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TECHNISCHER BEREICH
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Die vorliegende Offenlegung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren (eine Methode) für einen Anhänger, der von einem Fahrzeug gezogen werden kann. Die Aspekte der Erfindung beziehen sich auf ein System, ein Verfahren und einen Anhänger.
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HINTERGRUND
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Es ist üblich, dass ein Fahrzeug mit einem Antriebsmittel, wie z.B. einem Verbrennungsmotor, das die Antriebskraft für seine Räder liefert, auch die Räder eines Anhängers mit Antriebskraft versorgt. Dies kann z.B. im Zusammenhang mit einem Auto geschehen, das einen Wohnwagen oder eine Pferdebox abschleppt.
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Anhänger können mit einem mechanischen Überlaufsensor (over-run sensor) ausgestattet sein, der mechanisch gekoppelte Reibungsbremsen des Anhängers als Reaktion auf das Abbremsen oder eine Abnahme der Beschleunigung des Fahrzeugs betätigt. Dies hilft dem Fahrzeug, die Geschwindigkeit des Anhängers entsprechend zu reduzieren. Ein solcher mechanischer Überlaufsensor funktioniert nur, wenn sich Fahrzeug und Anhänger in Vorwärtsrichtung bewegen. Das bedeutet, dass ein Fahrzeug, das rückwärts fährt, insbesondere bergab, oder auf einer Steigung ruht, keine Bremsunterstützung durch einen Anhänger mit mechanischem Überlaufsensor erhält.
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Da die Art der Bremsung mechanisch ist, wie sie vom Anhänger im Vergleich zum Zugfahrzeug des Sensors bestimmt wird, wird der Anhänger eine destabilisierende Kraft auf das zu bremsende Fahrzeug ausüben. Dies kann auch zu einem Pendeln des Anhängers hinter dem Fahrzeug führen.
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Da die Fahrzeuge immer leichter werden und immer mehr Fahrzeuge zumindest teilweise durch eine Batterie oder andere Energiespeichermittel mit Antriebskraft versorgt werden, kann es auch sein, dass diese Fahrzeuge nicht mehr genügend Leistung oder Zugkraft haben, um einen Anhänger zu ziehen.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen oder mehrere mit dem Stand der Technik verbundene Nachteile zu beheben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Verwendung in einem von einem Fahrzeug ziehbaren Anhänger vorgesehen. Der Anhänger umfasst eine Achse (44) mit zwei Rädern und mindestens einem daran befestigten Elektromotor sowie einen Kupplungssensor, der so konfiguriert ist, dass er eine vom Fahrzeug auf den Anhänger ausgeübte Kupplungskraft misst. Das System umfasst Empfangsmittel, die so konfiguriert sind, dass sie von mindestens einem Teilsystem des Fahrzeugs ein Fahrzeugbremssignal empfangen, das eine auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs auszuübende Bremskraft anzeigt, und dass sie die Ausgangsdaten des Kupplungssensors empfangen. Das System umfasst auch Verarbeitungsmittel, die so konfiguriert sind, dass sie für jedes Rad der mindestens einen Achse des Anhängers einen Wert der Anhängerbremskraft auf der Grundlage des empfangenen Fahrzeugbremssignals und der empfangenen Ausgangsdaten des Kupplungssensors bestimmen. Das System umfasst auch Steuermittel, die so konfiguriert sind, dass der mindestens eine Elektromotor eine Kraft auf das oder jedes Rad, an das er gekoppelt ist, in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Radbremskraft des Anhängers ausübt.
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Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, dass der ermittelte Wert der Radbremskraft eines Anhängers auf Signalen sowohl von Systemen des Zugfahrzeugs als auch vom Kupplungssensor beruht. Das bedeutet, dass das System die Elektromotoren als Reaktion auf das Signal, dass das Fahrzeug bremst, steuern kann, aber die besondere Art und Weise, in der das System die Elektromotoren steuert, d.h. die Höhe der Kraft, die die Elektromotoren auf die Räder des Anhängers ausüben sollen, wird in Abhängigkeit vom Ausgang des Kupplungssensors kalibriert oder eingestellt. Zum Beispiel kann bei einem bestimmten Bremsgrad der Fahrzeugräder, der dem Anhänger über das Fahrzeugbremssignal mitgeteilt wird, der entsprechende Bremsgrad, der auf die Räder des Anhängers anzuwenden ist, in Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen, wie z.B. dem relativen Gewicht von Fahrzeug und Anhänger, den Einzelheiten des Geländes, über das Fahrzeug und Anhänger fahren, den Wetterbedingungen usw., unterschiedlich sein. Anders ausgedrückt: Die Ausgangsdaten des Kupplungssensors werden zur Kalibrierung der Proportionalität der auf die Räder des Anhängers aufzubringenden Kraft in Bezug auf das empfangene Bremssignal verwendet.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann einen elektronischen Prozessor umfassen, und die Empfangseinrichtung kann ein elektrischer Eingang des elektronischen Prozessors sein, wobei der elektrische Eingang für den Empfang des Fahrzeugbremssignals und der Ausgangsdaten des Kupplungssensors bestimmt ist. Das System kann eine elektronische Speichervorrichtung umfassen, die elektrisch mit dem elektronischen Prozessor gekoppelt ist und in der Befehle gespeichert sind, wobei der Prozessor so konfiguriert ist, dass er auf die Speichervorrichtung zugreift und die darin gespeicherten Befehle ausführt, so dass er für jedes Rad der mindestens einen Achse des Anhängers einen Wert der Anhängerradbremskraft auf der Grundlage des empfangenen Fahrzeugbremssignals und der empfangenen Ausgangsdaten des Kupplungssensors bestimmen kann.
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Der Anhänger kann mittels einer mechanischen Kupplung an das Fahrzeug gekuppelt werden, wobei die Kupplungskraft eine Kraft an der mechanischen Kupplung ist.
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Die Kupplungskraft kann eine Größen- und eine Richtungskomponente enthalten.
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Der ermittelte Wert der Radbremskraft des Anhängers kann so sein, dass die von dem mindestens einen Elektromotor aufgebrachte Kraft eine Zugkraft ist.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie eine auf die Räder des Fahrzeugs pro Masseeinheit des Fahrzeugs ausgeübte Kraft auf der Grundlage des empfangenen Fahrzeugbremssignals und/oder der empfangenen Ausgangsdaten des Kupplungssensors bestimmt.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass der Wert der Radbremskraft des Anhängers auf der Grundlage der auf die Räder des Fahrzeugs pro Masseeinheit des Fahrzeugs ausgeübten Kraft bestimmt wird.
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Der ermittelte Wert der Radbremskraft des Anhängers kann so sein, dass die von dem mindestens einen Elektromotor auf die Räder des Anhängers pro Masseneinheit des Anhängers ausgeübte Kraft von der auf die Räder des Fahrzeugs pro Masseneinheit des Fahrzeugs ausgeübten Kraft abweicht.
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Die von dem mindestens einen Elektromotor auf die Räder des Anhängers pro Masseneinheit des Anhängers ausgeübte Kraft kann eine größere Größe haben als die auf die Räder des Fahrzeugs pro Masseneinheit des Fahrzeugs ausgeübte Kraft.
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Die auf das Fahrzeug ausgeübte Kraft kann die auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs ausgeübte Kraft umfassen.
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Das mindestens eine Teilsystem des Fahrzeugs kann ein Fahrzeugbremssystem mit einer Bremssteuerung umfassen, die so konfiguriert ist, dass sie die Betätigung der Bremseinrichtung des Fahrzeugs bewirkt, und die Empfangseinrichtung kann nicht so konfiguriert sein, dass sie das Fahrzeugbremssignal von der Bremssteuerung empfängt.
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Das mindestens eine Teilsystem des Fahrzeugs kann ein Fahrzeugstabilitätskontrollsystem mit einem Stabilitätsregler umfassen, und die Empfangseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie das Fahrzeugbremssignal vom Stabilitätsregler empfängt.
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Das Fahrzeug kann ein Fahrzeug-Lenksystem mit einer Lenkungssteuerung enthalten, die so konfiguriert ist, dass sie ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs lenkt, die Empfangseinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie ein Fahrzeug-Lenksignal von der Lenkungssteuerung empfängt, und die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie den Bremskraftwert des Anhängerrads auf der Grundlage des empfangenen Fahrzeug-Lenksignals bestimmt.
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Der Anhänger kann einen Gier-Sensor umfassen, der so konfiguriert ist, dass er ein Gier-Niveau des Anhängers misst, die Empfangseinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie Gier-Sensor-Ausgangsdaten vom Gier-Sensor empfängt, und die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie den Radbremskraftwert des Anhängers auf der Grundlage der empfangenen Gier-Sensor-Ausgangsdaten bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann die Empfangseinrichtung so konfiguriert werden, dass sie Gierdaten vom Fahrzeug empfängt, und die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie den Bremskraftwert des Anhängerrads auf der Grundlage der vom Fahrzeug empfangenen Gierdaten bestimmt.
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Der Gier-Sensor kann ein Beschleunigungsmesser sein.
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Jedes Rad der mindestens einen Achse des Anhängers kann einen zugehörigen Anhänger-Raddrehzahlsensor haben, der so konfiguriert ist, dass er eine Raddrehzahl des zugehörigen Rades misst, die Empfangseinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie die Ausgangsdaten des Anhänger-Raddrehzahlsensors von jedem der Anhänger-Raddrehzahlsensoren empfängt, und die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie den Wert der Anhänger-Radbremskraft auf der Grundlage der empfangenen Ausgangsdaten des Anhänger-Raddrehzahlsensors bestimmt.
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Wenn die Radgeschwindigkeit, die mit den Ausgangsdaten eines ersten der Radgeschwindigkeitssensoren des Anhängers verbunden ist, um mindestens einen vorgegebenen Wert geringer ist als die Radgeschwindigkeit, die mit den Ausgangsdaten eines zweiten der Radgeschwindigkeitssensoren des Anhängers verbunden ist, dann kann die Steuereinrichtung so konfiguriert werden, daß die Kraft, die von dem mindestens einen Elektromotor ausgeübt wird, der mit dem Rad gekoppelt ist, das dem ersten Radgeschwindigkeitssensor des Anhängers zugeordnet ist, kleiner ist als die Kraft, die von dem mindestens einen Elektromotor ausgeübt wird, der mit dem Rad gekoppelt ist, das dem zweiten Radgeschwindigkeitssensor des Anhängers zugeordnet ist.
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Die Empfangseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie ein Geländesignal empfängt, das mindestens ein Geländemerkmal des Geländes in der Nähe des Fahrzeugs und/oder des Anhängers anzeigt, und die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie den Wert der Radbremskraft des Anhängers auf der Grundlage des empfangenen Geländesignals bestimmt.
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Das Geländesignal kann einen Hinweis auf einen Geländetyp in der Nähe des Fahrzeugs und/oder Anhängers enthalten.
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Das Geländesignal kann ein Signal von einem Geländeeinstellungssubsystem des Fahrzeugs enthalten, in dem die Einstellung verschiedener Komponenten des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der Art des Geländes, über das das Fahrzeug fährt, angepasst werden kann. Dies kann zum Beispiel ein Terrain Response®-Subsystem sein.
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Das mindestens eine Geländemerkmal kann einen Reibungsgrad des Geländes beinhalten.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass der Bremskraftwert des Anhängers nur dann auf der Grundlage des empfangenen Geländesignals bestimmt wird, wenn der Reibungspegel des Geländes unter einem vorgegebenen Reibungsschwellenwert liegt.
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Die Empfangseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie ein Neigungssignal empfängt, das einen Gradienten einer Oberfläche in der Nähe des Fahrzeugs und/oder Anhängers anzeigt, und die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie den Wert der Radbremskraft des Anhängers auf der Grundlage des empfangenen Neigungssignals bestimmt.
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Die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass der Bremskraftwert des Anhängerrads nur dann auf der Grundlage des empfangenen Neigungssignals bestimmt wird, wenn die Neigung der Oberfläche größer als ein vorgegebener Neigungsschwellenwert ist.
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Die Steuereinrichtung kann so konfiguriert werden, dass der mindestens eine Elektromotor eine erste Kraft auf ein erstes der Räder und eine zweite Kraft auf ein zweites der Räder ausübt, wobei die erste Kraft sich von der zweiten Kraft unterscheidet.
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Die erste Kraft kann eine Zugkraft sein, die zweite Kraft kann eine Bremskraft sein.
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Das System kann aus mindestens einem Elektromotor bestehen, der an die Räder der Achse des Anhängers gekoppelt ist.
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Das System kann aus einem ersten Elektromotor bestehen, der mit einem ersten der Räder gekoppelt ist, und einem zweiten Elektromotor, der mit einem zweiten der Räder gekoppelt ist.
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Das System kann Energiespeichermittel umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie mindestens einen Elektromotor mit elektrischer Energie versorgen.
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Der mindestens eine Elektromotor kann so konfiguriert werden, dass er als Generator fungiert, um die Energiespeichermittel aufzuladen, wenn die auf das jeweilige Rad ausgeübte Kraft eine Bremskraft ist.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Verwendung in einem von einem Fahrzeug gezogenen Anhänger vorgesehen. Der Anhänger umfasst eine Achse mit zwei Rädern und mindestens einem daran gekoppelten Elektromotor sowie einen Gier-Sensor, der so konfiguriert ist, dass er das Gieren des Anhängers misst. Das System umfasst Empfangsmittel, die so konfiguriert sind, dass sie die Ausgangsdaten des Gier-Sensors empfangen. Das System umfasst auch Verarbeitungsmittel, die so konfiguriert sind, dass sie für jedes Rad der mindestens einen Achse des Anhängers einen Wert für die Radbremskraft des Anhängers auf der Grundlage der Ausgangsdaten des Gier-Sensors bestimmen. Das System umfasst auch Steuermittel, die so konfiguriert sind, dass der mindestens eine Elektromotor in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Radbremskraft des Anhängers eine Kraft auf das Rad ausübt, an das er gekoppelt ist.
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Der Anhänger kann einen Kupplungssensor umfassen, der so konfiguriert ist, dass er eine vom Fahrzeug auf den Anhänger ausgeübte Kupplungskraft misst, die Empfangseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie die Ausgangsdaten des Kupplungssensors empfängt, und die Verarbeitungseinrichtung kann so konfiguriert werden, dass sie den Wert der Radbremskraft des Anhängers auf der Grundlage der empfangenen Ausgangsdaten des Kupplungssensors bestimmt.
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Die Steuereinrichtung kann so konfiguriert werden, dass der mindestens eine Elektromotor nur dann eine Kraft auf das Rad, an das er gekoppelt ist, in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Radbremskraft des Anhängers ausübt, wenn die empfangenen Ausgangsdaten des Gier-Sensors anzeigen, dass das Gierniveau des Anhängers größer als ein vorbestimmtes Gierniveau ist.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Methode zur Verwendung in einem von einem Fahrzeug gezogenen Anhänger vorgesehen. Der Anhänger umfasst eine Achse mit zwei Rädern und mindestens einem daran gekoppelten Elektromotor sowie einen Kupplungssensor, der so konfiguriert ist, dass er eine vom Fahrzeug auf den Anhänger ausgeübte Kupplungskraft misst. Das Verfahren umfasst den Empfang eines Fahrzeugbremssignals von mindestens einem Teilsystem des Fahrzeugs, das eine auf ein oder mehrere Räder des Fahrzeugs auszuübende Bremskraft anzeigt, und den Empfang von Ausgangsdaten des Kupplungssensors. Das Verfahren umfasst auch die Bestimmung eines Anhängerbremskraftwertes für jedes Rad der mindestens einen Achse des Anhängers auf der Grundlage des empfangenen Fahrzeugbremssignals und der empfangenen Ausgangsdaten des Kupplungssensors. Das Verfahren umfasst auch die Veranlassung des mindestens einen Elektromotors, eine Kraft auf das Rad, an das er gekoppelt ist, in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Radbremskraft des Anhängers auszuüben.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Anhänger vorgesehen, der eine Achse mit zwei Rädern und mindestens einen daran gekoppelten Elektromotor umfasst, und der Anhänger umfasst ein System wie oben beschrieben.
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Nach einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein nicht vorübergehendes, computerlesbares Speichermedium zur Verfügung gestellt, auf dem Anweisungen gespeichert werden, die, wenn sie von einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden, diesen oder diese veranlassen, die oben beschriebene Methode auszuführen.
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Im Rahmen dieser Anmeldung ist ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorstehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen aufgeführt sind, und insbesondere deren einzelne Merkmale unabhängig oder in beliebiger Kombination genommen werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale jeder Ausführungsform können auf beliebige Weise und/oder in beliebiger Kombination miteinander kombiniert werden, es sei denn, diese Merkmale sind inkompatibel. Der Antragsteller behält sich das Recht vor, jeden ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch so zu ändern, dass er von einem anderen Anspruch abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs enthält, obwohl dieser ursprünglich nicht auf diese Weise beansprucht wurde.
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Figurenliste
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Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun nur noch beispielhaft anhand der zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in denen:
- ist eine schematische Draufsicht eines von einem Fahrzeug gezogenen Anhängers, wobei der Anhänger ein System entsprechend einer Verkörperung eines Aspekts der Erfindung zusammen mit den Ein- und Ausgängen des Systems aufweist;
- zeigt die Schritte, die das System der in einer Methode entsprechend einer Verkörperung eines Aspekts der Erfindung durchführt; und,
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Die bis zeigen die Gierbewegungen eines Fahrzeugs und eines vom Fahrzeug gezogenen Anhängers im Zeitverlauf, wenn sich insbesondere in drei verschiedenen Fällen eine Instabilität entwickelt: zeigt das Gieren des Anhängers und das Gieren des Fahrzeugs in dem Fall, dass kein Eingriff in den Anhänger vorgenommen wird, um die Instabilität zu korrigieren; zeigt das Gieren des Anhängers und das Gieren des Fahrzeugs in dem Fall, dass eine so genannte „gemeinsame Bremsung“ am Anhänger vorgenommen wird; und zeigt das Gieren des Anhängers und des Fahrzeugs von , wobei das System von die Anwendung von Drehmoment auf die Räder des Anhängers durch an den Rädern des Anhängers befestigte elektrische Maschinen bewirkt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung sieht ein System für einen Anhänger vor, der von einem Fahrzeug über eine Kupplung gezogen werden kann. An jedem von mindestens zwei Rädern des Anhängers ist ein Elektromotor angebracht. Das System ist so angeordnet, dass es ein Bremssignal von einem Teilsystem des Fahrzeugs, wie z.B. einem Fahrzeugbremsteilsystem, und einem Sensor, der eine Kraft an der Kupplung misst, empfängt. Das System bestimmt in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen eine Bremskraft, die auf jedes Rad des Anhängers ausgeübt werden soll, und das System befiehlt dann jedem Elektromotor, die jeweilige Bremskraft auf jedes jeweilige Rad des Anhängers auszuüben.
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zeigt eine schematische Draufsicht eines Anhängers 10, der von einem Fahrzeug 12 gezogen wird. Der Anhänger 10 ist mit dem Fahrzeug 12 mit Hilfe einer Anhängerkupplung 14 verbunden. Die Anhängekupplung 14 hat die Form einer mechanischen Kupplung. Die Kupplung 14 umfasst einen Kupplungs- oder Kupplungssensor 15, der so konfiguriert ist, dass er eine vom Fahrzeug 12 auf den Anhänger 10 ausgeübte Kupplungskraft misst. Insbesondere ist der Kupplungssensor 15 so angeordnet, dass er sowohl das Über- als auch das Unterfahren des Anhängers 10 am Zugfahrzeug 12 misst. Eine Überschreitung tritt auf, wenn der Anhänger 10 eine Kraft in Vorwärtsrichtung auf das Fahrzeug 12 ausübt, z.B. wenn der Fahrer des Fahrzeugs 12 die Fahrzeugbremse betätigt, wenn der Anhänger 10 und das Fahrzeug 12 in Vorwärtsrichtung fahren. Unterfahren tritt auf, wenn der Anhänger 10 eine Kraft in Rückwärtsrichtung auf das Fahrzeug 12 ausübt, z.B. wenn der Fahrer des Fahrzeugs 12 die Fahrzeugbremse betätigt, wenn der Anhänger 10 und das Fahrzeug 12 rückwärts fahren.
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In der beschriebenen Ausführungsform ist das Fahrzeug 12 ein Auto mit mehreren fahrzeugseitigen Steuerungssubsystemen 16. Die Regelungssubsysteme 16 umfassen beispielsweise ein Fahrzeugbremssteuerungssystem 18. Das Fahrzeug 12 kann mit einem nach dem Stand der Technik bekannten hydraulischen Bremskreislauf ausgestattet sein, wobei die Betätigung eines Bremspedals (nicht abgebildet) des Fahrzeugs 12 durch den Fahrer die Betätigung der Radbremsen des Fahrzeugs bewirkt. Die Radbremsen (nicht abgebildet) können z.B. Trommel- oder Scheibenbremsen sein. Die Betätigung der Bremsen kann von einem Regler des Bremssystems 18 gesteuert werden. Das Fahrzeugbremssteuersystem 18 erkennt, wenn das Fahrzeugbremspedal vom Fahrer betätigt wird, und erzeugt ein Fahrzeugbremssignal 20, das an den Anhänger 10 gesendet wird, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
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Die Fahrzeugregelungssubsysteme 16 umfassen auch ein elektronisches Stabilitätskontrollsystem (SCS) oder ein Antiblockiersystem 22. Das SCS 22 überwacht die Drehgeschwindigkeit jedes einzelnen Rades des Fahrzeugs 12 über individuelle Raddrehzahlsensoren. Wenn die Geschwindigkeit eines der Räder beim Abbremsen des Fahrzeuges 12 deutlich geringer ist als die der anderen Räder, dann wirkt die SCS 22 über ein Steuergerät der SCS 22, um den auf dieses Rad ausgeübten Bremsdruck zu reduzieren, um ein Blockieren der Fahrzeugräder zu verhindern, was zum Schleudern und zum Verlust der Kontrolle über das Fahrzeug 12 führen kann. Das SCS 22 kann das von der Fahrzeugbremssteuerung 18 erzeugte Fahrzeugbremssignal 20 modifizieren oder korrigieren. Dadurch kann das Signal 20 korrigiert werden, um die Information einzuschließen, dass das Fahrzeug 12 nicht so stark verlangsamt wird, wie es das Bremssteuersystem des Fahrzeugs 18 verlangt, z.B. wenn das Fahrzeug auf einer relativ rutschigen Oberfläche fährt. Dies könnte eine nützliche Erklärung dafür sein, dass es eine Diskrepanz zwischen dem vom Bremsregelsystem des Fahrzeugs geforderten Bremsmoment und der am Kupplungssensor 15 gemessenen Kraft gibt.
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Zu den Subsystemen der Fahrzeugsteuerung 16 gehört auch ein Fahrzeug-Lenkungssteuerungssystem 24. Das Lenksystem 24 verfügt über ein Steuergerät, das Eingaben von einem Lenkrad (nicht abgebildet) des Fahrzeugs 12 entgegennimmt und die entsprechende Anwendung eines Lenkwinkels für das Fahrzeug 12 bewirkt. Das Lenksystem 24 kann auch ein Fahrzeug-Lenksignal 25 erzeugen und das Signal 25 an den Anhänger 10 senden, wenn der Lenkregler eine Änderung der Lenkung der Fahrzeugräder bewirkt.
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Zu den Subsystemen der Fahrzeugsteuerung 16 gehört auch ein Fahrzeug Terrain Response® (TR) System 26. Das TR-System 26 verfügt über ein Steuergerät, mit dem die Einstellungen der verschiedenen Komponenten und Subsysteme des Fahrzeugs 12 in Abhängigkeit von der Art des Geländes, über das das Fahrzeug 12 fährt, angepasst werden können. Diese Komponenten und Subsysteme können die Fahrzeugaufhängung, die Fahrhöhe des Fahrzeugs, die Ansprechzeit des Antiblockiersystems, den Schaltplan des Getriebes, das Ansprechverhalten der Drosselklappe usw. umfassen. Der Fahrer kann die Art des Geländes, über das das Fahrzeug 12 fährt, in das TR-System 26 eingeben, oder das TR-System 26 kann die Art des Geländes automatisch bestimmen. Die Art des Geländes, über das das Fahrzeug 12 fährt, kann dem Anhänger 10 über ein Geländesignal 28 mitgeteilt werden. Zu den Geländetypen können Standardteppiche, Schlammrutschen, Gras-Kies-Schnee, Felskriechen und Sand gehören.
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In der beschriebenen Ausführung hat der Anhänger 10 zwei Räder 30, 32, eines auf jeder Seite des Anhängers 10, die durch eine Achse 34 verbunden sind. An jedem der Räder des Anhängers 30, 32 ist ein Elektromotor/Generator oder die Maschinen 36, 38 befestigt. Die elektrischen Maschinen 36, 38 sind mit der Achse 34 verbunden; sie können jedoch in verschiedenen Ausführungsformen, z.B. über Anhänger-Radnaben- oder Rahmenverbindungen, an den Anhänger 10 angeschlossen werden. Die elektrischen Maschinen 36, 38 sind an eine Hochleistungsbatterie mit geringer Kapazität 39 des Anhängers 10 angeschlossen und werden von dieser gespeist. Die elektrischen Maschinen 36, 38 können verwendet werden, um die Räder 30, 32 des Anhängers 10 mit regenerativem Brems- oder Zugmoment zu beaufschlagen. In der beschriebenen Ausführungsform sind die elektrischen Maschinen so konfiguriert, dass sie während der normalen Fahrt des Anhängers 10 und des Fahrzeugs 12 im Freilauf laufen. Bei der Batterie 39 handelt es sich um einen Lithium-Titanat-Akku: Dieser Batterietyp ist wegen seiner schnellen Ladezeit im Vergleich zu anderen Arten von Lithium-Ionen-Batterien vorteilhaft.
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Jedes der Anhängerräder 30, 32 hat auch einen Raddrehzahlsensor 40, 42, der die Drehzahl des jeweiligen Rades 30, 32 misst. Der Anhänger enthält auch einen Gier-Sensor 44 in Form eines Beschleunigungssensors, der so konfiguriert ist, dass er das Gieren, d.h. die Winkelgeschwindigkeit um eine vertikale Achse, des Anhängers 10 erfasst.
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Der Trailer 10 enthält ein elektronisches Steuergerät oder System (ECU) 50, das zur Steuerung des Betriebs der elektrischen Maschinen 36, 38 konfiguriert ist. Insbesondere umfasst die ECU 50 einen Empfänger oder eine Empfangseinrichtung 52, einen Prozessor oder eine Verarbeitungseinrichtung 54 und einen Controller oder eine Steuereinrichtung 56.
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Der Empfänger 52 ist so konfiguriert, dass er elektronische Signale von Komponenten und Subsystemen sowohl des Anhängers 10 als auch des Fahrzeugs 12 empfängt. Insbesondere ist der Empfänger 52 so konfiguriert, dass er das Fahrzeugbremssignal 20 und das Fahrzeuggeländesignal 28 vom Fahrzeug 12 empfängt. Außerdem ist der Empfänger 52 so konfiguriert, dass er ein Kupplungssignal 58 vom Kupplungssensor 15 empfängt, das eine Kraft anzeigt, die vom Fahrzeug 10 auf den Anhänger 12 ausgeübt wird. Zusätzlich ist der Empfänger 52 so konfiguriert, dass er ein Anhänger-Gier-Signal 60 vom Anhänger-Gier-Sensor 44 empfängt, das ein aktuelles Gierniveau des Anhängers 10 anzeigt. Darüber hinaus ist der Empfänger 52 so konfiguriert, dass er die Ausgangsdaten 62, 64 der Raddrehzahlsensoren 40, 42 des Anhängers empfängt.
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Der Prozessor 54 ist so konfiguriert, dass er in Abhängigkeit von den empfangenen Signalen 20, 28, 58, 60, 62, 64 ein Bremsniveau berechnet, das an jedem Anhängerrad 30, 32 benötigt wird. Insbesondere wird die erforderliche Bremsleistung an jedem Rad 30, 32 berechnet, um die Entwicklung von Instabilitäten im Anhänger 10 zu verhindern.
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Das Steuergerät 56 ist so konfiguriert, dass es Steuersignale 66, 68 an die jeweiligen elektrischen Maschinen 36, 38 in Form eines Kraftniveaus sendet, das auf die Anhängerräder 30, 32 mittels der elektrischen Maschinen 36, 38 auf der Grundlage des ermittelten erforderlichen Bremsniveaus anzuwenden ist.
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zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte einer Methode 70, die der Prozessor 54 durchführt, umreißt. Bei Schritt 72 erhält die ECU 50 das Bremssignal 20. Wie oben erwähnt, wird, wenn der Fahrer des Fahrzeugs 12 das Fahrzeugbremspedal betätigt, das Fahrzeugbremssignal 20 erzeugt und an den Anhänger 10 gesendet, wobei das Bremssignal 20 vom Empfänger 52 der ECU 50 empfangen wird. Das Bremssignal 20 kann ein Binärsignal sein, d.h. das Bremssignal 20 enthält nur die Information, ob das Fahrzeugpedal betätigt wird oder nicht. Alternativ kann das Bremssignal 20 Informationen über den Grad der Betätigung des Fahrzeugpedals enthalten.
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Das Bremssignal 20 darf nur auf dem Niedertreten des Fahrzeugbremspedals basieren. Wenn das Bremssignal 20 empfangen wird, ist der Empfänger 52 im Schritt 74 so konfiguriert, dass er das Kupplungssignal 58 vom Kupplungssensor 15 empfängt. Das Kupplungssignal 58 enthält Informationen über die Kraft, die das Fahrzeug 12 auf den Anhänger 10 nicht nur in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung (Längsrichtung), sondern auch in Links- und Rechtsrichtung oder seitlich (Querrichtung) ausübt. Mit anderen Worten: Das Kupplungssignal 58 enthält sowohl Größen- als auch Richtungsinformationen.
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In Schritt 76 bestimmt der Prozessor 54 für jede der elektrischen Maschinen 36, 38 einen Wert der Anhängerbremskraft auf der Grundlage des empfangenen Fahrzeugbremssignals 20 und der empfangenen Ausgangsdaten des Kupplungssensors 58. Der ermittelte Wert der Anhängerradbremskraft ist ein Indikator für die Höhe der Kraft, die von den elektrischen Maschinen 36, 38 auf die jeweiligen Anhängerräder 30, 32 ausgeübt werden soll. Insbesondere wird das Kupplungssignal 58 zur Kalibrierung der Proportionalität des berechneten Anhängerbremskraftwertes in Bezug auf das Bremssignal 20 verwendet. In einem normalen Bremsszenario wird angestrebt, dass die elektrischen Maschinen 36, 38 den Anhänger 10 etwas härter bremsen als das Fahrzeug 12. Dadurch wird sichergestellt, dass die Zugkupplung an der Kupplung 14 unter Spannung bleibt, was wiederum verhindert, dass der Anhänger 10 eine destabilisierende Kraft auf das Fahrzeug 12 ausübt. Anders ausgedrückt: Die vom ECU 50 befohlene Bremsreaktion ist proportional zum Verzögerungsbedarf des Fahrzeugs 12, der aus dem Fahrzeugbremssignal 20 abgeleitet wird, wobei die Proportionalitätskonstante etwas größer als 1 ist, um den Anhänger 10 etwas härter bremsen zu lassen als das Fahrzeug 12, so dass die Spannung an der Kupplung 14 und die Stabilität erhalten bleibt.
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Da das Kupplungssignal 58 auch Informationen über die Querkraft an der Kupplung 14 enthält, kann der ermittelte Wert der Anhängerradbremskraft für eine der elektrischen Maschinen 36 von dem ermittelten Wert der Anhängerradbremskraft für eine der anderen elektrischen Maschinen 38 abweichen. Beachten Sie, dass die ermittelten Werte der Radbremskraft des Anhängers darauf hinweisen können, dass beide elektrischen Maschinen 36, 38 eine Bremskraft auf ihre jeweiligen Räder 30, 32 ausüben sollen, die gleich oder unterschiedlich groß sein kann, oder dass eine der elektrischen Maschinen 36, 38 eine Bremskraft ausüben soll, während die andere elektrische Maschine 36, 38 eine Zugkraft ausüben soll. Letzteres kann nützlich sein, wenn das Fahrzeug 12 und der Anhänger 10 um eine Kurve fahren. In diesem Fall kann die Kurvenfahrt durch Abbremsen des inneren Anhängerrads 30, 32 und Beschleunigen des äußeren Anhängerrads 30, 32 verbessert werden. Beachten Sie, dass das Fahrzeugsteuersignal 25 auch dazu verwendet werden kann, die Kraftdifferenz zu bestimmen, die über die elektrischen Maschinen 36, 38 auf die Räder 30, 32 des Anhängers aufgebracht werden muss.
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Die ermittelten Werte für die Radbremskraft des Anhängers berücksichtigen die Massen des Anhängers 10 und des Fahrzeugs 12, insbesondere die Differenz zwischen ihnen. Die Massen des Anhängers 10 und des Fahrzeugs 12 können vorgegebene, konstante Werte sein, oder die ECU 50 kann während einer Fahrzeugfahrt Informationen über diese Massen erhalten. Die Radbremskräfte des Anhängers werden so berechnet, dass die Gesamtbremskraft pro Masseneinheit des Anhängers 10 aus den oben genannten Gründen etwas größer ist als die Gesamtbremskraft pro Masseneinheit des Fahrzeugs 12.
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Die ermittelten Radbremskraftwerte des Anhängers können auch vom empfangenen Gier-Signal 60 abhängen, das in Schritt 78 empfangen wird. Die ECU 50 ist so angeordnet, dass sie Instabilität beim Gieren auf der Grundlage des Gier-Signals 60 erkennt: Die Werte der Radbremskraft des Anhängers werden dann so berechnet, dass ein Korrekturmoment von einer oder beiden elektrischen Maschinen 36, 38 auf die Räder 30, 32 des Anhängers aufgebracht werden kann. Insbesondere ist dies ein Szenario, in dem eine Differenzkraft zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine 36, 38 angewendet wird. Beachten Sie, dass die ECU 50 zusätzlich ein Signal vom Fahrzeug 12 empfangen kann, das ein Gierniveau des Fahrzeugs 12 anzeigt, das dann mit dem Gier-Signal 60 (das das Gieren des Anhängers anzeigt) verglichen werden kann, um zu bestimmen, ob der Anhänger 10 eine Instabilität entwickelt.
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Die ermittelten Radbremskraftwerte des Anhängers können auch von den empfangenen Radgeschwindigkeitssignalen 62, 64 abhängen, die in Schritt 80 empfangen werden. Die ECU 50 ist so angeordnet, dass sie erkennt, wenn der Anhänger 10 ein Schlupfereignis durchläuft, indem sie die Relativgeschwindigkeiten der Räder 30, 32 überwacht. Die ECU 50 überwacht auch die Geschwindigkeiten der Anhängerräder 30, 32 relativ zur Geschwindigkeit der Fahrzeugräder, falls jedes der Anhängerräder 30, 32 durchrutscht. Die Bremskraftwerte der Anhängerräder werden dann so berechnet, dass ein Korrekturmoment von einer oder beiden elektrischen Maschinen 36, 38 auf die Anhängerräder 30, 32 ausgeübt werden kann. Beachten Sie, dass das Bremssignal 20 auch Informationen bezüglich des Eingriffs durch das SCS 22 des Fahrzeugs 12 enthalten kann, und dies kann auch dazu verwendet werden, die Kraft zu bestimmen, die von einer oder beiden elektrischen Maschinen 36, 38 aufzubringen ist, um ein Schlupfereignis zu korrigieren. Auf diese Weise enthält das ECU 50 die Antiblockierfunktion für Anhängerrad 30, 32.
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Bei der Korrektur der Instabilität des Anhängers ist es wahrscheinlich, dass eine der elektrischen Maschinen 36, 38 den Befehl erhält, ein (positives) Zugmoment anzuwenden, während die andere der elektrischen Maschinen 36, 38 den Befehl erhält, ein (negatives) Bremsmoment anzuwenden. Diese Kombination bedeutet, dass die Elektromotoren 36, 38 keine nennenswerten Energiemengen abgeben, was wiederum bedeutet, dass sie unbegrenzt betrieben werden können, ohne dass die Gefahr einer Überhitzung besteht.
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Die ermittelten Radbremskraftwerte des Anhängers können auch von dem empfangenen TR-Signal 28 abhängen, das in Schritt 82 empfangen wird. Die Art des Geländes, über das das Fahrzeug 12 und der Anhänger 10 fahren, kann die Größe der auf die Räder 30, 32 des Anhängers aufzubringenden Kraft beeinflussen, weshalb die Bremskraftwerte der Anhängerräder entsprechend berechnet werden. Wenn beispielsweise das Fahrzeug 12 und der Anhänger 10 über eine reibungsarme Oberfläche fahren, kann es vorzuziehen sein, die Größe der Kraft, die von den Elektromotoren 36, 38 ausgeübt wird, zu reduzieren, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass ein Schlupf zwischen den Rädern 30, 32 und der Geländeoberfläche entsteht.
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Wie oben erwähnt, sind die ermittelten Werte der Anhängerbremskraft ein Indikator für die Kraft, die von den elektrischen Maschinen 36, 38 auf die Räder 30, 32 des Anhängers ausgeübt werden soll. Im Schritt 84 ist der Regler 56 so konfiguriert, dass jeder Elektromotor 36, 38 eine Kraft auf das Rad 30, 32 ausübt, an dem er befestigt ist, und zwar in Abhängigkeit von dem jeweils ermittelten Wert der Radbremskraft des Anhängers. Dies wird über Steuersignale 66, 68 erreicht, die vom Controller 56 an die elektrischen Maschinen 36, 38 gesendet werden.
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Die Wirksamkeit der Verwendung der Elektromotoren 36, 38 zur Korrektur eines instabilen Anhängers wird unter Bezugnahme auf die bis hervorgehoben. zeigt ein Diagramm des Gierens gegen die Zeit sowohl für das Fahrzeug 12 als auch für den Anhänger 10, wenn kein Eingriff auf dem Weg des Anhängers 10 erfolgt. Insbesondere ist zu erkennen, dass die Größe des Gierwinkels des Anhängers 90 etwas größer ist als die Größe des Gierwinkels des Fahrzeugs 92, und dass die Spitzen des Anhängers und des Gierwinkels des Fahrzeugs 90, 92 nicht phasenrichtig sind, wobei die Spitzen des Gierwinkels des Anhängers 90 etwas verzögert zu denen des Fahrzeugs 12 sind. Es ist auch offensichtlich, dass die Größe des Anhängers und des Fahrzeuges 90, 92 mit der Zeit zunimmt, so dass der Anhänger 10 und das Fahrzeug 12 mit der Zeit instabiler werden.
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zeigt ein Diagramm des Gierens gegen die Zeit sowohl für das Fahrzeug 12 als auch für den Anhänger 10, diesmal im Falle einer so genannten „gemeinsamen Bremsung“. In diesem Fall besteht die Anhängerbremse aus einem mechanischen Überlaufsensor, der mechanisch gekoppelte Reibungsbremsen antreibt. Die Art der Bremsung ist rein mechanisch und wird durch das Überfahren des Sensors bestimmt. Dies bedeutet, dass der Anhänger beim Bremsen immer eine destabilisierende Kraft auf das Zugfahrzeug ausübt. Als rein mechanisches System kann die übliche Bremsbetätigung keine Antiblockierfunktion beinhalten. Das übliche Bremsbetätigungssystem, das zur Bereitstellung der in gezeigten Daten verwendet wird, beinhaltet ein gewisses Maß an Stabilitätskontrolle. Insbesondere das Weben und Schlangen werden überwacht, um Instabilitäten zu erkennen, und die Bremsen werden intermittierend betätigt, um die Kombination aus Fahrzeug und Anhänger zu begradigen und die Geschwindigkeit unter einen kritischen Wert zu senken. Dieses System kann jedoch nur gegen kurzfristige Störungen aufgrund von Wärmestau in den Bremsen wirksam sein. Außerdem wird sie nicht für eine signifikante Instabilität korrigieren. Unter Bezugnahme auf ist zu erkennen, dass die Spitzen des Anhängers und des Fahrzeuges 90, 92 außer Phase sind, wenn auch in geringerem Maße als im Fall von . Darüber hinaus steigt die Gier 90 des Anhängers zunächst auf ein Maß, das deutlich über das des Fahrzeugs hinausgeht, bevor sie durch die übliche Bremsbetätigung reduziert wird.
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zeigt ein Diagramm der Gier gegen die Zeit sowohl für das Fahrzeug 12 als auch für den Anhänger 10, wenn die Elektromotoren 36, 38 zur Korrektur der Anhängerinstabilität entsprechend der differenziellen Anwendung der gegenwärtig beschriebenen Ausführungsform verwendet werden. Insbesondere ist zu erkennen, dass die Spitzen des Gierens des Anhängers 90 mit den Spitzen des Gierens des Fahrzeugs 92 in weitaus geringerem Maße außer Phase sind als in den in den und dargestellten Fällen. Darüber hinaus wird der Anstieg der Spitzen des Anhänger-Gierens 90 im Vergleich zu den in den und dargestellten Fällen in weitaus größerem Umfang unterdrückt. Außerdem wird die Stabilitätskontrolle in diesem Fall durch das Aufbringen eines positiven Drehmoments auf den Elektromotor 36, 38 auf der einen Seite des Anhängers 10 und eines negativen Drehmoments auf den Elektromotor 36, 38 auf der anderen Seite des Anhängers 10 erreicht. Dies bedeutet, dass dieses System im Gegensatz zum System in kontinuierlich ohne Überhitzung betrieben werden kann.
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Beachten Sie, dass die vorliegende Ausführung, bei der die Elektromotoren 36, 38 zur Bereitstellung von Bremsmoment für die Räder 30, 32 des Anhängers verwendet werden, um Bremsunterstützung und erhöhte Stabilität für die Kombination aus Anhänger 10 und Fahrzeug 12 zu gewährleisten, in Verbindung mit der Betätigung der Elektromotoren 36, 38 zur Bereitstellung von Antriebsmoment für die Räder 30, 32 des Anhängers verwendet werden kann, um dem Fahrzeug 12 eine Wegfahrhilfe zu geben. In einem solchen Fall wird durch die Verwendung der Elektromotoren 36, 38 zur Bereitstellung des Antriebsmoments die gespeicherte Ladung der Batterie 39 verbraucht, während die Verwendung der Elektromotoren 36, 38 zur regenerativen Bremsung der Räder des Anhängers 30, 32 die gespeicherte Ladung der Batterie 39 wieder auffüllt.
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An den obigen Beispielen können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne dass der Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den begleitenden Ansprüchen definiert ist, verlassen wird.
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In der beschriebenen Ausführungsform hat der Anhänger 10 eine einzige Achse 34; in verschiedenen Ausführungsformen kann der Anhänger 10 jedoch mehrere Achsen haben, die Anhängerradpaare verbinden.
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In der beschriebenen Ausführung werden die elektrischen Maschinen 36, 38 von der Batterie 39 gespeist; jedoch können andere Energiespeicher, wie ein oder mehrere Kondensatoren, Superkondensatoren oder Ultrakondensatoren, in Kombination mit oder anstelle der Batterie verwendet werden.
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In der beschriebenen Ausführung kann die ECU 50 so betrieben werden, dass die elektrischen Maschinen 36, 38 als Reaktion auf das Fahrzeugbremssignal 20 eine Kraft auf die Räder des Anhängers 30, 32 ausüben; in anderen Ausführungen muss dies jedoch nicht der Fall sein. Zum Beispiel kann die ECU 50 so betrieben werden, dass die elektrischen Maschinen 36, 38 als Reaktion auf das Anhänger-Gier-Signal 60 eine Kraft auf die Anhängerräder 30, 32 ausüben. Insbesondere wenn das Anhänger-Gier-Signal 60 anzeigt, dass das aktuelle Gierniveau des Anhängers 10 größer als ein vorbestimmtes Gierniveau ist, kann der Prozessor 54 so betrieben werden, dass er den Wert der Anhängerrad-Bremskraft für jedes Anhängerrad 30, 32 nur auf der Grundlage des Anhänger-Gier-Signals 60 bestimmt. Alternativ kann das Kupplungssignal 58 auch bei der Bestimmung der Bremskraftwerte für die Anhängerräder berücksichtigt werden. Weiterhin alternativ andere Signale wie das TR-Signal 28 und die Radgeschwindigkeitssignale 62, 64. In jedem dieser Fälle werden die Bremskraftwerte für die Räder des Anhängers so bestimmt, dass die Entwicklung der Anhängerinstabilität beim Gieren korrigiert wird, und insbesondere können durch die elektrischen Maschinen 36, 38 Differenzkräfte auf die Räder 30, 32 des Anhängers aufgebracht werden, um die Instabilität zu dämpfen.
