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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für einen Anhänger, der mittels einer Antriebsmaschine in einem Fahrmodus und in einem Rangiermodus betreibbar ist, sowie einen entsprechenden Anhänger.
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Aus der
DE 10 2010 062 979 A1 ist ein antreibbarer Schubanhänger für ein Fahrzeug bekannt, der einen Elektroantrieb mit einem Elektromotor umfasst. Der Elektromotor wird von einer Batterie als Energiespeicher mit Strom versorgt. Der Schubanhänger ist mittels einer Anhängerkupplung mechanisch mit dem Fahrzeug zu einem Gespann koppelbar. Der Schubanhänger umfasst eine Steuereinheit, welche die Funktion des Schubanhängers auf der Basis von mit Sensoren erfassten Bewegungs- und Zustandsgrößen regelt. Mithilfe von geeigneten Sensoren und einer entsprechenden Betriebsstrategie kann die Steuereinheit des Schubanhängers das Fahrzeug bei Beschleunigungs- und Bremsvorgängen unterstützen sowie das dynamische Verhalten des Gespanns und die Fahrstabilität optimieren. Aus der
DE 10 2010 062 979 A1 ist des Weiteren bekannt, dass ein solcher Schubanhänger beispielsweise zum Einparken auch ohne Zugfahrzeug mit dem eigenen Antrieb rangieren kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Antriebsanordnung eines Anhängers insbesondere im Hinblick auf einen zuverlässigen und sicheren Betrieb des Anhängers und eines entsprechenden Gespanns sicher zu stellen. Ferner soll ein entsprechender Anhänger angegeben werden.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung für einen Anhänger mit den Merkmalen von Anspruch 1 und durch einen Anhänger gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird eine Antriebsanordnung für einen Anhänger, der mit einem Fahrzeug koppelbar ist, vorgeschlagen. Die Antriebsanordnung umfasst zumindest eine Antriebsmaschine. Der Anhänger ist in einem Fahrbetrieb zusammen mit dem angekoppelten Fahrzeug mittels der Antriebsmaschine antreibbar und in einem Rangierbetrieb ist der Anhänger mittels der Antriebsmaschine eigenständig antreibbar. Im Fahrbetrieb kann die Antriebsmaschine des Anhängers eine auf das Fahrzeug wirkende Vortriebs- oder Bremskraft erzeugen und so die Antriebvorrichtung des Fahrzeugs beim Antreiben und Bremsen unterstützen. Das Fahrzeug kann also beispielsweise durch den Anhänger geschoben werden. Vorzugsweise ist die Antriebsmaschine der Antriebsanordnung eine elektrische Maschine und das Fahrzeug umfasst einen verbrennungsmotorischen oder elektrischen Antrieb. Ein Gespann aus einem verbrennungsmotorisch oder elektrisch angetriebenen Fahrzeug und einem elektrisch antreibbaren Anhänger bietet viele Vorteile. Ein solches Gespann kann wie ein HybridFahrzeug betrieben werden, was zur Reduktion des Energie- bzw. Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemission beitragen kann. Ein solches Gespann kann bei verbrennungsmotorischem Fahrzeugantrieb mithilfe des elektrisch angetriebenen Anhängers auch lokal emissionsfrei betrieben werden, wodurch Sperrzonen befahrbar werden, in denen zur Reduzierung der Abgasbelastung Fahrverbote für verbrennungsmotorisch angetriebene Fahrzeuge herrschen. Ferner kann der Anhänger im Fahrbetrieb dazu genutzt werden das dynamische Verhalten des Gespanns und dessen Fahrstabilität zu verbessern. Bei elektrischem Antrieb des Fahrzeugs und des Anhängers kann die Reichweite des Gespanns durch vorausschauendes Energiemanagement erhöht werden, wobei die verfügbare elektrische Energie in den Energiespeichern im Fahrzeug und im Anhänger berücksichtigt werden.
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Zusätzlich kann der abgekoppelte Anhänger mittels der Antriebsanordnung eigenständig angetrieben werden. Eigenständig bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Anhänger unabhängig von einem Fahrzeug bzw. Zugfahrzeug und dessen Antrieb antreibbar ist. Der Anhänger kann also in einem abgekoppelten Koppelzustand durch die Antriebsmaschine angetrieben werden, was insbesondere zum Rangieren des Anhängers verwendet werden kann. Besonders vorteilhaft kann dies beispielsweise bei einem Wohnanhänger genutzt werden, wenn dieser auf einem Campingplatz ohne das Fahrzeug auf einen Stellplatz rangiert werden soll.
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In einem Fahrbetrieb mit angekoppeltem Fahrzeug und im Rangierbetrieb herrschen demnach sehr unterschiedliche Randbedingungen und Anforderungen. Beispielsweise soll die Antriebsmaschine den Antrieb des Fahrzeugs im Fahrbetrieb auch bei hohen Geschwindigkeiten unterstützen. Im Rangierbetriebe würde ein Antrieb mit vergleichbar hohen Geschwindigkeiten jedoch eine Gefahr darstellen.
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Zur eindeutigen Erkennung einer Fahrabsicht oder einer Rangierabsicht ist nun vorgesehen, dass die Antriebsanordnung eine mit der Steuereinrichtung verbundene Detektiereinrichtung umfasst, mit der ein Koppelzustand des Anhängers detektierbar ist. Der Koppelzustand kann insbesondere einen der beiden Werte „angekoppelt“ oder „abgekoppelt“ annehmen, sodass die beiden Zustände eindeutig erkennbar und die entsprechenden Steuersignale von der Steuereinrichtung generiert werden können. Dadurch kann ein sicherer Betrieb sowohl im angekoppelten als auch im abgekoppelten Koppelzustand gewährleistet werden.
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Möglich ist ein weiterer Koppelzustand mit dem Wert „undefiniert“, für den Fall, dass die Detektiereinrichtung defekt ist oder nicht eindeutig erkennen kann, ob der Anhänger an dem Fahrzeug angekoppelt oder abgekoppelt ist. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung aus Sicherheitsgründen die Antriebsmaschine beispielsweise sperren, sodass kein Antrieb durch die Antriebsmaschine erfolgen kann.
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Vorzugsweise sind in der Steuereinrichtung zumindest zwei getrennte Betriebsmodi einstellbar, nämlich ein Fahrmodus und ein Rangiermodus. Die Steuereinrichtung des Anhängers kann also beide Modi einstellen, jedoch nicht beide gleichzeitig sondern entweder den Fahrmodus oder den Rangiermodus, sodass eine klare Trennung der beiden Modi und deren jeweils zugeordneter Funktionen und Parameter in der Steuereinrichtung vorgesehen ist. Die Steuereinrichtung ist dabei so eingerichtet, um in Anhängigkeit des Koppelzustands entweder den Fahrmodus oder den Rangiermodus einzustellen. Die Steuereinrichtung kann also nur im Koppelzustand „angekoppelt“ den Fahrmodus einstellen. Im Koppelzustand „abgekoppelt“ kann der Rangiermodus eingestellt werden.
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Durch die getrennten Betriebsmodi und deren Abhängigkeit von dem jeweils detektierten Koppelzustands kann die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Antriebsanordnung in jeder Situation erhöht werden, weil für jeden Betriebsmodus bzw. Koppelzustand klar zugeordnete, unterschiedliche Parameter zur Anwendung gebracht werden können. Dazu können in einem Datenspeicher der Steuereinrichtung erste und zweite Parameter gespeichert sein, wobei die ersten Parameter dem Fahrmodus und die zweiten Parameter dem Rangiermodus zugeordnet sind. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Parameter in separaten Datensätzen angelegt. Die ersten und zweiten Parameter können in unterschiedlichen Datenspeicherbereichen gespeichert sein. Die ersten Parameter und die zweiten Parameter haben dabei zumindest teilweise unterschiedlich Werte. Ein Parameter kann beispielsweise eine maximale Antriebsgeschwindigkeit sein. Dazu kann als zweiter Parameter ein Wert für die maximale Antriebsgeschwindigkeit gespeichert sein, welcher im Rangiermodus angewendet wird und deutlich geringer ist als der Wert für die maximale Antriebsgeschwindigkeit im Fahrmodus, welcher als erster Parameter abgespeichert ist. Die maximale Antriebsgeschwindigkeit im Rangiermodus kann insbesondere auf eine Schrittgeschwindigkeit eingestellt sein.
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Demnach kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Antriebsmaschine durch die Steuereinrichtung ansteuerbar ist, und dass die Steuereinrichtung in dem Rangiermodus eine erste maximale Antriebsgeschwindigkeit einstellt, die niedriger ist als eine zweite maximale Antriebsgeschwindigkeit, welche von der Steuereinrichtung in dem Fahrmodus eingestellt wird.
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Neben dem Fahrmodus und dem Rangiermodus können in der Steuereinrichtung weitere Modi einstellbar sein, beispielsweise ein Parkmodus, der beispielsweise in Abhängigkeit vom Status einer Feststellbremse einstellbar sein kann.
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Die Detektiereinrichtung kann zumindest teilweise an einer Anhängekupplung oder an einer elektrischen Verbindung, insbesondere an einem Verbindungsstecker, des Anhängers angeordnet sein und kann bevorzugt einen Kontaktschalter oder einen Sensor umfassen. Der Sensor kann beispielsweise als Näherungssensor ausgebildet sein. Wichtig im Hinblick auf die Sicherheit im Betrieb ist die zuverlässige Funktion der Detektiereinrichtung, d.h. dass der Kontaktschalter oder der Sensor den Koppelzustand eindeutig erkennt und ein entsprechendes Signal an die Steuereinrichtung übertragen werden kann. Insofern kann ein mechanisch wirkender Kontaktschalter eine höhere Zuverlässigkeit bieten als beispielsweise ein berührungsloser Sensor.
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Zum Erreichen einer maximalen Sicherheit kann jeweils ein Kontaktschalter oder Sensor sowohl an der elektrischen Verbindung als auch an der Anhängekupplung angeordnet sein. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein mechanisch abgekoppelter Anhänger, dessen elektrische Verbindung zum Fahrzeug noch besteht, als abgekoppelt detektiert wird oder umgekehrt. Für diese Fälle kann beispielsweise der oben erläuterte Koppelzustand „undefiniert“ detektiert bzw. erkannt werden.
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Das Fahrzeug, an das der Anhänger ankoppelbar ist, kann ein Landfahrzeug, beispielsweise ein PKW, LKW oder NKW sein. Der Anhänger kann vorzugsweise ein Wohnanhänger sein, kann aber auch ein Anhänger für ein landwirtschaftliches oder ein anderes Nutz-Fahrzeug sein. Der Anhänger weist wenigstens eine Achse auf. Jede Achse weist dabei jeweils zwei Räder auf, welche sich an der Achse gegenüberliegen. Selbstverständlich kann die Achse auch mehr als zwei Räder aufweisen, z. B. je zwei Räder pro Seite.
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Wenigstens zwei Räder, die sich an einer Achse gegenüberliegen, sind antreibbar ausgeformt und können mittels der damit verbundenen Antriebsanordnung angetrieben werden. Die Antriebsanordnung ist somit mit wenigstens zwei Rädern des Anhängers verbunden.
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Die Antriebsmaschine oder gegebenenfalls die Antriebsmaschinen der Antriebsanordnung sind bevorzugt permanent antriebswirksam mit den jeweils antreibbaren Rädern verbunden. Die jeweilige Antriebsmaschine kann mechanisch permanent mit dem zugeordneten antreibbaren Rad bzw. Rädern verbunden sein. Dies erhöht gegenüber mechanisch abkoppelbaren Antrieben oder abnehmbaren Hilfsantrieben die Sicherheit, insbesondere im Fahrmodus, wenn die Antriebsmaschine des Anhängers antreibend oder bremsend auf das ganze Gespann wirkt. Ein Zu- und Abschalten eines Antriebsdrehmoments kann beispielsweise nur durch die Ansteuerung der jeweiligen Antriebsmaschine mithilfe der Steuereinrichtung bewirkt werden.
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Die zumindest eine Antriebsmaschine kann insbesondere als Elektromotor ausgeführt sein. Die Antriebsanordnung kann bei einem Anhänger mit einer Achse und zwei Rädern einen oder zwei Elektromotoren aufweisen, die sowohl generatorisch als auch elektromotorisch betrieben werden können. In der Ausführung mit einem Elektromotor als Antriebsmaschine werden die beiden Räder einer Achse über ein Differentialgetriebe angetrieben. Die Antriebsanordnung kann zusätzlich für jedes dieser Räder ein Getriebe aufweisen. Zudem kann die Antriebsanordnung für jedes Rad eine Welle, z. B. eine Gelenkwelle aufweisen.
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Weiterhin weist die Antriebsanordnung in einer Ausführungsform wenigstens einen Energiespeicher auf, mittels welchem elektrische Energie gespeichert werden kann. Dieser wenigstens eine Energiespeicher ist mit dem jeweiligen Elektromotor verbunden, so dass dieser entweder mit Energie versorgt werden kann, wenn der Elektromotor motorisch betrieben wird, oder dass dieser den wenigstens einen Energiespeicher mit Energie speisen und laden kann, wenn der Elektromotor generatorisch betrieben wird. In anderen Worten stellt der Elektromotor in einem motorischen Betrieb Energie zur Verfügung, die genutzt wird, um das jeweilige Rad anzutreiben. Im generatorischen Betrieb stellt der Elektromotor Energie zur Verfügung, um den wenigstens einen Energiespeicher aufzuladen. Der generatorische Betrieb wird sich überwiegend im Fahrmodus ergeben.
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Die Steuereinrichtung ist grundsätzlich dazu eingerichtet, die Antriebsanordnung des Anhängers anzusteuern. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise als ECU oder Domain ECU ausgebildet sein. Mittels der Steuereinrichtung kann die zumindest eine Antriebsmaschine angesteuert werden, so dass zum einen vom motorischen auf den generatorischen Betrieb umgestellt werden kann, und zum anderen eine Energiebereitstellung durch die Antriebsmaschine festgelegt werden kann. Bei der Ausführung mit zwei Elektromotoren als Antriebsmaschinen kann die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet sein, die Elektromotoren individuell und unabhängig voneinander anzusteuern. Beispielsweise kann der erste Elektromotor ein höheres Drehmoment für das erste Rad bereitstellen als der zweite Elektromotor für das zweite Rad. Zum Ansteuern der Antriebsanordnung kann sich die Steuereinrichtung eines Computerprogrammprodukts bedienen. Die Steuereinrichtung kann zudem eine Schnittstelle aufweisen, mittels welcher eine Kommunikation mit einer Steuereinheit des Fahrzeugs durchführbar ist. Die Steuereinrichtung ist über diese Schnittstelle mit der Steuereinheit des Fahrzeugs verbunden, so dass ein Daten- und Signalaustausch erfolgen kann. Die Verbindung kann kabellos oder kabelgebunden ausgebildet sein.
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Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung auch einen Anhänger mit der beschriebenen Antriebsvorrichtung.
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Im Folgenden wird die Erfindung und deren Vorteile anhand des in der anliegenden Figur abgebildeten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gespanns bestehend aus einem Anhänger 1 und einem Fahrzeug 2. Das Gespann ist stark vereinfacht dargestellt. Der Anhänger 1 ist hier als ein Wohnanhänger ausgebildet. Der Anhänger 1 weist eine Achse 9 auf, auf welcher zwei antreibbare Räder vorgesehen sind, von denen in der 1 nur ein Rad 10 sichtbar ist. Die Räder 10 sind an der Achse 9 rotationsbeweglich gelagert. Der Anhänger 1 über eine Anhängerkupplung 6 mit dem Fahrzeug 2 mechanisch gekoppelt. Die Anhängerkupplung 6 ist zweiteilig ausgeführt und umfasst jeweils ein zum Gegenstück passendes Kupplungsteil an dem Anhänger 1 und an dem Fahrzeug 2. Der Anhänger 1 ist an dem Fahrzeug 2 angekoppelt, d.h. angehängt. Zusätzlich ist der Anhänger 1 mittels einer Kabelverbindung 13 elektrisch mit dem Fahrzeug 2 verbunden. Die Kabelverbindung 13 ist mittels eines Verbindungssteckers 7 trennbar.
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Der Anhänger 1 weist eine Antriebsanordnung mit einer Antriebsmaschine 3 auf, die antriebswirksam mit den antreibbaren Rädern 10 verbunden ist. Der Antriebsstrang zwischen der Antriebsmaschine 3 und den antreibbaren Rädern 10 ist stark vereinfacht in Form einer Welle 17 dargestellt. Ein solcher Antriebsstrang kann zur Übertragung der Antriebsleistung Wellen, Gelenke und/oder Getriebe aufweisen. Letztere werden insbesondere zur Übersetzung einer Antriebsdrehzahl der Antriebsmaschine auf geeignete Drehzahlen an den Rädern eingesetzt.
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Die Antriebsmaschine 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Elektromotor ausgebildet und der Energiespeicher 14 ist eine Batterie. Die Antriebsanordnung weist ferner einen Energiespeicher 14 auf, der mit der Antriebsmaschine 3 verbunden ist, um in einem motorischen Betrieb elektrische Energie an die Antriebsmaschine 3 abzugeben, und um in einem generatorischen Betrieb elektrische Energie von der Antriebsmaschine 3 aufzunehmen.
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Die Antriebsanordnung umfasst eine Steuereinrichtung 4 und eine Detektiereinrichtung 5 zum Detektieren eines Koppelzustands. Die Steuereinrichtung 4 ist über eine signalübertragende Verbindung 11 mit der Detektiereinrichtung 5 verbunden. Mithilfe der Detektiereinrichtung 5 kann eindeutig erkannt werden, ob der Anhänger 1 von dem Fahrzeug 2 angekoppelt oder von dem Fahrzeug 2 abgekoppelt ist. Dazu umfasst die Detektiereinrichtung 5 einen Kontaktschalter 8, der unmittelbar an dem dem Anhänger 1 zugeordneten Kupplungsteil der Anhängekupplung 6 angeordnet ist. Der Kontaktschalter 8 erfasst mechanisch den Koppelzustand. In anderen Ausführungen kann die Detektiereinrichtung zusätzlich einen Schalter oder Sensor umfassen, der den Koppelzustand an dem Verbindungsstecker 7 der Kabelverbindung 13 erfasst.
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Die Steuereinrichtung 4 ist dazu eingerichtet in Anhängigkeit des von der Detektiereinrichtung 5 erfassten Koppelzustands entweder einen Fahrmodus für den Fahrbetrieb oder einen Rangiermodus für den Rangierbetrieb einzustellen. Den beiden Modi sind in der Steuereinrichtung 4 vorbestimmte Parameter, Werte und/oder Abläufe zugeordnet, um sowohl im Fahrmodus als auch im Rangiermodus einen sicheren und vorteilhaften Betrieb zu bewirken. Dazu umfasst die Steuereinrichtung 4 geeignete Datenspeicher und Softwarekomponenten, d.h. Computerprogrammprodukte. Zum Ansteuern der Antriebsmaschine 3 ist die Steuereinrichtung 4 über eine weitere signalübertragende Verbindung 12 mit der Antriebsmaschine 3 verbunden. Über noch weitere signalübertragende Verbindung 15 ist die Steuereinrichtung 4 mit einer Steuereinheit 16 des Fahrzeugs 2 verbunden. Die Steuereinrichtung 4 weist dazu eine geeignete Schnittstelle auf. Diese Verbindung ermöglicht eine Kommunikation zwischen der Steuereinheit 10 und der Steuereinrichtung 8, so dass ein Daten- und Signalaustausch erfolgen kann. Dies ist insbesondere vorteilhaft zur Steuerung beider Antriebsmaschinen im Fahrmodus, wenn die Antriebsmaschine 3 des Anhängers zusammen mit einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs 2 das Gespann antreibt.
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Die signal- und/oder datenübertragenden Verbindungen 11, 12 und 15 können jeweils kabellos oder kabelgebunden ausgebildet sein
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anhänger
- 2
- Fahrzeug
- 3
- Antriebsmaschine
- 4
- Steuereinrichtung
- 5
- Detektiereinrichtung
- 6
- Anhängekupplung
- 7
- Verbindungsstecker
- 8
- Kontaktschalter
- 9
- Achse
- 10
- Rad
- 11
- Verbindung
- 12
- Verbindung
- 13
- Kabelverbindung
- 14
- Energiespeicher
- 15
- Verbindung
- 16
- Steuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010062979 A1 [0002]
