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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reichweitenoptimierung beim Betreiben eines Gespanns bestehend aus einem antreibbaren Zugfahrzeug und aus einem elektrisch antreibbaren Anhänger. Ferner wird eine Steuereinrichtung zum Betreiben eines solchen Gespanns und ein Anhänger mit einer solchen Steuereinrichtung vorgeschlagen.
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Aus der
DE 10 2010 062 979 A1 ist ein elektrisch 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. Der elektrisch antreibbare Schubanhänger kann unter anderem zur Reichweitenoptimierung verwendet werden.
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Aus der
DE 10 2016 208 878 A1 ist ferner ein Kraftfahrzeuggespann mit einem elektrisch antreibbaren Anhänger und ein Verfahren zum Betreiben desselben bekannt. Dabei wird vorgeschlagen zur Reichweitenoptimierung eine erste Reichweite des Anhängers und eine zweite Reichweite des Zugfahrzeugs zu ermitteln, um dann durch einen Austausch elektrischer Energie zwischen den Energiespeichern von Zugfahrzeug und Anhänger eine maximale Reichweite zu erreichen, indem der schwächer geladene elektrische Energiespeicher von dem stärker geladenen Energiespeicher geladen wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zur Reichweitenoptimierung beim Betreiben eines Gespanns bestehend aus einem antreibbaren Zugfahrzeug und aus einem elektrisch antreibbaren Anhänger zu schaffen. Ferner soll eine Steuereinrichtung zur Durchführung eines solchen Gespanns angegeben werden sowie ein Anhänger mit einer solchen Steuereinrichtung.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, durch eine Steuereinrichtung gemäß Anspruch 7 und durch einen Anhänger gemäß Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Verfahren zur Reichweitenoptimierung beim Betreiben eines Gespanns bestehend aus einem Zugfahrzeug mit einem Fahrzeugantrieb und aus einem Anhänger mit einem Anhängerantrieb vorgeschlagen. Das Zugfahrzeug ist also mit dem Fahrzeugantrieb antreibbar und der Anhänger ist selbstständig mit dem Anhängerantrieb antreibbar, sodass beide jeweils einen eigenen Antrieb aufweisen. Das Zugfahrzeug und der Anhänger sind zumindest während des Betriebs des Gespanns aneinandergekoppelt.
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Der Fahrzeugantrieb umfasst eine Antriebsmaschine und einen Antriebsstrang auf, sodass die Antriebsmaschine über den Antriebsstrang zumindest die Räder einer Achse des Zugfahrzeugs antreiben kann. Die Antriebsmaschine des Fahrzeugantriebs kann ein Verbrennungsmotor und/oder ein Elektromotor sein. Das Zugfahrzeug kann also ein herkömmlicher PKW mit einem Verbrennungsmotor oder ein elektrisch angetriebener PKW sein. Die Antriebsmaschine ist mit einem Energiespeicher verbunden oder verbindbar ist. Bei einem Zugfahrzeug mit Verbrennungsmotor ist der Energiespeicher ein Kraftstofftank, beim elektrisch angetriebenen Zugfahrzeug ist der Energiespeicher als Fahrzeugbatterie ausgebildet. Auch ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb eignet sich als Zugfahrzeug für das vorgeschlagene Verfahren, wobei neben der genannten Antriebsmaschine eine weitere Antriebsmaschine Teil des Fahrzeugantriebs ist.
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Der Anhängerantrieb ist mittels zumindest einer elektrischen Maschine antreibbar, wobei die elektrische Maschine mit einer Batterie verbunden ist. Der Anhänger kann beispielsweise von einem einzigen Elektromotor über einen Antriebsstrang antreibbar sein oder es können einzelne Räder des Anhängers jeweils durch einen Elektromotor antreibbar sein. Der Anhängerantrieb kann also auch mehrere Einzelradantriebe umfassen. Eine elektrische Maschine kann ein Elektromotor sein, der sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbar ist.
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Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren werden zunächst eine erste Reichweite des Fahrzeugantriebs und eine zweite Reichweite des Anhängerantriebs berechnet. Abhängig vom Inhalt des Kraftstofftanks im Zugfahrzeug und von der Batteriekapazität und deren Ladezustand sowie vom jeweiligen Leistungsbedarf unterscheiden sich die beiden genannten Reichweiten voneinander.
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Ferner ist vorgesehen, dass die Energieeinspeisung von der Batterie in der Anhängerantrieb in Abhängigkeit einer Reichweitendifferenz zwischen der berechneten ersten und zweiten Reichweite gesteuert wird. Die Energieeinspeisung entspricht einer elektrischen Leistung, die der elektrischen Maschine aus der Batterie zugeführt wird. Ist die errechnete Reichweite des Zugfahrzeugs, also die erste Reichweite, größer als die errechnete Reichweite des Anhängers, so kann die Energieeinspeisung bis auf Null reduziert werden. Während einer Fahrt kann sich so die Unterstützung des Zugfahrzeugs durch den Antrieb des Anhängers in Abhängigkeit von den errechneten Reichweiten des Zugfahrzeugs und des Anhängers verändern. Die Stärke und die Dauer des Antriebs und der Rekuperation des Anhängerantriebs wird demnach nicht durch feste Werte vorgegeben. Die Höhe und die Dauer der Energieeinspeisung bzw. Leistungsabgabe von der Batterie in den Anhängerantrieb kann beispielsweise über die Leistungsaufnahme der elektrischen Maschine gesteuert werden. Indirekt kann die Energieeinspeisung auch durch eine Drehmomentsteuerung der elektrischen Maschine gesteuert werden.
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In einer Ausführung des Verfahrens kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Batterie nur Energie in den Anhängerantrieb einspeist, wenn die errechnete Reichweite des Anhängers größer ist als die errechnete Reichweite des Zugfahrzeugs, wenn also die zweite Reichweite größer ist als die erste Reichweite. Dabei ist es nicht erforderlich die Reichweitendifferenz exakt oder mittels eines Zahlenwerts zu berechnen oder anzuzeigen. Für ein solches einfaches Verfahren genügt es die einzelnen berechneten Reichweiten des Zugfahrzeugs und des Anhängers so miteinander zu vergleichen, dass als Ergebnis lediglich vorliegt, welche Reichweite größer ist. Auf diese Weise kann die Reichweite des gesamten Gespanns mit geringem Steuerungsaufwand bereits optimiert werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Energieeinspeisung von der Batterie in den Anhängerantrieb so gesteuert wird, dass die Reichweitendifferenz den Wert Null annimmt. Mit anderen Worten speist die Batterie des Anhängers gerade so viel Energie in den Anhängerantrieb ein, dass die errechneten Reichweiten des Zugfahrzeugs und des Anhängers gleich groß sind. So kann eine maximale Reichweite des Gespanns erreicht werden.
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Vorzugsweise kann bei der Ermittlung der zweiten Reichweite eine Restladung in der Batterie berücksichtigt werden. Rechnerisch wird also beispielsweise vor der Berechnung der zweiten Reichweite die erforderliche Restladung von der aktuell vorhandenen Ladung der Batterie abgezogen oder es wird ein entsprechender Wert von der zweiten Reichweite abgezogen. Die genannte Restladung kann erforderlich sein, um am Zielort den Betrieb von elektrischen Verbrauchern zu gewährleisten. Beispielsweise sollen bei einem Wohnanhänger elektrische Beleuchtung und/oder Kühlgeräte nach der Ankunft am Zielort mit der Restladung betreibbar sein, zumindest wenn am Zielort keine stationäre Energieversorgung verfügbar ist. Die Restladung kann auch erforderlich sein, um den vom Zugfahrzeug abgekoppelten Anhänger am Zielort mittels des Anhängerantriebs zu Rangieren beispielsweise an einem Standplatz eines Cam pingplatzes.
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Die zur Ermittlung der Reichweiten erforderlichen Informationen können in Form entsprechender Daten bereitgestellt werden. Solche Daten können in einem Datenspeicher abrufbar gespeichert sein oder sie werden als Messwerte durch geeignete Sensoren erfasst und einer Steuereinrichtung übermittelt. Beispielsweise sind die Daten zu einem Füllstand eines Kraftstofftanks des Zugfahrzeugs in der Regel in einem Datenspeicher eines Fahrzeugsteuergeräts in dem Zugfahrzeug ohnehin vorhanden, sodass diese Daten aus dem genannten Datenspeicher abgerufen werden können. Die aktuell verbleibende Reichweite des jeweiligen Antriebs ist insbesondere von dem Füllstand des Energiespeichers bzw. der Batterie abhängig. Die Reichweite des jeweiligen Antriebs kann beispielsweise anhand der aktuell vorhandenen Energie in dem Energiespeicher bzw. in der Batterie des jeweiligen Antriebs und mithilfe eines durchschnittlichen Energieverbrauchs pro Strecke ermittelt werden. Dabei wird eine Strecke ermittelt, die mit der aktuell vorhandenen Energie noch gefahren werden kann, also die Reichweite. Die Reichweite ist demnach eine Strecke, die beispielsweise in Kilometern angegeben werden kann. Die erste und die zweite Reichweite kann jeweils auf der Basis zumindest eines Referenzwerts ermittelt werden. Für den durchschnittlichen Energieverbrauch kann beispielsweise ein fester Referenzwert verwendet werden oder ein Referenzwert, der aus dem tatsächlichen Energieverbrauch über eine gefahrene Strecke des Gespanns errechnet wurde. Als Referenzwert eignet sich beispielsweise ein Durchschnittsverbrauchswert oder ein über eine bereits gefahrene Strecke ermittelter Verbrauchswert.
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Die Berechnung der Reichweiten des Zugfahrzeugs und des Anhängers können insbesondere in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt werden und die Energieeinspeisung von der Batterie in den Anhängerantrieb kann erforderlichenfalls aufgrund einer neu ermittelten Reichweitendifferenz verändert und somit den aktuellen Verhältnissen angepasst werden.
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Die berechneten einzelnen Reichweiten und/oder eine Gesamtreichweite des Gespanns können dem Fahrer auch angezeigt werden, beispielsweise auf dem Armaturenbrett des Zugfahrzeugs oder auf einem mobilen Anzeigegerät. Sofern die Steuereinrichtung ein Teil des Anhängers ist, können die Daten zur Anzeige der Reichweiten über eine signal- und datenübertragende Verbindung zwischen dem Anhänger und dem Zugfahrzeug übertragen werden.
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Die Erfindung umfasst ferner eine Steuereinrichtung für ein Gespann bestehend aus einem Zugfahrzeug mit einem Fahrzeugantrieb und aus einem Anhänger mit einem Anhängerantrieb. Dabei ist der Fahrzeugantrieb, und damit das Zugfahrzeug, mittels einer Antriebsmaschine antreibbar, welche mit einem Energiespeicher verbunden oder verbindbar ist. Der Anhängerantrieb ist mittels einer elektrischen Maschine antreibbar, welche mit einer Batterie verbunden oder verbindbar ist. Die genannte Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet ein Verfahren zu steuern, wie es oben beschrieben ist. Dazu umfasst die Steuereinrichtung geeignete Hardware und Software. Insbesondere kann die Steuereinrichtung ein elektronisches Steuergerät mit zumindest einer Prozessoreinheit, mit Datenspeichern und mit geeigneten Schnittstellen und Verbindungen zur internen und externen Kommunikation umfassen. In zumindest einem Datenspeicher ist eine Software in Form zumindest eines Computerprogramms gespeichert, welches dazu geeignet und vorgesehen ist das beschriebene Verfahren zu steuern.
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Das genannte Steuergerät ist vorzugsweise dem Anhänger zugeordnet und kann an dem Anhänger verbaut sein. Auf diese Weise kann das vorgeschlagene Verfahren bzw. Energiemanagement durch das Steuergerät des Anhängers gesteuert werden, im Wesentlichen unabhängig von dem Zugfahrzeug und dessen technischer Ausstattung. Das Verfahren kann also auch mit einem Gespann bestehend aus einem herkömmlichen Zugfahrzeug und einem Anhänger mit dem beschriebenen Steuergerät durchgeführt werden. Über seine Schnittstellen kann das Steuergerät beispielsweise die erforderlichen Daten zur Berechnung der Reichweiten des Fahrzeugantriebs und des Anhängerantriebs empfangen. Dazu kann das Steuergerät bzw. die Steuereinrichtung über eine geeignete Schnittstelle mit einem Datenbussystem des Zugfahrzeugs verbunden sein. Darüber können insbesondere Daten über eine berechnete Reichweite des Zugfahrzeugs oder zum aktuellen Inhalt bzw. Füllstand des Energiespeichers und zum Leistungsbedarf des Fahrzeugantriebs übertragen werden. Ferner ist das Steuergerät mit elektronischen Komponenten verbunden, über die die Energieeinspeisung von der Batterie in den Anhängerantrieb gesteuert wird. Vorzugsweise ist das Steuergerät auch zum Steuern weiterer Verfahren und Funktionen des Gespanns, des Anhängers und des Anhängerantriebs eingerichtet, sodass für das vorgeschlagene Verfahren kein separates Steuergerät erforderlich ist.
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Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung einen entsprechenden Anhänger mit einem Anhängerantrieb, der mittels einer elektrischen Maschine antreibbar ist, wobei die elektrische Maschine mit einer Batterie verbunden oder verbindbar ist. Der Anhänger umfasst ferner ein Steuergerät, welches dazu eingerichtet ist das oben beschriebene Verfahren zu steuern.
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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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Dabei zeigen
- 1 eine schematische Darstellung eines Gespanns mit einem erfindungsgemäßen Anhänger und
- 2 die Verfahrensschritte und den Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gespanns 1 bestehend aus einem Zugfahrzeug 2 und einem Anhänger 3. Der Anhänger 3 ist mittels einer Anhängekupplung 21 mechanisch an das Zugfahrzeug 2 gekoppelt. Das Zugfahrzeug 2 weist einen Fahrzeugantrieb 4 auf. Der Fahrzeugantrieb 4 besteht im Wesentlichen aus einer Antriebsmaschine 5 in Form eines Verbrennungsmotors, der über einen Antriebsstrang 6 mit Rädern 7 antriebswirksam verbunden ist. Die Räder 7 sind auf einer Antriebsachse 8 des Zugfahrzeugs 2 rotierbar angeordnet. Die Antriebsmaschine 5 ist mit einem Energiespeicher 9 in Form eines Kraftstofftanks verbunden, sodass der Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 9 der Antriebsmaschine 5 bedarfsweise zugeführt werden kann.
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Der Anhänger 3 ist als ein Wohnanhänger ausgebildet. Der Anhänger 3 weist einen Anhängerantrieb 10 auf, der eine elektrische Maschine 11 zum Antreiben des Anhängers 3 umfasst. Der Anhängerantrieb 10 besteht im Wesentlichen aus einer elektrische Maschine 11 und einem Antriebsstrang 12, über den die elektrische Maschine 11 mit Rädern 13 antriebswirksam verbunden ist. Die Räder 13 sind auf einer Antriebsachse 14 des Anhängers 3 rotierbar angeordnet. Die elektrische Maschine 11 ist mit einer Batterie 15 verbunden, sodass elektrische Energie aus der Batterie 15 der elektrischen Maschine 11 bedarfsweise zugeführt werden kann, wobei eine Energieeinspeisung in den Anhängerantrieb 10 stattfindet. Umgekehrt kann die elektrische Maschine 11 auch generatorisch betrieben werden, wodurch elektrische Energie von der elektrischen Maschine 11 an die Batterie 15 abgegeben wird. Die Batterie 15 ist demnach als wiederaufladbare Batterie ausgeführt.
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Der Anhänger 3 umfasst ferner ein Steuergerät 16, welches ein Teil der Steuereinrichtung ist, die zur Steuerung des oben beschriebenen Verfahrens vorgesehen ist. Die Steuereinrichtung umfasst also neben dem Steuergerät 16 weitere Komponenten, beispielsweise Verbindungen des Steuergeräts 16 zu Komponenten des Anhängerantriebs 10 und des Fahrzeugantriebs 4. Das Steuergerät 16 umfasst eine Prozessoreinheit 17 und einen Datenspeicher 18. In dem Datenspeicher 18 ist ein Computerprogramm zur Steuerung des Verfahrens sowie die dazu erforderlichen Daten gespeichert. Der Datenspeicher 18 ist dazu in verschiedene Speicherbereiche eingeteilt. Es können in dem Steuergerät 16 auch mehrere Datenspeicher vorgesehen sein. Über Schnittstellen und Verbindungen 19 ist das Steuergerät 16 mit den am Verfahren beteiligten Komponenten des Gespanns 1 verbunden. Anstatt des einen Datenspeichers 18 können auch mehrere Datenspeicher vorgesehen sein.
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Das Steuergerät 16 ist insbesondere mit dem Anhängerantrieb 10 und der Batterie 15 verbunden, sodass Signale und/oder Daten anhand derer die Reichweite des Anhängerantriebs 10 berechenbar ist an das Steuergerät 16 übertragen werden können. Über die als Strichlinien dargestellten Verbindungen 19 werden jedoch auch Steuersignale von dem Steuergerät 16 zu dem Anhängerantrieb 10 übertragen. Die Steuersignale dienen beispielsweise zum Steuern der Energieeinspeisung von der Batterie 15 in den Anhängerantrieb 10 in Abhängigkeit der Reichweitendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Reichweite.
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Das Zugfahrzeug 2 weist ein eigenes Fahrzeugsteuergerät 20 auf, das mit dem Steuergerät 16 des Anhängers 3 verbunden ist. Das Fahrzeugsteuergerät 20 kann beispielsweise ein elektronisches Motorsteuergerät des Zugfahrzeugs sein. Durch die Verbindung 19 zwischen dem Steuergerät 16 und dem Fahrzeugsteuergerät 20 können insbesondere Daten und Signale an das Steuergerät 16 übertragen werden, anhand derer die derzeitige Reichweite des Fahrzeugantriebs 4 berechenbar ist.
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Die Verbindungen 19 können als Kabelverbindungen oder kabellos ausgeführt sein. Sie können beispielsweise Teil einer oder mehrerer Datenbusverbindungen sein. Das Steuergerät 16 kann neben dem beschriebenen Verfahren auch andere Komponenten und Verfahren zum Betreiben des Anhängers oder Gespanns steuern.
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Das Verfahren zur Reichweitenoptimierung beim Betreiben eines Gespanns umfasst folgende in der 2 dargestellte Verfahrensschritte. Zunächst werden in den Verfahrensschritten 22 und 23 die Daten bereitgestellt, die zur Berechnung einer ersten Reichweite des Fahrzeugantriebs 4 und einer zweiten Reichweite des Anhängerantriebs 10 erforderlich sind. Dies geschieht insbesondere durch das Abspeichern relevanter Daten in bestimmten Speicherbereichen eines Datenspeichers. Danach werden in den Verfahrensschritten 24 und 25 die erste und die zweite Reichweite separat voneinander berechnet. Dazu werden die bereitgestellten Daten abgerufen und in geeigneten Berechnungsformeln und/oder Algorithmen eingesetzt.
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Aus der berechneten Reichweite des Fahrzeugantriebs, also der ersten Reichweite, und der berechneten Reichweite des Anhängerantriebs, also der zweiten Reichweite, wird in dem folgenden Verfahrensschritt 26 eine Reichweitendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Reichweite ermittelt.
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Schließlich wird im Verfahrensschritt 27 die Energieeinspeisung von der Batterie 15 in den Anhängerantrieb 10 in Abhängigkeit der ermittelten Reichweitendifferenz gesteuert. In diesem Verfahrensschritt 27 wird gemäß diesem Verfahrensbeispiel eine Reichweitendifferenz von Null angestrebt. Das heißt, dass die Batterie des Anhängerantriebs 10 immer gerade soviel elektrische Energie in den Anhängerantrieb 10 einspeist, dass die berechnete Reichweite des Anhängers 3 der berechneten Reichweite des Zugfahrzeugs 2 entspricht.
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Die genannten Verfahrensschritte werden in regelmäßigen Zeitabständen wiederholt, sodass sich die Reichweitenoptimierung an veränderte Randbedingungen anpasst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gespann
- 2
- Zugfahrzeug
- 3
- Anhänger
- 4
- Fahrzeugantrieb
- 5
- Antriebsmaschine
- 6
- Antriebsstrang
- 7
- Rad
- 8
- Antriebsachse
- 9
- Energiespeicher
- 10
- Anhängerantrieb
- 11
- elektrische Maschine
- 12
- Antriebsstrang
- 13
- Rad
- 14
- Antriebsachse
- 15
- Batterie
- 16
- Steuergerät
- 17
- Prozessor
- 18
- Datenspeicher
- 19
- Verbindung
- 20
- Fahrzeugsteuergerät
- 21
- Anhängekupplung
- 23
- Verfahrensschritt
- 24
- Verfahrensschritt
- 25
- Verfahrensschritt
- 26
- Verfahrensschritt
- 27
- Verfahrensschritt
