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Gebiet der Technik
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Die Erfindung betrifft den Kraftverkehr, und zwar Systeme zur Steuerung von Anhängertransportmitteln.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung eines Anhängers - welche zum Beispiel im Patent der Russischen Föderation Nr. 2167779 und im Patent der Russischen Föderation Nr. 2011558 beschrieben sind -, bei denen zur Verbesserung der Steuerdynamik beim Passieren schwieriger Streckenabschnitte und zur Lösung von Anfahrproblemen ein Antrieb vom Motor der Zugmaschine auf Antriebsräder des Anhängers mittels Kardanwellen genutzt wird.
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Die in den genannten Patenten beschriebenen Vorrichtungen zur Steuerung eines Anhängers sind gekennzeichnet durch:
- - eine beträchtliche Masse der mechanischen Bauteile der Antriebskonstruktion, die die Tragfähigkeit des Anhängers insgesamt verringert,
- - eine Verringerung der Bodenfreiheit aufgrund des Anbringens der Kardanwelle sowie eine Verringerung der allgemeinen Zuverlässigkeit bei einer Störung von deren Funktion,
- - eine Begrenzung der Drehwinkel der Zugmaschine mit dem Anhänger sowohl bei Verwendung einer mit Kreuzstücken ausgestatteten Kardanwelle als auch bei Verwendung einer mit einem Gleichlaufgelenk ausgestatteten Kardanwelle.
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Bekannt ist eine Steuervorrichtung - welche im Patent der Russischen Föderation Nr. 2539702 beschrieben ist -, bei der ein Anhänger mit einem eigenständigen Antriebsmotor ausgestattet wird, welcher mit einer Kraftübertragung ausgerüstet und zusammen mit dem Motor der Zugmaschine durch ein automatisches Schaltgetriebe ergänzt wird, wobei Pulte zu deren Steuerung in den Bestand eines Bordkomplexes einer automatisierten Systemsteuerung eingebunden werden. Eine solche Lösung ermöglicht es, eine kinematische Steuerschaltung durch Ausschließen des Vorhandenseins einer Kardanwelle zwischen der Zugmaschine und dem Anhänger zu vereinfachen. Aufgrund des Vorhandenseins des zusätzlichen Antriebsmotors des Anhängers kommt es jedoch zu höheren Kosten und zu einer Verringerung der Tragfähigkeit des Anhängers aufgrund einer beträchtlichen Vergrößerung von dessen Masse.
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Bekannt sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Anhängers unter Nutzung einer Rückgewinnung von Bremsenergie, welche im Patent der Russischen Föderation Nr. 2291081 beschrieben sind. Gemäß dem bekannten Verfahren wird zum Bremsen eines Zugs mit einer Zugmaschine die kinetische Energie des sich bei Drücken des Bremspedals verlangsamenden Verkehrsmittels genutzt. Die Energie wird mit einem Generator in elektrischen Strom zum Bremsen des Anhängers mittels elektromagnetischer Radbremsantriebe umgewandelt. Die Vorrichtung zur Steuerung umfasst eine Kraftübertragung einer Zugmaschine, einen fremderregten Gleichstromgenerator, eine Gleichstromquelle, einen regelbaren Widerstand, elektromagnetische Antriebe und Radbremsmechanismen mit einem Anhänger.
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Ein Nachteil dieser Lösung besteht im Vorhandensein einer zweifachen Umwandlung der Energie im Rückgewinnungsprozess - von mechanischer in elektrische und anschließend von elektrischer in mechanische -, was zu beträchtlichen Verlusten der gespeicherten Energie führt. Zudem wird die gespeicherte Energie nur zur Erhöhung der Wirksamkeit des Bremsens und nicht zur Erhöhung der Geländegängigkeit der Zugmaschine mit dem Anhänger genutzt. Bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung werden beim Steuern keine Informationen über Bewegungsparameter des Anhängers und den Zustand des Antriebs des Anhängers zur Gewährleistung von dessen Bewegungsstabilität analysiert und berücksichtigt.
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Ebenfalls bekannt sind ein Verfahren zur Betätigung einer Bremse an einem von einer Zugmaschine geschleppten Anhänger und ein System zu seiner Durchführung, welche in der Patentanmeldung
US 20080177454 beschrieben sind. Gemäß dem bekannten Verfahren werden eine Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit der Zugmaschine in Bezug auf die Gierachse der Zugmaschine, eine Bestimmung der Seitenbeschleunigung der Zugmaschine in Bezug auf die Nickachse der Zugmaschine, eine Bestimmung des Drehwinkels der Zugmaschine, eine Eingabe der Giergeschwindigkeit, der Seitenbeschleunigung der Zugmaschine und des Drehwinkels der Zugmaschine in einen Speicher eines Prozessors, eine Berechnung einer erforderlichen Bremskraft für eine Bremse an dem Anhänger als Antwort auf die eingegebene Giergeschwindigkeit, die eingegebene Seitenbeschleunigung und den eingegebenen Lenkraddrehwinkel sowie eine Versendung eines Ausgangssignals an die Bremsen an dem Anhänger durchgeführt, welches eine Bremskraft auslöst, die der gewünschten Bremskraft entspricht.
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Das bekannte Steuersystem zur Betätigung einer Bremse an einem von einer Zugmaschine geschleppten Anhänger umfasst einen elektronischen Stabilitätsregler einschließlich eines Gierwinkelgeschwindigkeitssensors, eines seitlichen Beschleunigungssensors und eines Lenkwinkelsensors zur Erfassung von Daten über eine Lageänderung der Zugmaschine in Bezug auf die Gierachse und die Nickachse der Zugmaschine; einen Anhängerbremsregler, umfassend einen Prozessor mit einem Speicher, mit welchem der Anhängerbremsregler und der elektronische Stabilitätsregler verbunden sind, an dessen Ausgang ein auf die Giergeschwindigkeit, die Seitenbeschleunigung und den Lenkraddrehwinkel reagierendes Signal erzeugt wird, das der gewünschten Bremskraft zum Koordinieren der Betätigung der Bremse an dem Anhänger in Bezug auf die Zugmaschine entspricht.
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Eine solche Lösung ermöglicht es, die Bewegung einer Zugmaschine mit einem Anhänger hinsichtlich einer Kompensation unerwünschter Abweichungen von der Längs- und der Querbewegungsachse des Anhängers zu stabilisieren.
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Ein Nachteil dieses Verfahrens und dieser Vorrichtung besteht in der geringen Steuerdynamik beim Passieren schwieriger Streckenabschnitte und Anfahren, die durch die begrenzte Endleistung des Motors der Zugmaschine wie auch durch die kleine Haftfläche der Antriebsräder mit dem Straßenbelag bedingt ist, was zu einem Rutschen der Räder der Zugmaschine, einem Verschleiß der Reifen, einem Kraftstoffmehrverbrauch und in einzelnen Fällen zu einem Brechen von Teilen der Kraftübertragung oder der Anhängevorrichtungen führt.
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Außerdem sind die Glieder zur Steuerung und Kontrolle der Anhängerbewegung bei der bekannten Vorrichtung nur an der Zugmaschine angeordnet, infolge wessen das Steuersignal an die Bremsmechanismen aller Anhängerräder ohne Berücksichtigung von deren jeweiliger Drehgeschwindigkeit erzeugt wird, was zu deren Blockieren und einem Verlust der Bewegungsstabilität des Anhängers führen kann. Und erst danach wird anhand von Signalen der an der Zugmaschine angebrachten Sensoren ein korrigierendes Steuersignal an die Bremsmechanismen der Anhängerräder erzeugt. Das bedeutet, das Steuersystem der bekannten Vorrichtung weist zudem noch infolge dessen, dass es ein Korrektursignal prinzipiell erst erzeugt, nachdem die Bewegungsstabilität des Anhängers gestört wurde, eine erhöhte Trägheit (geringe Steuerdynamik) auf.
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Der angemeldeten Erfindung am nächsten kommt eine Vorrichtung zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine, welche in der Patentanmeldung
US20080067862 beschrieben ist. Die bekannte Vorrichtung umfasst eine Bremsensteuereinheit, deren entsprechende Eingänge an einem Sensor des Bremspedals der Zugmaschine und an Sensoren der Drehgeschwindigkeit der Räder des n-achsigen Anhängers angeschlossen sind, einen Bremsantrieb des n-achsigen Anhängers, dessen Eingang mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Bremsanlage der Zugmaschine verbunden ist, wobei der Ausgang an Bremsmechanismen angeschlossen ist, welche an jeder Achse des n-achsigen Anhängers angebracht sind. Die Bremsensteuereinheit, welche an dem Anhänger angebracht ist, erzeugt ein Steuersignal für die Bremsmechanismen der Räder des Anhängers unter Berücksichtigung von elektrischen Signalen von an dem Anhänger angebrachten Sensoren und ebenso von elektrischen Steuersignalen von der Vorrichtung zur Steuerung der Bremsen, welche an der Zugmaschine angebracht ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine besteht darin, dass die Drehgeschwindigkeit der Räder des n-achsigen Anhängers bestimmt wird, welche an eine Steuereinheit übertragen wird, an die auch Signale von der Bremsanlage der Zugmaschine übertragen werden. Anhand der übertragenen Signale wird eine Bremskraft für jedes der Räder des n-achsigen Anhängers berechnet, die an einen Bremsantrieb des n-achsigen Anhängers übertragen wird, in welchem eine Steuergröße erzeugt und an die entsprechenden Bremsen des n-achsigen Anhängers gesendet wird.
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Dabei kann ein zur Stabilisierung der Anhängerbewegung erforderliches Steuersignal, insbesondere ein Signal zur Verhinderung eines Blockierens der Anhängerräder, selbst in Abwesenheit von Steuersignalen seitens des Bedieners erzeugt werden. Eine solche Lösung ermöglicht es, die Steuerdynamik im Bewegungsprozess einer Zugmaschine mit einem Anhänger auf nicht stark unebenen Streckenabschnitten und unter normalen Wetterbedingungen in bedeutendem Maße zu erhöhen.
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Das bekannte Verfahren und die bekannte Vorrichtung gewährleisten jedoch nicht die erforderliche Steuerdynamik auf schwierigen Streckenabschnitten sowie beim Anfahren mit einem beladenen Anhänger. Dies lässt sich durch den Umstand erklären, dass die Zugkraft bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung nur auf die Antriebsräder der Zugmaschine angewendet wird, welche eine begrenzte Berührungsfläche mit der Fahrbahn der Straße aufweisen, was zu ihrem Rutschen sowohl beim Anfahren als auch beim Bewegen auf einer Steigung auf einer glatten Straße führt. Außerdem wird beim Anfahren und beim Bewegen auf einer Steigung mit einem stark beladenen Anhänger der Motor in heruntergeschalteten Gängen bei Leistungsgrenzwerten betrieben. Dabei beteiligen sich die Räder des Anhängers nicht an der Erzeugung der Zugkraft.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine zu entwickeln und eine Vorrichtung, in der dieses Verfahren verwirklicht wird, zu schaffen, bei dem bzw. der sich dank der Nutzung einer zusätzlichen Zugkraft, die auf die Räder des n-achsigen Anhängers angewendet wird, die Steuerdynamik beim Passieren schwieriger Streckenabschnitte und beim Anfahren verbessert.
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Die gestellte technische Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einem Verfahren zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine, darin bestehend, dass die Drehgeschwindigkeit der Räder des n-achsigen Anhängers bestimmt wird, welche an eine Steuereinheit übertragen wird, an die auch Signale von der Bremsanlage der Zugmaschine übertragen werden, und dass eine Bremskraft für jedes der Räder des n-achsigen Anhängers berechnet wird, die an einen Bremsantrieb des n-achsigen Anhängers übertragen wird, in welchem eine Steuergröße erzeugt und an entsprechende Bremsen des n-achsigen Anhängers gesendet wird, erfindungsgemäß beim Bremsen ein Speichern von mechanischer Energie an m Achsen des n-achsigen Anhängers durchgeführt wird, wobei m≤n ist, beim Bewegen eine geregelte Übertragung der gespeicherten mechanischen Energie an m Achsen des n-achsigen Anhängers vorgenommen wird und eine Steuerung der Bremsen des n-achsigen Anhängers unter Berücksichtigung des Istwerts des Niveaus der gespeicherten mechanischen Energie vorgenommen wird.
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Die gestellte technische Aufgabe wird zudem dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine, umfassend eine Steuereinheit, deren entsprechende Eingänge an einem Sensor des Bremspedals der Zugmaschine und an Sensoren der Drehgeschwindigkeit der Räder des n-achsigen Anhängers angeschlossen sind, sowie einen Bremsantrieb des n-achsigen Anhängers, dessen Eingang mit einer Vorrichtung zur Steuerung der Bremsanlage der Zugmaschine verbunden ist, wobei die Ausgänge an Bremsmechanismen angeschlossen sind, die an jeder Achse des n-achsigen Anhängers angebracht sind, erfindungsgemäß zusätzlich m Rekuperatoren für mechanische Energie, die an m Achsen des n-achsigen Anhängers befestigt sind, wobei m≤n ist, eine Ladeanzeige der Rekuperatoren für mechanische Energie, einen Entladeregler der Rekuperatoren für mechanische Energie, einen Sensor der Drehgeschwindigkeit der Räder der Zugmaschine und ein Steuergerät umfasst, an dessen einen Eingängen der Sensor der Drehgeschwindigkeit der Räder der Zugmaschine, der Entladeregler der Rekuperatoren für mechanische Energie und der Sensor des Bremspedals der Zugmaschine angeschlossen sind und an dessen anderen Eingängen, welche Informationseingänge darstellen, die Sensoren der Drehgeschwindigkeit der Räder des n-achsigen Anhängers und die Ausgänge der Rekuperatoren für mechanische Energie angeschlossen sind, wobei Steuerausgänge des Steuergeräts an den Eingängen der entsprechenden Rekuperatoren für mechanische Energie, an zusätzlichen Eingängen der Steuereinheit und an der Ladeanzeige der Rekuperatoren für mechanische Energie angeschlossen sind.
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Zweckmäßig ist, wenn jeder Rekuperator für mechanische Energie einen Federrekuperator darstellt und eine an einer entsprechenden Achse des Anhängers angebrachte Welle mit einem starr an dieser befestigten Eingangsflansch, eine an der Welle angebrachte Trommel mit einem starr an dieser befestigten Ausgangsflansch, eine Feder, deren eines Ende starr an der Welle und deren anderes Ende starr an der Trommel befestigt ist, eine elektromagnetische Kupplung mit einem Klinkenmechanismus, deren eine Kupplungshälfte starr mit dem Eingangsflansch verbunden ist und deren zweite Kupplungshälfte mit der Möglichkeit einer axialen Verschiebung an der Achse des Anhängers befestigt ist, einen geregelten Antrieb mit einer gesteuerten Trommellagesicherung, dessen kinematischer Eingang starr mit dem Ausgangsflansch verbunden ist, eine Überholkupplung, deren eine Kupplungshälfte starr mit dem kinematischen Ausgang des geregelten Antriebs mit der gesteuerten Trommellagesicherung verbunden ist und deren andere Kupplungshälfte an der Achse des Anhängers befestigt ist, sowie Drehzahlsensoren des Eingangs- und des Ausgangsflansches, welche an den Informationseingängen des Steuergeräts angeschlossen sind, umfasst.
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Vorteilhaft ist, wenn an den Steuerausgängen des Steuergeräts ein Eingang der elektromagnetischen Kupplung mit dem Klinkenmechanismus sowie ein erster und ein zweiter Eingang des geregelten Antriebs mit der geregelten Trommellagesicherung angeschlossen sind.
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Die vorteilhafte Wirkung des angemeldeten Verfahrens zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine und der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, dass sich die Steuerdynamik des n-achsigen Anhängers durch ein Speichern von mechanischer Energie beim Bremsvorgang sowie durch ein Abgeben der mechanischen Energie beim Anfahren und beim Bewegen auf schwierigen Streckenabschnitten erhöht. Eine solche Rückgewinnung von mechanischer Energie erzeugt ein zusätzliches Drehmoment an den Rädern des n-achsigen Anhängers und erhöht das Drehmoment der Zugmaschine mit dem Anhänger insgesamt. Dabei erfolgt die Erzeugung des zusätzlichen Drehmoments an den Rädern des n-achsigen Anhängers zur Erhöhung der Steuerdynamik ohne zusätzliche Energieverluste des Motors der Zugmaschine oder von an dem Anhänger angebrachten zusätzlichen Motoren, wie dies weiter oben beschrieben wurde.
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Die Verwendung der besonderen Ausführungsform der Rekuperatoren für mechanische Energie in Form von Federrekuperatoren unterscheidet sich durch die Einfachheit der Ausführung und die Zuverlässigkeit der Funktion im Unterschied zu beispielsweise Schwungradspeichern für mechanische Energie (Patentanmeldung
US 20100151980 ), welche ebenfalls ermöglichen, beim Bremsen die kinetische Bewegungsenergie von Verkehrsmitteln zu speichern, jedoch aufgrund der Kompliziertheit der Konstruktion des Schwungrads und des Übertragungsmechanismus, der die Gleichmäßigkeit des Anfahrens des Verkehrsmittels bei dessen Ankupplung an das Schwungrad gewährleisten soll, eine geringe Zuverlässigkeit aufweisen. Federrekuperatoren weisen im Unterschied zu Schwungradspeichern für mechanische Energie einen höheren Wirkungsgrad auf, da nur ein geringfügiger Teil der Energie zum Erwärmen der Teile und der Umgebung verbraucht wird.
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Das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine ermöglichen es, eine Verbesserung der Steuerdynamik durch die Nutzung von Energie eines rekuperativen Bremsens beim Überwinden schwieriger Streckenabschnitte und Anfahren zu gewährleisten. Dabei sinkt der Kraftstoffverbrauch, erhöht sich die Lebensdauer des Zugmaschinenmotors, verbessert sich die Umweltfreundlichkeit aufgrund einer Verringerung der Abgasmenge und erhöht sich die Nutzungsdauer der Bremsklötze der Räder der Zugmaschine und des n-achsigen Anhängers, da die Bremsenergie in bedeutendem Maße von Federrekuperatoren mit einer anschließenden nützlichen Verwendung aufgenommen wird.
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Die Erfindung wird durch Zeichnungen erläutert, die nicht den gesamten Umfang der Ansprüche dieser technischen Lösung umfassen und diesen umso mehr nicht beschränken und welche lediglich Veranschaulichungsmaterial zu einem Sonderfall einer Ausführung darstellen. Bei den zwischen den Funktionseinheiten angegebenen Verbindungen handelt es sich im Allgemeinen um Mehrkanalverbindungen zur Gewährleistung des in den Ansprüchen und der Beschreibung der Erfindung widergespiegelten Funktionsalgorithmus. Die Speisung der Funktionseinheiten kann von einem Bordnetz (Akkumulator der Zugmaschine) aus erfolgen, das in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.
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Figurenliste
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- In 1 ist ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine angeführt.
- In 2 ist ein Funktionsschema von einer der möglichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Federrekuperators angeführt.
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Beste Ausführungsform der Erfindung
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Ein Verfahren zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine besteht darin, dass die Drehgeschwindigkeit der Räder des n-achsigen Anhängers bestimmt wird, welche an eine Steuereinheit übertragen wird, an die auch Signale von der Bremsanlage der Zugmaschine übertragen werden; beim Bremsvorgang wird ein Speichern von mechanischer Energie an m Achsen des n-achsigen Anhängers durchgeführt, wobei m≤n ist, und beim Bewegen wird eine geregelte Übertragung der gespeicherten mechanischen Energie an m Achsen des n-achsigen Anhängers vorgenommen. Es wird eine Bremskraft für jedes der Räder des n-achsigen Anhängers berechnet und an einen Bremsantrieb des n-achsigen Anhängers übertragen, in welchem eine Steuergröße unter Berücksichtigung des Istwerts des Niveaus der gespeicherten mechanischen Energie erzeugt wird. Dank dessen, dass die erzeugte Steuergröße Informationen zum Istwert des Niveaus der gespeicherten mechanischen Energie trägt, wird ein zusätzliches Drehmoment an den Rädern des n-achsigen Anhängers beim Überwinden schwieriger Streckenabschnitte und Anfahren erzeugt.
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Eine Vorrichtung zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine, in der das zum Patent angemeldete Verfahren verwirklicht wird, ist in 1 schematisch dargestellt, wobei symbolisch ein n-achsiger Anhänger 1 einer Zugmaschine (nachfolgend n-achsiger Anhänger 1) und eine Zugmaschine 2 gezeigt werden. An Achsen 3l-3n des n-achsigen Anhängers sind Räder 4l-4n mit Bremsmechanismen 5l-5n der Räder des n-achsigen Anhängers (nachfolgend Bremsmechanismen 5l-5n) befestigt. Der n-achsige Anhänger 1 umfasst einen Bremsantrieb 6, welcher mit den Bremsmechanismen 5l-5n verbunden ist, Sensoren 7l-7n der Drehgeschwindigkeit der Räder des n-achsigen Anhängers (nachfolgend Sensoren 7l-7n der Drehgeschwindigkeit der Räder des Anhängers), eine Steuereinheit 8, m Rekuperatoren 9l-9m für mechanische Energie, welche an m Achsen 3l-3m des n-achsigen Anhängers befestigt sind, wobei m≤n ist, und ein Steuergerät 10.
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Die Wahl der Anzahl der Achsen m, an denen die Rekuperatoren 9l-9m für mechanische Energie angebracht sind, wird ausgehend von der Gesamttragfähigkeit des Anhängers 1 und den für seinen Betrieb vorgeschlagenen Bedingungen sowie der Leistung der Zugmaschine 2, mit der er eingesetzt werden soll, ermittelt. Ein Anbringen der Rekuperatoren 9l-9m für mechanische Energie ohne Berücksichtigung der genannten technischen Daten ist im Allgemeinen nicht zweckmäßig, da dies zu einer ungewollten Verringerung der Zuverlässigkeit des Anhängers 1 führen kann.
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Die Zugmaschine 2 umfasst einen Sensor 11 des Bremspedals der Zugmaschine, Räder 12 mit Bremsmechanismen 13, welche mit einer Vorrichtung 14 zur Steuerung der Bremsanlage der Zugmaschine verbunden sind, eine Ladeanzeige 15 der Rekuperatoren für mechanische Energie, einen Entladeregler 16 der Rekuperatoren für mechanische Energie und einen Sensor 17 der Drehgeschwindigkeit der Räder der Zugmaschine. Der Sensor 11 des Bremspedals bildet zusammen mit den Bremsmechanismen 13 und der Vorrichtung 14 zur Steuerung der Bremsanlage die Bremsanlage der Zugmaschine.
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Unter dem Begriff „Laden“ der Rekuperatoren 9l-9m für mechanische Energie wird das Speichern von mechanischer Energie verstanden, und unter dem Begriff „Entladen“ der Rekuperatoren 9l-9m für mechanische Energie wird das Verbrauchen von mechanischer Energie verstanden.
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An den einen Eingängen des Steuergeräts 10 sind der Sensor 17 der Drehgeschwindigkeit der Räder der Zugmaschine, der Entladeregler 16 der Rekuperatoren für mechanische Energie und der Sensor 11 des Bremspedals der Zugmaschine angeschlossen. An den anderen Eingängen des Steuergeräts 10, welche Informationseingänge darstellen, sind die Sensoren 7l-7n der Drehgeschwindigkeit der Räder des Anhängers und die Ausgänge der Rekuperatoren 9l-9m für mechanische Energie angeschlossen. Die Ausgänge des Steuergeräts 10 sind an Steuereingängen der entsprechenden Rekuperatoren 9l-9m für mechanische Energie, an der Ladeanzeige 15 der Rekuperatoren für mechanische Energie und an Steuereingängen der Steuereinheit 8 angeschlossen.
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An anderen Eingängen der Steuereinheit 8 sind der Sensor 11 des Bremspedals der Zugmaschine, die Sensoren 7l-7n der Drehgeschwindigkeit der Räder des Anhängers und die Ladeanzeige 15 der Rekuperatoren für mechanische Energie angeschlossen. Die Ausgänge der Steuereinheit 8 sind an dem Bremsantrieb 6 angeschlossen, dessen Eingang mit der Vorrichtung 14 zur Steuerung der Bremsanlage der Zugmaschine verbunden ist. Die Ausgänge des Bremsantriebs 6 sind an den Bremsmechanismen 5l-5n der entsprechenden Räder 4l-4n des Anhängers angeschlossen.
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Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung stellt jeder der Rekuperatoren 9l-9m für mechanische Energie einen Federrekuperator dar, nachfolgend im Text zur übersichtlicheren Darstellung Federrekuperator 9l-9m. Zur Veranschaulichung ist in 2 einer der Federrekuperatoren 9l dargestellt, welcher eine Welle 18, die an einer Achse 3l des Anhängers in Lagern 19 mit einem starr an ihr befestigten Eingangsflansch 20 angebracht ist, eine Trommel 21 mit einem starr an ihr befestigten Ausgangsflansch 22, welche an der Welle 18 in den Lagern 19 angebracht ist, eine Feder 23, deren eines Ende starr an der Welle 18 und deren anderes Ende starr an der Trommel 21 befestigt ist, eine elektromagnetische Kupplung 24 mit einem Klinkenmechanismus, deren eine Kupplungshälfte starr mit dem Eingangsflansch 20 verbunden ist und deren zweite Kupplungshälfte mit der Möglichkeit einer axialen Verschiebung an der Achse 3 befestigt ist, einen geregelten Antrieb 25 mit einer gesteuerten Trommellagesicherung, dessen kinematischer Eingang starr mit dem Ausgangsflansch 22 verbunden ist, eine Überholkupplung 26, deren eine Kupplungshälfte starr mit dem kinematischen Ausgang des geregelten Antriebs 25 verbunden ist und deren andere Kupplungshälfte an der Achse 3 befestigt ist, sowie Drehzahlsensoren 27 des Eingangs- und des Ausgangsflansches umfasst.
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Die Drehzahlsensoren 27 des Eingangs- und des Ausgangsflansches sind an den Informationseingängen des Steuergeräts 10 (1) angeschlossen, an dessen Steuerausgängen der Eingang der elektromagnetischen Kupplung 24 mit dem Klinkenmechanismus sowie ein erster und ein zweiter Eingang des geregelten Antriebs 25 mit der Trommellagesicherung angeschlossen sind.
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Die Vorrichtung zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine, in der das Verfahren zur Steuerung eines n-achsigen Anhängers einer Zugmaschine verwirklicht wird, weist folgende Funktionsweise auf. Beim Bewegen der Zugmaschine 2 mit dem n-achsigen Anhänger 1 berechnet das Steuergerät 10 im Regelbetrieb anhand von Informationen von den Sensoren 7l-7n der Drehgeschwindigkeit der Räder des Anhängers die erforderliche Bremskraft für jedes der Räder 4l-4n, wobei es entsprechende Signale an den Bremsantrieb 6 sendet, welcher eine Steuergröße erzeugt und an die entsprechenden Bremsmechanismen 5l-5n überträgt. Das ermöglicht es, eine stabile Bewegung der Zugmaschine 2 mit dem n-achsigen Anhänger 1 bei Vorhandensein verschiedener destabilisierender Faktoren zu gewährleisten.
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Bei Drücken des Bremspedals geht ein entsprechendes Signal von der Zugmaschine 2 in der Steuereinheit 8 und dem Steuergerät 10 ein. Beim Eingang des Signals erzeugt das Steuergerät 10 einen Befehl zum Laden der Federrekuperatoren 9l-9m; dieser Befehl geht von einem ersten Steuerausgang des Steuergeräts 10 in der elektromagnetischen Kupplung 24 ein. Gleichzeitig erzeugt das Steuergerät 10 einen Befehl zum Blockieren der Drehung der Trommel 21; dieser Befehl geht von einem zweiten Steuerausgang des Steuergeräts 10 in dem geregelten Antrieb 25 ein. Bei Ansprechen der Kupplung 24 verbindet sich die Welle 18 mit der Achse 3, wobei sich ein Verdrehen der Feder 23 in der Trommel 21 vollzieht. Es werden Informationen zur Anzahl der Drehungen der Feder 23 beim Laden der Federrekuperatoren 9l-9m und zur Anzahl der Rückdrehungen der Feder 23 beim Entladen der Federrekuperatoren 9l-9m von den Drehzahlsensoren 27 in die Informationseingänge des Steuergeräts 10 eingespeist. Anhand dieser Signale wird das Ladeniveau der Federrekuperatoren 9l-9m berechnet, wobei bei Erreichen eines vorgegebenen Niveaus von dem ersten Steuerausgang des Steuergeräts 10 ein Befehl zum Laden der Federrekuperatoren 9l-9m gegeben wird. Dabei kuppelt die Kupplung 26 aus, wobei ihr Klinkenmechanismus die Feder 23 mittels der Welle 18 von einem Rückdrehen abhält. Von einem ersten Informationsausgang des Steuergeräts 10 werden Informationen zum Ladeniveau der Federrekuperatoren 9l-9m an einen ersten zusätzlichen Informationseingang der Steuereinheit 8 und an die Ladeanzeige 15 der Rekuperatoren für mechanische Energie gegeben, welche sich im Führerhaus der Zugmaschine 2 befindet. An einen zweiten zusätzlichen Informationseingang der Steuereinheit 8 wird von einem zweiten Informationsausgang des Steuergeräts 10 ein Signal zum Einschalten oder Ausschalten eines Betriebs zum Laden der Federrekuperatoren 9l-9m gegeben.
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Im Bremsbetrieb erzeugt die Steuereinheit 8 Steuersignale für den Bremsantrieb 6 unter Berücksichtigung:
- - der Größe des von dem Sensor 11 des Bremspedals der Zugmaschine eingehenden Signals,
- - der Größe des von der Ladeanzeige 15 der Rekuperatoren für mechanische Energie eingehenden Signals zum Ladeniveau der Federrekuperatoren 9l-9m, wobei sich die Bremskraft seitens der Federrekuperatoren 9l-9m entsprechend deren Ladung erhöht,
- - der Größe eines von dem Entladeregler 16 der Rekuperatoren für mechanische Energie eingehenden Signals zum Einschalten oder Ausschalten des Betriebs zum Laden der Federrekuperatoren 9l-9m,
- - der Größe der Signale von den Sensoren 7l-7n der Drehgeschwindigkeit der Räder des Anhängers.
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Beim Anfahren oder beim Bewegen auf schwierigen Streckenabschnitten schaltet der Fahrer der Zugmaschine 2 einen Betrieb zum Entladen der Federrekuperatoren 9l-9m ein, wobei ein entsprechendes Signal in einem zweiten Steuereingang des Steuergeräts 10 eingeht. Entsprechend diesem Signal erzeugt das Steuergerät 10 einen Befehl zum Entsperren der Trommel 21, welcher über einen zweiten Steuerausgang in dem geregelten Antrieb 25 eingeht, wobei es zudem ein Steuersignal zum Einstellen des Übersetzungsverhältnisses des geregelten Antriebs 25 und infolgedessen des Drehmoments der entsprechenden Räder 4l-4n des Anhängers erzeugt. Dabei wird die Größe des von dem Steuergerät 10 erzeugten Steuersignals durch die Größe des an dessen zweitem Steuereingang eingehenden Signals und das Verhältnis der von dem Sensor 17 der Drehgeschwindigkeit der Räder der Zugmaschine und den Sensoren 7l-7n der Drehgeschwindigkeit der Räder des Anhängers eingehenden Signale bestimmt. Das ermöglicht es, ein „Auffahren“ des n-achsigen Anhängers 1 auf die Zugmaschine 2 mit einem anschließenden Verlust der Bewegungsstabilität auszuschließen.
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Beim Ausschalten des Betriebs zum Entladen der Federrekuperatoren 9l-9m erzeugt das Steuergerät 10 einen Befehl zum Blockieren der Drehung der Trommel 21, welcher über den zweiten Steuerausgang in dem geregelten Antrieb 25 eingeht. In diesem Fall bleibt der Grad der Verdrehung der Feder 21 bis zum Zeitpunkt des nächsten Bremsens, an dem ihr vollständiges Laden gemäß dem oben beschriebenen Algorithmus gewährleistet wird, in einem gewissen Zwischenzustand. Im Fall eines vollständigen Entladens der Feder 21 gewährleistet die Überholkupplung 26 eine Trennung des geregelten Antriebs 25 von der Achse 3.
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Unter Verwendung der Informationen von den Ladeanzeigen 15 der Rekuperatoren für mechanische Energie kann der Fahrer der Zugmaschine 2 vor einem schwierigen Streckenabschnitt oder vor einem Einparkmanöver mehrere Bremszyklen zur Gewährleistung eines vollständigen Ladens der Federrekuperatoren 9l-9m durchführen.
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Der geregelte Antrieb 25 kann in Form der Gesamtheit einer Bremskammer (Blockieren der Trommel 21 am Korpus) und verschiedener Variatormodifikationen ausgeführt sein.
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Die Drehzahlsensoren 27 können analog zu standardmäßigen Raddrehgeschwindigkeitssensoren ausgeführt sein.
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Die Federrekuperatoren 9l-9m können sowohl unter Verwendung von Spiralblattfedern als auch unter Verwendung von Torsions- oder Druckfedern ausgeführt sein, was es ermöglicht, die Größe der gespeicherten Energie zu erhöhen.
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Das vorgeschlagene Verfahren und die Vorrichtung zur Steuerung einer n-achsigen Zugmaschine ermöglichen es, eine Verbesserung der Steuerdynamik durch die Nutzung von Energie eines rekuperativen Bremsens beim Überwinden schwieriger Streckenabschnitte und Anfahren zu gewährleisten. Dabei sinkt der Kraftstoffverbrauch, erhöht sich die Lebensdauer des Zugmaschinenmotors, verbessert sich die Umweltfreundlichkeit aufgrund einer Verringerung der Abgasmenge und erhöht sich die Nutzungsdauer der Bremsklötze der Räder der Zugmaschine und des n-achsigen Anhängers, da die Bremsenergie in bedeutendem Maße von Federrekuperatoren mit einer anschließenden nützlichen Verwendung aufgenommen wird.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann in der Kraftfahrzeugindustrie zur Erhöhung der Tragfähigkeit und Geländegängigkeit von mit Anhängern ausgestatteten Lastkraftwagen Anwendung finden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20080177454 [0007]
- US 20080067862 [0012]
- US 20100151980 [0022]
