DE102020200004A1

DE102020200004A1 - Elektrisch angetriebenes oder antreibbares Schubfahrzeug

Info

Publication number: DE102020200004A1
Application number: DE102020200004.2A
Authority: DE
Inventors: Rüdiger Kusch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2021-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Schubfahrzeug (6) für einen schiebenden Antrieb eines Nutzfahrzeugs (4), aufweisend mindestens eine Radachse (24, 24a, 24b), welche von einem Elektromotor (26) angetrieben oder antreibbar ist, und ein Batteriepack (20) mit einer Anzahl von Batteriemodulen (22) zur Versorgung des Elektromotors (26), sowie eine mechanische und signaltechnische Kopplungsschnittstelle (32) zur Kopplung des Schubfahrzeugs (6) an das Nutzfahrzeug (4), und einen signaltechnisch an die Kopplungsschnittstelle (32) und den Elektromotor (26) sowie an das Batteriepack (20) geführten Controller (38) zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrbetriebs.

Description

Der Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Schubfahrzeug für einen schiebenden Antrieb einer Zugmaschine. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung eines solchen Schubfahrzeugs, sowie einen Lastkraftwagen und einen Lastzug.
Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen in der Regel einen Elektromotor, mit dem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist der Elektromotor üblicherweise an eine fahrzeuginterne (Hochvolt-)Batterie als elektrischen Energiespeicher angeschlossen.
Unter einer insbesondere elektrochemischen Batterie ist hier und im Folgenden insbesondere eine sogenannte sekundäre Batterie (Sekundärbatterie) des Kraftfahrzeugs zu verstehen. Bei einer solchen (sekundären) Fahrzeugbatterie ist eine verbrauchte chemische Energie mittels eines elektrischen (Auf-)Ladevorgangs wiederherstellbar. Derartige Fahrzeugbatterien sind beispielsweise als elektrochemische Akkumulatoren, insbesondere als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgeführt.
Unter einem „Nutzfahrzeug“ (Nfz) oder „Nutzkraftwagen“ (Nkw) ist hier und im Folgenden insbesondere ein Kraftfahrzeug zu verstehen, welches nach seiner Bauart und Einrichtung zum Transport von Personen oder Gütern, oder zum Ziehen von Anhängern, vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet ist. Unter einem Nutzfahrzeug ist hierbei insbesondere ein Lastkraftwagen oder eine (Sattel-)Zugmaschine zu verstehen.
Elektrisch angetriebene oder antreibbare Nutzfahrzeuge, wie beispielsweise elektrisch angetriebene Lastkraftwagen (LKW), auch Elektrolastkraftwagen oder Elektro-LKW genannt, sind im Gegensatz zu Nutzfahrzeugen mit herkömmlichen Verbrennungsmotoren überwiegend geräuscharm. Des Weiteren erzeugen Elektrolastkraftwagen keine gesundheitsgefährdenden Schadstoffe, insbesondere nicht Stickoxide oder klimaschädliche Abgase. Des Weiteren weisen elektrisch angetriebene (Nutz-)Fahrzeuge (engl.: Battery Electric Vehicle, BEV) im Vergleich zu Nutzfahrzeugen mit einem Brennstoffzellensystem oder einem Verbrennungsmotor eine besonders effiziente und effektive Wandlung von (elektrischer) Energie in Antriebs- oder Vortriebsenergie auf.
Sogenannte schwere Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeuge weisen beispielsweise ein Gewicht größer 10 t (Tonnen) auf, und werden vorzugsweise für Transportaufgaben auf Lang- oder Fernstrecken, insbesondere auf Überlandfahrten mit Strecken größer als 100 km (Kilometer), verwendet. Aufgrund des niedrigen Energieinhalts von derzeitigen Batterien erfordert der Einsatz von elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Nutzfahrzeugen bei längeren Strecken häufige Pausen oder Fahrunterbrechungen, um die Batterien neu aufzuladen. Nachteiligerweise sind hiermit auch lange Ladezeiten verbunden, wobei die derzeitig noch nicht weit verbreitete Ladeinfrastruktur den Einsatz derartiger elektrischer Nutzfahrzeuge weiter nachteilig einschränkt. Aufgrund der niedrigen Energiedichte von derzeitigen Batterien sind weiterhin vergleichsweise großbauende und/oder dichtbauende Batteriesysteme notwendig, um eine ausreichende elektrische Versorgung des Antriebsstrangs zu gewährleisten, wodurch ein hohes zusätzliches Gewicht mitgeführt werden muss, welches zulasten einer transportierten Nutzlast geht. Dadurch sind rein elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge im Bereich der nachhaltigen Transportsysteme häufig nicht wirtschaftlich einsetzbar.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Schubfahrzeug für einen schiebenden Antrieb einer Zugmaschine anzugeben. Insbesondere soll ein möglichst effektives und batteriegestütztes Antriebskonzept für ein Nutzfahrzeug angegeben werden, welches auch für den Einsatz bei Lang- oder Fernstrecken geeignet ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Verwendung eines solchen Schubfahrzeugs, sowie ein besonders geeignetes Nutzfahrzeug und einen besonders geeigneten Lastzug anzugeben.
Hinsichtlich des Schubfahrzeugs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 sowie hinsichtlich des Nutzfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und hinsichtlich des Lastzugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene oder antreibbare Schubfahrzeug ist für einen schiebenden Antrieb eines Nutzfahrzeugs vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Das Schubfahrzeug ist hierbei beispielsweise als ein Anhänger, als ein Nachläufer, oder als ein Schubgelenkantrieb hinter dem anzutreibenden Nutzfahrzeug angeordnet, und erzeugt im Betrieb einen elektrischen oder elektromotorischen Vortrieb oder Antrieb beziehungsweise ein Vortriebs- oder Antriebsmoment, welches das Nutzfahrzeug anschiebt, und somit in Fahrtrichtung antreibt oder bewegt.
Das Schubfahrzeug weist mindestens eine Radachse mit zwei Rädern auf, welche mittels eines Elektromotors angetrieben oder antreibbar ist. Zur elektrischen Versorgung des Elektromotors ist ein Batteriepack mit einer Anzahl von Batteriemodulen als eine Traktionsbatterie des Schubfahrzeugs vorgesehen. Das Schubfahrzeug weist weiterhin eine mechanische und signaltechnische Kopplungsschnittstelle zur Kopplung des Schubfahrzeugs an das Nutzfahrzeug auf.
Die Kopplungsschnittstelle und der Elektromotor sowie das Batteriepack sind mit einem Controller (das heisst einer Steuereinheit) gekoppelt. Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zur Durchführung eines Fahrbetriebs des Schubfahrzeugs eingerichtet. Der Controller ist insbesondere zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors und/oder des Batteriepacks geeignet sowie dazu vorgesehen und eingerichtet. Der Controller erhält hierzu vorzugsweise von dem Nutzfahrzeug Steuersignale über die signaltechnische Kopplung der Kopplungsschnittstelle, mittels welcher insbesondere der Betrieb des Elektromotors gesteuert und/oder geregelt wird.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Das Schubfahrzeug ist als ein BEV (engl.: Battery Electric Vehicle, BEV), also als ein Elektrofahrzeug, ausgeführt. Das Schubfahrzeug ist erfindungsgemäß als ein leistungsstarkes, batterieelektrisches Schub- oder Antriebsmodul für das Nutzfahrzeug ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Schubfahrzeug als ein elektrischer Zusatz-, Hilfs- oder Unterstützungsantrieb für das Nutzfahrzeug ausgeführt. Das Schubfahrzeug ist hierbei vorzugsweise als ein elektrisches Antriebsunterstützungssystem zum bedarfsweisen elektrischen Antrieb eines Schwerlast-Nutzfahrzeugs, also als ein Schwerlast-Supportsystem, ausgebildet.
Das Nutzfahrzeug ist beispielsweise als eine Zugmaschine mit einem Verbrennungsmotor oder einem Hybridantrieb ausgeführt. Im gekoppelten Zustand ist das Schubfahrzeug dazu vorgesehen und eingerichtet eine (an-)schiebende Antriebsleistung für Überlandfahrten des Nutzfahrzeugs bereitzustellen. Der Verbrennungsmotor des Nutzfahrzeugs ist hierbei vorzugsweise abgeschaltet oder nicht in Betrieb. Das Antriebs- oder Vortriebsmoment des Schubfahrzeugs wird über die mechanische Kopplung der Kopplungsschnittstelle auf das Nutzfahrzeug übertragen, und somit entlang einer Fahrtrichtung bewegt. Das Schubfahrzeug beziehungsweise der Controller ist hierbei über die signaltechnische Kopplung der Kopplungsschnittstelle an die (Gesamt-)Fahrzeugsteuerung des Nutzfahrzeugs angeschlossen, so dass beispielsweise Fahrpedalinformationen von dem Nutzfahrzeug an das Schubfahrzeug als Steuersignale übertragbar sind, und somit das Drehmoment oder der Vortrieb entsprechend von einem Fahrer oder Fahrzeugnutzer des Nutzfahrzeuges einstellbar und/oder regelbar ist.
Dadurch ist ein besonders geeignetes Schubfahrzeug realisiert. Insbesondere ist somit ein effizienter und effektiver, batteriebetriebener Antrieb für das Nutzfahrzeug während Überlandfahrten ermöglicht. Geeigneterweise sind hierbei auch Nutzfahrzeuge mit lediglich einem Verbrennungsmotor durch das Schubfahrzeug rein elektrisch bewegbar, so dass derartige Verbrennungsmotor-Nutzfahrzeuge mit dem Schubfahrzeug ein effektives Hybridfahrzeug bilden.
In einer vorteilhaften Ausführung ist der Elektromotor bürstenlos ausgebildet. Mit anderen Worten ist der Elektromotor elektrisch kommutiert. Zu diesem Zwecke ist zwischen dem Batteriepack und dem Elektromotor ein vom Controller gesteuerter und/oder geregelter Wechselrichter (Inverter) geschaltet, welcher eine Batterie-Gleichspannung in eine mehrphasige Motor-Wechselspannung wandelt. Der Wechselrichter ist beispielsweise entlang einer Fahrzeuglängsrichtung hinter der mindestens einen Radachse angeordnet. Dadurch ist ein zuverlässiger und einfach steuerbarer und/oder regelbarer Fahrbetrieb des Schubfahrzeugs ermöglicht.
In einer geeigneten Weiterbildung weist das Schubfahrzeug mindestens zwei Radachsen auf. Dadurch weist das Schubfahrzeug eine verbesserte Standsicherheit und ein besonders sicheres Fahrverhalten auf. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass jede Radachse einen zugeordneten Elektromotor als Radachsenantrieb aufweist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist eine vordere, also einer entlang der Fahrzeuglängsrichtung des Schubfahrzeugs vorderseitig oder frontseitig angeordnete, dem Nutzfahrzeug zugewandte, Radachse lenkbar ausgeführt. Dadurch wird die Bewegbarkeit und Manövrierfähigkeit des Schubfahrzeugs verbessert.
In einer zweckmäßigen Ausbildung ist die mechanische Kopplung der Kopplungsschnittstelle als eine (Anhänger-)Deichsel ausgeführt. Dies bedeutet, dass die Kraftübertragung von dem Schubfahrzeug auf das Nutzfahrzeug mittels der Deichsel-Verbindung realisiert wird. Die Deichsel entspricht hierbei vom Grundaufbau gewöhnlichen Deichsel- oder Anhänger-Verbindungen von Nutzfahrzeugen, so dass das erfindungsgemäße Schubfahrzeug im Wesentlichen mit allen gängigen Nutzfahrzeugen einsetzbar ist. Dadurch ist das Schubfahrzeug beziehungsweise das Konzept eines batterieelektrischen Schub- oder Antriebsmoduls für das Nutzfahrzeug einfach und zeitnah umsetzbar, wodurch die fortschreitende Elektrifizierung des Schwerlastverkehrs unterstützt wird.
In einer denkbaren Ausführung weist das Schubfahrzeug eine Anhängerkupplung für einen Anhänger auf. Der Anhänger ist vorzugsweise als ein Sattelauflieger ausgebildet, so dass die Anhängerkupplung zweckmäßigerweise als eine Auflieger- oder Sattelkupplung ausgestaltet ist. Dadurch wird der Einsatz des Schubfahrzeugs bei Lastzügen beziehungsweise Sattelzügen ermöglicht.
Unter einem Sattelzug ist hier und im Folgenden insbesondere ein Gespann mit einer Sattelzugmaschine und mit einem Sattelauflieger oder Sattelanhänger zu verstehen. Das Schubfahrzeug ist hierbei mechanisch und signaltechnisch mit dem Nutzfahrzeug beziehungsweise mit der Sattelzugmaschine gekoppelt, wobei der Sattelauflieger beispielsweise mittels eines Königszapfens mit der Sattelkupplung des Schubfahrzeugs mechanisch gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist die Schubmaschine bei einem Lastzug oder Sattelzug zwischen der Zugmaschine oder dem Nutzfahrzeug und dem Anhänger oder Auflieger angeordnet.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Verwendung eines vorstehend beschriebenen Schubfahrzeugs für Rangieraufgaben vor, wobei das Schubfahrzeug autonom vom Controller gesteuert ist. Mit anderen Worten ist der Controller in dieser Anwendung für einen autonomen Fahrbetrieb des Schubfahrzeugs vorgesehen, sowie dafür geeignet und ausgestaltet. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen Schubfahrzeug gelten hierbei sinngemäß auch für die Verwendung und umgekehrt. Dadurch ist mittels des Schubfahrzeugs ein einfaches und aufwandreduziertes Rangieren ohne Eingriff eines Fahrzeugnutzers ermöglicht. Somit ist eine besonders geeignete Verwendung des Schubfahrzeugs realisiert.
Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zur Durchführung eines autonomen Fahrbetriebs des Schubfahrzeugs eingerichtet. Der Controller ist somit konkret dazu eingerichtet, dass das Schubfahrzeug ohne ein Eingreifen eines Fahrzeugnutzers selbsttätig beispielsweise Lenk-, Beschleunigungs- und Bremsmanöver ausführt. Der Controller ist somit insbesondere zur Steuerung und/oder Regelung des Elektromotors und/oder des Batteriepacks geeignet sowie dazu vorgesehen und eingerichtet. Geeigneterweise ist der Controller hierbei mindestens einem Umgebungssensor zur Erfassung einer Fahrzeugumgebung gekoppelt.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung eines autonomen Fahrbetriebs in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Fahrzeugnutzer - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), gebildet sein, in dem die Funktionalität zur Durchführung des autonomen Fahrbetriebs mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
Durch den Controller ist das erfindungsgemäße Schubfahrzeug ist somit dazu geeignet und eingerichtet autonom ohne Zugmaschine, also ohne einen Fahrzeugnutzers, Rangieraufgaben auszuführen. Unter „Rangieraufgaben“ oder „rangieren“ sind hier und im Folgenden insbesondere Fahrbewegungen des Schubfahrzeugs außerhalb des Überlandfahrt-Fahrbetriebs, zum Beispiel zum Zwecke eines Be- und/oder Entladens eines Anhängers oder Aufliegers, für Parkvorgänge, oder zum Zwecke eines Ladevorgangs, zu verstehen.
Beispielsweise wird das Schubfahrzeug für einen Ladevorgang, bei welchem die Batteriemodule des Batteriepacks mit elektrischer Energie aufgeladen werden, autonom von dem Controller durch Ansteuerung des Elektromotors und der lenkbaren Radachse zu einer Ladevorrichtung oder Ladestation bewegt. Das Schubfahrzeug fährt somit autonom oder selbsttätig zu einem Ladepunkt, welcher entweder mit AC/DC Kontakten oder induktiv die zur Ladung notwendige Energie überträgt. Vorzugsweise erfolgt ein Einkoppeln in eine Ladebucht und das Kontaktieren entweder mit den mechanischen Kontakten oder über die gerichtete induktive Quelle vollständig autonom.
Das erfindungsgemäße Nutzfahrzeug ist mit einem vorstehend beschriebenen Schubfahrzeug gekoppelt. Das Nutzfahrzeug weist hierbei eine Kopplungsschnittstelle, beispielsweise in Form einer Anhängerkupplung auf, mit welcher die Kopplungsschnittstelle des Schubfahrzeugs verbunden ist. Das Nutzfahrzeug ist insbesondere eine Zugmaschine, beispielsweise eine Lastkraftwagen oder eine Sattelzugmaschine. Die im Hinblick auf das Schubfahrzeug und/oder die Verwendung angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Nutzfahrzeug übertragbar und umgekehrt. Durch das Schubfahrzeug ist das Nutzfahrzeug rein elektrisch oder batteriebetrieben antreibbar. Insbesondere ist das Nutzfahrzeug hierbei bei weiten oder langen Überlandfahrten, also auf Langstrecken oder Fernstrecken, mit dem Schubfahrzeug angetrieben oder antreibbar. Dadurch ist ein besonders geeignetes Nutzfahrzeug realisiert.
Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass das Nutzfahrzeug als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist. Bei einem derartigen Nutzfahrzeug ist es möglich, dass das Schubfahrzeug als eine flexible und mobile oder mitgeführte Stromversorgungseinheit für das Nutzfahrzeug wirkt. Mit anderen Worten ist eine Stromübertragung von dem Schubfahrzeug in Richtung des Nutzfahrzeugs vorgesehen, um den nutzfahrzeugseitigen Elektromotor mit Energie zu versorgen. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass das Schubfahrzeug bei einer Fahrunterbrechung des Nutzfahrzeugs gegen ein anderes Schubfahrzeug ausgetauscht wird. Mit anderen Worten wirkt das Schubfahrzeug hierbei als Batterieunterstützung des Nutzfahrzeug-Antriebsstrangs, wobei durch einen Austausch oder Wechsel des Schubfahrzeugs besonders kurze Fahrunterbrechungen ermöglicht sind (Antriebsstrang-Batterie-Support-Tausch-Konzept), was insbesondere eine Wirtschaftlichkeit bei Anwendungen als nachhaltiges Transportsystem verbessert.
In einer denkbaren Ausführungsform wird jedoch keine elektrische Energie von dem Schubfahrzeug an das Nutzfahrzeug übertragen. Die Kopplungsschnittstelle zwischen Nutzfahrzeug und Schubfahrzeug weist somit einen vergleichsweise geringen Querschnitt, und somit einhergehend ein besonders niedriges Eigengewicht auf. Des Weiteren werden bei einer Relativbewegung des Nutzfahrzeugs und des Schubfahrzeugs, beispielsweise im Zuge einer Lenkbewegung, entsprechende Zugbelastungen reduziert. Dadurch wird eine Gefahr eines Kabelbruchs und damit einhergehend die Gefahr eines Kurzschlusses und/oder eines Brandes im Bereich der Kopplungsschnittstellen vermieden oder zumindest reduziert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung empfängt der Controller des Schubfahrzeugs während des Fahrbetriebs (Fahr-)Steuersignale eines Gas- oder Fahrpedals des Nutzfahrzeugs, so dass das Drehmoment des Elektromotors anhand der Fahrpedalinformationen steuerbar oder einstellbar ist. Dadurch ist ein besonders vorteilhafter und betriebssicherer Fahrbetrieb des Nutzfahrzeugs und Schubfahrzeugs realisiert.
Dies bedeutet, dass die signaltechnische Kopplung der Kopplungsschnittstellen als eine sichere Kommunikationsschnittstelle zwischen dem Schubfahrzeug und einer Fahrerkabine des Nutzfahrzeugs ausgebildet ist. Dadurch ist eine zuverlässige Steuerung beziehungsweise ein zuverlässig steuerbarer Fahrbetrieb des Gesamtfahrzeugs durch den Fahrzeugnutzer oder Fahrer des Nutzfahrzeugs ermöglicht.
Der erfindungsgemäße Lastzug weist einen Lastkraftwagen als vorstehend beschriebenes Nutzfahrzeug und einen damit gekoppelten Anhänger auf. Der Anhänger ist hierbei mit dem Schubfahrzeug mechanisch gekoppelt. Mit anderen Worten erfolgt die mechanische Kopplung zwischen Anhänger und Lastkraftwagen mittelbar über das Schubfahrzeug. Die im Hinblick auf das Schubfahrzeug und/oder die Verwendung und/oder das Nutzfahrzeug angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf den Lastzug übertragbar und umgekehrt. Dadurch ist ein besonders geeigneter Lastzug realisiert.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in vereinfachten und schematischen Darstellungen:

1 in Seitenansicht eine Nutzfahrzeug mit einem einachsigen Schubfahrzeug,
2 in Seitenansicht ein zweiachsiges Schubfahrzeug, und
3 in Draufsicht das Schubfahrzeug gemäß 2.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung ein Fahrzeug 2. Das Fahrzeug 2 ist hierbei als ein Gespann aus einem als Lastkraftwagen oder Sattelzugmaschine ausgebildeten Nutzfahrzeug 4 und einem anhängerartigen Schubfahrzeug 6 ausgeführt. Das Zug- oder Nutzfahrzeug 4 weist einen Fahrzeugrahmen 8 mit einer Fahrzeugkabine 10 sowie einen Fahrzeugaufbau 12 mit einer Anhänger- oder Aufliegerkupplung 14 zur Aufnahme und Tragen eines nicht näher dargestellten (Sattel-)Anhängers oder (Sattel-)Aufliegers auf. Im Fahrzeugrahmen 8 ist ein nicht näher dargestellter Traktionsantrieb zum Betreiben des Fahrzeugs 2 beziehungsweise Nutzfahrzeugs 4 angeordnet.
Der Traktionsantrieb ist in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere als ein rein elektrischer oder hybrid-elektrischer Antrieb ausgeführt. Der Antrieb ist hierbei mit einem Wechselrichter 16 des Nutzfahrzeugs 4 gekoppelt.
Das Schubfahrzeug 6 weist einen Fahrzeugrahmen 18 mit einem integrierten Batteriepack 20 mit einer Anzahl von elektrochemischen Batteriemodulen 22 auf. In dem Ausführungsbeispiel der 1 sind beispielhaft zwei Batteriemodule 22 gezeigt. Die Batteriemodule 22 weisen jeweils eine Anzahl von nicht näher bezeichneten Batteriezellen auf.
In dem Ausführungsbeispiel der 1 ist das Schubfahrzeug 6 einachsig ausgeführt, dies bedeutet, dass das Schubfahrzeug 6 eine Radachse 24 aufweist. Die Radachse 24 ist mittels eines Elektromotors 26 (3) angetrieben oder antreibbar.
Das Schubfahrzeug 6 weist einen Fahrzeugaufbau 28 mit einer Anhänger- oder Aufliegerkupplung 30 zur Aufnahme und Tragen eines nicht näher dargestellten (Sattel-)Anhängers oder (Sattel-)Aufliegers auf.
Das elektrisch angetriebene oder antreibbare Schubfahrzeug 6 ist für einen schiebenden Antrieb eines Nutzfahrzeugs 4 vorgesehen sowie dafür geeignet und eingerichtet. Das Schubfahrzeug 6 ist hierbei beispielsweise als ein Anhänger, als ein Nachläufer, oder als ein Schubgelenkantrieb hinter dem anzutreibenden Nutzfahrzeug 4 angeordnet, und erzeugt im Betrieb einen elektrischen oder elektromotorischen Vortrieb oder Antrieb beziehungsweise ein Vortriebs- oder Antriebsmoment für das Nutzfahrzeug 4, welches über eine mechanische und signaltechnische Kopplungsschnittstelle 32 an das Nutzfahrzeug 4 übertragen wird.
Die Kopplungsschnittstelle 32 des Schubfahrzeugs 6 ist als eine (Anhänger-)Deichsel ausgeführt, welche mit einer entsprechenden Kopplungsschnittstelle 34 des Nutzfahrzeugs 4 verbunden ist. Über die Kopplungsschnittstellen 32, 34 wird einerseits mechanisch die Schubkraft oder das Schubmoment des elektromotorisch angetriebenen Schubfahrzeugs 6 übertragen. Andererseits erfolgt über die Kopplungsschnittstellen 32, 34 eine signaltechnische Kopplung des Nutzfahrzeugs 4 und des Schubfahrzeugs 6, insbesondere zwischen einem Gas- oder Fahrpedal 36 der Fahrerkabine 10 und einem Controller 38 (3) des Schubfahrzeugs 6. Der Controller 38 empfängt hierbei während einer Fahrt des Fahrzeugs 2 Fahrpedalinformationen des Gaspedals 36 in Form von Steuersignalen über die signaltechnische Kopplung der Kopplungsschnittstellen 32, 34, mittels welcher der Elektromotor 26 gesteuert und/oder geregelt wird.
Das Schubfahrzeug 6 ist als ein BEV (engl.: Battery Electric Vehicle, BEV), also als ein Elektrofahrzeug, ausgeführt. Das Schubfahrzeug 6 ist hierbei als ein leistungsstarkes, batterieelektrisches Schub- oder Antriebsmodul für das Nutzfahrzeug 4 ausgebildet. Mit anderen Worten ist das Schubfahrzeug 6 als ein elektrischer Zusatz-, Hilfs- oder Unterstützungsantrieb für das Nutzfahrzeug 4 ausgeführt. Hierbei ist es beispielsweise denkbar, dass der Antriebsstrang des Nutzfahrzeugs 4 beziehungsweise der Wechselrichter 16 über die Kopplungsschnittstellen 32, 34 versorgungstechnisch mit dem Batteriepack 20 des Schubfahrzeugs 6 gekoppelt ist. Mit anderen Worten ist eine Stromübertragung von dem Schubfahrzeug 6 in Richtung des Nutzfahrzeugs 4 vorgesehen, um den nutzfahrzeugseitigen Elektromotor mit Energie zu versorgen.
In den 2 und 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Schubfahrzeugs 6 gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das Schubfahrzeug 6 zweiachsig ausgebildet. Das Schubfahrzeug 6 weist hierbei zwei elektromotorisch angetriebene Radachsen 24a, 24b auf. Mit anderen Worten sind zwei Radachsen 24a, 24b, eine Vorderachse 24a und eine Hinterachse 24b, mit jeweils einem zugeordneten Elektromotor 26 vorgesehen. Die Vorderachse 24a ist frontseitig, also in Richtung des Nutzfahrzeugs 4, und die Hinterachse 24b heckseitig am Schubfahrzeug 6 angeordnet. Die Vorderachse 24a ist hierbei lenkbar ausgebildet, dies bedeutet, dass die Vorderachse 24a Lenkbewegungen ausführen kann. Die Lenkbewegungen werden hierbei beispielsweise von einem über die Kopplungsschnittstellen 32, 34 übertragenes Lenksignal eines Lenkrads der Fahrzeugkabine 10 oder mittels des Controllers 38 gesteuert oder eingestellt. Das Schubfahrzeug 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel - wie insbesondere in der 3 ersichtlich - ein Batteriepack 20 mit vier Batteriemodulen 22 auf.
Die Elektromotoren 26 sind mittels jeweils eines Getriebes 40 antriebstechnisch mit den Radachsen 24a, 24b gekoppelt. Die Elektromotoren 26 sind hierbei bürstenlos und dreiphasig ausgeführt. Mit anderen Worten weisen die Elektromotoren 26 drei Motorphasen beziehungsweise eine dreiphasige Drehfeldwicklung auf, welche bürstenlos kommutiert bestromt wird. Hierzu ist ein Wechselrichter 42 vorgesehen, welcher eine Batterie-Gleichspannung des Batteriepacks 20 in eine dreiphasige Motor-Wechselspannung für die Elektromotoren 26 wandelt.
Der Controller 38 ist signaltechnisch mit dem Batteriepack 20 gekoppelt. Der Controller 38 ist hierbei hinsichtlich des Batteriepacks 20 insbesondere als ein Batteriemanagementsystem (BMS) ausgeführt. Der Controller 38 ist weiterhin signaltechnisch mit dem Wechselrichter 42 beziehungsweise den Elektromotoren 26 gekoppelt, insbesondere steuert und/oder regelt der Controller 38 den Betrieb der Elektromotoren 26 über den Wechselrichter 42. Das Batteriepack 20 ist über eine Plusleitung 44 und eine Minusleitung 46 elektrisch an den Wechselrichter 42 geführt.
Das Schubfahrzeug 6 weist in dieser Ausführung einen dualen oder zweiachsigen elektromotorischen Antrieb auf, wobei der (Antriebs-)Wechselrichter 42 hinter der Hinterachse 24a, also im Fahrzeugheck, angeordnet ist. Das Schubfahrzeug 6 ist als ein Support- oder Unterstützungssystem für Schwerlasttransporte sowie für Rangieraufgaben ausgebildet. Das Schubfahrzeug 6 dient hierbei im Zuge eines Schwerlasttransports - wie vorstehend erläutert - als elektrischer oder elektromotorischer Antrieb oder Zusatzantrieb, zur Erzeugung eines schiebenden Vortriebs- oder Antriebsmoment für das Nutzfahrzeug 4.
Hinsichtlich der Rangieraufgaben ist der Controller 38 insbesondere für einen autonomen Fahr- oder Rangierbetrieb geeignet und eingerichtet. Beispielsweise steuert und/oder regelt der Controller 38 das Schubfahrzeug 6 zum Zwecke eines Be- und/oder Entladens eines Anhängers oder Aufliegers oder zum Zwecke eines Ladevorgangs mittels Fahrbewegungen ohne manuellen Eingriff eines Fahrzeugnutzers.
Beispielsweise wird das Schubfahrzeug 6 für einen Ladevorgang autonom von dem Controller 38 durch Ansteuerung der Elektromotoren 26 beziehungsweise des Wechselrichters 42 und durch Ansteuerung der lenkbaren Radachse 24a zu einer Ladevorrichtung oder Ladestation bewegt. Das Schubfahrzeug 6 fährt somit autonom oder selbsttätig zu einem Ladepunkt, welcher entweder mit AC/DC Kontakten oder induktiv die zur Ladung notwendige Energie überträgt.
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.
Beispielsweise ist das Fahrzeug 2 beziehungsweise das Schubfahrzeug 6 mit einem Anhänger gekoppelt. Das Gespann des Nutzfahrzeugs 4 und des Schubfahrzeugs 6 sowie des Anhängers bildet somit einen Lastzug, wobei der Anhänger mechanisch mit der Anhängerkupplung 30 des Schubfahrzeugs 6 gekoppelt ist.
Bezugszeichenliste

2: Fahrzeug
4: Nutzfahrzeug
6: Schubfahrzeug
8: Fahrzeugrahmen
10: Fahrzeugkabine
12: Fahrzeugaufbau
14: Anhängerkupplung
16: Wechselrichter
18: Fahrzeugrahmen
20: Batteriepack
22: Batteriemodul
24: Radachse
24a: Radachse, Vorderachse
24b: Radachse, Hinterachse
26: Elektromotor
28: Fahrzeugaufbau
30: Anhängerkupplung
32: Kopplungsschnittstelle
34: Kopplungsschnittstelle
36: Gaspedal
38: Controller
40: Getriebe
42: Wechselrichter
44: Plusleitung
46: Minusleitung

Claims

Elektrisch angetriebenes oder antreibbares Schubfahrzeug (6) für einen schiebenden Antrieb eines Nutzfahrzeugs (4), aufweisend - mindestens eine Radachse (24, 24a, 24b), welche von einem Elektromotor (26) angetrieben oder antreibbar ist, und - ein Batteriepack (20) mit einer Anzahl von Batteriemodulen (22) zur Versorgung des Elektromotors (26), sowie - eine mechanische und signaltechnische Kopplungsschnittstelle (32) zur Kopplung des Schubfahrzeugs (6) an das Nutzfahrzeug (4), und - einen signaltechnisch an die Kopplungsschnittstelle (32) und den Elektromotor (26) sowie an das Batteriepack (20) geführten Controller (38) zur Steuerung und/oder Regelung eines Fahrbetriebs.
Schubfahrzeug (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (26) bürstenlos ausgeführt ist.
Schubfahrzeug (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Radachsen (24a, 24b) vorgesehen sind.
Schubfahrzeug (6) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine vordere, dem Nutzfahrzeug (4) zugewandte, Radachse (24a) lenkbar ausgeführt ist.
Schubfahrzeug (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung der Kopplungsschnittstelle (32) als eine Deichsel ausgeführt ist.
Schubfahrzeug (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anhängerkupplung (30) für einen Anhänger vorgesehen ist.
Verwendung eines Schubfahrzeugs (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Rangieraufgaben, wobei das Schubfahrzeug (6) autonom vom Controller (38) gesteuert ist
Nutzfahrzeug (4) aufweisend eine Kopplungsschnittstelle (34), welche mit einem Schubfahrzeug (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gekoppelt ist.
Nutzfahrzeug (3) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (38) des Schubfahrzeugs (6) Steuersignale eines Gaspedals (36) empfängt.
Lastzug mit einem als Lastkraftwagen ausgeführten Nutzfahrzeug (4) nach Anspruch 8 oder 9 sowie mit einem Anhänger, wobei der Anhänger mit dem Schubfahrzeug (6) mechanisch gekoppelt ist.