DE102013208852B4

DE102013208852B4 - Merkmal des ladens beim ebenen ziehen eines elektrofahrzeugs

Info

Publication number: DE102013208852B4
Application number: DE102013208852.3A
Authority: DE
Inventors: Scott Wojtkowicz; Joseph Norman Ulrey; Ross Dykstra Pursifull
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-05-15
Filing date: 2013-05-14
Publication date: 2021-07-15
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: US20130311058A1; DE102013208852A1; CN103419645A; CN103419645B; US8700284B2

Abstract

Bremssystem für ein gezogenes Fahrzeug, Folgendes umfassend:ein Zugelement (14) zum Anbringen des gezogenen Fahrzeugs (12) an einem ziehenden Fahrzeug (10), wobei das gezogene Fahrzeug (12) einen Traktionsmotor (16) und eine Traktionsbatterie (20) aufweist,wobei der Traktionsmotor (16) während eines normalen, nicht gezogenen Betriebs des Fahrzeugs (12) als Motor arbeiten kann,einen Sensor (32) zum Messen einer Zuglast im Zugelement (14) und einen Computer,dadurch gekennzeichnet, dass der Computer dafür programmiert ist, die Rekuperationsbremsung und eine Motorunterstützung des gezogenen Fahrzeugs (12) basierend auf der Zuglast zu steuern,wobei die Zuglast sowohl Zug- als auch Kompressionskräfte beinhaltet,wobei eine Benutzerschnittstelle vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist,dass ein Benutzer im Zugmodus zwischen verschiedenen Zugoptionen wählen kann.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Bremssystem in einem Fahrzeug, insbesondere ein Bremssystem zum Steuern einer Rekuperationsbremsung in einem gezogenen Fahrzeug.
Hybridelektrofahrzeuge (HEV - Hybrid Electric Vehicles), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicles) und batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV - Battery Electric Vehicles) sind Beispiele für Fahrzeuge, die zumindest teilweise durch einen Elektromotor angetrieben werden. Diese Fahrzeuge können im weitesten Sinne als „Elektrofahrzeuge“ bezeichnet werden. Elektrofahrzeuge nutzen typischerweise das Rekuperationsbremsen, bei dem ein Traktionsmotor als Generator zum Umwandeln kinetischer Energie des Fahrzeugs in Elektroenergie dient, die in einer Traktionsbatterie gespeichert wird. Es besteht ein Bedarf daran, den Antriebsstrang des Elektrofahrzeugs effektiv zu nutzen, während das Elektrofahrzeug gezogen wird.
Die US 7 743 859 B2 offenbart einen Anhänger, der einen Motor sowie eine Energiespeichereinrichtung umfasst.
Die JP 2003299205 A offenbart einen Controller zum Steuern der regenerativen Bremskraft, wenn ein Fahrzeug abgeschleppt wird.
Die DE 10 2010 042 907 A1 betrifft ein System zur Rekuperation von kinetischer Energie für einen Fahrzeuganhänger und einen Fahrzeuganhänger mit einem entsprechenden System.
Die DE 20 2009 007 173 U1 betrifft einen Fahrradanhänger/Handwagen mit optionalem elektrischem Antrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Anhänger durch seine Achsgeometrie (die Räder stehen über den hinteren Gehäuse-Rand hinaus) und den auf der Rückseite angebrachten Auflageflächen zum einfachen senkrechten Aufstellen geeignet ist.
Die US 6 516 925 B1 betrifft ein System und ein Verfahren zum Bremsen eines gezogenen Fahrzeugs oder Anhängers, welche die Bremsstabilität erhöhen.
Die US 6 668 225 B2 offenbart ein Kontrollsystem für gezogene Fahrzeuge wie Anhänger.
Die US 6 866 350 B2 offenbart ein System und ein Verfahren zum Nutzen der Bremsenergie, wenn ein Fahrzeug gezogen wird.
Die US 7 712 760 B2 offenbart eine Vorrichtung zum Ziehen eines Elektrofahrzeugs, wenn sich dieses nicht mehr selbstständig bewegen kann.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Bremssystem für ein Fahrzeug bereitgestellt, das gezogen wird. Das System beinhaltet ein Zugelement zum Anbringen des gezogenen Fahrzeugs an ein ziehendes Fahrzeug. Das gezogene Fahrzeug weist einen Traktionsmotor und eine Traktionsbatterie auf. Das System beinhaltet außerdem einen Sensor zum Messen der Zuglast im Zugelement. Die Zuglast kann Zugkräfte und/oder Kompressionskräfte beinhalten, die auf das Zugelement ausgeübt werden. Es ist ein Computer bereitgestellt, der dafür programmiert ist, das Rekuperationsbremsen des gezogenen Fahrzeugs basierend auf der abgetasteten Zuglast zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zum Steuern einer Zuglast zwischen verbundenen Fahrzeugen bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen von Informationen, die eine Zuglast in einem Verbindungselement angeben. Das Verbindungselement verbindet ein ziehendes Fahrzeug mit einem gezogenen Fahrzeug. Das Verfahren beinhaltet ferner das Steuern der Rekuperationsbremsung im gezogenen Fahrzeug basierend auf der Zuglast. Bei mindestens einer Ausführungsform kann das Steuern der Rekuperationsbremsung das Erhöhen des Umfanges der Rekuperationsbremsung basierend auf einem verringerten Umfang der Zuglast im Verbindungselement beinhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug beinhaltet einen Traktionsmotor zum Antreiben von Rädern und eine Traktionsbatterie, die mit dem Traktionsmotor elektrisch verbunden ist. Das Fahrzeug beinhaltet außerdem eine Halterung, die entweder an einem Front- oder einem Heckende des Fahrzeugs angeordnet ist, um ein Zugelement anzubringen. Das Zugelement verbindet das Fahrzeug mit einem ziehenden Fahrzeug. Das Fahrzeug beinhaltet außerdem einen Computer, der dafür programmiert ist, Informationen zu empfangen, die eine Zuglast im Zugelement angeben. Der Computer steuert, basierend auf der Zuglast, außerdem die Rekuperationsbremsung im Fahrzeug.

1 ist eine Seitenansicht eines Fahrzeuges, das mittels eines Zugelements ein anderes Fahrzeug zieht.
2 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, das ein Elektrofahrzeug zieht.
3 ist eine Perspektivansicht des Zugelements, das einen Zuglastsensor aufweist.
4A bis D sind graphische Darstellungen der Rekuperationsbremsung und der Motorunterstützung, die basierend auf der Zuglast während der Beschleunigung und des Abbremsens des Fahrzeugs verwendet werden.
5 zeigt einen Ausschnitt des Armaturenbretts eines Elektrofahrzeugs und
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Steuern der Rekuperationsbremsung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hier im Einzelnen beschrieben. Es versteht sich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich als Beispiele für die Erfindung dienen, die in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt werden kann. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, da einige Merkmale übergroß oder minimiert sein können, um Einzelheiten besonderer Komponenten zu zeigen. Hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionale Einzelheiten sind deshalb nicht als Beschränkung auszulegen, sondern einzig als Darstellungsgrundlage, um einen Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise anzuwenden.
In 1 ist ein ziehendes Fahrzeug 10 bereitgestellt. Das ziehende Fahrzeug 10 kann ein Wohnmobil, ein Lastkraftwagen, ein Automobil oder jedes andere Fahrzeug sein, das zum Ziehen eines anderen Fahrzeugs in der Lage ist. Auf langen Fahrten kann es zum Beispiel wünschenswert sein, ein gezogenes Fahrzeug 12 zu ziehen, um Energie zu sparen. Das gezogene Fahrzeug 12 wird deshalb hinter dem ziehenden Fahrzeug 10 gezogen. Ein Verbindungselement oder Zugelement 14 verbindet das ziehende Fahrzeug 10 mit dem gezogenen Fahrzeug 12. Das Zugelement 14 kann eine Anhängerkupplung sein, die einen Kugelkopf und eine Kugelkopfhalterung beinhaltet, die am Fahrgestell des ziehenden Fahrzeugs 10 angebracht sind, und ein entsprechendes Kupplungsstück, das am gezogenen Fahrzeug 12 angebracht und dafür eingerichtet ist, den Kugelkopf aufzunehmen. Weitere Einzelheiten des Zugelements werden in Bezug zur Beschreibung der 3 bereitgestellt.
In 2 ist das ziehende Fahrzeug 10 über das Zugelement 14 mit dem gezogenen Fahrzeug 12 verbunden. Das gezogene Fahrzeug 12 kann ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV) sein, bei dem eine elektrische Maschine oder ein Motor/Generator (M/G) 16 die Räder 18 des Fahrzeugs 12 ohne Verbrennungsmotor antreibt. Alternativ kann das gezogene Fahrzeug 12 jedes andere Elektrofahrzeug sein, das zumindest teilweise durch einen M/G 16 angetrieben wird. Zum Beispiel wird bei einem Hybridelektrofahrzeug (HEV) das Fahrzeug 12 durch sowohl den M/G 16 als auch einen Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) angetrieben. Somit ist das in 2 dargestellte gezogene Fahrzeug 12 nur eine Ausführungsform und es versteht sich, dass das gezogene Fahrzeug 12 nicht darauf beschränkt ist, ein BEV zu sein.
Während des normalen, nicht gezogenen Betriebes des Fahrzeugs 12 kann der M/G 16 als Motor arbeiten, um ein Drehmoment für die Räder 18 bereitzustellen. Der M/G 16 kann außerdem als Generator arbeiten, in dem der M/G 16 ein Drehmoment von den Rädern 18 empfängt und während der Rekuperationsbremsung eine Batterie 20 lädt. Der M/G 16 kann eine elektrische Maschine sein, die in der Lage ist, sowohl als ein Traktionsmotor als auch als ein Generator zu fungieren, oder er kann durch einen Traktionsmotor und einen separat angeschlossenen Generator definiert sein. Die in der Batterie 20 gespeicherte Energie kann für vielerlei Zwecke verwendet werden, einschließlich für das Antreiben der Räder 18 und zur Versorgung der im Fahrzeug 12 enthaltenen Elektronik mit Elektroenergie. Darüber hinaus kann, wenn das gezogene Fahrzeug 12 einen Verbrennungsmotor beinhaltet (z. B. im Fall eines HEV), der M/G 16 dafür gestaltet sein, ein Drehmoment sowohl vom Motor als auch von den Rädern 18 zu empfangen, um die Batterie 20 zu laden.
Wie im Fall des normalen, nicht gezogenen Betriebes des Fahrzeugs 12 kann die Rekuperationsbremsung auch verwendet werden, während das Fahrzeug 12 gezogen wird. Zum Beispiel stehen während des ebenen Ziehens (wie in 1 dargestellt) alle vier Räder des gezogenen Fahrzeugs 12 in Kontakt mit der Straße, weshalb das gezogene Fahrzeug 12 in der Lage ist, sein Rekuperationsbremssystem zu verwenden. Die Batterie 20 kann außerdem die Elektronik oder anderes Zubehör im ziehenden Fahrzeug 10 mit Elektroenergie versorgen, wenn das ziehende Fahrzeug 10 elektrisch mit dem gezogenen Fahrzeug 12 verbunden ist.
Im gezogenen Fahrzeug 12 ist außerdem eine Fahrzeugsteuereinheit (VCU - Vehicle Control Unit) 22 bereitgestellt. Die VCU 22 kann zum Beispiel eine einzelne Computereinheit oder mehrere Computer sein, die in einem Control Area Network (CAN) kommunizieren. Die VCU 22 kann ein Fahrzeugsystem-Controller/Antriebsstrang-Steuermodul (VSC/PCM - Vehicle System Controller / Powertrain Control Module) sein. In dieser Hinsicht kann der PCM-Abschnitt des VSC/PCM eine Software sein, die im VSC/PCM eingebettet ist, oder er kann ein separates Hardware-Gerät sein. Die VCU 22 beinhaltet im Allgemeinen eine beliebige Anzahl von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speichern (z. B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM) und Softwarecode, um miteinander zusammenzuarbeiten, um eine Reihe von Operationen auszuführen. Es versteht sich, dass das gezogene Fahrzeug 12 mehrere Computer und Steuereinheiten aufweisen kann, die mit verschiedenen Abschnitten des Fahrzeugs 12 kommunizieren, und diese Steuereinheiten für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung als die VCU 22 bezeichnet werden.
Die VCU 22 ist sowohl mit dem M/G 16 als auch der Batterie 20 elektrisch verbunden und dafür programmiert, den M/G 16 und die Batterie 20 zu steuern. Zum Beispiel bestimmt die VCU, ob vom Fahrer eine Beschleunigung gefordert wird, und reagiert, indem sie den M/G 16 mit Elektroenergie der Batterie 20 versorgt. Des Weiteren wird die VCU 22 bei einem Bremsereignis, bei dem die Batterie 20 über einen zuvor bestimmten Grenzwert hinaus geladen wurde, das Überladen der Batterie 20 durch die Rekuperationsbremsung verhindern und stattdessen Reibungsbremsen anweisen, die Räder 18 zu erfassen. Die VCU 22 ist außerdem über eine elektrische Verbindung 24 elektrisch mit dem Zugelement 14 verbunden. Zum Beispiel werden Informationen bezüglich der Zugkraft im Zugelement 14 an die VCU 22 gesandt, wie im Weiteren beschrieben wird.
In 3 ist das Zugelement 14 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Das Zugelement 14 koppelt das ziehende Fahrzeug 10 an das gezogene Fahrzeug 12. Das Zugelement 14 beinhaltet einen Kugelkopf 28, der an das ziehende Fahrzeug 10 montiert ist, und ein entsprechendes Kupplungsstück 30, das an das gezogene Fahrzeug 12 montiert ist. Es versteht sich, dass der Begriff „Zugelement“ 14 für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung den Kugelkopf 28 nicht zwangsläufig einschließt, da der Kugelkopf 28 zum Beispiel Teil des ziehenden Fahrzeugs 10 sein kann. Es versteht sich außerdem, dass das Zugelement 14 eine Zugkette oder jede andere mechanische Verbindung sein kann, die das ziehende Fahrzeug 10 am gezogenen Fahrzeug 12 befestigt.
Am Zugelement 14 ist ein Sensor 32 angeordnet. Der Sensor 21 ist über die elektrische Verbindung 24 mit der VCU 22 verbunden. Der Sensor 32 bestimmt die Zuglasten im Zugelement 14 und übermittelt die Zuglastmesswerte an die VCU 22. Die im Zugelement 14 durch den Sensor 32 gemessenen Zuglasten beinhalten sowohl Zug- als auch Kompressionskräfte. Zum Beispiel drückt das gezogene Fahrzeug 12 das ziehende Fahrzeug 10 bei einem plötzlichen Bremsereignis des ziehenden Fahrzeugs 10 oder beim Bergabfahren vorwärts, wodurch im Zugelement 14 eine Kompressionskraft bereitgestellt wird, die durch den Sensor 32 gemessen wird. In ähnlicher Weise zieht das gezogene Fahrzeug 12 das ziehende Fahrzeug bei einer plötzlichen Beschleunigung durch das gezogene Fahrzeug oder beim Bergauffahren rückwärts, wodurch im Zugelement 14 eine Zugkraft bereitgestellt wird, die durch den Sensor 32 gemessen wird. Der Sensor 32 kann an jede Stelle des Zugelementes 14 montiert sein, die exakte Messwerte der Zuglasten in der Verbindung zwischen dem ziehenden Fahrzeug 10 und dem gezogenen Fahrzeug 12 erbringt. Es versteht sich, dass der Begriff „Zuglast“ die in Wechselbeziehung stehenden Zug- und Kompressionskräfte im Zugelement 14 bezeichnen kann, wobei eine Zunahme der Zugkräfte das Gleiche bedeuten soll wie eine Abnahme der Kompressionskräfte und eine Abnahme der Zugkräfte das Gleiche wie eine Zunahme der Kompressionskräfte.
Der Sensor 32 ist vorzugsweise ein Zugkraftsensor, der Lastzellen zum Messen der Zug- und Kompressionskräfte im Zugelement 14 beinhaltet. Es kommen jedoch viele andere Sensoren in Betracht, die zwar keine Zugkraftsensoren sind, aber trotzdem die VCU veranlassen, die Zuglasten im Zugelement 14 zu bestimmen. Zum Beispiel kann gemäß einer Ausführungsform der Sensor 32 ein Geschwindigkeitssensor sein, der sowohl mit dem ziehenden Fahrzeug 10 als auch mit dem gezogenen Fahrzeug 12 verbunden ist, um die Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsunterschiede zwischen den Fahrzeugen zu messen. Ist die Geschwindigkeit des ziehenden Fahrzeugs 10 größer als die des gezogenen Fahrzeugs 12, kann durch die VCU 22 daraus eine Zugkraft im Zugelement 14 abgeleitet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor 32 ein Näherungssensor (z. B. Radar) oder ein Kontakt-Abstandssensor (z. B. Kabel) sein, der entweder an das Zugelement 14 oder eines der Fahrzeuge montiert ist, um den Abstand zwischen dem ziehenden Fahrzeug 10 und dem gezogenen Fahrzeug 12 zu bestimmen. Wird der Abstand zwischen dem ziehenden Fahrzeug 10 und dem gezogenen Fahrzeug 12 als unterhalb eines Schwellenwertes liegend bestimmt, kann durch die VCU 22 eine Kompressionskraft im Zugelement 14 abgeleitet werden. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor 32 eine GPS-Einheit, die mit einem Satellitennetzwerk kommuniziert, um den Abstand zwischen dem ziehenden Fahrzeug 10 und dem gezogenen Fahrzeug 12 zu bestimmen. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet der Sensor 32 eine Kamera, die den Abstand aus der Größenveränderung von Elementen in ihrem Sichtfeld ableitet. Zum Beispiel kann eine Kamera an des gezogene Fahrzeug 12 oder an das Zugelement 14 montiert sein, die eine Größenveränderung des Nummernschildes des ziehenden Fahrzeugs 10 übermittelt und die VCU 22 errechnet die Zuglast im Zugelement 14 basierend auf der Größenveränderung. Obwohl sich diese und weitere Ausführungsformen in der Verwendung des Sensors 32 unterscheiden, ermöglichen es die Messwerte der VCU 22, die Zuglasten im Zugelement 14 abzuleiten oder zu errechnen. Es versteht sich, dass hierin Bezug auf die „Zuglast“ im Zugelement 14 genommen wird und dass die „Zuglast“ gemäß einer beliebigen der zuvor genannten Ausführungsformen entweder direkt durch den Sensor 32 bestimmt wird oder durch die VCU 22 aus den Abstands- oder Geschwindigkeitsablesewerten des Sensors 32 abgeleitet oder errechnet wird.
Bezüglich der 1 bis 3 erhöht während einer Bremsanforderung durch den Fahrer des ziehenden Fahrzeugs 10 die zusätzliche Masse des gezogenen Fahrzeugs 12 den Umfang der Bremskraft, die benötigt wird, um zum Halten zu kommen. In ähnlicher Weise verlängert das gezogene Fahrzeug 12 während einer Beschleunigungsanforderung durch den Fahrer des ziehenden Fahrzeugs 10 die Zeitspanne, die nötig ist, um eine gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen, und erhöht die Arbeitslast des Motors des ziehenden Fahrzeugs. Die Rekuperationsbremsung und die Motorunterstützung können vom M/G 16 und der Batterie 20 im gezogenen Fahrzeug 12 verwendet werden, um die Fahrbarkeit des ziehenden Fahrzeugs 10 während der Fahrt günstig zu beeinflussen. Die Zuglast im Zugelement 14 wird an die VCU 22 gesandt. Die VCU 22 kommuniziert mit dem M/G 16 und der Batterie 20, um die Rekuperationsbremsung zu verwenden, um die Zugkraft im Zugelement 14 zu steuern. Wird im Zugelement 14 eine Kompressionskraft erkannt, die einen zuvor bestimmten Grenzwert überschreitet (z. B. wenn das ziehende Fahrzeug 10 bremst), weist die VCU 22 den M/G 16 an, mit der Rekuperationsbremsung zu beginnen. Das Rekuperationsbremsen reduziert die Kompression im Zugelement 14, lädt die Batterie 20 und unterstützt das Abbremsen des ziehenden Fahrzeugs 10. Fällt die Kompressionskraft im Zugelement 14 unter einen zuvor bestimmten Grenzwert, weist die VCU 22 den M/G 16 an, das Rekuperationsbremsen zu verringern oder einzustellen, was dem ziehenden Fahrzeug 10 den Betrieb ohne Widerstand durch das Rekuperationsbremsen im gezogenen Fahrzeug 12 ermöglicht.
Alternativ kann die VCU 22 den M/G 16 anweisen, das Rekuperationsbremsen zu verringern oder einzustellen, oder kann den M/G 16 anweisen, die Räder 18 mit Energie zu versorgen, um das Antreiben des gezogenen Fahrzeugs 12 zu unterstützen, wenn die Zugkraft im Zugelement 14 einen zuvor bestimmten Grenzwert übersteigt (z. B. wenn das ziehende Fahrzeug 10 beschleunigt). Die Reduktion der Rekuperationsbremsung oder die Zunahme des Antreibens durch den M/G 16 dient als „schiebende“ Kraft, die einer Zunahme der Zugkraft im Zugelement 14 entgegenwirkt und außerdem die Gesamthemmwirkung auf das gezogene Fahrzeug 10 verringert. Die VCU 22 kann den M/G 16 dahingehend steuern, entweder die Räder 18 mit Energie zu versorgen oder ein Rekuperationsbremsen für die Batterie 20 bereitzustellen, um zu versuchen, eine konstante Zuglast im Zugelement 14 aufrechtzuerhalten.
Die VCU 22 kann außerdem Messwerte vom Sensor 32 empfangen, welche die Relativgeschwindigkeit der Fahrzeuge 10, 12 angeben und/oder die Neigung, auf der die Fahrzeuge 10, 12 fahren. Wenn zum Beispiel das ziehende Fahrzeug 10 das gezogene Fahrzeug eine steile Neigung hinaufzieht, können infolge der Gravitation im Zugelement 14 große Zugkräfte auftreten. Wenn der Fahrer des ziehenden Fahrzeugs 10 die Bremsen betätigt, kann die Zugkraft im Zugelement 14 beim Fahren an der Steigung weiter fortbestehen. Der umgekehrte Fall trifft ebenso zu, insoweit große Kompressionskräfte im Zugelement 14 weiter fortbestehen können, wenn der Fahrer des ziehenden Fahrzeugs 10 beim Bergabfahren beschleunigt. Die Relativgeschwindigkeiten und Neigungen der Fahrzeuge 10, 12 können deshalb in die Bestimmung durch die VCU 22 eingeschlossen werden, wann die Rekuperationsbremsung zu aktivieren ist und in welcher Größenordnung.
Die VCU 22 kann außerdem Informationen empfangen, die einen Ladezustand (SOC - State Of Charge) der Batterie 10 anzeigen. Während der Rekuperationsbremsung überwacht und steuert die VCU 22 den Ladezustand, um ein Überladen der Batterie 20 zu verhindern. Übersteigt der Ladezustand der Batterie 20 einen zuvor bestimmten Grenz- oder Schwellenwert, kann die VCU 22 die Rekuperationsbremsung im gezogenen Fahrzeug 12 ungeachtet der Zuglasten im Zugelement 14 verhindern. Bei hohem Ladezustand und hoher Kompressionskraft im Zugelement kann die VCU 22 an den Rädern 18 herkömmliche Reibungsbremsen statt der Rekuperationsbremsung auslösen. Die VCU 22 kann, ähnlich den Ausführungsformen, welche die Rekuperationsbremsung verwenden, die Last der Reibungsbremsen an den Rädern 18 zum Beispiel basierend auf einer einen Schwellenwert übersteigenden Kompressionskraft im Zugelement 14 erhöhen. Bei einer Ausführungsform kann die VCU 22 die Zuglast im Zugelement 14 aus dem Folgenden ableiten: $F = (m a) + (m θ) + k_{1} + (k_{2} v) + (k_{3} v^{2}),$
wobei F die Zuglast ist, m die Masse des gezogenen Fahrzeugs 12, a die Beschleunigung des gezogenen Fahrzeugs 12, θ das Gefälle oder die Neigung bei der Fahrt, kein Kalibrierungskoeffizient und v die Geschwindigkeit des gezogenen Fahrzeugs 12.
In 2 und 4A bis D sind graphische Darstellungen bereitgestellt, welche die Verwendung der Rekuperationsbremsung und der Motorunterstützung basierend auf der Zuglast im Zugelement 14 gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen. In jeder der 4A - D stellt eine Linie 100 ein normales Verhältnis der Zugkräfte im Zugelement 14 während der Beschleunigung und des Abbremsens des ziehenden Fahrzeugs 10 und des gezogenen Fahrzeugs 12 dar. Die Linie 100 soll die Zug- und Kompressionskräfte im Zugelement 14 darstellen, wenn durch die VCU 22 keine Rekuperationsbremsung oder Motorunterstützung angewiesen ist. Wenn die Fahrzeuge 10, 12 beschleunigen, nimmt die Zugkraft im Zugelement 14 zu. In ähnlicher Weise nimmt die Kompressionskraft im Zugelement 14 zu (und die Zugkraft ab), wenn die Fahrzeuge 10, 12 abbremsen. Die Linie 100 ist infolge der Hemmung des gezogenen Fahrzeugs 12, die auch bei konstanter Geschwindigkeit eine Zugkraft im Zugelement 14 verursacht, im Verhältnis zur Mitte versetzt.
Bezüglich der 2 und 4A ist eine konstante Zuglast im Zugelement 14 durch die Solllinie 102 dargestellt. Bei der in 4A dargestellten Ausführungsform kann die VCU 22 dafür programmiert sein, sowohl die Rekuperationsbremsung als auch die Motorunterstützung in variierendem Umfang zu verwenden, um während der Fahrt eine relativ konstante Zuglast aufrechtzuerhalten. Dies ist durch die Pfeile „REKUPERATION“ und „UNTERSTÜTZUNG“ in den 4A - D dargestellt, wobei die VCU 22 die Rekuperationsbremsung und die Motorunterstützung anweist, um zu versuchen, während der Fahrt die Linie 100 mit der Solllinie 102 in Übereinstimmung zu bringen, wodurch im Zugelement 14 eine relativ konstante Zuglast aufrechterhalten wird. Nimmt die Größenordnung der Beschleunigung oder des Abbremsens in den Fahrzeugen 10, 12 zu, können der Umfang der Rekuperationsbremsung beziehungsweise der Umfang der Motorunterstützung zunehmen.
Bezüglich der 2 und 4B kann die Solllinie 102 modifiziert sein, um unterschiedliche spezielle Ziele zu erreichen. Zum Beispiel kann die Solllinie 102 derart modifiziert sein, dass die VCU 22 keine Motorunterstützung anweist, sondern eine Rekuperationsbremsung proportional zu zunehmenden Kompressionskräften anweist, wenn die Fahrzeuge 10, 12 abbremsen. Ähnlich wie bei der in 4A dargestellten Ausführungsform kann die Rekuperationsbremsung bei Befehlen zum starken Bremsen und starken Kompressionskräften im Zugelement 14 verwendet werden. Die in 4B dargestellte Ausführungsform kann zum Beispiel umgesetzt werden, wenn der Ladezustand der Batterie 20 unter einem Schwellenwert liegt, sodass ein Abziehen der in der Batterie 20 gespeicherten Energie in Form der Motorunterstützung unerwünscht ist.
Bezüglich der 2 und 4C wurde die Solllinie 102 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung modifiziert. Bei dieser Ausführungsform ist die Solllinie 102 derart modifiziert, dass die VCU 22 den M/G 16 verwendet, um das gezogene Fahrzeug 12 aktiv zu unterstützen, um während der Beschleunigung die Zugkraft im Zugelement 14 zu verringern. Eine verstärkte elektrische Unterstützung vom M/G 16 während einer hohen Beschleunigungsanforderung verringert die Zugkraft im Zugelement 14 und den Widerstand des gezogenen Fahrzeugs 12. Dies ermöglicht eine effizientere Beschleunigung des ziehenden Fahrzeugs 10. Die in 4C dargestellte Ausführungsform kann zum Beispiel umgesetzt werden, wenn der Ladezustand über einem Schwellenwert liegt und die Beschleunigungsanforderungen (Pedalposition) relativ groß sind.
Bezüglich der 2 und 4D wurde die Solllinie 102 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform modifiziert. Bei dieser Ausführungsform ist die Solllinie 102 derart vertikal versetzt, dass das Überschneiden der Linien 100, 102 während der Beschleunigung der Fahrzeuge 10, 12 auftritt. Deshalb wird die Rekuperationsbremsung von der VCU 22 sogar während der Beschleunigung angewiesen. Des Weiteren wird, je höher die Solllinie 102 versetzt ist, eine umso stärkere Beschleunigung benötigt, bis die Rekuperationsbremsung eingestellt wird. Die in 4D dargestellte Ausführungsform kann zum Beispiel umgesetzt werden, wenn der Ladezustand der Batterie 20 unter einem Schwellenwert liegt und der Wunsch, die Batterie 20 zu laden, relativ stark ist.
Es versteht sich, dass die in den 4A bis D dargestellten Ausführungsformen lediglich Beispiele für die Ergebnisse verschiedener programmierbarer Befehle in der VCU 22 sind. Wie in Bezug zu 5 beschrieben wird, kann ein Benutzer, basierend zum Beispiel auf dem gewünschten Laden der Batterie 20, auch das gezogene Fahrzeug 12 programmieren, die Rekuperationsbremsung und die Motorunterstützung in verschiedener Weise zu verwenden.
In 5 ist gemäß einer Ausführungsform in einem zentralen Abschnitt des Armaturenbrettes 112 des Fahrzeugs 12 eine Benutzerschnittstelle 110 angeordnet. Die Benutzerschnittstelle 110 kann auch ein anderes Anzeigesystem ergänzen, wie beispielsweise ein Navigationssystem oder eine Schnittstelle zur Steuerung einer Unterhaltungsanlage. Die Benutzerschnittstelle 110 kann eine Flüssigkristallanzeige (LCD) sein, eine organische Leuchtdioden-Anzeige (OLED), eine Plasmabildschirmanzeige oder eine andere Sichtanzeige. Die Benutzerschnittstelle 110 kann Schaltknöpfe beinhalten oder ein Touchscreen sein, der zwischen dem Fahrzeug 12 (oder der VCU 22) und dem Fahrer wechselseitig Informationen übermittelt. Obwohl die Benutzerschnittstelle 110 als im zentralen Armaturenbrett 112 angeordnet dargestellt ist, kann sie gemäß einer weiteren Ausführungsform auch in einer Instrumententafel 114 angeordnet sein, in der Schaltknöpfe am oder um das Lenkrad herum mit der Benutzerschnittstelle 110 kommunizieren können.
Bezüglich der 2 und 5 stellt die Benutzerschnittstelle 110 für einen Benutzer des Fahrzeugs 12 verschiedene Zugoptionen bereit, welche die VCU 22 anweisen, die Rekuperationsbremsung auf verschiedene Art zu steuern, wie im Weiteren beschrieben wird. Die Benutzerschnittstelle 110 kann den Benutzer zuerst in die Lage versetzen, durch Menüs zu navigieren, um zum Beispiel einen „Zugmodus“ zu aktivieren, der die VCU 22 in die Lage versetzt, während des Ziehens die Rekuperationsbremsung zu verwenden. Sobald der „Zugmodus“ aktiviert ist, kann der Benutzer dann zwischen verschiedenen Zugoptionen wählen. In einem Modus „konstanter Zugkraft“ wird die VCU 22 zum Beispiel die Rekuperationsbremsung und/oder die Motorunterstützung im M/G 16 aktivieren, um eine relativ konstante Zuglast im Zugelement 14 aufrechtzuerhalten (z. B. bei der in 4A dargestellten Ausführungsform). In einem Modus „schnellste Laderate“ kann der Schwellenwert zum Aktivieren der Rekuperationsbremsung sehr klein sein und die Rekuperationsbremsung kann zum Beispiel sogar während des Ausrollens oder geringer Beschleunigung verwendet werden (z. B. bei der in 4D dargestellten Ausführungsform). In einem Modus „Laden nur während des Bremsens“ oder einem Modus „Laden nur während des Abbremsens“ wird das Rekuperationsbremsen die Batterie 20 nur dann laden, wenn in einem der Fahrzeuge 10, 12 eine Brems- oder eine Abbrenskraft erfasst wird (z. B. bei der in 4B dargestellten Ausführungsform). Ist während der Fahrt eine optimale Beschleunigung des ziehenden Fahrzeugs 10 erwünscht, wird ein Modus „bei Beschleunigung niemals laden“ verhindern, dass die VCU 22 die Rekuperationsbremsung während der Beschleunigung eines der Fahrzeuge 10, 12 aktiviert.
Diese und andere Modi kommen in Betracht, um für den Benutzer Optionen für verschiedene Verfahren zum Laden der Batterie 20 je nach der Erwünschtheit der Laderate der Batterie 20 und der Fahrbarkeit des ziehenden Fahrzeugs 10 bereitzustellen. Die Wirkungen einiger der verschiedenen Laderaten sind in den 4A - D veranschaulicht. Sobald ein Modus gewählt ist, kann der Benutzer das Fahrzeug 12 verlassen und mit dem Ziehen des Fahrzeugs 12 beginnen. Der ausgewählte Modus kann bestehen bleiben, bis der Benutzer später einen anderen Lademodus wählt, den Lademodus deaktiviert oder das gezogene Fahrzeug vom Zugelement 14 löst.
In 2 und 6 ist ein Verfahren zum Steuern der Zuglast zwischen verbundenen Fahrzeugen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dargestellt. Das Verfahren kann durch die VCU 22 oder einen anderen Computer umgesetzt werden, wie mit Bezug auf 2 beschrieben. Bei 200 empfängt die VCU 22 den gewünschten Lademodus, der vom Benutzer gewählt wurde. Dies kann vom Benutzer zum Beispiel durch Navigieren durch die verschiedenen Optionen in der Benutzerschnittstelle 110 erreicht werden, wie es in Bezug auf 5 beschrieben wurde. Ist kein gewünschter Lademodus gewählt, kann ein werksseitiger Lademodus zugewiesen werden. Bei 202 wird die Zuglast (Zug- und Kompressionskraft) im Zugelement 14 bestimmt. Die Zuglast kann direkt durch die Zug- und Kompressionskräfte bestimmt werden oder indirekt durch Angaben wie beispielsweise Geschwindigkeitsunterschiede der Fahrzeuge und andere, bereits beschriebene indirekte Angaben. Bei 204 wird ein Vergleich zwischen der gemessenen Zuglast und einem zuvor bestimmten Schwellenwert vorgenommen. Übersteigt die Zuglast den Schwellenwert nicht, beginnt das Verfahren erneut bei 200. Übersteigt die Zuglast den Schwellenwert, fährt das Verfahren mit 206 fort. Der Schwellenwert kann zum Beispiel basierend auf der gewünschten Empfindlichkeit der Zuglasten variieren, die bewirkt, dass die VCU 22 die Rekuperationsbremsung aktiviert. Bei 206 wird der Ladezustand der Batterie 20 bestimmt und mit einem Ladungsschwellenwert verglichen. Der Ladungsschwellenwert kann jeder Wert sein, liegt aber vorzugsweise zwischen 80 und 95 % der gesamten Ladekapazität der Batterie, um im Weiteren das Überladen zu verhindern. Wird bestimmt, dass der Ladezustand über dem Schwellenwert liegt, beginnt das Verfahren erneut bei 200. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Rekuperationsbremsung verhindert werden, wenn der Ladezustand über dem Schwellenwert liegt, die Motorunterstützung vom M/G 16 aber zugelassen werden. Liegt der Ladezustand unter dem Schwellenwert, was angibt, dass die Batterie 20 nicht ausreichend geladen ist, fährt das Verfahren mit 208 fort. Bei 208 wird gemäß den im Vorstehenden beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen die Rekuperationsbremsung oder die Motorunterstützung vom M/G 16 aktiviert. Die Rekuperationsbremsung oder die Motorunterstützung kann proportional zur bei 204 gemessenen Zuglast angewandt werden. Auf diese Weise wird eine größere, auf das Zugelement 14 ausgeübte Last oder Spannung eine proportional stärkere Rekuperationsbremsung oder Motorunterstützung bewirken, um die Last zu verringern.
Obwohl im Vorstehenden beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurden, sollen diese nicht alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Worte sind eher Worte der Beschreibung als Worte der Beschränkung. Es wird außerdem in Betracht gezogen, dass verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kombiniert oder neu angeordnet werden können, um ein spezifisches Ergebnis zu erhalten. Sofern bestimmte, hierin beschriebene Ausführungsformen als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften beschrieben sind, liegen die anderen Ausführungsformen und die Umsetzungen nach dem Stand der Technik außerdem nicht außerhalb des Schutzumfanges der Offenbarung und sie können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Bremssystem für ein gezogenes Fahrzeug, Folgendes umfassend: ein Zugelement (14) zum Anbringen des gezogenen Fahrzeugs (12) an einem ziehenden Fahrzeug (10), wobei das gezogene Fahrzeug (12) einen Traktionsmotor (16) und eine Traktionsbatterie (20) aufweist, wobei der Traktionsmotor (16) während eines normalen, nicht gezogenen Betriebs des Fahrzeugs (12) als Motor arbeiten kann, einen Sensor (32) zum Messen einer Zuglast im Zugelement (14) und einen Computer, dadurch gekennzeichnet, dass der Computer dafür programmiert ist, die Rekuperationsbremsung und eine Motorunterstützung des gezogenen Fahrzeugs (12) basierend auf der Zuglast zu steuern, wobei die Zuglast sowohl Zug- als auch Kompressionskräfte beinhaltet, wobei eine Benutzerschnittstelle vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, dass ein Benutzer im Zugmodus zwischen verschiedenen Zugoptionen wählen kann.
Bremssystem nach Anspruch 1, wobei der Computer dafür programmiert ist, basierend auf einer Abnahme der Zuglast im Zugelement (14) den Umfang der Rekuperationsbremsung zu erhöhen.
Bremssystem nach Anspruch 2, wobei der Computer dafür programmiert ist, den Umfang der Rekuperationsbremsung zu steuern, um im Zugelement (14) eine im Allgemeinen konstante Zuglast aufrechtzuerhalten.
Bremssystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor (32) einen Abstandssensor beinhaltet, um den Abstand zwischen dem gezogenen Fahrzeug (12) und dem ziehenden Fahrzeug (10) zu messen, um die Zuglast im Zugelement (14) anzugeben.
Bremssystem nach Anspruch 1, wobei der Computer dafür programmiert ist, eine Leistung des Traktionsmotors (16) basierend auf einer Abnahme der Zuglast im Zugelement (14) zu erhöhen.
Bremssystem nach Anspruch 1, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, die Rekuperationsbremsung des gezogenen Fahrzeugs (12) basierend auf dem Ladezustand der Traktionsbatterie (20) zu steuern.
Bremssystem nach Anspruch 6, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, basierend auf dem Ladezustand ein Reibungsbremsen im gezogenen Fahrzeug (12) zu aktivieren.
Bremssystem nach Anspruch 1, ferner einen Sensor (32) zum Messen einer Neigung einer Fahrt umfassend, wobei der Computer ferner dafür programmiert ist, die Rekuperationsbremsung des gezogenen Fahrzeugs (12) basierend auf der Neigung zu steuern.
Bremssystem nach Anspruch 1, ferner eine Benutzerschnittstelle (110) im gezogenen Fahrzeug (12) umfassend, die einen Benutzer in die Lage versetzt, den Computer selektiv zum Steuern der Rekuperationsbremsung basierend auf der Zuglast zu aktivieren.