DE102020124710A1

DE102020124710A1 - Zugunterstützungssystem

Info

Publication number: DE102020124710A1
Application number: DE102020124710.9A
Authority: DE
Inventors: Avesta Goodarzi; Ralph D. Schlottke; Grant L. Meade; Norman J. Weigert
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-04-22
Also published as: US11607918B2; US20210114422A1

Abstract

Es sind Systeme zur Unterstützung des Ziehens eines Anhängers durch ein Führungsfahrzeug vorgesehen. Eine Zugunterstützungseinheit auf Rädern koppelt zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Anhänger. Eine Antriebseinheit an Bord der Zugunterstützungseinheit treibt die Räder als Reaktion auf eine Kraft zwischen dem Anhänger und der Zugunterstützungseinheit an. Die Zugunterstützungseinheit trägt mindestens einen Teil der zum Ziehen des Anhängers erforderlichen Kraft.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenlegung bezieht sich im Allgemeinen auf das Ziehen durch Fahrzeuge und bezieht sich insbesondere auf ein Zugunterstützungssystem, das das Ziehen eines Anhängers ermöglicht, der die Zugkapazität des Fahrzeugs übersteigt.
Abschleppen ist eine übliche Tätigkeit und beinhaltet im Allgemeinen das direkte Anhängen eines Anhängers an ein Führungsfahrzeug mittels einer Anhängekupplung. Anhängekupplungen gibt es in einer Vielzahl von Konfigurationen wie Empfänger-, Sattel-, Schwanenhals- und Gelenkbolzenkupplungen. Anhängekupplungen gibt es auch in einer Vielzahl von Gewichtsklassen, einschließlich der Klassen 1-5, die in etwa Zugkapazitäten zwischen 2000 und 20.000 Pfund (etwa 900-9100 Kilogramm) abdecken. Die Art der verwendeten Anhängekupplung ist auf das Gewicht des zu ziehenden Anhängers abgestimmt, und jedes Fahrzeug hat eine Anhängelast, die die Zugfähigkeit des Fahrzeugs begrenzt. Die Anhängelast ist auf das am niedrigsten eingestufte Anhängeteil begrenzt, bei dem es sich, da die Anhängekupplung gewählt werden kann, häufig um das Fahrzeug handelt.
Fahrzeuge werden in der Regel für eine Vielzahl von Verwendungszwecken angeschafft, und das Ziehen ist oft auf eine gelegentliche Nutzung beschränkt. Beispielsweise kann ein Fahrzeug für den täglichen Arbeitsweg genutzt werden und an Wochenenden oder Feiertagen zum Ziehen eingesetzt werden. In anderen Situationen kann ein Benutzer mehrere Anhänger mit unterschiedlichen Gewichten haben, die Fahrzeuge mit unterschiedlicher Anhängelast erfordern. Fahrzeuge mit höherer Anhängelast sind in der Regel teurer als Fahrzeuge mit geringerer Anhängelast, so dass eine Investition in ein Fahrzeug, das nur gelegentlich eingesetzt wird, unerwünscht sein kann. Darüber hinaus führt die Verwendung eines Fahrzeugs mit hoher Anhängelast für nicht abschleppende Tätigkeiten im Allgemeinen zu höheren Betriebskosten.
Dementsprechend ist es wünschenswert, Systeme bereitzustellen, die die Flexibilität haben, höhere Gewichte mit Fahrzeugen zu ziehen, deren Anhängelast unter dem gezogenen Gewicht liegt. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und der vorstehenden technischen Beschreibung und Einführung ersichtlich.
BESCHREIBUNG
Es werden Systeme bereitgestellt, die beim Ziehen eines Anhängers durch ein Führungsfahrzeug Unterstützung bieten. Bei einer Reihe von Ausführungsformen umfasst eine Zugunterstützungseinheit Räder und ist konfiguriert, um zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Anhänger zu koppeln. Eine Antriebseinheit ist an Bord der Zugunterstützungseinheit vorgesehen. Als Reaktion auf eine Zugkraft des Anhängers treibt die Antriebseinheit mindestens eines der Räder an, um einen Teil der vom Fahrzeug getragenen Zugkraft zu reduzieren.
In weiteren Ausführungsformen ist ein Sensor an der Zugunterstützungseinheit so konfiguriert, dass er Kräfte zwischen der Zugunterstützungseinheit und dem Führungsfahrzeug erfasst, und ein weiterer Sensor an der Zugunterstützungseinheit ist so konfiguriert, dass er die Kraft zwischen dem Anhänger und der Zugunterstützungseinheit erfasst.
In weiteren Ausführungsformen ist ein Steuergerät an der Zugunterstützungseinheit so konfiguriert, dass es die Antriebseinheit als Reaktion auf die Eingaben des ersten Sensors und des zweiten Sensors betätigt.
In weiteren Ausführungsformen ist zwischen dem Führungsfahrzeug und der Zugunterstützungseinheit eine Kupplung angeordnet, über die eine Ladestromversorgung geliefert wird.
In weiteren Ausführungsformen ist die Zugunterstützungseinheit so konfiguriert, dass sie in einem vom Führungsfahrzeug getrennten manuellen Modus arbeitet.
In weiteren Ausführungsformen sind auf der Zugunterstützungseinheit eine Trägheitsmesseinheit und ein Steuergerät angeordnet. Das Steuergerät ist so konfiguriert, dass es die Antriebseinheit als Reaktion auf Eingaben von der Trägheitsmesseinheit betätigt, um Trajektorienänderungen im System für die Stabilität zu bewirken.
In weiteren Ausführungsformen ist eine Sattelkupplung zwischen der Zugunterstützungseinheit und dem Anhänger und eine Stoßfänger-Zug-Kupplung zwischen dem Führungsfahrzeug und der Zugunterstützungseinheit angeordnet.
In weiteren Ausführungsformen ist die Zugunterstützungseinheit so konfiguriert, dass sie den Anhänger mit elektrischer Energie versorgt.
In weiteren Ausführungsformen umfasst die Zugunterstützungseinheit eine Achse, auf der sich die mindestens zwei Räder drehen, sowie eine Aussparung im hinteren Ende der Schlepphilfe. In der Aussparung befindet sich eine Anhängekupplung, die so konfiguriert ist, dass sie mit dem Anhänger kuppelt, wobei sich eine Kugel an der Anhängekupplung befindet, die im Wesentlichen mittig über der Achse liegt.
In weiteren Ausführungsformen sind Aktuatoren an der Zugunterstützungseinheit angeordnet. Eine Zunge an der Zugunterstützungseinheit ist so konfiguriert, dass sie sich mit dem Führungsfahrzeug koppelt. Ein erster Sensor auf der Zunge ist so konfiguriert, dass er die Kräfte zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Zugunterstützungseinheit erfasst. Eine Anhängekupplung ist an der Zugunterstützungseinheit angebracht und so konfiguriert, dass sie mit dem Anhänger kuppelt. Ein zweiter Sensor befindet sich an der Anhängekupplung und ist so konfiguriert, dass er die Kraft zwischen dem Anhänger und dem Zugunterstützungseinheit erfasst. Ein Steuergerät ist so konfiguriert, dass es die Antriebseinheit und die Aktuatoren als Reaktion auf die Eingaben des ersten und zweiten Sensors betätigt, so dass das Führungsfahrzeug nur einen Teil der Kraft zwischen dem Anhänger und dem Zugunterstützungseinheit trägt.
In einer Reihe weiterer Ausführungsformen umfasst ein Zugunterstützungssystem zum Ziehen eines Anhängers durch ein Führungsfahrzeug eine Zugunterstützungseinheit mit vier Rädern, die auf zwei Achsen angeordnet sind. Die Zugunterstützungseinheit ist so konfiguriert, dass sie zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Anhänger kuppelt. Als Reaktion auf eine Zugkraft zwischen dem Anhänger und der Zugunterstützungseinheit treibt eine Antriebseinheit an Bord der Zugunterstützungseinheit mindestens eines der Räder an, um mindestens einen Teil der Zugkraft der Zugunterstützungseinheit zu tragen. Als Reaktion auf die Zugkraft bremst eine Bremse an der Zugunterstützungseinheit den Anhänger ab.
In weiteren Ausführungsformen ist ein Sensor an der Zugunterstützungseinheit so konfiguriert, dass er die Kräfte zwischen der Zugunterstützungseinheit und dem Führungsfahrzeug erfasst. Ein weiterer Sensor an der Zugunterstützungseinheit ist so konfiguriert, dass er Kräfte, einschließlich der Zugkraft, zwischen dem Anhänger und der Zugunterstützungseinheit erfasst.
In weiteren Ausführungsformen ist ein Steuergerät an der Zugunterstützungseinheit so konfiguriert, dass es in Reaktion auf die Sensoren die Antriebseinheit und die Bremse betätigt.
In weiteren Ausführungsformen wird eine Ladestromversorgung durch eine Kupplung zwischen dem Führungsfahrzeug und der Zugunterstützungseinheit geliefert.
In weiteren Ausführungsformen ist die Zugunterstützungseinheit so konfiguriert, dass sie in einem vom Führungsfahrzeug getrennten manuellen Modus arbeitet.
In zusätzlichen Ausführungsformen sind eine Trägheitsmesseinheit und ein Steuergerät auf der Zugunterstützungseinheit enthalten. Das Steuergerät ist so konfiguriert, dass es die Antriebseinheit und die Bremse als Reaktion auf Eingaben von der Trägheitsmesseinheit betätigt, um Trajektorienänderungen im System für die Stabilität zu bewirken.
In weiteren Ausführungsformen ist eine Sattelkupplung zwischen der Zugunterstützungseinheit und dem Anhänger angeordnet. Zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Zugfahrzeug ist eine Stoßfänger-Zug-Kupplung angeordnet.
In weiteren Ausführungsformen sind ein Batteriepack und ein Wechselrichter auf der Zugunterstützungseinheit enthalten. Die Zugunterstützungseinheit ist so konfiguriert, dass sie den Anhänger vom Batteriepack und über den Wechselrichter mit Strom versorgt.
In weiteren Ausführungsformen umfasst die Zugunterstützungseinheit eine Trägheitsmesseinheit und ein Steuergerät, das Eingaben von der Trägheitsmesseinheit empfängt. Das Steuergerät ist so konfiguriert, dass es eine Differenzbremsung durch die Bremse und eine Differenztraktion durch die Antriebseinheit ausführt, um Stabilitätsänderungen des Systems zu bewirken.
In einer Reihe anderer Ausführungsformen umfasst ein Zugunterstützungssystem zum Ziehen eines Anhängers durch ein Führungsfahrzeug eine Zugunterstützungseinheit mit vier Rädern, die auf zwei Achsen angeordnet sind. Die Zugunterstützungseinheit ist so konfiguriert, dass sie zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Anhänger kuppelt. Ein Sensor erfasst die Kräfte zwischen dem Führungsfahrzeug und der Zugunterstützungseinheit. Ein weiterer Sensor erfasst die Kräfte zwischen dem Anhänger und dem Führungsfahrzeug einschließlich der zum Ziehen des Anhängers erforderlichen Zugkraft. Eine Trägheitsmesseinheit erfasst die Translation und Rotation der Zugunterstützungseinheit. Als Reaktion auf die erste und die zweite Kraft treibt ein Paar Antriebseinheiten an einer der Achsen zwei der Räder an, um zumindest einen Teil der Zugkraft des Anhängers aufzunehmen. Als Reaktion auf die erste und zweite Kraft bremst ein Paar Bremsen an der Zugunterstützungseinheit den Anhänger ab. Als Reaktion auf die Translation und Rotation treibt das Antriebspaar die Zugunterstützungseinheit differentiell an. Als Reaktion auf die Translation und Rotation bremst das Bremsenpaar die Zugunterstützungseinheit differentiell ab.
Figurenliste
Die beispielhaften Ausführungsformen werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren beschrieben, wobei gleichartige Bezugszeichen gleichartige Elemente bezeichnen, und wobei:

1 ein Zugunterstützungssystem nach verschiedenen Ausführungsformen veranschaulicht;
2 eine Zugunterstützungseinheit nach verschiedenen Ausführungsformen zeigt;
3 eine schematische Darstellung des Zugunterstützungssystems von 1 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist;
4 eine schematische Darstellung des Zugunterstützungssystems von 1 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist;
5 eine schematische Darstellung des Zugkraft-Managements durch das Zugunterstützungssystem von 1 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist;
6 eine schematische Darstellung der Stabilitätsverbesserung durch das Zugunterstützungssystem von 1 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist;
7 eine schematische Darstellung der Verbesserung der Manövrierfähigkeit durch das Zugunterstützungssystem von 1, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist, und
8 eine schematische Darstellung des manuellen Manövrierens durch das Zugunterstützungssystem von 1 in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll nicht die Anwendung oder ihre Verwendung einschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, an eine ausdrückliche oder implizierte Theorie gebunden zu sein, die auf dem vorhergehenden technischen Gebiet, in der Einleitung, in einer kurzen Zusammenfassung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt wird.
1 veranschaulicht ein Zugunterstützungssystem 100, das in der Regel ein Führungsfahrzeug 102, einen Anhänger 104 und eine Zugunterstützungseinheit 106 umfasst, das zwischen dem Führungsfahrzeug 102 und dem Anhänger 104 gekoppelt ist. Im Zusammenhang mit dieser Offenlegung bezeichnet der Begriff Anhänger im Allgemeinen eine Last, die hinter dem Führungsfahrzeug 102 herläuft und von diesem gezogen wird, sei es auf Rädern oder anderen Stützen. Das Führungsfahrzeug 102 ist so konfiguriert, dass es mit oder ohne Verbindung mit dem Anhänger 104 betrieben werden kann. Die Zugunterstützungseinheit 106 kann in einer Reihe von Anwendungen sowohl in Verbindung mit dem Führungsfahrzeug 102 als auch mit dem Anhänger 104, mit einem der beiden Fahrzeuge, dem Führungsfahrzeug 102 oder dem Anhänger 104, oder unabhängig davon allein betrieben werden. In dieser Ausführung ist das Führungsfahrzeug 102 beispielsweise als mittelgroßer Geländewagen mit einer maximalen Anhängelast von etwa 2300 Kilogramm (8000 Pfund) vom Typ 3 konfiguriert und der Anhänger 104 kann als Reiseanhänger mit einem zulässigen Gesamtgewicht vom Typ etwa der Klasse 4 oder 5 konfiguriert werden, z.B. bis zu etwa 4500 Kilogramm (10.000 Pfund) bis 5400 Kilogramm (12.000 Pfund). In anderen Ausführungsformen kann das Führungsfahrzeug 102 eine Anhängelast in einer anderen Klasse haben, zum Beispiel Klasse 1 oder Klasse 2 oder sogar Klasse 4. Zu beachten ist, dass das Gewicht des Anhängers 104 die Anhängelast des Führungsfahrzeugs 102 übersteigt. Das Ziehen des Anhängers 104 wird durch die Betätigung der Zugunterstützungseinheit 106 ermöglicht.
Im Allgemeinen umfasst die Zugunterstützungseinheit 106 vier Räder 108, eine Zunge 110 mit einer Kupplung 112, die so konfiguriert ist, dass sie mit einer Kugel 114 an einer Anhängekupplung 116 des Führungsfahrzeugs 102 kuppelt, und eine Anhängekupplung 118, die so konfiguriert ist, dass sie mit einer Kupplung 120 des Anhängers 104 kuppelt. In dieser Ausführung umfasst die Zugunterstützungseinheit 106 auch eine Kupplung vom Typ einer Sattelkupplung 122 zur Kupplung mit einem Anhänger vom Typ eines Aufliegers (7). Die Räder 108 sind in dieser Ausführungsform auf einem Achsenpaar 124, 126 angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann die Zugunterstützungseinheit 106 eine andere Anzahl von Achsen haben. Die Zugunterstützungseinheit 106 verfügt nicht über einen Fahrersitz oder eine andere Fahrposition. Darüber hinaus ist die Zugunterstützungseinheit 106 so konfiguriert, dass sie in einem normalen Modus zwischen einem konventionellen Führungsfahrzeug 102 und einem konventionellen Anhänger 104 betrieben werden kann, während sie über öffentliche Straßen fährt.
Es ist zu würdigen, dass das Führungsfahrzeug 102 neben einer Schleppkapazität auch eine Zungengewichtskapazität besitzt. Der Anhänger 104 kann ein Zungengewicht haben, das die Zungengewichtskapazität des Führungsfahrzeugs 102 übersteigt. Das Zungengewicht des Anhängers 104 wird von der Zugunterstützungseinheit 106 getragen, die das Tragen von Zungengewichten bis zur Achskapazität der Achsen 124, 126 abzüglich des Gewichts der Zugunterstützungseinheit 106 ermöglicht. Das Gewicht/die Last wird auf die Achsen 124, 126 verteilt, die aufgrund der kompakten Länge des Zugunterstützungseinheit 106 relativ nahe beieinander liegen. Darüber hinaus kann der Verbindungspunkt der Anhängekupplung 118 in der Nähe oder direkt über der Achse 124 liegen, um die Auskragung zu reduzieren oder zu eliminieren, die typischerweise bei Anordnungen vom Typ Stoßfänger-Zug zu finden ist.
Unter Bezugnahme auf 2 ist die Zugunterstützungseinheit 104 schematisch dargestellt. Wie dargestellt, umfasst die Anhängekupplung 118 eine Kugel 130 zur Kupplung mit dem Anhänger 104. Die Kugel 130 befindet sich innerhalb des hinteren Endes 132 der Anhängevorrichtung 104 und kann direkt über der Achse 124 platziert werden, um Dynamik und Traktion zu unterstützen. Die Gewichtsverteilung auf die beiden Achsen 124, 126 ist im Falle eines Sattelaufliegers aufgrund der zentrierten Position der Sattelkupplung 122 relativ zu den Achsen 124, 126 annähernd gleichmäßig. Diese Verteilung ist vorteilhaft aufgrund des relativ höheren Zungengewichts, das solche Sattelauflieger begleiten. In anderen Ausführungsformen kann die Sattelkupplung 122 direkt über einer der Achsen 124, 126 angeordnet sein, wodurch eine ähnliche Dynamik wie bei einem konventionellen Lkw-Aufbau erreicht wird. Aufgrund der dazwischen liegenden Zugunterstützungseinheit 106 wird das Zungengewicht des Aufliegers 104 nicht auf das Führungsfahrzeug 102 übertragen. Stattdessen erfährt das Führungsfahrzeug 102 nur das von der Zugunterstützungseinheit 106 aufgebrachte Zungengewicht, das bei oder nahe Null oder einem für eine sichere Verbindung gewünschten Minimalwert liegen kann.
Wie in 3 dargestellt, umfasst die Zugunterstützungseinheit 106 ein Antriebssystem 133, das zwei elektrische Antriebseinheiten 134 und 136 umfassen kann, von denen eine jedes der Räder 108 auf der Achse 124 unabhängig antreibt. Die Antriebseinheiten 134, 136 können elektrische Antriebsmotoren und Leistungsregler enthalten. Da die Achse 124 in dieser Ausführung einen Großteil der Stützlast des Anhängers 104 trägt, bietet der Antrieb der Räder 108 auf der Achse 124 vorteilhafterweise maximale Traktion. In anderen Ausführungsformen können die Räder 108 auf der Achse 126 angetrieben werden, oder es können alle vier Räder 108 angetrieben werden. Da jede Antriebseinheit 134, 136 unabhängig voneinander antreibbar ist, kann eine Traktionslenkbarkeit vom Typ Differentialantrieb vorgesehen werden, so dass die Spurführung in der Linie erhalten bleibt und einer eventuellen Pendelanfälligkeit entgegengewirkt wird. Darüber hinaus kann das Antriebssystem 133 Bremsen 140, 142 an den Rädern 108 der Achse 124 umfassen, die zum Bremsen, Aufladen und zur Stabilitätskontrolle verwendet werden können. Zum Beispiel werden beim Abbremsen des Führungsfahrzeugs 102 die Bremsen 140, 142 aktiviert, um den Anhänger 104 abzubremsen. In einem anderen Beispiel werden als Reaktion auf eine Umkehrung der Zugkraft des Anhängers 104, bei der der Anhänger eine Kraft auf die Zugunterstützungseinheit 106 ausübt, die Bremsen 140, 142 betätigt, um das Zugunterstützungssystem 100 zu verlangsamen. Für die Räder 108 der Achse 126 können auch die Bremsen 141, 143 vorgesehen werden.
Die Zugunterstützungseinheit 104 umfasst auch ein Steuersystem 144, das in der Regel aus einem Steuergerät 146, einer Leistungselektronik 147, einem Batteriepack 148 und einem Sensorsystem 149 besteht. Das Sensorsystem 149 umfasst eine oder mehrere Sensorvorrichtungen, die beobachtbare Zustände der Zugunterstützungseinheit 106 erfassen. In dieser Ausführung umfassen die Sensorvorrichtungen unter anderem die Lastsensoren 150, 152, eine Trägheitsmesseinheit 154 und Positions-/Winkelsensoren 156, 158. Bei den Lastsensoren 150, 152 kann es sich um mehrachsige Lastsensoren handeln, bei denen der Lastsensor 150 Lasten auf der Zugunterstützungseinheit 106 vom Anhänger 104 und der Lastsensor 152 Lasten auf der Zugunterstützungseinheit 106 vom Führungsfahrzeug 102 erfasst. Zum Beispiel können Quer- und Längskräfte durch die Lastsensoren 150, 152 gemessen werden. Darüber hinaus können Kupplungsgelenkwinkel von den Positionssensoren 156, 158 erfasst werden, bei denen es sich um Drehpositionssensoren oder einen anderen Typ handeln kann. Die Trägheitsmesseinheit 154 kann Beschleunigungsmesser und Gyroskope umfassen, die in elektronischer Form vorliegen können, um Bewegungs-, Positions- und Navigationserkennung über eine Reihe von Freiheitsgraden zu ermöglichen. Zum Beispiel können mikroelektromechanische Systembausteine (MEMS) verwendet werden, um Translation wie einen Anstieg, ein Heben, Schwanken und eine Rotation wie Rollen, Nicken und Gieren zu erfassen. In einer Reihe von Ausführungen kann eine Kupplung 155 zwischen der Zugunterstützungseinheit 106 und dem Energiesystem 151 des Führungsfahrzeugs 102 zur Querladung und zur gemeinsamen Nutzung der Stromversorgung vorgesehen werden. Zusätzlich ist ein Ladekabel 153 zum Laden des Batteriepakets 148 von einer bordunabhängigen Quelle 157 wie dem Stromnetz oder einer anderen Quelle vorgesehen. Typische Verbindungen (nicht abgebildet) mit dem Zugfahrzeug 102 für den Betrieb der Kontrollleuchte und der Bremse werden über die Zugunterstützungseinheit 1-6 zum Anhänger 104 geführt. Der Anhängefahrassistent 106 kann die Aktivierung von Blinklichtern und die Auslösung der Bremsen verwenden, um während des Betriebs Steueraktionen der Stellglieder 133 einzuleiten.
Das Steuergerät 146 umfasst mindestens einen Prozessor 160 und ein computerlesbares Speichergerät oder -medium 162. Bei dem Prozessor 160 kann es sich um einen beliebigen kundenspezifischen oder handelsüblichen Prozessor, eine Zentraleinheit (CPU), eine Graphikverarbeitungseinheit (GPU), einen Hilfsprozessor unter mehreren dem Steuergerät 146 zugeordneten Prozessoren, einen Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), einen Makroprozessor, eine beliebige Kombination davon oder allgemein eine beliebige Vorrichtung zur Ausführung von Befehlen handeln. Das computerlesbare Speichergerät bzw. die computerlesbaren Speichermedien 162 können z.B. flüchtige und nichtflüchtige Speicherung in Festwertspeicher (ROM), Direktzugriffsspeicher (RAM) und Keep-Alive-Speicher (KAM) enthalten. KAM ist ein persistenter oder nichtflüchtiger Speicher, der zur Speicherung verschiedener Betriebsvariablen verwendet werden kann, während der Prozessor 160 abgeschaltet ist. Das computerlesbare Speichergerät oder -medium 162 kann unter Verwendung eines beliebigen aus einer Reihe bekannter Speichergeräte wie PROMs (programmierbarer Festwertspeicher), EPROMs (elektrisch PROM), EEPROMs (elektrisch löschbares PROM), Flash-Speicher oder jedes anderen elektrischen, magnetischen, optischen oder kombinierten Speichergeräts implementiert werden, das Daten speichern kann, von denen einige ausführbare Befehle darstellen, die von der Steuereinheit 146 bei der Steuerung der Zugunterstützungseinheit 106 verwendet werden.
Die Anweisungen können ein oder mehrere separate Programme umfassen, von denen jedes eine geordnete Auflistung ausführbarer Anweisungen zur Implementierung logischer Funktionen enthält. Wenn die Befehle vom Prozessor 160 ausgeführt werden, empfangen und verarbeiten sie Signale vom Sensorsystem 149, führen Logik, Berechnungen, Methoden und/oder Algorithmen zur Steuerung der Komponenten der Zugunterstützungseinheit 106 durch das Aktuatorsystem 133aus. Obwohl in 3 nur ein Steuergerät 146 dargestellt ist, können Ausführungsformen der Zugunterstützungseinheit 106 eine beliebige Anzahl von Steuergeräten enthalten, die über ein beliebiges geeignetes Kommunikationsmedium oder eine Kombination von Kommunikationsmedien kommunizieren und die zusammenarbeiten, um die Sensorsignale zu verarbeiten, Logik, Berechnungen, Methoden und/oder Algorithmen durchzuführen und Steuersignale zur automatischen Steuerung von Merkmalen der Zugunterstützungseinheit 106 zu erzeugen. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen das Steuergerät 146 eine Kopplung 159 mit dem Controller Area Network (CAN) 166 des Führungsfahrzeugs 102 und durch dieses hindurch mit seinen verschiedenen Steuergeräten haben.
Wie in 4 dargestellt, ist die Zugunterstützungseinheit 106 so konfiguriert, dass sie zwischen dem Führungsfahrzeug 102 und dem Anhänger 104 mit nur einer bescheidenen zusätzlichen Länge gekuppelt werden kann. Die Zugunterstützungseinheit 106 hat an ihrem hinteren Ende 132 eine Aussparung 170, so dass die Anhängekupplung 118 und der Kupplungspunkt mit dem Anhänger 104 über oder nahe der Achse 124 angeordnet ist. Der Lastsensor 152 ist in der Zunge 110 des Zugunterstützungseinheit 106 angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann der Lastsensor 152 in der Kupplung 112 angeordnet sein. Der Lastsensor 150 ist in der Anhängekupplung 118 angeordnet. Dementsprechend können das Führungsfahrzeug 102 und der Anhänger 104 bei Verwendung passender Kupplungen und Kugeln ohne Änderungen mit der Zugunterstützungseinheit 106 verbunden werden. In einigen Ausführungsformen ist jedoch eine Kopplung mit dem Steuersystem des Führungsfahrzeugs 102 möglich, z.B. über die Kupplung 159, die zusätzliche Möglichkeiten zur Steuerung der Zugunterstützungseinheit 106 bietet.
Im Betrieb verwendet das Steuersystem 144 Eingänge vom Sensorsystem 149 zur Steuerung der Aktoren 133, um das Ziehen des Anhängers 104 mit dem Führungsfahrzeug 102 zu ermöglichen. Zum Beispiel ist, wie in 5 dargestellt, die Zugkraft 180 des Anhängers 104 eine Kombination aus dem Steigungswiderstand 182, dem Luftwiderstand 184 und dem Rollwiderstand 186. Die Zugkraft 180 ist die Kraft, die zum Ziehen des Anhängers 104 ausgeglichen werden muss. Es wird geschätzt, dass sich die Zugkraft 180 umkehren kann, wenn der Anhänger 104 auf die Zugunterstützungseinheit 106 drückt, wie z.B. bei einer Bergabfahrt. In diesem Fall können der Zugunterstützungseinheit 106 Daten über die Anhängelast des Führungsfahrzeugs 102 zur Verfügung gestellt werden, und das Steuergerät 146 kann so programmiert werden, dass es eine Zughilfskraft 188 bereitstellt, so dass die Anhängelast des Führungsfahrzeugs 102 nicht überschritten wird. In einigen Ausführungsformen kann ein maximaler Prozentsatz der Schleppkapazität des Führungsfahrzeugs 102 gewählt werden, so dass z. B. die Schlepphilfskraft 188 geliefert wird, ohne dass dieser gewählte Prozentsatz der Schleppkapazität des Führungsfahrzeugs 102 überschritten wird. Wenn die Zugunterstützungseinheit 106 die Zughilfskraft 188 liefert, liefert das Führungsfahrzeug 102 eine reduzierte Zugkraft 190, die der Differenz zwischen der Anhänger-Zugkraft 180 und der Zughilfskraft 188entspricht. Die Zugunterstützungseinheit 106, die durch den Prozessor 160 des Steuergeräts 146 gesteuert wird, stellt sicher, dass die Anhängelast des Führungsfahrzeugs nicht überschritten wird. Zu diesem Zweck überwacht der Prozessor 160 den Lastsensor 152, um die vom Führungsfahrzeug 102 ausgeübte Kraft zu ermitteln.
Unter Bezugnahme auf 6 bietet das Zugunterstützungssystem 100 ein verbessertes Handling und eine höhere Stabilität im Vergleich zu einem Aufbau ohne die Zugunterstützungseinheit 106. Beispielsweise weist die Zugunterstützungseinheit 106 eine hohe Seitensteifigkeit auf, da sie zwei Achsen 124, 126 mit vier Rädern 108 enthält. Die Steifigkeit führt zu einer Seitenkraft 190 von der Zugunterstützungseinheit 106 auf den Anhänger 104, die die Kurvenkraft 192 des Anhängers 104 ausgleicht. Infolge des Versatzes ergibt sich eine Querkraft 192 von der Zugunterstützungseinheit 106 zum Führungsfahrzeug 102, die nahezu null beträgt. Zusätzlich zu den Steifigkeitsvorteilen der Zugunterstützungseinheit 106 werden die Antriebseinheiten 134, 136 und die Bremsen 140, 142 durch das Steuergerät 146 betätigt, um die Querkräfte aktiv zu steuern und so Bahnveränderungen des Zugunterstützungssystems 100 zur Verbesserung von Dynamik und Stabilität zu bewirken. Die Eingänge des Sensorsystems 149 werden zur Steuerung der Aktuatoren 133 verwendet, um z.B. das Pendeln zu negieren und die Kurvendynamik/Stabilität zu verbessern (z.B. durch Differentialtraktion und/oder Differentialbremsen). Wenn zum Beispiel wie abgebildet durch eine Rechtskurve navigiert wird, können Eingaben von der Trägheitsmesseinheit 154 und den Lastsensoren 150, 152 dem Prozessor 160 anzeigen, dass eine Notwendigkeit besteht, die Kraft vom Anhänger 104 auf die Anhängekupplung 118 zu kompensieren. Dementsprechend können die Aktuatoren 133 aktiviert werden, um der aufgebrachten Kraft entgegenzuwirken, z.B. durch Erzeugen einer Traktionslenkung durch differentielle Ansteuerung der Antriebseinheiten 134, 136 und/oder durch differentielle Bremsung der Bremsen 140, 142.
Wie in 7 dargestellt, verbessert die Einbeziehung der Zugunterstützungseinheit 106 die Manövrierfähigkeit des Anhängers 104 und des Führungsfahrzeugs 102. Eingaben vom Sensorsystem 149 an das Steuergerät 146 werden zur Steuerung der Aktuatoren 133 verwendet, um beispielsweise die Nachlaufsteuerung, z.B. durch Traktionslenkung, zu steuern. Wenn z.B. das Zugunterstützungssystem 100 wie dargestellt durch eine Rechtskurve manövriert, erfolgt die Anzeige an das Steuergerät 146 durch die Kräfte 172 auf die Zunge 110, wie sie vom Lastsensor 152 erfasst werden, und die Kräfte 174 auf die Kupplung 118, wie sie vom Lastsensor 150 erfasst werden, Winkel von den Positionssensoren 156, 158 bezüglich der beteiligten Winkel und Momente 176 von der Trägheitsmesseinheit 154. In dieser Situation werden diese Eingaben verwendet, um den optimalen Eingriff zu bestimmen, z.B. durch die Antriebseinheit 134, 136, die aktiviert werden kann und/oder durch die Bremse 140, 142, die für eine Differentialtraktion 177 betätigt werden kann, was zu einer Korrekturkraft 178 führt, um die Spurhaltung des Anhängers 104 zu verbessern.
In Ausführungen mit einer Verbindung zwischen der Zugunterstützungseinheit 106 und dem CAN-Bus 166 des Führungsfahrzeugs 102 können die Lenkeingänge des Führungsfahrzeugs 102 zur Vorwegnahme der Anhängerverfolgung und zur Steuerung der Stellglieder 133 verwendet werden, um die Zugunterstützungseinheit 106 und den Anhänger 104 breiter um die Kurveninnenseite zu verfolgen.
In einer Reihe von Ausführungsformen, wie in 8 dargestellt, kann die Zugunterstützungseinheit 106 in einem manuellen Modus verwendet werden. In diesem Beispiel wird die Zugunterstützungseinheit 106 über die Sattelkupplung 122 mit einem Sattelauflieger 204 gekoppelt. Dadurch wird die Verbindung 206 mit dem Auflieger 204 über die Mitte 208 der Zugunterstützungseinheit 106 zwischen den Achsen 124, 126 gelegt, was eine optimale Manövrierfähigkeit gewährleistet. Bemerkenswert ist, dass bei einem Sattelauflieger 204 das Führungsfahrzeug 102 mit der Zugunterstützungseinheit 106 über die Stoßfänger-Zug-Kupplung 112 gekuppelt wird. Eine Schnittstelle 210 ist zwischen dem Benutzer und der Zugunterstützungseinheit 106 vorgesehen. In dieser Ausführung ist die Schnittstelle ein Griff, der mit der Zugunterstützungseinheit 106 verbunden ist, die einen Schalter 212 enthalten kann, der gedrückt werden muss, um die Zugunterstützungseinheit 106 im manuellen Modus zu betätigen. Ein Positions-/Winkelsensor 216 kann an der Verbindung der Schnittstelle 210 mit der Zugunterstützungseinheit 106 angebracht werden. Die Bewegung der Schnittstelle 210 durch den Benutzer löst eine Reaktion aus, um die Stellglieder 133 anzusteuern und den Anhänger 204 zu manövrieren. In einigen Ausführungsformen arbeitet die Zugunterstützungseinheit 106 im autonomen Modus. Beispielsweise kann die Zugunterstützungseinheit 106 den Anhänger 204 automatisch lokalisieren und mit ihm kuppeln. Anschließend kann die Zugunterstützungseinheit 106 den Anhänger 204 autonom bewegen und mit dem Führungsfahrzeug 102 kuppeln.
In zusätzlichen Ausführungsformen kann eine Verbindung 155 (2) zwischen dem Antriebssystem der Zugunterstützungseinheit 106 und einem Antriebssystem 151 des Führungsfahrzeugs 102 enthalten sein. Das Führungsfahrzeug 102 kann zum Laden des Batteriepakets 148 der Zugunterstützungseinheit 106 verwendet werden. Zusätzlich kann die Zugunterstützungseinheit 106 zum Laden eines Batteriepakets des Führungsfahrzeugs 102 verwendet werden, z.B. wenn das Führungsfahrzeug 102 ein Elektrofahrzeug ist. In einigen Ausführungsformen kann der Batteriepack 148 mit einem Wechselrichter 161 gekoppelt werden, um Wechselstrom über die Zugunterstützungseinheit 106 an den Anhänger 104 oder eine andere 120/240V-Last 163 abzugeben, z.B. während des Parkens. Zur Stromversorgung kann eine Kupplung 165 zwischen der Zugunterstützungseinheit 106 und dem Anhänger 104 vorgesehen werden, um die Stromversorgungsanforderungen zu erfüllen.
Dementsprechend ermöglicht ein Zugunterstützungssystem 100 das Ziehen eines großen Anhängers 104, z.B. eines Anhängers der Klasse 5, durch ein kleineres Führungsfahrzeug 102, z.B. ein Fahrzeug der Klasse 3. Neben der Verwendung für konventionelles Ziehen kann das Zugunterstützungssystem 106 auch zum manuellen oder autonomen Umsetzen von Anhängern verwendet werden. Die Zugunterstützungseinheit 106 kann auch für Spezialanwendungen eingesetzt werden, wie z.B. für das Aussetzen großer Schiffe auf einer steilen Rampe oder zur Unterstützung beim Ziehen schwerer Lasten an steilen Hängen. Obwohl in der vorstehenden detaillierten Beschreibung mindestens eine beispielhafte Ausführung vorgestellt wurde, ist zu berücksichtigen, dass es eine Vielzahl von Varianten gibt. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Offenlegung in irgendeiner Weise einzuschränken. Vielmehr wird die vorstehende detaillierte Beschreibung den Fachleuten einen praktischen Fahrplan für die Umsetzung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen an die Hand geben. Es sollte verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne dass vom Umfang der Offenbarung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlichen Entsprechungen festgelegt ist, abgewichen werden muss.

Claims

Zugunterstützungssystem zum Ziehen eines Anhängers durch ein Führungsfahrzeug, wobei das System aufweist: eine Zugunterstützungseinheit mit mindestens zwei Rädern, wobei die Zugunterstützungseinheit konfiguriert ist, um: zwischen dem Führungsfahrzeug und dem Anhänger zu koppeln; und durch eine Antriebseinheit an Bord der Zugunterstützungseinheit und in Reaktion auf eine Kraft zwischen dem Anhänger und der Zugunterstützungseinheit, mindestens eines der mindestens zwei Räder anzutreiben, um mindestens einen Teil der Kraft der Zugunterstützungseinheit zu tragen.
System nach Anspruch 1, aufweisend: einen ersten Sensor an der Zugunterstützungseinheit, der so konfiguriert ist, dass er die Kräfte zwischen der Zugunterstützungseinheit und dem Führungsfahrzeug erfasst; und einen zweiten Sensor an der Zugunterstützungseinheit, der so konfiguriert ist, dass er die Kraft zwischen dem Anhänger und der Zugunterstützungseinheit erfasst.
System nach Anspruch 2, aufweisend ein Steuergerät an der Zugunterstützungseinheit, das so konfiguriert ist, dass es die Antriebseinheit als Reaktion auf Eingaben des ersten Sensors und des zweiten Sensors betätigt.
System des Anspruchs 1, aufweisend aus einer Kupplung zwischen dem Führungsfahrzeug und der Zugunterstützungseinheit, über die eine Ladestromversorgung geliefert wird.
System nach Anspruch 1, bei dem die Zugunterstützungseinheit so konfiguriert ist, dass sie in einem manuellen Modus getrennt vom Führungsfahrzeug arbeitet.
System nach Anspruch 1, aufweisend eine Trägheitsmesseinheit und ein Steuergerät, jeweils auf der Zugunterstützungseinheit, wobei das Steuergerät so konfiguriert ist, dass es die Antriebseinheit als Reaktion auf Eingaben von der Trägheitsmesseinheit betätigt, um Trajektorienänderungen im System für die Stabilität zu bewirken.
System nach Anspruch 1, aufweisend einer Sattelkupplung zwischen der Zugunterstützungseinheit und dem Anhänger und einer Stoßfänger-Zug-Kupplung zwischen dem Führungsfahrzeug und der Zugunterstützungseinheit.
System nach Anspruch 1, wobei die Zugunterstützungseinheit so konfiguriert ist, dass sie den Anhänger mit elektrischer Energie versorgt.
System nach Anspruch 1, wobei die Zugunterstützungseinheit eine Achse, auf der sich die mindestens zwei Räder drehen, und eine Aussparung in einem hinteren Ende der Zugunterstützungseinheit aufweist und eine Anhängekupplung umfasst, die in der Aussparung angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie mit dem Anhänger kuppelt, wobei eine Kugel an der Anhängekupplung im Wesentlichen über der Achse zentriert ist.
System nach Anspruch 1, aufweisend: Aktuatoren an der Zugunterstützungseinheit; eine Zunge an der Zugunterstützungseinheit, die so konfiguriert ist, dass sie mit dem Führungsfahrzeug kuppelt; einen ersten Sensor auf der Zunge, der so konfiguriert ist, dass er die Kräfte zwischen dem Führungsfahrzeug und der Zugunterstützungseinheit erfasst; eine Anhängekupplung an der Zugunterstützungseinheit, die zum Ankuppeln an den Anhänger konfiguriert ist; einem zweiten Sensor an der Anhängekupplung, der so konfiguriert ist, dass er die Kraft zwischen dem Anhänger und der Zugunterstützungseinheit erfasst, und ein Steuergerät, das so konfiguriert ist, dass es die Antriebseinheit und die Aktuatoren als Reaktion auf die Eingaben des ersten und zweiten Sensors betätigt, so dass das Führungsfahrzeug nur einen Teil der Kraft zwischen dem Anhänger und der Zugunterstützungseinheit trägt.