DE102021207439A1

DE102021207439A1 - System und Verfahren zum Lenken eines an eine Sattelkupplung angekuppelten Anhängers

Info

Publication number: DE102021207439A1
Application number: DE102021207439.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Patzer
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-19
Also published as: US20230013477A1

Abstract

Ein Anhängerlenksystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Gleitschiene, welche an einem Fahrzeugrahmen des Kraftfahrzeugs angebracht ist und sich entlang einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt; einen auf der Gleitschiene verschiebbar angeordneten Gleiter, welche eine Sattelkupplung zum Ankuppeln eines Anhängers an das Kraftfahrzeug trägt; und eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Bewegung des Gleiters entlang der Gleitschiene in Abhängigkeit von einem aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs zu steuern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Anhängerlenksystem für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Anhängerlenksystem. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Lenken eines an eine Sattelkupplung eines Kraftfahrzeugs angekuppelten Anhängers.
Hintergrund
Damit Kraftfahrzeuge in bestimmte Staaten oder Regionen importiert und/oder dort verkauft werden können, müssen sie in der Regel den jeweiligen Vorschriften für die Fahrzeugkonstruktion entsprechen. Zulassungs- und Homologationsanforderungen können für verschiedene Fahrzeugkategorien wie Pkw, Busse, Motorräder, Lkw, Anhänger und/oder andere Nutzfahrzeuge festgelegt sein. So regelt beispielsweise die deutsche Verordnung über den Betrieb von Kraftfahrunternehmen im Personenverkehr (BOKraft) den Betrieb von Verkehrsunternehmen und definiert unter anderem die Mindestanforderungen an die Ausstattung und die Zustände für Kraftfahrzeuge. Aufgrund dieser Vorschriften ist es für die Zulassung von Schwerlastfahrzeugen erforderlich, bestimmte Beschränkungen hinsichtlich der Größe des Wendekreises (auch als Drehdurchmesser oder Wenderadius bezeichnet) einzuhalten. Genauer gesagt müssen Fahrzeuge, welche auf einer Kreisbahn fahren, innerhalb einer zylindrischen Umhüllung bleiben, ohne die Grenzen der Umhüllung zu überschreiten. Ein Beispiel: Ein Lastkraftwagen und/oder eine Sattelzugmaschine, die einen Sattelanhänger ziehen (im Folgenden Sattelschlepper genannt), müssen innerhalb eines zylindrischen Umkreises zwischen einem Innenradius von 5,3 m und einem Außenradius von 12,5 m bleiben.
Für umweltfreundliche Fahrzeuge ist in Europa eine Verlängerung eines Sattelschleppers bis zu ca. 800 mm erlaubt. Der zusätzliche Platz könnte für verschiedene Zwecke genutzt werden, z. B. als Stauraumerweiterung am Heck des Lkw oder der Zugmaschine. Allerdings müsste das Fahrzeug trotz des Längenzuwachses die Wendekreisprüfung bestehen, was schwierig sein kann, wenn das Fahrzeug einen genormten Anhänger zieht, z. B. einen European Standard Trailer (EST).
Die Druckschrift US 8,333,399 B2 beschreibt eine gleitend verstellbare Sattelkupplungsanordnung für ein Fahrzeug und ein Steuersystem für diese, wobei eine Sattelkupplung in Längsrichtung des Fahrzeugs verstellbar ist, was Vorteile bei der Optimierung der Länge und der axialen Belastung bietet.
Zusammenfassung der Erfindung
Somit besteht ein Bedarf, Lösungen zu finden, welche es ermöglichen, dass Fahrzeuge mit Anhängern länger werden können, ohne dass sich die Wenderadien vergrößern.
Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein Anhängerlenksystem gemäß Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren gemäß Anspruch 15 bereit.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Anhängerlenksystem für ein Kraftfahrzeug eine Gleitschiene, welche an einem Fahrzeugrahmen des Kraftfahrzeugs angebracht ist und sich entlang einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt; einen auf der Gleitschiene verschiebbar angeordneten Gleiter, welche eine Sattelkupplung zum Ankuppeln eines Anhängers an das Kraftfahrzeug trägt; und eine Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, die Bewegung des Gleiters entlang der Gleitschiene in Abhängigkeit von einem aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs zu steuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug ein Anhängerlenksystem gemäß der Erfindung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Lenken eines Anhängers bereitgestellt, welcher an eine Sattelkupplung eines Kraftfahrzeugs angekuppelt ist, wobei die Sattelkupplung oben auf einem Gleiter angeordnet ist, der verschiebbar auf einer Gleitschiene angeordnet ist, wobei die Gleitschiene an einem Fahrzeugrahmen des Kraftfahrzeugs angebracht ist und sich entlang einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt. Das Verfahren umfasst Ermitteln eines aktuellen Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs mit einer Steuereinrichtung; und Steuern der Bewegung des Gleiters entlang der Gleitschiene mit der Steuereinrichtung in Abhängigkeit von dem aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Ausrichtung zwischen einem Fahrzeug und einem Anhänger bei einer Kurvenfahrt durch seitliches Verschieben der Position der Sattelkupplung, d.h. parallel zu einer Hinterachse des Fahrzeugs, einzustellen. Durch die Verschiebung der Sattelkupplung wird die gesamte Sattelkupplungsanordnung einschließlich des Achszapfens des Anhängers mitgezogen, d.h. des aus dem Anhänger herausragenden Bolzens, welcher in das Hufeisen der Sattelkupplung am Fahrzeug eingreift, sodass der Anhänger in Abhängigkeit vom Lenkwinkel gegenüber dem Fahrzeug neu ausgerichtet wird. Auf diese Weise kann die relative Position und Ausrichtung eines Fahrzeugs in Bezug auf einen Anhänger stufenlos angepasst werden, z. B. zwischen einem Lastkraftwagen und einem Sattelanhänger, was das Bestehen einer Wendekreisprüfung auch bei größerer Fahrzeuglänge ermöglicht. Ganz allgemein kann diese Kupplung das Manövrieren verbessern, insbesondere bei großen Lenkwinkeln, z. B. in engen Bereichen. Darüber hinaus kann die Verwendung der Erfindung zur Optimierung der Lastverteilung genutzt werden und damit die Möglichkeit einer Erhöhung der Nutzlast bieten.
Das obige wird erreicht, indem die Sattelkupplung verschiebbar auf einem Gleiter am Heck des Fahrzeugs montiert wird, wobei der Gleiter verschiebbar in eine entsprechende Gleitschiene eingreift, die mit einer oder mehreren geeigneten Schienen versehen sein kann, in die der Gleiter eingreift. Der Gleiter kann sich dann entsprechend zu einer Ausrichtung der Gleitschiene parallel zu einer Hinterachse bewegen. Dabei kann die Gleitschiene alle Kräfte von der Sattelkupplung auf den Rahmen übertragen und umgekehrt. Die Bewegung des Gleiters kann durch jede natürliche Bewegung des Anhängers unterstützt werden, z. B. aufgrund von Massenträgheit, Rollverhalten und/oder Rollwiderstand.
Damit bietet die Erfindung erweiterte Kupplungsmöglichkeiten für einen Anhänger mit optimierter Achslastsituation. Die Erfindung bietet damit u.a. die Möglichkeit, Standardanhänger mit nicht genormten Sattelzugmaschinen zu koppeln, insbesondere so, dass eine Wendekreisprüfung, wie sie von der BOKraft gefordert wird, trotz einer größeren Zugmaschinenlänge bestanden werden kann. Weitere Vorteile sind die Erleichterung des Rangierens in engen Bereichen und die Erhöhung der Nutzlast bei gegebener Zugmaschinen- und/oder Anhängergröße, insbesondere durch die Verwendung eines größeren Radstandes des Fahrzeugs.
Es versteht sich, dass der hierin verwendete Begriff „Fahrzeug“ oder ein anderer ähnlicher Begriff Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie beispielsweise Personenkraftwagen umfasst, einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Bussen, Lastkraftwagen, verschiedenen Nutzfahrzeugen und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen beinhaltet (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl stammen). Vorliegend wird unter einem Hybridfahrzeug ein Fahrzeug verstanden, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Gleitschiene fest am Fahrzeugrahmen montiert sein.
Daher kann die Gleitschiene ohne verbleibenden Freiheitsgrad am Fahrzeugrahmen montiert werden, sodass Kräfte und Momente direkt vom und auf den Fahrzeugrahmen übertragen werden. Es versteht sich jedoch, dass die Verbindung zwischen Gleitschiene und Fahrzeugrahmen in anderen Ausführungsformen der Erfindung einen oder mehrere Freiheitsgrade belassen kann, z.B. um eine größere Flexibilität beim Ankuppeln eines Anhängers an ein Fahrzeug zu ermöglichen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der Gleiter an der Gleitschiene derart formschlüssig angebracht sein, dass eine Relativbewegung des Gleiters und der Gleitschiene in einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs und/oder einer Vertikalrichtung des Kraftfahrzeugs blockiert ist.
So kann der Gleiter sowohl Kräfte in Vertikalrichtung und/oder Längsrichtung als auch Drehungen um eine beliebige Achse übertragen. Folglich werden nur Kräfte in Querrichtung, d. h. parallel zu den Achsen des Fahrzeugs, über die Gleitvorrichtung übertragen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das System ferner mindestens einen Hydraulikzylinder umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, eine Gleitbewegung des Gleiters entlang der Gleitschiene zu bewirken.
Daher können ein oder mehrere Hydraulikzylinder zum Antrieb, zur Arretierung und/oder zur Begrenzung der Position des Gleiters entlang der Gleitschiene verwendet werden, wobei die Bewegung des Gleiters entlang der Gleitschiene durch hydraulische Kraft bewirkt wird. Zu diesem Zweck können die Hydraulikzylinder von der Steuereinrichtung gesteuert werden. So kann die Steuervorrichtung beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder die Position des Gleiters auf der Grundlage geeigneter Druckeinstellungen steuern. Der Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit kann durch entsprechende (Rückschlag-)Ventile eingestellt werden. Es können Sensoren vorgesehen werden, die mit der Steuereinrichtung in Verbindung stehen, um den aktuellen Druck im Hydrauliksystem sowie die aktuelle Position des Gleiters entlang der Gleitschiene zu ermitteln. Die Steuereinrichtung kann dann auf der Grundlage der Rückmeldungen der Sensoren geeignete Maßnahmen ergreifen, um die Hydraulikzylinder und damit den Gleiter optimal zu steuern.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der mindestens eine Hydraulikzylinder als doppeltwirkender Hydraulikzylinder ausgebildet sein.
Im Gegensatz zu einem einfachwirkenden Zylinder, der nur durch den Druck einer Pumpe ausfährt und dann durch das Gewicht einer Last oder durch eine eingebaute Feder eingezogen wird, nutzt ein doppeltwirkender Zylinder die Hydraulikkraft sowohl zum Ausfahren als auch zum Einfahren. Zu diesem Zweck benötigt ein doppeltwirkender Zylinder zwei Anschlüsse für den Anschluss von Hydraulikschläuchen, einen für die Ausfahrbewegung und einen für die Einfahrbewegung.
In einem konkreten Beispiel können zwei doppeltwirkende Hydraulikzylinder mit der Gleitschiene verbunden sein, einer für jede Seite der Schiene. Wenn also ein Zylinder einfährt, fährt der andere aus. Eine Verriegelung des Gleiters in einer mittleren Position kann auf der Grundlage eines Restdrucks in beiden Zylindern erreicht werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann der mindestens eine Hydraulikzylinder auf der Gleitschiene montiert sein.
Auf diese Weise kann die gesamte bewegliche Sattelkupplungsanlage einschließlich Gleiter, Gleitschiene und Hydraulikzylindern als eine integrierte Einheit installiert und/oder ausgetauscht werden. Auch Rückschlagventile können zusammen mit den Hydraulikzylindern als eine Einheit integriert sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das System ferner mindestens einen Gewindetrieb umfassen, welcher zum Antrieb der Gleitbewegung des Gleiters entlang der Gleitschiene ausgebildet ist.
Daher kann alternativ und/oder zusätzlich zu Hydraulikzylindern auch ein Schraubenantrieb für die Betätigung des Gleiters entlang der Gleitschiene verwendet werden, insbesondere ein selbstsichernder Schraubenantrieb. Eine hydraulische Anordnung kann jedoch Vorteile in Bezug auf Bewegungsgeschwindigkeit, Verschleiß und einfachere Entwicklung bieten. Es versteht sich jedoch, dass der Fachmann auch andere alternative oder ergänzende Mechanismen für die Betätigung des Gleiters entlang der Gleitschiene verwenden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, eine Bewegung des Gleiters in eine seitlich entgegengesetzte Richtung in Bezug auf eine aktuelle Lenkrichtung des Kraftfahrzeugs zu veranlassen.
Wenn das Fahrzeug zum Beispiel nach links lenkt, kann die Sattelkupplung nach rechts bewegt werden. Dementsprechend kann die Sattelkupplung nach links bewegt werden, wenn das Fahrzeug nach rechts abbiegt. Beim Geradeausfahren kann sich der Schieber in einer mittleren Position befinden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, die Bewegung des Gleiters entlang der Gleitschiene zu blockieren, wenn das Kraftfahrzeug stationär ist oder wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über einer Schwellengeschwindigkeit liegt.
So kann beispielsweise die Sattelkupplung verriegelt und/oder in die Mittelstellung zurückgebracht werden, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs über dem Schwellenwert liegt. Darüber hinaus können das Parken und andere stationäre Situationen (d. h. keine oder vernachlässigbare Fahrzeuggeschwindigkeit, z. B. Motor aus) nur in einer zentrierten Position erlaubt sein. In diesen Fällen kann der Schieber auch in der Mittelstellung verriegelt werden. Es kann jedoch Ausnahmen hiervon geben, z. B. wenn das Fahrzeug in einer Kurve an einer Ampel wartet. In diesem Fall wird die Sattelkupplung möglicherweise nicht zentriert, sondern lediglich in der aktuellen Position entlang der Gleitschiene verriegelt.
Das Fahrzeug kann mit einer Warnanzeige oder einer Warnleuchte o. ä. ausgestattet sein, welche dem Fahrer eine (De-)Aktivierung und/oder eine Fehlfunktion des Systems anzeigt. Darüber hinaus kann ein Notverriegelungsmechanismus vorgesehen sein, welcher es ermöglicht, die Sattelkupplung zu entriegeln, um sie manuell zu zentrieren, z. B. als „Limb Home“-Funktion. Zu diesem Zweck kann der Mechanismus z. B. die Ventile der Hydraulikzylinder der Verschiebeeinrichtung öffnen. Während der Notverriegelungsmechanismus aktiviert ist, kann ein Geschwindigkeitsbegrenzer auf einen sehr niedrigen Wert, z. B. ein oder mehrere km/h, eingestellt sein.
Die Grenzgeschwindigkeit kann insbesondere 40 km/h betragen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch andere Geschwindigkeitsschwellen je nach Anwendungsfall Vorteile haben können. Die gewählte Grenze kann z.B. von vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen und/oder Anforderungen an die Stabilität und Robustheit abhängen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die Steuereinrichtung dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit von geometrischen Konfigurationsdaten des Kraftfahrzeugs, der Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder dem aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs eine optimale Gleitposition des Gleiters entlang der Gleitschiene zu berechnen und einzustellen.
Die Steuereinrichtung kann diese und andere Daten z. B. von einem Fahrzeug-Controller Area Network (CAN) erhalten. Geometrische Konfigurationsdaten können insbesondere die Abmessungen des Fahrzeugs und des Anhängers umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Kraftfahrzeug eine Sattelzugmaschine sein. Die Gleitschiene kann eine seitliche Gleitschienenausdehnung aufweisen, welche größer ist als eine Fahrgestellrahmenbreite des Kraftfahrzeugs.
Aufgrund der obigen Bestimmung kann sich der Achszapfen des Anhängers, welcher in die Sattelkupplung des Fahrzeugs eingreift, über den gesamten Fahrgestellrahmen des Fahrzeugs und sogar darüber hinaus bewegen, um auch in sehr engen Kurven, d. h. bei großen Lenkwinkeln, eine größtmögliche Flexibilität zu gewährleisten. In einem besonderen Beispiel kann die Gleitschiene die doppelte Breite des Fahrzeugrahmens haben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die seitliche Gleitschienenausdehnung der Gleitschiene derart ausgebildet sein, dass die Sattelkupplung zumindest von einer Fahrgestellrahmenschiene zu einer seitlich gegenüberliegenden Fahrgestellrahmenschiene des Kraftfahrzeugs bewegbar ist.
Dadurch kann der Achszapfen des Anhängers, der in die Sattelkupplung des Fahrzeugs eingreift, von einer mittigen Position zwischen den Rahmenschienen des Fahrgestells in eine Position über jeder einzelnen Rahmenschiene bewegt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Kraftfahrzeug ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug sein, welches mit einem heckseitigen Wasserstoffspeicher versehen ist, der zur Versorgung einer Brennstoffzelle des Kraftfahrzeugs mit Wasserstoff ausgebildet ist.
In dieser Ausführungsform kann der Wasserstoffspeicher z. B. als hinterer Anbau an eine Zugmaschine (oder Sattelzugmaschine) vorgesehen sein, die zu diesem Zweck mit einem vergrößerten Radstand ausgestattet werden kann. Aufgrund der gleitenden Anordnung der Erfindung kann die Sattelzugmaschine auch dann eine Wendekreisprüfung bestehen, wenn sie an einen EST gekoppelt ist.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Figurenliste
Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Erfindung vermitteln und bilden einen Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und viele der genannten Vorteile der Erfindung ergeben sich im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes ausgeführt ist.

1 zeigt schematisch ein Beispiel für den Wenderadius eines Kraftfahrzeugs, welches einen Anhänger zieht.
2 zeigt schematisch den Wenderadius für den Fall, dass das Kraftfahrzeug ein Anhängerlenksystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet.
3 zeigt schematisch das Kraftfahrzeug aus 2 bei verschiedenen Lenkwinkeln.
4 zeigt schematisch das Anhängerlenksystem, welches in dem Kraftfahrzeug der 2 und 3 verwendet wird.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des Systems von 4.

Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben werden, wird dem Fachmann klar sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen deckt die Anmeldung sämtliche Anpassungen oder Variationen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ab.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch ein Beispiel für den Wenderadius eines Kraftfahrzeugs 100, welches einen Anhänger 101 zieht.
Das Kraftfahrzeug 100 und der Anhänger 101 können einen Sattelschlepper bilden, d. h. eine Sattelzugmaschine, einen Lastkraftwagen oder eine andere schwere Zugmaschine, die einen Sattelanhänger ohne Vorderachse zum Transport von Gütern zieht. Es versteht sich jedoch, dass die folgenden Ausführungen ebenso gut für jede andere Art von Kraftfahrzeug, das einen Anhänger zieht, geeignet sind.
Der Anhänger 101 wird mit einer Sattelkupplung 4 an das Kraftfahrzeug 100 angehängt. Die Sattelkupplung 4 umfasst einen Achszapfen 14 auf der Seite des Anhängers, bei dem es sich um einen vertikalen Stahlstift handeln kann, der aus dem Boden der Vorderseite des Anhängers 101 herausragt. Die Sattelkupplung 4 selbst ist eine hufeisenförmige Kupplungsvorrichtung, die am Heck des Zugfahrzeugs 100 angebracht ist. Wenn sich das angeschlossene Fahrzeug 100 dreht, dreht sich die nach unten gerichtete Fläche des Anhängers 101 (mit dem Achszapfen 14 in der Mitte) gegen die nach oben gerichtete Fläche der festen Sattelkupplung 4, die sich nicht dreht.
In 1 fährt das Fahrzeug 100 auf einem Kreis nach links. Um bestimmte Zulassungsvorschriften zu erfüllen, muss das Fahrzeug 100 innerhalb einer zylindrischen Umhüllung bleiben, ohne die Grenzen der Umhüllung zu überschreiten, d. h. es darf einen äußeren Wendekreis 7 und einen inneren Wendekreis 8 nicht überschreiten. Wenn die Länge des Fahrzeugs 100 und des Anhängers 101 zu groß ist, kann es zu Problemen kommen, wie in den Beispielen links und rechts in 1 dargestellt. Wie in den jeweiligen vergrößerten Ausschnitten oben und unten in 1 zu sehen ist, überschreitet das Fahrzeug 100 die jeweiligen Grenzen der zylindrischen Umhüllung und wäre daher nicht in der Lage, die genannten Anforderungen zu erfüllen.
Diese Probleme werden durch den neuen Kupplungsansatz überwunden, welcher im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 bis 5 beschrieben wird.
2 zeigt schematisch den Abschleppradius für den Fall, dass das Fahrzeug 100 ein Anhängerlenksystem 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung verwendet. 3 zeigt schematisch das Fahrzeug 100 aus 2 bei verschiedenen Lenkwinkeln. 4 zeigt schematisch das im Fahrzeug 100 der 2 und 3 verwendete Anhängerlenksystem 10. 5 schließlich ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens M zur Verwendung des Systems 10 der 4.
Das Anhängerlenksystem 10 umfasst eine Gleitschiene 1, welche fest an einem Fahrzeugrahmen 102 des Fahrzeugs 100 montiert ist und sich entlang einer Querrichtung T des Fahrzeugs 100 erstreckt. Das System 10 umfasst ferner einen auf der Gleitschiene 1 verschiebbar angeordneten Gleiter 2, der eine Sattelkupplung 4 zum Ankuppeln des Anhängers 101 an das Fahrzeug 100 trägt.
Bei der Gleitschiene 1 kann es sich um ein Metallteil handeln, dessen seitliche Gleitschienenausdehnung 6 größer ist als eine Fahrgestellrahmenbreite 104 des Fahrzeugs 100. Insbesondere kann die seitliche Gleitschienenausdehnung 6 der Gleitschiene 1 derart ausgebildet sein, dass die Sattelkupplung 4 zumindest von einer Fahrgestellrahmenschiene 103 zu einer seitlich gegenüberliegenden Fahrgestellrahmenschiene 103 des Fahrzeugs 100 bewegbar ist (vgl. insbesondere 3).
In ähnlicher Weise kann auch der Gleiter 2 ein Metallteil sein und formschlüssig mit der Gleitschiene 1 verbunden sein, sodass eine Relativbewegung des Gleiters 2 und der Gleitschiene 1 in einer Längsrichtung L des Fahrzeugs 100 und in einer vertikalen Richtung des Fahrzeugs 100 blockiert ist.
Die Gleitschiene 1 kann z. B. mit zwei Schienen versehen sein, z. B. einer vorderen und einer hinteren entlang der Längsrichtung L (in den Figuren nicht dargestellt), in die der Läufer 2 an den jeweiligen vorderen und hinteren Abschnitten eingreift. Folglich ist der Läufer 2 nur in der Querrichtung T beweglich.
Das System 10 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 3, welche dazu ausgebildet ist, die Bewegung des Gleiters 2 entlang der Gleitschiene 1 in Abhängigkeit von einem aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs 100 zu steuern. Die Steuereinrichtung 3 kann Teil einer elektronischen Steuereinheit (ECU) sein oder mit einer solchen kommunikativ gekoppelt sein. Durch entsprechende Steuerbefehle der Steuereinrichtung 3 kann somit die Sattelkupplung 4 von einer Längsseite des Fahrzeugs 100 zur anderen bewegt werden, wie in 3 beispielhaft dargestellt. Wie dort zu erkennen ist, ist die Steuereinrichtung 3 dazu eingerichtet, eine Bewegung des Gleiter 2 in eine seitlich entgegengesetzte Richtung bezüglich einer aktuellen Lenkrichtung des Fahrzeugs 100 zu veranlassen. Genauer gesagt wird der Gleiter 2 nach rechts (rechte Seite in 3) bewegt, wenn das Fahrzeug 100 eine Linkskurve macht, und nach links bewegt, wenn das Fahrzeug 100 nach rechts abbiegt (linke Seite in 3). Fährt das Fahrzeug 100 geradeaus, bleibt der Gleiter 2 in einer mittleren Position (Mitte in 3).
Das entsprechende Verfahren nach 5 kann unter M1 Ermitteln des aktuellen Lenkwinkels des Fahrzeugs 100 mit der Steuereinrichtung 3 und unter M2 Steuern der Bewegung des Gleiters 2 entlang der Gleitschiene 1 mit der Steuereinrichtung 3 in Abhängigkeit von dem aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs umfassen.
Dies führt zu einer verbesserten Situation im Vergleich zum Fall von 1, z.B. wenn ein Lastwagen mit einer nicht standardisierten Länge in Kombination mit einem europäischen Standardanhänger verwendet wird. Bei dem Fahrzeug 100 kann es sich beispielsweise um eine Sattelzugmaschine mit Brennstoffzellenantrieb handeln, die mit einem heckseitigen Wasserstoffspeicher zur Versorgung einer Brennstoffzelle des Fahrzeugs 100 mit Wasserstoff ausgestattet ist. Der Wasserstoffspeicher kann als hintere Verlängerung des Fahrzeugs 100 ausgebildet sein, wodurch sich die Gesamtlänge und der Radstand des Fahrzeugs 100 (horizontaler Abstand zwischen den Mittelpunkten der Vorder- und Hinterräder) vergrößern.
Wie in 2 gezeigt, kann die Sattelkupplung 4 während der Linkskurve des Fahrzeugs 100 von einer mittleren Position 9a in eine seitlich versetzte Position 9b (in diesem Beispiel seitlich nach rechts versetzt) bewegt werden. Dadurch werden die relative Position und die Ausrichtung des Fahrzeugs 100 und des Anhängers 101 so verändert, dass weder der äußere noch der innere Wenderadius 7 bzw. 8 während des Abbiegemanövers überschritten werden, selbst wenn das Fahrzeug 100 und der Anhänger 101 die gleichen Abmessungen wie in 1 haben.
Um die Bewegung des Gleiters 2 entlang der Gleitschiene 1 zu erleichtern, sind an der Gleitschiene 1 zwei doppeltwirkende Hydraulikzylinder 5 angebracht, wie in 4 dargestellt. Eine Hydraulikdruckversorgung 12 und ein Hydraulikventil 13 sind über entsprechende Hydraulikleitungen 15 mit den Hydraulikzylindern 5 verbunden. Da es sich bei den Hydraulikzylindern 5 um doppeltwirkende Zylinder 5 handelt, sind die beiden seitlichen Enden der Zylinder 5 über getrennte Leitungen 15 verbunden. Das Hydraulikventil 13 und die Zylinder 5 werden von der Steuereinrichtung 3 gesteuert. Es versteht sich für den Fachmann, dass das System 10 zusätzlich eine geeignete Kombination von Rückschlagventilen, Pumpen, Filtern und/oder Sensoren umfassen kann, um die Hydraulikzylinder 5 in Abhängigkeit vom aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs 100 steuern zu können.
Die Steuereinrichtung 3 kann eine seitliche Position des Gleiters 2 entlang der Gleitschiene 1 in Abhängigkeit von dem aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs 100 kontinuierlich überwachen und steuern (vgl. Pfeile in 4). Die Steuereinrichtung 3 kann mit entsprechenden Sensoren gekoppelt sein, um die tatsächliche seitliche Position des Gleiters 2 zu jedem Zeitpunkt auszuwerten und zu beurteilen.
Die Steuereinrichtung 3 kann eine optimale Gleitposition des Gleiters 2 entlang der Gleitschiene 1 in Abhängigkeit von geometrischen Konfigurationsdaten des Fahrzeugs 100 (z. B. Radstand, vorderer/ hinterer Überhang, Sattelvormaß, Anhängerlänge usw.), der Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 und/oder dem aktuellen Lenkwinkel des Fahrzeugs berechnen und einstellen. Die Steuereinrichtung 3 kann diese und andere Informationen aus dem CAN-Netz des Fahrzeugs 100 empfangen.
Aus Sicherheitsgründen kann die Steuereinrichtung 3 dazu ausgebildet sein, die Bewegung des Gleiters 2 entlang der Gleitschiene 1 zu blockieren, wenn das Fahrzeug 100 stationär ist (z. B. beim Parken) oder wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit des Fahrzeugs 100 über einer Schwellengeschwindigkeit liegt, z. B. über 30, 40 oder 50 km/h. Das Fahrzeug 100 kann einen Sicherheitsschalter oder ähnliches in der Fahrzeugkabine aufweisen, um den Gleiter 2 in der Mittelstellung zu arretieren, z.B. um das System 10 manuell auszuschalten.
Infolgedessen verringert sich nicht nur der Wendekreis bei gleicher Fahrzeuglänge (bzw. vergrößert sich der Wendekreis bei größerer Fahrzeuglänge nicht). Darüber hinaus wird die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs generell verbessert. Ferner kann durch eine geeignete Wahl des Radstandes und der weiteren geometrischen Konfiguration des Fahrzeugs eine günstigere Lastverteilung und damit eine Erhöhung der Nutzlast erreicht werden.
In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, nicht jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung unmittelbar klar sein. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis darstellen zu können, sodass Fachleuten ermöglicht wird, die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal zu modifizieren und zu nutzen.
Bezugszeichenliste

1: Gleitschiene
2: Gleiter
3: Steuereinrichtung
4: Sattelkupplung
5: Hydraulikzylinder
6: seitliche Gleitschienenausdehnung
7: äußere Wenderadiusgrenze
8: innere Wenderadiusgrenze
9a: Mittelstellung
9b: seitlich versetzte Position
10: Anhängerlenksystem
11: Rad
12: Hydraulikdruckversorgung
13: Hydraulikventil
14: Achszapfen
15: Hydraulikölleitung
16: elektrische Leitung
100: Kraftfahrzeug
101: Anhänger
102: Fahrzeugrahmen
103: Fahrgestellrahmenschiene
104: Fahrgestellrahmenbreite
T: Querrichtung
L: Längsrichtung
M: Verfahren
M1, M2: Verfahrensschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8333399 B2 [0004]

Claims

Anhängerlenksystem (10) für ein Kraftfahrzeug (100), umfassend: eine Gleitschiene (1), welche an einem Fahrzeugrahmen (102) des Kraftfahrzeugs (100) angebracht ist und sich entlang einer Querrichtung (T) des Kraftfahrzeugs (100) erstreckt; einen auf der Gleitschiene (1) verschiebbar angeordneten Gleiter (2), welche eine Sattelkupplung (4) zum Ankuppeln eines Anhängers (101) an das Kraftfahrzeug (100) trägt; und eine Steuereinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, die Bewegung des Gleiters (2) entlang der Gleitschiene (1) in Abhängigkeit von einem aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (100) zu steuern.
Anhängerlenksystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Gleitschiene (1) fest am Fahrzeugrahmen (102) montiert ist.
Anhängerlenksystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gleiter (2) an der Gleitschiene (1) derart formschlüssig angebracht ist, dass eine Relativbewegung des Gleiters (2) und der Gleitschiene (1) in einer Längsrichtung (L) des Kraftfahrzeugs (100) und/oder einer Vertikalrichtung des Kraftfahrzeugs (100) blockiert ist.
Anhängerlenksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend mindestens einen Hydraulikzylinder (5), welcher dazu ausgebildet ist, eine Gleitbewegung des Gleiters (2) entlang der Gleitschiene (1) zu bewirken.
Anhängerlenksystem (10) nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Hydraulikzylinder (5) als doppeltwirkender Hydraulikzylinder ausgebildet ist.
Anhängerlenksystem (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der mindestens eine Hydraulikzylinder (5) auf der Gleitschiene (1) montiert ist.
Anhängerlenksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend mindestens einen Gewindetrieb, welcher zum Antrieb der Gleitbewegung des Gleiters (2) entlang der Gleitschiene (1) ausgebildet ist.
Anhängerlenksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, eine Bewegung des Gleiters (2) in eine seitlich entgegengesetzte Richtung in Bezug auf eine aktuelle Lenkrichtung des Kraftfahrzeugs (100) zu veranlassen.
Anhängerlenksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, die Bewegung des Gleiters (2) entlang der Gleitschiene (1) zu blockieren, wenn das Kraftfahrzeug (100) stationär ist oder wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (100) über einer Schwellengeschwindigkeit liegt.
Anhängerlenksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Steuereinrichtung (3) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit von geometrischen Konfigurationsdaten des Kraftfahrzeugs (100), der Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (100) und/oder dem aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (100) eine optimale Gleitposition des Gleiters (2) entlang der Gleitschiene (1) zu berechnen und einzustellen.
Kraftfahrzeug (100) mit einem Anhängerlenksystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Kraftfahrzeug (100) nach 11, wobei das Kraftfahrzeug (100) eine Sattelzugmaschine ist, wobei die Gleitschiene (1) eine seitliche Gleitschienenausdehnung (6) aufweist, welche größer ist als eine Fahrgestellrahmenbreite (104) des Kraftfahrzeugs (100).
Kraftfahrzeug (100) nach Anspruch 12, wobei die seitliche Gleitschienenausdehnung (6) der Gleitschiene (1) derart ausgebildet ist, dass die Sattelkupplung (4) zumindest von einer Fahrgestellrahmenschiene (103) zu einer seitlich gegenüberliegenden Fahrgestellrahmenschiene (103) des Kraftfahrzeugs (100) bewegbar ist.
Kraftfahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Kraftfahrzeug (100) ein Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug ist, welches mit einem heckseitigen Wasserstoffspeicher versehen ist, der zur Versorgung einer Brennstoffzelle des Kraftfahrzeugs (100) mit Wasserstoff ausgebildet ist.
Verfahren (M) zum Lenken eines Anhängers (101), welcher an eine Sattelkupplung (4) eines Kraftfahrzeugs (100) angekuppelt ist, wobei die Sattelkupplung (4) oben auf einem Gleiter (2) angeordnet ist, der verschiebbar auf einer Gleitschiene (1) angeordnet ist, wobei die Gleitschiene (1) an einem Fahrzeugrahmen (102) des Kraftfahrzeugs (100) angebracht ist und sich entlang einer Querrichtung (T) des Kraftfahrzeugs (100) erstreckt, wobei das Verfahren (M) umfasst: Ermitteln (M1) eines aktuellen Lenkwinkels des Kraftfahrzeugs (100) mit einer Steuereinrichtung (3); und Steuern (M2) der Bewegung des Gleiters (2) entlang der Gleitschiene (1) mit der Steuereinrichtung (3) in Abhängigkeit von dem aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (100).
Verfahren (M) nach Anspruch 15, wobei die Steuereinrichtung (3) eine Bewegung des Gleiters (2) in eine seitlich entgegengesetzte Richtung in Bezug auf eine aktuelle Lenkrichtung des Kraftfahrzeugs (100) veranlasst.
Verfahren (M) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Steuereinrichtung (3) die Bewegung des Gleiters (2) entlang der Gleitschiene (1) blockiert, wenn das Kraftfahrzeug (100) stationär ist oder wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (100) über einer Schwellengeschwindigkeit liegt.
Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Steuereinrichtung (3) in Abhängigkeit von geometrischen Konfigurationsdaten des Kraftfahrzeugs (100), der Fahrzeuggeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs (100) und/oder dem aktuellen Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs (100) eine optimale Gleitposition des Gleiters (2) entlang der Gleitschiene (1) berechnet und einstellt.