DE102019003664A1 - Recuperation system - Google Patents

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Abstract

Rekuperationssystem für ein nicht angetriebenes Anhängerfahrzeug, mit einem Generator, der über Antriebswellen mit den beiden Rädern einer Achse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zwischen Generator und den Rädern zumindest eine schaltbare Kupplung angeordnet ist.Recuperation system for a non-powered trailer vehicle, with a generator which is connected to the two wheels of an axle via drive shafts, characterized in that at least one switchable clutch is arranged in the power flow between the generator and the wheels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rekuperationssystem für ein nicht angetriebenes Anhängerfahrzeug. Ein Rekuperationssystem dient dazu, Bremsenergie in elektrische Energie umzuwandeln und zu speichern. Unter dem Begriff Rekuperationssystem werden im Folgenden all die Bauteile und Module verstanden, die zum Rekuperieren erforderlich sind: Dazu zählen insbesondere ein Generator, elektrische Energiespeicher, Antriebswellen, die den Generator mit den Fahrzeugrädern verbinden, gegebenenfalls ein Übersetzungsgetriebe und eine Leistungselektronik.The invention relates to a recuperation system for a non-powered trailer vehicle. A recuperation system is used to convert braking energy into electrical energy and store it. In the following, the term recuperation system is understood to mean all the components and modules that are required for recuperation: These include, in particular, a generator, electrical energy storage devices, drive shafts that connect the generator to the vehicle wheels, possibly a transmission and power electronics.

Die Verwendung einer elektrischen Maschine zum Antrieben oder Bremsen eines Nutzfahrzeuganhängers ist in der WO 002018099878 A1 offenbart. Dabei wird kinetische und potentielle Energie in elektrische Energie umgewandelt. Die Steuerung und Integration einer Rekuperations-Einheit in eine Betriebsbremsanlage ist in DE102016003356 A1 dargelegt. Aus Kostengründen wird bei dieser Anordnung lediglich ein einziger Generator verbaut, dessen Antriebswelle mit den beiden Rädern verbunden ist. Dabei wird ein Leistungsverzweigungsgetriebe benutzt, um die Antriebswelle des Generators auf das linke und rechte Rad zu verzweigen. Dieses Getriebe ermöglicht, dass bei einer Kurvenfahrt das kurvenäußere und kurveninnere Rad unterschiedlich schnell auf unterschiedlichen Bahnkurven fahren können. Die Verwendung von Leistungsverzweigungs- bzw. Ausgleichsgetrieben erfolgt in Anlehnung an die Anordnung von Lkw Antriebsstrang-Konfigurationen. Derartige Getriebe sind im Lkw unverzichtbar, da sie dafür sorgen, dass in jeder Fahrsituation das Antriebsmoment des Antriebsmotors zu gleichen Teilen auf die Räder der Antriebsachse verteilt wird.The use of an electrical machine to drive or brake a commercial vehicle trailer is in the WO 002018099878 A1 disclosed. Kinetic and potential energy is converted into electrical energy. The control and integration of a recuperation unit in a service brake system is in DE102016003356 A1 set out. For reasons of cost, only a single generator is installed in this arrangement, the drive shaft of which is connected to the two wheels. A power split transmission is used to split the drive shaft of the generator to the left and right wheels. This transmission enables the wheel on the outside and inside of the curve to travel at different speeds on different trajectories when cornering. The use of power split or differential gears is based on the arrangement of truck drive train configurations. Such transmissions are indispensable in trucks because they ensure that the drive torque of the drive motor is distributed equally to the wheels of the drive axle in every driving situation.

Auf die Verwendung von Ausgleichsgetrieben kann verzichtet werden, wenn zwei weitgehend unabhängige Antriebsstränge jeweils für das linke und rechte Rad benutzt werden. Eine solche Anordnung zeigt beispielsweise die Anordnung in der DE 102012108518 A1 , in der zwei Generatoren jeweils in den Radnaben integriert sind. Die Verwendung von zwei Generatoren und zwei Steuerungseinheiten pro Achse erhöht erheblich die Kosten für die elektrischen Bauteile.The use of differential gears can be dispensed with if two largely independent drive trains are used for the left and right wheel. Such an arrangement is shown, for example, in the arrangement in FIG DE 102012108518 A1 , in which two generators are integrated in the wheel hubs. The use of two generators and two control units per axis increases the costs for the electrical components considerably.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein kompakteres und leichteres Rekuperationssystem zu finden, mit dem zusätzlich auch das Fahrverhalten verbessert wird.The object of the invention is to find a more compact and lighter recuperation system with which the driving behavior is also improved.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass lediglich ein einziger Generator benutzt wird, dessen Generatorwelle an beiden Enden über schaltbare Kupplungen und Antriebswellen mit den beiden Rädern verbunden ist.The object is achieved in that only a single generator is used, the generator shaft of which is connected at both ends to the two wheels via switchable clutches and drive shafts.

In einer bevorzugten Ausführung gemäß wird der Generator quer zur Fahrrichtung mittig zwischen den Rädern positioniert. Die Generatorwelle ragt dabei an beiden Stirnseiten aus dem Generator heraus. Sie ist koaxial oder parallel zu den Rädern angeordnet. Die Enden der Generatorwelle sind über schaltbare Kupplungen und Antriebswellen mit den Rädern verbunden. Ein Leistungsverzweigungsgetriebe ist nicht erforderlich. Seine Funktion wird von den wesentlich kostengünstigeren Kupplungen übernommen.In a preferred embodiment according to the generator is positioned transversely to the direction of travel in the middle between the wheels. The generator shaft protrudes from the generator at both ends. It is arranged coaxially or parallel to the wheels. The ends of the generator shaft are connected to the wheels via switchable clutches and drive shafts. A power split transmission is not required. Its function is taken over by the much cheaper clutches.

Die schaltbaren Kupplungen haben die Aufgabe, die Generatorwelle von den Achswellen bedarfsweise zu entkoppeln oder zu koppeln, so dass im geöffneten Zustand die Wellen momentenfrei gegeneinander verdrehen können und im geschlossenen Zustand die Wellen starr miteinander verbunden sind. Die Kupplungen können unter Last und Drehzahl geschaltet werden. Vorzugsweise werden Labellenkupplungen oder elektromagnetische Kupplungen eingesetzt. Die Kupplungen werden von der Fahrdynamikregelung des Fahrzeuges gesteuert und pneumatisch oder elektromagnetisch betätigt. Die Kupplungen werden je nach Fahrsituation gemäß der folgenden Logik geschaltet:

  • Bei Geradeausfahrt und Kurven mit großen Radien sind bei aktiviertem Rekuperationssystem beide Kupplungen geschlossen. Kurven mit großen Radien meint autobahntypische Straßenführungen mit Kurvenradien von mehr als 500 Metern. Bei solchen Kurven beträgt die Rollradiusdifferenz von kurvenäußerem und kurveninnerem Rad wenige Promille. Die Verspannungen des kurvenäußeren und kurveninneren Rades sind in diesem Betriebszustand so gering, dass sie über den Formschlupf der Räder ausgeglichen werden, ohne dass es zu einem verschleißrelevanten Gleitschlupf in den Reifenaufstandsflächen kommt. Da Nutzfahrzeuge mit Anhängern vorwiegend im Langstreckenverkehr und nicht im innerstädtischen Verteilerverkehr eingesetzt werden, hat die Nutzungszeit des Rekuperationssystem in diesem Fahrzustand den höchsten Anteil.
The switchable clutches have the task of decoupling or coupling the generator shaft from the axle shafts as required, so that in the open state the shafts can rotate against each other without torque and in the closed state the shafts are rigidly connected to each other. The clutches can be switched under load and speed. Label couplings or electromagnetic couplings are preferably used. The clutches are controlled by the vehicle's driving dynamics control and actuated pneumatically or electromagnetically. The clutches are switched depending on the driving situation according to the following logic:
  • When driving straight ahead and when cornering with large radii, both clutches are closed when the recuperation system is activated. Curves with large radii means typical motorway routes with curve radii of more than 500 meters. In such bends, the difference in rolling radius between the outside and inside of the bend is a few per thousand. The tension on the outside and inside of the bend is so low in this operating state that it is compensated for by the form slip of the wheels without causing wear-relevant slip in the tire contact areas. Since commercial vehicles with trailers are mainly used in long-distance traffic and not in inner-city distribution traffic, the utilization time of the recuperation system in this driving state has the highest proportion.

Beim Befahren von Kurven mit kleineren Radien wird beim Rekuperieren vorzugsweise die Kupplung des kurvenäußeren Rades geöffnet, die Kupplung des kurveninneren Rades bleibt hingegen geschlossen. Die Rekuperation über das kurveninnere Rad erzeugt eine Bremskraft, die ein Giermoment um die Fahrzeughochachse bewirkt. Dieses Giermoment unterstützt das Einlenken des Anhängers und vermindert die Neigung, insbesondere bei sehr gebräuchlichen dreiachsigen Sattelanhängern, sich dem Einlenken entgegen zu stemmen. Durch die gezielt asymmetrische Verteilung der Rekuperations-Bremskräfte wird das fahrdynamische Verhalten verbessert.When driving on curves with smaller radii, the clutch of the wheel on the outside of the curve is preferably disengaged during recuperation, while the clutch of the wheel on the inside of the curve remains closed. The recuperation via the wheel on the inside of the curve generates a braking force that causes a yaw moment around the vehicle's vertical axis. This yaw moment supports the turning in of the trailer and reduces the tendency, especially in the case of very common three-axle semitrailers, to counteract the turning. The specifically asymmetrical distribution of the recuperation braking forces improves driving dynamics.

Beim Rangieren des Fahrzeuges und den damit einhergehenden sehr geringen Geschwindigkeiten werden vorzugsweise beide Kupplungen geöffnet. Hiermit wird das Rangieren erleichtert.When maneuvering the vehicle and the very low speeds associated with it, both clutches are preferably opened. This makes maneuvering easier.

In Betriebszuständen, in denen das Rekuperationssystem nicht aktiviert ist, ist es zweckmäßig, lediglich eine der beiden Kupplungen zu schließen, vorzugsweise die Kupplung des Rades mit der geringeren Drehzahl. Somit wird der Generator stets auf Drehzahl gehalten. Zugleich können bei inaktivem Rekuperationssystem das linke und rechte Rad drehmomentfrei und unabhängig voneinander abrollen.In operating states in which the recuperation system is not activated, it is useful to close only one of the two clutches, preferably the clutch of the wheel with the lower speed. This means that the generator is always kept at speed. At the same time, when the recuperation system is inactive, the left and right wheels can roll without torque and independently of one another.

Ob sich ein Fahrzeug in einer Kurvenbahn befindet und wie groß der Kurvenradius ist, wird von einer herkömmlichen Fahrdynamikregelung erfasst und ausgewertet. Die Fahrdynamikregelung greift auf die Drehzahlinformationen der Räder zu und ermöglicht eine Aussage über die Raddrehzahl, den Kurvenradius und den Schlupf am Rad. Dazu werden unter anderem die Informationen der Drehzahlsensoren ausgewertet. Die Fahrdynamikregelung steuert abhängig von dieser Auswertung das Öffnen und Schließen der Kupplungen.A conventional vehicle dynamics control system records and evaluates whether a vehicle is in a curved path and how large the curve radius is. The vehicle dynamics control accesses the speed information from the wheels and enables a statement to be made about the wheel speed, the curve radius and the slip on the wheel. For this purpose, the information from the speed sensors is evaluated. The vehicle dynamics control controls the opening and closing of the clutches depending on this evaluation.

Um die Effizienz und den Wirkungsgrad des Generators zu steigern, ist vorzugsweise ein Übersetzungsgetriebe zwischen den Rädern und dem Generator integriert.In order to increase the efficiency and the efficiency of the generator, a transmission gear is preferably integrated between the wheels and the generator.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Generatorgenerator
1111
GeneratorwelleGenerator shaft
22
Kupplungcoupling
33
Antriebswelledrive shaft
44th
Radwheel
4141
ÜbersetzungsgetriebeTransmission gear
55
elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
66
LeistungselektronikPower electronics
77th
FahrdynamikregelungDriving dynamics control

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • WO 002018099878 A1 [0002]WO 002018099878 A1 [0002]
  • DE 102016003356 A1 [0002]DE 102016003356 A1 [0002]
  • DE 102012108518 A1 [0003]DE 102012108518 A1 [0003]

Claims (9)

Rekuperationssystem für ein nicht angetriebenes Anhängerfahrzeug, mit einem Generator (1), der über Antriebswellen (3) mit den beiden Rädern (4) einer Achse verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftfluss zwischen Generator (1) und den Rädern (4) zumindest eine schaltbare Kupplung (2) angeordnet ist, die den Kraftfluss zwischen Generator und den Rädern derart unterbrechen kann, dass im geöffneten Zustand der Kupplung (2) unterschiedliche Drehzahlen der Räder (4) ermöglicht werden.Recuperation system for a non-powered trailer vehicle, with a generator (1) which is connected to the two wheels (4) of an axle via drive shafts (3), characterized in that in the power flow between the generator (1) and the wheels (4) at least a switchable clutch (2) is arranged, which can interrupt the power flow between the generator and the wheels in such a way that different speeds of the wheels (4) are made possible when the clutch (2) is open. Rekuperationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (2) unter Last und Drehzahl während der Fahrt geschaltet werden können.Recuperation system after Claim 1 , characterized in that the clutches (2) can be switched under load and speed while driving. Rekuperationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Kurvenfahrt zumindest eine der beiden Kupplungen (2) geöffnet wird.Recuperation system after Claim 1 , characterized in that at least one of the two clutches (2) is opened when cornering. Rekuperationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbaren Kupplungen (2) als verschleißlose elektromagnetische Kupplungen ausgeführt sind.Recuperation system after Claim 1 , characterized in that the switchable clutches (2) are designed as wear-free electromagnetic clutches. Rekuperationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbaren Kupplungen (2) als Reibkupplung ausgeführt sind.Recuperation system after Claim 1 , characterized in that the switchable clutches (2) are designed as friction clutches. Rekuperationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorwelle (11) parallel zu den Radmittenachsen (4) angeordnet ist.Recuperation system after Claim 1 , characterized in that the generator shaft (11) is arranged parallel to the wheel center axes (4). Rekuperationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorwelle koaxial zu den Rädern (4) angeordnet ist.Recuperation system after Claim 1 , characterized in that the generator shaft is arranged coaxially to the wheels (4). Rekuperationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorwelle (11) beidseitig aus dem Generatorgehäuse herausragt.Recuperation system after Claim 1 , characterized in that the generator shaft (11) protrudes on both sides from the generator housing. Rekuperationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatorwelle (11) beidseitig mit den Kupplungen (2) und Antriebswellen verbunden ist.Recuperation system after Claim 1 , characterized in that the generator shaft (11) is connected on both sides to the couplings (2) and drive shafts.
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