Konstantfahrt und bei einem freien Rollen vorliegen. Bei einem Abbremsen des Zugfahrzeugs wird in der Deichsel des Anhängers das Stellglied zusammengeschoben. Die Bremskraft am Rad kann bei einem konventionellen Anhänger mit Auflaufbremse proportional zur Auslenkung des Stellglieds sein, wodurch sich ein neues Gleichgewicht einregelt. Die Rekuperation kann ebenfalls bei einer Auslenkung des Stellglieds erfolgen.
Für den Fall, dass die Rekuperationsleistung proportional zur Bremsleistung der Radbremse ist, kann, bei unveränderter Auslegung der Auflaufbremse, die Kraftübertragung auf das Zugfahrzeug identisch bleiben. Ein Teil der Energie kann nicht in der Radbremse in Wärme umgesetzt werden, sondern wird im Energiespeicher akkumuliert. Die Kraftaufteilung kann beispielsweise in einer Art Registerbetrieb erfolgen, wobei zuerst die Rekuperation aktiviert wird, und nur bei stärkerer Abbremsung die Radbremse eingreift. Bei einer Beschleunigung des Zugfahrzeugs kann das Stellglied auseinandergezogen werden, im Unterschied zur konventionellen Auflaufbremse, wo bei einer Beschleunigung ein starrer Anschlag die Kraft überträgt. Analog zum Bremsvorgang kann die Antriebskraft proportional zur Auslenkung des Stellglieds sein, so dass das Zugfahrzeug die Beschleunigung des Anhängers vorsehen kann.
Die Auflaufbremskupplung kann ein federbelastetes Stellglied sein.
Eine Erfassungseinrichtung des Systems zur Rekuperation kann mit einer Bedienvorrichtung zum Betätigen einer Betriebsbremse des Zugfahrzeugs gekoppelt sein, wobei die Steuerung derart zum Steuern der Maschine ausgebildet sein kann, dass die Maschine kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einem Stellwertmaß der Bedienvorrichtung korreliert.
In anderen Worten, kann, falls für das Zugfahrzeug eine zusätzliche Betriebsbremse, insbesondere für Lkw-/Bus, vorgesehen ist, Rekuperation in einem Maß erfolgen das proportional zur Bremswirkung der Betriebsbremse eingestellt ist. Die Betriebsbremse wird dabei durch einen Bedienhebel durch den Fahrer aktiviert. Der Stellwert der Zusatzbremse kann auf geeignete Weise abgegriffen und an die Systemsteuereinheit bzw. die Steuerung übertragen werden. Die zusätzliche Betriebsbremse kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einer Wirbelstrombremse („Retarder”) und einer Motorbremse.
Die Steuerung des Systems zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger kann derart zum Steuern der Maschine ausgebildet sein, dass die Maschine kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einer Beschleunigungsanforderung des Fahrzeugs für den Anhänger korreliert. Dabei kann die Momentenanforderung des Fahrers für die Beschleunigung, welche beispielsweise durch eine Gaspedalposition oder einen koordinierten Wert aus dem Fahrzeugrechner erfasst werden kann, als Maßgabe für den Grad der Umwandlung der kinetischen Energie durch die Maschine dienen. Die Momentenanforderung kann gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung bestimmt werden, indem ein dauerhaftes Moment in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs beaufschlagt wird. Das Moment kann beispielsweise ausgehend von einem Moment von 0 Nm im Stand umso größer werden, je schneller sich ein Gespann aus Fahrzeuganhänder und Fahrzeug bewegt, wodurch eine Kompensation des Fahrwiderstands bewirkt werden kann.
Die Rekuperation über den Bedienhebel und die Rekuperation zur Beschleunigungsunterstützung über ein Längsstellglied, wie eine Auflaufbremse, können miteinander kombiniert werden.
Die Maschine des Systems kann eine Antriebseinrichtung zum Antreiben des Anhängers mit in dem Energiespeicher gespeicherter Energie und eine Energieumwandlungseinrichtung zum Umwandeln von kinetischer Energie des Anhängers aufweisen. Die Antriebseinrichtung kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem elektrischen Motor, einem hydraulischen Motor und einem pneumatischen Motor. Die Energieumwandlungseinrichtung kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Generator und einer Pumpe.
Der Energiespeicher kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einer Batterie, einem Super-Cap, einem elektrischen Speicher, einem Schwungradspeicher und einer pneumatischen Speicherung.
Gemäß eines weiteren Aspektes der Erfindung ist ein Anhänger für ein Fahrzeug angegeben, der ein System zur Rekuperation von kinetischer Energie nach einem der oben beschriebenen Aspekte bzw. Ausführungsbeispiele aufweist.
Das beschriebene Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug (KFZ), ein Lastkraftfahrzeug (LKW), oder ein Bus sein, und der angegebene Fahrzeuganhänger kann entsprechend ein KFZ-, ein LWK- oder ein Bus-Anhänger sein.
Es wird angemerkt, dass Gedanken zu der Erfindung hierin im Zusammenhang mit der Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger, der durch ein Fahrzeug bewegt bzw. angetrieben wird, beschrieben sind. Einem Fachmann ist hierbei klar, dass die einzelnen beschriebenen Merkmale auf verschiedene Weise miteinander kombiniert werden, um so auch zu anderen Ausgestaltungen der Erfindung zu führen. Das System zur Rekuperation kann mehrere Maschinen, mehrere Antriebs- und Energieumwandlungseinrichtungen, mehrere Energiespeicher, mehrere Steuerungen und mehrere Erfassungseinrichtungen aufweisen. Der Anhänger für ein Fahrzeug kann mehrere Systeme zur Rekuperation aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1A zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1B zeigt eine schematische Darstellung eines Systems zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
1C zeigt eine schematische Querschnittansicht eines durch ein Zugfahrzeug gezogenen Fahrzeuganhängers, der ein System zur Rekuperation von kinetischer Energie aufweist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1A zeigt ein System 100 zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger mit einer Maschine 101, einem Energiespeicher 102 und einer Steuerung 103. Die Maschine 101 ist dazu ausgebildet, wenigstens einen Teil einer kinetischen Energie des Fahrzeuganhängers während eines Beschleunigungsvorgangs umzuwandeln. Der Energiespeicher 102 ist dazu ausgebildet, die umgewandelte Energie von der Maschine 101 anzunehmen, zu speichern und gespeicherte Energie zur Rückumwandlung in kinetische Energie an die Maschine 101 abzugeben. Die Steuerung 103 ist derart zum Steuern der Maschine 101 ausgebildet, dass die Maschine 101 kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einer Kraft, die von einem Fahrzeug während des Beschleunigungsvorgangs auf den Fahrzeuganhänger ausgeübt wird, korreliert. Die Maschine 101 ist dabei an den Energiespeicher 102 angeschlossen. Die Steuerung 103 steuert den Energiespeicher 102 und die Maschine 101 entweder drahtlos oder drahtgebunden.
Eine Erfassungseinrichtung 104 ist dazu ausgebildet, eine Auslenkungsdistanz des Fahrzeuganhängers gegenüber einem definierten Abstand zwischen dem Fahrzeuganhänger und dem Fahrzeug bei fehlender Beschleunigung des Anhängers zu erfassen, wobei die Auslenkungsdistanz mit der Kraft, die von einem Fahrzeug während des Beschleunigungsvorganges auf den Fahrzeuganhänger ausgeübt wird, korreliert. Die Steuerung 103 kann dabei derart zum Steuern der Maschine ausgebildet sein, dass die Maschine kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit der Auslenkungsdistanz korreliert. Die Erfassungseinrichtung 104 ist dazu ausgebildet, die Kraft zu erfassen und kann einen Kraftmesssensor aufweisen, der ein Piezosensor sein kann. Die Erfassungseinrichtung 104 kann mit einer Bedienvorrichtung zum Betätigen einer Betriebsbremse des Anhängers gekoppelt sein, wobei die Steuerung derart zum Steuern der Maschine ausgebildet sein kann, dass die Maschine kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einem Stellwertmaß der Bedienvorrichtung korreliert. Die Erfassungseinrichtung 104 ist mit der Steuerung 103 gekoppelt, entweder drahtgebunden oder drahtlos. Die Verbindung zwischen dem Energiespeicher 102 und der Maschine 101 kann drahtgebunden ausgeführt sein.
1B zeigt das System zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger der 1A mit dem Unterschied, dass die Maschineneinheit 101 eine Antriebseinrichtung 101A zum Antreiben des Anhängers mit in dem Energiespeicher 102 gespeicherter Energie und einer Energieumwandlungseinrichtung 101B zum Umwandeln von kinetischer Energie des Anhängers 105 aufweist. Die Antriebseinrichtung 101A ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem elektrischen Motor, einem hydraulischen Motor und einem pneumatischen Motor. Die Energieumwandlungseinrichtung 101B ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Generator und einer Pumpe. Die Energieumwandlungseinrichtung 101B wandelt bei einem negativen Beschleunigungsvorgang, wie beispielsweise einem Bremsen des Fahrzeuganhängers, kinetische Energie des Fahrzeuganhängers in Energie um, beispielsweise in Elektrizität, Gasdruck und Rotation. Die umgewandelte Energie wird, wie durch den Pfeil angezeigt, dem Energiespeicher 102 zugeführt. Bei einem positiven Beschleunigungsvorgang des Fahrzeuganhängers gibt der Energiespeicher 102 gespeicherte Energie an die Antriebseinrichtung 101A ab, wie durch den Pfeil angezeigt, und die Antriebseinrichtung 101A treibt mittels dieser Energie den Anhänger an.
1C zeigt eine schematische Querschnittansicht eines durch ein Fahrzeug 106 beschleunigten Fahrzeuganhängers 105 an. Der Fahrzeuganhänger 105 weist ein System 100 zur Rekuperation von kinetischer Energie gemäß 1A oder 1B auf. Jeweils wenigstens eine Maschine 101 ist mit jeweils einem Radpaar des Fahrzeuganhängers 105 gekoppelt, wobei die Maschinen 101 dazu ausgebildet sind, wenigstens einen Teil einer kinetischen Energie des Fahrzeuganhängers 105 während eines Beschleunigungsvorgangs des Anhängers 105 umzuwandeln. Die Maschinen 101 sind mit einem Energiespeicher 102 verbunden, der dazu ausgebildet ist, die umgewandelte Energie von den Maschinen 101 aufzunehmen, zu speichern und gespeicherte Energie zur Rückumwandlung in kinetische Energie an die Maschinen 101 abzugeben. Eine Steuerung 103 ist mit dem Energiespeicher 102 sowie den Maschinen 101 gekoppelt und derart zum Steuern der Maschinen 101 ausgebildet, dass die Maschinen 101 kinetische Energie mit einem Grad umwandeln, der mit einer Kraft 114, 115, die von dem Fahrzeug 106 während des Beschleunigungsvorgangs auf den Fahrzeuganhänger 105 ausgeübt wird, korreliert. Dabei kann der Grad der Energieumwandlung (Rekuperation) proportional zur Bremsleistung des Systems 100 sein.
Eine Erfassungseinrichtung 104 ist mit der Steuerung 103 und einer Auflaufbremskupplung 107 des Anhängers 105 gekoppelt. Die Erfassungseinrichtung 104 ist dazu ausgebildet, eine Auslenkungsdistanz 112, 113 des Fahrzeuganhängers 105 gegenüber einem definierten Abstand 111 zwischen dem Fahrzeuganhänger 105 und dem Fahrzeug 106 bei fehlender Beschleunigung des Anhängers 105 zu erfassen. Die Auslenkungsdistanz 112, 113 korreliert mit der Kraft 114, 115 derart, dass bei einem auf den Anhänger 105 ausgeübten positiven Beschleunigungsvorgang eine Zugkraft 114 auf den Anhänger 105 ausgeübt wird, die eine Auslenkung um eine Auslenkungsdistanz 112 in Zugrichtung des Fahrzeugs 106 bewirkt. Bei einem auf den Anhänger 105 ausgeübten negativen Beschleunigungsvorgang, wie einem Bremsen, wird eine Schubkraft 115 auf den Anhänger 105 ausgeübt, die eine Auslenkung um eine Auslenkungsdistanz 113 in Richtung des Fahrzeuganhängers 105 bewirkt. Die Steuerung 103 ist derart zum Steuern der Maschinen 101 ausgebildet, dass die Maschinen 101 kinetische Energie des Fahrzeuganhängers 105 mit einem Grad umwandeln, der mit der Auslenkungsdistanz 112, 113 korreliert. Je mehr der Fahrzeuganhänger 105 durch das Fahrzeug 106 (positiv) beschleunigt wird, desto mehr wird der Fahrzeuganhänger um eine Auslenkungsdistanz 112 ausgelenkt, und desto mehr Energie wird den Maschinen 101 zum Antreiben des Fahrzeuganhängers 105 aus dem Energiespeicher 103 zugeführt. Je mehr der Fahrzeuganhänger 105 abgebremst bzw. durch das Fahrzeug 106 negativ beschleunigt wird, desto mehr wird der Fahrzeuganhänger 105 um die Auslenkungsdistanz 113 ausgelenkt, und desto mehr kinetische Energie des Fahrzeuganhängers 105 wird von den Maschinen 101 umgewandelt und in dem Energiespeicher 102 gespeichert.
Die Kraft 114, 115 bewirkt eine Auslenkung der Auflaufbremskupplung 107 des Anhängers 105 um eine Auslenkungsdistanz 109, 110 bezogen auf eine Nullposition 108 der Auflaufbremskupplung 107 bei fehlender Beschleunigung des Anhängers 105. Die Steuerung 103 ist derart zum Steuern der Maschinen 101 ausgebildet, dass die Maschinen 101 kinetische Energie mit einem Grad umwandeln, der mit der Auslenkungsdistanz 109, 110 korreliert. Bei einem auf den Anhänger 105 ausgeübten positiven Beschleunigungsvorgang wird eine Zugkraft 114 auf den Anhänger 105 ausgeübt, welche Zugkraft 114 ein Auseinanderziehen der Auflaufbremskupplung 107 um eine erste Auslenkungsdistanz 109 bewirkt. Die Steuerung 103 ist derart zum Steuern der Maschinen 101 ausgebildet, dass die Maschinen 101 kinetische Energie zum Antreiben des Anhängers 105 durch die Maschinen 101 mit einem Grad umwandeln, der mit der ersten Auslenkungsdistanz korreliert. Bei einem auf den Anhänger 105 ausgeübten negativen Beschleunigungsvorgang wird eine Schubkraft 115 auf den Anhänger 105 ausgeübt, welche Schubkraft 115 ein Zusammendrücken der Auflaufbremskupplung 107 um eine zweite Auslenkungsdistanz 110 bewirkt. Die Steuerung 103 ist derart zum Steuern der Maschinen 101 ausgebildet, dass die Maschinen 101 kinetische Energie zum Aufnehmen durch den Energiespeicher 102 mit einem Grad umwandeln, der mit der zweiten Auslenkungsdistanz 110 korreliert. Die Auflaufbremskupplung 107 kann ein federbelastetes Stellglied sein. Für den Fahrzeuganhänger 105 kann weiterhin eine Betriebsbremse (hier nicht gezeigt) vorgesehen sein, wobei die Erfassungseinrichtung 104 mit einer Bedienvorrichtung zum Betätigen der Betriebsbremse des Fahrzeugs 106 gekoppelt sein kann. Die Steuerung 103 kann derart zum Steuern der Maschinen 101 ausgebildet sein, dass die Maschinen 101 kinetische Energie mit einem Grad umwandeln, der mit einem Stellwertmaß der Bedienvorrichtung korreliert. Die Steuerung 103 kann derart zum Steuern der Maschinen 101 ausgebildet sein, dass die Maschinen 101 kinetische Energie mit einem Grad umwandeln, der mit einer Beschleunigungsanforderung des Fahrzeugs 106 für den Anhänger 105 korreliert.
Sämtliche in den 1A bis 1C angegebenen Merkmale können untereinander kombiniert werden, beispielsweise derart, dass das System 100 gemäß der 1B in dem System 100 der 1C integriert ist.
Das Fahrzeug 106 kann ein Fahrzeug ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem KFZ, einem LKW und einem Bus sein.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger mit den folgenden Schritten: Umwandeln von kinetischer Energie zum Aufnehmen durch einen Energiespeicher mit einem Grad, der mit einer Schubkraft, die von einem Fahrzeug während eines negativen Beschleunigungsvorgangs auf den Anhänger ausgeübt wird, korreliert 201; Speichern der umgewandelten kinetischen Energie in einem Energiespeicher 202; Umwandeln der gespeicherten Energie des Energiespeichers in kinetische Energie zum Antreiben des Anhängers mit einem Grad, der mit einer Zugkraft, die von einem Fahrzeug während eines positiven Beschleunigungsvorgangs auf den Aufhänger ausgeübt wird, korreliert 203.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008001565 A1 [0004]
US 2007/0193795 A1 [0005]

Claims

System (100) zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger (105), aufweisend: eine Maschine (101); einen Energiespeicher (102); eine Steuerung (103); wobei die Maschine (101) dazu ausgebildet ist, wenigstens einen Teil einer kinetischen Energie des Anhängers (105) während eines Beschleunigungsvorgangs des Anhängers (105) umzuwandeln; wobei der Energiespeicher (102) dazu ausgebildet ist, die umgewandelte Energie von der Maschine (101) aufzunehmen, zu speichern und gespeicherte Energie zur Rückumwandlung in kinetische Energie an die Maschine (101) abzugeben; dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (103) derart zum Steuern der Maschine (101) ausgebildet ist, dass die Maschine (101) kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einer Kraft (114, 115), die von einem Fahrzeug (106) während des Beschleunigungsvorgangs auf den Fahrzeuganhänger (105) ausgeübt wird, korreliert.
System (100) nach Anspruch 1, weiterhin aufweisend: eine Erfassungseinrichtung (104); wobei die Erfassungseinrichtung (104) dazu ausgebildet ist, eine Auslenkungsdistanz (112, 113) des Fahrzeuganhängers (105) gegenüber einem definierten Abstand (111) zwischen dem Fahrzeuganhänger (105) und dem Fahrzeug (106) bei fehlender Beschleunigung des Anhängers (105) zu erfassen, welche Auslenkungsdistanz (112, 113) mit der Kraft (114, 115) korreliert; und wobei die Steuerung (103) derart zum Steuern der Maschine (101) ausgebildet ist, dass die Maschine (101) kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit der Auslenkungsdistanz (112, 113) korreliert.
System (100) nach Anspruch 2, wobei die Erfassungseinrichtung (104) dazu ausgebildet ist, die Kraft (114, 115) zu erfassen; wobei die Erfassungseinrichtung (104) einen Kraftmesssensor aufweist.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kraft (114, 115) eine Auslenkung einer Auflaufbremskupplung (107) des Anhängers (105) um eine Auslenkungsdistanz (109, 110) bewirkt, bezogen auf eine Nullposition (108) der Auflaufbremskupplung (107) bei fehlender Beschleunigung des Anhängers (105); und wobei die Steuerung (103) derart zum Steuern der Maschine (101) ausgebildet ist, dass die Maschine (101) kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit der Auslenkungsdistanz (109, 110) korreliert.
System (100) nach Anspruch 4, wobei bei einem auf den Anhänger (105) ausgeübten positiven Beschleunigungsvorgang eine Zugkraft (114) auf den Anhänger (105) ausgeübt wird, welche Zugkraft (114) ein Auseinanderziehen der Auflaufbremskupplung (107) um eine erste Auslenkungsdistanz (109) bewirkt; und wobei die Steuerung (103) derart zum Steuern der Maschine (101) ausgebildet ist, dass die Maschine (101) kinetische Energie zum Antreiben des Anhängers (105) durch die Maschine (101) mit einem Grad umwandelt, der mit der ersten Auslenkungsdistanz (109) korreliert.
System (100) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei bei einem auf den Anhänger (105) ausgeübten negativen Beschleunigungsvorgang eine Schubkraft (115) auf den Anhänger (105) ausgeübt wird, welche Schubkraft (115) ein Zusammendrücken der Auflaufbremskupplung (107) um eine zweite Auslenkungsdistanz (110) bewirkt; und wobei die Steuerung (103) derart zum Steuern der Maschine (101) ausgebildet ist, dass die Maschine (101) kinetische Energie zum Aufnehmen durch den Energiespeicher (102) mit einem Grad umwandelt, der mit der zweiten Auslenkungsdistanz (110) korreliert.
System (100) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Auflaufbremskupplung (107) ein federbelastetes Stellglied ist.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin aufweisend: eine Erfassungseinheit (104); wobei die Erfassungseinrichtung (104) mit einer Bedienvorrichtung zum Betätigen einer Betriebsbremse (107) des Fahrzeugs (106) gekoppelt ist; und wobei die Steuerung (103) derart zum Steuern der Maschine (101) ausgebildet ist, dass die Maschine (101) kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einem Stellwertmaß der Bedienvorrichtung korreliert.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung (103) derart zum Steuern der Maschine (101) ausgebildet ist, dass die Maschine (101) kinetische Energie mit einem Grad umwandelt, der mit einer Beschleunigungsanforderung des Fahrzeugs (106) für den Anhänger (105) korreliert.
System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Maschine (101) aufweisend: eine Antriebseinrichtung (101A) zum Antreiben des Anhängers (105) mit in dem Energiespeicher (102) gespeicherter Energie; und eine Energieumwandlungseinrichtung (101B) zum Umwandeln von kinetischer Energie des Anhängers (105), wobei die Antriebseinrichtung (101A) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem elektrischen Motor, einem hydraulischen Motor und einem pneumatischen Motor; wobei die Energieumwandlungseinrichtung (101B) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Generator und einer Pumpe.
Anhänger (105) für ein Fahrzeug (106), aufweisend ein System (100) zur Rekuperation von kinetischer Energie nach einem der Ansprüche 1 bis 10.